分布式光伏、智能電網(wǎng)、電池儲(chǔ)能從無序充電變?yōu)橛行虺潆娪糜陔妱?dòng)汽車。
“2009至2018年的10年間，中國(guó)新能源汽車產(chǎn)業(yè)實(shí)現(xiàn)從無到有，目前年產(chǎn)量和保有量均處于全球領(lǐng)先地位。隨著跨國(guó)汽車企業(yè)先后轉(zhuǎn)型新能源汽車，該產(chǎn)業(yè)已經(jīng)達(dá)到高潮。”近日，在由愛思唯爾主辦的“新能源動(dòng)力系統(tǒng)與交通電動(dòng)化”線上研討會(huì)上，中國(guó)科學(xué)院院士、清華大學(xué)教授歐陽(yáng)明高為新能源汽車發(fā)展提振信心。
電動(dòng)汽車、電動(dòng)飛機(jī)、電動(dòng)公交車……這些以清潔電力作為驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的交通工具，其迅猛發(fā)展使得環(huán)境污染、能源短缺等諸多時(shí)代難題得以破解。
不過，交通電動(dòng)化發(fā)展中還將面臨哪些挑戰(zhàn)？動(dòng)力系統(tǒng)裝置技術(shù)瓶頸又該如何破解？諸多問題仍亟待解答。
市場(chǎng)興旺但難題待解
日前，國(guó)際能源署（IEA）發(fā)布《全球電動(dòng)汽車展望2020報(bào)告》（以下簡(jiǎn)稱《報(bào)告》）?！秷?bào)告》指出，2019年，全球電動(dòng)汽車銷量同比增長(zhǎng)6%，突破210萬輛，占全球汽車銷量的2.6%；電動(dòng)汽車保有量增長(zhǎng)40%，達(dá)到720萬輛，占全球汽車保有量的1%。在可持續(xù)發(fā)展的情境下，預(yù)計(jì)到2030年全球電動(dòng)汽車年均增長(zhǎng)36%，達(dá)到2.45億輛。
不難看出，全球電動(dòng)汽車未來市場(chǎng)興旺，前景可期，國(guó)內(nèi)尤為如此?！秷?bào)告》同時(shí)指出，2019年，中國(guó)電動(dòng)汽車保有量占全球47%，多個(gè)城市的公交車已接近或全部電動(dòng)化；中國(guó)繼續(xù)引領(lǐng)公共充電基礎(chǔ)設(shè)施的發(fā)展，尤其是快速充電基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)展處于國(guó)際領(lǐng)先位置。而這一切都得益于我國(guó)政策引導(dǎo)、技術(shù)引領(lǐng)、行業(yè)推動(dòng)等多方面的驅(qū)動(dòng)。
動(dòng)力電池系統(tǒng)是動(dòng)力電動(dòng)化革命的核心技術(shù)之一。歐陽(yáng)明高指出，經(jīng)過多年研發(fā)，中國(guó)鋰離子動(dòng)力電池技術(shù)已躋身國(guó)際前列，其中，鋰離子動(dòng)力電池能量密度提升了兩倍以上，成本降低80%以上，真正實(shí)現(xiàn)了鋰離子動(dòng)力電池的革命。此外，燃料電池、混合電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)等核心技術(shù)也取得了諸多進(jìn)展。
“充電基礎(chǔ)設(shè)施是新能源汽車推廣應(yīng)用的重要基礎(chǔ)。”中國(guó)電力企業(yè)聯(lián)合會(huì)標(biāo)準(zhǔn)化管理中心主任劉永東表示，我國(guó)完備的充電設(shè)施政策體系、充電設(shè)施標(biāo)準(zhǔn)體系已基本形成，并先后在直流充電、充電漫游、換電等領(lǐng)域取得重要突破，“中國(guó)聲音已經(jīng)成為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的重要一方”。
不過，專家們也坦言，新能源汽車發(fā)展雖然態(tài)勢(shì)可喜，但問題依然嚴(yán)峻。
針對(duì)新能源汽車3大核心技術(shù)，歐陽(yáng)明高提出3個(gè)科學(xué)問題，即動(dòng)力電池?zé)崾Э貙?dǎo)致的安全問題、燃料電池性能衰減導(dǎo)致的壽命問題，以及多能源混合動(dòng)力系統(tǒng)燃燒導(dǎo)致的排放問題。
在充電基礎(chǔ)設(shè)施產(chǎn)業(yè)發(fā)展方面，劉永東指出，單靠充電服務(wù)作為主要盈利收入的商業(yè)模式遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足當(dāng)前充電服務(wù)重資產(chǎn)特點(diǎn)下的充電服務(wù)市場(chǎng)需求。此外，車主充電體驗(yàn)差、充電時(shí)間長(zhǎng)、充電互聯(lián)互通不足等問題仍舊存在。充電和電網(wǎng)之間的配合并不十分成熟，特別是老舊小區(qū)，建充電樁依然困難。
動(dòng)力電池是重中之重
“動(dòng)力電池大多能滿足純電動(dòng)汽車的要求，但大家比較關(guān)注的還是安全性。”歐陽(yáng)明高說。
影響動(dòng)力電池安全性的誘因是什么？如何提高安全性？在歐陽(yáng)明高看來，動(dòng)力電池?zé)崾Э鼐褪窃蛑?。他解釋道，熱失控的誘因有很多，比如碰撞、短路、過充電、內(nèi)短路以及過熱等引發(fā)電池負(fù)反應(yīng)，甚至連鎖反應(yīng)，到一定程度時(shí)，溫度急劇上升引發(fā)熱失控。一個(gè)單體電池?zé)崾Э刂?，還會(huì)在整個(gè)電池模塊和電池系統(tǒng)中蔓延，最后造成燃燒事故。
歐陽(yáng)明高團(tuán)隊(duì)長(zhǎng)期對(duì)熱失控的發(fā)生機(jī)理進(jìn)行研究。他們發(fā)現(xiàn)，在不發(fā)生內(nèi)短路的情況下，電池仍會(huì)發(fā)生熱失控，采用新型電解液也會(huì)熱失控，同時(shí)正極是先失氧后釋氧。在此基礎(chǔ)上，他們開發(fā)了相應(yīng)的熱失控抑制技術(shù)和軟件，并應(yīng)用于多家企業(yè)的產(chǎn)品上。
燃料電池也是電動(dòng)汽車的動(dòng)力源之一，它利用氫氣和空氣中的氧在催化劑的作用下，在燃料電池中經(jīng)電化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生電能，從而驅(qū)動(dòng)汽車前進(jìn)。
“功率密度越來越高，耐久性越來越好，功率范圍越來越寬，專業(yè)分工越來越細(xì)，成本下降越來越快，產(chǎn)業(yè)鏈越來越完善。”清華大學(xué)教授李建秋用6個(gè)“越來越”指出了國(guó)內(nèi)燃料電池系統(tǒng)技術(shù)的快速進(jìn)步。
李建秋表示，燃料電池主要用于商用車，目前國(guó)外有數(shù)百輛燃料電池客車正在進(jìn)行示范，國(guó)內(nèi)的燃料電池重型卡車、輕型卡車也處于研發(fā)示范中。
在他看來，商用車對(duì)燃料電池的性能要求主要有5個(gè)方面，耐久性、環(huán)境適應(yīng)性、功率密度和總功率大小、系統(tǒng)的可靠性穩(wěn)定性以及成本和經(jīng)濟(jì)性。而且，各性能之間并不是獨(dú)立的，而是相互耦合和影響的。
比亞迪股份有限公司動(dòng)力電池事業(yè)部副總經(jīng)理、研發(fā)總監(jiān)孫華軍則從企業(yè)研發(fā)的角度指出，電池系統(tǒng)的安全正在從被動(dòng)安全到主動(dòng)安全，從單體電池的安全逐步升級(jí)為系統(tǒng)安全。
被動(dòng)安全即在電池失效后，有效降低事故危害。而主動(dòng)安全則是在系統(tǒng)偏離正常狀態(tài)后且失效前主動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)并預(yù)警，從而避免事故的發(fā)生。
“現(xiàn)階段，電池系統(tǒng)更多集中在被動(dòng)安全設(shè)計(jì)上。隨著技術(shù)的發(fā)展，主動(dòng)安全也將大量用于電池系統(tǒng)，從而大大提升系統(tǒng)的安全性。”孫華軍說。
未來發(fā)展融合三大革命
“新能源汽車是交通電動(dòng)化的領(lǐng)頭羊。”歐陽(yáng)明高指出，從動(dòng)力電動(dòng)化出發(fā)，持續(xù)推進(jìn)高比能量電池與高比功率電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)將帶來電動(dòng)底盤平臺(tái)化，電動(dòng)底盤平臺(tái)化與車身材料輕量化帶來車型多樣化和小型化，車型多樣化與個(gè)性化將促進(jìn)新能源電動(dòng)汽車普及化，新能源電動(dòng)汽車普及化將帶動(dòng)交通全面電動(dòng)化。
新能源汽車未來將如何發(fā)展？歐陽(yáng)明高表示，要從三大革命高度全面看新能源汽車。即動(dòng)力電動(dòng)化（電動(dòng)車革命）、能源低碳化（新能源革命）和系統(tǒng)智能化（人工智能革命）。
一方面，動(dòng)力電動(dòng)化與能源低碳化結(jié)合，新能源汽車的規(guī)模推廣推動(dòng)新能源革命。在歐陽(yáng)明高看來，新能源革命的瓶頸之一是儲(chǔ)能技術(shù)，而儲(chǔ)能要靠電池、氫能、電動(dòng)汽車等來解決，“對(duì)于短周期分布式小規(guī)?？稍偕茉磧?chǔ)存，以鋰離子電池為代表的動(dòng)力電池是最佳選擇”。
另一方面，動(dòng)力電動(dòng)化與系統(tǒng)智能化結(jié)合形成交通能源互聯(lián)網(wǎng)，即以電動(dòng)汽車為核心，把分布式光伏、智能電網(wǎng)、電池儲(chǔ)能從無序充電變?yōu)橛行虺潆姡詈筮_(dá)到車網(wǎng)互動(dòng)。
“車網(wǎng)互動(dòng)十分關(guān)鍵。”歐陽(yáng)明高假設(shè)，“如果在2035年我國(guó)新能源汽車達(dá)1億輛，那么就有50億度電用于車上。如果全國(guó)轎車都改成電動(dòng)轎車，那么我們會(huì)有150億度電的需求，相當(dāng)于現(xiàn)在全國(guó)每天消費(fèi)的總電量，這完全可以平衡大規(guī)模風(fēng)光電等可再生能源，而無需煤電廠發(fā)電。”
“動(dòng)力電動(dòng)化、能源低碳化、交通智能化三大革命三位一體集成的新能源智能化電動(dòng)車新時(shí)代，才是我們最終的目標(biāo)。”歐陽(yáng)明高強(qiáng)調(diào)說。
原標(biāo)題：電池技術(shù)驅(qū)動(dòng)交通電動(dòng)化
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