钜大LARGE | 点击量：1355次 | 2018年08月04日
动力电池企业要成长为全套解决方案的提供者
通用上汽、泛亚汽车技术中心有限公司车辆电源系统资深高级工程师董敏学在演讲中，介绍了通用汽车的未来电动汽车发展战略，以及在动力电池的未来发展趋势。
以下为董敏学演讲内容：
各位院士、专家，各位领导，大家上午好！非常荣幸受邀来到动力电池应用分会，有机会和大家一起交流，我来自上海汽车泛亚汽车技术中心。今天随着新能源汽车补贴逐渐退坡，预示着我国新能源产业由政策拉动逐渐转向市场拉动。9月份工信部等三部委联合公布了“双积分”，并将于2018年4月1日起执行，政策明确了积分的核算办法，并设立了新能源汽车积分比例要求的门槛，并且政府已经开始研究政府禁售燃油车的时间表。按照规划，到2020年中国新能源汽车产销目标将达到200万辆，去年中国新能源汽车产销突破50万辆，新能源积分比例在3%左右，到2019年“双积分”政策规定企业新能源汽车积分要达到10%，对汽车来说两年时间7个百分点的差距，企业面临着一定的压力和挑战。
这些政策的出台促使各大汽车制造商加快了新能源开发的脚步，对中国新能源汽车发展是一大利好。9月15日，我们通用汽车董事长兼首席执行官玛丽·博拉在上海举行的媒体见面会上，宣布了汽车未来在华的发展战略，按照计划2010年—2020年间，通用汽车在华推出至少10款新能源车型，包括目前正在售的凯迪拉克、别克VELITE5增程式混合动力车，到2025年别克、雪佛兰、凯迪拉克三大品牌几乎所有在华销售车型都将采用不同程度的电气化技术，涵盖了从轻混合动力到全电动成套解决方案。
上汽通用制订了新能源汽车发展的总体目标、运营模式和发展思路。总体目标，确保公司满足ACFC及新能源积分要求，支持公司整体品牌形象。发展思路，形成从混合动力到纯电动技术的应用，并在引进GM先进技术的同时培养本土自主开发能力。因为我们通用车型分两块，一块是GM全球平台过来的，一块是我们本土自主开发的，所以两部分合起来对外的车型。
符合Exic IIB T4 Gc防爆标准
充电温度：0~45℃
-放电温度：-40~+55℃
-40℃最大放电倍率：1C
-40℃ 0.5放电容量保持率≥70%
SGM成立于1997年，到今年20周年，上汽通用已经生产了1500万辆。为了在激烈的市场竞争中取得优势，公司一直把解决油耗高问题放在很重要的位置，从本世纪初就开始抓节能减排、抓燃油经济性改善设计，这些都要靠技术创新支持和支撑。公司走的是条什么路线呢？我个人认为，从技术角度来讲，走的是技术创新路线优化设计，落脚点就是选在最佳工作点上。对发动机来说是这样的，对铅酸电池今后进入动力电池都是同样。对发动机来说，将发动机转速控制在经济燃油区间，保持较低碳排放水平。下面我举例再说。
我分三块来介绍，一块是我们有些什么行动，三块都有措施，第一块是传统车，第二块是混合动力车，第三块是插电式PHEV。
首先我介绍一下传统车，传统车单就车辆电源系统方面来讲，采用了EPM、RVC系统，通过监测蓄电池的SOC状态，用BCM电控模块取代发电机的电压调节器，来控制电池的充电，具体讲就是控制在铅酸电池的浅循环80%SOC工作点上。有什么好处呢？解决了电池的过充试水，又提高了电池寿命，同时降低了发动机的排放、能量消耗。第二块在传统车领域引进了启停系统，通过减少发动机怠速时间达到节能减排的目的，2016年我们全部采用了这套系统，正是为了解决汽车频繁启动，免维护的铅酸电池全部换成了ACM铅酸电池，这个措施能达到节油百公里0.6L。
根据2015-2020年工信部当年生产乘用车设立的平均油耗目标，到2025年逐渐降到百公里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战略中，混合动力汽车无疑是未来市场推动的主要重点。在混合动力车方面，公司先是在2007年启动“绿动未来”，泛亚汽车着手研究了一款混合动力车，用的36V镍氢电池，2008年生产了3千辆，曾在2010年世博会上500辆作为新能源示范车在上海城市道路交通中运营，应该算国内比较早的新能源汽车。ICO具有混合动力车的优点，启停、助力、制动、下坡能量的回收，采用了BAS皮带动力轴耦合结构，这种耦合结构中发动机通过主传动轴与变速箱相连，启动发动机单元，通过皮带传动与发动机曲轴相连，结构简单，冲击小，重量轻，对整车结构改动很小，因此有着成本的优势。但由于中度混合车，电机功率过小，同时电源容量非常有限，因此其理论节油效果仅为10%。
混合动力车有两个动力牵引源，电机和燃油发动机，混合动力汽车的优点在于省油及低的二氧化碳排放，这点尤其在市区状况尤其明显。优点是这样实现的混合动力汽车中发动机转速通常只在很有限的，很窄的范围内给它变化，选择在2000-2500转转速附近，当汽车如果需要功率大一些加速爬坡的时候电机可提供一部分功率，让发动机始终工作于最佳的效率点，就是经济燃油比最高。未来混合动力汽车中燃油发动机将越来越会优化，转速和油耗也会越来越低，混合动力驱动的另一个优点和启动发动机的类似，制动下坡的时候能量可以回收，转化回收、手机储存备用，缺点是加了电池组的原因，成本和重量会上去。电动驱动和燃油驱动之间通过电子控制系统来实现的，燃油发动机和电机各自有独立的电控单元，这两个电控单元通过总线和混合动力电控单元实现通信，达到节油减排的目的。
接下来介绍一款现在正在开发的48V的系统，是属于轻混的车。如图，这是这款车所有的参数。
这款车48V特点是，避免高电压系统带来的高成本及12V电源的动力限制，相对于高压系统48V系统所需要的电器和电子部件的成本低得多，并且电池可设计成更小容量，同时这里用48V可以支撑中高档车用的高档音响、高档空调、自动驾驶、底盘升级等等，SGM目前采用的是博世的48V这款电池，博世这款创新的48V电池凭借标准化设计方案，便于快速集成到新车型中，帮助现有汽车制造商缩短开发周期、节约成本，这款锂离子电池预计2018年底开始量产，上汽通用估计可能在2019年有部分量产。在性能指标当中，高比功率可能是关键，因为主要在启停能量回收的时候要达到快速充放电，相比于电池能量次之。
第二部分，插电式。在插电式方面，公司根据CFC能量积分要求，引入了两款GM全球平台的插电式混合动力汽车，这两款目前都在市场在售，一款是凯迪拉克CT6插电式混合动力车，一款是别克VELITE5的增程型混合动力车，之所以多了“插电式”三个字，主要是导入了外接电源，通过外部充电后提供持续的电能，使电动机更多参与到车辆驱动当中，进而满足了节能减排的目的。插电式混合动力汽车介于电动车和燃油车之间的一种车，既有传统汽车的变速箱、发动机、传动系统，也有电动汽车的电池、电机、控制电路，并且在电池容量比较大、有充电接口，在充电式混合动力车内，应具有集成电动车、燃油车两套完整的动力系统，所以说插电式混合动力汽车的成本较高、结构也比较复杂，外加车身重量较大，这与单纯的汽油车和电动车相比就是劣势了。但相比EVE的纯电动来说，有效解决纯电动汽车续驶里程，就是里程焦虑问题，并将传统动力系统与纯电动汽车系统结合在一起，弥补了各自的劣势，优势最大化，在此背景下，不少企业认为，相比纯电动汽车，插电式混合动力更适合当下情况。
另一款GM平台的VELITE5的增程式混合动力车，何为增程式混合动力车呢？是在纯电动汽车基础上装备了一个小型的辅助发电机，以备电池电量不足时对电池充电，我们简称这个小型发电机组是增程器。增程式电动车内部只有一套驱动系统，包括电机、控制电路、电池、电动机直接驱动车轮，发动机则用来驱动发电机给电池进行充电，因为发电机并不直接驱动车轮，因此也不需要变速器，这相当于在辅助的电动车上装载了一台汽油发电机。从结构上分析，增程式电动车的结构相对于纯电动汽车只多了一个发电模块，车身结构更加简单，成本更低。另外，拥有外接的插电功能的增程电动车更加适合于城市居民，在纯电动模式下行驶里程里100公里以上，日常上班生活用车都没问题，如果要外出自驾，也能做到和传统燃油车一样的续驶里程，完全不会像电动车那样会有里程焦虑问题。
增程式电动车比插电式混合动力汽车的血统更加纯正，因为没有追加增程器之前就是一辆纯电动汽车，增程器的部署基本不会影响到原有车辆的动力系统结构，而插电式混合动力汽车的前身由于是混合动力汽车的关系，故而保留了较多的传统机械部件，结构上较增程式电动车更复杂一些，成本更高。总而言之，想判断一辆车到底是插电式混合动力车还是增程式混合动力车，主要看发动机是否和车轮直接有驱动关系。大家有兴趣请关注我们上汽通用这款VELITE5，售价是26万-29万，价格还能接受，更偏向于纯电。
第二部分我想简略的介绍，很多都是这方面的专家，想说一下新能源动力电池技术的趋势。
对新能源汽车电动EV来说，最至关重要的部件首推动力电池，这是业内普遍认识的共识，如果想让混合动力汽车尽快过渡到电动汽车，首先要看电池技术进步速度如何，脱离电池技术谈电动车进步其本相就是空谈，国内动力电池汽车产业虽然规模上不输给别人，但是生产一致性需要大幅度提升，特别是如何把电池组成电池包，为整车厂新能源车动力电池提出解决方案的问题上，与国外先进相比有明显差距，国内单类电动汽车产品仍然无法形成规模效应，上汽通用新能源供应链战略中一直在寻找合作伙伴，这一点跟过去不一样了，今后我们新能源车电池我们作为整车厂角度来讲一般都要求供应商作为全套解决方案的提供者，包括我刚才显示的48V就是例证，明天我以前的供应商SALF（音）还会详细介绍这块。
从这张图所显示来看，我们现在处在第二代镍钴锂电池和镍锰钴锂电池NCM将在插电式混合动力汽车和纯混电动汽车占据主导地位，就是NCA和NCM。其中NCM的中期市场份额会更大，目前占70%，相比而言最初因为较好的耐热性而受到中国整车厂喜爱，磷酸铁锂电池NFB将由于能量密度较低而逐渐淡出市场份额，中国整车厂也将转向NCM。到2020年左右，锂电池技术发展空间较为有限，电池的技术变化主要局限于镍锰钴三种材料的比例，有望从NCM111就是镍锰钴的比例为1：1：1，发展到NCM622和镍锰钴比例的8：1：1。由于锂电池技术的替代方案较少，所以汽车行业必须同依赖有限的关键原材料及特定广义，除锂镍锰外，石墨也属此类，现采用的石墨我们的技术采用的是石墨+15%硅。对未来电动汽车动力电池领域的研究从未停止，国内外都在投巨资，从开发新技术到动力电池，国外研究动态关注，目前国外研究动态关注的是高能比的固态电池技术，来自日本、美国不断有报道，丰田表示他们这个趋势图，大家能看懂，CATL就是宁德时代，还有三星。
丰田表示，如果要让EV量产，至少续航里程要达到500公里以上，而要实现这个目标，电池能量密度要是目前的2-3倍，续驶里程可以做到800-1000MWh/L，早在2012年丰田就已经研制了硫化物系列的全固体电池，根据丰田的规划，丰田认为全固体电池搭载的车型在2025年，最早能在2022年商业化运行。同时来自于美国德克萨斯大学的报道也有，他们研究了固态电池，能量密度是当前锂离子电池的3倍，如果雪佛兰的沃兰特能行驶300公里，实验室得出结论，固体电池几乎能行驶到1000公里，这都是良好的美景。我们更期待国内在动力电池技术水平、能量密度、成本等方面有重大突破。
