2022中国汽车论坛|徐友龙：新能源汽车的现状与发展趋势

2022年11月8日-10日，由中国汽车工业协会主办的第12届中国汽车论坛在上海嘉定举办。作为党的“二十大”召开后的汽车行业首场盛会，本届论坛以“聚力行稳 蓄势新程”为主题，共设置“1场闭门峰会+1个大会论坛+16个主题论坛”，以汽车产业的高质量发展为主线，与行业精英一起贯彻新精神，研判新形势，共商新举措。其中，在11月10日上午举办的“主题论坛8：能源转型中的汽车行业碳达峰”上，西安交通大学电子科学与工程学院院长徐友龙教授通过视频发表精彩演讲。以下内容为现场演讲实录：

各位专家上午好！我是西安交通大学徐友龙，我受大会组委会何毅秘书长的邀请，为大家做《新能源汽车的现状与发展趋势》报告。我作为汽车外行，在这里提一些观点，仅供大家参考。

(资料图)

大家知道2020年西安交大获批教育部全国第一个储能科学与工程专业，这是上周王树国校长接受中央电视台采访的时候提到，这个专业是面向国家重大需求，设立了世界上第一个储能专业，我们引以自豪。

这是2021年储能科学与工程专业成立大会上，与共建单位签约和颁发专家证书。简单回顾一下历程，2020年1月西安交大获批了全国首个储能科学与工程专业，集交大电气A+、能动A+、电子A-、材料A-、化学、化工等多学科优势。2021年又获批了国家发改委的“国家储能技术产教融合创新平台”，获批总经费4.3949亿元，位列同时获批的三个高校的首位。

2022年全面启动国家储能技术产教融合创新平台的建设工作，我们将在热质储能、电磁与电化学储能、氢储能和储能系统四大领域开展工作，我本人负责电池与电化学储能方向。

我的报告分为三个方面：

一、新能源汽车的发展动态

大家知道新能源汽车实际上就是用电池、电机作为驱动的一种新能源汽车。由于它是用电池作为动力源，用电机来驱动，效率高，这就实现了我们今天的零排放。主要牵涉到三大关键技术：电池、电控以及电机。

简单给大家介绍一下新能源汽车的分类。纯电动汽车、混合动力汽车以及燃料电池汽车。

1、纯电动汽车。也就是Battery Electric vehicle或Pure Electric vehicle，就是电网直接给电车充电，电池驱动电机，电机驱动轮子。代表性车型有特斯拉，特斯拉的全系列都是纯电动的。以及日本聆风、宝马i3、比亚迪、北汽、江淮、上汽等公司。

2、混合电动汽车HEV（Hybrid electric vehicle）。混动电动汽车顾名思义就是以油和电共同来驱动汽车，但是汽车只能加油。汽车启动时，汽车由电池驱动，当汽车速度达到一定的速度后，切换到汽油内燃机驱动；刹车和制动时，电机反转给电池充电，实现能量回收，从而大幅度节省了汽车。最典型的车型就是丰田的普瑞斯、雷凌和卡罗拉。

在中国，混合电动汽车有所改进。比如说PHEV（Plug-in hybrid electric vehicle），它不仅可以加油，也可以电网直接充电。这样的话，燃油发动机和电动机可以同时驱动电池。当然，好处就是双驱动，动力强劲，缺点是两套系统要花成本，成本比较贵。好处是可以直接通过电网充电，这个车就可以上下班基本上用电，里程不够的时候再用燃油。典型代表有比亚迪秦、唐；上汽荣威、奇瑞、三菱等。

后来又进一步发展了增程式电动汽车EREV（Extended-Rangeelectric vehicle），所谓的“增程式”，就是相当于一辆配备小型电池的纯电动汽车外加了一个油箱和小型内燃机，作为上下班工具就是纯电动汽车，当行驶里程不够时，内燃机给电池充电。所以它虽然只有一套电机驱动系统，但是通过内燃机充电有效地延长了行驶里程。典型代表有宝马i3增程版，广汽传祺GA5增程版。

3、燃料电池汽车FCV（Fuel cell vehicle），通过氢气燃料的化学能转化为电能，提供行驶所需的能量，并由电动机驱动汽车行驶。相当于由燃料电池替代锂离子电池。典型代表有日本丰田Mirai和本田Clarity。

新能源汽车发展的几个典型路线：

1、电池高容量。刚才讲到利用高镍三元/富锂锰材料或者硅碳负极等等，实现汽车续航1000公里以上，已经有蔚来汽车和宁德时代的电池、广汽发布海绵硅负极电池等等，都在促进电池的能量密度的提高。

2、电池安全始终是不变的话题。汽车企业和电池企业都在从材料、电芯、电池包结构、电池管理系统和监控系统方面全方位的保证电池和汽车的安全。

3、电芯结构设计也在变化。比如从1865到2170到今天的4680，4680最早是特斯拉推出，他们叫“无极耳技术”，我个人认为应该叫“全极耳技术”。电池后面黄色的全是铜极耳，即是负极的集中体，全部把它并联在一起，就形成了全极耳。好处是大幅度降低电池的内阻，提升电池的能量密度和功率密度。

4、换电技术与充电技术齐头并进。换电的好处就是快，缺点就是不同的车型、不同品牌的电池、不同企业的电池怎么换？我个人认为，对某些细分行业换电比较好，比如说城市公交、城市出租车，那完全没问题。甚至长途大巴都可以，将来无非就是在加油站换成换电站。但是问题是，除非你是自家牌子的电池配自家的车，不同的车型、不同牌子的电池，从它的管理系统，从电池使用状态、充电、换电都是问题。充电技术就没这个问题，但是时间稍长，因此，两者各有所长。

5、高压快充技术发展强劲。也是希望能够解决充电时间长的问题，大家知道原来的汽车电压是300-400V，现在提高到800V、900V，很容易实现10分钟左右的充电。

6、无线电池管理系统成为未来发展趋势。将来BMS系统可以是无线的，这样可以提高管理的可靠性、精度以及PACK装配效率、降低成本等等，都是为电池的安全和成本服务的。

7、动力电池回收将是电动汽车可持续发展的重要环节。电池这么多的用，电池使用必然会带来衰减甚至损坏，怎么处理？由于镍、钴、锂都是非常高附加值的材料，自然会回收。回收有几个途径：

（1）梯次利用。电池不是完全损坏，而是容量衰减到80%或者50%的话，那还可以继续用。用来干嘛？5G通信基站或者大规模储能都可以使用。

（2）资源利用。如果完全坏了，我们可以资源利用。镍、钴、锂、铜、铝以及其他的电解液材料都是可以回收，很多企业已经投身其中。

二、动力电池的发展与技术要点

技术在这里不多说，我们简单说说电池工作原理。动力电池的正极和负极相当于是锂离子的两个临时仓库，一个是楼上，一个是楼下，楼上就是正极，楼下就是负极。充电的时候，锂离子从楼上到楼下，放电的时候锂离子从楼下回到楼上，就是这样来回穿梭的过程，这个过程也被形象的叫做“摇椅机制”，锂离子在正负极之间摇来摇去，很有意思。

电池的基本结构主要分为四类：

1、卷绕型电池从原来的1865到2170，再到现在的4680。方形的也从原来的几百毫安时到现在的几百安时。纽扣电池变化不大，但是软包电池变化也很大，从原来手机电池的几百毫安时到今天的上百安时。电池主要有正极、负极、隔膜、电解质、外壳构成。

材料体系也分了很多种，左上角是正极，下面是负极。目前电动汽车正极材料体系主要是三元和铁锂系统。负极是石墨碳和硅碳负极。

从微观结构上来讲，电池材料要么是锂离子嵌入式结构，即锂离子嵌入到材料的晶格中，这是一种方式。第二种是合金化方式。第三种金属氧化物负极的置换反应方式，比如氧化铁嵌入锂之后就变成铁和氧化锂。

电池结构由于时间短就不多说了。了解一下它的容量、成本，其它细节就不多说了。在电池与车体结构方面有一些改进。以前是锂离子电池先做成电池PACK，再做成大型Module放进车体；现在已经开始C2B，直接把电池融到车体里。还有C2C或者C2P，C2C就是直接到车架子上，减轻车体的重量，增强车体的结构强度。这都是从电芯到车体的结构上改变。

另外，技术上为了提高安全，还有固态电池，这也在发展。钠离子电池作为储能电池比较方便，作为替代磷酸铁锂还是差不多的，我觉得它更大的好处还是在电动自行车等各种小型的车辆上。

材料体系刚才讲了，除了铁锂，三元也分成很多体系。比如333、523、622、811、NCA等。新型磷酸锰锂材料安全性非常好，能量密度也比较高，一方面可以作为提高三元安全性的添加材料，另一方面自身也有望成为动力电池材料，目前不足的是它的电导率比较低，电流高倍充放电目前还有一定的问题。

硅碳负极也有很多汽车企业和电池企业在推，在这里我们也不细说了。电池材料的各种需求激增，电池企业规模发展从原来MW级到GWh级，现在甚至到100GWh级。大家可以想象发展速度从原来3C用的电池到今天的动力电池和未来的储能电池，发展都不是成百倍，是成千倍、成万倍的发展。可以说，没有哪个行业有这么快的发展速度，好在我们中国走在国际的前沿，这都是值得我们骄傲的。

电池的制造过程我们就不说了，各种制造的流程，不同的环节。动力电池目前有两种结构，一种是卷绕，一种是叠层的。卷绕的，比如说宁德时代的汽车电池，像280安时的就是大型、方形的卷绕。

这是焊接极耳，最后是电解液灌注、封装、化成，最后是电池的整个生产环节示意图。

三、轮毂电机的发展与技术要点

虽然我是汽车外行，但是我个人非常看好轮毂电机技术，因为只有轮毂电机技术才是未来汽车的真正电动汽车。为什么？因为现在的电动汽车，做汽车的人都知道，它实际上就是现在的汽油车把油箱扔掉换电池，把内燃机扔掉换电机。其他的传动、转向系统都是一模一样的，这些都是要耗能量的。如果能够有轮毂电机，电池直接给电机供电，电机直接驱动轮子，不仅可以驱动轮子行驶，也可以驱动轮子发电，进行能量回收，这才是真正的电动汽车的未来。

今年3月份，欧阳院士在电动汽车百人会上提出轮毂电机是颠覆性技术，也是革命性变化。所以希望汽车朋友们更多的关心轮毂电机技术。

（如图）轮毂电机的分解，包括刹车、发电、定子、转子等等。能量怎么高效利用，直接驱动轮子前进，这样的话没有其他的机械传动过程，所以轮子的能源效率非常高。不但高，还有几种驱动方式，也不多说了，大家自己去看。

它的好处多多，传动结构简单，结构简单了，空间就大了，效率利用就高了，能量消耗也少了。为什么电动汽车里程焦虑？如果利用轮毂电机，能量利用效率提高一倍，那行驶里程到一千公里随随便便，非常方便。驱动灵活，几乎可以360度转向，我开玩笑说以后女同志开车根本不用担心停车倒库，直接把轮子一横，横着进去就行了。这些都是很好的。另外，多种动能匹配、能源消耗低，系统简单了，所以维护也简单了。

操控性，以后不用拿方向盘了，拿遥控器就可以操控它，云操控都可以。制动性，将来要考虑它的制动过程的能量回收，缺点是电机可能会发热导致退磁。能量效率高了以后，发热就少了，温度也就低了。传统汽车就不说了，电动汽车的百公里耗电大概在十五六度电。如果用轮毂电机的话，百公里耗电大概是10度以下，甚至七八度电就够了，行驶千公里是很简单的事情。

大家看看这个车的操控性，所以刚才开玩笑地说汽车不但可以直着走、倒着走，还可以横着走。所以汽车将来更加灵活、更加自然化，能量效率更高。这样的话，也就符合了我们的双碳战略。

最后，大家可能关心轮毂电机现在什么现状。目前来讲，日本三菱、法国米其林、英国Protean-E都在研发，甚至在生产小功率的电机。天津一汽也开发出几千瓦的小型电机。我刚才讲的是一个电机的功率，我们可以4个轮子驱动，如果功率不够还可以6个轮子。总的来讲，效率大大提高，方式可以多种多样。

我认为汽车的未来一定是轮毂电机技术。作为汽车外行，就给大家汇报到这里，谢谢大家！

（注：本文根据现场速记整理，未经演讲嘉宾审阅）