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广汽研究院院长吴坚:混动化是燃油车唯一出路,碳中和关键靠氢

2021-12-3 13:54 5608 0 来自: 智车情报局
简介
【汽车碳中和】随着新能源汽车的发展,各国对清洁能源的重视进一步加深,部分企业有序进行绿色低碳转型,社会低碳共识进一步凝聚。12月2日,全国首个省级碳市场综合服务平台在福建正式上线运行,福建省副省长郑建闽 ...

广汽研究院院长吴坚:混动化是燃油车唯一出路,碳中和关键靠氢

【汽车碳中和】采访广汽研究院院长吴坚是一种很愉快的经历,当然不仅仅因为我们有很多观点高度一致,更因为吴坚院长的那种朴实和诚恳。说是采访,实际上更像是老朋友之间的一次闲谈,整个采访,吴坚口中没有一句漂亮的话、时髦的话、听起来很高端的话,当然,同时更没有一句空洞的话、过头的话、绕圈子的话。

采访安排在 11 月 19 日广州车展媒体日的下午,我和吴坚都提前到了,原定的专访间还没有空出来,我们在埃安展台随便找了一个地方坐下来就聊开了。旁边人来人往,我们聊得轻松惬意。原定 1 个小时的采访,结果我们聊了 2 个来小时,意犹未尽。

广汽研究院院长吴坚

从 HEV、PHEV 到 "XEV"

Q

DearAuto:这次车展的一大变化,是中国品牌展示了很多重磅的混动技术和车型,传祺说 2025 年要全系车型混动化,2030 年混动销量占比要超 60%,您对未来中国混动市场怎么看?

吴坚:混动这个概念外延其实很宽泛,电池多的做 " 插混 ",电池少的做 " 混动 ",更少的做 " 弱混 ",再少的是 " 微混 " ——只有启停功能的就是 " 微混 ",48 伏是 " 弱混 "。所以我们现在用 "XEV" 这样一个概念,它可以是 HEV,也可以是 PHEV。

未来,从减碳的角度去看,燃油车的出路只有 " 混动化 " 一途因为国家已经确定了 2030 年碳达峰、2060 年碳中和的时间节点,汽车行业的这两个时间节点可能还要略早一些,广汽集团的目标分别是 2028 年和 2050 年,在这个 " 指挥棒 " 之下,整个汽车行业包括广汽,都会加快 " 混动化 " 转型的速度。

DearAuto:广汽在国内是最早开始做混动的,也是世界上最早掌握机电耦合系统核心技术的少数几个厂家之一。

吴坚:确实如此。广汽早在 2009 年就开始搞混动(研发),做混动必须要有专门的变速箱,因为丰田 THS 是专利技术,所以其他人都得绕开它,大家用的方案基本上都是基于某一个自动变速箱,然后在不同位置放电机,有 P1、P2、P3、P4 等不同方案,当然还有 P0 ——就是启停、48 伏这一类。

根据电机位置不同,有 P0-P4 等不同的混动方案。

最初,我们是基于传统变速箱去做混动,采用了 P1 的方案,但由于变速器的能力和局限,我们的效率做不到丰田那样高,传动效率至少得达到 95% 以上才能充分体现出混动的优势,我们当时达不到。

于是,我们也在探索其他的驱动方案,就是增程式的方案。但当时时机不对,我们推得太早,当时充电设施非常少,很多用户基本不充电,对车来讲全是发电工况,这时系统效率是最低的,它就是一个串联模式,用汽油机驱动发电机给电池充电,然后再用电池里的电驱动车辆,传动链很长,效率很低,这种情况下整个系统效率远远不如普通混动。

我们就开始反思这样一个驱动模式是否合理,尤其是在充电设施严重不足的情况下,我们考虑能不能增加一个发动机直驱的模式,于是就衍生出了后来我们叫做 " 串并联 " 的方案,类似于现在比较流行的本田 i-MMD 的方案。

2015 年上市的传祺 GA5 PHEV 是国内最早的增程型电动车,吴坚认为这款车有点生不逢时,推得太早了。

这种串并联的混动系统,我们是第一家干出来的,叫做 GMC 机电耦合系统,也是最早投产的,遗憾的是卖得不多,因为成本还是不低,增加了一个电机,然后电池包也有 13kWh,那个时候电池的成本比现在高多了,所以我们走得太早,市场推广相对来说很吃力。但是充电设施逐步完善之后,尤其是在一些限购城市,充电变得越来越便利,大家也开始慢慢习惯去充电,这类插电混动也开始逐渐受到用户的欢迎。

我们是起了个大早赶了个晚集,并不是输在技术上,而是输在时机上,所以在 GMC 1.0 的阶段,我们的销量并不好,但在插电混动技术领域,我们确实是行业先驱,现在各家推出的所谓 "DHT",包括比亚迪的 DM-i,其实结构上都和 GMC 类似," 串并联 " 这个概念现在所有主机厂都接受了。

目前在售的 GS4 PHEV 搭载的就是 GMC 1.0 混动系统,匮电状态综合油耗已经低至 4.6 升。

长城、长安、吉利,包括比亚迪,之前也都走了一些弯路,也都是从 P1、P2、P3 走过来,最后还是觉得我们这个方案最合理,因此最后也基本上都是串并联的路线。串并联方案既绕开了丰田的专利,又能够达到丰田 THS 相同的效率,匮电状态综合油耗也可以做到四点几升,我们目前在售的是 GMC 1.0 系统,GMC 2.0 很快就会上市,效率更高,油耗还可以再低。

本次广州车展亮相的传祺影豹混动版,搭载 GMC 2.0 混动系统,官方综合百公里油耗低至 3.6L/100km。

推动各主机厂统一 HEV 电池规格

DearAuto:现在的问题核心还是如何把混动系统的成本降下来。

吴坚:后续我们会进一步把成本降到一个合理的范围,目前来讲,我们混动系统本身的成本(和比亚迪 DM-i)基本上是相当的,甚至我们还有一点小优势,比亚迪 DM-i 的优势还是在电池上,他们自己生产电池,电池产销规模大,成本非常低,这是我们需要学习、借鉴的地方。往后,混动竞争的关键在电池上,因为电池的差异很大。

DearAuto:对 PHEV 来讲电池确实是关键,因为电池用得比较多,但对普通 HEV,电池包很小,也就一两度电,电池的成本是不是就不那么重要了?

吴坚:并不是这样。HEV 需要专用电池,无论是在能量回收阶段还是助力阶段,它的放电速率要求很高,要在短时间内很快达到峰值,所以 HEV 对电池的要求跟 PHEV、BEV 是有点不一样的,BEV 和 PHEV 上用的属于" 能量型电池 ",而 HEV 用的是" 功率型电池 "

目前,由于 BEV 量很大,动力电池产销规模很大,成本下降很快,PHEV 自然也就跟着沾光,但是做 HEV 专用电池的却很少,大部分供应商的产能都去做需求量更大的能量型电池了,做功率型电池的越来越少,成本也就降不下来,所以,现在反而是混动专用电池的成本更高。

DearAuto:所以国内厂家更愿意做插混,而非普通混动?

吴坚:只要有合适的电池,混动也可以做。我们也有混动的方案,只是算下来成本(和 PHEV)可能差不多,但是,PHEV 能上绿牌,还能免购置税,从用户的角度,如果价格差不多肯定更愿意选插混。

DearAuto:传祺讲 2030 年混动化车型销量占比要达到 6 成,您估计其中 PHEV 能占多少?

吴坚:这个问题我今天回答不了,所以我们用了 "XEV" 这样一个概念,包含了 HEV 和 PHEV。

DearAuto:但是广汽丰田有明确的答案,就是到 2025 年,HEV 占 50%,BEV 和 PHEV 合计占 10%,HEV 还是绝对主力。

吴坚:那是因为他的混动电池是自己做的,在中国已经有两个电池工厂。

DearAuto:看来主机厂自己做电池也是大势所趋?

吴坚:也不一定非得自己做不可。我现在在推动一件事,就是建议各主机厂统一 HEV 的电池规格,然后找一两家电池厂定制化生产,这样大家一起能把量做起来。如果没有量支撑的话,HEV 专用电池的成本就很难降下来。最近我跑了很多家去谈这个事,如果能做得成,对整个中国汽车品牌都有好处。

当然,主机厂也越来越意识到电池的重要性,大家都会考虑如何解决这个瓶颈,有的是自己开发,有的是合资合作,有的是股权投资,广汽是每条路线都走,和中海锂电是股权投资,和宁德时代是合资合作,同时也在自研自产,我们已经推出了海绵硅负极电池,哪一条路都不敢放弃。

广汽自主研发的海绵硅负极片电池,该技术实现锂离子电池体积能量密度和重量能量密度分别提升了 25% 和 16%。

实现碳中和还得靠氢

DearAuto:行业里很多人认为到了 2030 年,BEV 占比能达到 50%,甚至 60%、70%,您怎么看?

吴坚:智能网联在 BEV 普及的过程中起了很大作用,我个人认为这个作用超过 7 成,很多人买 BEV,有 7 成原因是因为智能网联带来的种种好处。这方面燃油车和混动车目前是落后于 BEV 的,但这并非燃油车、混动车不能智能化、网联化,而是 BEV 本身对智能网联的需求更加迫切、更加现实一些,比如它要知道什么时候充电、去哪里充电、哪个充电桩是空的等等,智能网联可以很好地解决这些问题,燃油车、混动车没有这个需求,所以,BEV 在智能网联方面的暂时领先是需求推动的。因此,不应该说是软件定义汽车,而是用户需求定义了软件,然后软件再定义汽车。事实上,燃油车、混动车可以做到一样的智能化和网联化,那时,BEV 的智能化标签就会弱化。

DearAuto:那 70% 的购买因素也就不复存在了,很多人也就不再会因为智能网联功能而选择一款 BEV 了。

吴坚:此外,BEV 还面临许多重大的挑战,比如电池的回收问题,现在各家的动力电池规格、电压都不一样,怎么梯次利用?电池技术虽然有很大进步,但能量密度始终还是太低,真正要能替代燃油车,电池能量密度需要提高 5 倍才行。

DearAuto:从全社会能源供给体系的角度,BEV 并不能真正实现碳中和,汽车行业最终要靠什么实现碳中和?

吴坚:混动、插混这些技术手段,当然也包括常规动力的减排等等,都是碳达峰的手段,真正要做到碳中和一定是靠氢。但并非只有 FCV(氢燃料电池车)一条路,氢本身也只是个能量的状态,就是说可能是氢,也可能是甲醇,或者是氨。

所以,我也不愿意叫氢能,更愿意叫灵活燃料,无论是氢,还是氨、甲醇,其实都是一种能源的中间形态,用各种各样的清洁能源——比方说水能、风能、太阳能——制氢,或者是氨、甲醇,这样才能实现真正的碳中和。

氢可以解决脱碳的问题,氨和甲醇则更容易储运,氢转化成氨或者甲醇,车上就不需要那么大的罐子了。

DearAuto:但这还是个问题吗?丰田第二代 Mirai,5.6 公斤的氢已经可以续航 850 公里了,而且还是 WLTC 工况。

吴坚:它是一种组合方案,包括很多低阻技术、轻量化技术等,但是 3 个储氢罐的总体积还是很大,而且也很贵。燃料电池方案本身还是有很多局限性,不仅贵,而且寿命有限,电堆的寿命大概也就 5000 小时左右,而且需要高纯度的氢,稍微有点杂质,质子交换膜很快就堵了。相对而言,我们开发的氢气内燃机吃的是粗粮,不需要高纯度氢,寿命至少是 50 万公里,而且成本(比氢燃料电池)低太多了。

宝马早在 2006 年就推出了一款搭载氢气发动机的 " 氢能 7 系 "。

DearAuto:宝马早在 2006 年就推出了世界上首款搭载氢内燃机的 " 氢能 7 系 ",可是为什么最终氢燃料电池还是战胜了氢内燃机,成为目前行业主流的氢能技术路线?

吴坚:这都还只是阶段性的。宝马之前搞氢内燃机也同样存在一个时机问题,那个时候你要干氢气发动机,相应的配套技术去哪找,比如说当时氢气电喷的技术一点都不成熟,或者说是几乎没有,但是现在由于之前搞 CNG、LPG 喷射,尤其是缸内喷射,这些技术经过十几二十年的发展已经非常成熟了,(对氢内燃机来说)只是换一种气体而已。

DearAuto:氢气发动机一定也有自己的缺点吧?

吴坚:缺点是效率相对比较低。氢燃料电池的效率,比如丰田目前可以做到 60% 以上,我们的氢内燃机效率大概就是百分之四十几。

DearAuto:氢内燃机的热效率其实跟汽油机的热效率差不多,40% 就很高了,听说你们能达到 44%?

吴坚:我们的汽油机热效率准备干到 48%,所以氢气发动机做到 44% 是一定能实现的,但是和燃料电池 60% 的效率还是没法比。

DearAuto:40% 对 60%,假设不考虑其他因素,一个百公里耗氢 0.7 公斤,另一个则是 1.05 公斤,如果将来氢很便宜,问题也不大嘛。

吴坚:所以说这两条技术路线还不能说哪个一定就会赢。

当年坚持氢内燃机的宝马现在也推出了自己的 FCV,而一直坚持 FCV 的丰田,也推出了自己的氢内燃机(见图),所以,氢内燃机和燃料电池也许并非互斥而是互补的两条路线。

DearAuto:燃料电池还有一个好处,因为它是电驱动的,动力输出比较线性,响应也更好。

吴坚:其实所有的 FCV 都是氢 - 电混动,每台燃料电池车上都有一个锂离子电池包,未来,我们也不会用氢气发动机直接驱动车辆,会结合电驱,可以做增程,也可以做混动。当年,宝马的氢内燃机方案问题就是没有结合电驱,用自己的短板去比别人的长板,肯定比不过——续航没有 FCV 长,驾驶没有 FCV 平顺。可是如果加上一块电池,做成插电混动,我的续航也能轻松跑个五六百,成本远低于 FCV。所以,我想说,哪一个才是终极方案还不好说。

DearAuto:相对于氢燃料电池,氢内燃机的成本最终能低多少?

吴坚:它本质上就是一台内燃机啊,综合成本当然低啦!比如我们已经点火的那台氢气发动机,就是在我们第四代内燃机平台上研发成功的,用的是普通的工业气瓶,多轻松!何必要去搞那么高压,然后各种认证、各种标准都省了!

DearAuto:那为什么广汽同时也在做 FCV?

吴坚:(广汽 FCV 的商业化)我估计不会太快,因为我们现在这个 FCV 目前还属于集成式开发,电堆是买回来的,当然整套系统的集成设计和控制是我们自己做的。氢内燃机不同,是我们完全自主研发的,整套东西都是自己做的,不管是开发还是后续的应用,基础都非常好。

DearAuto:不论是燃料电池还是氢内燃机,都受制于加氢站数量,到 2030 年,广州市的规划是要建 100 个以上加氢站,那样的话在广州市范围内加氢和加油就基本一样方便了,大家也就可以买一台加氢的车了。

吴坚:完全可以!

后记:

第一次采访吴坚,是 2017 年,当时他是广汽研究院的常务副院长、动力总成技术研发中心主任,我对他说过的一句话一直印象深刻,大意是 " 政策只要制定出一个目标就行了,不要规定那么具体,连走什么技术路线都规定好了,我们是工程师,总有技术手段去解决,去达成那个目标 "。

无论职务如何变化,吴坚内心深处的自我认同始终还是一个工程师,而 " 找到一个更低成本的解决方案 " 就是最工程师的思维方式。

这是吴坚身上最感染我的一点,如果大家都能以这种方式考虑问题,许多事情就会简单许多,世事一旦都简单了,世界也就更美好了。

但愿这个世界变得简单而美好!


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