【2022年100人会】中科院院士欧阳明高！电动乘用车发展新阶段

【报道】2020年3月25日至27日，以“迎接电动汽车市场化发展新阶段”为主题的第八届中国电动汽车百强论坛“云论坛”新能源汽车论坛在北京钓鱼台国宾馆隆重举行。

中国电动汽车百人委员会副主任委员、中国科学院院士欧阳明高出席会议并致辞。

欧阳明高指出，我国新能源汽车经历了从培育示范期到商业成长期的过程，目前已进入大规模产业化快速成长期。

产业发展由政策补贴驱动转向市场与政策并重驱动，进入以市场竞争为主导的新阶段。

市场从需求不足转向供应不足和供应链安全问题。

市场化领域已从大规模推广乘用车电动化转向商用车电动化。

核心技术大规模产业化从过去十年的电池到未来十年的燃料电池。

新能源汽车的量变推动了汽车产业的质变。

汽车电动化引发了交通全面电动化的启动。

新能源汽车的发展带动了新能源革命的全面启动。

2019年被认为是电化学储能市场和光伏制造行业的元年。

氢元年，新能源汽车的普及将与其形成强耦合协同发展，实现“从燃料密集型消耗性能源系统向物质密集型循环能源系统转变”（国际能源署（IEA） ））。

新能源汽车市场快速发展的新阶段也将遇到一系列新的关键技术问题。

动力电池方面，会存在供应链安全、材料成本、回收等问题。

在充电方面，会存在基础设施普及、充电负荷调节、能量快速补充、绿色电力等问题。

在氢燃料电池和重卡电动化发展方面，我们将面临产品定位、成本和寿命、车载储氢、加氢站等问题；在电驱动底盘平台方面，我们将迎来专用电动底盘、电池底盘一体化、电机。

-电控传动三合一驱动桥和分布式驱动、新型滑板底盘和非承载车身等创新。

常见基础器件方向包括芯片和材料（膜、碳纤维、催化剂等）。

在电动车售后服务体系方向，保险、二手车价值评估等问题将更加深刻地面临。

电动乘用车的发展与前景欧阳明高对中国新能源汽车的产业化进程做出了早期预测，包括产业孕育期、导入期、成长期、成长期，最后是爆发期。

从实际发展的角度来看，我原来的估计是保守的。

2016年实现了从增长期向爆发性增长期的转变，比之前的预测提前了五年。

简单回顾发展历程，产业化孕育期和导入期一直持续到2006年，当时产量不足2万辆。

现阶段开展了北京夏季奥运会技术示范和“十城千车”示范。

这期间最关键的时间点是2016年，我国发布了《节能与新能源汽车产业发展规划（年）》，确立了纯电动新能源汽车产业化战略。

这是工业化战略的重要抓手。

2016年，习近平总书记指示“发展新能源汽车是我国从汽车大国迈向汽车强国的必由之路”，行业进入成长期。

新能源汽车年销售量8万辆，年销售量1万辆。

到2020年，由于补贴减少的影响，同比略有下降。

一年又过去了，我欣喜若狂。

年销量破万辆，超出预期，但符合逻辑。

今年标志着一个新的阶段。

总结电动汽车的销量和进入快速发展新阶段的必然性，我认为有三个因素：第一，电动汽车具有较高的消费者吸引力。

电动汽车优越的操控性能，经过多年的推广，电动汽车品牌形象的提升，新车型的大量推出以及造型相对于传统汽车的新潮。

其次，新能源汽车车型不断丰富。

细分市场和产品结构出现了“两端拥挤”的新现象。

微型车已基本被电动车占领，豪华车基本以电动车为主，出现了比亚迪超级混动等纯电动续航里程的中级主流轿车。

插电式电动汽车续航里程超过100公里。

第三，综合生命周期成本的降低也是用户购买新能源汽车的主要因素。

首先，电池续航里程、安全性、寿命等问题已经基本解决。

电池在本质安全、主动安全、被动安全等综合安全系统方面取得了长足进步。

电池安全相关焦点已从电动汽车转向储能电池安全和电动自行车安全。

其次，随着电驱动系统、热管理系统的技术进步，以及各种车载和充电加热技术的出现，全气候电动汽车正在慢慢成为现实。

第三，驾驶控制系统逐渐开始智能化，辅助驾驶的普及，电动化底盘、轻量化车身以及智能充换电和供能系统等各项技术使电动汽车基本满足了技术需求。

至少乘用车完全可以满足需求，综合性能可以超越燃油车。

“双碳”目标的实现将加速向电气化、新能源转型。

首先，电动汽车将确保汽车的碳排放在2016年之前达到峰值。

我们测算，电动汽车每公里每年的碳排放量约为70克。

与燃油车克每公里的碳排放量相比，纯电动汽车的排放量基本上只有燃油车的40%。

此计算数据是根据生态环境部下发的国家电网排放因子《企业温室气体排放核算方法与报告指南发电设施-年修订版》为克每千瓦时。

按《中国汽车低碳行动计划报告》分布的汽油生产碳排放系数和汽油燃烧换算系数分别为克/升和克/升。

参见《节能与新能源技术路线图2.0》乘用车油耗和电耗预测数据，分别为6.0升/公里和12.2千瓦时/公里。

据此，结合汽车规模化发展趋势，预计乘用车碳排放总量将在年内达到峰值，峰值将低于6亿吨。

其次，年后电动汽车将开始成为负碳排放单位。

电动汽车基于车网交互技术（V2G）作为储能装置，储存风能、光伏等零碳新能源波动电量，抑制火电厂碳排放，实现减排的影响，具有象征意义。

。

也是我国向零中和过渡，新能源汽车的负碳效应将得到一系列利好的政策支持。

因此，我们预计我国新能源汽车市场将进入快速增长的新阶段。

总体趋势是快速增长，当然也会有周期性波动。

利用工信部和国家统计局的数据，我们团队的预测结果显示，2018年燃油车销量高峰将出现，随后燃油车销量将持续下滑。

2018年前后，新能源汽车销量将与燃油汽车基本持平，占汽车总销量的10%。

总销量的一半大致符合中国节能与新能源汽车技术路线图的目标。

随着全球电动汽车进入快速发展阶段，电池行业也迎来快速发展。

生产能力正在迅速扩大。

根据行业投资信息预测，我国电池产能可能达到每年15亿千瓦时（GWh），更有可能达到每年30亿千瓦时。

预计每年电池出货量将达到GWh，其中70%至80%将用于国内市场，20%至30%将出口到海外市场。

我们预计今年电池产能将出现过剩。

由于新能源汽车的爆发式增长，电池价格将会上涨，如果将其转移到材料领域，将会有更大的放大效应。

今年材料价格上涨的原因之一是整车需求的增长。

电池有望上涨，企业纷纷扩大产能、增加储备。

影响的另一个原因是供应延迟，因为典型矿产碳酸锂的产能释放周期为3-5年，而卤水提锂的周期更长；此外，疫情影响影响锂资源生产，运输能力影响供应。

此轮价格上涨的原因与锂资源逐年上涨的原因基本相同。

当时我国新能源汽车从孕育期进入成长期，这也带动了锂价的上涨。

现在从成长期到快速成长期也是同样的过程。

两个过程很相似，就是需求和预期的增长，只不过这一次比上一次更强，而且加上疫情的影响，幅度更大。

从供需面来看，恐慌性库存储备造成的需求放大是暂时的。

随着碳酸锂供应能力的增强，将逐步回归基础需求端。

预计两三年内供需将完全恢复平衡。

考虑到贸易环境的恶化以及俄乌战争引发的镍价投机，为了供应安全，必须采取有利措施打击囤货，抑制镍价短期大幅波动，避免新镍的销售。

能源汽车今年受到了影响。

首先，从供给端看，全球锂资源经济可采储量快速增长，年均增幅达%。

目前全球经济可采储量为1万吨。

以三元电池为例，可生产TWh动力电池。

以每辆车的电池千瓦时计算，可安装在超过22.7亿辆汽车上。

随着需求的增加，新勘探和可采储量将不断增加，资源完全充足。

预计2020年后电池材料回收将形成规模；在此之前和之后，原始矿产资源和再生资源的供应将达到相当的水平；从长远来看，再生资源将逐步完全替代原有资源的需求。

随着材料价值的上升，回收行业面临着机遇。

我们预计每年将有 GWh 的回收量，即 1.25 亿千瓦时。

电池材料的生产和回收消耗大量的能源和排放，因此需要重视电池回收的节能减排，大力开展电池回收再生的科技研究。

目前电池回收主要有三种方法。

一是物理回收，可以减少整个电池生产链的碳排放；二是火法回收，但这种回收方式减碳较少，消耗能源较多；最后是湿法回收，能耗较高。

较低，但存在液体溶剂污染物排放等问题。

现在最受推崇的是物理回收，不仅可以减少碳排放，还可以减少其他污染物。

这也是目前回收技术创新最大的领域。

超声波回收和等离子体回收是最近报道的新技术。

使用绿色电力是进一步大幅减少电池生产和回收过程中碳排放的根本途径。

因此，电池产业应该向西部等绿色电力地区集中。

四川是一个聚集地。

目前产能为500GWh。

仅宜宾就有GWh。

是全球单一最大的电池生产基地。

也是电池材料、新能源的聚集区。

它有一个非常好的未来。

电池生产基地。

另一方面，必须开发新的材料系统。

按照时间线来看，电池材料系统未来的发展趋势主要是：每年的产业化目标，量产电池一般应达到Wh/kg，但现在平均还不到Wh/kg。

我们把这个体系称为液态体系，主要包括传统的锂离子电池材料、固液混合材料以及未来的钠离子、钾离子等液态电池材料体系。

今年的目标是达到Wh/kg并全面实现产业化。

这个阶段称为从液体到固体的转变，包括液体高电压、厚电极、较少电解质；正极采用高镍如Ni95，负极采用硅碳；和准固态电池系统。

今年应该是转向全固态电池发展的关键节点。

2019年，我们预计国内全固态电池占比不会超过1%。

今年的目标是达到Wh/kg并实现产业化。

包括全固态电池、锂硫电池和高容量富锂锰基材料，电压窗口将提升至5伏。

我们所说的瓦时还没有工业化，在真车上也没有正常使用，而是处于实验室阶段或者用于特殊用途。

我们来看两个电池坐标，一个是比能量，另一个是寿命。

基于大规模储能功能的考虑，电池寿命要求将变得越来越长。

目标为10,000次，比能量目标为wh/kg。

当然，还必须考虑成本。

负极材料的寿命从长到短依次是石墨、硅碳、硅、金属锂。

锂的比能量较高，但寿命会相应降低。

正极材料铁锂比能量低，三元能量高，最高的是富锂锰基。

如果我们将坐标进行转换，以比能量和寿命作为两个轴，我们就可以清晰地看到未来的多技术路线。

一是高比能量、低成本液态液体技术路线。

正极为高镍三元到富锂锰基，负极为高比例硅碳到金属锂。

具体能量目标为wh/kg，但寿命较低；第三条技术路线是液体折衷路线，兼顾比能、安全、成本和寿命。

高镍正极体系可以在不降低比能量的情况下将比能量提高50%，或者在不降低比能量的情况下将比能量提高3倍以上且接近0循环；第三种是基于铁锂的高安全液体路线，其成本最低，且寿命长达0次以上。

近年来的研究表明，液体路线可以达到Wh/kg，液体三元也可以达到10000次循环。

能够实现10000次循环的不仅仅是磷酸铁锂。

第四是固态技术路线，从现有的液态到固液混合再到全固态，高比能、高安全性。

第五条路线是从钠离子开始，将来还会有钾离子等。

单体电池的结构也不断创新，主要是减轻配件重量。

以特斯拉为代表的圆柱形电池，从0到0再回到0，以提高电池容量和比能量。

再比如从软包、方形硬箱到刀片电池，还有短刀、一站式，都是国内创新。

就电池系统而言，结构创新的最大趋势是从传统电池包由电芯、模组组成，逐步向去掉模组再整包的方向发展电池包，从而形成CTC（单体和底盘）深度集成）、CTV（单体与整车深度集成）。

这就是电池系统创新的路径，逐步降低附加重量和体积，不断提高电池系统的比能量，同时也带来底盘结构的变化和底盘技术的创新。

新能源汽车的兴起引发了汽车行业的技术革命。

自主品牌漂洋过海展现实力，造车造车新势力凶猛有活力，合资企业蓄势待发。

未来五年是重要的窗口期，市场快速增长，竞争加剧。

我认为，整车企业保持竞争优势的关键之一是应对新一轮电动化底盘平台技术带来的整车设计制造技术、价值链重构和产业生态演进的变革。

从燃油车到电动车再到智能车，底盘也会发生相应的变化。

传统底盘、电动底盘、智能底盘在制动、转向、悬架等方面也会有相应的变化。

目前的悬架是主动悬架。

比如今年参加百人展的车很多都配备了空气悬架。

也就是说，车身设计、智能座舱、辅助驾驶技术现在已经基本成熟。

电动底盘技术的竞争将持续升级，体现在电池系统与驱动系统的融合、底盘系统的滑板化等方面。

这些技术将成为电动乘用车新的竞争热点。

电动汽车底盘平台正在快速迭代。

一开始改装的车辆完全是燃油车底盘，后来进一步优化为电动车专用底盘，再到CTV。

特斯拉就是一个典型代表。

目前最具突破性的底盘技术是滑板底盘。

底盘有两条技术线。

一是以传统汽车厂商为代表，采用更加改进的技术路线，继续使用承载式车身。

另一方面，新造车厂商正在采用更加革命性的技术路线，即滑板底盘和非承载式车身。

美国涌现了几家代表性企业，其中Rivian市值达1000亿美元。

滑板底盘一般采用非承载式车身，电池组和底盘集成为一体化驱动系统，其中包括五项核心技术。

我只讲电池底盘集成（CTC）和新的电驱动系统。

CTC 有两种解决方案。

一是将电池组整体吊装到底盘中。

另一种是直接集成在底盘上，没有上部承重框架。

中国已经有一些进展，比如宁德时代将于明年推出CTC。

新型驱动系统需要高度集成、轻量化、小型化，即集中驱动采用电机-开发-减速三合一系统。

驱动系统还具有分布式驱动方式。

大多数滑板底盘采用分布式驱动，例如双电机驱动和三电机驱动。

现在的三电机形式，有集中电机和轮毂电机的组合，也有采用全轮毂电机的车型。

我们相信，最终的颠覆性技术是轮毂电机。

轮毂电机给整个底盘的制动、驱动、转向带来了更多革命性的变化。

国外开发的所谓e弯道，将驱动、制动、转向、悬架集成到车轮上作为一个独立的单元。

一辆有四个轮子和四个独立单元的汽车具有颠覆性。

许多国外制造商已经在开发这项技术。

我清华大学的团队也在研究轮毂电机，目前轮毂电机已经开始应用于出口大功率摩托车和商用车。

大功率摩托车使用千瓦级轮毂电机。

如果将轮毂电机用作滑板底盘，好处有很多。

一是空间、容量增加；第二，驱动和制动依靠轮内电机；第三，提高传输效率；第四，灵活，可以原地旋转；第五，更好地支持全自动驾驶。

这是一个与完全自动驾驶非常相关的电动底盘。

电动汽车充电的问题是慢充普及率跟不上市场的增长速度；长途出行临时充电速度太慢、排队时间长，用户抱怨电动车成了“电动爸爸”；大量电动汽车无序充电给城市供电带来负荷问题。

例如，北京、上海、深圳等城市必须进行排序充电。

现有的电动汽车充电标准无法满足新的需求。

例如，高速公路长途行驶时的紧急补给，需求是充电5分钟即可满足公里里程要求，这就需要千瓦级大功率快充；还需要满足国际贸易的统一要求，整车出口必须与国际标准保持一致。

一是充电创新标准先行。

超极是中国首个、领先的具有自主知识产权的直流充电技术解决方案。

它兼顾过去（可直接匹配现有国标系统），面向未来（千瓦大功率快充、小功率直流充电和车联网）。

互动V2G），引领世界（与IEC国际标准同步，推动中国企业走出去，推动国际接口标准统一）。

超集示范项目一期已完成：北京等8个城市大功率充电示范项目建成并投入运营。

超集示范工程二期将于今年投入运营：超集充电站正在京沪高速公路上建设，预计今年第二季度建成投入运营。

制定国家标准GB/T 4.4（连接组件）、GB/T 0（通信协议）、GB/T 7.1（充电系统）； GB/T 7.1、0已征求两轮意见，GB/T 4.4已征求一轮意见，预计今年第三季度报批。

此次充电标准升级将为超级快充和充换电以及有序慢充和车网交互的发展带来巨大机遇。

关于有序慢充和车网交互技术。

包括单向有序充电V1G、车网能源双向流动V2G、车联网V2X。

V1G表示单向有序充电，比如半夜充电到电量最低点； V2G是指车辆可以反向供电、充电或放电，可以向局域网和大电网供电； V2X是指Vehicle to everything，包括车用电源、建筑物用电源、应急电源、家庭备用电源等。

需要注意的是，实现V2G的前提是电动汽车必须通过双向充电桩停止运行时。

如果采用换电模式，车辆电池的储能功能将难以发挥。

同时，车网交互需要用户、企业、地方政府共同参与建设能源互联网平台。

三方都将受益，而且还有促进新能源发展的绿色效益。

车联网交互有哪些潜力？根据我国节能新能源汽车路线图，每年新能源汽车保有量达3亿辆。

以每辆车平均电池容量65千瓦时计算，整车电池储能容量为1亿千瓦时。

其规模相当于2018年中国日常用电量，总电量相当。

如果进一步考虑出行需求，乘用车灵活参与电网调度的平均电量为每天1亿千瓦时。

更有意义的是车辆的功率调节潜力，因为负载是通过功率来体现的，而功率取决于双向充电桩的功率。

如果按照15千瓦计算，按照日常出行概率分布，3亿辆新能源汽车支撑电网的容量将达到30亿千瓦左右。

目前全国装机容量仅为23.8亿千瓦。

只要有序充电，就能使新能源汽车的用电由无序变为有序，大幅减轻电网负荷。

当前，面对以新能源为主体的新型电力系统建设，电化学储能电站的扩建正在迅速崛起，采用与电动汽车类似的锂离子电池。

随着电动汽车保有量的快速增加，每年数量将达到1万至1亿辆。

我们预测，今年之后，随着V2G的普及和发展，其容量将超过电网的电化学电池储能容量。

在未来的电力系统中，电动汽车将与储能电站共同承担稳定电网的重要责任，并有望成为分布式储能的主体。

关键问题是如何聚合数亿辆汽车的电池。

这是一个典型的市场问题。

简单来说，就是构建一个广大车主参与的“炒电”市场，就像股票市场、期货市场一样。

电动汽车车主可以利用高峰需求。

由于谷电与用电之间存在价差，以低价给汽车充电，以高价向电网放电，赚取差价。

车网交互还有很多技术问题需要研究。

从空间尺度上看，底层是与汽车、充电相关的，属于硬件层面；中间层是聚合，是聚合者的业务，实际上是一个能源互联网平台。

、信息平台；上层是发电侧和电网侧的调度。

从时间尺度上看，它包括高频、中频、低频的动态、协调控制和优化管理问题。

与车联网交互相关的利益相关者较多，协调难度较大。

政策和监管层面的事情比技术更困难。

因此，有序充电、车网互动不是一日之功。

它将经历一个从无序充电到有序充电，再到车家互动，再到车与微网互动，最后到大电网互动的过程。

未来五年将是突破期。

关键是完善有序充电的标准、配套机制、运营模式、技术标准化相关准备工作，在电动汽车占比较高的重点地区实施V2G商用试点。

目前深圳正准备进行试点。

其优势是电动汽车占比较高、城市管理水平较高。

已经开始准备补贴V2G。

我希望北京、上海等其他地方也能这样做。

理想的充电服务系统不仅可以随时随地进行慢速充电，实现车网交互，还需要在交通要道上进行快速充电和快速换电。

这里的快速充电是。

首先，目前换电模式的主体是重卡，49吨重卡只能换电。

工信部启动重卡电池更换示范，试点城市13个。

业内预计，今年换电重卡销量将达到2万-3万辆。

当前电力交换的主要问题是解决交换和互联问题。

我们成立了“电动重卡换电联盟”来推动这件事。

目前行业标准和规范主要针对接口和电压格式制定。

在接口方面，无论是吊装式还是侧推式，都必须统一接口，既可以吊装，又可以侧装。

还有电气接口伏安，预计今年会进行修订。

在此基础上，可以进一步实现快充和快换的耦合和互补。

打造电动汽车时代的“加油站”。

具体来说，就是将现有加油站改造为“光储充换一体化互补的智慧能源系统”。

这里重要的是卡车的快速更换，以及备用电池的快速更换，以便为汽车超快速充电。

由于卡车有大量可快速更换的备用电池，光伏发电为其充电。

汽车的千瓦级大功率充电直接从电网取电，会导致电网超载。

北京电网平均负荷超过2000万千瓦。

如果同时有7万辆车，大功率快充网络就会崩溃。

因此必须通过储能电池进行放电。

储存能量有两种方式，一种是专用储能电池，另一种是使用重型卡车的备用电池给汽车充电。

遵循这个理念，我们与壳牌合作建设了全球第一个综合示范站。

已在张家口冬奥会上成功展示。

下一步将在全国范围内推广。