关志波
北京当升材料科技股份有限公司
摘要：启停系统作为重要的节能减排工具受到各国政府和车企的青睐。本文介绍了欧洲、日本美国和中国的燃油消耗量和碳排放标准以及启停系统配套市场情况，并阐述了启停系统的市场和技术发展方向。
关键词：汽车；启停；节能减排；燃油消耗量
在能源危机、政策鼓励和处罚措施的综合因素影响下，汽车行业节能降耗势在必行，也刻不容缓。启停系统可以助力汽车节能减排，节油率5%-15%。汽车启停系统技术作为重要的节能方式获得了众多车企的青睐。
启停系统可以理解成一个弱混合动力系统。启停系统平均可以减少汽车5%左右的油耗量和CO2排放量，在较为拥堵的城市地段，其节油减排效果会更为明显，可以达到15%。传统燃油车发动机处于怠速或低速运行状态时，燃油雾化较差，缸内燃烧不充分，尾气排放量较多。而启停系统可以使发动在怠速时停转，从而达到怠速零排放的效果。
在众多可选的节能技术方案中，启停系统具有较高的性价比。首先，增加一套启停系统总体费用不高，根据技术路线以及是否带有制动回收功能不同，约在 1000-3000 元。其次，装配启停系统技术适配性强，只要更换汽车的启动机和启动电池即可，无须改变汽车动力总成。
严格的燃油消耗量和碳排放标准有力的推动了启停系统的发展。目前启停系统在欧洲和日本应用最为成熟。欧洲于2009年起使用强制性法律手段代替自愿性的CO2减排协议，并在2014年发布全球最严格的碳排放标准，要求其乘用车在2015年和2020年分别达到130g/km和95g/km（2020年要求95%达标，2021年全体达标）的CO2排放标准。日本至2020年的燃油经济性标准为20.3km/L。欧洲在2013年就已经提前完成2015年130g/km的CO2排放目标，50%以上的新车启停系统装配率可谓功不可没。日本对于安装启停系统增加的成本，由政府提供50%的补贴。
我国对于燃油消耗量及碳排放的标准也紧跟国际发达国家步伐。2016年10月我国发布的《节能与新能源汽车路线图》，计划到2020年国内乘用车新车平均油耗需达到5L/100Km，商用车平均油耗相比2015年降低10%。此油耗目标虽与欧洲有明显差距，但已与日本持平，且显著领先于美国，这一目标对于各车企是严峻的挑战。
启停电源系统发展的另一个有力推手是汽车电器的迅速发展。汽车最早只需要6V电源系统就能满足要求发动机点火和起动的需要。后来由于汽车发动机压缩比不断提高，起动机的功率随着增加，在1950年左右，汽车开始大规模采用12V/14V电源。随着汽车电器发展，12V电源系统越来越不能满足电子设备用电需求。如发动机电控系统、电控悬架系统、电动空调、电动转向、电动加热等功能。目前高端车型大部分已经开始选用48V电源系统。
欧洲是启停电源兴起最早的市场，20世纪90年代早期，大众Golf部分车型上开始装备启停电源系统。其后，随着启停系统技术的改善，使得启停电源在欧洲的应用也逐渐拓展开，到2012年欧洲已经有近50%的新车装有启停电源，到2016年，欧洲新车装配启停电源比例达到了71%，2020年欧洲新车启停电源装配计划比例为90%。欧洲的主流车企宝马、大众、奥迪、沃尔沃、奔驰、雪铁龙、菲亚特克莱斯勒等汽车生产商都已经推出装备自动启停系统的车辆作为节油路径之一。在众多厂商和欧洲各国政府的重视下，欧洲市场已经发展成为全球最大的启停电源市场。
日本不但是全球混合动力汽车使用比例最高的国家，启停市场也紧跟欧洲步伐：2010年至2016年，日本装配有启停系统的车辆从几万辆迅速增长至601万辆，2016年新车装配启停电源比例已经达到了67%。预计2020年新车启停电源装配比例将突破90%。日本车企对于启停电源的推动也不遗余力，丰田、本田日系桥车除了积极推出高压强混汽车之外，常规48V、12V启停系统装配率非常高。
美国启停系统的应用落后于欧洲和日本，但随着油耗指标的不断提高，新车装配启停电源系统的比例也在不断提升。2010年至2016年新车装配比从1%提升至24%，预计2020年新车装配比将突破50%。
中国对启停系统技术的开发，始于“十一五”期间，2008年奥运会期间，就有50辆配备启停系统的奇瑞轿车为北京奥运会服务。2012年底，25个节能与新能源汽车示范城市装备有启停系统的乘用车共约2000余辆投入示范运行。中国启停系统装置市场起步较晚，虽然有较为严苛的碳排放标准，但是受到技术和成本的双重制约，发展较为缓慢。2010至2016年，中国装配有启停系统的车辆从15万辆增长至261万辆，2016年新车装配启停电源比例达到了9.3%。在政府新法规的推动下，预计2020年中国新车启停电源配套渗透率有望达到30%。
在启停电池使用上，目前欧洲市场启停电池基本以铅酸蓄电池为主，市场应用占比超过九成，市场还存在少部分锂离子启停电池。法雷奥、博世、江森自控等国际大型汽车零配件厂商目前所采用的主流启停系统及电源系统以48V的AMG铅酸电池为主。近年来法拉奥、博世等厂商均推出锂电启停电源新产品。
锂电性能方面大大优于铅酸电池，但成本也高于铅酸电池。铅酸电池含有大量铅，其环保风险高于锂电池，但铅酸电池安全性能好，没有起火、爆炸等重大安全风险。锂电池在短路、碰撞等情况下容易爆炸起火。锂电池能量密度比铅酸电池高，锂电启停电源体积占比铅酸体积更小，在整车设计方面更有优势。48V-10Ah 启停系统电源铅酸电池比能量35-50Wh/kg，总重量超过12kg，而锂电启停电源总重量仅为6-7kg。锂电启停电源价格约在2000-2500左右，是铅酸启停电源价格的两倍左右。但由于锂电使用可以长达10年，几乎终生不用更换，大大降低维护、更换成本。除此之外，锂电在倍率、自放电等方面大大由于铅酸电池。随着动力电池大规模生产，成本会进一步大幅下降，启停锂电池性价比大幅提升，将逐步替代铅酸电池。
中国目前成为全球最大汽车市场，随着经济不断增长，汽车消费保持高速增长。启停系统的普及的受车主消费意愿、车企主动装载意识、电池本身技术条件等因素制约。近几年国内车企逐步重视启停系统的装配与应用，但启停系统在国内汽车消费中占比仍然大幅低于欧洲、日本、美国等地区。相较于传统燃油发动机，启停系统能够为消费者节省5-8%的燃油消耗，只要电池的性能问题得到解决，汽车装载启停系统得到强制性推广，从国外的发展经验来看，欧洲新车启停系统的装载率从5%到50%只需要四年的时间。中国是全球政府当中执行力最强，对于节能汽车支持力度最大的政府，后续启停系统的发展可期。
当然，我们应该考虑到启停锂电池在倍率性能、充放电性能、循环寿命和稳定性等方面都有很高的要求，较高的行业壁垒的技术门槛也将众多锂电池企业挡在门外。锂电池需要克服在低温下大电流放电、高温下运行稳定性及存储稳定性等难点，同时还要保证电池的使用寿命与汽车使用寿命相一致。随着相关锂电技术进一步成熟，锂电启停电源技术验证得到主流厂商认证，锂电池在成本及技术方面都具备良好竞争力，锂电将会大规模抢占铅酸电池市场，市场空间广阔。
参考文献：
[1] 《节能与新能源汽车路线图》2016.10.26
[2] 《2017年中国汽车启停电源行业调研报告》 高工锂电 2017