新能源汽車如何可持續發展？歐陽明高就熱點問題答疑

　　編者按：

　　近日，在中國電動汽車百人會2021年度媒體溝通會上，中國科學院院士、中國電動汽車百人會副理事長歐陽明高以《推動新能源汽車可持續增長》為題，圍繞汽車整車技術、電池可持續發展、充換電和電動汽車智慧能源等熱點話題，進行重點答疑并發表見解。《中國科學報》經授權整理如下，以饗讀者。

中科院院士歐陽明高在中國電動汽車百人會2021年度媒體溝通會上。主辦方供圖

　　全球電動汽車進入陡峭增長期

　　2021年新能源汽車銷量和滲透率逐月快速提升，市場化進入爆發式增長新階段。據汽車工業協會的數據，2021年1~10月新能源汽車銷量已經超過250萬輛。我估計這個數字到11月有可能接近300萬，今年總體約在330萬左右。

　　今年市場增長超出預期，但符合邏輯：市場爆發原因是技術進步、產品豐富、政策給力的結果。

　　技術方面，電動車電池技術持續改進和成本下降，電池系統的結構設計持續創新，比如刀片電池、C2P等大規模應用，磷酸鐵鋰電池大規模裝備轎車；電動汽車智能輔助駕駛技術的引入對客戶的吸引、電動車的操控性能優越。

　　產品方面，電動車品牌形象提升，大量新車型造型相比傳統車更為新潮。尤其是新能源汽車車型豐富，覆蓋各個乘用車級別。細分市場和產品結構上也出現了新的“兩頭擠”現象：微型車已經基本被電動車占領，豪華車也基本由電動車主導。

　　政策方面，補貼延續、雙積分漲價、國家“雙碳”戰略的推出對廠家和年輕客戶的預期引導等。同時，補貼對消費的作用正在逐步消退，私人基于市場消費的購車比例已經上升到接近75%。

　　今年1~10月全球廣義新能源乘用車銷量達到 702 萬臺。根據S型增長曲線的經驗判斷，全球汽車電動化已突破臨界點，進入陡峭增長期。估計明年中國新能源汽車銷量會繼續增長到500萬臺，市場占有率將在20%以上。

　　未來整車技術兩大趨勢

　　未來整車技術趨勢，大家關心兩件事，一是千公里續航，二是滑板底盤。

　　達到千公里續航的同時能幾分鐘充滿電，還安全、成本低，這不可能。我不反對千公里續航，只要市場有需求，技術上是完全可以做到的。這主要是市場驅動的產品開發，當然對技術的要求也會相應提高，且安全技術要求也會更高。

　　最近美國Rivian公司因推出智能滑板底盤備受追捧。這個概念很早就有，比如通用汽車約在2002年推出滑板汽車概念車，特斯拉也有類似概念。由于電池系統通常是一個扁平化的結構，所以凡是純電動車專用平臺，都跟傳統的燃油車平臺差別較大，都帶有扁平化的滑板概念。

　　這是多年演變的結果，代表了技術發展趨勢。尤其是電池系統越來越扁平，電機比功率越來越高，電機/逆變器/驅動軸三合一用得越來越多，可以實現真正的滑板式底盤平臺。再配合智能化主動避撞，將來碰撞越來越少，車身可以做得越來越輕，車型開發周期就可以非常短、個性化非常強，這會給汽車的設計制造帶來一場革命。

　　國產品牌有機會脫穎而出

　　今年5月，國際能源署按照低碳發展目標，對電動車市場作出較為激進的預測：從2020年到2030年全球電動轎車將增長18倍，2030年銷量將達到5500萬。基于我們團隊的計算分析，估計2025年我國新能源汽車年銷量約700萬~900萬，2030年約1700萬~1900萬；2025年保有量將超過3000萬，2030年接近1億輛，2035年接近2億輛，2040年接近3億輛。

　　向新能源汽車轉型對節能減排有重要影響。對于乘用車，2021年電動汽車CO2排放約為70克/公里，燃油車為176克/公里。預計2035年隨著綠電比例上升，純電動車這一數字將降至20克/公里。

　　未來產業格局演變，我認為各合資企業會在明后年集體發力，2023年中外品牌新能源汽車將進入激烈競爭期。從核心技術看，國產品牌是有實力的。

　　首先是電池技術，目前這一代電池技術中國占主導地位。現在日本等在大力發展全固態電池，這方面我們還有差距。但全固態電池技術產業化并對市場格局產生重要影響，估計還要10年左右。

　　從供應鏈看，我國動力電池產業鏈完整，全球70%的電池產能在中國，產品供應全球。總體而言，中國動力電池的產業競爭力在相當時間內難以撼動。近期芯片供應被“卡脖子”，主要還是周期性供需失衡問題；且汽車對芯片集成度要求低于手機等產品，從中期看，我國不難解決新能源汽車芯片問題。

　　從整車品牌看，這幾年造車新勢力的蓬勃發展，在品牌形象方面創出了中國自主品牌的新天地。在新一輪電動化和智能化的浪潮下，我對國產品牌在未來汽車產業競爭中占據優勢地位還是充滿信心的。有一個預測說，2030年中國市場國產品牌會占到60%，我同意這個預測。

　　從企業看，新能源汽車的興起引發了汽車產業的一場技術革命。自主品牌“八仙過海”，涌現出比亞迪這樣的標桿企業；新造車勢力來勢兇猛，充滿活力；合資企業蓄勢待發，即將全面發力。未來5年是一個窗口期，市場高速增長，競爭持續激烈。5~10年內會有一次大洗牌，鹿死誰手尚未可知。

　　總之，汽車工業正在經歷百年未有之大變局，我們迎來了巨大的時代機遇，同時也會遇到一系列挑戰，包括電池技術、產業以及材料資源的可持續發展問題，快充、快換與車網互動以及綠色智慧能源問題等。

　　可持續發展的關鍵在減少碳排

　　隨著電動汽車爆發式增長，大家對動力電池可持續發展非常關注，提出了很多問題。比如動力電池全生命周期的碳排放與材料回收、未來電池材料體系的中長期發展路線圖、動力電池全鏈條的智能化與智能電池技術等。

　　電池產量的快速膨脹會刺激上游材料周期性漲價，同時也會引起公眾對材料資源短缺的擔心。從潛力看，全球鋰資源經濟可采儲量為2100萬噸，以三元811電池材料體系計、平均一輛車100千瓦時算，可造20億輛電動汽車。鋰資源總勘探儲量近年也在增加，似乎問題不大。但是鈷的資源就沒那么樂觀了。特別是，資源分布極不均勻，我們不能對資源壓力掉以輕心。

　　中國已經開始進行電池資源回收了。如果循環利用做得好，支撐發展問題不大。但人們仍擔心，電池生產會耗能和排放，材料循環也要耗能、排放，可持續發展是個重大問題。

　　怎么解決碳排放問題？第一，電能清潔化，電池產業鏈要盡量往西部轉移，利用可再生能源和當地資源優勢。第二，電池回收利用再生制造。第三，全產業鏈生產工藝的改進、提升關鍵環節的能效。

　　從回收的角度看，2025年中國需要回收和梯次利用的電池總量約1.25億千瓦時。社會各界非常重視電池回收利用，現在滿足新能源汽車廢舊動力蓄電池綜合利用行業規范條件的有14家企業，將來還會繼續增加。

　　技術上主要的回收手段現在有三種，干法、濕法和物理回收。干法回收有環保問題，濕法生產效率低、設備復雜，因此現在推崇物理回收、電池修復和材料再生的科技創新，比如英國政府有專門的電池回收科技專項，也發明了一些新的方法。

　　電動汽車退役電池要通過精確的電池剩余電量測試、分選，然后分門別類進行修復、梯次利用和材料回收再生。從電池全生命周期減排的潛力看，在現有電力結構下，物理回收可減排超50%；濕法回收減排32%；干法回收減排3.5%。隨著綠電比例的提升，碳排放還將繼續下降。

　　鋰電池在2030年前仍將占據主導地位

　　另外，我們要一直用鋰電池嗎？會不會有其他電池取代鋰電池？這就是動力電池技術可持續發展問題。

　　首先，鋰電池還會用很久。當前鋰電池的比能量上限約為300瓦時/千克，新型鋰電池可達350~400瓦時/千克。預計2025年會出現與現有液態電解質鋰電池比能量大體相當的第一代全固態電池。2030年后出現第二代采用新型正負極材料的全固態電池，比能量會提升到500瓦時/千克，還會有高比能量鋰-硫電池、金屬空氣電池等。最近出現的納離子電池，各方面性能還不能滿足高性能汽車使用要求。預計到2035年，鈉離子電池、鉀離子電池性能會大幅提升，比能量會達到300瓦時/千克左右。

　　從電池產業可持續發展角度看，鋰電池在2030年之前仍占主導地位。第一代全固態電池（產業化后）占市場比例接近1%的時間點約在2030年左右。2035年之后，新一代固態電池及鉀、鎂、鈉、鋰-硫等各類電池會進入市場。到2050年，液態鋰離子電池或將減少至約20%。這是參考國外資料及我們的研究作出的長周期粗略預測。

　　電池的全鏈條智能化也是一大趨勢。現在的材料合成與電池設計仍主要采用“試錯法”，導致實際生產的電池難以達到理論上的比容量。智能化手段可以使設計進一步優化，比如基于材料基因組學和人工智能的材料篩選和設計，再利用智能制造、應用過程中的智能電池管理，最后再智能回收，實現全過程智能化。這是歐盟的2030年電池計劃的核心思想。

　　通過智能設計，電池實際性能與理論值之間差距可減少一半，智能回收可使回收原材料的利用率接近100%，全生命周期的碳足跡減少1/2。科技的潛力巨大，動力電池的可持續發展是有保障的。

　　超快充電問題：應主要用于高速補電

　　人們對電動汽車仍不太滿意的是充電不如加油快。今年國慶假期，很多用戶抱怨電動車變成了“電動爹”。其實高功率型動力電池是可以像加油一樣超快充電的，但其比能量低，無法滿足長續航要求。

　　現在長續航的電動汽車越來越多，裝的都是強調高比能量的能量型動力電池，快充就不太容易了。比如350千瓦超快充電，5分鐘充接近30度電，要解決的問題不少：充電倍率太大，電池受不了；充電電流太大，車受不了；充電功率太大，電網受不了。為此，電池本身要具備快充能力，即較高的峰值充電倍率；車載電氣系統的電壓要提高，如增加到800伏以便在超大功率充電時減小總充電電流；最好采用儲能電池放電以達到350千瓦的高功率以減輕電網負荷。這樣才能便于超快充電。

　　這其中最難的還是動力電池本身快充潛力的發揮。充電過程最易發生安全事故，主要原因是快充導致鋰枝晶造成內短路。為此，需要開發無析鋰的快充技術外，還要選擇超快充電區間和幅度。研究表明在電量一半以下，5分鐘充1/3的電量較為適宜；充滿電會遇到安全、壽命、發熱等很多問題，得不償失。

　　超快充電應當主要用在高速公路應急補電。比如續航600百公里的車，5分鐘充1/3電量就是200公里，這是比較科學合理的。

　　此外還要考慮全氣候，比如冬天要加熱，夏天要散熱。所以必須要配備快速加熱、快速冷卻。現在中國電力聯合會制定的超級快充標準已開始公開征求意見，我們團隊與殼牌合作在加油站建設了幾個超快充電示范站，將進行試驗考核。

　　基于儲能電池放電的超級快充其儲能電池從哪來？有兩種辦法，一是直接帶儲能的充電站，但成本偏高。二是跟換電結合，商用車快速換電這個趨勢已經非常明顯了。

　　工信部已經在全國進行換電試點，我們團隊也在宜賓等幾個城市做換電。總體來看，目前高出勤率、重型載荷、短途運輸的卡車做換電是最火的，比如礦區、建筑工地、鋼鐵廠、港口等等是首先要進行的，將來逐步擴展到城市和高速公路。

　　我們認為，快速充電和快速換電相結合，卡車快換、轎車快充、換電備用電池給轎車快充，將是一個優勢互補資源共享的解決方案。而且，這種快充快換站的使用與原先燃油車加油的習慣、頻率及位置很接近。此外，能源企業非常適合在加油站建設快充、快換耦合站，這對其而言是一個比較合理的商業模式和非常好的轉型方向，有極大前景。

　　車網互動：未來有望形成“電動車股市”

　　據統計，目前家用電動汽車75%的電量通過慢充獲得。隨著電動車數量快速增加，慢充會給電力負荷帶來很大壓力，無序充電的時代即將結束。未來將進入有序充電階段，后臺將通過電價機制把充電調整到電力負荷低谷區間。目前深圳已有示范。管理充電的信息網會智能調度電網的充電能量，能源互聯網的雛形漸顯，這是一件大事。

　　再進一步就是雙向發展：電動汽車電池既充電又放電。比如，電動汽車與建筑或者房屋連接構成一個能源系統，可以給建筑供電。未來晚間與白天電價差別較大，就會有收益。未來向可再生能源轉型，風電、光伏發電波動大，電足的時候可以先儲存，缺電時再放出，如此一來儲能的作用很大，電價差也會越來越大，電動汽車作為儲能裝置的價值就會發揮出來。

　　2025年電池汽車的電池容量將超過20億千瓦時，以2040年3億輛電動車保有量計，每輛車平均65度電，總計約200億度電是我國一天所需的總電量。這一巨大儲能系統將產生巨大的碳減排潛力，我們初步計算碳減排潛力可以高達10~20億噸，數量十分驚人。

　　總之，電動汽車儲能的潛力極大，會是一個巨大的藍海市場。現在，各級政府都在面向“雙碳”目標推動碳減排。其中最重要的途徑之一就是基于電動汽車的智慧能源，包括光伏、電動車電池、充放電裝置、家用電器連成網，一個小區、一個單位、一個社區可以形成一個一個微電網，一個行政區有許多微電網聯起來變成區域電網。最后形成整個城市的智慧能源，成為綠色智慧城市的重要組成部分。

　　可能會有人提出疑問，電動汽車是分散、移動、隨機使用的，充電裝置也不是到處都有，這種理想的結果如何實現？

　　首先要加快普及慢充設施。理想狀態是車停下來就能接入電網，這樣才能形成儲能和電網互動功能的實現。實現的手段很多，比如利用車載雙向充電機，車下只需要一個智能插座解決結算問題就可以了。從技術角度看，只要有標準規范，安全是有保障的，關鍵是如何實施。

　　新的推動力量是低碳城市的創建需要推廣電動汽車、光伏、儲能。就像以前各個城市競爭GDP一樣，現在要比賽碳減排。全國各大能源企業也在各個地方投資，整縣市地推進可再生能源與智慧能源。以電動汽車為核心的電池儲能和一體化的智慧能源系統很快就會在全國逐步展開。

　　我估計在2025年之前主要是有序充電，2025年~2030年會發展出跟建筑和微網互動，2030年之后會與配電網互動。從系統分級看，底層是充放電的硬件設施，中層是大量的電動汽車儲能和微網聚合商，上層是政府介入的調度管理平臺。相關的技術問題并不是非常難，我們正在與合作伙伴一起選擇中等城市來做示范。

　　以可再生能源為主體的電力系統的特征將會是分布式、市場化為主。電動汽車充放電將會是一個市場，充放電跟股票買賣一樣，電價低就充、電價高就賣，通過經濟激勵手段實現對波動性風電與光伏等可再生能源的自動調節與平衡。對個人而言用手機APP就可以搞定，這是未來綠色智能城市的一個美好愿景。