王子冬-电动汽车产业化道路的探索

中国汽车动力电池创新联盟：王子冬为了控制全球大气温升不超过2℃、减缓世界气候变化，用无碳能源太阳氢来取代煤炭、石油和天然气这类化石能源，已经成为大多数人的共识，越来越多的国家制定并颁布了国家清洁能源发展战略。电力驱动；数十万台套储能装置在家庭、企业运行；新能源汽车开始进入产业化初期阶段。2020年我们虽然取得了一定的进步，但是还有诸多问题需要解决：投资规模大、制造成本购置成本高，终端采购量低；全产业链规模效应尚未形成。为了控制全球大气温升、减缓世界气候变化，许多国家采用用无碳排放的核能来取代煤炭、石油和天然气这类化石能源，但是，近期日本福岛核电站事故给人们敲响了警钟。（照片）我们应该在地球上如何生存？我们要给子孙后代留下一个怎样的生存环万物有生就有死，我们在做任何事情的时候，都应该考虑好这个事情结束时，如何在不影响环境的情况下退出？人是万物之灵，我们想到了循环利用的好理念！水利发电从利用水资源的角度来说是一个循环再利用的好案例，当然，水利发电大坝建设也会对周围的生态圈产生负面影响，但是，这可能已经是资源再利用的上策了。我们在研究了地球气候变化特点后，提出了碳达峰、碳中和的保护理念。随着地球人口的增加，这个地球已经显得拥挤不堪，大量的矿山开采形成对地球表面的破坏，工业和生活垃圾充斥着地球的各个角落，空气中、海洋中。CONTENTS01项目背景和国家产业政策02电动汽车发展出路在哪里？背景和国家产业政策1、背景——国家鼓励发展换电模式的电动化车辆应用习主席在最近持召开的中央财经委员会第九次会议上强调：我国平台经济发展正处在关键时期，要着眼长远、兼顾当前，补齐短板、强化弱项，营造创新环境，解决突出矛盾和问题，推动平台经济规范健康持续发展；会议强调，我国力争是党中央经过深思熟虑作出的重大战略决策，事关中华民族永续发展和构建人类命运共同体。要坚定不移贯彻新发展理念，坚持系统观念，处理好发展和减排、整体和局部、短期和中长期的关系，以经济社会发展全面绿色转型为引领，以能源绿色低碳发展为关键，加快形成节约资源和保护环境的产业结构、生产方式、生活方式、空间格局，坚定不移走生态优先、绿色低碳的高质量发展道路。要坚持全国统筹，强化顶层设计，发挥制度优势，压实各方责任，根据各地实际分类施策。要把节约能源资源放在首位，实行全面节约战略，倡导简约适度、绿色低碳生活方式。要坚持政府和市场两手发力，强化科技和制度创新，深化能源和相关领域改革，形成有效的激束机制。要加强国际交流合作，有效统筹国内国际能源资源。要加强风险控，处理好减污降碳和能源安全、产业链供应链安全、粮食安全、群众正我们面临的碳排放压力主要经济体达成碳中和任务的预期速率对比如下图（单位：主要经济体达成碳中和任务的预期速率对比如下图（单位：百万吨/年）。金斯公共政策研国1、背景——国家鼓励发展换电模式的电动化车辆应用在国家要求节能减排的大环境下， 应该加大整治力度，特别是在国家鼓励碳中和的大战略发展机遇过程中，必须要先解决运营车辆的排放污染和能耗偏高的问题。国家主管部门正在组织相关企业，推广新能源运营车辆商业模式，鼓励投资基金介入，利用电池组租赁换电服务模式，打通供应渠道，开拓服务市场。我们要采用有创意的运营车辆设计方案，以及低能耗的生产工艺，解决运营车辆在生产过程中的高能耗难题。对标国际先进电动汽车的车型设计，以及节能电机驱动系统，匹配高安全、长寿命的锂电池组换电模式。在满足经济性的前提下，真正解决运营车辆领域使用的污染和能耗高的难题。采用节能技术研发电动汽车，我们要针对不同的应用场景选择不同能量系统的优化组合，提高能源的利用效率。这种制造与使用新能源汽车的模式，从零部件到整车生产，以及后续使用和回收过程中，由于总能耗和成本大幅度降低，做到真正的节能减排，为新能源汽车的产业发展探索可行的出路。1、背景——国家鼓励发展换电模式随着我国新能源汽车保有量日益提升随着我国新能源汽车保有量日益提升，以及新能源汽车补贴政策“退坡”，电动运营车使用者的焦虑焦虑日益突显，。在市场需求驱动下，国家鼓励积极倡导发展新能源汽车换电，并配套出台了“一揽子”促发展政策，夯实了换电发展基础。换电模式是充电模式的一种补充，可以为用户带来低廉的电池成本及较高的运营效率，未来或成趋势。国家层面的换电相关政策国家层面的换电相关政策将“建设充电桩”扩展为“增加充电桩、换电站等设施”，“换电站设作为新基建里的重要组成部分首次被写入政府《道路机动车辆生产企业及产品公告》发换电模式车型。支持像北京、海南等地方开展试点进1、背景——换电模式厚积薄发，实现全国快速推广尽管碍于环保的压力，电动乘用车如火如荼进行着尽管碍于环保的压力，电动乘用车如火如荼进行着。但是，据美国交通部的统计显示，交通工具换电站保有量TOP10省份换电站保有量TOP10省份吉利、法电长丰等也相继投放换电站1、背景——换电模式应用场景主要集中社会运营领域”奇点“1、背景--问题们现在特别要想清楚新能源汽车产业该如何发展的问题，政府的补贴政策催生了畸形1、背景--问题3）充电时间过长、里程忧虑、不能上高速公路，特别是冬季在室外充电组寿命和安全性；4）能耗高，节能减排效果不明显。电动汽车由于追求影响车辆的使用，就需要增加带电量，电池组的重量就会比较重，造成电动汽车的行密度，在追求高能量密度的同时，电动汽车的安全风险加大；5）冬季电动汽车的行驶里程会有比较大的缩水，用户不满意；6）电动汽车充电场地紧张，特别是在大中型城市电动汽车充电与燃油车争停车场的矛盾更加突出；1、背景--问题7）已有充电桩利用率低，公共充电桩完好率低于70%；解决目前电动汽车推广过程中遇到的许多问题（包括降低二氧化碳（CO2）的排放量难的问题），主要有三个途径，一是电动化车辆整车轻量化，这需要通过新材料和新工艺做支撑，通过车身轻量化降低生产和使用中的能耗；二是采用节能电机驱动系统，大幅度降低能耗；三是大胆探索智能快速换电的服务模式，降低对电动汽车带电•最近大家在网上看到关于新能源车续航的问题讨论得比较热烈，广汽董事长曾庆洪和中科院欧阳院士就新能源车里程数的事情，被媒体披上了针锋相对的标签，其实双方只是针对的点不同，各自都没说错。但是，从这个新闻在网上被炒得沸沸扬扬的同时，也能反映出一个问题，就是新能源车的续航问题是广大受众非常关注的问题。•随着时间的推移，在新技术的帮助下新能源车越跑越远，从最初的200、300公里，到现在的500、600公里，再到将来突破的1000公里大关。这恰恰反应了一部分用户和车厂对于新能源车里程数的执着与焦虑。新能源车最需要关注的是我们当初的出发点，不完全是续航问题。关于我们究竟能否让新能源车跑得再远一点、更远一点的话题在各种媒体上不绝于耳，我们当初开始做新能源车的初衷，是节能减排。•当初国家扶持、鼓励企业研发新能源车产品的初衷是为了能够实现节能减排，是环保，是为了减少污染。现在20多年越来越复杂，要求越来越高，使用时的不排放确实环保，但是制造电池、消耗电能、后续的回收处理却并不是一个环保得过程……1、背景--电动汽车减少碳排放的效果评价硫氧化物和颗粒物（PM）等大气污染物浓度有比较大的帮助。但是，对降低环境中的CO2排放量帮助不大，特别是那些带电量多、长里程的电动汽车不仅不会降低CO2的排放量，反而会增加大量的CO2的排放量。将CO2确定为大气污染物。CO2虽然无毒，但是追其是温室效应的作用者，空气中CO2含量过多也对人有害。当其浓度超过安全阈值应即习主席向全世界宣布中国将力争于2030年前达到CO2排放峰值，力争2060年前实现碳中和的低碳发展目标任务中，明确指出要降低CO2的排放量。解决目前电动汽车推广过程中遇到的许多问题（包括降低CO2的排放量难的问题前面说过主要有三个途径，一是电动汽车整车轻量化，这需要通过新材料和新工艺做支撑，通过车身轻量化降低生产和使用中的能耗；二是采用节能电机驱动系统，大幅度降低能耗；三是大胆探索快速换电的服务模式，降低对电动汽车带电量的压力，大大提高用户的体验效果。1、背景--电动汽车减少碳排放的效果评价但是，从当下我国的电动汽车开发和生产状况来看，这三个方面的工作并不理想，目前不少企业在延长新能源汽车充电一次的行驶里程时，不是采用降低能耗的方法，而是采用了最简单、最粗暴的做法，就是依靠增加动力电池组的带电我们需要建立为降低碳排放的新能源汽车的科学发展观，简单地说就是新能源汽车的发展要紧紧围绕着落实我国节能减排的目标这个主线去做工作，包括降低CO2的排放量，结合我国国情，循序渐进向前发展。不往往一些重大的技术突破都带有一定的偶然性，如果参与研发的企业比较少，发现重大突破的概率会比较低，如果有众多企业参与将会提高成功的概率。1、背景--电动汽车减少碳排放的效果评价解决问题就要抓主要矛盾，这里面影响最大的关键指标是电动汽车行驶的能耗指由于电动汽车的车型比较多，带电量和行驶里程都各有不同，我们不好一概而论，因此，引入一个比较科学的能耗评价指标：单位能耗指标，即单位百公里能耗指标，单位是kWh/100km.t。用这个指标可以比较科学、合理地评估如何一种纯电动汽车的能耗水平。能耗指标是电动汽车最核心的指标，值越小说明技术水平越高，相对1、背景--电动汽车减少碳排放的效果评价我国目前进行的电动汽车推广运行的车辆能耗较高，从当下电动汽车行业销售排名靠前的车型看，我国纯电动汽车销量比较大的车型重量在1-1.6吨左右，这部分车辆的百公里能耗指标是：9.4-13.37kWh/100km，单位能耗指标是：6.36-8.38kWh/100km.t。也有部分电动乘用车在重量在1.8-2.6吨左右，百公里能耗指标是：15-20kWh/100km，单位能耗指标是：8.0-9.0kWh/100km.t。下表是2019年10月的统计数据，特斯拉电动汽车的能耗指标也在这个范围里。续航里程平均不到400km，城市工况下行驶距离会缩水，到了冬季缩水情况更严1、背景--电动汽车减少碳排放的效果评价/KM13.328.0412.57.1712.016.3613.07.39iEV6E12.818.3812.076.9213.377.4611.546.3611.547.079.408.259.4612.707.691、背景--电动汽车减少碳排放的效果评价为了让电动汽车在政府补贴退出情况下，能够形成与传统燃油车的竞争优势，中国政府汽车行业主管部门工业和信息化部会同有关部门起草了《新能源汽车产业发展规划（2021-2035年）》，规划中将百公里能耗指标作为新能源汽车核心技术攻关工程的最核心指标，其中提出到2025年，要实现纯电动乘用车新车平均电耗降至12kWh/100km以下。但是，这个指标没有考虑电动汽车的整车重量，所以在贯彻过程中不好从上面各个企业推出的电动汽车能耗指标来看，降低能耗是一个非常难的工作，国内外许多电机驱动系统研究人员连续不断研究了几十年，都很难将能耗指标降下来。所以整车企业多采用多带电量的方式提高电动汽车的行驶里程，这是不可取的，会造成更多的CO2排放。下面我们来看看这些市场上热销的新能源汽车车型在节能和减少CO2排放量方面有科学地对使用一辆电动汽车的CO2排放量进行判定，需要考虑两个方面，一是电动汽车生产环节消耗的能量和产生的CO2排放量，二是电动汽车使用环节消耗的能量和产生的CO2排放量（这里面包括生产电能源过程中的CO2排放量）。不能只看使用时是否有CO2排放量。1、背景--电动汽车减少碳排放的效果评价 现在在欧洲有一些计算电动汽车生产过程中CO2排放量的研究成果。他们对大众汽车集团的调查表明，制造一辆燃油汽车的CO2排放量为4吨，而制造一辆带50-60kWh电池组的电动汽车（包括了生产电池产生的能耗）的碳排放量大约为9.5吨（未考虑回收过程中所产生的CO2排放量），后者电动汽车是前者燃油车的2倍多。其中动力电池生产造成的CO2排放量是6-6.5吨左右（按55-60kWh电池组计算，欧洲是按每制造1kWh容量的电池，会产生110kgCO2/kWh的CO2排放量来计算的），整车制造的CO2排放量是3.0-3.5吨。欧洲的科学家的研究成果也得出类似的结论：2017年1月卡尔斯鲁厄理工学院的延斯.彼得斯团队计算结果为，每制造1kWh容量德国海德堡能源环境研究中心（IFEU）得出的CO2排放数值为：每制造1kWh容量的电池，会排放140kg的CO2。挪威科技大学工业生态学家琳达.艾琳森团队的数值为：每制造1kWh容量的电池，会排放170kg的CO2。1、背景--电动汽车减少碳排放的效果评价日日本丰田公司的研究结果：参与比较的混合动力车的平均能耗是4.3L/100km。注：时间是2030年，驾驶工况按：WLTC执行，生命周期内车辆行驶距离16万公里，电动汽车行驶距离300-400km，发电的CO2排放因子按：0.565g-CO2/kWh计算。（现在是0.611）电动汽车如果行驶距离加大碳排放会更大。1、背景--电动汽车减少碳排放的效果评价按照中电联2020年发布的指标是：2019年，全国单位火电发电量二氧化碳排放约838g（gross=838gCO2/kWh），我国火力发电占比68.88%计算（2019年总发电量是73266亿kWh，其中火电发电量是50465亿kWh，占比68.88%），全电网单位发电577gCO2/kWh，考虑6%的输送线损失，与电动汽车相关的制造业消耗的电力产生的CO2排放强度611.6gCO2/kWh。我对我国动力电池制造相关产业链的能耗进行了统计，结果是：生产1kWh动力电池组电池组生产、以及），会产生的CO2排放量：99kWhX0.6116kg/kWh=60.55kg。如果包括物料运输过程中的能耗10%，则产生的CO2排放总量：66kg由于各团队统计考虑的因素范围与我国不同产生的差异，使得最终的CO2排放数值差异较大。我们如果按我国最低数值66kg来保守估算制造1kWh容量动力电池产生的CO2排放量。由此计算出：我国生产传统的1.5t电动汽车（走400km带55kWh电池组）会比传统燃油车多产生3.63t的CO2排放量。生产制造动力电池环节的碳排放与生产传统燃油车的CO2排放量差不多。蔚来公司新发布的ET7电动汽车配备的电池容量为70kWh到150kWh，相应动力电池制造时产生的CO2排放量达到4.62吨至9.9吨，如果包含车身制造产生的CO2排放量，总的CO2排放量将达8.12-13.4吨，生产制造环节的碳排放是传统燃油车的2-3.35倍。1、背景--电动汽车减少碳排放的效果评价按照中电联2020年发布的指标是：2019年，全国单位火电发电量二氧化碳排放约838g（gross=838gCO2/kWh），我国火力发电占比68.88%计算（2019年总发电量是73266亿kWh，其中火电发电量是50465亿kWh，占比68.88%），全电网单位发电量CO2的排放强度约577gCO2/kWh，考虑6%的输送线损失和充电损失10%，电动汽车行驶充电用电的CO2排放强度669gCO2/kWh。一辆传统1.5t带55kWh、走400km电动汽车，一年行驶1.5万km会消耗2060kWh的电能，产生的CO2排放量：2060kWhX669gCO2/kWh=1.378t。从计算结果看电动汽车并未做到零排放。而7L/100km油耗的传统燃油车，一年行驶1.5万km平均耗油1050L汽油，会产生2.415t的CO2排放量（燃烧1L汽油会产生2.3kg的CO2排放量），这个排放量数据中是包括了原油开采、提炼、成品油运输等上游环节产生的CO2排放量）。电动汽车在使用过程中的CO2排放量比燃油车降低了42.9%。1、背景--电动汽车减少碳排放的效果评价从计算可以看出，电动乘用车使用4年的CO2总的排放量才小于使用4年的传统7L/100km的燃油乘用车。如果传统燃油车的能耗降低到5L/100km，一年行驶1.5万km耗油750L汽油，则产生的CO2排放量会下降到1.725t（传统7L油耗的汽车是2.415t，下降29%）。则一辆传统电动乘用车使用8年的CO2总排放量才略低于使用8年的传统燃油乘用车的碳排丰田公司推出的混合动力乘用车的能耗小于3L/100km，行驶15000km会产生1.035t的CO2排放量，比传统7L油耗的汽车下降57%。而1.5t的电动汽车行驶15000km耗电产生的CO2排放量是1.378t，丰田公司推出的混合动力乘用车行驶过程中产生的CO2排放量比传统电动汽车还要低！以上数据说明我们目前推广的新能源汽车所采取的技术措施，节能减排的效果并不理想。电动汽车生产企业需要考虑在降低CO2排放量上如何体现竞争优势？电动汽车如何才能真正做到节能减排？目前国务院批准的国家2020-2035年规划要求能耗指标达到12kWh/100km，这是有问题的，从表-1的数据可以看出应该加一个质量要求，如：吨，或者公斤，即单位质量下的百公里能耗。否则在评价电动汽车推广中的节能减排作用时，会得出相反的结论。从上面的数据分析结果可以看出，使用现在开发生产的电动汽车未必能做到节能减排，除非这个国家的发电端能源大部分来自于非石化燃料。我们在推纯电动车路线的时候，我们要思考：我们到底应该做一个什么样的电动车才能实现真正的节能减排？是不是应该做走五百公里以上的电动汽车？走五百公里以上的电动汽车怎么能把能耗降的下来？背着这么重的电池组跑，怎么可能节能呢？动力电池生产和回收过程中的能耗怎么降下来？如何能够真正把新能源汽车的综合CO2排放量降下来？如果不能把CO2排放量降下来，政府这些年投入这么多资金支持推广新能源汽车得到这样的结果，政府能接受这样的结果吗？我们发展新能源汽车的初心是为了保我们发展新能源汽车的初心是为了保要考虑在发展过程中不能造成新的污染。要按照人类可持续发展的道路去往前走，那就要符合循环经济资源利用等级制度去利用资源，如下图其中有几个重要的理念，一是尽可能减少使用量；二是必须考虑重新利用的可能性；三是可以拆解，进行材料级别的回收再利用。2、电动汽车的发展出路在哪里？服务性的商业化运营车辆应该是重点，因为这部分车辆污染大。商业化运营车辆电动化之路怎么走？我们要围绕着国家十四五发展规划，以及全世界碳中和目标，围绕如何解决新能源汽车推广存在的问题，通过换电服务模式拉动新能源运营车的应用和体验，重点研究降低能耗的难题，利用有竞争力的新能源物流车车身轻量化技术和新型节能驱动系统，使得电动化运营车辆做到真正的节能减排，加快我国电动汽车和动力电池制造行业的结构调整和升在国家的支持下，采用节能电机驱动系统和车身轻量化技术，布局新2、电动汽车的发展出路在哪里？该模式可以解决新能源汽车推广过程中遇到以下几个问题：1）为用户开发有市场竞争力的个性化电动车产品。通过应用节能技术开发出来的电动车产品，在运力相同的情况下，比市场上现有电动物流车的能耗降低20-30%，提高电动车运营的经济性。的亲和力，促进电动车等运营车辆的销售和发展。在换电站可以缩短能量补充过程的3）解决运营用户的里程忧虑。使用新开发的可换电电动车，借助于方便的换电站换电服务，实现了电动汽车能量快速补充，就可以让电动车轻松完成长途旅行和全天候运营；4）专业的电池组维护有效减少新能源物流车安全事故，专业的充电和维护管理，解决了冬季低温充电对电池组的损伤，同时还解决了动力电池的梯次利用难题，在有效预防电动车的着火事故的同时，还可以大大提高电池组的使用寿命，最大限度地提高动力电池的使用价值，降低电动车运营成本；2、电动汽车的发展出路在哪里？5）提高电动车节能减排的效果。通过可换电的电动车的应用