產品技術篇:多元路線的應對之策
前 言AUTO--REVIEW
隨著《關於調整完善新能源汽車推廣應用財政補貼政策的通知》的正式公開發布,對於新能源汽車的財政補貼持續退坡將成為「新常態」,與此同時,「雙積分」政策的壓力又使得發展新能源成為汽車企業的必須選擇。在政策的保護力度越來越弱的現實情況下,如何儘快完成「從靠政策到搶市場」的轉變,成為汽車企業越來越緊迫的課題。汽車行業是否已經做好準備?本期我們圍繞「後補貼」、「雙積分」等政策環境的變化,從相關政府政策趨勢、汽車行業的技術路線的選擇、國內國際汽車企業的發展戰略,以及分析新能源車銷量TOP10城市的市場環境特點,探討新能源汽車未來的發展。讓我們共同思考,政府政策、市場用戶,還是技術發展……究竟是什麼決定著新能源汽車的走向,車企有哪些應對的策略?
伴
隨著補貼進一步退坡、「雙積分」管理辦法正式實施的臨近,新能源汽車企業的未來三年將如何度過?三年之後國內新能源汽車產業又將走向何方?對車企而言,今後的三年,企業生產的電動汽車既要拿到補貼,同時必須切實滿足積分要求,他們將如何選擇經營之道和技術路線?可以確定的是,新能源汽車市場百花齊放的局面已逐漸到來。
純電動:市場「霸主」前路多艱
儘管在政策法規層面,國家將純電動汽車、插電式混合動力汽車(增程式)、燃料電池汽車均界定為新能源汽車,但純電動仍以零油耗、技術入門門檻低等特點得到從政府層面到企業層面的更多青睞,特別是在補貼及其他利好政策的明顯傾斜下,更多中國車企將其作為技術主線甚至唯一選擇。在中國這個全球第一大新能源汽車市場的強力影響下,向純電驅動技術轉型甚至成為國際主流共識,業內通常認為這一轉變的標誌性年份是2016年。
此外,從銷量表現看,純電動汽車已經成為國內新能源車市的主力產品。據中汽協統計,2017年國內新能源汽車銷量為77.7萬輛,其中純電動車型佔比高達84%。
然而,由於種種原因,純電動汽車的絕對主流地位正受到各種威脅。首先,其自身的各種問題就不容忽視。
「現在純電動汽車雖然發展快,但是功能性能上還是有短板。比如延長續駛里程,不能簡單用增加電池的辦法解決。而且,純電動汽車也還沒有完全覆蓋全國汽車市場的要求,特別是北方的低溫城市,這需要我們共同繼續探索創新發展的方向和策略。」在2018中國電動汽車百人會論壇上,科技部部長萬鋼指出了純電動汽車進一步發展的重要短板。
解決這些問題的一大關鍵則落在了純電動汽車的核心零部件動力電池上,動力電池企業自身也正面臨著很多壓力。深圳沃特瑪電池有限公司副總裁鍾孟光坦言:「中國純電動汽車的消費,到目前為止,要真正釋放市場還是面臨很多挑戰的。安全性是我們永遠沒有辦法迴避的一個問題。續航里程的瓶頸、電池循環壽命、服務便利性等都是問題。」當前在市場需求及補貼政策的引導下,大幅提升動力電池的比能量成為更顯眼的發展目標,危險性也隨之進一步增大。在成本上,動力電池企業還面臨著雙重的困境:國補退坡的挑戰以及電池材料價格不斷上漲的壓力。而在產品應用層面,拋開充電難、充電貴等基礎設施配套因素,由於國內地域遼闊,各地不同的環境條件導致市場對新能源汽車產品的要求不一。隨著新能源技術在客車、物流車、乘用車及特種車輛、特殊行業的更多應用,如何通過技術產品的創新適應多樣化的需求也是企業正在攻克的重要課題。
從整車角度看,當前純電動汽車的總體能耗偏高。比如萬鋼之所以反對用簡單增加電池裝載量的辦法提升續駛里程的重要原因就是電池越多車身越重,會增加電耗,達不到節能的根本目的。作為一名資深純電動車主,同時也是中國科學院院士、中國電動汽車百人會執行副理事長的歐陽明高多次公開表示:「我深切的體會就是電耗偏高。」他認為純電動汽車節能潛力很大,其意義比燃油車更大。因此他強調:「整車廠不能把電動汽車的技術提升全扔給電池廠,整車集成的核心技術就是降低電耗,電耗是純電動汽車整車集成水平最重要的體現。降低電耗才有可能在降低成本的前提下提高續駛里程,這是最佳的途徑。」
電動汽車生產企業降低電耗的關鍵技術是什麼?歐陽明高表示,首先是降重量,目前純電動整車重量都偏大,應向寶馬i3車型學習;其次是低阻化,向特斯拉學習。特別是純電動乘用車的節能重點之一就是降低電動SUV風阻係數,要實現這個目的需採用全新的平台,不能完全直接從傳統車改裝。
第三是電驅動高效化。一個值得關注的趨勢是國外跨國汽車零部件集團在競相開發一體化電驅動橋並進入中國市場,國內有些企業已經與之合資。中外在這一領域的差距以電機控制器輸入端到半軸的效率為例,國外可以達到92%,但國內目前的總體水平普遍在82%-85%。
第四就是制動能量回收。歐陽明高指出,國際標杆車型制動回收效率普遍偏高,例如日產聆風能量回收對整車能耗的改善幅度可達20.5%,而日產的e-Power可以單油門操作,基本不用制動踏板,這對降低能耗很有意義。而國內的制動能量回收技術雖然已經取得進展,但是實際應用偏弱,即車輛的使用和推廣情況不佳,急需改善。
還有熱管理問題。對新能源汽車特別是純電動車型而言,溫度對實際運行電耗影響最大,低溫工況下的電耗較常溫工況最高可高出50%,不少純電動汽車在冬天的續駛里程都有較大幅度下降。據歐陽明高介紹,當前新一代熱泵空調技術已經取得重要突破,正在進行產業化測試,要解決純電動汽車低溫環境正常使用的難題,必須重視這類技術。
除了純電動汽車目前遇到的各種技術和使用層面的難題,不少業內人士沒有繼續看好其進一步發展的另一個原因則來自政策層面:隨著補貼的退坡,純電動汽車相對其他新能源車型的比較優勢隨之降低。因此純電動技術適合在微、小型電動汽車上使用,並在有補貼的情況下擴展至特種車、物流車輛等。至於豪華車市場更多比拼的是動力和品質,純電動車型也可以和其他車型競爭。
插電式混動:能否逆轉市場份額的消漲之勢?
雖然銷量在連年上漲,但相比純電動汽車在國內八成以上的市場份額,插電式混合動力這種在政策定義中與之並立的新能源車型如今被擠壓得不到兩成,日漸萎縮。但時間回溯至2014年,當年的純電動汽車和插電式混合動力汽車銷量分別為45048輛和29715輛,佔比趨近1.5:1,而另一對值得注意的數字是,從同比增長速度看,純電動汽車只漲了2.1倍,而插電式混動車型增長近9倍。
中國汽車工業協會常務副會長董揚曾指出,插電式混合動力汽車早年的快速增長是因為基礎設施建設嚴重不足,消費者更容易接受這種車型。但形成如今的此消彼漲之勢,國家政策是重要因素之一。在補貼上,國家只對純電續駛里程大於50公里的插電式混動車型統一給予2.2萬元的補貼,相比之下純電動汽車具有明顯優勢。而到了地方,有些城市至今不給插電式混動車型作為新能源汽車的優惠待遇。北京這一重要的新能源汽車區域市場就是典型代表。
在政策的傾斜下,不少中國車企並未將插電式混動車型作為研發重點也有技術層面的因素。從技術難度來看,插電式混合動力車型的總體技術難度要高於純電動汽車,因為在車上增加了電機、電池等系統,與傳統燃油車的整體技術密切相關,這恰恰不是許多中國車企的強項。這一技術難題隨之帶來一系列後續問題:如果技術不達標,插電式混動車型面臨更大的不節能問題。中國工程院院士楊裕生表示,國內插電式混動車型「大馬拉小車」的現象不少,這會造成資源浪費。因為發動機自身排量很大,但實際上車輛並不需要這麼大的動力。而且其燃料系統和燃油系統並存的結構直接增加了車重,能耗隨之提高。表現在成本上則是此類車型售價偏高,平均比同級別傳統車高出兩到三成。更為人詬病的是,特別是早期的一些購買插電式混合動力汽車的車主在使用中將其當作普通燃油車,在遠距離行駛中既不節油也不減排,沒能實現有效降低油耗的目的。
事實上,在歐洲和日本,普通混動和插電式混合動力汽車更多佔據主導地位;在美國,純電動和插電式混合動力汽車的佔比也相對均衡。近兩年來,在以「雙積分」管理辦法為代表的一系列強力政策驅動下,不少跨國車企加速了對華投放新能源汽車的速度。但細看可以發現,跨國車企的戰略提法多為「電動化」,鮮有刻意強調純電動路線的。
從近兩年可以真正推向中國市場的新能源產品看,插電式混合動力汽車也佔據了相對更大的比例。雖然不及純電動更占政策優勢,但插電式混動車型不僅有積分,甚至眼下還有補貼可拿。
「在當前的技術條件和使用環境下,插電式混合動力是全球新能源私家車的主流,是實現汽車全面電動化的最佳過渡技術路徑。」比亞迪股份有限公司董事長王傳福如是判斷。不僅如此,他還為插電式混動車型爭取更多補貼和優惠政策而不斷呼籲。當前不止是跨國車企,自2016特別是2017年以來,國內自主品牌企業也加大了插電式混動車型的投放力度,吉利、長安、廣汽、上汽等企業正不斷豐富此類車型的產品陣容。
業內專家早就指出,在當前動力電池技術沒有根本性飛躍及充電基礎設施有待進一步完善的情況下,針對A0和A00以及高端市場,純電動汽車都有與同級別燃油車抗衡的實力,但中級車市場則更多需要插電式混動車型支撐。
在這一系列因素的助推下,插電式混合動力汽車能否實現一定份額的市場「反攻」?
增程式是不是最佳過渡方案?
在中央政策文件界定的新能源汽車中,增程式車型被歸入插電式混合動力汽車的大類之中,表現形式為「插電式混合動力汽車(含增程式)」。有業內專家將增程式車型視為「串聯的插電式混合動力汽車」,不同於其他並聯式和混聯式的插電式混動車型。
近年來,增程式路線由於結構比其他插電式混動車型更簡單、又同時具備其續駛里程優勢、節能減排效果更好等原因而受到不少業內知名專家及企業的關注。在他們眼中,雖然目前純電動車是國內新能源汽車市場的主體,但混動汽車特別是增程式車型或許才是過渡時期最好的選擇。
查閱資料可以發現,國內早年曾經有傳祺GA5、奇瑞S18 D-REEV等增程式車型,但如今已鮮見於市或再無下文。反觀國外,走增程式路線的雪佛蘭Volt、寶馬i3等車型在一些國家中卻表現相對較好,別克近年推出的VELITE5增程式車型也基於Volt打造。
在楊裕生看來,增程式在經濟性上很有優勢,竟是消除補貼退坡影響的最佳技術路線。據他介紹,目前國內的增程式車型產品技術已歷三代,優勢越來越明顯。比起燃油車,增程式車型行駛時可節油50%以上,更加節省使用成本,甚至可以免建充電樁,而且能遠距離行駛,如果有條件充電,城市百公里內節油率可達80%以上,解除了純電動汽車的里程焦慮、安全焦慮、充電焦慮、價格焦慮,避免了其他類型插電式混合動力車「大馬拉小車」的不節能狀況。因其使用的電池不會過充、過放,壽命延長,安全性高,則不需要高比能量的動力電池,只需將功率適當提高,所以安全性比較高。電池少帶來的市場好處是補貼退坡和補貼取消對車輛價格的影響小,更容易實現大規模銷售。
特別是第三代增程式車型與第二代相比的最大提升在於車上發電機發的電不必經過電池,而直接驅動電動機。其優點可以歸納為:直驅可以減免電池充電、放電10%的能量損耗,隨著電池減少再加上鋁合金材料的應用,車身重量減輕,進一步降低電耗。電池的大電流工作機會很少,所以電池壽命得以延長,成本進一步降低,再加上較高的節油率,車輛全生命周期的總費用可以遠遠低於同級別的燃油車的水平,這項技術適用於各種車輛。總之,增程式車型的節能關鍵是巧用電池和發動機,不追求過高比能量的電池。
由於一直以來的運行成本比較低,經引用一家公司的計算後發現,增程式車型的全壽命運行可以節省27萬元。還有免購置稅的優惠政策。
認為應當重視增程式路線的還有萬鋼,他表示:「未來混合動力產品也應把攻關重點更多放到增程式等更高效率的技術上。未來應在關鍵技術、共性技術、基礎研究上做好工作。」
傳統燃油車:禁售與自救
自2017年來,從歐洲掀起的傳統燃油車禁售倡議風潮在短短時間內快速襲卷世界主要國家。中國已經有工信部官員公開提出正在研究制定禁售時間表,並很快得到長安、北汽等國內大車企的戰略響應。近年來,國內新能源汽車特別是純電動車型在政策的大力扶持下快速發展起來,銷量大幅增長。有專家指出,「到2025年,電動汽車的性價比將全面超過傳統燃油車。」然而,技術專家出身的清華大學汽車工程開發研究院常務副院長宋健認為,從當前的技術發展情況看,「還是到不了」。「何時讓傳統燃油車退出歷史舞台,技術上不進步則絕無可能。」
雖然傳統燃油車的徹底退出只是時間問題,但無論各國各企業的計劃是否激進,這一退出時間不會太快。目前,傳統燃油車及其核心組成傳統內燃機驅動系統,正面臨更加嚴苛的排放標準和降耗減碳要求,產業轉型壓力巨大。
萬鋼指出,內燃機在相當長時間內,特別是在大客運、大貨運、大船運、大農業等領域,或以獨立驅動、或以混合動力的形式具有廣闊的市場需求。
因此,未來的內燃機技術一方面將以提升燃油效率、降低排放為主線、著重在高強化整機技術、高性能關鍵零部件技術、先進燃燒技術、低磨擦技術、低消耗功附件、輕量化及餘熱能利用、後處理技術等領域組織科研攻關。
另一方面,內燃機與電動化的結合成為車用動力技術發展的新方向,除了內燃機本身的技術創新之外,要更加註重內燃機與電動化融合發展方面的技術革新。可以基於各類油電混合動力構型體系,探索諸如均質充量壓縮點燃(HCCI)、內燃機的增程器、轉子發動機等過去難以獨立應用的新技術的研發和應用,因此,針對新型動力系統混合驅動需求,研發高效率增程式機電混合系統並進行系統優化,將是今後的重點研發內容之一。
在一些跨國車企的未來戰略中,明確提出所有車型的電動化,其中不僅包括生產中國政策文件定義的新能源汽車,更有對傳統燃油車電動化的推進,包括混合動力路線。一直在國內由於種種原因沒有真正發展起來的各種混合動力車型,或許將在「雙積分」等政策法規的大力引導下日漸增多。
氫燃料電池汽車:想超車
進入2017年,會發現曾經以為有些遙遠的新能源汽車終極方案——燃料電池汽車已經離我們越來越近。這一年甚至被多位業內知名專家學者視為燃料電池汽車商業化應用的元年。
中國早在「十五」期間就確定了針對節能與新能源汽車的「三縱三橫」發展戰略,燃料電池汽車就是「三縱」之一,是未來汽車產業技術競爭的制高點。在國外,豐田、本田、現代都已經推出了量產版的燃料電池車型進行試運營。國內的燃料電池汽車正步入商業化導入初期。2016年5月,福田歐輝拿到100輛氫燃料電池客車訂單,創下全球最大的氫燃料電池客車商業化訂單,並實現了首個大批量氫燃料電池客車的商業化運營。2017年,上汽大通更是將中國首款商業化運營燃料電池寬體輕客FCV80推向市場,經國家和地方政府雙重補貼後的價格為30萬元,並已經開始在佛山等地投入運營。在關鍵零部件領域,作為燃料電池發動機企業的重要代表,億華通張家口生產基地的首台氫燃料電池發動機正式下線。此次裝配下線的重要意義是標誌著中國首條自動化氫燃料電池發動機大批量生產線正式投產,其年產一萬台的產能為國內燃料電池汽車產業化提供了有力支撐。
「國外的燃料電池汽車多數處於研發、示範運行和初期產業化階段,還沒有形成大規模產業化能力,但是面臨的競爭也十分激烈。」在當前嚴峻的競爭態勢之下,萬鋼認為,中國的燃料電池汽車產業有三方面的問題令人擔憂:首先,產業集中度不夠。至今產業發展仍以中小企業、民營企業為主。國內能源與製造業大型骨幹企業對氫能與燃料電池領域的介入程度有限。其次,基礎研發與核心技術投入不足。在燃料電池的功率密度、壽命、低溫啟動、成本以及關鍵零部件等方面與國外的差距還比較明顯。再次,對應用領域支持不足,合適的商業化市場模式尚需探索。對氫燃料電池汽車產業鏈而言,還要解決氫高能效、低排放的製備、氫的安全運輸、儲存、昂貴的催化劑、質子交換膜等關鍵問題。近年來,陸續有車企的氫燃料電池汽車進入工信部產品目錄,生產企業及車型品種不斷豐富。這其中不可否認的是,保持不退坡的「補貼政策」、雙積分的「高分」標值等大大激勵了車企在這方面加快研發和投放。此外,地方政府的熱捧也不容小覷,特別是在一些有特定資源且在上一輪以純電動車型為主的新能源汽車推廣中表現平平的城市。
(本文首發於《汽車縱橫》雜誌2018年3月刊。本刊【新政下 新能源汽車走向與策略】系列文章將於近期陸續推送,敬請關注!)
記者:甄文媛編輯:鄭雪芹
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