董敏學：動力電池企業(yè)要成長為全套解決方案的提供者
通用上汽 泛亞汽車技術(shù)中心有限公司車輛電源系統(tǒng)資深高級工程師董敏學做主題演講
11月16日，“2017’第二屆動力電池應(yīng)用國際峰會暨第三屆中國電池行業(yè)智能制造研討會”在北京啟幕。本屆峰會由中國化學與物理電源行業(yè)協(xié)會和電池中國網(wǎng)共同主辦，天津力神電池股份有限公司聯(lián)合主辦；中國化學與物理電源行業(yè)協(xié)會動力電池應(yīng)用分會承辦，無錫先導(dǎo)智能裝備股份有限公司聯(lián)合承辦。參加此次峰會人數(shù)超600人。
通用上汽、泛亞汽車技術(shù)中心有限公司車輛電源系統(tǒng)資深高級工程師董敏學在演講中，介紹了通用汽車的未來電動汽車發(fā)展戰(zhàn)略，以及在動力電池的未來發(fā)展趨勢。
以下為董敏學演講內(nèi)容：
各位院士、專家，各位領(lǐng)導(dǎo)，大家上午好！非常榮幸受邀來到動力電池應(yīng)用分會，有機會和大家一起交流，我來自上海汽車泛亞汽車技術(shù)中心。今天隨著新能源汽車補貼逐漸退坡，預(yù)示著我國新能源產(chǎn)業(yè)由政策拉動逐漸轉(zhuǎn)向市場拉動。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(zhí)行，政策明確了積分的核算辦法，并設(shè)立了新能源汽車積分比例要求的門檻，并且政府已經(jīng)開始研究政府禁售燃油車的時間表。按照規(guī)劃，到2020年中國新能源汽車產(chǎn)銷目標將達到200萬輛，去年中國新能源汽車產(chǎn)銷突破50萬輛，新能源積分比例在3%左右，到2019年“雙積分”政策規(guī)定企業(yè)新能源汽車積分要達到10%，對汽車來說兩年時間7個百分點的差距，企業(yè)面臨著一定的壓力和挑戰(zhàn)。
這些政策的出臺促使各大汽車制造商加快了新能源開發(fā)的腳步，對中國新能源汽車發(fā)展是一大利好。9月15日，我們通用汽車董事長兼首席執(zhí)行官瑪麗·博拉在上海舉行的媒體見面會上，宣布了汽車未來在華的發(fā)展戰(zhàn)略，按照計劃2010年—2020年間，通用汽車在華推出至少10款新能源車型，包括目前正在售的凱迪拉克、別克VELITE 5增程式混合動力車，到2025年別克、雪佛蘭、凱迪拉克三大品牌幾乎所有在華銷售車型都將采用不同程度的電氣化技術(shù)，涵蓋了從輕混合動力到全電動成套解決方案。
上汽通用制訂了新能源汽車發(fā)展的總體目標、運營模式和發(fā)展思路。總體目標，確保公司滿足ACFC及新能源積分要求，支持公司整體品牌形象。發(fā)展思路，形成從混合動力到純電動技術(shù)的應(yīng)用，并在引進GM先進技術(shù)的同時培養(yǎng)本土自主開發(fā)能力。因為我們通用車型分兩塊，一塊是GM全球平臺過來的，一塊是我們本土自主開發(fā)的，所以兩部分合起來對外的車型。
SGM成立于1997年，到今年20周年，上汽通用已經(jīng)生產(chǎn)了1500萬輛。為了在激烈的市場競爭中取得優(yōu)勢，公司一直把解決油耗高問題放在很重要的位置，從本世紀初就開始抓節(jié)能減排、抓燃油經(jīng)濟性改善設(shè)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呢？我個人認為，從技術(shù)角度來講，走的是技術(shù)創(chuàng)新路線優(yōu)化設(shè)計，落腳點就是選在最佳工作點上。對發(fā)動機來說是這樣的，對鉛酸電池今后進入動力電池都是同樣。對發(fā)動機來說，將發(fā)動機轉(zhuǎn)速控制在經(jīng)濟燃油區(qū)間，保持較低碳排放水平。下面我舉例再說。
我分三塊來介紹，一塊是我們有些什么行動，三塊都有措施，第一塊是傳統(tǒng)車，第二塊是混合動力車，第三塊是插電式PHEV。
首先我介紹一下傳統(tǒng)車，傳統(tǒng)車單就車輛電源系統(tǒng)方面來講，采用了EPM、RVC系統(tǒng)，通過監(jiān)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(diào)節(jié)器，來控制電池的充電，具體講就是控制在鉛酸電池的淺循環(huán)80%SOC工作點上。有什么好處呢？解決了電池的過充試水，又提高了電池壽命，同時降低了發(fā)動機的排放、能量消耗。第二塊在傳統(tǒng)車領(lǐng)域引進了啟停系統(tǒng)，通過減少發(fā)動機怠速時間達到節(jié)能減排的目的，2016年我們?nèi)坎捎昧诉@套系統(tǒng)，正是為了解決汽車頻繁啟動，免維護的鉛酸電池全部換成了ACM鉛酸電池，這個措施能達到節(jié)油百公里0.6L。
根據(jù)2015-2020年工信部當年生產(chǎn)乘用車設(shè)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(zhàn)略中，混合動力汽車無疑是未來市場推動的主要重點。在混合動力車方面，公司先是在2007年啟動“綠動未來”，泛亞汽車著手研究了一款混合動力車，用的36V鎳氫電池，2008年生產(chǎn)了3千輛，曾在2010年世博會上500輛作為新能源示范車在上海城市道路交通中運營，應(yīng)該算國內(nèi)比較早的新能源汽車。ICO具有混合動力車的優(yōu)點，啟停、助力、制動、下坡能量的回收，采用了BAS皮帶動力軸耦合結(jié)構(gòu)，這種耦合結(jié)構(gòu)中發(fā)動機通過主傳動軸與變速箱相連，啟動發(fā)動機單元，通過皮帶傳動與發(fā)動機曲軸相連，結(jié)構(gòu)簡單，沖擊小，重量輕，對整車結(jié)構(gòu)改動很小，因此有著成本的優(yōu)勢。但由于中度混合車，電機功率過小，同時電源容量非常有限，因此其理論節(jié)油效果僅為10%。
混合動力車有兩個動力牽引源，電機和燃油發(fā)動機，混合動力汽車的優(yōu)點在于省油及低的二氧化碳排放，這點尤其在市區(qū)狀況尤其明顯。優(yōu)點是這樣實現(xiàn)的混合動力汽車中發(fā)動機轉(zhuǎn)速通常只在很有限的，很窄的范圍內(nèi)給它變化，選擇在2000-2500轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速附近，當汽車如果需要功率大一些加速爬坡的時候電機可提供一部分功率，讓發(fā)動機始終工作于最佳的效率點，就是經(jīng)濟燃油比最高。未來混合動力汽車中燃油發(fā)動機將越來越會優(yōu)化，轉(zhuǎn)速和油耗也會越來越低，混合動力驅(qū)動的另一個優(yōu)點和啟動發(fā)動機的類似，制動下坡的時候能量可以回收，轉(zhuǎn)化回收、手機儲存?zhèn)溆茫秉c是加了電池組的原因，成本和重量會上去。電動驅(qū)動和燃油驅(qū)動之間通過電子控制系統(tǒng)來實現(xiàn)的，燃油發(fā)動機和電機各自有獨立的電控單元，這兩個電控單元通過總線和混合動力電控單元實現(xiàn)通信，達到節(jié)油減排的目的。
接下來介紹一款現(xiàn)在正在開發(fā)的48V的系統(tǒng)，是屬于輕混的車。如圖，這是這款車所有的參數(shù)。
這款車48V特點是，避免高電壓系統(tǒng)帶來的高成本及12V電源的動力限制，相對于高壓系統(tǒng)48V系統(tǒng)所需要的電器和電子部件的成本低得多，并且電池可設(shè)計成更小容量，同時這里用48V可以支撐中高檔車用的高檔音響、高檔空調(diào)、自動駕駛、底盤升級等等，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(shè)計方案，便于快速集成到新車型中，幫助現(xiàn)有汽車制造商縮短開發(fā)周期、節(jié)約成本，這款鋰離子電池預(yù)計2018年底開始量產(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(jù)CFC能量積分要求，引入了兩款GM全球平臺的插電式混合動力汽車，這兩款目前都在市場在售，一款是凱迪拉克CT6插電式混合動力車，一款是別克VELITE 5的增程型混合動力車，之所以多了“插電式”三個字，主要是導(dǎo)入了外接電源，通過外部充電后提供持續(xù)的電能，使電動機更多參與到車輛驅(qū)動當中，進而滿足了節(jié)能減排的目的。插電式混合動力汽車介于電動車和燃油車之間的一種車，既有傳統(tǒng)汽車的變速箱、發(fā)動機、傳動系統(tǒng)，也有電動汽車的電池、電機、控制電路，并且在電池容量比較大、有充電接口，在充電式混合動力車內(nèi)，應(yīng)具有集成電動車、燃油車兩套完整的動力系統(tǒng)，所以說插電式混合動力汽車的成本較高、結(jié)構(gòu)也比較復(fù)雜，外加車身重量較大，這與單純的汽油車和電動車相比就是劣勢了。但相比EVE的純電動來說，有效解決純電動汽車續(xù)駛里程，就是里程焦慮問題，并將傳統(tǒng)動力系統(tǒng)與純電動汽車系統(tǒng)結(jié)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，相比純電動汽車，插電式混合動力更適合當下情況。
另一款GM平臺的VELITE 5的增程式混合動力車，何為增程式混合動力車呢？是在純電動汽車基礎(chǔ)上裝備了一個小型的輔助發(fā)電機，以備電池電量不足時對電池充電，我們簡稱這個小型發(fā)電機組是增程器。增程式電動車內(nèi)部只有一套驅(qū)動系統(tǒng)，包括電機、控制電路、電池、電動機直接驅(qū)動車輪，發(fā)動機則用來驅(qū)動發(fā)電機給電池進行充電，因為發(fā)電機并不直接驅(qū)動車輪，因此也不需要變速器，這相當于在輔助的電動車上裝載了一臺汽油發(fā)電機。從結(jié)構(gòu)上分析，增程式電動車的結(jié)構(gòu)相對于純電動汽車只多了一個發(fā)電模塊，車身結(jié)構(gòu)更加簡單，成本更低。另外，擁有外接的插電功能的增程電動車更加適合于城市居民，在純電動模式下行駛里程里100公里以上，日常上班生活用車都沒問題，如果要外出自駕，也能做到和傳統(tǒng)燃油車一樣的續(xù)駛里程，完全不會像電動車那樣會有里程焦慮問題。
增程式電動車比插電式混合動力汽車的血統(tǒng)更加純正，因為沒有追加增程器之前就是一輛純電動汽車，增程器的部署基本不會影響到原有車輛的動力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，而插電式混合動力汽車的前身由于是混合動力汽車的關(guān)系，故而保留了較多的傳統(tǒng)機械部件，結(jié)構(gòu)上較增程式電動車更復(fù)雜一些，成本更高。總而言之，想判斷一輛車到底是插電式混合動力車還是增程式混合動力車，主要看發(fā)動機是否和車輪直接有驅(qū)動關(guān)系。大家有興趣請關(guān)注我們上汽通用這款VELITE 5，售價是26萬-29萬，價格還能接受，更偏向于純電。
第二部分我想簡略的介紹，很多都是這方面的專家，想說一下新能源動力電池技術(shù)的趨勢。
對新能源汽車電動EV來說，最至關(guān)重要的部件首推動力電池，這是業(yè)內(nèi)普遍認識的共識，如果想讓混合動力汽車盡快過渡到電動汽車，首先要看電池技術(shù)進步速度如何，脫離電池技術(shù)談電動車進步其本相就是空談，國內(nèi)動力電池汽車產(chǎn)業(yè)雖然規(guī)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，為整車廠新能源車動力電池提出解決方案的問題上，與國外先進相比有明顯差距，國內(nèi)單類電動汽車產(chǎn)品仍然無法形成規(guī)模效應(yīng)，上汽通用新能源供應(yīng)鏈戰(zhàn)略中一直在尋找合作伙伴，這一點跟過去不一樣了，今后我們新能源車電池我們作為整車廠角度來講一般都要求供應(yīng)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(yīng)商SALF（音）還會詳細介紹這塊。
從這張圖所顯示來看，我們現(xiàn)在處在第二代鎳鈷鋰電池和鎳錳鈷鋰電池NCM將在插電式混合動力汽車和純混電動汽車占據(jù)主導(dǎo)地位，就是NCA和NCM。其中NCM的中期市場份額會更大，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廠喜愛，磷酸鐵鋰電池NFB將由于能量密度較低而逐漸淡出市場份額，中國整車廠也將轉(zhuǎn)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，所以汽車行業(yè)必須同依賴有限的關(guān)鍵原材料及特定廣義，除鋰鎳錳外，石墨也屬此類，現(xiàn)采用的石墨我們的技術(shù)采用的是石墨+15%硅。對未來電動汽車動力電池領(lǐng)域的研究從未停止，國內(nèi)外都在投巨資，從開發(fā)新技術(shù)到動力電池，國外研究動態(tài)關(guān)注，目前國外研究動態(tài)關(guān)注的是高能比的固態(tài)電池技術(shù)，來自日本、美國不斷有報道，豐田表示他們這個趨勢圖，大家能看懂，CATL就是寧德時代，還有三星。
豐田表示，如果要讓EV量產(chǎn)，至少續(xù)航里程要達到500公里以上，而要實現(xiàn)這個目標，電池能量密度要是目前的2-3倍，續(xù)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(jù)豐田的規(guī)劃，豐田認為全固體電池搭載的車型在2025年，最早能在2022年商業(yè)化運行。同時來自于美國德克薩斯大學的報道也有，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，實驗室得出結(jié)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(nèi)在動力電池技術(shù)水平、能量密度、成本等方面有重大突破。
謝謝大家的聆聽！
（根據(jù)發(fā)言整理，未經(jīng)本人審閱）
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