《電子技術(shù)應(yīng)用》
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電動(dòng)汽車究竟離我們有多遠(yuǎn)?

2009-04-24
作者:源自:中國汽車電子網(wǎng)
??? 能源危機(jī)的日益加劇和汽車保有量的與日俱增,使傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)汽車面臨嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。特別是經(jīng)濟(jì)正處于高速發(fā)展中的中國,石油消耗和進(jìn)口量不斷攀升,給油耗大戶汽車工業(yè)的發(fā)展造成了前所未有的壓力。在此情況下,發(fā)展電動(dòng)汽車的呼聲迅速升溫,不少知名的整車廠商都已宣布將很快推出自己的電動(dòng)車產(chǎn)品,彷佛電動(dòng)車的時(shí)代已經(jīng)招之即來了。然而,電動(dòng)汽車的技術(shù)現(xiàn)狀和產(chǎn)業(yè)化前景究竟如何,電動(dòng)汽車距離廣大消費(fèi)者到底還有多遠(yuǎn)呢?現(xiàn)實(shí)的答案恐怕并不樂觀。

???電動(dòng)車的歷史與現(xiàn)狀

????電動(dòng)汽車的歷史其實(shí)早于內(nèi)燃機(jī)汽車。當(dāng)?shù)聡拇髂防蘸捅敬挠?883年發(fā)明汽油發(fā)動(dòng)機(jī)汽車時(shí),英國人羅伯特?戴維森已于10年前制造出了世界上最早的可供實(shí)用的電動(dòng)汽車。在1900年時(shí),電動(dòng)汽車與內(nèi)燃機(jī)汽車相比還占有壓倒性優(yōu)勢。然而此后內(nèi)燃機(jī)技術(shù)不斷取得突破,而電動(dòng)車技術(shù)發(fā)展緩慢,激烈的市場競爭使內(nèi)燃機(jī)汽車后來居上,成為汽車行業(yè)的絕對主流。

????目前,電動(dòng)汽車技術(shù)也有了一定進(jìn)步,在短途低速、城市公交及旅游區(qū)交通等特定用途已經(jīng)得到應(yīng)用,但是,主要由于電池性能和成本的限制,電動(dòng)汽車在轎車領(lǐng)域內(nèi)才剛剛起步,距離質(zhì)量穩(wěn)定、符合標(biāo)準(zhǔn)地大批量生產(chǎn),依然還是“長路漫漫”。人們普遍青睞的高功率高性能電動(dòng)轎車,更是徘徊于理想與現(xiàn)實(shí)之間。

????針對純電動(dòng)車續(xù)航里程嚴(yán)重不足的現(xiàn)狀,有汽車公司提出制造雙模電動(dòng)車,即PHEV(可外充電式混合動(dòng)力)。PHEV的概念最早產(chǎn)生于美國,并早已有了一些改裝車、試驗(yàn)車問世。這種汽車是在混合動(dòng)力汽車上增加了純電動(dòng)行駛工況,并且加大了動(dòng)力電池容量,使車輛在純電動(dòng)工況下可行駛50~90km,超過這一里程,則啟動(dòng)內(nèi)燃機(jī)工作。這實(shí)際上是介于混合動(dòng)力汽車與電動(dòng)汽車之間的一種過渡性產(chǎn)品,采用“短途用電、長途用油”的工作模式,特別適合于日均行駛里程有限且基本固定的工薪族使用。然而這種同樣要采用內(nèi)燃機(jī)的雙模電動(dòng)車,首先離不開傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù),因此和傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)一樣要面對能源挑戰(zhàn),同時(shí)迄今為止也并沒有產(chǎn)業(yè)化的成功實(shí)例。

????電動(dòng)車的發(fā)展瓶頸

????近幾年,我國對純電動(dòng)車的研發(fā)投入不斷加大,一些技術(shù)難點(diǎn)正逐步被克服,但是仍有很多業(yè)內(nèi)專家對當(dāng)前的電動(dòng)車技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)化前景存有質(zhì)疑,歸納起來電動(dòng)車的發(fā)展瓶頸主要有以下幾個(gè)方面:

????一、電動(dòng)車電池

????電動(dòng)汽車對電池的要求極高,必須具有高比能量、高比功率、快速充電和深度放電的性能,而且要求成本盡量低、使用壽命盡量長。目前,鉛酸電池作為比較成熟的技術(shù),因其成本較低,而且能夠高倍率放電,依然是唯一可供大批量生產(chǎn)的電動(dòng)車用電池。但是鉛酸電池的比能量、比功率和能量密度都很低,以此為動(dòng)力源的電動(dòng)車不可能擁有良好的車速及續(xù)航里程。其它較成熟的電池,如鎳鎘電池和鎳氫電池,雖然性能好于鉛酸電池,但含有重金屬,價(jià)格較高,且用完遺棄后對環(huán)境會造成嚴(yán)重污染,都不適宜大批量生產(chǎn)。

????目前,越來越多的研究人員考慮采用鋰離子電池作為電動(dòng)車的動(dòng)力電池。鋰離子電池具有以下優(yōu)點(diǎn):工作電壓高(是鎳鎘電池、氫鎳電池的3倍)、比能量大(可達(dá)165WH/㎏,是氫鎳電池的3倍)、體積小、質(zhì)量輕、循環(huán)壽命長、自放電率低、無記憶效應(yīng)、無污染等。

??? 在鋰離子電池中,磷酸鐵鋰電池較被看好,這種電池雖然比能量不及鈷酸鋰電池,但是其安全性高,單體電池的循環(huán)次數(shù)能達(dá)到2000次,放電穩(wěn)定,價(jià)格相對便宜(相比于鈷酸鋰電池),可能成為未來電動(dòng)車動(dòng)力的新選擇。然而,即使是這種比較便宜的鐵鋰電池,其成本依然十分高昂。假如一款成熟的電動(dòng)轎車按整備質(zhì)量1.5噸、最高時(shí)速130Km/h,一次充電續(xù)駛里程200Km(60Km/h等速)來計(jì)算,所需的磷酸鐵鋰電池(76AH、工作電壓320V)將重達(dá)350Kg,僅僅電池的價(jià)格就大約在10萬RMB左右!即使在電池上取得重大突破的汽車公司,對外也承認(rèn)他們的雙模電動(dòng)車要比現(xiàn)有的同級別車型價(jià)格高出7~8萬元。那么有多少消費(fèi)者愿意花15萬去買一款相當(dāng)于夏利的動(dòng)力的緊湊型車呢?這正是全世界電動(dòng)車無法形成氣候的根本原因之一。總之,目前尚無一種高性價(jià)比的電池能夠同時(shí)滿足電動(dòng)車產(chǎn)業(yè)化的性能與成本需要。

????二、其它技術(shù)瓶頸

????1、電池使用壽命短而更換成本高:現(xiàn)在國內(nèi)多數(shù)鋰電池生產(chǎn)廠家提出免費(fèi)質(zhì)保期限只有一年,2008奧運(yùn)會唯一指定鋰電池供應(yīng)商中信國安的鋰電池,免費(fèi)質(zhì)保期限也只有二年。如前所述,即使是一輛性能相當(dāng)普通的電動(dòng)車,電池成本也要8~10萬RMB,如果一年或二年后消費(fèi)者要自費(fèi)更換電池,其費(fèi)用將是多么巨大!

????2、電池適應(yīng)性差:除了快速充電問題很難解決外,電池在低溫條件下容量將明顯降低,在高溫條件下(50℃)又需要泠卻才能正常工作,而這也是要消耗自身能量的。此外,隨著使用時(shí)間的延長,電池的各種性能將逐漸下降,其結(jié)果將造成電動(dòng)車整車性能(車速、加速性、一次充電的續(xù)駛里程)不斷下降。

????3、充電便利性問題:對于無車庫的城市車主,在家充電并不方便;即便可以用家用220伏電壓充電,安全上也存在一定隱患。為根本解決這一問題,唯一的辦法是在小區(qū)、停車場建充電站,類似網(wǎng)絡(luò)的普及不是短期內(nèi)能夠?qū)崿F(xiàn)的。

????4、電量耗盡問題:目前憑借電壓判斷電量的方式并不準(zhǔn)確,這也是世界性的技術(shù)難題。一旦誤判導(dǎo)致電量耗盡而拋錨,電動(dòng)車將比內(nèi)燃機(jī)汽車麻煩得多。

????5、電動(dòng)車空調(diào)問題:電動(dòng)空調(diào)的耗電功率在3~4kw,一般開啟空調(diào),電動(dòng)車的續(xù)駛里程至少要減少三分之一,換言之,原來能行駛90公里的電動(dòng)車,當(dāng)使用空調(diào)時(shí)最多只能行駛60公里。

????6、能量回收困難:在考慮行車安全的前提下,電動(dòng)車在減速及制動(dòng)時(shí)可以回收的能量很有限,目前最多只能回收這部分能量的20%。這對于需要不斷起停的城市工況,會對續(xù)航里程造成很大影響。

????三、運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性

????純電動(dòng)汽車不使用燃油,不受油價(jià)飛漲的影響,電力相對燃油較為便宜。但是由于電動(dòng)汽車需要改變整個(gè)動(dòng)力體系,這就需要承擔(dān)額外的成本來換裝電機(jī)、電池,特別是電池和電機(jī)控制系統(tǒng)的成本很高,必將帶動(dòng)整車銷售價(jià)格的提高。為了滿足車速和續(xù)航里程的需要,又必須增加電池容量,這樣整車重量和成本還要增加。與此同時(shí),現(xiàn)有內(nèi)燃機(jī)的節(jié)能技術(shù)也在不斷進(jìn)步,如果沒有政府的特殊政策扶植或一定數(shù)額的經(jīng)濟(jì)補(bǔ)貼,用戶選擇購買價(jià)格昂貴的電動(dòng)汽車就不見得劃算了。

????四、基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)?

??? 電動(dòng)汽車商業(yè)化的基礎(chǔ)設(shè)施包括充電站網(wǎng)絡(luò)、車輛維修服務(wù)網(wǎng)絡(luò)、多種形式的電池營銷、服務(wù)網(wǎng)絡(luò)等。建立一定數(shù)量的公用充電站并配備專用電纜及插座等是實(shí)現(xiàn)電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)化的關(guān)鍵。在一個(gè)城市內(nèi)至少要建設(shè)十幾個(gè)到數(shù)十個(gè)公用充電站,才能滿足市區(qū)內(nèi)的出租汽車、私家車、商務(wù)車快速充電的需要。此外停車場和社區(qū)內(nèi)也要設(shè)立充電設(shè)備。

????上述這些基礎(chǔ)設(shè)施裝備需要系統(tǒng)規(guī)劃和巨額投資。以北京奧運(yùn)會為例,50輛電動(dòng)大巴的快速充電站總計(jì)占地5000平方米,共花費(fèi)近億元,另有服務(wù)人員40人。顯然如果電動(dòng)車實(shí)現(xiàn)大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化,這些費(fèi)用恐怕還是要分?jǐn)偟诫妱?dòng)車用戶頭上,這樣折算下來,那時(shí)的電費(fèi)就不會像現(xiàn)在大家想的那么便宜了。

????五、電力供應(yīng)問題

????電動(dòng)車未來的發(fā)展也取決于電力供應(yīng)是否充足。有專家指出,電動(dòng)車對于像法國等核電充足的國家來說可能比較合適,因?yàn)楹穗娛呛愣òl(fā)電的,電動(dòng)車可以集中在夜間用電量小時(shí)充電,既省電又可平抑電網(wǎng)的峰谷差。但是我國的核電比例很小,且工農(nóng)業(yè)均發(fā)展迅速,總體電量并不富余,這也將成為限制我國電動(dòng)車發(fā)展的重要因素。

????早在2007年6月,《國家電網(wǎng)公司“十一五”節(jié)能減排綜合性工作方案》中就已規(guī)劃,預(yù)計(jì)到“十一五”末,國家電網(wǎng)公司經(jīng)營區(qū)域內(nèi)電動(dòng)公交車運(yùn)行線路將達(dá)到420條,電動(dòng)公交車達(dá)到4200輛,電動(dòng)出租車達(dá)到535輛。這個(gè)數(shù)目與我國已接近每年一千萬輛的汽車產(chǎn)銷量相比是微乎其微的,而且這個(gè)建網(wǎng)計(jì)劃也沒有把未來商業(yè)化前景更大的電動(dòng)轎車列入服務(wù)對象,這說明國家對電動(dòng)車的“普及”前景也是有客觀預(yù)計(jì)的。

????電動(dòng)車的前景展望

????不可否認(rèn),電動(dòng)汽車是未來汽車發(fā)展趨勢之一,但種種跡象表明,真正實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化的家用電動(dòng)轎車距離我們還十分遙遠(yuǎn)。電動(dòng)車未來的發(fā)展取決于電池技術(shù)的革命,而任何技術(shù)的發(fā)展都是循序漸進(jìn)的,現(xiàn)在就宣布電動(dòng)車時(shí)代即將到來恐怕為時(shí)尚早。實(shí)際情況是,目前電動(dòng)車使用的動(dòng)力電池組的成本要占整車造價(jià)的二分之一,而且購車人在幾年之內(nèi)就需要更換昂貴的蓄電池組或單體電池,這是電動(dòng)車商業(yè)化尚無法突破的最大瓶頸。因此,企業(yè)如果把希望完全寄托于未來尚不明朗的電動(dòng)車上,而不對傳統(tǒng)技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化開發(fā)將是十分危險(xiǎn)的。因?yàn)殡妱?dòng)車技術(shù)有一點(diǎn)閃失或者滯后,企業(yè)就可能要遭遇巨大的生存風(fēng)險(xiǎn)!

????目前,國內(nèi)以電池技術(shù)著稱的比亞迪汽車公司宣布將于年底上市一款PHEV。如前所述,這其實(shí)就是一種有純電力驅(qū)動(dòng)工作模式的混合動(dòng)力汽車,在結(jié)構(gòu)和原理上都并無超越之處。這款雙模電動(dòng)車據(jù)稱可以實(shí)現(xiàn)純電動(dòng)驅(qū)動(dòng)100km,但比亞迪并沒有明確是在何種工況下可以實(shí)現(xiàn)這一續(xù)航里程,而多次起停及加減速(這恰恰是城市的一般工況)對電池能量的消耗極大,理論上的最大續(xù)航里程往往并無意義,這就如同手機(jī)的理想待機(jī)時(shí)間均不可能達(dá)到一樣。同時(shí),F(xiàn)3DM將比傳統(tǒng)動(dòng)力汽車價(jià)格高一倍以上。在前面講到的諸如電池維護(hù)及更換成本高、充電便利性差、安全性低、電池適應(yīng)性差和空調(diào)等問題沒有突破性解決方案的情況下,花兩倍的價(jià)錢買一款性能可能還不如傳統(tǒng)動(dòng)力F3的F3DM汽車是否合算,恐怕就很值得懷疑。

????實(shí)際上,當(dāng)前電動(dòng)汽車的開發(fā)主要還是以實(shí)驗(yàn)室研發(fā)為主,對各項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)在實(shí)際復(fù)雜運(yùn)行環(huán)境下的質(zhì)量控制很難得到批量驗(yàn)證,即使某些關(guān)鍵技術(shù)有所進(jìn)展,也并不意味著市場化隨之到來,因?yàn)槠囀且粋€(gè)完整的復(fù)雜系統(tǒng),需要關(guān)鍵技術(shù)和傳統(tǒng)技術(shù)、關(guān)鍵部件和傳統(tǒng)配件的全面發(fā)展和結(jié)合,才能開發(fā)出真正可以市場化的高性能電動(dòng)汽車。

??? 面對石油緊缺的壓力,傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)的技術(shù)改進(jìn),特別是節(jié)能技術(shù)的提高也在加快,柴油機(jī)多已采用成熟的燃油共軌技術(shù),汽油機(jī)缸內(nèi)直噴分層燃燒技術(shù)已逐漸推廣,汽油機(jī)均質(zhì)壓燃先進(jìn)技術(shù)也在日益完善。這些都削弱了電動(dòng)車的節(jié)能優(yōu)勢。

????基于上述情況,業(yè)內(nèi)專家普遍認(rèn)為:未來20年內(nèi),汽車動(dòng)力系統(tǒng)仍將是傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)的天下。羅蘭貝格公司(世界最著名的咨詢公司之一)也預(yù)測,直到2020年,汽車動(dòng)力系統(tǒng)仍是傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)占據(jù)主導(dǎo)地位,純電動(dòng)車和混合動(dòng)力電動(dòng)車(也使用內(nèi)燃機(jī))的份額只占25%以下。

????可見,電動(dòng)車商業(yè)化之路還很漫長;純電動(dòng)汽車產(chǎn)品能不能為市場接受和認(rèn)可,更需要時(shí)間的檢驗(yàn),這也已被電動(dòng)車發(fā)展的歷史所證明。電力或許是未來汽車動(dòng)力的首選,但這個(gè)未來至少不會在20年內(nèi)到來,在此之前消費(fèi)者恐怕只能面對并不完美的電動(dòng)車產(chǎn)品。而對企業(yè)來說,如果不關(guān)注于傳統(tǒng)動(dòng)力總成技術(shù)的開發(fā)和改進(jìn),而將全部精力都傾注于電動(dòng)車技術(shù),恐怕在近期就會面臨無法生存下去的危機(jī)。

????現(xiàn)實(shí)是嚴(yán)峻的,理想是誘人的。國家很重視新能源汽車的開發(fā)。世界頂尖技術(shù)頂尖人才都在向汽車新能源技術(shù)集中。這一科技難關(guān)會很快獲得突破。20年,時(shí)間并不漫長。20年后我們擁有理想的、物美價(jià)廉的電動(dòng)車,也是值得憧憬的一種美好。

????給電動(dòng)車以支持,讓全社會的理想盡早實(shí)現(xiàn)吧!

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