中国工程院杨裕生:电动车技术与动力锂电池

来源:腾讯科技      2009/5/25   浏览6833次   

中国工程院院士杨裕生

中国工程院院士杨裕生在第四届华南锂电(国际)高层技术论坛上演讲的文字实录:

主持人:首先有请杨裕生院士给我们讲演,他是工程院院士,他毕业于1952年浙江大学,他在各个地方都有研究,尤其是核工业方面得到了很多的奖项,比如国家发明奖和国家进步奖和全军科技进步奖项,有请杨院士。

杨裕生:谢谢薛博士的介绍。我想我们在过去的15年左右,锂离子电池对于我们全世界的电芯技术的产业推动做了很大的贡献,今天我想给大家介绍的是《电动技术产业与动力锂电池》。

第一,发展电动车很必要,也可行。要减轻城市的空气污染。石油现在很紧缺,石油现在有一半是从国外进口,牵涉到我们我们我们的能源安全问题。减少二氧化碳排放,缓解温室效应。今年汽车的销售量可能要接近1000万辆,因为第一季度已经260多万辆了,所以发展电动车是刻不容缓的。

动力型蓄电池进步很快,在2008年北京的奥运会和残奥会上,我们资助研发的595辆新能源车辆,其中电动车占了大部分,尤其是在会上有55辆大客车是锰酸锂和磷酸铁锂为正极的动力型锂电池。现在北京、杭州、上海等城市进行纯电动车公交车的行驶,电池的能量、寿命、性价比在不断提高。电池的技术还在不断地进步,材料的纳米化,提高比功率,国产隔膜出来了,价格比较低,电池生产向半自动化前进,可靠性、一致性都在提高。电源的管理和控制系统改进提高了安全性和循环寿命,所以在我们国家动力锂电池大发展的条件已经基本具备,现在国内外纷纷投巨资于动力锂离子电池。

第二,哪一种电动车应该优先发展?客车、轿车、自行车、摩托车都应该电动化,纯电动自行车在压制之下自发地蓬勃发展,什么叫“压制”,就是不让上牌照的情况下自发发展起来了,现在全国是每年1900万辆电动自行的产量,全国拥有量已经接近1亿。在这么大好的形势之下,现在电动自行车已经能够上路,很多城市已经开禁了。摩托车的电动化已经启动,正在有序地推进,但是汽车选择什么样的车种优先发展还有着不同的认识和估计。

现在有四种电动车,一种是油电混合车,实际上是用油,省油不多,价格不低,因为他有量套东西。在西方国家有强大的油机车工业,扔不得。所以在油机车的基础上加强电动的系统。现在我国的油电混合电动公交车比同类型的公交车要贵得多,所以油电混合电动车也只是目前作为一个过渡性的一个车种来发展。

第二是外充电式的混合电动车,这是美国提出来的plug—in。这种车是在停止的时候可以充电,行驶当中可以用油来辅助电动,它是两个系统,结构很复杂控制系统也很复杂,所以价格比较贵。这两种混合电动车在动力电池比能量没有大幅度提高之前,对于长途行驶这种过渡性的车种还是有它的价值。

第三种是燃料电池电动车,美国的“氢经济”论造成了错觉和误解,燃料电池在近期、中期不可能大发展,不可能大发展的理由是价格贵、第二是系统复杂维护困难,第三是寿命不够长,第四是氢的储运有难题,第五是电、氢、电转换效率低,最后一个是铂的资源不够用,一辆车至少要有20克铂,而我们国家年产只有4吨的铂。其他的化工和手工都不用的话,也只能够解决80万辆的车种,所以我比较成“黄金宝剑”非常显亮,但是中看不中用。远期来看这个技术要怎么发展,要看上面讲的六个问题解决得如何。

第四种是纯电动车,我觉得应该优先发展,他不用油适合我国缺油的国情,8—13度电可以行驶百公里,比亚迪他的车是15—16度电行驶100公里。另外是结构简单,无油路、水陆、气路,使用维修方便,节省材料和能量。

锂离子电池突出了纯电动车的优势,既可以按照美、坐车的理念发展高档车,更要按照中国的国情和新的理念来发展普及车。最近出现一种双充式的纯电动车这也是很值得注意的一种纯电动车。纯电动车可以替代的油我简单算了一下账,每辆轿车充电7个小时得14度电可以行驶一百多公里,可以顶替10升油,按照这样的话1千万辆轿车每天可以省下10万吨汽油,一年就是3600万吨,如果公交车也是用纯电动车也能够省这么多的油,还有其他的一些车辆,加上电动自行车、电动摩托车、未来每年在我们国家用电来代替亿吨油是完全有可能的。

第三,“电动技术产业”的概念。以电动车的生产、运行为核心的高技术产业群,这样的一个产业群包括电动车、电动机、电控系统,动力电池、电源管理、能量回收,还有正极材料、负极材料、电解液、膜的制作工艺。还有电池回收、电池复用、资源再生,最后油供电系统、充电设施、充电服务。整个这样的一个电动汽车的产业年产500万辆占了现在国家的一半左右,产值达到了1万亿,维持几千万辆电动车的运行,也产生了上千亿。可以设想一个发展的路线图,2010、2015、2020、2030年可以有不同的产量和保有量。

关于锂资源的问题,因为要大量地发展电动车,锂的消化量很大,根据郑院士提供的资料,我们现在已经查勘的锂的储量已经计算是383万吨,主要在四川、江西、新疆、河南、青海、西藏这些地方,特别是青海。383万吨锂相当于碳酸锂2千多万吨,如果轿车以每年6万吨消耗碳酸锂的销量的话,可以用300多年。最近江西宜春原来勘探的储量是23万吨,最近这几年的工作已经探明了110万吨,是一个非常大的储量。另外锂电池里面的锂可以回收再用,还有海水里面含有非常大量的锂,虽然海水锂的溶度不是很高,每升0.15克,但是整个海水量很大,今后可以把这个锂综合利用在聚电反应发电。

我们电池是电动技术产业的核心产品,价格要不断地降低,每1度电2000元,寿命2000次以上,这样电池的折旧费很便宜,行驶的消耗每一公里大概只需要1钱,这样比汽车的消耗低得多。

第四“电动技术产业”的路径,中国怎么样发展还是一个探索的问题,“十一”我们搞“三纵三横”的把燃料电池作为重点发展。“十一五”提出“十城千辆”以混合电动车为主,采取的办法是“先难后易先大后小”,“十二五”到底应该怎么走?

动力电池市场如何培育?因为动力电池要做大做强才能够降低价格,但是谁来买?政府怎么样出台一些有益的政策。

如何解决用户的顾虑?用户能够放心买车才能形成市场,用户的担心是车的价格高、维修部方便、电池寿命短、充电有困难。所以牵涉到电池组的运营模式,这是各方面利益的焦点。

提出了一些思考,第一个问题,我们国家的纯电动车应该先做微小型的四轮车、电动摩托车,应该先小后大、易后难、先低后高,要吸取电动自行车的教训,政府要引导、鼓励和帮助,这样才能在耗电少、电池少的上面这些小车上面做成价格比较低的车子,和我们国家当前的消费水平相当,使群众能的买得起,这样用户才能多。同时电池厂的风险也会比较小。

集团用车电动化也很利,出租车、机构用车这样可以发展快、节油、减排的潜力大,而且电池可以集中管理、集中充电,另外是摩托车应该加速电动化,他数量太大了,污染很严重,耗油大,所以节能箭牌的潜力很大。

电从何处来?直接用电网的“谷电”,电网8亿千瓦,夜间“积压”一半,用力充电的时候是为他们分散这个峰谷,如果用1亿千瓦充电可以给2千万辆的电动车充电,不用增加发电的设备。还有风电,我们国家很多的是夜里风大白天风小,夜里的电网确实是不欢迎这样的电,所以能够用来给电动车充电。核电,他要求态运行,功率不能调的,夜里核电也是过剩的。所以用电动车通过夜里充电,实际上是用掉了核电和风电,而不是增加了煤的消耗。

电池组的“延寿”与降价,目前成本下降的关键还是在材料,电池的寿命如果过长,他的设计使用的成本也是降低的,我们这里举了一个离子,如果一辆公交车电池是需要200度电,行驶200公里,电池的单价差不多是3千块钱一度电,总价格在60万。所以循环寿命1千次,可以行驶20万公里,每公里的成本是3块,这样可以和现在用油的成本差不了多少。所以循环寿命非常重要,这里指的“循环寿命”是指电池组而不是单节电池,现在这个问题一定要说清楚,我也希望我们的企业能够不要单指电池的单体寿命,而是要考虑电池组的寿命。

电池组的寿命包括电池的一致性,电源管理系统,这是电池厂的问题。还有电池怎么样正确的充电、合理的使用,这是车主的问题。怎么把这几方面的责任能够统一起来,尤其是充电的责任现在应该谁来负责?所以有一个创新的机制是组成一个充电的运营公司,买车的他人不买电池,而是租换电池,由电池厂、电网、车场组成运营公司,这在江苏无锡对于电动自行车已经在这样做了,据说效果还是不错的。是不是这样的一个模式是不是可以运用到电动汽车的发展上来。有关方能够负起责任,同时政府给什么样的政策来鼓励。另外也可以由用户自己充电,停车场充电多种方式互补、竞争。

第五,扶植“电动技术产业”的政策。这个政策非常重要,政府要规划一个电动汽车产业的发展来加大领导,加大优惠力度鼓励动力电池企业出产优秀的电池。要普及电费的分时计价,并且拉开峰谷电价的差距,要发展多种方便用户的充电服务,电力部门应该参与。不断深化燃油的税费改革,大力“限油”,我们国家现在的油还是很便宜的。政府想要振兴汽车产业,我觉得应该主要考虑内资的电动汽车,而不是要给国营汽车,他们已经很有市场了。

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