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车电分离 前端换电:纯电动汽车发展的最优技术路径?

北极星储能网  来源:  作者:刘同鑫  2020/7/30 15:19:09  我要投稿  

北极星储能网讯:导语:现有的纯电动车是车电一体化的结构,是由“三电(电池、电机、电控)一体(车体)”组成,其中,“三电”中电池是核心部件,约占整车成本的40%-50%,同燃油车的发动机不同,电池是一个能源类产品,存储电能和释放电能,并消耗自身电解液和其他材料,是消耗品属性......

在今年的政府工作报告中,换电站作为新基建的重要组成部分第一次被写入政府工作报告。全国两会期间,工信部苗圩部长公开对媒体表态,在新能源车领域下一步要支持和鼓励“换电模式”的发展,这是在新能源车战略推行10年后,首次在国家层面明确提出对换电模式的肯定和支持。

汽车工业是国民经济的重要支柱产业,在国民经济和社会发展中发挥着重要作用,以纯电动车为代表的新能源汽车产业是战略性新兴产业。纯电动汽车能量转化效率高,社会资源消耗量少,碳排放量低,是建设资源节约型社会和环境友好型社会的重要载体。发展纯电动汽车能够摆脱对石油的依赖,是保障国家能源安全的战略措施。发展纯电动汽车是培育新的经济增长点和新型产业的最佳选择,是拉动经济增长的重要手段。

世界各国已将发展纯电动汽车产业提升至国家战略,出台各类政策支持行业快速发展。同燃油车相比纯电动汽车在制造成本、使用成本、维保成本、使用寿命、驾乘体验、智能化、环境保护等方面大大优于燃油车,发展纯电动车是行业发展的必然趋势。未来10~20年,纯电动汽车将完全取代燃油车,世界各国已制定了禁售燃油车的时间表。

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2014年,习近平总书记提出:“发展新能源汽车是我国从汽车大国迈向汽车强国的必由之路”,要求相关部委加大研发力度,认真研究市场,用好用活政策,开发适应各种需求的产品,使之成为一个强劲的经济增长点。

为推动实现《中国制造 2025》和《节能与新能源汽车产业发展规划(2012-2020年)》中的重要战略目标,2017年以来,国家出台多项新能源汽车相关政策,覆盖范围包括补贴、基础设施、宏观统筹、技术研发等多个方面。《汽车产业中长期发展规划》中对于新能源领域未来十年提出明确的阶段性目标,到 2020 年,新能源汽车年产销达到200万辆,到2025年,新能源汽车占汽车产销20%以上,年产销量要求达到500万台以上。在国家产业政策的支持下,以“低能耗、低污染、低排放和高效能、高效率、高效益”为产业目标的新能源汽车产业呈迅猛发展态势。

从新能源汽车销量角度来看,未来10年新能源纯电动汽车仍将持续发展,预计到2030年新能源汽车保有量将突破8000万辆,市场渗透率将达到20%-23%。出租车、网约车两者的市场体量分别为150万辆、160万辆左右。

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一、中国纯电动车发展的现状与瓶颈

纯电动车发展的现状

中国的新能源汽车产业已经发展十年,从2009年发布补贴政策开始,传统车企和互联网造车新势力纷纷加入到新能源造车大军。从数据上来看,新能源汽车年销量从2011年的0.8万辆暴增至2018年的125.6万辆,涨势迅猛。如此骄人成绩,离不开财政补贴和各大城市对燃油车的限牌限购政策。正是因为这些政策的推动,使得新能源汽车在这几年被越来越多的消费者所接受。

但是,从2019年下半年开始,在国家和地方财政补贴了十年之后,新能源车补贴力度开始大幅度退坡,这直接导致整车销量逐月下降。2019年7-10月新能源车销量跌幅逐步扩大,分别下降3.8%、21.7%、34.8%、46%。2019年全年,我国新能源汽车产销分别完成124.2万辆和120.6万辆,同比分别下降2.3%和4%,惨遭负增长,这是自2009年大力推行新能源汽车产业以来出现的首次年度下降。今年受疫情影响,1-6月份,新能源车产销分别完成39.7万辆和39.3万辆,同比分别下降36.5%和37.4%,全行业面临巨大压力。

近十年以来,在补贴政策的推动下,新能源汽车产业取得快速发展,但也让部分车企形成了强烈的依赖心理,将政府红利作为企业获利的根本,扰乱了新能源汽车产业的健康发展。同时,真正影响新能源电动车销售的根本原因,如:售价、续航、保值、安全等消费者关注的核心问题反而没有得到有效解决,这成为制约行业可持续发展的重要因素。

纯电动车发展的瓶颈与阻碍

现有的纯电动车是车电一体化的结构,是由“三电(电池、电机、电控)一体(车体)”组成,其中,“三电”中电池是核心部件,约占整车成本的40%-50%,同燃油车的发动机不同,电池是一个能源类产品,存储电能和释放电能,并消耗自身电解液和其他材料,是消耗品属性;车体和电机、电控及其他部件是耐用品,属于资产类属性,两者使用寿命不均衡、不统一,车电一体化的结构,将两者捆绑在一起,降低了材料和资源利用率,缩短了整车寿命,是不经济的结构方案。

这种结构方案在市场和消费端以及环境保护方面还存在更多问题:

(1)充电问题

我国现有车桩比只有3.5:1,随着新能源汽车数量的持续增长,充电基础设施结构性供给不足的问题日益凸显,整体规模仍显滞后。2020年规划建设公共充电桩数量约50万个,但与同期新能源汽车发展的规模仍不匹配,车桩比将进一步扩大。同时,公共充电桩的使用率不到10%,可持续发展的商业模式还没有形成,存在运营企业盈利困难和消费者充电不便利的双重矛盾。

现有充电桩模式的技术方案决定了充电需要较长时间,从零充至满电,慢充需要5-10小时,即使是快充仍需要1-2小时,与燃油车加油的便捷性相比差距巨大。快充桩还存在投资成本高、电网冲击大、电池有损害、安全有隐患等诸多问题,这也导致快充桩一直占比不高。

(2)成本问题

纯电动车的整车结构较燃油车要简单的多,除去电池之后整车的制造成本远低于燃油车,但是由于动力电池的成本占纯电动车整车成本的40%到50%,这使同等性能下,纯电动车的制造成本却远高于燃油车。

由于充电方式的不便利性和国家针对续航能力进行补贴的导向因素,整车厂在车型研制时不得不追求高续航,电池搭载量越来越多,整车造价越来越高,性价比反而越来越低。无论从能效角度还是经济性角度,电池一体化方案将会使购车、用车矛盾进一步凸显,这严重制约了行业健康发展。

(3)安全问题

随着数量和规模不断扩大,电动车自燃事件也越来越多,其中绝大部分由电池引起。由于车企为追求高续航能力,多会采取特性更活跃、能量密度更高的三元锂电池,由于三元锂电池容易热失控,一旦出现问题便会导致非常严重的后果,燃烧、爆炸事故时有发生,在这些安全事故中,三元锂电池占比接近九成。据不完全统计,今年上半年国内共发生纯电动车自燃事故20余起,均由电池引起,这些电池大都是三元锂电池。

与燃油车不同,纯电动车因其动力电池的化学特性和电气特性,在使用过程中需要定期检测和维护,确保电池、电路、冷却系统等的正常运行,但现有的“车电一体化”的结构方案,使维护保养机制很难及时、准确做到这一点,这也是纯电动车自燃事故频发、消费者对电动车谈虎色变的主要原因。

(4)车辆残值问题

车电一体化的结构,使纯电动车在使用一年后的保值率为50%,三年后仅为20%,保值率过低已成为阻碍消费者选购的一个主要因素。导致这个结果的原因主要是:a.电池和整车技术进步速度快,二手车与新车性能差距巨大。b.动力电池自身衰减较快,三年后的续航能力已大不如前。c.纯电动车单车型保有量低,交易量非常有限,缺乏有效的检测评估标准。

(5)电池梯次利用问题

随着产业的发展,动力电池的更换和退役数量越来越多,这些退下来的电池电芯容量在50%左右,仍可用于储能等梯次利用。但是,由于电池规格不统一,电芯材料、外部尺寸、电气性能、接口等千差万别,很难进行规模化的利用,不得不进行拆解,造成资源的巨大浪费。

(6)环境保护问题

动力电池的拆解利用涉及的范围很广,包括运输安全、拆解安全、评估标准、再利用规范等,系统和流程非常繁杂,稍有不慎就会导致难以挽回的安全和环保问题。现有状况下,各车企甚至各车型的动力电池规格千差万别,更加剧了动力电池规模化拆解的难度,在非标情况下的可持续运营基本不可能。

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