利用氢能实现供给端低碳追求三电系统多元化创新

力争2030年前实现“碳达峰”、2060年前实现“碳中和”——这是中国对世界的承诺。为达成这一目标，汽车产业将迎来深刻的重构。

近日，国务院印发《2030年前碳达峰行动方案》，提出到2030年，当年新增新能源、清洁能源动力的交通工具比例要达到40%左右。动力系统技术路线迎合汽车产业的低碳化、新能源化发展已成为大势所趋。

动力系统要智能化、电气化

“双碳”战略是我国应对气候变化与高质量发展的关键，而汽车产业的绿色转型是实现“双碳”目标的关键环节。相关数据显示，在航空、铁路、水路、道路等所有交通运输方式中，道路运输带来的碳排放最多，约占整个交通行业的73.5%。在2021第九届汽车与环境论坛暨第13届全球汽车产业峰会上，业内专家围绕动力总成电气化，探讨新形势下中国汽车产业有序发展的新思路。

重庆长安汽车股份有限公司研究总院总经理詹樟松指出，能源结构转型是实现汽车低碳的关键，供给侧零碳化与需求侧高效化、再电气化、智慧化的转型成为共识。其中，法规标准升级正在倒逼动力总成升级，促进动力系统效率进一步提高。汽油机继续结合电气化后，无须像以前一样考虑全工况、全场景，因此可以进一步提高热效率，有望达到50%;另外，可以通过电机协作助力系统效率提升。

据悉，长安汽车蓝鲸动力平台已开始全面进入“混”时代：产品充分电气化与智慧化，开发出宽域+高效汽油机与紧凑+高效电驱动系统;采用A-ECMS效率算法与人-车-路耦合控制技术，能量管理与开发模式由“以产品匹配控制为中心”向人车路耦合控制优化转变;通过自主创新高效低碳燃烧技术，全面满足最新排放标准的要求。

“在‘双碳’背景下，从全生命周期碳排放降低角度出发，能源结构及供给的发展促使动力系统的技术路线更为稳妥，需要推动电动汽车和节能汽车两条路线并行，混合动力系统在降低油耗和碳排放的同时，也为用户带来更为愉悦的驾驶体验。”上汽乘用车技术中心总监徐政介绍说，从内燃机动力降碳的角度来讲，要快速实现电动化与推广混合动力，用电机来提高动力系统效率，更重要的是进一步提升混动系统中各个部分的效率。

值得关注的是，国内外车企将目光瞄准了DHE(专用混动发动机)和DHT(专用混动变速器)方向。以主流发动机采用的DHT方案来看，热效率基本可以达到41%，部分产品能达到43%。

盖世汽车研究院总监王显斌对于未来市场给出预测，随着高压喷射等发动机核心技术的发展，DHE的市场规模在2028年将超过300万台;DHT的市场规模在2028年将超过450万台;到2028年，中国新能源汽车渗透率会超过30%，预计2025年乘用车市场电气化率有望超过47%。

利用氢能实现供给端低碳

长城集团未势能源科技有限公司总裁陈雪松表示，氢能和燃料电池可以助力减碳、脱碳，是中国能源和交通变革、实现“双碳”目标的主要路径。大规模、长时间、远距离的氢能储运和应用，是解决可再生能源波动性的解决方法。氢与电的结合可以充分发挥燃料电池高能量密度和动力电池高功率密度的特点，全面覆盖整车功率范围的需求。

目前，占世界经济总量75%以上的20个国家和地区，已通过制定能源法案、能源战略、技术路线图等途径积极发展氢能。我国有29个省市区出台的政策涉及氢能产业发展，超过48座城市发布了氢能政策，推动氢能产业发展。根据中国氢能联盟的估算，到2030年，中国氢气需求量将达3500万吨，在终端能源体系中占比5%;到2050年，氢能在终端能源体系中的占比将至少达到10%，氢气需求量接近6000万吨，可减排约7亿吨二氧化碳，产业链年产值约12万亿元。

综合来看，氢能汽车可以分为氢内燃机汽车和氢燃料电池汽车。世界主流汽车制造商都在积极研发新一代的氢能汽车。中国工程院院士衣宝廉曾指出，燃料电池汽车的产业化是氢能应用的突破口，如果能够大幅降低燃料电池汽车、加氢站建设和氢源的成本，使其接近电动汽车的成本，燃料电池汽车在重载和长途运输车上就可以实现产业化。

此外，多元化零碳燃料的发动机技术，如氢内燃机也是实现动力零碳的关键举措。

工信部甲醇汽车推广应用专家指导委员会秘书长魏安力表示，我国氢内燃机和甲醇内燃机，已应用可再生能源甲醇燃料，甲醇在线制氢装备所获得的氢能，被业界称为“新能源内燃机”。

北京理工大学教授孙柏刚指出，氢内燃机正在重新得到关注。氢气是优异的内燃机替代燃料，而氢燃料与汽油、柴油或天然气等特性差别巨大，类似“汽油机”和“柴油机”的区别。氢内燃机是一种新型内燃机，而且关键零部件和生产制造系统完全通用，同样可以实现零碳排放。但氢内燃机也面临一些挑战，比如车载储氢系统亟待解决，而且氮氧化物排放较高，而控制其排放必然会损失功率。“氢内燃机产业化需要先进的设计体系、健全的标准体系、完备的检测体系和有效的政策体系。”他说。

追求三电系统多元化创新

出于对供应链安全、溢价能力以及掌控核心技术主导权的考虑，整车企业和零部件供应商采取了纵向一体化的策略，在电气化领域不断加深布局。在电池、电机等核心部件上，打造安全有效、技术可控、灵活配套的供应链，成为汽车行业特别是车企的主流选择。

在王显斌看来，未来动力电池产业的竞争在于商业化量产和规模化交付的能力。目前，很多企业不断尝试在三元锂、固态、无钴电池领域布局相关的技术和产品。虽然实现电池本身的能量密度极限突破会用时较长，但将有工艺、制造、品质方面的更多创新方案落地。

美国宾夕法尼亚州立大学讲席教授王朝阳对外介绍了动力电池创新技术——硕安电池，既大比能，又高安全。他表示，硕安电池的设计原理非常独特，以钝化电池来提高安全性，使用的时候利用迅速自加热输出高功率。“硕安电池通过钝化可以把极高密度的三元锂电池，做的比磷酸铁锂电池还安全。”王朝阳称。

精进电动创始人蔡蔚发言说，硅基功率半导体将向碳化硅基等第三代功率电子方向演进，这是控制器升级的方向;电机则是向高速化、永磁化、低NVH方向发展。据悉，精进电动的碳化硅控制器已小批量出口德国，2022年将在大众旗下Traton商用电动汽车上实现量产。

在电驱动领域，三合一电驱动系统也已成为行业主流方案，未来将朝着多合一方向发展。目前，华为、长安、比亚迪推出了集成度更高、体积更小、更紧凑的产品方案。而在电控芯片领域，国内IGBT领域开始取得一定的突破，比亚迪，中车企业陆续量产了相关产品，下一代碳化硅产品将成为行业竞争的焦点。