純電動、燃料電池、混合動力三個技術(shù)路線

可以說，2016 年是全球純電驅(qū)動技術(shù)轉(zhuǎn)型的標(biāo)志年。電動汽車經(jīng)過幾起幾落，多元探索， 經(jīng)歷過鉛酸電池、鎳氫電池等，都不盡如人意。鋰離子電池后來居上，技術(shù)進步超出預(yù)期，中國新能源汽車產(chǎn)業(yè)開始快速發(fā)展。

汽車動力電氣化幾起幾落、多元探索，從行業(yè)的視角看各有不同。汽車行業(yè)一般認(rèn)為是混合動力、插電、燃料電池的發(fā)展路徑。信息行業(yè)則認(rèn)為是純電動、信息化、智能化、共享化。

能源行業(yè)，尤其是電網(wǎng)，以前是純電動、換電池、電池租賃、智能電網(wǎng)。三個行業(yè)三股力量逐漸的在競爭中融合。以前汽車行業(yè)里的戰(zhàn)略取向有兩種，一種是發(fā)動機優(yōu)先戰(zhàn)略，就是把技術(shù)門檻越做越高；另外一個戰(zhàn)略是純電動戰(zhàn)略，外行業(yè)進入汽車的時候基本上采用這個戰(zhàn)略，因為門檻相對比較低一點。

下面舉幾個例子。特斯拉是典型的純電動戰(zhàn)略，從豪華電動車到家用的電動車Model 3。豐田是汽車行業(yè)典型的代表，采取的是發(fā)動機優(yōu)先戰(zhàn)略，也叫高門檻戰(zhàn)略。從燃油車到混合動力，再到燃料電池。

中國該怎么選擇一直有很多爭論，最終在 2012 年確立了純電驅(qū)動的發(fā)展戰(zhàn)略。這個路徑跟豐田是剛好相反的。豐田的發(fā)動機戰(zhàn)略是先做一個混合動力的平臺，然后再基于這個平臺做各種車型。

比方說豐田的普銳斯，插電式就是在普銳斯基礎(chǔ)上電池加一點點就可以了，燃料電池也是在普銳斯基礎(chǔ)上把發(fā)動機換成燃料電池。中國模式基本上是先做純電動，做純電動的基礎(chǔ)上做插電式和深度混合的燃料電池，最終在比較多的電池插電式基礎(chǔ)上再減少電池，做一般的混合動力，在燃料電池深度混合的基礎(chǔ)上再減少電池，加大難度，做全功率燃料電池。豐田是高端介入，我們是從易到難。

我們先發(fā)展電池核心技術(shù)，并形成具有競爭力的市場規(guī)模最大的電池產(chǎn)業(yè)。這些年我們最大的成就是發(fā)展出了中國具有全球競爭力的電池產(chǎn)業(yè)。有了這個才有突破，如果沒有它我們其他都寸步難行。

我們以純電動力為突破口和基礎(chǔ)平臺，帶動混合動力汽車、燃料電池汽車全方位發(fā)展，形成新能源汽車總體競爭優(yōu)勢。

這個戰(zhàn)略是由新能源汽車總體專家組最先提出、正式成文于2012年3月份的《電動汽車科技發(fā)展規(guī)劃》，表示要“全面推動純電驅(qū)動技術(shù)轉(zhuǎn)型戰(zhàn)略”，《節(jié)能與新能源汽車產(chǎn)業(yè)規(guī)劃》也再次強調(diào)了這一點。

這是在“十五”“十一五”兩個五年全面探索之后， 在純電驅(qū)動和常規(guī)混合動力中選擇了以純電驅(qū)動發(fā)展作為新能源汽車率先推進的突破口。

確立了這個戰(zhàn)略之后，中國新能源汽車進入了快速發(fā)展的軌道，尤其是2014 年習(xí)近平***發(fā)布號召之后，我國新能源汽車在2011 年-2016 年的發(fā)展過程中從不足 5 千輛發(fā)展到 51 萬輛，保有量從1 萬輛提升到 100 萬輛，達到了 100 倍的增長，并且這兩個都占全球的一半，處于領(lǐng)先地位。

可以說，2016 年是全球純電驅(qū)動技術(shù)轉(zhuǎn)型的標(biāo)志年。電動汽車經(jīng)過幾起幾落，多元探索， 經(jīng)歷過鉛酸電池、鎳氫電池等，都不盡如人意。鋰離子電池后來居上，技術(shù)進步超出預(yù)期，中國新能源汽車產(chǎn)業(yè)開始快速發(fā)展， 從產(chǎn)品導(dǎo)入期進入產(chǎn)業(yè)成長期，并推動了全球純電驅(qū)動汽車的發(fā)展，全球的工業(yè)汽車強國開始轉(zhuǎn)型。

下面分別說一下純電動、燃料電池、混合動力三個技術(shù)路線。

一、純電動技術(shù)路線

電池產(chǎn)業(yè)經(jīng)過一定時期的發(fā)展，電池的能量密度在不斷的提升，成本持續(xù)下降。五年之間，單體比能量提升了1 倍，現(xiàn)在已經(jīng)達到 200 瓦時/ 公斤，之前預(yù)測今年的系統(tǒng)成本大概是 1.7 元， 實際現(xiàn)在已經(jīng)低于這個數(shù)，在 1.5 元左右，大大超出預(yù)期。而且在這個數(shù)值區(qū)間中，電池廠的純利潤還在10% 以上。我們原先預(yù)測2020 年的系統(tǒng)成本也是偏高的，后來它改到 1 元左右。

純電動汽車的引入，是一個“兩頭擠”的發(fā)展形式，大客車和微型電動轎車逐步向中級家用轎車發(fā)展，即兩頭往中間擠，這個局面也已經(jīng)完全形成了。最早的純電動產(chǎn)品，里程都是 100 多公里，現(xiàn)在300 公里以上的車已經(jīng)非常多了。

另外，純電動商用車的總體水平在全球處于領(lǐng)先地位，產(chǎn)品的規(guī)模不斷擴大，并且開始出口。充電基礎(chǔ)設(shè)施也在 2016 年開始出現(xiàn)拐點，到 2016 年，我們是15 萬個充電樁。

從 2016 年年底開始，每個月新建公共樁的數(shù)量最多達到1 萬多個。除此之外，還有私人樁的建設(shè)。每人買輛車自帶一個充電樁。電動汽車進入市場成長期之后，整個充電樁產(chǎn)業(yè)也開始快速發(fā)展，并出現(xiàn)拐點。

下一步的目標(biāo)是家用主流轎車的性價比和車型技術(shù)形成競爭力，其中關(guān)鍵取決于電池，純電動汽車的性價比就是里程跟成本的比值，因為多100 公里續(xù)駛里程就得多裝 100 公里的電池，電池成本是比較高的。

為此我們需要致力于降低電池成本，以及整車電耗的下降，另外就是充電設(shè)施的便利以及安全管理。我們希望達到的目標(biāo)是在 A0 級車百公里電耗降到 10 度，續(xù)駛里程達到300 公里左右的小型電動車取消補貼，到 2020 年綜合成本可以跟燃油車競爭。目前全球也都在朝這個方向努力，比如通用、特斯拉 Model 3 也是這樣的。

車輛的續(xù)駛里程和車型有著密切的關(guān)系。一個2.5 米長的微型電動汽車，續(xù)駛150 公里足夠了。例如奔馳Smart 就是這樣的車， 沒有必要搞 500 公里，也裝不了那么多電池，因為體積就那么小。

A00 級，像QQ 這么大的，我們認(rèn)為200 公里是合理的。到A0 級車， 家用轎車像伊蘭特這種，300 公里是合適的。到 A 級車，如捷達等，400 公里是合理的。B 級、C 級中高檔轎車可能要 500 公里。

現(xiàn)在從國際的調(diào)查看，日本消費者對續(xù)駛里程 300 公里的車接受度為 70%；在歐洲則需要 500 公里，因為歐洲開車速度非常高，行駛里程也相對長。各個地方市場是不一樣的，車型也不一樣。在超快速充電方面。歐洲的提法是 350 千瓦的大功率充電，可以實現(xiàn)充電15 分鐘，續(xù)駛 500 公里。

這是歐洲部分車企針對部分車型 B 級、C 級豪華車的需要設(shè)計的。但是顯然 B 級以下都是不需要的。而且隨著充電基礎(chǔ)設(shè)施的高速發(fā)展和普及，如果充電非常方便，用戶反而會降低對里程的要求。日本也認(rèn)為這個指標(biāo)是過度的。

為了提高里程，電池的體積也必須降下來，如果電池體積過大，想裝也裝不上去。一般來說，家用轎車的體積大約為220L， 大型的 SUV，裝電池的體積大約是 400L。

電池的體積能量密度， 即每升多少能量，跟重量能量密度是對應(yīng)的。比方說重量能量密度為 250 瓦時 / 公斤的電池，其體積能量密度大概是每升 500 瓦時。因此不同的能量密度也決定了里程的長短，比如 SUV，要做500、600、700、800 公里都是可能的，但是轎車體積有限制，像QQ 那么大的車要它跑 500 公里，就不現(xiàn)實，因為他沒有體積， 裝不了對應(yīng)的電池。

如何解決電池的體積問題？現(xiàn)在的做法是在逐步地提升電池能量密度，到2020 年可以達到 300 瓦時 / 公斤，每升大概接近600 瓦時，就可以極大的解決這個問題。目前這個技術(shù)路線已經(jīng)完全確立，也就是說從現(xiàn)在的 200 瓦時 / 公斤提到 300 瓦時 / 公斤沒有問題，而且有些產(chǎn)品已經(jīng)做出來了，如貝特瑞的材料已經(jīng)用在松下的電池上了。

還有一個成本問題。裝那么多電池成本怎么辦？這要在全產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)力，重點環(huán)節(jié)突破。首先，最為薄弱的環(huán)節(jié)是原材料，百人會在青海做了一個電池材料的研討會。

電池材料主要在青海那邊，現(xiàn)在一噸碳酸鋰成本為1 萬 -3 萬，賣價在 15 萬 -17 萬，這是高額利潤。合理的價格是每噸3 萬-5 萬，如果到達這個價格， 電池成本將大幅下降。另外一個是在生產(chǎn)制造環(huán)節(jié)降低成本，目前電池良品率還不夠高，一致性還不夠好。

第三個是材料回收和循環(huán)再利用。鈷是非常稀有的材料，全球總儲量七八百萬噸，所以必須做好回收。現(xiàn)在一輛特斯拉要用十幾公斤鈷，是很大的數(shù)。

到2020 年，鎳的比例將會提高、鈷的比例會下降，但是一輛車也要5 公斤左右，所以必須要做好材料回收?？傊?，材料的成本是最關(guān)鍵的，而且材料的漲價也是最不容易控制的，因為材料是資源問題。

究竟降到多少才算低？我們可以按照內(nèi)燃機動力系統(tǒng)的價格來反推純電動力系統(tǒng)的價格，內(nèi)燃機動力系統(tǒng)是發(fā)動機、變速器、油箱等等，純電力系統(tǒng)是DC/DC、逆變器、電機等。電池用60 千瓦時能走多遠(yuǎn)？

到 2020 年，可以達到 400 公里，這樣算出來價格要等價的話，電池大約是100 美元，六七百人民幣一度電就可以跟內(nèi)燃機等價。這個價格什么時候能達到呢？這是一個價格下降的曲線，這是 2020 年的估計值，100 美元-200 美元之間。

2030 年的估計值在 100 美元以下，我個人估計 2020 年每千瓦時，大概在1000 人民幣 -100 歐元 -100 美元之間，接近這個，但是很難做到 100 美元，可能有的企業(yè)做到，有的企業(yè)做不到，平均做不到。2025 年大概在 100 歐元跟 100 美元之間，就是 2025 年是可以做到的。

一旦做到這個價格，就是拐點全方位出現(xiàn)，以此估計純電動汽車推廣的進程大概是這樣的：

第一階段，2010-2015 年，示范考核公共領(lǐng)域政府第一推動；

第二階段，2014-2017 年，政府補貼+ 政府限購，老百姓被動“吃螃蟹”；

第三階段，2017-2020 年， 充電設(shè)施后來居上破解“雞與蛋”的關(guān)系；

第四階段，2019-2025 年，將實行雙積分政策，進入市場主導(dǎo)階段?，F(xiàn)在進入市場的電動汽車反饋還是不錯的，沒有太多人抱怨電動汽車，所以會形成市場和政策雙輪驅(qū)動。純電動車將會在 2025 年左右突破性價比，實現(xiàn)大發(fā)展。

有一個問題要特別注意，高比能量動力電池面臨著安全性挑戰(zhàn)，比能量越大，安全性越差，會出現(xiàn)熱失控。溫度上來將引起一系列連鎖反應(yīng)，溫度到達800-1000 度就會燃燒爆炸，尤其是電池單體燃燒之后會放鞭炮一樣。

眾所周知，電動汽車的電池系統(tǒng)一般都有幾百只到上千只單體電池，如果讓熱失控在整個系統(tǒng)里面蔓延出去，將會出大事故。所以這是我們需要解決的。為此我們清華建立了電池安全實驗室，全方位做安全。

包括電池碰撞，也包括電池的化學(xué)，還有電池的集成?，F(xiàn)在不僅僅是國內(nèi)的廠家關(guān)注這個問題，奔馳、寶馬、日產(chǎn)等全球頂尖級的廠家都在跟我們合作。

我們可以采取一些措施防止熱失控的擴展，這邊就是熱失控的一個模塊，一個熱失控了，第二個、第三個等等后續(xù)一個一個接著來，我們的系統(tǒng)可以控制住，不會熱失控。以前的大客車，比能量 200 瓦時 / 公斤的電池是不可能用上去的，現(xiàn)在這里是 200 瓦時 / 公斤的三元電池，系統(tǒng)比能量是 150 瓦時 / 公斤， 仍然是安全的。

二、燃料電池技術(shù)路線

關(guān)于燃料電池的技術(shù)路線，中國跟國外的不一樣，但也還是有一定優(yōu)勢。最初國外的大客車是純?nèi)剂想姵仳?qū)動，轎車是全功率燃料電池系統(tǒng)，燃料電池搞的很大。中國的是燃料電池跟動力電池的深度混合大客車，燃料電池做輔助動力的增程式燃料電池轎車，這是中國的特色與技術(shù)路線。

這么做的好處是成本降低，因為目前燃料電池比電池要貴，最重要的是耐久性的提高，燃料電池最大的問題是耐久性?，F(xiàn)在國內(nèi)已經(jīng)做出了燃料電池發(fā)動機。我們認(rèn)為去年是燃料電池汽車發(fā)展的啟動年，今年有可能成為中國燃料電池汽車商業(yè)化的元年。

其中的核心問題是怎么突破燃料電池?，F(xiàn)在燃料電池混合動力技術(shù)已基本突破。雖然混合動力解決了很多問題，但是燃料電池本身還是很重要的。我們國家經(jīng)歷了很多年的研發(fā)，燃料電池的主要技術(shù)路線是從底向上，做催化劑、再做膜、再做極板、再做堆、再做發(fā)動機、做車，這是一種模式。

還有一種技術(shù)路線是從上至下。第一步先做混合動力系統(tǒng)，發(fā)動機外協(xié)。第二步，研發(fā)燃料電池發(fā)動機，電堆外協(xié)。第三步，研發(fā)燃料電池電堆，膜電極外協(xié)。第四步，研發(fā)膜電極，基礎(chǔ)材料外協(xié)。

每一步都能夠做到產(chǎn)業(yè)化。這種技術(shù)路線我們叫“剝洋蔥”模式。我們清華團隊采用這種模式已經(jīng)取得了較大進展。我們從燃料電池混合動力系統(tǒng)起步，現(xiàn)在已發(fā)展出自主的新一代電堆。形成了成套技術(shù)并培育出了燃料電池上市公司。

未來的走向看，燃料電池不能局限在汽車領(lǐng)域里，燃料電池不僅僅是汽車的前沿技術(shù)，還是能源前沿技術(shù)，如果局限在汽車?yán)?，這件事情是很難完全成功的。燃料電池有點像柴油發(fā)動機，不是汽油機。

汽油機可以由電池完全取代，但是柴油機用途非常廣，不光是汽車，坦克、飛機、船舶、發(fā)電全都有柴油機，所以燃料電池定位在一個通用型的動力機械，這也是發(fā)改委能源革命創(chuàng)新行動計劃關(guān)于燃料電池技術(shù)的基本定位。

我們?nèi)ツ曜隽恕吨袊囉脷淠苋剂想姵丶夹g(shù)路線圖》，對燃料電池汽車的產(chǎn)業(yè)化預(yù)測比較謹(jǐn)慎，2020 年大約是 5000-1 萬輛、2025 年 5 萬 -10 萬輛、2030 年 100 萬輛左右。

最近我國燃料電池代表團剛剛訪問日本回來，觀感有幾點：第一，日本的相關(guān)發(fā)展仍然還是比較緩慢的，基礎(chǔ)設(shè)施還是比規(guī)劃進展的要遲緩。另外，他們挑戰(zhàn)了技術(shù)難度過高的乘用車，現(xiàn)在每天大概生產(chǎn)13 輛。

他們公交車公司又太小，沒辦法來更換新能源車，這是他們的弱點。美國在這方面，2018 年的預(yù)算比今年還要有所下降，因為特朗普上臺之后對所有的預(yù)算都在往下減。中國相對活躍，資本市場運作興盛。我們有一個最好的發(fā)展環(huán)境，就是以公交車、物流車、出租車為突破口，完全有希望后來居上。

三、混合動力技術(shù)路線

混合動力技術(shù)路線相對來說是最復(fù)雜的，因為這里頭有很多東西不一定能看得明白。

經(jīng)過十幾年的發(fā)展，中國典型混合動力構(gòu)型已經(jīng)出現(xiàn)了，如比亞迪后并聯(lián)、上汽、廣汽的雙電機串并聯(lián)、比亞迪四驅(qū)電橋構(gòu)型、科力遠(yuǎn)的功率分流等。一直以來豐田的功率分流在業(yè)內(nèi)一度被捧上神壇，但是現(xiàn)在這個我認(rèn)為應(yīng)該走下神壇，為什么？我下面分析一下。

首先，是豐田的功率分流混合動力。功率分流混合動力為什么能夠省油呢？因為發(fā)動機總在最高效率點，不管在哪兒都能弄過來，怎么弄過來的呢？系統(tǒng)里有兩個電機、一個發(fā)動機，接了三個輪子，太陽輪、行星輪、齒輪架，我們要調(diào)節(jié)發(fā)動機的轉(zhuǎn)速靠什么呢？

靠發(fā)電機，這叫ECVT，就是電的 CVT，這是普銳斯， 是津津樂道被大家崇拜的?，F(xiàn)在出現(xiàn)了什么呢？比方說本田的串并聯(lián)，照樣也可以來優(yōu)化這個點，不管你在哪里，我都可以把你做到最佳點，照樣可以，不是說只有普銳斯可以。

還有現(xiàn)在最簡單的一種并聯(lián)式P2 構(gòu)型，所謂 P2 構(gòu)型就是說發(fā)動機、離合器、電機接著變速器，但是接在變速器前面，剛才那個是后并聯(lián)接在變速器后面，這是一個 DCT 雙離合器變速器， 它也可以來優(yōu)化發(fā)動機工況點。

可以用變速器橫向調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速，再用電機縱向調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)矩，橫向、縱向兩個自由度調(diào)。從對比實驗圖中可以看出起亞的 P2 構(gòu)型混合動力比豐田的功率分流混合動力油耗還要低一些。

還有一個，大家以前看不起串聯(lián)，說串聯(lián)油耗太高。那時候為什么油耗高？因為電池不好，那時候多是鉛酸電池，鎳氫電池；電機不好，都不好當(dāng)然油耗就高了。

現(xiàn)在電池性能好了，發(fā)動機油耗也低了，日產(chǎn)e-POWER 串聯(lián)混合動力燃料經(jīng)濟性可以電動37.2 公里 / 升，在日本一上市就是暢銷車型，超過普銳斯，所以普銳斯不是神話。

我們比較不同混合動力的特性，包括發(fā)動機工作點優(yōu)化、動態(tài)轉(zhuǎn)矩協(xié)調(diào)、全工況適應(yīng)性、安裝適應(yīng)性、動力性、經(jīng)濟性兼顧等等，都有辦法，不是功率分流一家。但是有一個共同的點，就是高效發(fā)動機是必須的。

要實現(xiàn)汽車動力系統(tǒng)的一體化和模塊化，我個人認(rèn)為有兩種思路。

?雙平臺戰(zhàn)略：從燃油車過來，是一個平臺，從純電動過來就是另一個平臺。第一，從內(nèi)燃機發(fā)展過來，內(nèi)燃機—雙離合器—多檔變速器動力系統(tǒng)；然后發(fā)展成機電耦合P2 構(gòu)型混合動力， 一般是縱置，橫置減檔；然后再發(fā)展出插電式混合動力。第二， 純電驅(qū)動平臺，動力電池純電動力系統(tǒng)，然后是串聯(lián)增程式 / 插電式，然后串聯(lián)式混合動力，然后到燃料電池串聯(lián)混合動力。

?單一純電驅(qū)動平臺：把汽車所有的動力系統(tǒng)連成一片。具體而言首先是動力電池純電動力系統(tǒng)—串聯(lián)增程式 / 插電式動力系統(tǒng)—串聯(lián)式混合動力（包括燃料電池串聯(lián)混合動力）—串并聯(lián)式混合動力系統(tǒng)—內(nèi)燃機動力系統(tǒng)。不需要搞十樣、二十樣。大家知道， 當(dāng)初搞客車的時候，一年改一個樣子，每年都變化，現(xiàn)在怎么樣？ 都過去了，電池好了，沒必要了。要減少發(fā)展的彎路，我認(rèn)為必須實現(xiàn)模塊化、平臺化、成本最低、可持續(xù)發(fā)展。