中國(guó)工程院院士楊裕生：用成熟電池做第三代增程式電動(dòng)汽車
圖為中國(guó)工程院院士楊裕生作主題演講
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2018年1月21日，以“把握全球變革趨勢(shì)實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量發(fā)展”為主題的中國(guó)電動(dòng)汽車百人會(huì)論壇（2018）進(jìn)入第二天的會(huì)議議程。中國(guó)工程院院士楊裕生在上午的“定義未來(lái)引領(lǐng)變革”主題峰會(huì)上作主題演講。
以下為演講實(shí)錄：
各位同志，大家上午好！我今天想講一個(gè)題目就是“用成熟的電池做第三代增程式電動(dòng)汽車”。
大家可能清楚我是20年前、66歲開始研究電池、研究軍用電池，后來(lái)擴(kuò)展到在電動(dòng)汽車，所以對(duì)于怎么發(fā)展電動(dòng)汽車是從電池這個(gè)角度來(lái)考慮問題的。什么叫成熟的電池？我認(rèn)為至少是安全的，不是試驗(yàn)的，而是像一個(gè)成年人一樣。
最近大家可能很關(guān)注固態(tài)電池，實(shí)際上正確講應(yīng)該是全固態(tài)電池，但是現(xiàn)在把固態(tài)電池里面放一點(diǎn)少量的有機(jī)電解液，也叫做固態(tài)電池，實(shí)際上這個(gè)是有點(diǎn)不倫不類。真正的全固態(tài)電池安全性是高的，這個(gè)可能是10年以后的事情，把希望寄托在10年以后的電池，來(lái)發(fā)展當(dāng)前的電動(dòng)汽車，這是虛無(wú)縹渺。
現(xiàn)在補(bǔ)貼正在退坡，三年補(bǔ)貼就要退出，這三年日子怎么過(guò)？三年過(guò)了之后我們電動(dòng)汽車怎么發(fā)展？我最近幾年一直在考慮，補(bǔ)貼退坡之后電動(dòng)汽車怎么發(fā)展的問題。今天我提出這個(gè)問題主要就是想來(lái)討論在三年左右或者之后的電動(dòng)汽車發(fā)展問題。
第一個(gè)問題，發(fā)展電動(dòng)汽車，邁向汽車強(qiáng)國(guó)。習(xí)總書記講過(guò)，新能源汽車是我國(guó)汽車大國(guó)邁向汽車強(qiáng)國(guó)的必由之路，發(fā)展電動(dòng)汽車的目的是節(jié)油減排，不是為發(fā)展純電動(dòng)汽車或者是發(fā)展電動(dòng)汽車而發(fā)展電動(dòng)汽車，有一個(gè)很明確的目的是要節(jié)油減排，汽車強(qiáng)國(guó)必須依靠自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)生產(chǎn)油耗最低、排放最少的電動(dòng)汽車，要兼顧其他的性能。有的電動(dòng)汽車只節(jié)油不減排，比如像特斯拉，在新加坡它被罰款，就是因?yàn)樗非箝L(zhǎng)里程而多裝電池，車子就重，耗電多，而發(fā)電當(dāng)中排放大量的二氧化碳，所以在新加坡他被罰款。我們國(guó)家也有類似的車子，裝700公斤的電池可以走300公里左右行駛里程，這也是不可取的。所以要切實(shí)對(duì)比各種電動(dòng)汽車的節(jié)油減排。
第一個(gè)小問題，發(fā)展電動(dòng)汽車解除“四大焦慮”。因?yàn)殡妱?dòng)汽車國(guó)家補(bǔ)貼是最高的，大家也覺得它比較好做，所以發(fā)展的也最快。但是這種車第一個(gè)焦慮，里程焦慮。要多點(diǎn)電池依然怕斷電，電池多了車子重、不節(jié)電，夏天、冬天的空調(diào)用電嚴(yán)重會(huì)縮短里程。第二個(gè)，安全焦慮。電池多，而且比能量要提高，所以危險(xiǎn)性大，燃燒爆炸的事故就多。剛剛有講到特斯拉，特斯拉已經(jīng)燒掉十幾輛車了，它的電池比能量比較高。現(xiàn)在我們國(guó)家也在推動(dòng)高比能量電池，實(shí)際這個(gè)方向昨天我在閉門會(huì)上也講到這個(gè)問題，到底應(yīng)該怎么考慮電池的安全和比能量的關(guān)系問題，值得研究。第三個(gè)，充電的焦慮。充電樁要密、投資要大，仍然難以滿足要求。第四個(gè)，價(jià)格焦慮。電池大、價(jià)格就高，補(bǔ)貼結(jié)束之后競(jìng)爭(zhēng)力就降低了。所以當(dāng)前純電動(dòng)汽車宜做耗電少的微小型純電動(dòng)汽車，在有補(bǔ)貼的時(shí)候可以發(fā)展特種車、物流車輛。補(bǔ)貼停止之后競(jìng)爭(zhēng)力就會(huì)下降，所以發(fā)展純電動(dòng)汽車的問題不容樂觀。
第二個(gè)，發(fā)展燃料電池的電動(dòng)汽車還要經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的努力。燃料電池要解決五大難題，一個(gè)是氫高能效、低排放的制備。第二，氫的安全運(yùn)輸、儲(chǔ)存，建加氫站很貴，現(xiàn)在一個(gè)加氫站要兩三千萬(wàn)，滿足幾十輛車的加氫需求。所以每輛車在加氫站的建設(shè)負(fù)擔(dān)上是相當(dāng)重的，燃料電池的壽命不夠長(zhǎng)、價(jià)格高，還有一些關(guān)鍵的技術(shù)，像質(zhì)子交換膜，這些材料技術(shù)還有待提高。
還有一個(gè)問題，燃料電池要用鉑金做催化劑，鉑金資源太少，要研究不用這個(gè)催化劑，這些問題要解決當(dāng)前都需要時(shí)間，當(dāng)前靠不上，不是三年、五年的問題，是十年、八年之后，研究是可以，但是把研究當(dāng)成當(dāng)前的、馬上就可以解渴的水來(lái)對(duì)待，這是不行的。
燃料電池的功率響應(yīng)慢，難以滿足行車的速度變化，需要用電池來(lái)調(diào)節(jié)，實(shí)際上已經(jīng)演變?yōu)橛萌剂想姵卦龀蹋瑢儆谠龀填惖囊环N車子。
插電式混合動(dòng)力車，這是大馬拉小車，也就是說(shuō)發(fā)動(dòng)機(jī)很大，實(shí)際上并不需要那么大的動(dòng)力。這個(gè)車子是兩個(gè)系統(tǒng)，一個(gè)燃料系統(tǒng)、一個(gè)燃油系統(tǒng)，兩大系統(tǒng)重量就重了，遠(yuǎn)距離之后是用內(nèi)燃機(jī)，不節(jié)油減排，比較貴。當(dāng)前是靠補(bǔ)貼、牌照吸引客戶，我是從上海出來(lái)的，我知道上海有一些人把插電式的車子買回去之后，把電池拿掉了，減輕重量，少耗油，當(dāng)純油車來(lái)使用，甚至于還有個(gè)別的把電池賣掉，牌照又省了錢，電池補(bǔ)貼又拿到了，最后還收回了電池的錢，真是“一舉多得”。所以插電式混合動(dòng)力不是一個(gè)真正的電動(dòng)汽車。
第四，純深混。這種車子可以節(jié)油，以普銳斯為代表的可以節(jié)油百分之四五十，甚至可能更高。但是投資這樣的車子風(fēng)險(xiǎn)比較大，因?yàn)樾滦妄X輪加工要求高、加工費(fèi)用高，豐田這個(gè)系列已經(jīng)賣掉1千多萬(wàn)輛車，和它去競(jìng)爭(zhēng)這種車子恐怕要有一定的膽量。
所以我的主張是，原則是要用好成熟的電池，發(fā)展安全節(jié)能減排的電動(dòng)汽車，這是一個(gè)原則，不應(yīng)該改變的。技術(shù)路線，要以微小型純電動(dòng)汽車為突破口，大中型車發(fā)展純電驅(qū)動(dòng)的增程式。這個(gè)發(fā)展路線我大概在十年前提出來(lái)的，我覺得電池的發(fā)展證明這兩句話可能還是正確的。現(xiàn)在微小型純電動(dòng)汽車可以用安全成熟的鉛酸電池，也可以用鋰離子電池做高速車，由市場(chǎng)來(lái)決定。用增程式就可以解決純電動(dòng)汽車的四大焦慮問題。
我下面介紹一下增程式汽車，過(guò)去把它叫做串混，我把增程式車發(fā)展分為三代：
第一代的增程式是純電動(dòng)汽車上加裝了一個(gè)增程器，這是一個(gè)純電動(dòng)汽車，上面加一個(gè)增程器，最典型的是寶馬i3，單純是為了增加行駛里程，等到電池原來(lái)的電用完之后，增程器就是發(fā)動(dòng)機(jī)帶電動(dòng)機(jī)，啟動(dòng)了。這種增程器的電池比較重，因?yàn)槭窃瓉?lái)做純電動(dòng)汽車的電池，增程器的油耗高、車子加重，耗能更大。寶馬i3加一個(gè)增程器要加15%的錢，百公里油耗大概是5.35升，所以油耗還不算太低，這是第一代的。
第二代的就有差別了，從圖看不出來(lái)有差別，第一代增程和第二代增程，但是電力系統(tǒng)優(yōu)化了，第一個(gè)是，發(fā)動(dòng)機(jī)減少了，功率減少，第二是發(fā)動(dòng)機(jī)能量?jī)?yōu)化，就是動(dòng)態(tài)范圍窄，在一個(gè)很窄的動(dòng)態(tài)范圍里提高發(fā)動(dòng)機(jī)的效率。第三是電池減少了、成本就降低了，車子減輕，更加節(jié)能。第二代的增程式電動(dòng)汽車是燃油車和電動(dòng)汽車的融合，改變了第一代單純延長(zhǎng)續(xù)駛里程的局限性，能夠節(jié)能減排。我們國(guó)家的華龍去年生產(chǎn)的12米電動(dòng)客車，市區(qū)運(yùn)動(dòng)模式，它的百公里油耗是12升，公路上是16.3升。加拿大的PlanB做的增程式卡車，百公里油耗是17升，日產(chǎn)Note緊湊型的用的E—Power動(dòng)力系統(tǒng)，這次展覽會(huì)有展覽，是很典型的增程式，就是發(fā)動(dòng)機(jī)帶發(fā)電機(jī)的系統(tǒng)，電池也是串聯(lián)的。它是用的三缸1.3升的發(fā)動(dòng)機(jī)，百公里油耗2.7升，電池1.5千瓦時(shí)，1.5度電，按照現(xiàn)在的價(jià)格大概三四千人民幣。這樣的車發(fā)展起來(lái)價(jià)格就不是很了，能夠得到用戶的歡迎。note在日本，前年11月份上市之后賣的非常好。第二代增程式電動(dòng)汽車電力很充足，電池組不會(huì)過(guò)充和過(guò)放，壽命延長(zhǎng)，安全性高，磷酸鐵鋰鋰離子電池合用，安全性進(jìn)一步提高。電池少，補(bǔ)貼突破取消的影響小，容易推銷。增程行駛的時(shí)候必然有車節(jié)油50%，大為省錢，可以不外充電，免建充電樁，而且能夠遠(yuǎn)距離行駛。如果有充電條件的城市，百公里油耗節(jié)油率可以到80%以上。100公里路程內(nèi)，燃油車的生產(chǎn)，加油設(shè)施全集成，便于發(fā)展。解除了純電動(dòng)汽車的四大焦慮問題，避免了插電式混合動(dòng)力車大馬拉小車的不節(jié)能問題，增程式轎車的運(yùn)行成本比較低，引用一家公司的計(jì)算結(jié)果，全壽命運(yùn)行可以節(jié)省27萬(wàn)元。還有免購(gòu)置稅的優(yōu)惠政策。
第二代增程式也有美中不足的地方，一個(gè)是電池充電放電過(guò)程中有能量損耗，因?yàn)殡娭饕峭ㄟ^(guò)電池，第二是電池用量雖然比純電動(dòng)汽車少，大概是40%左右，因?yàn)楣β室獫M足最高速度的要求，電池的用量仍然有純電動(dòng)汽車的40%，車價(jià)仍然高于燃油車。第三，電池比較多，重量比較大，有減輕重量的潛力。第四，電池始終在高負(fù)荷工作，影響電池的壽命。
最后一個(gè)問題，講一講創(chuàng)新的第三代增程式電動(dòng)汽車。江蘇公爵提出了一個(gè)新的模式，就是發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)電直接驅(qū)動(dòng)電動(dòng)汽車，簡(jiǎn)稱發(fā)電直驅(qū)電動(dòng)汽車，就是第三代增程式車。它和第二代增程式不同，車上的發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)的電不經(jīng)過(guò)電池，而是直接驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)，差別就在下面這條橫線。發(fā)電機(jī)發(fā)出來(lái)的電在第三代是直接到電動(dòng)機(jī)去，而原來(lái)的第二代要經(jīng)過(guò)電池組，繼承了第二代增程式的全部?jī)?yōu)點(diǎn)，克服了它的缺點(diǎn)，節(jié)油率可以到60%甚至更高。
優(yōu)點(diǎn)是電池用量可以進(jìn)一步減少、成本進(jìn)一步降低，可以適用于各種車輛，均可以大量節(jié)能減排。有人可能會(huì)說(shuō)，增程式還是要燒油，不是最終目標(biāo)，我想有兩點(diǎn)說(shuō)明，第一個(gè)，如果我國(guó)的汽車油耗都降到一半以下，全國(guó)年節(jié)油1億噸，我們這個(gè)汽車大國(guó)就變成汽車強(qiáng)國(guó)了，這是一個(gè)很大很大的進(jìn)步。第二個(gè)，電動(dòng)汽車最終未必是純電動(dòng)汽車，可以不燒油，而燒醇類要以節(jié)能減排為衡量標(biāo)準(zhǔn)，而不是以燒油不燒油作為考核技術(shù)路線。最近國(guó)外有些公司紛紛提出來(lái)什么時(shí)候禁售燃油車，實(shí)際上這個(gè)話不完整，禁售傳統(tǒng)的燃油車，我覺得要講的完整比較好，尤其我們媒體不要跟著瞎炒作。
發(fā)展電動(dòng)汽車的目的是節(jié)能減排，凡是節(jié)能又減排的車都應(yīng)該鼓勵(lì)發(fā)展，最后由市場(chǎng)來(lái)裁決。凡是不利于節(jié)能又減排的政策規(guī)章，都應(yīng)該改革，觀念都應(yīng)該更新。我對(duì)于未來(lái)可持續(xù)發(fā)展的低碳電動(dòng)汽車有個(gè)設(shè)想，就是由太陽(yáng)能發(fā)出來(lái)的能量，來(lái)驅(qū)動(dòng)增程式電動(dòng)汽車，這個(gè)能量運(yùn)動(dòng)的路線，第一個(gè)是光伏發(fā)電和風(fēng)能發(fā)電，這是白天、黑夜有差別，發(fā)的電給動(dòng)力電池充電，這樣能夠安全長(zhǎng)壽、資源豐富、節(jié)能、環(huán)境友好、用量最少，動(dòng)力電池要達(dá)到這樣的目的。
用太陽(yáng)能制醇類或者制氫給燃料電池提供能量。太陽(yáng)能生產(chǎn)植物秸稈來(lái)制醇類，這個(gè)醇類給內(nèi)燃機(jī)提供燃料。告訴大家一個(gè)消息，秸稈制醇類的成本現(xiàn)在已經(jīng)降到與糧食做酒精的成本很接近了，所以這條路將來(lái)發(fā)展下去，我們?nèi)珖?guó)7億噸的秸稈利用起來(lái)，就可以產(chǎn)生1億噸的酒精。用這樣的燃料，包括氫燃料或者醇燃料來(lái)做增程器，就是做燃料電池的能量，這樣熱效高、重量輕、不挑時(shí)、價(jià)格低、容易運(yùn)行，這樣組成一個(gè)由太陽(yáng)能到增程式電動(dòng)汽車的一個(gè)發(fā)展的鏈條。
最后我想幾句結(jié)束語(yǔ)，第一，汽車企業(yè)要生產(chǎn)賣得出去的車，減少電池用量，主動(dòng)消化補(bǔ)貼退坡的差額，確保不增加用戶的支出。第二，增程式是電動(dòng)汽車銷售補(bǔ)貼退坡影響走向市場(chǎng)化的最佳技術(shù)路線，是建設(shè)汽車強(qiáng)國(guó)的利器。第三，發(fā)電直驅(qū)增程式電動(dòng)汽車節(jié)能的關(guān)鍵是巧用電池和發(fā)動(dòng)機(jī)，不苛求電池高比能量。我這里特別強(qiáng)調(diào)，不斷的提高電池的比能量是一條非常危險(xiǎn)的路。
最后我的一本文集最近出版了，80歲的時(shí)候出了一本《縱論電動(dòng)汽車和化學(xué)蓄電》，現(xiàn)在出的是《續(xù)論電動(dòng)汽車和化學(xué)蓄電》，這本書把最近五年我對(duì)電動(dòng)汽車的觀點(diǎn)，包括剛才的報(bào)告內(nèi)容收錄在里面，請(qǐng)大家指正。
謝謝！
（根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)速記整理，未經(jīng)本人審閱）
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