分布式光伏、智能電網(wǎng)、電池儲(chǔ)能從無(wú)序充電變?yōu)橛行虺潆娪糜陔妱?dòng)汽車(chē)。

“2009至2018年的10年間，中國(guó)新能源汽車(chē)產(chǎn)業(yè)實(shí)現(xiàn)從無(wú)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(chē)企業(yè)先后轉(zhuǎn)型新能源汽車(chē)，該產(chǎn)業(yè)已經(jīng)達(dá)到高潮。”近日，在由愛(ài)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(chē)發(fā)展提振信心。

電動(dòng)汽車(chē)、電動(dòng)飛機(jī)、電動(dòng)公交車(chē)……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(guò)，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(wèn)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(chē)展望2020報(bào)告》(以下簡(jiǎn)稱(chēng)《報(bào)告》)。《報(bào)告》指出，2019年，全球電動(dòng)汽車(chē)銷(xiāo)量同比增長(zhǎng)6%，突破210萬(wàn)輛，占全球汽車(chē)銷(xiāo)量的2.6%;電動(dòng)汽車(chē)保有量增長(zhǎng)40%，達(dá)到720萬(wàn)輛，占全球汽車(chē)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(chē)年均增長(zhǎng)36%，達(dá)到2.45億輛。

不難看出，全球電動(dòng)汽車(chē)未來(lái)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(chē)保有量占全球47%，多個(gè)城市的公交車(chē)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(guò)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(chē)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(guò)，專(zhuān)家們也坦言，新能源汽車(chē)發(fā)展雖然態(tài)勢(shì)可喜，但問(wèn)題依然嚴(yán)峻。

針對(duì)新能源汽車(chē)3大核心技術(shù)，歐陽(yáng)明高提出3個(gè)科學(xué)問(wèn)題，即動(dòng)力電池?zé)崾Э貙?dǎo)致的安全問(wèn)題、燃料電池性能衰減導(dǎo)致的壽命問(wèn)題，以及多能源混合動(dòng)力系統(tǒng)燃燒導(dǎo)致的排放問(wèn)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(chē)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(wèn)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(chē)的要求，但大家比較關(guān)注的還是安全性。”歐陽(yáng)明高說(shuō)。

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(lái)，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(guò)充電、內(nèi)短路以及過(guò)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螅€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(kāi)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(chē)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(chē)前進(jìn)。

“功率密度越來(lái)越高，耐久性越來(lái)越好，功率范圍越來(lái)越寬，專(zhuān)業(yè)分工越來(lái)越細(xì)，成本下降越來(lái)越快，產(chǎn)業(yè)鏈越來(lái)越完善。”清華大學(xué)教授李建秋用6個(gè)“越來(lái)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(chē)，目前國(guó)外有數(shù)百輛燃料電池客車(chē)正在進(jìn)行示范，國(guó)內(nèi)的燃料電池重型卡車(chē)、輕型卡車(chē)也處于研發(fā)示范中。

在他看來(lái)，商用車(chē)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(shuō)。

未來(lái)發(fā)展融合三大革命

“新能源汽車(chē)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(lái)電動(dòng)底盤(pán)平臺(tái)化，電動(dòng)底盤(pán)平臺(tái)化與車(chē)身材料輕量化帶來(lái)車(chē)型多樣化和小型化，車(chē)型多樣化與個(gè)性化將促進(jìn)新能源電動(dòng)汽車(chē)普及化，新能源電動(dòng)汽車(chē)普及化將帶動(dòng)交通全面電動(dòng)化。

新能源汽車(chē)未來(lái)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(chē)。即動(dòng)力電動(dòng)化(電動(dòng)車(chē)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(chē)的規(guī)模推廣推動(dòng)新能源革命。在歐陽(yáng)明高看來(lái)，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(chē)等來(lái)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(chē)為核心，把分布式光伏、智能電網(wǎng)、電池儲(chǔ)能從無(wú)序充電變?yōu)橛行虺潆?，最后達(dá)到車(chē)網(wǎng)互動(dòng)。

“車(chē)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(chē)達(dá)1億輛，那么就有50億度電用于車(chē)上。如果全國(guó)轎車(chē)都改成電動(dòng)轎車(chē)，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(wú)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(chē)新時(shí)代，才是我們最終的目標(biāo)。”歐陽(yáng)明高強(qiáng)調(diào)說(shuō)。

免責(zé)聲明：本網(wǎng)轉(zhuǎn)載自其它媒體的文章，目的在于弘揚(yáng)科技創(chuàng)新精神，傳遞更多科技創(chuàng)新信息，宣傳國(guó)家科技政策，展示國(guó)家科技形象，參與國(guó)際科技輿論競(jìng)爭(zhēng)，并不代表本網(wǎng)贊同其觀點(diǎn)和對(duì)其真實(shí)性負(fù)責(zé)，在此我們謹(jǐn)向原作者和原媒體致以崇高敬意。如果您認(rèn)為本網(wǎng)文章及圖片侵犯了您的版權(quán)，請(qǐng)與我們聯(lián)系，我們將第一時(shí)間刪除。