力爭(zhēng)2030年前實(shí)現(xiàn)“碳達(dá)峰”、2060年前實(shí)現(xiàn)“碳中和”——這是中國對(duì)世界的承諾。為達(dá)成這一目標(biāo)，汽車產(chǎn)業(yè)將迎來深刻的重構(gòu)。
近日，國務(wù)院印發(fā)《2030年前碳達(dá)峰行動(dòng)方案》，提出到2030年，當(dāng)年新增新能源、清潔能源動(dòng)力的交通工具比例要達(dá)到40％左右。動(dòng)力系統(tǒng)技術(shù)路線迎合汽車產(chǎn)業(yè)的低碳化、新能源化發(fā)展已成為大勢(shì)所趨。
動(dòng)力系統(tǒng)要智能化、電氣化
“雙碳”戰(zhàn)略是我國應(yīng)對(duì)氣候變化與高質(zhì)量發(fā)展的關(guān)鍵，而汽車產(chǎn)業(yè)的綠色轉(zhuǎn)型是實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，在航空、鐵路、水路、道路等所有交通運(yùn)輸方式中，道路運(yùn)輸帶來的碳排放最多，約占整個(gè)交通行業(yè)的73.5％。在2021第九屆汽車與環(huán)境論壇暨第13屆全球汽車產(chǎn)業(yè)峰會(huì)上，業(yè)內(nèi)專家圍繞動(dòng)力總成電氣化，探討新形勢(shì)下中國汽車產(chǎn)業(yè)有序發(fā)展的新思路。
重慶長(zhǎng)安汽車股份有限公司研究總院總經(jīng)理詹樟松指出，能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型是實(shí)現(xiàn)汽車低碳的關(guān)鍵，供給側(cè)零碳化與需求側(cè)高效化、再電氣化、智慧化的轉(zhuǎn)型成為共識(shí)。其中，法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)升級(jí)正在倒逼動(dòng)力總成升級(jí)，促進(jìn)動(dòng)力系統(tǒng)效率進(jìn)一步提高。汽油機(jī)繼續(xù)結(jié)合電氣化后，無須像以前一樣考慮全工況、全場(chǎng)景，因此可以進(jìn)一步提高熱效率，有望達(dá)到50％；另外，可以通過電機(jī)協(xié)作助力系統(tǒng)效率提升。
據(jù)悉，長(zhǎng)安汽車藍(lán)鯨動(dòng)力平臺(tái)已開始全面進(jìn)入“混”時(shí)代：產(chǎn)品充分電氣化與智慧化，開發(fā)出寬域＋高效汽油機(jī)與緊湊＋高效電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)；采用A-ECMS效率算法與人-車-路耦合控制技術(shù)，能量管理與開發(fā)模式由“以產(chǎn)品匹配控制為中心”向人車路耦合控制優(yōu)化轉(zhuǎn)變；通過自主創(chuàng)新高效低碳燃燒技術(shù)，全面滿足最新排放標(biāo)準(zhǔn)的要求。
“在‘雙碳’背景下，從全生命周期碳排放降低角度出發(fā)，能源結(jié)構(gòu)及供給的發(fā)展促使動(dòng)力系統(tǒng)的技術(shù)路線更為穩(wěn)妥，需要推動(dòng)電動(dòng)汽車和節(jié)能汽車兩條路線并行，混合動(dòng)力系統(tǒng)在降低油耗和碳排放的同時(shí)，也為用戶帶來更為愉悅的駕駛體驗(yàn)。”上汽乘用車技術(shù)中心總監(jiān)徐政介紹說，從內(nèi)燃機(jī)動(dòng)力降碳的角度來講，要快速實(shí)現(xiàn)電動(dòng)化與推廣混合動(dòng)力，用電機(jī)來提高動(dòng)力系統(tǒng)效率，更重要的是進(jìn)一步提升混動(dòng)系統(tǒng)中各個(gè)部分的效率。
值得關(guān)注的是，國內(nèi)外車企將目光瞄準(zhǔn)了DHE（專用混動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)）和DHT（專用混動(dòng)變速器）方向。以主流發(fā)動(dòng)機(jī)采用的DHT方案來看，熱效率基本可以達(dá)到41％，部分產(chǎn)品能達(dá)到43％。
蓋世汽車研究院總監(jiān)王顯斌對(duì)于未來市場(chǎng)給出預(yù)測(cè)，隨著高壓噴射等發(fā)動(dòng)機(jī)核心技術(shù)的發(fā)展，DHE的市場(chǎng)規(guī)模在2028年將超過300萬臺(tái)；DHT的市場(chǎng)規(guī)模在2028年將超過450萬臺(tái)；到2028年，中國新能源汽車滲透率會(huì)超過30％，預(yù)計(jì)2025年乘用車市場(chǎng)電氣化率有望超過47％。
利用氫能實(shí)現(xiàn)供給端低碳
長(zhǎng)城集團(tuán)未勢(shì)能源科技有限公司總裁陳雪松表示，氫能和燃料電池可以助力減碳、脫碳，是中國能源和交通變革、實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)的主要路徑。大規(guī)模、長(zhǎng)時(shí)間、遠(yuǎn)距離的氫能儲(chǔ)運(yùn)和應(yīng)用，是解決可再生能源波動(dòng)性的解決方法。氫與電的結(jié)合可以充分發(fā)揮燃料電池高能量密度和動(dòng)力電池高功率密度的特點(diǎn)，全面覆蓋整車功率范圍的需求。
目前，占世界經(jīng)濟(jì)總量75％以上的20個(gè)國家和地區(qū)，已通過制定能源法案、能源戰(zhàn)略、技術(shù)路線圖等途徑積極發(fā)展氫能。我國有29個(gè)省市區(qū)出臺(tái)的政策涉及氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展，超過48座城市發(fā)布了氫能政策，推動(dòng)氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展。根據(jù)中國氫能聯(lián)盟的估算，到2030年，中國氫氣需求量將達(dá)3500萬噸，在終端能源體系中占比5％；到2050年，氫能在終端能源體系中的占比將至少達(dá)到10％，氫氣需求量接近6000萬噸，可減排約7億噸二氧化碳，產(chǎn)業(yè)鏈年產(chǎn)值約12萬億元。
綜合來看，氫能汽車可以分為氫內(nèi)燃機(jī)汽車和氫燃料電池汽車。世界主流汽車制造商都在積極研發(fā)新一代的氫能汽車。中國工程院院士衣寶廉曾指出，燃料電池汽車的產(chǎn)業(yè)化是氫能應(yīng)用的突破口，如果能夠大幅降低燃料電池汽車、加氫站建設(shè)和氫源的成本，使其接近電動(dòng)汽車的成本，燃料電池汽車在重載和長(zhǎng)途運(yùn)輸車上就可以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。
此外，多元化零碳燃料的發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)，如氫內(nèi)燃機(jī)也是實(shí)現(xiàn)動(dòng)力零碳的關(guān)鍵舉措。
工信部甲醇汽車推廣應(yīng)用專家指導(dǎo)委員會(huì)秘書長(zhǎng)魏安力表示，我國氫內(nèi)燃機(jī)和甲醇內(nèi)燃機(jī)，已應(yīng)用可再生能源甲醇燃料，甲醇在線制氫裝備所獲得的氫能，被業(yè)界稱為“新能源內(nèi)燃機(jī)”。
北京理工大學(xué)教授孫柏剛指出，氫內(nèi)燃機(jī)正在重新得到關(guān)注。氫氣是優(yōu)異的內(nèi)燃機(jī)替代燃料，而氫燃料與汽油、柴油或天然氣等特性差別巨大，類似“汽油機(jī)”和“柴油機(jī)”的區(qū)別。氫內(nèi)燃機(jī)是一種新型內(nèi)燃機(jī)，而且關(guān)鍵零部件和生產(chǎn)制造系統(tǒng)完全通用，同樣可以實(shí)現(xiàn)零碳排放。但氫內(nèi)燃機(jī)也面臨一些挑戰(zhàn)，比如車載儲(chǔ)氫系統(tǒng)亟待解決，而且氮氧化物排放較高，而控制其排放必然會(huì)損失功率。“氫內(nèi)燃機(jī)產(chǎn)業(yè)化需要先進(jìn)的設(shè)計(jì)體系、健全的標(biāo)準(zhǔn)體系、完備的檢測(cè)體系和有效的政策體系。”他說。
追求三電系統(tǒng)多元化創(chuàng)新
出于對(duì)供應(yīng)鏈安全、溢價(jià)能力以及掌控核心技術(shù)主導(dǎo)權(quán)的考慮，整車企業(yè)和零部件供應(yīng)商采取了縱向一體化的策略，在電氣化領(lǐng)域不斷加深布局。在電池、電機(jī)等核心部件上，打造安全有效、技術(shù)可控、靈活配套的供應(yīng)鏈，成為汽車行業(yè)特別是車企的主流選擇。
在王顯斌看來，未來動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)在于商業(yè)化量產(chǎn)和規(guī)模化交付的能力。目前，很多企業(yè)不斷嘗試在三元鋰、固態(tài)、無鈷電池領(lǐng)域布局相關(guān)的技術(shù)和產(chǎn)品。雖然實(shí)現(xiàn)電池本身的能量密度極限突破會(huì)用時(shí)較長(zhǎng)，但將有工藝、制造、品質(zhì)方面的更多創(chuàng)新方案落地。
美國賓夕法尼亞州立大學(xué)講席教授王朝陽對(duì)外介紹了動(dòng)力電池創(chuàng)新技術(shù)——碩安電池，既大比能，又高安全。他表示，碩安電池的設(shè)計(jì)原理非常獨(dú)特，以鈍化電池來提高安全性，使用的時(shí)候利用迅速自加熱輸出高功率。“碩安電池通過鈍化可以把極高密度的三元鋰電池，做的比磷酸鐵鋰電池還安全。”王朝陽稱。
精進(jìn)電動(dòng)創(chuàng)始人蔡蔚發(fā)言說，硅基功率半導(dǎo)體將向碳化硅基等第三代功率電子方向演進(jìn)，這是控制器升級(jí)的方向；電機(jī)則是向高速化、永磁化、低NVH方向發(fā)展。據(jù)悉，精進(jìn)電動(dòng)的碳化硅控制器已小批量出口德國，2022年將在大眾旗下Traton商用電動(dòng)汽車上實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)。
在電驅(qū)動(dòng)領(lǐng)域，三合一電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)也已成為行業(yè)主流方案，未來將朝著多合一方向發(fā)展。目前，華為、長(zhǎng)安、比亞迪推出了集成度更高、體積更小、更緊湊的產(chǎn)品方案。而在電控芯片領(lǐng)域，國內(nèi)IGBT領(lǐng)域開始取得一定的突破，比亞迪，中車企業(yè)陸續(xù)量產(chǎn)了相關(guān)產(chǎn)品，下一代碳化硅產(chǎn)品將成為行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)的焦點(diǎn)。
