2020年是新能源汽车行业峰回路转的一年：这一年，是新能源汽车大规模进入家庭的元年；这一年，新能源汽车实现了从政策驱动到市场驱动的转折；这一年，新能源汽车规划（2012-2020）目标任务最终圆满收官。
今年3月，碳达峰、碳中和被首次写入政府工作报告，我国由此开启了碳达峰、碳中和的历史征程，给新能源汽车产业可持续发展注入了强大动力......
这绝不仅是一个产业的变革，这意味着一场广泛而深刻的经济社会系统性变革即将从各行各业深度展开，需要全社会经济体系、能源体系、技术体系等转型升级......
这场变革最终将会引领我们走向何方？
或许从清华大学汽车工程系主任、中国科学院技术科学部院士欧阳明高在第34届世界电动车大会开幕式中所做的主题报告中，我们可以穿透历史，瞥见未来的冰山一角。
01 历史上的 能源革命与工业革命
以史为鉴，可以知兴替。
欧阳明高院士回顾了三次能源革命的历史因由，指出了我们现在所处的历史阶段，并构想出了未来能源利用最有可能的形态。
纵观人类社会发展历史，每次能源革命都是先发明了动力装置和交通工具，然后带动对能源资源的开发利用，并引发工业革命。
第一次能源革命，动力装置是蒸汽机，能源是煤炭，交通工具是火车，蒸汽技术革命由此肇始，英国借此赶超了荷兰；
第二次能源革命，动力装置是内燃机，能源是石油和天然气，能源载体是汽油和柴油，交通工具是汽车，引发了电力技术革命，美国借此赶超了英国；
现在正处于第三次能源革命，动力装置是各种电池，能源是可再生能源。能源载体有两个——电和氢，交通工具是电动汽车。所以，这一次也许是中国赶超的机会。
下一次工业革命是什么？我个人理解是以可再生能源为基础的绿色化和以数字网络为基础的智能化......
02 新能源汽车、能源革命及工业革命
为什么下一次工业革命应该是可再生能源为基础的绿色化和数字网络为基础的智能化？
欧阳明高院士推导了从动力电动化、能源低碳化、到系统智能化的演变逻辑，构想了下一次工业革命的形态，阐述了新能源汽车在第三次能源革命及下一次工业革命中起到的先导性及关键性作用。
动力电池技术的衡量标准有哪些？要平衡比能量、寿命、快充、安全、成本等相互矛盾的性能指标？一款电动汽车既能跑1000公里，又能几分钟充完电，还特别安全，并且成本非常低，这不太现实。
欧阳明高院士从续航能力、安全性以及成本三项标准，分别阐述了当前的技术水平以及未来最有可能的技术路线。
续航能力
中国的纯电动汽车动力电池技术正走在国际前列，引领国际电池技术发展，技术创新已经由政府主导全面转向了市场驱动，主要创新点目前集中在电池系统的结构创新以及电池单体材料的改进，核心解决的还是续航能力问题。
电池单体材料的改进
2013年以前，三元动力电池还没有实现产业化，主要是磷酸铁锂电池，续航能力比较低。
后来，三元电池实现了工业化，体积能量密度大幅度提升，续航能力相应有所提升，但还没有很大突破。
近几年来，通过补锂、添硅，以及固液混合电解质等，做了一些改进。三元方形电池能量密度可以达到300瓦时/公斤。采用固液混合电解质的软包电池可以达到360瓦时/公斤，相当于方形电池的320-330瓦时/公斤。现在，磷酸铁锂电池补锂、添硅后，突破了200瓦时/公斤。
但考虑到安全问题，单体材料改进的创新突破空间有限，于是行业将目光转向了电池系统结构创新。
电池系统的结构创新
提升电池系统比能量，能让乘用车的有限空间装更多电池。
从原来标准的355模组和590模组，到宁德时代的CTP（单体到电池包）无模组系统，再到比亚迪的刀片电池无模组系统，电池结构的创新使成组效率大幅度提升。
单体到系统比能量打折的比值，从原先的0.4提到0.6，即单体到系统的体积成组效率从40%增加到60%，提升了50%。
近期国轩高科又推出J2M，就是电池卷芯直接到模块，进一步向前发展，可能还有电池包直接作为底盘的结构件（如刀片电池包），或者单体直接到车辆等。这些都有待进一步研究，创新潜力还比较大。
这是一个巨大的突破，将续航能力提升到600公里，未来还有更大的提升空间，续航能力的问题基本得到了解决。但低温续航里程缩水的问题亟待解决，里程精度下降，会导致车主的里程焦虑。
低温状态下的技术改进方案
第一，电池热管理系统效能优化，包括PTC加热器、热泵空调、电机激励加热等。
目前，PTC加热需进一步改进，云端控制提前预热。热泵空调在低温下的效能需要进一步增强。电机激励加热是电机静止时，通过电机线圈和电池组成回路对电池加热，这是很好的方案，但噪声较大，加热速率每分钟3°C不算高。现在有改进技术，可以提升加热速度至每分钟8°C度。
第二，面向冬季工况的动力系统能量综合利用，包括回收电机运行的废热进行电池加热。另外，无法回馈的电可以用于PTC加热。
第三，充电场景下电池的插枪保温和脉冲加热。
目前大家回家充电才插枪，充完电就拔掉，但后续为了有序充电，插枪并不一定充电，到后半夜才充电。
还有车与电网互动（V2G），往电网回馈电，就是反向充电。这些都要求充电桩一直跟车保持相连，为插枪保温带来方便，也就是出车前，提前半小时用电网电对车加热。此外，具备双向充电功能的快充桩，可以对电池进行脉冲加热。
安全问题
动力电池的热安全问题一直没有得到很好地解决，虽然电动车的电池起火概率比燃油车起火概率更低，但安全是汽车追求的永恒主题。
动力电池起火本质上是电池热失控，正极产氧、负极析锂以及内短路，可以解释目前大部分电池热失控事故。
中国的热失控科学以及技术研究走在世界的前列，重点要从本征安全、被动安全和主动安全三方面安全保障技术。
本征安全，从电池的材料层次，即设计与制造方面进行热设计。在此基础上，国家新能源汽车重点专项的专家组在两年前形成了下一步锂离子动力电池技术路线图，要形成安全的高比能量电池。从正极材料看，从目前的高镍三元发展到富锂锰基材料，锂离子电池正极材料还有很大的发展空间。从负极材料看，当前的重点是硅碳负极，下一步逐步提高硅的比例，当硅的比例提高到一定程度时，快充问题也会迎刃而解。
被动安全，在电池热失控后，通过系统热管理，即隔热和散热的方法，抑制它在电池包内蔓延的速度，保持不燃烧状态。现在法规要求是5分钟，将来会提升到半小时。中国领先企业已经发布不燃烧的电池包产品，是很重要的技术进展。
主动安全，即电池智能管理与充电控制。例如，利用云平台和电池大数据进行热失控提前预警，这是整车企业必须掌握的核心技术。领先厂家已完全可以做到，正在推广普及中。
经过长期艰苦努力，中国车用燃料电池技术近年来取得产业化突破。
参照锂电池发展的技术路线，使燃料电池的成本在10年内下降80%以上，即从2020年的5000元/千瓦，下降到2030年的600元/千瓦。
其中包含两个成本，一为燃料电池系统成本，二为车载储存氢成本，后者估计下降的会慢一些。
目前，国内已经开始投产塑料内胆碳纤维缠绕的700大气压车载高压储氢瓶，现在成本比较高，但是中石化已经建立大型高强度碳纤维工厂解决这一问题，预计到2025年，储一公斤氢的氢瓶成本为3000元。
除此之外，氢燃料电池汽车发展面临的问题还有，氢燃料产业链自主化程度、技术水平与燃料电池还有差距。氢安全技术、电解绿氢技术、氢储运技术还需要改进提升，氢燃料成本总体偏高，这是今后5-10年必须解决的问题。
综合比较各种汽车动力能效，三种电动汽车动力比传统汽油车要高很多，但是基于化石能源的纯电动、燃料电池与油电混合动力能效差别不大。
那为什么要做纯电动以及燃料电池汽车呢？那就要从革命的角度，即能源低碳化的新要求来看这个问题。
能源革命的五大支柱
第一，向可再生能源转型。
第二，集中式转向分布式。建筑都变成微型发电厂，北京市已开始补贴光伏，清华大学计划在大部分房顶都铺上光伏。
第三，用氢气、电池等技术存储间歇式能源，因为可再生能源是间歇波动的。
第四，发展能源互联网技术，把分布式能源链接起来。
第五，电动汽车成为用能、储能并回馈能源的终端。
由此可见，氢气、电池、电动汽车是新能源汽车的重要组成部分。中国提出2030/2060低碳发展目标和能源革命重大战略。中国的光伏和风电在全球具备优势，已具备更大规模推广条件，但储能是瓶颈，要靠电池、氢能和电动车来解决。
只有实现新能源汽车大规模发展，才能实现新能源革命，只有实现新能源革命，才能实现中国碳中和目标。下面解释一下这个逻辑。
以新能源汽车为先导的氢能发展路线
目前，可再生资源主要是风和光，能源载体是电和氢。
国际能源署认为，光伏是综合成本最便宜的能源，其次是氢能。
氢能目前通过电解水获得，氢和氧结合成水，水发电，有电和水又可以产生氢气与氧气，燃料电池的成本就会下降、制氢成本也会下降，这是一个逆过程，也是一个问题的两个方面。
氢能汽车是氢能利用的先导部分。
发展氢能不仅是为了汽车，但发展氢能汽车是为了带动氢能全面发展。这是由于交通行业对氢价格容忍度最高，今后发电、化工、炼钢、大型燃气轮发电机组也要用氢。
可再生能源制氢成本和可再生能源电价密切相关。目前，我们在张家口风电制氢电价0.15元一度，氢的电耗成本一公斤氢约7元。
据壳牌公司研究报告，如果充电，电动车能效大约77%，如果是氢燃料电池车，大约是30%。因为电制氢效率60%多，燃料电池能效50%-60%，这两者相乘就是30%多。而纯电动基本上没有这个过程，最简单，也最直接。
如果电价相同，对可再生能源而言，主要不是节能和排放问题，而是成本问题。所以，充电电池能干好的事一般来讲就不用氢燃料电池，但还有很多应用场景充电电池是干不好的。
因此，制氢用的电价有没有可能比充电电价更便宜？
这是有可能的。这就是我要谈到的第三点，系统智能化的新趋势——人工智能革命，必须从系统角度来观察才能找到结论。
可再生能源系统必须有储能装备及大型发电机组。
可再生智慧能源系统中，电源、负荷、储能与网络系统互动，电价是由系统的能量流和信息流耦合动态过程决定，因此未来的成本可能在储能以及其他环节。
电池与分布式光伏匹配，成为中小功率短周期储能载体，但对于大型风电场而言，氢能将作为大规模长周期储存载体。这两种储能必须组合，才能构成一个总的储能系统。
发挥电动车巨大的储能潜力
电动汽车市场拉动了动力电池需求急剧上升。
如果我们10年多时间发展到1亿辆充电电动汽车，车载电池总能量就达50亿-60亿度电，储能潜力巨大。讲一个极端情况。如果3亿辆乘用车全部改成纯电动车，每辆车平均65度电，那么车载储能容量约为200亿千瓦时，与中国每天消费的总电量相当。
大规模电动汽车推广的优点是储能潜力巨大，问题是充电功率也巨大。要趋利避害，首先利用储能潜力来抑制电网波动。
如果10%的电动车，3000万辆车按照50千瓦的中等速率同时充电，那么，充电总功率就是15亿千瓦，与全国电网总装机功率相当。
假如如果有6万辆车同时用350千瓦从电网充电，则充电总功率超过2000万千瓦，几乎相当于北京电力的总负荷。
所以，必须通过有序充电、车与电网双向充电、储能放电、换电池和充换电一体化等智能充电方式，将充电功率大幅收窄。
商用车利用电动中重卡换电
重卡的电池容量大大超过轿车，换电的备用电池包可以给轿车放电，提供快充，形成互补。
在特殊场景，比如港口和煤矿已经做得不错，现在要在高速公路上实现。
这种换电只需三五分钟，车电分离、电池租赁，电池由电池银行持有。大的电池银行电池用电量大，负荷预测准，可以在电力交易中拿到低电价。同时，大量购买电池也可以压低电池价格。另外，全生命周期管理电池，可以使电池寿命增长、梯次利用。
最终的形态将是，光-储-充-换多能互补的微网系统。
私家乘用车利用车网融合快充
基于车网融合和大功率快充技术的发展前景，以及电池底盘一体化设计趋势，对私家乘用车而言，更好的方式是充电。
采用车网互动的形式，买电动车后，将来能源费用会趋于零甚至盈利。
国家电网电动车服务公司正在示范车网互动，通过国网电动的后台调度系统，志愿者的车既可以充电买电，又可以放电卖电。卖电高价、充电低价，用电费用可以基本平衡，甚至还可以赚钱。
高速公路应急补电技术
对于高度公路长途，必须有一个超快补电的措施。什么情况下超快补电合适？
一般而言，安全事故都是在电池电量80%以上出现，很少发现50%电量以下有安全事故。
应急补电肯定是在低电量时进行，而且只补电不充满。
清华大学研究表明，对一个续航里程600公里的汽车，5分钟应急补电充200公里（也就是电量增加1/3）完全可行。
另外，在应急补电快充时温升快，要进行增强冷却。还有在冬天低温条件下，必须先加热再快充，充电站的低温脉冲加热技术，可以做到每分钟升温8°C度。这些技术都在开发中，清华大学和国网合作，准备选择高速公路率先示范。
氢能是集中式可再生能源大规模、长周期存储的最佳途径。
第一，能源利用的充分性。
氢能大容量、长周期储能模式对可再生电力利用更充分。有些电力电池储不了，比如四川的季节性水电，只有氢能能储存。所以，制氢的电价比充电电价便宜有可能。
第二，规模储能的经济性氢能比电池好。
车下固定储氢大概比储电成本大约要低一个数量级。
第三，与电网基础发电电源的互补性。
氢能可作为大容量、长周期、高功率灵活能源使用，如用于燃料电池发电，或用于大型氢燃气机发电。大电网不可能全是风电、光伏。
第四，氢的制、储、运方式灵活。
我国大规模集中式可再生能源基地在新疆、内蒙、宁夏等西部偏远地区，这些地方的氢能需要千公里以上长途输运。
同时，绿氢输送通道和特高压电输送通道是重合的，发挥超高压输电的中国优势，开展长途输电当地制氢也是一种选择。这两类方式从储能角度没什么太大差别，关键是谁的经济性更好。
经过初步分析发现，长途输电当地制氢方案总体有一定优势。
长途输电、当地制氢
按电力专家介绍的特高压千公里输电成本为8分钱/度电为基准计算，当可再生能源发电在0.1元/千瓦时左右时，可以大致实现加氢枪出口价格30元/kg左右的目标，比柴油具有价格竞争力。
这样一来，就形成一种中国特色的长途输氢方案，而且利用了我国能源互联网优势。
03 面向碳中和的智慧能源大系统
展望未来十年，交通智慧能源生态建设大概有两个组合。
一个黄金组合是，分布式光伏+电池+电动汽车+物联网+区块链，即分布式的智慧能源。
一个白银组合是，集中式的远距离的风电与光伏+氢能储能，及发电+燃料电池汽车+物联网+区块链，即集中式的智慧能源。
两者结合，共同构成面向碳中和的智慧能源大系统。
04 第四次工业革命
我们正在经历第三次能源革命，今后二三十年，交通装备以及能源化工产业将发生百年未有之大变局，正如上次马车到汽车的转变。这将会引发第四次工业革命，即以可再生能源为基础的绿色化和以数字网络为基础的智能化。
风起于青萍之末，浪成于微澜之间。
新时代款款而来，挑战与机遇并存。新能源汽车已成能源革命的驱动和先导力量，工业革命的哨声已经吹响，这不仅仅是我国弯道超车欧美的时机，更是每一个个体借时代潮水奋起而上的契机。
欣逢盛世，当不负盛世。
卓创至诚还将以卓越的服务品质、专业的服务实力，聚焦新能源产业人才服务，致力于推动职业教育领域改革发展及承接社会培训工作，开拓创新，继往开来，以昂扬姿态迎接新时代新使命！
