中科院院士歐陽明高：電動乘用車發展的新階段、新挑戰與新路徑

3月26日，中國電動汽車百人會論壇（2022）以“雲論壇”方式線上舉辦，在主題為“迎接新能源汽車市場化發展新階段”的高層論壇上，中國電動汽車百人會副理事長、中國科學院院士歐陽明高表示，新能源汽車市場快速發展的新階段，也會遇到一系列新的關鍵技術問題。

中國電動汽車百人會副理事長、中國科學院院士歐陽明高

歐陽明高表示，中國新能源汽車已經走過了從培育示範期到商業化成長期的過程，目前進入了規模産業化高速增長期；産業發展從政策補貼驅動到市場政策雙驅動，正在進入市場競争驅動為主導的新階段；市場從需求不足到供不因求與供應鍊安全問題；市場化領域從乘用車電動化大規模推廣到商用車電動化起步；核心技術規模産業化從上個十年的電池到今後十年的燃料電池；新能源汽車的量變促進了汽車産業的質變，汽車電動化引發了交通全面電動化的起步，新能源汽車發展帶動了新能源革命全面啟動，2021年被認為是電化學儲能市場元年和光伏制氫元年，新能源汽車的普及将與其形成強耦合的協同發展，實作 “從燃料密集型消耗性能源系統向材料密集型循環性能源系統的轉變”。

新能源汽車市場快速發展的新階段，也會遇到一系列新的關鍵技術問題。在動力電池方面會面臨供應鍊安全、材料成本、，回收利用等問題；在充電方面會面臨基礎設施普及、充電負荷調控、快速補能、以及電力綠色化等問題；在氫燃料電池與重型卡車電動化發展方面會面對産品定位、成本與壽命、車載儲氫、加氫站等問題；在電驅底盤平台方面會迎來專用電動底盤、電池與底盤內建、電機-電控-傳動三合一驅動橋及分布式驅動、新型滑闆底盤與非承載式車身等創新；在共性基礎器件方向包括晶片和材料（膜，碳纖維，催化劑等）等；在電動汽車售後服務體系方向會更深刻面臨保險和二手車價值評估等問題。

歐陽明高重點講三個内容。第一，基于新能源汽車發展的孕育、成長、增長三個階段，重點展望電動乘用車未來；第二，分析目前面臨的三個挑戰，包括電池材料漲價、整車技術競争加劇以及充電困難；第三，提出三條發展路徑，就是電池創新、底盤創新和充電創新。

電動乘用車的發展與展望

我早期對中國新能源汽車産業化曆程有一個預測，包括産業孕育期、導入期、成長初期、成長期，最後爆發增長期。從實際發展來看，我原先的估計偏保守，2021年已經實作了從成長期到爆發增長期的過渡，比以前的預測提前了五年。

簡要回顧一下發展過程，産業化孕育階段和導入期持續到2013年，當年産量不到2萬輛。這一階段開展了北京夏季奧運會的科技示範以及“十城千輛”示範，期間最關鍵的時間點是2012年，大陸釋出了《節能與新能源汽車産業發展規劃（2012-2020年）》，确立了純電驅動的新能源汽車産業化戰略，這是重要的産業化戰略起點。

2014年總書記訓示“發展新能源汽車是大陸從汽車大國邁向汽車強國的必由之路”，産業進入成長期。新能源汽車2014年銷量8萬，2018年銷量127萬。到2019年，受補貼退坡的影響，2019年與2018年比反而有點下降；到2020年峰回路轉，喜出望外；2021年銷量超過350萬輛，超出預期，但符合邏輯；2021年是一個新階段的标志。

總結電動汽車銷量和進入快速發展新階段的必然性有三個因素：

市場因素

首先，電動汽車消費吸引力高。電動車的操控性能的優越，電動車經過多年推廣産生的品牌形象提升，新車型的大量引入和造型相比傳統車的新潮。其次，新能源汽車車型不斷豐富。細分市場和産品結構上出現了新的“兩頭擠”現象，微型車已經基本被電動車占領，豪華車也基本由電動車主導，中級主流轎車又出現了比亞迪超級混動這種純電裡程超過100公裡的插電式電動車。第三，全生命周期綜合成本降低，也是使用者購買新能源汽車的主要因素。

2）技術因素

首先，電池的續航裡程、安全、壽命問題基本得到解決。電池在本征安全、主動安全、被動安全等綜合安全體系取得了巨大的進步，與電池安全相關的關注焦點已經從電動汽車的轉移到儲能電池的安全和電動自行車的安全。其次，電驅動系統的技術進步、熱管理系統的技術進步，各種各樣車載和充電加熱技術出現，全氣候電動汽車慢慢成為現實。第三，駕駛操控系統逐漸開始智能化，輔助駕駛的普及，電動化底盤、輕量化車身以及智能充換電和能源補給系統等各種各樣技術，使電動汽車在技術方面基本能夠滿足需求，至少是乘用車已經完全可以滿足需求，綜合性能可以超越燃油車。

3）政策因素

“雙碳”目标實作将會加快電動化轉型和新能源轉型。首先，電動汽車将保障汽車的碳達峰在2030年前實作。的測算表明，2021年電動汽車每公裡的碳排放大約為70克，與燃油車每公裡170克的碳排放相比，純電動車的排放基本上隻是燃油車的40%。這個測算的資料是基于生态環境部《企業溫室氣體排放核算方法與報告指南發電設施-2022年修訂版》分布的全國電網的排放因子為每千瓦時581克，《中國汽車低碳行動計劃報告2021》分布的汽油生産碳排放因子和汽油燃燒轉換系數分别為487 克/升和2370 克/升，乘用車油耗和電耗參考《節能與新能源技術路線圖2.0》預測資料，分别為6.176升/100公裡和12.2千瓦時/100公裡。以此為依據并考慮車輛規模的發展趨勢，乘用車的碳排放總量預計會在2030年之前提前達峰，峰值低于6億噸。其次，2030-2035年後，電動車将開始成為負碳排放的單元。基于車網互動技術(V2G)，電動車作為一種儲能裝置實作對風力和光伏等零碳新能源波動電力的儲能，抑制火電廠的碳排放，帶來減排效應，這具有标志意義。也是大陸向零中和轉型，新能源汽車的負碳效果會得到一系列的政策支援方面的利好。

是以估計，2021-2030年大陸新能源汽車市場進入快速增長的新階段。總體趨勢是快速增長，當然周期性波動還會有的。采用工信部、國家統計局的資料，團隊的預測結果表明，燃油車銷量的峰值會出現在2022-2023年，之後燃油車銷量會持續下降，而新能源車在2030年左右銷量與燃油車基本持平，占汽車總銷量的一半，與中國節能與新能源汽車技術路線圖的目标大體相當。

2、電池材料漲價與電池技術創新

随着全球電動汽車進入高速發展階段，電池行業也迎來了飛速發展。産能急速膨脹，基于産業投資資訊預測，大陸電池産能在2023年可能達到15億千瓦時(1500GWh)，2025年可能達到30億千瓦時，電池出貨量2025年預計會達到1200GWh，其中百分之七八十會用于國内市場，還會有百分之二三十出口海外市場。預估2025年會出現電池産能過剩。

由于新能源汽車爆發式增長，電池價格會有上漲，再往材料領域傳遞，就有更大的放大效應。今年材料漲價的一個原因就是整車需求增長，電池預期走高，企業擴大産能、增加儲備。另外是供給延遲，碳酸锂産能釋放周期是3-5年，鹵水提锂周期更長；此外疫情沖擊影響锂資源生産，交通運力影響供應。本輪價格上漲和2016-2018年锂資源上漲的原因基本相同。當時，大陸新能源汽車從孕育期到成長期也導緻了锂價格上漲過程，現在從成長期到快速增長期又是這麼一個過程，這兩個過程很像，就是需求和預期的增長，隻是這次比上一次更加強勁，加上疫情影響，是以幅度更大。

從供需面看，恐慌性庫存儲備帶來的需求放大是暫時的，随着碳酸锂供應能力的提升，将逐漸回歸基本需求面。預計兩三年後有可能恢複完全的供需平衡，考慮到貿易環境的惡化，以及俄烏戰争帶來的鎳價炒作，為了供應安全，要采取有利措施打擊囤積居奇，抑制鎳價格短期大幅波動，以免今年的新能源汽車銷量受到影響。

首先從供應側來看，全球锂資源經濟可采儲量快速增加，2005-2010年提升400%，現在全球經濟可采儲量2200萬噸，以NCM811電池為例可以生産227TWh動力電池，每輛車100千瓦時計算電池，可裝超過22.7億輛。随着需求的增加，新的勘探量和可采儲量還會繼續增加，資源是完全充足的。

預計2030年之後電池材料回收将形成規模；2050年前後，原始礦産資源和回收資源的供給量将達到相當水準；更長期來看，回收資源将逐漸完全替代原始資源需求。由于材料價值的上升，回收産業迎來機遇。估計2025年将有125個GWh，也就是1.25億千瓦時的回收量。電池材料生産與回收能耗排放較大，需要重視電池回收的節能減排，大力開展電池回收再生方面的科學技術研究。

目前主要有三種電池回收方法。首先是實體回收，通過回收可以降低整個電池生産鍊的碳排放；其次是火法回收，但該回收方式減碳量少，且能耗比較大；最後是濕法回收，濕法的能耗會降低一些，但是有液體溶劑污染物排放等問題。現在最推崇的是實體回收，既可以降低碳排放，也可以降低其他污染物，這也是目前回收技術創新的最大領域，超音波回收、等離子回收都是近期報道的新技術。

使用綠電是電池生産與回收碳排放可以進一步大幅度下降的根本途徑。是以電池産業應該往綠電區域集聚，比如西部。四川就是一個集聚地，目前已經有五百個GWh的産能，宜賓一個地區就有200GWh，是全球單一最大的電池生産基地，也是電池材料的集聚區、新能源的集聚區，是非常好的未來電池生産基地。

另外一個方面，要開發新材料體系。按時間軸來看，未來電池材料體系的發展趨勢主要如下：2025年産業化目标，批量生産的電池應該普遍到達350瓦時/公斤，現在平均不到300瓦時/公斤。這個體系叫液态體系，主要包括正常锂離子電池材料、固液混合材料、還有鈉離子、未來的鉀離子等液态電池材料體系。

2030年的目标是達到400瓦時/公斤，全方位實作産業化，該階段稱之為液态到固态的過渡，包括液态高電壓、厚電極、少電解液；正極高鎳如Ni95，負極矽碳；以及準固态電池體系。2030年應該是轉向全固态電池發展的一個關鍵節點。在2030年，估計國内全固态電池占比不會超過1%。

2035年的目标是達到500瓦時/公斤，實作産業化。包括全固态電池，锂硫電池以及高容量富锂錳基材料，而且電壓視窗會提高到5伏。現在說的500瓦時還不是産業化的，不是實車正常使用的，而是實驗室階段的或者特殊用途的。

再來看兩個電池坐标，一個是比能量，一個是壽命。基于大規模儲能功能的考慮，電池壽命的要求也會越來越長，目标是一萬次，比能量目标是600wh/kg，當然還要考慮成本。負極材料壽命從長到短依次是石墨、矽碳、矽、到锂金屬，锂是高比能量的，但是壽命會相應降低。正極材料鐵锂比能量低、三元較高，最高的是富锂錳基。

如果轉換坐标，把比能量和壽命作為兩根軸，可以看清楚未來的多元技術路線。第一條是高比能量和低成本液态液态技術路線，正極高鎳三元到富锂錳基，負極從高比例矽碳到锂金屬，比能量目标為500wh/kg，但壽命偏低；第二條技術路線是液态折中路線，兼顧比能量、安全和成本和壽命，高鎳正極體系，壽命不降比能量增加50%，或者比能量不降壽命增加3倍以上逼近10000次循環；第三條就是基于鐵锂的高安全液态路線，成本最低、長壽命可到10000次循環以上。近年來的研究表面，液态路線可以走到500瓦時/公斤，液态三元也可以做到一萬次循環，不是僅磷酸鐵锂可以做到一萬次循環。第四條是固态技術路線，就是高比能量、高安全，從現有的液态到固液混合到全固态。第五條路線是從鈉離子出來的，将來有鉀離子等。

在單體電池結構方面也在不斷創新，主要是減少附件重量。圓柱電池，以特斯拉為代表，從18650到21700再到4680，以提升單體容量和提高比能量。再比如從軟包、方形硬殼到刀片電池，以及短刀和One-stop，均屬于國内創新。

在電池系統方面，結構創新的最大的趨勢是由傳統電池包的電芯、模組到電池包的組成方式逐漸向去掉模組，再去掉整包的方向進行發展，進而構成CTC（單體與底盤深度內建）、CTV（單體與車輛深度內建）。這是電池系統創新的路徑，逐漸減少附屬的重量和體積，使電池系統比能量不斷提升，同時也帶來底盤結構的變化和底盤技術創新。

3、産品競争加劇與底盤技術創新

新能源汽車的興起引發了汽車産業的一場技術革命，自主品牌八仙過海彰顯實力，新造車勢力來勢兇猛充滿活力，合資企業蓄勢待發即将發力。今後五年是重要視窗期，市場高速增長、競争不斷加劇。我認為，整車企業在競争中保持優勢的關鍵之一是應對新一輪電動化底盤平台技術帶來的整車設計制造技術變革、價值鍊重構和産業生态演化。

從燃油汽車到電動汽車到智能汽車，底盤會相應發生變化。傳統底盤、電動底盤、智能底盤，其制動、轉向、懸架也會發生相應的變化。現在的懸架已經是主動懸架，比如今年參加百人會展覽的車很多都是空氣懸架。也就是說，現在車身設計、智能座艙、輔助駕駛技術基本成熟了。電動底盤技術競争還會繼續更新，展現在電池系統與驅動系統內建化，底盤系統滑闆化，這些技術将成為電動乘用車新的競争熱點。

電動汽車的底盤平台在快速疊代，剛開始的改裝車完全是燃油車底盤，到進一步優化到電動車專用底盤，然後到CTV，特斯拉是比較典型的代表。

現在最具突破性的底盤技術是滑闆底盤。底盤有兩條技術路線。一條是傳統車廠為代表，更多的采用改進型技術路線，繼續用承載式車身。另一邊，新造車勢力更多采用變革性技術路線，就是滑闆底盤，用非承載式車身，美國已經出現了幾家代表性公司，其中Rivian市值已經到一千億美元。滑闆底盤一般采用非承載式車身，電池包與底盤一體化內建式驅動系統，包含五大核心技術，隻講其中的電芯底盤一體化（CTC）和新型電驅系統。

CTC有兩種方案，一種是電池包整體吊裝進入底盤。另外一種直接在底盤上內建，沒有上面的承載式架構。國内已經有一些開發，比如甯德時代2025年要推出CTC。

新型驅動系統需要高度內建化、輕量化、小型化，就是集中驅動系統三合一。驅動系統還有一種分布式驅動形式，滑闆底盤大都采用了分布式驅動，比方雙電機驅動、三電機驅動。現在三電機形式又出現了集中電機和輪邊電機結合，還有全部用輪邊電機的。

認為，最終颠覆性技術是輪毂電機。輪毂電機給整個底盤的制動、驅動、轉向帶來更加革命性的變化。國外開發的所謂的e-corner，驅動、制動、轉向、懸挂于車輪內建為獨立單元。一輛四個輪子四個獨立單元，這是颠覆性的，國外已經有很多廠家在研發這種技術。清華大學團隊也在做輪毂電機，在出口的大功率機車和商用車上都開始使用。

4、充電難題與能源技術創新

電動汽車充電方面的問題是慢充普及率跟不上市場的增長速度；長途出行的臨時補電速度太慢，排隊時間長，是以使用者抱怨電動車變成了“電動爹”；大量電動汽車無序充電帶來城市供電的負荷問題，比如北京、上海、深圳等城市必須進行有序充電；電動汽車現有充電标準不大适應新的需求，比方說在高速公路長途旅行應急補電，訴求是充電5分鐘滿足200公裡行駛裡程需要，這需要350千瓦大功率快充；還要滿足國際貿易的統一要求，車輛出口要和國際标準統一。

首先，充電創新标準先行。Chaoji是中國首創并主導的一套具有自主知識産權的直流充電解決技術方案，它兼顧過去(可直接比對現有GB系統)、面向未來（350千瓦大功率快速充電，小功率充電直流化與車網互動V2G）、引領世界（與IEC國際标準同步，推動中國企業走出去，推動國際接口标準統一）。第一階段Chaoji示範項目已完成：2019年先後在北京等8個城市建成投運大功率充電示範工程。第二階段Chaoji示範項目今年投運：正在京滬高速建設ChaoJi充電站，預計2022年2季度建成投運。立項國家标準GB/T 20234.4（連接配接元件）， GB/T 27930（通信協定）， GB/T 18487.1（充電系統）；GB/T 18487.1和27930已兩輪征求意見，GB/T 20234.4已征求一輪意見，預計今年三季度形成報批。這一充電标準更新将給超級快充與充換互補和有序慢充與車網互動的發展帶來巨大機遇。

關于有序慢充與車網互動技術，包括單向有序充電V1G、車網能量雙向流動V2G，車聯萬物V2X。V1G，就是單向有序充電，如充電放到後半夜用電谷底；V2G，就是車輛可以反向供電，可充可放，給區域網路供電和大電網供電；V2X，是Vehicle to everything, 包括車給車供電、給樓宇供電、緊急供電、家庭備用電源等。應當注意的是實作V2G的前提是電動車在停止運作時要通過雙向充電樁與電網聯接，如果用換電模式，車載電池的儲能功能難以發揮。同時車網互動需要使用者、企業、地方政府共同參與建構能源網際網路平台，三方都有收益，還具有推動新能源發展的綠色效益。

車網互動有多大潛力呢？按照中國節能新能源汽車路線圖，2040年有3億輛新能源車保有量，以每輛車平均65千瓦時電池容量，車載電池的儲能容量有200億千瓦時，其規模與2020年中國每天消費的總電量相當。若進一步考慮出行需求，乘用車每日可靈活參與電網排程的平均電量為100億千瓦時。更為有意義的是車輛的功率調節潛力，因為負載是通過功率展現的，功率多少取決于雙向充電樁的功率大小。如果按照15千瓦算，根據日出行機率分布，3億輛新能源汽車對電網功率支撐的能力達到30億千瓦左右，現在全國的裝機容量才23.8億千瓦。

僅僅有序充電就可以把新能源汽車用電從無序到有序，大幅下降電網負荷。目前，面向新能源為主體的新型電力系統建設，電化學儲能電站擴産上升非常快，用的與電動汽車類似的锂離子電池。随着電動汽車保有量的快速增加，2030年将達到8000萬至1億輛。預計，到2030年之後，随着V2G普及發展，其容量将超過電網的電化學電池儲能容量，在未來的電力系統中電動汽車将與儲能電站共同擔負穩定電網的重要責任，并有望成為分布式儲能的主體。關鍵問題是如何把億萬輛車的電池聚合起來，這是典型的市場問題，簡單說來就是要像股票市場和期貨市場一樣，建構一個廣大車主參與的“炒電”市場，電動車主利用峰谷電價差，低價給車充電，高價給電網放電，賺取價差。

車網互動還有很多技術問題需要研究，從空間尺度看，在底層是和車相關、和充電相關，是屬于硬體層面；中間層的是聚合，這是聚合商的業務，其實是能源網際網路平台、資訊平台；上層是發電側、電網側的排程。從時間尺度看，包括高頻、中頻和低頻的動力學與協調控制與優化管理問題。與車網互動相關的利益主體多，協調難度大，政策與法規層面的事情比技術更難。 是以，有序充電和車網互動不是一天能建成的，将經曆從無序充電到有序充電、到車家互動、到車輛和微網互動、最後到大電網互動的過程。今後五年是孕育突破期，關鍵是要完善有序充電相關标準、配套機制、營運模式，還有技術标準化的相關準備工作，在電動車占比高的重點區域實作V2G商業試點。現在深圳準備進行試點，其優勢是電動車占有率比較高，城市管理水準比較高，已經開始準備對V2G進行補貼。希望在其他地方比方北京、上海都可以做這件事情。

理想的充電服務體系除了随時随地可以慢充進行車網互動，還需要在交通幹線進行快充快換，這裡的快充是。首先，換電模式目前的主體是重卡，49噸的重卡隻能換電。工信部已經開始重卡換電示範，有13個試點城市。業内估計今年換電重卡銷量會達到2-3萬輛。目前換電的主要問題就是要解決互換互聯問題，成立了“電動重卡換電聯盟”來促進這件事。目前主要針對接口和電壓制式進行行業标準規範的制定。在接口方面，無論是吊裝式還是側推式，均要實作接口統一，達到既可以吊裝也可以側裝。還有是電氣接口，1500伏800安，今年有望進行标準修訂。

在此基礎上，可以進一步實作快充和快換的耦合互補。建設電動汽車時代的“加油站”。具體而言，就是把現有的加油站改造成“光-儲-充-換一體化互補型智慧能源系統”，這裡面重要的是卡車快換，快換的備用電池給轎車超級快充。因為卡車快換備用電池很多，光伏給它充電。轎車350千瓦大功率充電直接從電網取電，電網會超載。北京的電網的平均負荷是兩千多萬千瓦，有七萬輛車同時大功率快充電網就會崩潰。是以必須要通過儲能電池放電。儲能有兩種方式，一種是專用儲能電池，另外一種是用換電重卡的備用電池給轎車充電。按照這個思路，和殼牌合作已經建設了全球第一個綜合示範站，已經在張家口冬奧會成功示範，下一步将會在全國推廣。