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市场领先,技术却落后!新能源汽车“卡脖子”难题啥时能破?

我国新能源汽车近些年发展迅速,新能源汽车年产销规模、锂离子动力电池装配量都是世界第一,新能源汽车更是被寄予厚望要成为赶超西方汽车工业的突破点。不过,与世界先进技术水平相比,我国一些关键核心技术还未掌握,这被行业不少人士认为,将成为我国新能源汽车高质量发展的制约因素。罗兰贝格日前发布的《2018全球电动汽车发展指数》显示,在市场层面,中国排名第一,但在技术层面,中国远不如日本、法国、美国等国家,排名仅处于第六位。

9月初举行的2018中国汽车产业发展(泰达)国际论坛上,科技部高新技术发展及产业化司副司长续超前提出,尽管经过多部门、跨行业的合作和联动,我国新能源汽车产业的发展取得了一定成绩,但其发展仍然面临诸多严峻挑战。新能源汽车下一步研究重点可以用九个字概括,即补短板、建优势、强能力。其中,补短板就是要从战略性产品当中找到存在的不足,政府将聚焦战略性产品里涉及到国家安全、经济安全、产业安全的技术短板。

那么,我国新能源汽车发展中有哪些技术短板?这些技术短板如何影响我国新能源汽车发展?

对此,中国工程院院士、北京理工大学教授孙逢春告诉记者,新能源汽车发展过程中,“大三电”(电机、电池、电控)、“小三电”(电制动、电转向、电空调)、轻量化、全天候稳定性等关键技术中都存在一些“卡脖子”技术,这些技术亟待攻破,否则它们将制约我国新能源汽车后续高质量发展,削弱我国目前已经累积的新能源汽车发展优势。

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动力电池核心材料严重依赖进口

国家新能源汽车创新工程项目专家组组长王秉刚告诉《中国汽车报》记者,在新能源汽车发展过程中,受到挑战较大的首推动力电池。目前,我国动力电池行业发展很快,产销量很大,也有一些优秀的动力电池企业。不过,目前我国高品质动力电池的一些材料仍依赖进口,动力电池制造的一些核心装备也需要进口,这些都是需要继续攻克的难关。此外,日韩动力电池企业实力强劲,近几年因多方面原因,没能顺利进入中国市场,随着扩大开放的脚步加快,这些企业将会加快在中国的布局,届时,也将给国内电池企业带来一定的考验。

关于我国动力电池,行业有明确的发展目标,即高能量、高能效、高安全、高寿命、全气候、全固态、低成本。“全固态电池和电池管理系统是两大核心技术,我国电动汽车‘十三五’规划的技术目标是电池单体密度≥300Wh/kg,寿命≥1500次,成本≤0.8元/Wh;电池系统能量密度≥210Wh/kg,寿命≥1200次,成本≤1.2元/Wh。”孙逢春说,这样的预期目标我们可以达到。但他也同时强调,我国需要在电池正负极材料、隔膜、电解液、制造工艺、高端制造装备等方面重点突破,尤其是隔膜和高端制造装备现在仍需要进口,属于动力电池“卡脖子”技术。

“从行业角度来看,美国有比较强的研发设计能力,目前仍然引领锂电池原始创新、核心材料研发;日本作为电池材料制造大国,生产规范严格,能够最先制造出新的成品电池;我国和韩国处于第二梯队。”南开大学新能源材料化学研究所所长周震曾指出,在我国,高端电池的四大核心材料中,隔膜产业仍是短板,目前依然大量依赖进口。“核心技术缺乏、隔膜等关键材料不给力,成了国产锂电池难以承受之痛。”周震说。

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高速高效大功率电机欠缺

在新能源汽车发展过程中,除了动力电池,作为“大三电”组成部分的电机和电控,其技术发展与升级也不容忽视。

数据显示,2017年我国驱动电机产能超过220万台,部分企业进入国际整车配套体系。目前我国既有比亚迪、上海电驱动、精进电动等提供大功率驱动电机和电机控制器的企业,也有如山东德阳、杭州杰能、永康斯科诺等提供小功率驱动电机及控制器的企业。中国汽车工程学会相关专家认为,在纯电动汽车领域,我国电机和电控系统的自主研发做得比较好,一些企业也在为跨国公司提供研发样机或批量配套。但即使这样,和国外先进水平仍存在一定差距。有数据统计,在过去的10年,我国新能源汽车电机及驱动控制系统专利申请总量位居世界第一,但其中最能体现技术水平的发明专利仅占比50%,而同期国外发明专利申请总量占比90%。

此外,外资品牌也都瞄准了中国市场,目前丰田、本田等整车企业已在中国设立汽车电机工厂供应自有产业链;博世、采埃孚等汽车零配件企业已与内资企业成立合资公司研发生产新能源汽车驱动电机;雷米电机等独立电机供应商也已在中国设立工厂。面对“强敌压境”,技术孱弱的我国电机行业也将面临不少挑战。

对此,孙逢春说,目前我国在电机研发方面的短板还比较多,高速高功率密度大功率电机、大功率高速轴承等都是短板技术,一些关键元器件及高速轴承等还在进口。“我们要使电动汽车能耗降下来,必须让电动汽车的电机工作在高效区,在高速高功率密度电机、电子芯片、三代半导体高端计算芯片、高速轴承等核心关键基础元器件方面继续攻关和努力。同时电动轮毂也将成为下一个技术研发和突破的重点。”孙逢春说。

此外,孙逢春还告诉记者,在电控系统研发中,大型计算机软件与仿真技术、操作系统等也是我国欠缺的方面,这些技术近乎为零。

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“小三电”短板让电动车性能大打折扣

电动汽车替代燃油车,不仅是动力系统由传统内燃机变为电驱动,还将实现全面电动化。王秉刚表示,除了“大三电”,电动汽车还需要高效的电制动、电转向和电空调系统,被称为“小三电”的技术研发需要引起重视。例如电制动系统中制动能量回收部分,与安全性、操控稳定性、能耗水平密切相关。目前国内企业在这些方面有研究,但成果还不理想,尚达不到国际先进水平。

孙逢春告诉记者,目前电动汽车标定的续驶里程是不含空调的,但在具体使用过程中,一打开空调,续驶里程就下降很多。空调能耗太大,很多用户不敢使用空调,影响电动汽车的驾乘舒适性。据他介绍,空调制冷、制热会使续驶里程降低三分之一,甚至更多。“下一步的目标是高效冷暖空调,研发目标是比现有产品能耗降低30%~45%。”孙逢春说。王秉刚也强调,电动空调是电动汽车发展中的短板技术,目前国内已经有企业在研发高效、低能耗的空调,但还没有比较好的产品,业界需加强关注。

除了“大三电”、“小三电”,电动汽车轻量化、全天候稳定性等技术短板也是行业关心的热点。

相关研究显示,电动汽车车重每降低10%,续驶里程将增加6%。电动汽车“减重”可有效降低能耗。据了解,目前电动汽车轻量化的主要技术发展方向有三个:材料轻量化、结构轻量化和连接轻量化。孙逢春认为,结构轻量化的重要性远大于材料轻量化,电动汽车结构性变化加上材料和连接的轻量化,结合汽车生产的新工艺,能够使轻量化达到超乎预想的效果,这应该成为行业研究的主要方向。

另外,电动汽车“怕冷”众人皆知。目前东北、西北和高寒地区几乎是电动汽车的“禁区”。“电池在寒冷地区启动和运行都是大问题,在-25℃环境下,电动汽车续驶里程会降一半以下,甚至更多。”孙逢春说,下一步我国必须发展全气候的车辆和全气候下能运行的电池。而他提到的全气候运行即是指电动汽车在-40℃下能正常运行。

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还需加大对零部件产业的扶持力度

王秉刚认为,与传统汽车相比,我国在电动汽车领域的优势比较明显,在电池、电机和电控方面发展良好,但也有很多不足之处,这些技术如果不加以重视,将会阻碍我国新能源汽车的高质量发展。他强调,目前掣肘电动汽车后续发展的关键技术与汽车产业整体技术基础薄弱有关系。与传统汽车技术相比,电动汽车有与其重合的部分,但也有其独有技术,目前来看,这些技术与世界先进水平相比仍存在加工精度差、原材料开发水平差等问题。“这不只是电动汽车本身的问题,事实上是工业基础领域的差距反映在了汽车上。”王秉刚说。

据中新网最近报道,工信部对全国30多家大型企业130多种关键基础材料的调研结果显示,32%的关键材料在中国仍为空白,52%依赖进口。在装备制造领域,高档数控机床、高档装备仪器、运载火箭、大飞机、航空发动机、汽车等关键件精加工生产线上逾95%制造及检测设备依赖进口。

基于此,王秉刚强调:“我国要实实在在地加强对基础零部件产业的扶持,国家扶持重点不能只放在整车上,很多核心技术在零部件上。”

文:刘秀虹编辑:孙焕玉

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