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欧阳明高眼中的动力锂电池和氢燃料电池
2018-11-26

  作为新能源汽车行业的权威人物,欧阳明高的名字无论在动力锂电池行业还是在氢燃料电池行业,几乎是无人不知、无人不晓。他是横跨两个行业的科研带头人,是中国电动汽车和燃料电池汽车发展路上的“灯塔”。在动力锂电池和氢燃料电池行业人士为新能源汽车发展路线争论不休时,欧阳明高的意见是什么呢?

  近日,以“协同发展推动能源革命”为主题的第一届中国张家口氢能与可再生能源论坛在张家口顺利举办。在本次论坛上,欧阳明高以中国电动汽车百人会执行副理事长、中国科学院院士的身份出席,针对动力锂电池和氢燃料电池存在的核心问题作了深刻分析,同时对两者未来发展应用方向给予了研判。

  欧阳明高表示:“清华汽车新能源动力系统团队的研发目标是建设新能源汽车能源动力系统技术平台。不管是混合动力汽车、纯电动汽车还是燃料电池汽车,背后的技术实际上是动力系统,动力系统往前就是能源,所以我们其实是立足在动力系统,往能源方向发展。”

  根据清华汽车新能源动力系统团队的研发经验,对于混合动力系统、动力锂电池系统、燃料电池系统而言,三者面临的技术瓶颈各不相同。

  其中,混合动力系统的核心问题是严重排版问题;动力锂电池系统目前的核心问题是安全问题,安全问题的科学本质是电池热失控;燃料电池的核心问题是寿命问题,寿命延长了,成本也将随之降低。

  在混合动力方面,研发重点是做控制。清华团队建立了内燃动力系统分频段、分层次、系统化的控制方法,并且进行技术转移。目前国内在动力系统控制方面最有名的公司易控是汽车行业的一个知名品牌,就是清华研发团队孵化的企业。

  在动力锂电池安全方面,清华团队研究了从引起电池安全的各种诱因,到其发生的机理和电池的安全设计方法;从一颗电芯发生安全事故之后,如何在整个电池系统内部蔓延,从而引起整车事故的完整过程的研究。合作伙伴包括奔驰、宝马、日产、三星、宁德时代(300750)等,主要的大型公司都跟清华研发团队有合作,也培育出了相应的企业。

  在燃料电池方面,清华团队已有十多年研发经验。首先涉足燃料电池动力系统及车,刚开始外购燃料电池发动机,后一步一步深入到自主研发燃料电池发动机(燃料电池发动机其实是动力电池和内燃机的一种结合,将已有技术拓展延伸至燃料电池);后来又研发燃料电池电堆,目前已突破电堆技术,但此时还需要外购膜电极,所以下一步研发重点是攻关膜电极。

  在欧阳明高看来,动力锂电池从“十五”、“十一五”、“十二五”发展到“十三五”,比能量不断提升,成本不断降低,中国动力(600482)锂电池行业发展处于国际前列。

  针对当前业内特别关心的成本下降问题,欧阳明高认为,动力锂电池最终会到100美元/千瓦时,到达这个水平也只需要三五年时间,2025年之前将会全面达到成本目标。事实上,100美元/千瓦时只是指高性能电池的价格,现在经济性电池已经达到这个目标。

  这意味着动力锂电池不仅在车上使用将得到迅速发展,而且在储能领域将会全面地取代其他储能方式,因为从成本角度来看,其他储能方式没法跟化学电池竞争。由于汽车的大量应用,使锂电池成本大幅度下降,这是其他的储能方式无法比拟的。

  目前美国和澳大利亚的大型储能电站都采用锂电池,主要由特斯拉提供。中国低成本的磷酸是一大特色。“中国磷酸铁锂资源丰富,现在的成本已经是0.7元/瓦时,也就是说它已经接近100美元/千瓦时了,就算三元电池由于材料进口涨价会有些问题,但是磷酸铁锂电池一定可以保我们的底。”欧阳明高说。

  在张家口会议上,欧阳明高还特别着重介绍了氢燃料电池研发和产业化进展。

  在动力系统层次,欧阳明高介绍:“十五年前,当时国际上主要还是纯燃料电池汽车时,我们提出了燃料电池跟动力电池混合动力,这样可以减少燃料电池功率,提高燃料电池寿命。”

  用这一套系统可以使城市公交在大范围变化的工况下,真正加载到燃料电池的是一个恒定功率,这对燃料电池寿命提升大有帮助,可以提升寿命超过一倍,这也是在北京公交经过一年跟国外纯燃料电池车对比考察之后得到的结果。现在国际上都采用这种方法。

  同样十几年前,欧阳明高率领的团队开始氢安全的研究工作,做了世界上第一例氢瓶耐压碰撞实验,也做了氢瓶的燃料、枪击等实验,现在孵化的企业也具备氢瓶有关资质。

  “我们把所有技术集成起来形成了燃料电池混合动力系统,包括燃料电池发动机控制系统、电池系统、电机驱动系统等,整套技术都是我的团队做的,现在已经在国内推广。”欧阳明高说,比如福田2006年开始跟我们合作这套系统,现在他们完全可以自己生产。这是我们从示范考核、应用推广到最后真正实现产业化的一个过程,经历了十几年的时间。

  为配合北京奥运会,中国第一个加氢示范站—北京永丰加氢站应运而生。本次为了冬奥会,将在张家口跟中石化等合作,大规模建立加氢站。

  在发动机层面,开展了一系列的核心技术攻关,包括总的研究、仿真、端板设计等各方面;在零部件研发方面大力开展工作,在整机匹配方面、实验考核方面建立了系列化的实验基地;整个系统的控制方面,把在电池、发动机方面的控制技术转移过来进行燃料电池系统的控制。

  亿华通和清华团队一起开发了几代燃料电池发动机,现在已经开始批量生产。最新一代的2018款30千瓦/60千瓦燃料电池发动机都已经过相关国家检测机构的检测。

  在电堆层面,开展了一系列的工作,包括长寿命电堆的设计与制造,以及双极板的批量生产供应。亿华通已经在张家口落户,上海神力负责电堆生产基地,目前在张家口进行示范的车74辆,年底还要增加,现在已经是全球单一城市最大的车队。

  欧阳明高表示,跟纯电动汽车相比,燃料电池汽车更适用于北方低温城市。因为在低温环境下,电池由于极化原因会使里程大大下降,同时还有取暖问题,而燃料电池更容易实现,纯电动相对来说难度就比较大。所以我们选择张家口有各种各样的原因,这也是其中一个原因。未来会在连接北京和张家口的这条路上建立相应的加氢站,长途运输也能实现。

  在产业化模式层面,亿华通及子公司除了燃料电池之外,还有整车、发动机和电堆,进一步扩展就是氢燃料。氢能和燃料电池是一个完整的产业链,光燃料电池汽车是不可能实现产业化的,因为车之外的东西很麻烦、很复杂,所以一直延伸到氢能,也就是为什么要到张家口的另外一个原因,现在建立了基于可再生能源的制氢厂。

  “我们的理念是,氢能的主要来源应该是可再生能源,而可再生能源也需要氢能来进行储能,所以两者是相互需要的,只有这样氢能才真正具有战略意义。”欧阳明高说。

  在加氢站建设方面,跟原有的加油站结合,同时选择北方城市进行推广,这都是对氢燃料电池长期研究之后的一些体会然后做出的选择,所以也希望业界一起都能到张家口把这个产业链建起来,因为这是最有希望成功的一个地区。

  这里除了风能之外,还有水电和副产氢。目前弃风、弃光、弃水加上工业副产氢,都是目前低成本制氢的主要来源,这是氢能将来能够进行扩展的一种方式。

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