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王子冬:企业该如何应对当前电动汽车行业发展的不平衡?

2018-10-29来源:鸿运国际官网

  日前,国家863电动车重专项动力电池测试中心主任王子冬发表“面对电动车发展的不平衡问题,企业应该怎么调整自己的发展思路?”的主题演讲:

  我是2000年开始做动力电池测试的,我今天不跟大家讲测试的事情,主要讲安全问题。我知道作为企业非常不容易,但是未来的路怎么走?希望大家的思考。小标题是“面对电动车发展的不平衡问题,企业应该怎么调整自己的发展思路?”,我主要有三个内容跟大家分享。

  这是刚刚出来的统计数据,大家看,这是从去年7月份到今年7月份的数据,里面有插电和混合动力的。这里有详细的分类比较的数据,希望企业可以精准定位。

  今年的动力电池装机情况不是太理想。我刚才在下面还问了桑顿公司的娄总他们的情况,目前看所有的企业都没达到预期,包括宁德时代CATL也没有达到,开工率不足。就目前来讲,开工率达到30%左右就已经很不错了,大部分企业在15%左右,这是非常严重的问题。红线是今年动力电池装机的变化情况,国家的补贴鸿运国际官网以前都是后三个月才能做出主要的调整,今年前面了,制定了一个6月11号之前的过渡补贴鸿运国际官网,6月11号以后按照新标准执行。后面爬坡还是会比较大的。

  这是各种材料、各种电池的占比,有2016年、2017年、2018年的,2018年从1月至5月、6月、7月是不一样的,三元材料明显占上风。为什么占这么多?是因为乘用车的数量增加了。大客车用的主要是磷酸铁锂电池,乘用车为了追求行驶里程,要求用三元的。

  前面统计的数字是和后面这张图的数字是对应的,大客车的增量明显降低,降低50%左右。但是乘用车增加带来的三元材料电池的销量增加,这个情况未必会长久。因为按照补贴要求过度追求能量密度出了很多的事情。在电动车的层面从安全角度来理解动力电池来讲,从全生命周期看,一定要考虑长久安全可靠,一定要把它(安全可靠)放在更高的层面来考虑。

  未来的动力电池结构的发展趋势如这张图,这里面有硬壳结构的电池,也有软包装电池,但是软包装电池的量正如刚才桑顿娄总给大家看的那个数据,是从占有率12%提升到14%,总体占比并不高。大家可以看到这个图上缺了一种结构的电池,就是圆柱形电池,圆柱形电池未来可能会最先被消灭掉,将来软包装电池可能会吃掉一部分圆柱形电池的市场份额,圆柱形的电池未来一定会最先退出动力电池市场,特斯拉现在采用的就是这种类型的电池。

  我们现在有一种不好的倾向,就是电动汽车过度追求行驶里程,没有别的办法,就只能是多带电量。多带电量会带来一系列的问题,如图所示,电动汽车应该有特定的使用场景,而不能过多地装电池,副作用太大。

  我给大家看一个曲线,大家可以清楚地看到多装电池带来的副作用,电动汽车与燃油车是完全不同的,燃油车要想走远只要把油箱做大一点就可以了,对整车重量的影响小于1%。但是对于电动车来讲每增加100公里的行驶距离,会增加150kg,如果增加200公里的行驶距离,整车就会增加300kg的重量。增加的重量占整车20%,如果继续增加带电量,最后大部分能量就会都消耗到搬运动力电池系统自身上了,带的电池越多,在走的过程中所消耗能量就越多。汽油车的燃油在车辆行驶中越用越少,油箱的重量是逐渐往下减的。而电动车不会因为跑的里程长了电池组变轻。有的企业和我说他们把电动汽车做到充电一次可以走800公里、1000公里,我告诉他们意义不大。

  有的朋友经常问我,未来动力电池应该怎样发展?我认为完全依靠动力电池的这种方式要被消灭。为什么人类要在一百年前选择了汽油、选择了柴油?实际上选择汽油和选择柴油只有一件事,就是能量密度高!我们现在将燃油折算一个当量,这个当量算得是比较保守的,实际上是比这个还高,汽油和柴油能量密度值是非常大,电池组目前可以做到150Wh/kg的能量密度已经是非常不错的了,但是它和燃油的能量密度相比差了几十倍。

  很多国家说要淘汰燃油车,这里有个理解上错误的,全世界各个国家说的概念是淘汰“传统燃油车”,而不是淘汰内燃机,日本已经有一半的车不是传统燃油车,欧洲有40%的车已经不是传统燃油车,但是人家没有走纯电动这个技术路线。这个理念大家一定要注意。在人类的发展过程中,一直在寻找能量密度更高能源,从木材到煤、油、天然气,现在变成氢能、核能等,一定是往能量密度越高的能级方向去走。我们燃油车用电池来驱动是往低能量密度走。

  另外,我们一直在说发展新能源汽车,就目前推出来的新能源汽车用了什么新的能源吗?这个问题许多院士也提到过。我们发电还是用煤、燃油和天然气,哪里有新的能源?

  现在首先对新能源汽车的考验是节能、减排,但是我们目前的做法是把城市里面的排放转移到了郊外。电动汽车在制造过程中的能量有降低了吗?做动力电池能耗较高,电动汽车在行驶中的能耗比燃油车高(特斯拉电动车在新加坡因为能耗高被罚款),动力电池在回收的时候还需要消耗大量的能源,能耗高意味着排放高,节能减排是要从全寿命周期的角度来分析,不是站在电动汽车使用的某一个阶段谈无排放。

  其次是安全问题,对新能源汽车安全问题是最重要的,安全是在第一的,动力电池的寿命是排在第二的。为什么我跟大家说三元材料电池不会是未来的主流,因为在安全问题上和系统的寿命上看它不具备优势,只在能量密度上有点优势。单一优点是不会长久的,目前看三元材料电池的成本降不下来也是个问题。

  三是现在国家管理部门几次开会在讨论动力电池的回收污染问题,就目前的回收技术,很难保证动力电池在回收过程中没有污染,特别是我们在制作锂电池过程中如果控制不好也会有污染,关键是我们采用什么样的工艺去处理污染。

  这张图说的是安全性体验,不是仅指在开车时的安全,我们经常听到电池厂着火,这是很普遍的现象,现在有些地方政府很害怕,因为经常有锂电池生产企业着火。废旧电池在回收运输过程中都会出事,废旧电池要运走,有些是做完破坏试验的电池也要拉走,我们经常遇到在运输的过程中物流车被烧了,运输公司就问我是不是要赔他的车?

  这是2018年上半年公布的电动汽车事故统计,还有相当一大批出事故的数量没有在内。这是特斯拉电动车今年出事死了几个人,目前看现在电动车出事死了人最多的就是特斯拉。这张图是在北京某小区电动汽车充电时着火了。这是在挪威的,这是在义乌的,也都是在充电的时候着火。这是今年在长沙换电站发生的着火事故,不能说采用换电模式就没问题,锂电池在充电的时候就容易出事故,这与换不换电池组没有多大关系。

  我跟很多企业讲不要再做动力电池了,太危险了,原来2015年的时候有五、六百家企业做动力电池,去年看就剩下几十家了。我昨天在宁德时代,宁德时代新能源电池研究院有3500多人,他们有各方面的研究人员,有研究材料的,研究电池结构的,研究电池生产工艺的、研究模块和Pack的,有研究电池管理系统的。一般的企业有多少?有一大堆方方面面的人才,企业没有实力是支撑不住的。

  这张图说的是在动力电池的安全性以外,长寿命和可靠性这是不容忽视的,动力电池要解决长寿命使用问题,长寿命跟很多有关系,这张图表示的是各种因素对动力电池长寿命和可靠性的影响,有制造过程、集成过程,储存过程,多级使用方式维护、调整方法,很多的问题对动力电池高寿命和可靠性产生影响。

  我们现在发现动力电池在充放电,特别是充电时是事故多发阶段,大部分着火是在充电过程中,或者刚刚结束充电后。保障动力电池充电安全性是件很麻烦的事,这里面有很多影响因素,有连接的问题,充电方式的问题,制造过程中是否有瑕疵的问题。在充电过程中会将许多隐患放大,导致事故,这点特别重要。

  不知道在座有没有做电池Pack的?电池Pack的连接片很多是采用激光焊接的,我问过许多企业怎么检测焊接质量?他们说:没法在线检测。今天没时间了,有时间我给大家看一下大量的测试结果,我们检查过激光焊接是有很多问题的。所有的企业都想去检查焊接质量,但是我们一提到要在线检查就会非常麻烦。在线可以检查,但是要给我一个小时?三十分钟?生产线上连续生产是不允许的。

  这张图还提到回收的污染问题,很多地方都有污染,我们的电动车在路上行驶时着火,电池箱炸开,消防员用水灭火,电池崩了以后电解液会出来,和水一起流到土地,就把土地污染了,这个被污染的土地很长时间没办法恢复。研究锂电池的人谁能告诉我有不污染的办法?这是很要命的事情。

  第三个内容是怎么解决这个问题?

  电池的动力集成涉及面非常广,我不主张大家做动力电池,是因为涉及的东西太多了。每个方面需要有很好的团队完成,几千人的研究团队把这件事情做好需要花多少钱?工资就好几个亿,动力电池能卖出去多少?利润有多少?钱能不能收回来?问题多了!今年上半年很多电池企业的财务报表都不好看,可以说非常难看,都是亏损的,还要拿出那么多钱搞研发,想想企业的压力有多大?我劝许多小企业现在趁早就别干了。

  动力电池系统的设计有很多要素,这张图只是其中一小部分。现在一些大企业的领导也都知道了动力电池系统要求很高,不好做。他告诉我说:“已经有一本设计指导书了”,我说:“有多少页”?他说:“有好几百页,你跟我说的时候只有不到十页,现在已经变成两百页了“。我说:”你已经进步了“。做一个电池系统设计太难了,这张表说的是所涉及的事情,每一条展开都有非常详细的要求。动力电池系统讲的是优化、是平衡,不仅仅是能量密度。

  刚才我说了,这是万钢部长(现在是国家领导人了)他今年三次在不同的会议上提到这件事,就是大家说的淘汰传统燃油车的事情,不是淘汰内燃机,燃油车不是把内燃机淘汰掉,内燃机要和电驱动结合起来,光靠电池是不行的。我们现在如果要加大电池组的能量,在现有的充电服务体系下,怎么能充得更快呢?并且对于高能量密度电池组来说快充是致命的。大家见没见过上下班时的挤公交车场景?我有几次在北京早上赶高铁,我就坐地铁去,前面来了两、三趟车我都挤上不去。大电流充电和人挤地铁门的场景是一样的,锂离子的大电流充电时,如果离子挤不进去就会很危险。

  未来应该是电驱动系统与内燃机结合起来,发挥各自的优势,使得内燃机可以把能耗和排放降下来。为什么丰田普瑞斯走混合动力?就是先把能耗和排放降下来。我们提倡推广使用新能源汽车追求的是节能和减排,丰田普瑞斯从百公里7升油降到3升油以下,3升油能耗肯定是少了,排放也少了,这是真正的节能减排。现场是使用电动汽车让人感觉好象不排放,那能量从哪儿来?产生能量的地方有排放吗?能量消耗大吗?应该多问一问。我今天来不及了,有时间再和大家讨论现。在电动汽车的能耗几乎是传统7升油车的1.5倍,丰田从7升到3升,我们却是从7升变成12、13升了。特斯拉电动车用22度电走100公里,大家算一算这个能耗,这也是为什么特斯拉电动车在新加坡被罚款的原因。如果电动汽车总背着这么重的电池组跑,就会不节能、不环保(折合成当量煤能耗和排放还高了)。新能源汽车首先要解决怎么节能的问题?节了能排放也会相应降低。内燃机的能量密度比较高,如何与电驱动匹配?应该说有很大的改进空间。

  我跟很多做Pack的朋友说,你要想做Pack,要先学会对动力电池系统的评价。我们今天可能还做不好电池组,但是我们要知道什么样的电池组是符合用户要求的?我朝着这个目标去努力,这是很重要的一点。

  能量密度高只是其中一个要求,但不是唯一的,充电的技术能力、放电能力、安全性,高温适应性低温适应性、循环寿命、搁置寿命、生产效率、维护方便性、回收方便性、成本接受度等等,有许多要求要满足。

  我在这里也给出了一个希望值,这里动力电池系统的能量密度给出了达到500Wh/kg的要求,汽油是2700 Wh/kg,即使是动力电池系统做到500 Wh/kg,与2700 Wh/kg还差了很多倍,我说的是动力电池系统的能量密度,不是固体电池单体的能量密度。系统如果做到500 Wh/kg,单体得做到800-900 Wh/kg。

  有人跟我说,如果单体电池的能量密度做到600 Wh/kg,系统的能量密度就能做到500 Wh/kg。我建议你试试,电池单体的能量密度越高,单体电池的总重量在Pack中所占比例就会越低。连接件、电缆、固定件等的重量不会因为电池能量密度提高而同比例降低,在这些辅件重量不能降低的情况下,你的电池能量密度越高未必系统的能量密度会按比例降低,所以说你要做到更高的能量密度才有可能平衡。

  目前来看,我们今天所能达到的技术水准,和用户对动力电池系统的理想状态相差甚远。我们是不是一定要走这条路?大家好好想一想。

  除了产品的评价,也要对项目学会评价。能不能干这个项目?(这个项目不一定针对新能源汽车)干任何事情都要考虑全寿命周期的安全性;大批量生产资源的可持续性;大批量生产设备的可控性;社会保障能力是否能够满足要求;制造过程的能耗比等等,这里面对于任何一个问题都要考虑的。

  我们在做新能源汽车动力电池产业时,恰恰没有考虑这个问题。我们只看到某一点,这就造成了我们非常不理性的现象。国家给的补贴支持新能源汽车产业的发展,五年的连续补贴是为了给大家提供研发的缓冲期,让大家有时间做研发,在补贴没有的时候能拿得出在市场上站得住脚的产品。遗憾的是所有企业无一例外奔着补贴去了,把它当成企业利润增长点,而没有在产品开发上下真功夫。有些企业的人说补贴没有了就不干新能源汽车了。这完全违反的国家支持新能源汽车产业的初衷,习总书记总跟讲“不忘初心“。国家是因为考虑新能源汽车研发投入非常大,所以才给的补贴,有多少企业是这么想这个问题的?

  这张图给出的是目前项目评价满意是100分,现在只有1个大批量生产可持续资源给了60分。这还是在没有考虑三元的情况下给出的,因为三元材料中钴的资源非常少,不可能支持可持续发展。其它方面得分不高,作为一个国家战略,一个投资人,这么低的分是没有人给你投钱的。不是政府强力支持,你会做新能源汽车吗?从事这个行业的人都要认真思索你的出路在哪里?

  大家看问题出在这里,所有做Pack、做电池的人,要首先解决动力电池系统的可设计性。特斯拉电动车上采用了松下不太安全的18650和21700电芯,没办法只匹配那么复杂的冷却系统,保证电池组能够正常工作。18650电芯的能量密度已经达到240Wh/kg了(现在21700已经达到280Wh/kg),240Wh/kg的单体电芯组合成系统后,能量密度就只有103Wh/kg,重组率下降57%。而比亚迪采用的是130Wh/Kg的磷酸铁锂大容量电芯,做出来的系统能量密度也是103Wh/kg,所以我跟大家讲,不要单独看电芯的能量密度有多高?目前能量密度的高低都是科学家站在材料层面说的,不是站在系统产品层面说的,严重地误导了大家。从材料层面看磷酸铁锂电池的电压只有3.2V,肯定比电压是3.7V的三元材料电池的能量密度低很多。但是在实际中,为什么比亚迪能用130Wh/Kg做出103Wh/Kg的系统,而特斯拉用240Wh/Kg也只能做出103Wh/Kg?有可比性吗?有很多事情要全面地来看,动力电池系统的可设计性是很重要的。现在我们来看看国内,只有个别几家企业的电池是考虑了这个可设计性的,绝大部分企业没有考虑,不理解这个事情重要性是做不好动力电池系统的。

  大家看这张图讲的是增程器,燃料电池是这里面的一种,这就是典型的内燃机和其它类型发电装置的结合,会有新的东西。现在内燃机在起步用、爬坡用、加速用时能耗比较高,但是在平稳行驶中发动机的功率消耗大概占总功率的15%到25%左右。大家可以查一个数据,早年在1900年前后,欧洲路面上跑的赛车也只有15马力,当时15马力已经很高了。现在很多汽车的功率是几百匹马力,为什么呢?因为我们要加速快。电动机的特性是可以从零开始加速,电动车的起步速加性能要远远高于使用内燃机的车辆,电动机与内燃机的配合正好把内燃机大扭矩、高能耗、低效率的区间躲开了,形成优势互补。所以丰田公司才选择了混合动力方案,最早的丰田普瑞斯发动机是1.3升的,而大小差不多的燃油车用的是1.8升发动机。普瑞斯的加速性能得到提高,能耗降低,排放降下来了。车辆发动机在大扭矩时能耗和排放是最不好,这个工作交由电动机承担,这是聪明的做法,缺点是系统相对复杂,技术要求高。这个技术路线值得我们学习和思考。

  总结一下:

  目前新能源发展存在较大的泡沫,需要引起大家的警惕。

  电驱动是目的,动力储能的设计和匹配要创新,解决好动力电池系统与电动汽车一体化设计,加强电池组和模块的设计需要全方位考虑。

  加强对电池组产品的全面测试,不能根据片面的测试结果,对动力电池系统进行评价。

  通过评价,改进设计,解决好动力电池系统的重量能量密度、体积能量密度、充电接受能力、放电能力等一系列问题的平衡。

  通过项目的评价,学会对动力电池进行综合评价的方法,对项目做出科学的判断,特别要重视动力电池产品向国外学习,我们不能夜郎自大。

  加强对动力电池回收的研究,尽可能不采用火法(高温消耗能源)和湿法(化学法),否则还得再处理,一定要找到新的方法。

  未来新能源汽车动力储能方式还将发生重大的变化,不会在动力电池为主的一条道上走到黑。

  谢谢大家。


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