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中国工程院院士杨裕生:增程式不是“向纯电动汽车的过渡”,而是未来汽车的主力之一

3月28日-30日,以“夯实电动化推进智能化实现高质量发展”为主题的中国电动汽车百人会论坛(2025)在京隆重召开!本届论坛汇聚20+政府有关部门领导、30+院士专家、100+汽车及相关领域的企业代表,共议汽车产业变革新路径。在30日召开的增程式电动汽车论坛上,中国工程院院士杨裕生发表精彩演讲。以下内容为现场发言实录:



中国工程院院士杨裕生

各位同志,下午好!首先说我不是搞汽车的,我是半路出家做电池的,我从怎么用好电池考虑电动汽车应该怎么发展。因为电动汽车要用电池,所以今天我是电动汽车的半外行来跟大家探讨增程式汽车的发展前景问题。

首先讲讲我对电动汽车发展的基本观点,有四点:一、节能减排是电动汽车的宗旨;二、既安全又节能的车才有前途;三、电动汽车要用好安全的电池;四、增程式电动车既安全又节能;

17年来,我提倡发展增程式电动汽车,是因为电池有它的局限性。电池的局限性体现在,它是一个孤立的体系,它的电量、功率、寿命都有一定的限度,所以用好电池就是要开源节流、保护好电池。只有增程式车才能够做到这条。

补贴退坡之后这几年,增程式汽车以每年翻番地增长,我预计,还将继续高速的高质量发展。

一、电动汽车节能减排发展的今昔。

我刚才讲电动汽车发展的宗旨就是要节能减排,我们用节能减排这样的尺度来衡量各种汽车。国务院常务会议通过的《新能源汽车产业发展规划(2021—2035)》,讲到以纯电动汽车、插电式混合动力(含增程式)汽车、燃料电池汽车为“三纵”,布局整车技术创新链。电动汽车发展名义上是“三纵”,实际是四条技术路线,插电式、增程式在过去还是有差别的。现在包括微型电动汽车,市场上有五种电动汽车。

2019年我在天津泰达论坛上对各种电动汽车的节能减排做了具体论证,给出了一个定性的衡量评价。

我认为“长里程纯电动车不节能减排,插电式混合电动汽车是假节能减排,燃料电池电动汽车难节能减排,微小型纯电动车真节能减排,增程式电动车很节能减排。”我对五种车用了五个形容词。

经过五年的技术进步,节能减排有变化。对于前面这两种车子即长里程纯电车和插电式改了两个字,长里程由“不节能减排”改为“少节能减排”,插电式由“假节能减排”改为“可节能减排”。下面我要具体做一些解释说明。

1、长里程纯电动车,少节能减排

五年来,电网当中煤电比例下降,电池比能量、寿命提高,所以每公里排放在减少。原来电动车有五大焦虑,其中里程焦虑、价格、充电、寿命问题得到缓解;安全问题加重了,因为电池含能量多,里程要长又多装电池,所以汽车燃烧的几率提高了。

《15年规划》提到2025年要求,纯电动车新车平均电耗降到12度电/百公里,所以必须改变观念,车子要改小,电池要少,里程要合理,才能达到12度电的要求。如果按照现在这样发展大车、多装电池,12度电/百公里的目标很难达到。

汽车专家郭孔辉院士10年前按照当时的电池比能量指出,电动汽车最合理续驶里程是150公里。现在动力电池的比能量提升了,最合理的里程大概是300公里左右,里程更长是不节能、又不安全。因为里程要长就必须多装电池,多装电池车子就重了、耗电就多了,所以有一个合理的行驶里程考虑。

2019年在泰达论坛上我说“补贴取消后长里程纯电动车竞争力差”。五年过去了,我们看到去年纯电动车2024年增长速度下滑了,特斯拉的销量下降了。

2、插电式混合动力车向增程式进化,可节能减排。

(见PPT)这是一个插电式的电路图。原来的插电式有纯电动和内燃机两个系统,这两个系统互相不关联,所以车子很重、多耗能,50公里之内用电省油,但是远距离用内燃机,这个内燃机还是过去的内燃机,不节能减排。而且有70%用户不充电,享受插电式的优惠-当着燃油车行驶,很费油,所以当时我叫它假节能减排。

插电式近些年有进步,发展了“新构型”的插电式,在车上装了一个发电机,近几年好几个企业开发了双电机串并联构型车。所谓的“双电机”是在原有电动机之外加装了发电机。所谓“串并联构型”主要是指新装的发电机给电池充电。发动机采用了阿特金森循环,热效率提高到45%。

这三个进步点本来就是增程式的三个典型标志;所谓新构型虽然仍然称为插电式,但是已经脱离了原来插电式的范畴,而进入了增程式的境界,使得新构型插电式可以节能减排了。但是两套能源系统增加车子总量的问题依然存在,结构复杂的缺点反而加重了。

如果我们设想简化传动结构,内燃机的动力只送给发电机,这就成为典型的增程式了。不管怎么说,插电式正在向增程式靠拢和融合。

3、燃料电池电动车,难节能减排。

我认为现在没有太大变化,五年还是这样。因为用高纯氢做能源,而氢是没有矿藏的,这个氢源是个问题。氯碱副产氢,这个氢的纯度很高,但是量很小;冶金的副产氢很多,但是一氧化碳含量很高,纯化太费能。

10度网电电解水制氢,到车上发电只能发3度左右,它的能量转换效率远远低于其他电动车,现在纯电动车可以到90%,燃料电池的效率只其有1/3。

氢的安全存储、运输、充氢、耗材投资大,燃料电池本身的价格,膜电极、气泵、气罐价格都很高,生产耗能很高。

铂金资源太少。现在在研究没有铂的催化剂,这是世界难题;减少铂金量,催化剂寿命会缩短。

燃料电池的功率响应满足不了车速变化的需求,必须有锂离子电池并联使用,所以实际上燃料电池是一个增程器,是我们所说的增程式的一种。但是因为它们价格很贵,所以它很难和其他增程式竞争。现在用高补贴、高优惠推动重卡热,很难支撑市场化。

所以,有廉价氢的城市可以量氢而行。另外,氢能“不等于”燃料电池,氢能可以有其他用法。氢内燃机既便宜又容易维护,也是零排放,能效虽然比燃料电池低一点,但是不需要锂离子电池和它并联。

4、微小型纯电动车,真节能减排。

十多年前我曾经建议电动车发展路线是两句话:纯电动车以微小型为突破口,大中型车主要发展增程式。微小型纯电动车电池少、安全性高、节能减排、价格便宜、容易推广、适合广大城乡交通需求。微小型纯电动车可用铅酸电池做低速车,更加安全,也可以用锂离子电池做高速车,由市场来决定,不必强行限制。微小型车加装单缸发动机发电增程,成本只增加1500元,性能可以大大提高。山东已经有人做出过这样的车。

有人说低速车不安全,这是有违常理。车子速度越高安全性越不可靠,低速车应该比高速车更加安全。实际低速车出了一些问题,是由于乡镇交通管理很薄弱,基本没有红绿灯,也不考驾照。前些年搞了一个低速车标准的稿子,把低速车的速度提高到70公里/小时,这样似乎要取消低速车了。过去讲低速车速度是50公里/小时以下,我觉得不应该提高。应该尽快出台一个合理的低速车标准,顺应两轮车升级换代的需求。如果低速车限速50公里,也要加强乡镇的交通管理,不能怕麻烦,这个工作量是相当大。

5、增程式电动车,很节能减排。

(见PPT)这个图讲的是第一代增程式,第一代的代表是宝马i3,是在纯电动车上面简单加装了一个发电机,要加发电机增加15%的价钱。第二代可以看到有差别,电池和发动机两个电源是并联了。发动机排量可以减一半,电池也可以减一大半,这个车子就更加节能了,我们现在做的都是属于第二代。这是我划分的代数,合理不合理大家可以讨论。

第三代是发电直驱,电池用量更少。日产e—POWER,可以归这一类,它的电池只有1.5度电,百公里油耗是2.7升-2.9升,这是相当不错的结果,从它的能源线路图来看是属于这类。

增程式的优势有:电池和发电机是并联的关系,电池量少,浅充放、安全性高、寿命长。不需要特高比能量电池,安全性更提高,磷酸铁锂电池合用。城市工况比同等燃油车节油50%以上,省钱又减排;可以不充电,免建充电桩。在有充电条件的城市节油率大于80%,这是厦门大学一位已经过世的老院士提供的数据。这个车子夏天有电可以开空调,冬天取暖油废热,不像纯电动车不敢开空调。总之,增程式车的电池与发电机并联互补,思想先进,节能效果最佳。

二、对当前动力电池发展的三点意见。

1、适应增程式回收减速回馈电能需要,发展高倍率充电的电容电池。所谓电容电池,就是在磷酸铁锂的正极添加百分之几的高导电多孔碳,有些企业已经开始这么做了。

2、电池必须将安全放在第一位,不可以片面追求高比能量,磷酸铁锂电池、三元电池超过180、250瓦时/公斤,更需要特别加强安全。

3、以合乎科学技术发展规律的方式发展全固态锂离子电池。

“研究要作长期的打算,切实解决关键材料和关键科学技术问题,提高环境适应性、可靠性、大幅度延长寿命和研究低成本材料及零部件,不要急于扩大生产,更不要急于批量装车。”这是十几年前我们十几位院士针对当时燃料电池发展情况向国务院提的的建议,现在我引用来送给全固态电池。理由:

一是当前没有十分紧迫的需求,现在已经有比较安全的电池可以用,就是不要乱用就行。

二是如果要全力快速地发展全固态电池,就会削弱其他电池研究发展。

三是加重电池界的重负。

四是不符合科学发展规律,造成人力、财力浪费。我当然也是有所指的,现在高费用、高投入来做全固态电池,三年要装车1000辆,我觉得完全没有必要。

三、各种电动汽车节能减排发展的前景。

人们节能减排的自觉性提高,将更加看重安全和节能减排,当然也会看中使用方便性和省钱,汽车市场将发生演变。

1、增程式车将逐渐成为汽车的主流,为碳达峰做贡献。

2、绿色液体燃料充足后,包括甲醇、乙醇,增程式不再烧油。节能、绿色、安全、长里程、廉价的增程式将伴随人类实现碳中和。对中国来讲碳中和要到2060年实现,所以增程式车可以长期发展下去。

我们提出“VG2G”的概念,V2G是外国人提的,就是从纯电动车到电网,我这里的VG2G是车上发电到电网。未来的电网当中可再生能源发电量占比很高,如果遇到大面积连阴雨,或多日无风,当然是在相当大的一个局部地区。这样,电网电力不足,这时候就可以动用增程式电动车,以甲醇发电上网,300万辆乘用车发电量可以1亿千瓦。国家不需要做什么投资,车上的发电机平时也不会闲着,平常可以开车,需要的时候来发电。

3、网电更加绿色,碳排放少、电价便宜,电池装量合理及行程适中的节能型纯电动车将在充电方便的地区持续使用。

4、乘用车大型化趋势将被遏制,节能和紧凑型车将成为市场主流。

5、微型车、低速车将在城乡成为主要交通工具,电池是公平竞争,装配小功率增程器的微型车、低速车将大力发展。

6、氢能使用将多元化,燃料电池只是其中一种,它的价格降低之后可以在有低价氢气的地区使用,但是氢内燃机更有竞争力。

7、生产电动车成为企业自觉行为,正、负积分将分别改为与节能减排、安全事故率挂钩,否则正、负积分将失去存在的价值。

今天我愿强调,增程式不是向纯电动车的过渡,而是未来汽车的主力,或者至少是主力之一,不仅在中国,而且在全世界。

四、继续提高技术是增程式保持优势的根本。

充分掌握增程式电动车节油的技术要诀,为什么有的车子能节油50%。

1、电池和发动机并联互补,内燃机排量可以减一半。

2、内燃机用阿特金森—米勒循环,转速恒定在最佳油耗点。

3、红灯或堵车时内燃机关闭。

4、充分回收刹车、下坡的能量。

5、优化控制,整车效率最大化。

所以增程式车有特殊技术。进门不难,但是要做得很精不容易。有一种观点认为,增程式技术落后、技术门槛低,我觉得这种观点不对。

要继续提高技术,进一步提高增程式节能减排水平:

1、内燃机不断提高热效率。

2、发展适用于绿色醇类燃料的高效发动机。

3、放弃功率跟随器,用电池调节功率。

4、发动机、发电机一体化,提效,减重、减体积。

5、少装电池、装高倍率电池,降低成本。

我预测,国内各种电动车销量占比,增程式(含插电式),2027年大概占1/3、纯电动车占1/3、燃油车(含混动)占1/3。到2030年,增程式和插电式要占到55%、纯电动车维持在30%左右、燃油车(含混动)占15%,这个估计可能不对,也可能有道理。

我国增程式电动车技术将引领世界汽车发展方向!

谢谢大家!

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