中國動力電動化發展前景預測與技術路線圖展望

1.動力電池與純電動汽車

鋰離子動力電池應用于電動汽車以來能量密度不斷提升。國際上主流動力電池和新能源汽車企業的共同目標是2020年前實現單體電池比能量達到300瓦時/公斤，使電動汽車達到與燃油汽車大體相當的續駛里程。目前，國內企業寧德時代等已經成功開發出了300瓦時/公斤的大容量軟包型鋰離子電池產品，計劃2020年前在全球率先投放市場。從車用角度看，體積能量密度顯得更為重要，其它高比能量電池如鋰硫電池難以車用的主要原因是因為體積比能量低。而這方面鋰離子電池具有優勢。正如國際著名電池專家JeffDahn所言：鋰離子電池很難在體積能量密度上被擊敗。從這個角度看，鋰離子電池具有成為動力電池主流技術的潛質和前景。但是高比能量鋰離子電池的安全性始終是一個瓶頸。解決這一難題一方面要靠熱-機-電系統技術抑制電池熱失控的誘發與蔓延；另一方面要從長計議，從改善電池本征安全性出發，發展新型固態電池技術。近年來國際上在無機硫化物固體電解質方面取得重要突破。但受制于固/固界面穩定性問題，固態電池發展可能要經歷從液態→半固態→固液混合→固態，最后到全固態過渡的發展階段。基于對國內動力電池技術和產業基礎的分析，以及對標國際動力電池發展技術水平和目標，十三五國家重點研發計劃《新能源汽車》總體專家組于2017年底提出我國動力電池技術發展技術路線

2.燃料電池與燃料電池汽車

根據奔馳、豐田、現代等在燃料電池領域具有技術優勢的國際大公司預測分析，面向2025年鋰離子電池電動汽車與氫燃料電池汽車的成本優勢對比，燃料電池汽車在長途重載大型交通運載工具中具有優勢。總體而言，鋰離子電池動力系統更適合取代汽油機，而燃料電池動力系統更適合取代柴油機。在燃料電池早期發展階段，曾試圖發展純燃料電池動力系統。但經過多年探索，尤其是我國在2000年-2005年的研發貢獻，目前燃料電池與動力電池的混合動力已經成為燃料電池動力系統的主流技術路線。我國燃料電池汽車的產業化是以純電動和插電式混合動力為基礎平臺的。因此，商業化初期均采用了小功率燃料電池與動力電池的深度混合動力構型，使成本降低，耐久性提高。從全球看，燃料電池汽車相比純電動汽車的產業化進程約晚10年左右。預計2020年將是燃料電池汽車技術在部分車型和局部市場率先突破，并取得競爭優勢的關鍵年份。2025年前燃料電池汽車技術將逐步成熟，但還將面臨制氫、運氫、加氫、儲氫等氫能技術效率偏低和成本偏高的問題。預測在2025年-2030年間將取得氫能技術新一輪突破，從而實現氫能與燃料電池技術的全面成熟以及在交通與能源領域大規模全方位市場滲透。中國燃料電池技術與國際先進水平的差距主要表現在以膜電極為代表的基礎技術和以高速無油空壓機為代表的總成技術上。此外，與動力電池相比，燃料電池的產業鏈還很薄弱。但是目前中國燃料電池產業化態勢全球最佳，已經吸引了全球相關資源的深度參與和全面聚集，預計在今后5-10年有可能達到與目前中國鋰離子電池國際地位相當的水平。

3.內燃機混合動力汽車

發展混合動力有兩條宏觀技術路徑：一是從內燃機動力往上發展，一條是從純電驅動平臺往下兼容，如圖3所示。日本屬于前者，以常規混合動力為特色；中國主要選擇了后者，以插電式混合動力為特色。宏觀技術路徑往往對具體技術路線有很大影響。