董敏學(xué)：動(dòng)力電池企業(yè)要成長(cháng)為全套解決方案的提供者
通用上汽 泛亞汽車(chē)技術(shù)中心有限公司車(chē)輛電源系統資深高級工程師董敏學(xué)做主題演講
11月16日，“2017’第二屆動(dòng)力電池應用國際峰會(huì )暨第三屆中國電池行業(yè)智能制造研討會(huì )”在北京啟幕。本屆峰會(huì )由中國化學(xué)與物理電源行業(yè)協(xié)會(huì )和電池中國網(wǎng)共同主辦，天津力神電池股份有限公司聯(lián)合主辦；中國化學(xué)與物理電源行業(yè)協(xié)會(huì )動(dòng)力電池應用分會(huì )承辦，無(wú)錫先導智能裝備股份有限公司聯(lián)合承辦。參加此次峰會(huì )人數超600人。
通用上汽、泛亞汽車(chē)技術(shù)中心有限公司車(chē)輛電源系統資深高級工程師董敏學(xué)在演講中，介紹了通用汽車(chē)的未來(lái)電動(dòng)汽車(chē)發(fā)展戰略，以及在動(dòng)力電池的未來(lái)發(fā)展趨勢。
以下為董敏學(xué)演講內容：
各位院士、專(zhuān)家，各位領(lǐng)導，大家上午好！非常榮幸受邀來(lái)到動(dòng)力電池應用分會(huì )，有機會(huì )和大家一起交流，我來(lái)自上海汽車(chē)泛亞汽車(chē)技術(shù)中心。今天隨著(zhù)新能源汽車(chē)補貼逐漸退坡，預示著(zhù)我國新能源產(chǎn)業(yè)由政策拉動(dòng)逐漸轉向市場(chǎng)拉動(dòng)。9月份工信部等三部委聯(lián)合公布了“雙積分”，并將于2018年4月1日起執行，政策明確了積分的核算辦法，并設立了新能源汽車(chē)積分比例要求的門(mén)檻，并且政府已經(jīng)開(kāi)始研究政府禁售燃油車(chē)的時(shí)間表。按照規劃，到2020年中國新能源汽車(chē)產(chǎn)銷(xiāo)目標將達到200萬(wàn)輛，去年中國新能源汽車(chē)產(chǎn)銷(xiāo)突破50萬(wàn)輛，新能源積分比例在3%左右，到2019年“雙積分”政策規定企業(yè)新能源汽車(chē)積分要達到10%，對汽車(chē)來(lái)說(shuō)兩年時(shí)間7個(gè)百分點(diǎn)的差距，企業(yè)面臨著(zhù)一定的壓力和挑戰。
這些政策的出臺促使各大汽車(chē)制造商加快了新能源開(kāi)發(fā)的腳步，對中國新能源汽車(chē)發(fā)展是一大利好。9月15日，我們通用汽車(chē)董事長(cháng)兼首席執行官瑪麗·博拉在上海舉行的媒體見(jiàn)面會(huì )上，宣布了汽車(chē)未來(lái)在華的發(fā)展戰略，按照計劃2010年—2020年間，通用汽車(chē)在華推出至少10款新能源車(chē)型，包括目前正在售的凱迪拉克、別克VELITE 5增程式混合動(dòng)力車(chē)，到2025年別克、雪佛蘭、凱迪拉克三大品牌幾乎所有在華銷(xiāo)售車(chē)型都將采用不同程度的電氣化技術(shù)，涵蓋了從輕混合動(dòng)力到全電動(dòng)成套解決方案。
上汽通用制訂了新能源汽車(chē)發(fā)展的總體目標、運營(yíng)模式和發(fā)展思路?？傮w目標，確保公司滿(mǎn)足ACFC及新能源積分要求，支持公司整體品牌形象。發(fā)展思路，形成從混合動(dòng)力到純電動(dòng)技術(shù)的應用，并在引進(jìn)GM先進(jìn)技術(shù)的同時(shí)培養本土自主開(kāi)發(fā)能力。因為我們通用車(chē)型分兩塊，一塊是GM全球平臺過(guò)來(lái)的，一塊是我們本土自主開(kāi)發(fā)的，所以?xún)刹糠趾掀饋?lái)對外的車(chē)型。
SGM成立于1997年，到今年20周年，上汽通用已經(jīng)生產(chǎn)了1500萬(wàn)輛。為了在激烈的市場(chǎng)競爭中取得優(yōu)勢，公司一直把解決油耗高問(wèn)題放在很重要的位置，從本世紀初就開(kāi)始抓節能減排、抓燃油經(jīng)濟性改善設計，這些都要靠技術(shù)創(chuàng )新支持和支撐。公司走的是條什么路線(xiàn)呢？我個(gè)人認為，從技術(shù)角度來(lái)講，走的是技術(shù)創(chuàng )新路線(xiàn)優(yōu)化設計，落腳點(diǎn)就是選在最佳工作點(diǎn)上。對發(fā)動(dòng)機來(lái)說(shuō)是這樣的，對鉛酸電池今后進(jìn)入動(dòng)力電池都是同樣。對發(fā)動(dòng)機來(lái)說(shuō)，將發(fā)動(dòng)機轉速控制在經(jīng)濟燃油區間，保持較低碳排放水平。下面我舉例再說(shuō)。
我分三塊來(lái)介紹，一塊是我們有些什么行動(dòng)，三塊都有措施，第一塊是傳統車(chē)，第二塊是混合動(dòng)力車(chē)，第三塊是插電式PHEV。
首先我介紹一下傳統車(chē)，傳統車(chē)單就車(chē)輛電源系統方面來(lái)講，采用了EPM、RVC系統，通過(guò)監測蓄電池的SOC狀態(tài)，用BCM電控模塊取代發(fā)電機的電壓調節器，來(lái)控制電池的充電，具體講就是控制在鉛酸電池的淺循環(huán)80%SOC工作點(diǎn)上。有什么好處呢？解決了電池的過(guò)充試水，又提高了電池壽命，同時(shí)降低了發(fā)動(dòng)機的排放、能量消耗。第二塊在傳統車(chē)領(lǐng)域引進(jìn)了啟停系統，通過(guò)減少發(fā)動(dòng)機怠速時(shí)間達到節能減排的目的，2016年我們全部采用了這套系統，正是為了解決汽車(chē)頻繁啟動(dòng)，免維護的鉛酸電池全部換成了ACM鉛酸電池，這個(gè)措施能達到節油百公里0.6L。
根據2015-2020年工信部當年生產(chǎn)乘用車(chē)設立的平均油耗目標，到2025年逐漸降到百公里5L，2025年要降到百公里4L，到2030年是百公里3.2L，因此在公司的新能源戰略中，混合動(dòng)力汽車(chē)無(wú)疑是未來(lái)市場(chǎng)推動(dòng)的主要重點(diǎn)。在混合動(dòng)力車(chē)方面，公司先是在2007年啟動(dòng)“綠動(dòng)未來(lái)”，泛亞汽車(chē)著(zhù)手研究了一款混合動(dòng)力車(chē)，用的36V鎳氫電池，2008年生產(chǎn)了3千輛，曾在2010年世博會(huì )上500輛作為新能源示范車(chē)在上海城市道路交通中運營(yíng)，應該算國內比較早的新能源汽車(chē)。ICO具有混合動(dòng)力車(chē)的優(yōu)點(diǎn)，啟停、助力、制動(dòng)、下坡能量的回收，采用了BAS皮帶動(dòng)力軸耦合結構，這種耦合結構中發(fā)動(dòng)機通過(guò)主傳動(dòng)軸與變速箱相連，啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機單元，通過(guò)皮帶傳動(dòng)與發(fā)動(dòng)機曲軸相連，結構簡(jiǎn)單，沖擊小，重量輕，對整車(chē)結構改動(dòng)很小，因此有著(zhù)成本的優(yōu)勢。但由于中度混合車(chē)，電機功率過(guò)小，同時(shí)電源容量非常有限，因此其理論節油效果僅為10%。
混合動(dòng)力車(chē)有兩個(gè)動(dòng)力牽引源，電機和燃油發(fā)動(dòng)機，混合動(dòng)力汽車(chē)的優(yōu)點(diǎn)在于省油及低的二氧化碳排放，這點(diǎn)尤其在市區狀況尤其明顯。優(yōu)點(diǎn)是這樣實(shí)現的混合動(dòng)力汽車(chē)中發(fā)動(dòng)機轉速通常只在很有限的，很窄的范圍內給它變化，選擇在2000-2500轉轉速附近，當汽車(chē)如果需要功率大一些加速爬坡的時(shí)候電機可提供一部分功率，讓發(fā)動(dòng)機始終工作于最佳的效率點(diǎn)，就是經(jīng)濟燃油比最高。未來(lái)混合動(dòng)力汽車(chē)中燃油發(fā)動(dòng)機將越來(lái)越會(huì )優(yōu)化，轉速和油耗也會(huì )越來(lái)越低，混合動(dòng)力驅動(dòng)的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)和啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機的類(lèi)似，制動(dòng)下坡的時(shí)候能量可以回收，轉化回收、手機儲存備用，缺點(diǎn)是加了電池組的原因，成本和重量會(huì )上去。電動(dòng)驅動(dòng)和燃油驅動(dòng)之間通過(guò)電子控制系統來(lái)實(shí)現的，燃油發(fā)動(dòng)機和電機各自有獨立的電控單元，這兩個(gè)電控單元通過(guò)總線(xiàn)和混合動(dòng)力電控單元實(shí)現通信，達到節油減排的目的。
接下來(lái)介紹一款現在正在開(kāi)發(fā)的48V的系統，是屬于輕混的車(chē)。如圖，這是這款車(chē)所有的參數。
這款車(chē)48V特點(diǎn)是，避免高電壓系統帶來(lái)的高成本及12V電源的動(dòng)力限制，相對于高壓系統48V系統所需要的電器和電子部件的成本低得多，并且電池可設計成更小容量，同時(shí)這里用48V可以支撐中高檔車(chē)用的高檔音響、高檔空調、自動(dòng)駕駛、底盤(pán)升級等等，SGM目前采用的是博世的48V這款電池，博世這款創(chuàng )新的48V電池憑借標準化設計方案，便于快速集成到新車(chē)型中，幫助現有汽車(chē)制造商縮短開(kāi)發(fā)周期、節約成本，這款鋰離子電池預計2018年底開(kāi)始量產(chǎn)，上汽通用估計可能在2019年有部分量產(chǎn)。在性能指標當中，高比功率可能是關(guān)鍵，因為主要在啟停能量回收的時(shí)候要達到快速充放電，相比于電池能量次之。
第二部分，插電式。在插電式方面，公司根據CFC能量積分要求，引入了兩款GM全球平臺的插電式混合動(dòng)力汽車(chē)，這兩款目前都在市場(chǎng)在售，一款是凱迪拉克CT6插電式混合動(dòng)力車(chē)，一款是別克VELITE 5的增程型混合動(dòng)力車(chē)，之所以多了“插電式”三個(gè)字，主要是導入了外接電源，通過(guò)外部充電后提供持續的電能，使電動(dòng)機更多參與到車(chē)輛驅動(dòng)當中，進(jìn)而滿(mǎn)足了節能減排的目的。插電式混合動(dòng)力汽車(chē)介于電動(dòng)車(chē)和燃油車(chē)之間的一種車(chē)，既有傳統汽車(chē)的變速箱、發(fā)動(dòng)機、傳動(dòng)系統，也有電動(dòng)汽車(chē)的電池、電機、控制電路，并且在電池容量比較大、有充電接口，在充電式混合動(dòng)力車(chē)內，應具有集成電動(dòng)車(chē)、燃油車(chē)兩套完整的動(dòng)力系統，所以說(shuō)插電式混合動(dòng)力汽車(chē)的成本較高、結構也比較復雜，外加車(chē)身重量較大，這與單純的汽油車(chē)和電動(dòng)車(chē)相比就是劣勢了。但相比EVE的純電動(dòng)來(lái)說(shuō)，有效解決純電動(dòng)汽車(chē)續駛里程，就是里程焦慮問(wèn)題，并將傳統動(dòng)力系統與純電動(dòng)汽車(chē)系統結合在一起，彌補了各自的劣勢，優(yōu)勢最大化，在此背景下，不少企業(yè)認為，相比純電動(dòng)汽車(chē)，插電式混合動(dòng)力更適合當下情況。
另一款GM平臺的VELITE 5的增程式混合動(dòng)力車(chē)，何為增程式混合動(dòng)力車(chē)呢？是在純電動(dòng)汽車(chē)基礎上裝備了一個(gè)小型的輔助發(fā)電機，以備電池電量不足時(shí)對電池充電，我們簡(jiǎn)稱(chēng)這個(gè)小型發(fā)電機組是增程器。增程式電動(dòng)車(chē)內部只有一套驅動(dòng)系統，包括電機、控制電路、電池、電動(dòng)機直接驅動(dòng)車(chē)輪，發(fā)動(dòng)機則用來(lái)驅動(dòng)發(fā)電機給電池進(jìn)行充電，因為發(fā)電機并不直接驅動(dòng)車(chē)輪，因此也不需要變速器，這相當于在輔助的電動(dòng)車(chē)上裝載了一臺汽油發(fā)電機。從結構上分析，增程式電動(dòng)車(chē)的結構相對于純電動(dòng)汽車(chē)只多了一個(gè)發(fā)電模塊，車(chē)身結構更加簡(jiǎn)單，成本更低。另外，擁有外接的插電功能的增程電動(dòng)車(chē)更加適合于城市居民，在純電動(dòng)模式下行駛里程里100公里以上，日常上班生活用車(chē)都沒(méi)問(wèn)題，如果要外出自駕，也能做到和傳統燃油車(chē)一樣的續駛里程，完全不會(huì )像電動(dòng)車(chē)那樣會(huì )有里程焦慮問(wèn)題。
增程式電動(dòng)車(chē)比插電式混合動(dòng)力汽車(chē)的血統更加純正，因為沒(méi)有追加增程器之前就是一輛純電動(dòng)汽車(chē)，增程器的部署基本不會(huì )影響到原有車(chē)輛的動(dòng)力系統結構，而插電式混合動(dòng)力汽車(chē)的前身由于是混合動(dòng)力汽車(chē)的關(guān)系，故而保留了較多的傳統機械部件，結構上較增程式電動(dòng)車(chē)更復雜一些，成本更高?？偠灾?，想判斷一輛車(chē)到底是插電式混合動(dòng)力車(chē)還是增程式混合動(dòng)力車(chē)，主要看發(fā)動(dòng)機是否和車(chē)輪直接有驅動(dòng)關(guān)系。大家有興趣請關(guān)注我們上汽通用這款VELITE 5，售價(jià)是26萬(wàn)-29萬(wàn)，價(jià)格還能接受，更偏向于純電。
第二部分我想簡(jiǎn)略的介紹，很多都是這方面的專(zhuān)家，想說(shuō)一下新能源動(dòng)力電池技術(shù)的趨勢。
對新能源汽車(chē)電動(dòng)EV來(lái)說(shuō)，最至關(guān)重要的部件首推動(dòng)力電池，這是業(yè)內普遍認識的共識，如果想讓混合動(dòng)力汽車(chē)盡快過(guò)渡到電動(dòng)汽車(chē)，首先要看電池技術(shù)進(jìn)步速度如何，脫離電池技術(shù)談電動(dòng)車(chē)進(jìn)步其本相就是空談，國內動(dòng)力電池汽車(chē)產(chǎn)業(yè)雖然規模上不輸給別人，但是生產(chǎn)一致性需要大幅度提升，特別是如何把電池組成電池包，為整車(chē)廠(chǎng)新能源車(chē)動(dòng)力電池提出解決方案的問(wèn)題上，與國外先進(jìn)相比有明顯差距，國內單類(lèi)電動(dòng)汽車(chē)產(chǎn)品仍然無(wú)法形成規模效應，上汽通用新能源供應鏈戰略中一直在尋找合作伙伴，這一點(diǎn)跟過(guò)去不一樣了，今后我們新能源車(chē)電池我們作為整車(chē)廠(chǎng)角度來(lái)講一般都要求供應商作為全套解決方案的提供者，包括我剛才顯示的48V就是例證，明天我以前的供應商SALF（音）還會(huì )詳細介紹這塊。
從這張圖所顯示來(lái)看，我們現在處在第二代鎳鈷鋰電池和鎳錳鈷鋰電池NCM將在插電式混合動(dòng)力汽車(chē)和純混電動(dòng)汽車(chē)占據主導地位，就是NCA和NCM。其中NCM的中期市場(chǎng)份額會(huì )更大，目前占70%，相比而言最初因為較好的耐熱性而受到中國整車(chē)廠(chǎng)喜愛(ài)，磷酸鐵鋰電池NFB將由于能量密度較低而逐漸淡出市場(chǎng)份額，中國整車(chē)廠(chǎng)也將轉向NCM。到2020年左右，鋰電池技術(shù)發(fā)展空間較為有限，電池的技術(shù)變化主要局限于鎳錳鈷三種材料的比例，有望從NCM111就是鎳錳鈷的比例為1：1：1，發(fā)展到NCM622和鎳錳鈷比例的8：1：1。由于鋰電池技術(shù)的替代方案較少，所以汽車(chē)行業(yè)必須同依賴(lài)有限的關(guān)鍵原材料及特定廣義，除鋰鎳錳外，石墨也屬此類(lèi)，現采用的石墨我們的技術(shù)采用的是石墨+15%硅。對未來(lái)電動(dòng)汽車(chē)動(dòng)力電池領(lǐng)域的研究從未停止，國內外都在投巨資，從開(kāi)發(fā)新技術(shù)到動(dòng)力電池，國外研究動(dòng)態(tài)關(guān)注，目前國外研究動(dòng)態(tài)關(guān)注的是高能比的固態(tài)電池技術(shù)，來(lái)自日本、美國不斷有報道，豐田表示他們這個(gè)趨勢圖，大家能看懂，CATL就是寧德時(shí)代，還有三星。
豐田表示，如果要讓EV量產(chǎn)，至少續航里程要達到500公里以上，而要實(shí)現這個(gè)目標，電池能量密度要是目前的2-3倍，續駛里程可以做到800-1000MWh/L，早在2012年豐田就已經(jīng)研制了硫化物系列的全固體電池，根據豐田的規劃，豐田認為全固體電池搭載的車(chē)型在2025年，最早能在2022年商業(yè)化運行。同時(shí)來(lái)自于美國德克薩斯大學(xué)的報道也有，他們研究了固態(tài)電池，能量密度是當前鋰離子電池的3倍，如果雪佛蘭的沃蘭特能行駛300公里，實(shí)驗室得出結論，固體電池幾乎能行駛到1000公里，這都是良好的美景。我們更期待國內在動(dòng)力電池技術(shù)水平、能量密度、成本等方面有重大突破。
謝謝大家的聆聽(tīng)！
?。ǜ鶕l(fā)言整理，未經(jīng)本人審閱）
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