李安定:新能源车中国发展路径的选择

凤凰汽车 李安定

电动车热几乎成为举国体制:决策层期待战胜危机的突破;地方志在科学创新的业绩;企业村村点火,户户冒烟;然而却因严重低估电动车研发和世界技术水平的差距和推广的难度,大笔“学费”砸下去,各种规划却基本落空。

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凤凰汽车专栏作家  李安定

(一)新能源车路线图

狼,终于来了。

特斯拉的到来,再次引发了中国人对新能源车的关注。纯电动车,因为与IT,与互联网,与电商模式的接驳,吸引的眼球,远远超出了五年前那次电动车热。人们再次把目光投向纯电动车,特斯拉是电动车“替代汽车”的救世主,还仅仅是一个激进新颖的商业模式?结论还有待剧情的深入。

过去的五年,中国刚刚正从一次电动车大跃进中走来。

2009年全球金融海啸,科技部门寄希望纯电动车实现“弯道超车”,抢跑全球汽车业。电动车热几乎成为举国体制:决策层期待战胜危机的突破;地方志在科学创新的业绩;企业村村点火,户户冒烟;然而却因严重低估电动车研发和世界技术水平的差距和推广的难度,大笔“学费”砸下去,各种规划却基本落空。

按照2009年中国政府公布的《汽车产业发展规划》,早在2011年,以纯电动车为主的新能源车产量就要达到50万辆,占汽车总销量的5%;而直到2013年底,真正卖到消费者手中的纯电动车却只有数千辆。

从百年历史的有轨电车到城乡数以亿计的电动自行车,在中国人看来,纯电动车技术门槛最低,弯道超车的把握最大。尽管在发达国家,纯电动车只是新能源车技术路线并进的众多选项之一,在中国却成为“孤注一掷”。

但且行且知,电动车不但要有传统汽车研发制造的功底,还要有动力电池、集成控制、电机等方面的创新突破。当许多中国的电动车专家教授被跨国公司请出国门参观,看了人家的电动车研发手段和验证流程时,方才感慨天外有天,与之相比绝不在“同一起跑线上”。所谓 “弯道超车”只是中国人关起门来的臆想。

泡沫和喧嚣终于过去,一批脚踏实地的中国企业脱颖而出。比亚迪、北汽等一批执着于新能源车研发的企业如今信心满满地提出,即将推出堪比特斯拉的车型。

2001年1月,底特律,新世纪第一个国际车展。对丰田汽车公司社长张富士夫的专访给我留下难忘的印象。时逢全球汽车业一轮大兼并。我问他,丰田如何迎战这次资本大潮。他的回答似乎和企业重组并无关联:新世纪的主动权在那些掌握节能环保最新技术的企业手里。

从奔驰发明第一辆汽车开始,迄今已有128年,汽车技术现在面临革命性的变革——包括先进的动力能源、电子控制和新型材料。在新能源车的探索方面,所有跨国公司都采取了全面研发,齐头并进,不同时间节点各有侧重的战略。

我见过国内许多主管官员和电动车专家,一味主张在纯电动车一棵树上吊死。不知道新能源车的体系内涵与外延,不了解这一路线图的内在逻辑,奢谈汽车新能源研发,无异于盲人摸象。而揣着明白装糊涂,排斥纯电动车之外的新能源选择,尤为不可取。

目前,各国汽车业经过无数曲折和弯路,在2010年前后,终于就动力能源技术的“路线图”形成共识,由近及远的排列分别是:一,传统汽车的高效动力总成和生物柴油、乙醇等生化燃料;二,混合动力;三,纯电动车(只适合作短途);四,插电式混合动力车和增程式电动车;五,氢燃料电池车。由于氢能源蕴藏丰富、排放为零,是新能源汽车的终极方案。

在新能源车的技术路线选择上,除了传统发动机的优化,“电驱动”将成为贯穿混合动力、纯电动、增程式、氢燃料电池的核心技术平台,所有新能源都要转化为电能储存并驱动汽车运行。从广义上说,新能源车都是电动车。

(二)内燃机优化的绝对价值

直至今日,全球每年生产的8000万辆汽车都是内燃机汽车,内燃机动力总成的科技创新一直是汽车业节能减排的主攻方向。比如涡轮增压和缸内直喷技术(简称FSI),大大提升了汽油在发动机里的充分燃烧;而双离合变速箱(简称DSG)的发明,使变速箱换挡过程的能量损失几乎为零。

节能减排,不光是动力总成技术创新的目标,也是一个复杂的系统工程。包括减小车身的风阻系数、车身轻量化、降低轮胎摩擦阻力、电器设备智能化和能量管理等多种学科。

在全球,汽车节能减排的一个大趋势是柴油发动机的采用。由于一系列先进技术的采用,柴油发动机的油耗只有汽油机的三分之一到一半,排放中的碳颗粒和有害物质比上世纪80年代降低了90%以上,令人刮目相看。

2010年秋,我先后访问沃尔沃和雪铁龙,得知沃尔沃在瑞典销售的柴油轿车与汽油车比例在2000年是1:9,到2009年猛增到9:1;雪铁龙2009年在欧盟销售的轿车70%是柴油车。

柴油不仅来自石油,在欧洲,油菜籽、速生秸秆等都是绿色柴油的新来源。在中国,“地沟油”是人们餐桌上的梦魇,但经过处理,“地沟油”恰恰是生物柴油的好原料。

在可预见的将来,传统汽车依然是世界汽车业的绝对主流,因而传统动力优化的意义格外重大。大众中国前总裁范安德从2007年到2010年,在中国推行“动力总成战略”,把大众在中国生产的轿车油耗和排放降低了20%。年产2000万辆汽车的中国,如果能够全面的降低油耗和排放20%,就意味着为市场提供了400万辆油耗和排放全部为零的新车,这一效果何等震撼!

中国汽车业的能源科技,传统内燃机汽车的能源优化应该排在优先考虑,它是节能减排战役中站在地上的那条 “腿”,站的稳,迈出去寻路新能源的那条“腿”才得以支撑。

(三)混合动力是一种“道”

2001年春天,我在日本丰田公司试驾刚刚面世的混合动力车“普锐斯”。

它同时装有汽油发动机和蓄电池、电动机两套系统。汽车在行驶中,把怠速、制动、滑行时原本浪费的点滴能量收集起来,变成电能,存在蓄电池里。加速和上坡时两套系统同时出力,劲头十足;平稳行驶时,由蓄电池驱使电动机单独出力,不再烧油。

丰田心无旁骛地研发混合动力车十多年,普锐斯如今已经做到第三代,节油效果可以达到50%以上。由于油电两套系统,普锐斯价格是贵一些,但是两三年间节省的油钱,就可以基本收回买车多花的钱。在使用中消费者也无须改变加油和驾驶的习惯。

到2012年,丰田混合动力普锐斯百公里油耗下降到4.7升。尽管日本政府早已取消了过去25万日元(约1.5万元人民币)的补贴,但在日本、美国市场,普锐斯反而越卖越火,成为日本销量最大的单一车型。

汽车发明者奔驰公司,也把混合动力用于最顶级的轿车S400Hybrid上。2008年秋天,我曾在德国斯图加特试驾奔驰这款混合动力车。V6发动机加上电机做功,功率高达299马力,搭载“即停即起”技术,百公里油耗7.9升——这一成绩使S400Hybrid成为全球顶级豪华轿车中的节油冠军。S400Hybrid的亮点在于锂电池的应用。奔驰用高强度钢壳包裹的锂电池组只有两块砖头大小,比丰田采用的镍氢电池组小许多,不过镍氢电池的成本低、更安全,两者追求各自不同。

内山田竹志是丰田混合动力研发之父。2013年成为丰田汽车首位工程师出身的会长(总经理)。此前我们有过多次交流,他让我逐步认同了一个基本理念:混合动力不是一种新能源,而是一种“道”,无论传统燃油发动机,还是电动车、氢能源车,致力能量回收的混合动力技术都能让它们进一步节能。

内山田出任丰田会长后,我曾在常熟和他交谈,我问:在中国,政府和消费者还没有接受混合动力。什么时候,混合动力能够被世界普遍认同?

内山田又给我一个量化的指标:1997年他研发普锐斯时,期望到2020年,混合动力车可以达到汽车销量的百分之二三十。但今天在日本,混合动力车占丰田总销量的比例已占40%以上。这表明,消费者的环境资源意识的提升比想象还要快。“我相信,到2020年,无论什么车辆,包括各种新能源车,都将采用混合动力技术。”内山田说。

东风集团副总经理刘卫东日前告诉我,正在评估对法国PSA集团的一种全新概念的空气混合动力技术进行联合开发。压缩气瓶将取代电池,用于回收能量。这一技术将有望用于国产雪铁龙和标致产品,样车年内会在国内试运行。

(四)纯电动车为何是一条短线

在我看到的新能源“路线图”上,印象最深刻的,是其它各种新能源下面,画着一条长线,而纯电动车下面是一条短线。

我想,这意味着纯电动车承担不起全面替代汽车的使命。

早在1834年,美国人托马斯•达文波特就造出世界上第一辆电动车,比汽车问世早了近半个世纪。但是由于技术进展缓慢,1960年代电动车只占世界汽车保有量的0.01%,几乎退出历史舞台。

直到20世纪后半叶,石油短缺和环保呼声日高,国外大企业纷纷投入巨资进行电动车开发。90年代,曾经有过一轮全球性的电动车热,丰田的RAV4,通用的EV1等的电动车在美国加州作得可圈可点,并且在中国汕头南澳岛“国家电动车实验示范区”做过三年的示范运行。然而,电动车终因价格昂贵、充电时间长、续航历程短而在2003年宣布退潮。

电动车180年来无法彻底大翻身,最大的瓶颈是电池的储能密度太低。尽管从最早的铅酸电池,后来的镍氢电池,到今天的锂电池,储能比伴随材料成本一起攀升,而仍然和石化燃料相差甚远。

2008年夏,采访奔驰集团主管技术的副总裁韦伯,他说:“现在汽车和电动车储能之比是100∶1,我们的目标是努力提高到10∶1,这样的水平才有实用性。我们更关注谁能在中期取得电池的实质性突破。”

特斯拉在中国备受追捧,续航里程可以达到500公里是卖点之一。每两公斤电池,可以提供一公里续航里程。水平之高在业内未见出其右者。尽管如此,500公里续航里程,需要背1000公斤的电池包,相当15个成人伴你同行。而跑同样里程的燃油汽车只要加油50升。两者的储能差距由此可见一斑。且不说,买一块手机电池都价格不菲,1吨锂电池你得掏多少钱?起码30万!

电池高昂的价格和安全方面的风险,电池制造和销毁过程中的污染,依然有待完善。

如果说,电动车的技术瓶颈在电池;那么,电动车推广的难度则在充电。充电基础设施建设滞后,充电耗费的长时间和频繁程度,都是电动车推广中的羁绊。

全球电动车依旧遭遇玻璃屋顶,国际上业界最乐观的估计是,即使到“遥远”的2025年纯电动车也不会超过全球汽车总产量5%。

在近一两年的A级国际车展,无论欧美日本,跨国公司推出的小型、超小型电动车越来越多。外观时尚,玲珑可爱。乘坐两个人,甚至只是一个人,续航里程50公里以下的也不在少数。作为个人短程出行工具的功能越来越明确。

在挪威奥斯陆颁发诺贝尔和平奖的议会大厦外的街角,我见到4车位的自助充电桩前,停放的也都是微型电动车。

线路图上的短线表明,不要指望一辆纯电动车能够替代一辆传统汽车。买一辆小型电动车,做日常短途出行,电池小,充电时间短,电流无须太高,晚上在家用波谷电慢充,既经济又延长电池寿命。某日要去一趟天津,花50元坐高铁吧。

(五)“插电混动”现在最靠谱

大众中国CEO海兹曼曾问我,大众的“插电式混合动力”技术能否在中国推广?我认为,“插电混动”是当下在中国最靠谱、最有节能环保效果的新能源车,也让纯电动车在电池重量和续航里程的纠结中获得解脱。刚刚举行的北京国际车展上,自主品牌已有一批“插电混动”概念车型面世。大众近两年推出不同版本的插电式混合动力车型,并且参与了由德国政府牵头的一项为期4年,由产学研多家机构参与的“插电混动”研究项目。从而成为继丰田、通用之后,第三个把新能源车开发的重点从纯电动车转向“插电混动”的汽车巨头。

插电混动有两个源头,一个是丰田,在混合动力的节油效果接近极限之后,为混合动力车嫁接电动车技术,以求进一步节油,遂起名“插电混动”;另一个是通用,纯电动车下马后,研发出电能耗尽后由燃油发电输入电池的技术,从而突破续航限制,称为 “增程式电动车”。

因丰田研发在先,“插电混动”的名称在中国一般涵盖这两类车型。

“插电式”是在原混合动力基础上,换了一个较小的锂电池组,用于充电和回收能量,一次充电可行驶20公里;当电能耗尽,再回到汽油机的混合动力。插电混动的普锐斯进入中国,政府主管部门认为20公里的电池续航里程实在太小了,不能给予电动车补贴。但丰田的技术人员告诉我,20公里是考虑了人们普遍的出行需求,以及电池成本与节能效果的平衡,是从大量统计测算中得到的最佳值。续航能力20公里,电池小,成本自然降低。但这20公里纯电动的介入,把混合动力车的节油综合效果,从50%再进一步提升到了74%。

而通用的“增程式电动车”Volt的设计是一次充电可以行驶80公里,在电动机上同轴串联一台燃油发动机,当电池即将耗尽时,汽油机自行启动发电,满箱油能继续行驶570公里。但相比插电式普锐斯,通用Volt要多备120到150公斤锂电池,每公斤电池国际平均成本809美元。因而Voit价格也大概要高出插电普锐斯约10%。

我曾试驾Volt,从天津劝业场附近酒店充电后开到北京宣武门。车上坐三个成年人,开空调,一路频频加速,毫无纯电动车的“里程恐惧”。全程用纯电动模式跑了59.9公里(80公里果然是理论数据),增程模式83.6公里,用电10.4千瓦时,耗油7升。

大众开发的插电混动产品充电续航里程为50公里,正好达到中国官方规定的新能源车补贴标准。

自主品牌比亚迪的F3DM双模电动车起步很早,实际就是“增程式电动车”,目前其插电混动车型“秦”的技术较为成熟,价格在补贴后也接近传统汽车。

两年前,比亚迪曾对深圳跑了6万公里的F3DM用户作过统计,电里程和油里程的比例是1:1。上班5天基本用电(一次充电续航60公里),周末出远门用油。加上混合动力的能量回收,节油效果了得。种种迹象表明,比亚迪的插电混动车很快会在北京获得新能源补贴。

(六)氢动力是终极目标

氢资源在地球上储藏丰厚,排放纯净,氢燃料电池车是新能源汽车的终极目标,也是汽车巨头们极力攻占的技术制高点。

170年前,英国物理学家格鲁夫爵士,第一次成功地实现了电解的逆反应并产生了电流。这正是今天氢燃料电池的基本原理,是探索太空和汽车新能源的一项关键技术。

简单说,氢燃料电池是由极板夹着极薄的电解膜构成。在电解膜一侧的阳极上,氢气被铂催化剂分解为电子和质子。质子可以穿过电解膜,与空气中的氧生成水雾排出;电子则统统被电解膜拦下,集中起来生成电。电流在燃料电池中储存下来,从而带动电动机驱动车辆。

1997年7月,在斯图加特奔驰研发中心,我第一次看到奔驰刚刚开发出的第一代,也是世界上第一辆氢燃料电池车。当时的燃料电池体积还很大。在一辆MB100中型面包车里,除了前排驾驶座,车厢全部被巨大的燃料电池组所占满。

到2010年,奔驰在欧美已经开始试销氢燃料电池车F-CELL,还组成“125天环游世界”示范车队到达上海。在世博会展区的宽阔街道上,我试驾了这款奔驰最新氢燃料电池车,安静、平顺、动力强劲。它的氢燃料电池驱动系统,输出功率100千瓦,续航里程可达400公里,每次充满燃料只需3分钟。

通用曾是氢能源车研发投入最大的跨国公司。2003年7月,我在底特律试驾过通用第二代氢动力概念车Hy-wire。这是一款和传统汽车差异最大的新科技产品。Hy-wire摒弃了传统汽车上必不可少的方向盘、变速箱、传动轴等传统部件,实行了完全由软件控制的电信号“线传”技术,重新定义了汽车。

到2008年,通用已经造出第四代氢燃料电池车,并到上海路演。奥巴马上任美国总统后,转向钟情纯电动。但从金融风暴中重新站起来的通用,继续迈出研发氢能源车的步伐。

近日,丰田汽车公司副社长伊原告诉我,丰田的氢能源电池车已经处于世界领先地位,成本从当年3亿日元(约1800万人民币)降低到1千万日元(约61万人民币)。丰田的储氢罐技术成熟,一次加氢3分钟,续航里程500公里,有望最早投入商业化。

大众、本田、宝马,也一直走在氢燃料电池车研制的行列里。德国和日本已经宣布了建设1000座加氢站的计划。在美国,将尝试建设高速公路沿途的加氢站。

中国,尽管没有官方的大力提倡和投资,氢燃料电池车也在顽强的研发中。上汽从2006年起开始研发氢燃料电池车。今年3月28日,上汽和大众集团在德国签署联合声明,共同开发氢燃料电池技术。据称持续投入已超过10亿元。

同济大学汽车学院院长余卓平介绍说,受技术、成本和基础设施的制约,国际上对氢燃料电池车商业化的目标,从2014年推迟到2017年。实现这一目标取决于燃料电池中作为催化剂的铂金用量进一步下降;同时,燃料电池寿命提高到5000小时(相当于跑20万公里)以上,动态稳定性提高;另外,大规模的制氢和存储工艺也有待解决完善。

余卓平说,同济大学和上汽联合研制的氢燃料电池车曾在2011年必比登新能源车大赛上获得第三名。与世界领先技术相比,中国的燃料电池和储氢罐的承压技术还有差距,但基本技术已经具备。

余卓平透露,上汽新一代氢燃料电池车将在今秋实现“中国行”。

(七)“肮脏”的电何来“零排放”

在瑞典采访沃尔沃,我被告知,厂家每卖出一辆纯电动车,都要求用户签署一份协议,保证其充电的来源必须是一家“干净的”电力供应商。如果用户做不到这点,汽车公司宁可失去这单生意。

何为“干净”的电,在欧洲十分清晰,即利用风力、潮汐、水利、太阳能、可再生生物发出的电能。煤在燃烧中排放大量有害物质和二氧化碳,用煤发出的电在欧洲被指为“肮脏”的电。

瑞典“干净”的电力供应占比几何?水电占50%,风力和其他生物能源发电占45%,用煤发电只占5%。在那里使用纯电动车,有很大几率可以选用“干净”的电,真正做到“零排放”。

而在中国,根据国家电网统计,2010年,82%的电力来自煤炭,而且是含硫高、灰分高的劣质煤。到2020年,用煤炭发电仍将占到电力供应量的71%,水电、风电、太阳能发电,加上还在争议中的核能发电,比例不到三成。

采用先进技术的燃油发动机的排放情况,以国产1.4TSI高尔夫为例,从油井到车轮能量消耗的整个周期中,二氧化碳排放为每百公里143克,搭载柴油发动机的排放为111克;而同等功率的电动车所需的电能,在用国内煤炭发电过程中产生的二氧化碳相当于每百公里171克,外加更多的二氧化硫排放。

根据北京的清洁空气行动计划,到2016年,为京城供应大部分电能的四大燃煤电站均将停用燃煤发电,并陆续建成四大燃气热电中心。电动车是否真正“排放为零”尚不可而知,起码二氧化硫会大幅下降,但愿雾霾渐行渐远。

真正能够解开中国“煤—电”死结的一个好消息,竟然来自特斯拉。尽管中国电力、甚至中石化放下央企身段,对与特斯拉合作提供充电装置表现出极大热情。然而CEO马斯克在4月初来到北京参加首批用户的交车仪式时,透露了一个最值得玩味的信息:特斯拉将在中国各地建设独立的“超级充电桩”网络,这些充电桩借助太阳能发电作为电网的补充。

按照一篇专访中马斯克的描述,超级充电桩将由太阳能薄膜、蓄电池、充电桩组成。太阳能薄膜将光能转化为电能,存储在大型蓄电池中,保障充电桩全天24小时给电动车的充电能力。用煤炭发电,把污染从电动车推向发电站一端的弊病由此得到规避。尽管这套系统完全可以独立于电力网络,马斯克依旧表示,与电网连接仍然是有好处的。因为我们有时候能够生产额外的电量,这样就可以反过来提供给电网。我们想让每一个超级充电桩的净能量都是正值,也就是产生的电量多于消费,从反污染的角度而言,也是净收益。

我想近日亲自核实,如果专访中所说的一切都是真的,那是中国的幸事。

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