鉅大LARGE | 點擊量：1361次 | 2018年08月04日
動力電池企業要成長為全套解決方案的提供者
通用上汽、泛亞汽車技術中心有限公司車輛電源系統資深高級工程師董敏學在演講中，介紹了通用汽車的未來電動汽車發展戰略，以及在動力電池的未來發展趨勢。
以下為董敏學演講內容：
各位院士、專家，各位領導，大家上午好！非常榮幸受邀來到動力電池應用分會，有機會和大家一起交流，我來自上海汽車泛亞汽車技術中心。今天隨著新能源汽車補貼逐漸退坡，預示著我國新能源產業由政策拉動逐漸轉向市場拉動。9月份工信部等三部委聯合公布了“雙積分”，并將于2018年4月1日起執行，政策明確了積分的核算辦法，并設立了新能源汽車積分比例要求的門檻，并且政府已經開始研究政府禁售燃油車的時間表。按照規劃，到2020年中國新能源汽車產銷目標將達到200萬輛，去年中國新能源汽車產銷突破50萬輛，新能源積分比例在3%左右，到2019年“雙積分”政策規定企業新能源汽車積分要達到10%，對汽車來說兩年時間7個百分點的差距，企業面臨著一定的壓力和挑戰。
這些政策的出臺促使各大汽車制造商加快了新能源開發的腳步，對中國新能源汽車發展是一大利好。9月15日，我們通用汽車董事長兼首席執行官瑪麗·博拉在上海舉行的媒體見面會上，宣布了汽車未來在華的發展戰略，按照計劃2010年—2020年間，通用汽車在華推出至少10款新能源車型，包括目前正在售的凱迪拉克、別克VELITE5增程式混合動力車，到2025年別克、雪佛蘭、凱迪拉克三大品牌幾乎所有在華銷售車型都將采用不同程度的電氣化技術，涵蓋了從輕混合動力到全電動成套解決方案。
上汽通用制訂了新能源汽車發展的總體目標、運營模式和發展思路。總體目標，確保公司滿足ACFC及新能源積分要求，支持公司整體品牌形象。發展思路，形成從混合動力到純電動技術的應用，并在引進GM先進技術的同時培養本土自主開發能力。因為我們通用車型分兩塊，一塊是GM全球平臺過來的，一塊是我們本土自主開發的，所以兩部分合起來對外的車型。
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SGM成立于1997年，到今年20周年，上汽通用已經生產了1500萬輛。為了在激烈的市場競爭中取得優勢，公司一直把解決油耗高問題放在很重要的位置，從本世紀初就開始抓節能減排、抓燃油經濟性改善設計，這些都要靠技術創新支持和支撐。公司走的是條什么路線呢？我個人認為，從技術角度來講，走的是技術創新路線優化設計，落腳點就是選在最佳工作點上。對發動機來說是這樣的，對鉛酸電池今后進入動力電池都是同樣。對發動機來說，將發動機轉速控制在經濟燃油區間，保持較低碳排放水平。下面我舉例再說。
我分三塊來介紹，一塊是我們有些什么行動，三塊都有措施，第一塊是傳統車，第二塊是混合動力車，第三塊是插電式PHEV。
首先我介紹一下傳統車，傳統車單就車輛電源系統方面來講，采用了EPM、RVC系統，通過監測蓄電池的SOC狀態，用BCM電控模塊取代發電機的電壓調節器，來控制電池的充電，具體講就是控制在鉛酸電池的淺循環80%SOC工作點上。有什么好處呢？解決了電池的過充試水，又提高了電池壽命，同時降低了發動機的排放、能量消耗。第二塊在傳統車領域引進了啟停系統，通過減少發動機怠速時間達到節能減排的目的，2016年我們全部采用了這套系統，正是為了解決汽車頻繁啟動，免維護的鉛酸電池全部換成了ACM鉛酸電池，這個措施能達到節油百公里0.6L。
根據2015-2020年工信部當年生產乘用車設立的平均油耗目標，到2025年逐漸降到百公里5L，2025年要降到百公里4L，到2030年是百公里3.2L，因此在公司的新能源戰略中，混合動力汽車無疑是未來市場推動的主要重點。在混合動力車方面，公司先是在2007年啟動“綠動未來”，泛亞汽車著手研究了一款混合動力車，用的36V鎳氫電池，2008年生產了3千輛，曾在2010年世博會上500輛作為新能源示范車在上海城市道路交通中運營，應該算國內比較早的新能源汽車。ICO具有混合動力車的優點，啟停、助力、制動、下坡能量的回收，采用了BAS皮帶動力軸耦合結構，這種耦合結構中發動機通過主傳動軸與變速箱相連，啟動發動機單元，通過皮帶傳動與發動機曲軸相連，結構簡單，沖擊小，重量輕，對整車結構改動很小，因此有著成本的優勢。但由于中度混合車，電機功率過小，同時電源容量非常有限，因此其理論節油效果僅為10%。
混合動力車有兩個動力牽引源，電機和燃油發動機，混合動力汽車的優點在于省油及低的二氧化碳排放，這點尤其在市區狀況尤其明顯。優點是這樣實現的混合動力汽車中發動機轉速通常只在很有限的，很窄的范圍內給它變化，選擇在2000-2500轉轉速附近，當汽車如果需要功率大一些加速爬坡的時候電機可提供一部分功率，讓發動機始終工作于最佳的效率點，就是經濟燃油比最高。未來混合動力汽車中燃油發動機將越來越會優化，轉速和油耗也會越來越低，混合動力驅動的另一個優點和啟動發動機的類似，制動下坡的時候能量可以回收，轉化回收、手機儲存備用，缺點是加了電池組的原因，成本和重量會上去。電動驅動和燃油驅動之間通過電子控制系統來實現的，燃油發動機和電機各自有獨立的電控單元，這兩個電控單元通過總線和混合動力電控單元實現通信，達到節油減排的目的。
接下來介紹一款現在正在開發的48V的系統，是屬于輕混的車。如圖，這是這款車所有的參數。
這款車48V特點是，避免高電壓系統帶來的高成本及12V電源的動力限制，相對于高壓系統48V系統所需要的電器和電子部件的成本低得多，并且電池可設計成更小容量，同時這里用48V可以支撐中高檔車用的高檔音響、高檔空調、自動駕駛、底盤升級等等，SGM目前采用的是博世的48V這款電池，博世這款創新的48V電池憑借標準化設計方案，便于快速集成到新車型中，幫助現有汽車制造商縮短開發周期、節約成本，這款鋰離子電池預計2018年底開始量產，上汽通用估計可能在2019年有部分量產。在性能指標當中，高比功率可能是關鍵，因為主要在啟停能量回收的時候要達到快速充放電，相比于電池能量次之。
第二部分，插電式。在插電式方面，公司根據CFC能量積分要求，引入了兩款GM全球平臺的插電式混合動力汽車，這兩款目前都在市場在售，一款是凱迪拉克CT6插電式混合動力車，一款是別克VELITE5的增程型混合動力車，之所以多了“插電式”三個字，主要是導入了外接電源，通過外部充電后提供持續的電能，使電動機更多參與到車輛驅動當中，進而滿足了節能減排的目的。插電式混合動力汽車介于電動車和燃油車之間的一種車，既有傳統汽車的變速箱、發動機、傳動系統，也有電動汽車的電池、電機、控制電路，并且在電池容量比較大、有充電接口，在充電式混合動力車內，應具有集成電動車、燃油車兩套完整的動力系統，所以說插電式混合動力汽車的成本較高、結構也比較復雜，外加車身重量較大，這與單純的汽油車和電動車相比就是劣勢了。但相比EVE的純電動來說，有效解決純電動汽車續駛里程，就是里程焦慮問題，并將傳統動力系統與純電動汽車系統結合在一起，彌補了各自的劣勢，優勢最大化，在此背景下，不少企業認為，相比純電動汽車，插電式混合動力更適合當下情況。
另一款GM平臺的VELITE5的增程式混合動力車，何為增程式混合動力車呢？是在純電動汽車基礎上裝備了一個小型的輔助發電機，以備電池電量不足時對電池充電，我們簡稱這個小型發電機組是增程器。增程式電動車內部只有一套驅動系統，包括電機、控制電路、電池、電動機直接驅動車輪，發動機則用來驅動發電機給電池進行充電，因為發電機并不直接驅動車輪，因此也不需要變速器，這相當于在輔助的電動車上裝載了一臺汽油發電機。從結構上分析，增程式電動車的結構相對于純電動汽車只多了一個發電模塊，車身結構更加簡單，成本更低。另外，擁有外接的插電功能的增程電動車更加適合于城市居民，在純電動模式下行駛里程里100公里以上，日常上班生活用車都沒問題，如果要外出自駕，也能做到和傳統燃油車一樣的續駛里程，完全不會像電動車那樣會有里程焦慮問題。
增程式電動車比插電式混合動力汽車的血統更加純正，因為沒有追加增程器之前就是一輛純電動汽車，增程器的部署基本不會影響到原有車輛的動力系統結構，而插電式混合動力汽車的前身由于是混合動力汽車的關系，故而保留了較多的傳統機械部件，結構上較增程式電動車更復雜一些，成本更高。總而言之，想判斷一輛車到底是插電式混合動力車還是增程式混合動力車，主要看發動機是否和車輪直接有驅動關系。大家有興趣請關注我們上汽通用這款VELITE5，售價是26萬-29萬，價格還能接受，更偏向于純電。
第二部分我想簡略的介紹，很多都是這方面的專家，想說一下新能源動力電池技術的趨勢。
對新能源汽車電動EV來說，最至關重要的部件首推動力電池，這是業內普遍認識的共識，如果想讓混合動力汽車盡快過渡到電動汽車，首先要看電池技術進步速度如何，脫離電池技術談電動車進步其本相就是空談，國內動力電池汽車產業雖然規模上不輸給別人，但是生產一致性需要大幅度提升，特別是如何把電池組成電池包，為整車廠新能源車動力電池提出解決方案的問題上，與國外先進相比有明顯差距，國內單類電動汽車產品仍然無法形成規模效應，上汽通用新能源供應鏈戰略中一直在尋找合作伙伴，這一點跟過去不一樣了，今后我們新能源車電池我們作為整車廠角度來講一般都要求供應商作為全套解決方案的提供者，包括我剛才顯示的48V就是例證，明天我以前的供應商SALF（音）還會詳細介紹這塊。
從這張圖所顯示來看，我們現在處在第二代鎳鈷鋰電池和鎳錳鈷鋰電池NCM將在插電式混合動力汽車和純混電動汽車占據主導地位，就是NCA和NCM。其中NCM的中期市場份額會更大，目前占70%，相比而言最初因為較好的耐熱性而受到中國整車廠喜愛，磷酸鐵鋰電池NFB將由于能量密度較低而逐漸淡出市場份額，中國整車廠也將轉向NCM。到2020年左右，鋰電池技術發展空間較為有限，電池的技術變化主要局限于鎳錳鈷三種材料的比例，有望從NCM111就是鎳錳鈷的比例為1：1：1，發展到NCM622和鎳錳鈷比例的8：1：1。由于鋰電池技術的替代方案較少，所以汽車行業必須同依賴有限的關鍵原材料及特定廣義，除鋰鎳錳外，石墨也屬此類，現采用的石墨我們的技術采用的是石墨+15%硅。對未來電動汽車動力電池領域的研究從未停止，國內外都在投巨資，從開發新技術到動力電池，國外研究動態關注，目前國外研究動態關注的是高能比的固態電池技術，來自日本、美國不斷有報道，豐田表示他們這個趨勢圖，大家能看懂，CATL就是寧德時代，還有三星。
豐田表示，如果要讓EV量產，至少續航里程要達到500公里以上，而要實現這個目標，電池能量密度要是目前的2-3倍，續駛里程可以做到800-1000MWh/L，早在2012年豐田就已經研制了硫化物系列的全固體電池，根據豐田的規劃，豐田認為全固體電池搭載的車型在2025年，最早能在2022年商業化運行。同時來自于美國德克薩斯大學的報道也有，他們研究了固態電池，能量密度是當前鋰離子電池的3倍，如果雪佛蘭的沃蘭特能行駛300公里，實驗室得出結論，固體電池幾乎能行駛到1000公里，這都是良好的美景。我們更期待國內在動力電池技術水平、能量密度、成本等方面有重大突破。
