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    赵福全:未来汽车动力技术:高效、清洁、低碳和多元化将成为主流趋势

    站在解决全球能源问题的高度看,开源与节流是缺一不可的两大途径。对汽车产业而言,节能汽车将为新能源汽车共同确保汽车能够持续造福人类。前者为后者逐步走向成熟赢得时间,同时,传统动力总成以外的共性节能技术也将助力新能源汽车的效率提升。因此,开源与节流并重,应是我们看待节能与新能源汽车发展的基本出发点。

    传统动力系统:趋向全面电气化

    过去,发动机与变速器组合提供动力输出。为满足复杂的工况,发动机需要工作在较宽区间,并通过不断扩大最佳工作区域来实现热效率的提升。其本质是通过改善机械配置来实现动力输出可变,以适应变工况下的高效运行需求。这将不可避免地造成系统越来越复杂、控制越来越难以及成本越来越高。而且由于发动机的热效率正在逐渐接近物理原理上的极限,单独使用发动机的汽车产品将越来越难以满足日趋严格的油耗和排放法规。

    未来,发动机与电池电机有效组合提供动力输出。尽管复杂的工况需求并未改变,但由于动力系统中耦合了电池电机单元,可通过电池充放电来调节发动机的运行状态,从而使发动机得以工作在更窄的最佳热效率区域。其本质是通过机电耦合来实现动力输出可变,以适应变工况下的高效运行需求。

    传统动力系统的电气化之路不会一蹴而就,但最终发动机将几乎只在热效率最高的“甜蜜点”上工作,整体设计更趋简化,而单点工作效率趋近极致。通过机电耦合的不断升级,未来较长时间内发动机仍将在汽车动力技术中占有重要的应用空间。

    电动车:动力电池与充电设施是两大核心问题

    电动车的发展轨迹是动力电池的时间函数,而动力电池本身仍存在一定不确定性。一方面,究竟现有主流动力电池在材料化学的本质上是否存在增长极限尚难定论;另一方面,新体系电池以及氢燃料电池的发展速度也难以预料。除动力电池的能量密度和成本挑战之外,充电设施不足是另一个制约电动车发展的硬性障碍。解决充电设施问题并不比提升动力电池性能容易,不仅基础设施建设需要成本和时间,而且一旦充电技术出现更迭,还可能造成之前的投入完全浪费。

    不过,现有主流动力电池进步快速,短期内的不确定性正在下降。同时,新能源汽车的发展速度,尤其是在中国的推进力度,远超预期。因此,企业加紧打造电动车仍是必然的选项。在具体实施中,我有三点建议:一是电动车一定小型化,以节省电池成本;同时小型车一定电动化,在不得不做电动车的情况下,企业理应优先选择最适宜的小型车作为突破口。二是续航里程够用就好,同样是为了节省电池,以提升电动车的性价比。三是企业必须思考商业模式创新和特定技术方案解决充电难题以赢得先机。 

    混合动力:长期的过渡就不是过渡

    混合动力常被视为从发动机到电动车的过渡技术,但长期的过渡其实就不是过渡。在汽车动力革命的进程中,混合动力是无法跨越的。作为节流与开源的交叉技术,混合动力同时享有两方面进步的收益,将成为满足未来节能环保法规的必然技术选项之一。特别是由于具有多种不同方案,混合动力提供了更广的适用范围,当然这也更考验企业的技术决策和创新能力。

    综合油耗、性能与成本之间的诉求,企业可以选择不同混合度的混动方案以满足自身的需要。总体而言,我的判断是:怠速起停成本低廉、技术成熟度高,将逐步广泛普及。轻混和中混技术成本、性能适中,在中小型汽车上将得到越来越多的应用。重混技术系统复杂、增加成本多,将在中大型汽车上应用。

    混合动力汽车与电动车相比,本质上就是两套动力装置的成本与电池成本及充电便利性之间的权衡,只要动力电池没有革命性的重大突破,混合动力就有其存在的价值与合理性。在可预期的未来,油电耦合将成为汽车动力系统的“新常态”,因此,混合动力必不可少、大有可为。 

    燃料电池(FCV):大规模产业化尚待时日

    由于核心技术尚未突破,燃料电池汽车还存在成本、耐久、基础设施等全球性瓶颈,从制氢、运氢、储氢到加氢的氢能产业链也并未清晰。特别是地域辽阔的中国很难同时承担加油站、充电站和加氢站三套基础设施的建设。因此,现阶段优先推进电动车的新能源发展策略是可以理解的。

    但是,这并不意味着我们可以忽略燃料电池汽车。像中国这样的大国,在能源战略上绝不能赌博,必须把“能源多元化”作为长期战略,对于任何一种重要技术选项都不能疏漏。因此,建议国家给予燃料电池汽车足够的重视,持续进行基础研发投入、财政补贴支持和示范工程推动。

    就发展路径来说,我认为燃料电池汽车在中国应以商用车优先切入,以此培育产业链,并为燃料电池乘用车进行技术储备。因为,商用车的电动化也是必然趋势,而搭载大量动力电池本身就不节能环保,相比之下,燃料电池汽车可能是更合适的选择。同时,燃料电池成本较高,商用车更有可能承载。此外,保障长途运行的大型货车和客车,只需定点建设少量加氢站即可,具有相对较强的可行性。 

    未来节能与新能源汽车技术路线预测

    从时间维度看,纯发动机的汽车市场份额将不断下降;传统车企为满足日益加严的油耗法规,将加速导入基于传统发动机的混合动力、插电式、增程式技术以及纯电动技术;而燃料电池汽车预期在2025年之后有望兴起。

    必须强调,汽车动力源的转变将是一个长期渐进的过程,在此过程中,各种技术的突破、不同政策的变化以及能源格局的走向等,都会对节能与新能源汽车的此消彼长产生重大影响。具体到各家企业,更要结合自身实际情况进行因企而异的针对性选择。因此,没有绝对正确的技术决策,只有更合适且需不断完善的路线选择。

    不过从产业总体来看,一个不容置疑的基本判断是:未来车用能源的高效、清洁、低碳和多元化将成为主流趋势;汽车动力系统一定是节流与开源并重,多种动力源之间相互竞争并有效组合来完成汽车节能减排的历史重任。

    本文原载于《中国新能源汽车产业发展报告(2018)》

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