電動(dòng)汽車作為世界公認(rèn)的汽車發(fā)展方向給中國帶來了挑戰(zhàn),但同時(shí)也帶來了機(jī)遇。從能源利用的角度而言,大中城市電網(wǎng)負(fù)荷平衡和儲(chǔ)能技術(shù)有待突破,北京市電網(wǎng)峰谷負(fù)荷差已超過40%(上海更是達(dá)到60%),采用電動(dòng)車輛夜間充電蓄能有效避免電能的二次回收消耗,提高了電網(wǎng)運(yùn)行的效率。
節(jié)能減排已成為汽車行業(yè)的共識(shí),但采用何種技術(shù)路線卻引發(fā)了長期的爭議。一般而言,實(shí)現(xiàn)汽車的節(jié)能減排有兩種途徑,第一,沿用傳統(tǒng)動(dòng)力系統(tǒng),通過對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)升級(jí)或采用代用燃料改善其排放并實(shí)現(xiàn)節(jié)油效果,如現(xiàn)在采用符合先進(jìn)排放法規(guī)的發(fā)動(dòng)機(jī),天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)等等。第二,采用新型動(dòng)力系統(tǒng),主要是指部分或全部采用電驅(qū)動(dòng)方式,其中以燃料電池作為電源的電動(dòng)汽車?yán)脷溲蹼娀瘜W(xué)反應(yīng)發(fā)電技術(shù),可實(shí)現(xiàn)零排放,但現(xiàn)階段受到技術(shù)和產(chǎn)業(yè)瓶頸的制約,是面向未來的電動(dòng)汽車技術(shù);混合動(dòng)力電動(dòng)汽車引入電驅(qū)動(dòng)技術(shù)與發(fā)動(dòng)機(jī)配合實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排,雖不能實(shí)現(xiàn)零排放,但產(chǎn)業(yè)化難度不高,但由于其應(yīng)用效果對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)依賴程度高,這恰恰是我國汽車工業(yè)的短板,實(shí)現(xiàn)自主創(chuàng)新難度大;純電動(dòng)汽車?yán)没瘜W(xué)動(dòng)力蓄電池作為車載電源,技術(shù)相對(duì)成熟,可實(shí)現(xiàn)零排放。我國早已是動(dòng)力電池和驅(qū)動(dòng)電機(jī)的制造大國和資源大國,在電動(dòng)自行車和電瓶車產(chǎn)業(yè)積蓄了龐大的產(chǎn)業(yè)資源,鋰資源和稀土資源作為純電動(dòng)汽車的戰(zhàn)略資源在我國有足夠的儲(chǔ)量,使我國已經(jīng)具備大力發(fā)展純電動(dòng)汽車的基礎(chǔ)條件。相比之下,實(shí)現(xiàn)我國汽車節(jié)能減排戰(zhàn)略,以純電動(dòng)汽車作為自主創(chuàng)新的突破口是有深厚基礎(chǔ)的。
先期發(fā)展純電動(dòng)城市商用車符合我國國情
純電動(dòng)商用車是國際上并未大力投入進(jìn)行研發(fā)的車型,但城市商用車(如公交車、環(huán)衛(wèi)車等)具有定點(diǎn)定線運(yùn)行、運(yùn)力高效、耗能高、排放高等特點(diǎn),符合純電動(dòng)汽車的使用特點(diǎn)和零排放優(yōu)勢,尤其城市商用車相當(dāng)部分由政府調(diào)配或補(bǔ)貼,有利于產(chǎn)業(yè)化初期政府對(duì)新能源車的補(bǔ)貼和支持政策的實(shí)施。我國作為人口眾多的發(fā)展中國家,公共交通是國家鼓勵(lì)的出行工具,純電動(dòng)商用車有著廣闊的市場,與乘用車相比商用車的噸功率低,對(duì)動(dòng)力電池能量密度、放電倍率以及電機(jī)的功率密度、動(dòng)態(tài)特性要求等重要參數(shù)要求不高,符合國內(nèi)的技術(shù)能力現(xiàn)狀,并且我國傳統(tǒng)商用車在國外有較強(qiáng)的競爭力,基礎(chǔ)較好,所以先期發(fā)展純電動(dòng)城市商用車符合我國國情,可以帶動(dòng)整個(gè)電動(dòng)汽車整車及配套體系的進(jìn)步。
現(xiàn)階段,純電動(dòng)汽車存在動(dòng)力電池成本高、使用壽命短、續(xù)駛里程短、充電時(shí)間長等問題,制約了純電動(dòng)汽車大規(guī)模推廣應(yīng)用。經(jīng)過多年的研究分析和實(shí)踐,以北京理工大學(xué)為首的純電動(dòng)商用車團(tuán)隊(duì)提出并應(yīng)用了一套完整的解決方案,電池快速更換、集中分箱充電技術(shù)和電池租賃是其中的關(guān)鍵,具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的電池快速更換系統(tǒng)能在5-8分鐘之內(nèi)完成整車全部動(dòng)力電池的更換,和傳統(tǒng)車加油的時(shí)間接近,大大提高了車輛的利用效率,車載電池?cái)?shù)量減少;更換下來的電池在充電站集中充電,每1-2箱電池對(duì)應(yīng)一部小型充電機(jī),有效解決了整車充電對(duì)電池的損害,集中充電環(huán)境優(yōu)越,由專業(yè)單位負(fù)責(zé)充電管理,大幅度延長電池使用壽命;整車企業(yè)不再負(fù)責(zé)電池的購買、集成和安裝,僅僅生產(chǎn)無動(dòng)力電池整車,標(biāo)準(zhǔn)化電池采用租賃方式提供給運(yùn)營單位,按實(shí)際耗電量支付租賃費(fèi)用,由于整車電耗費(fèi)用僅為燃油費(fèi)的1/4,按現(xiàn)有電池成本估算,在整車運(yùn)行15-20萬公里時(shí),能收回電池成本,電池的壽命還有很大的提升余地,成本有很大的降低空間,國家對(duì)純電動(dòng)車還有較高的補(bǔ)貼,采用租賃方式前景廣闊。該方案在北京奧運(yùn)純電動(dòng)公交客車 運(yùn)營線上得到了很好的應(yīng)用,上海世博會(huì)120臺(tái)純電動(dòng)公交客車也將采用此方案投入運(yùn)營,大連等其他示范城市也引進(jìn)了該技術(shù)路線。
純電動(dòng)乘用車自主創(chuàng)新是我國汽車產(chǎn)業(yè)的機(jī)遇
和純電動(dòng)商用車相比,(中高速)純電動(dòng)乘用車具有技術(shù)含量高、產(chǎn)業(yè)規(guī)模龐大、覆蓋個(gè)人用戶、對(duì)社會(huì)影響大、是交通能源補(bǔ)充方式的革命、節(jié)能減排總量龐大等特點(diǎn)。如果能完成技術(shù)突破、實(shí)現(xiàn)大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化將是汽車工業(yè)和交通領(lǐng)域的革命,影響極為深遠(yuǎn)。對(duì)像中國這樣的汽車工業(yè)起步晚、自主技術(shù)薄弱的國家無疑是重大的機(jī)遇。和傳統(tǒng)燃油車相比,純電動(dòng)乘用車具有以下技術(shù)優(yōu)勢:
零排放,低噪聲;
能量補(bǔ)充費(fèi)用僅為燃油車的1/5;
電機(jī)具有優(yōu)越的力矩特性,更具駕駛樂趣;
可以充分發(fā)揮電機(jī)控制優(yōu)勢,實(shí)現(xiàn)車輪獨(dú)立控制,提高整車性能;
具有用電優(yōu)勢,可車載更大功率的電器系統(tǒng),構(gòu)建舒適的駕駛乘用環(huán)境;
易于實(shí)施整車網(wǎng)絡(luò)化控制,實(shí)現(xiàn)智能駕駛;
信息化程度更高,易于實(shí)現(xiàn)智能交通管理,提高出行效率。
與純電動(dòng)商用車相比乘用車技術(shù)面臨更大挑戰(zhàn):
對(duì)電池要求高,應(yīng)同時(shí)具有優(yōu)良的能量特性和功率特性,能實(shí)現(xiàn)無損快充,壽命應(yīng)更長。電池組布置難度大,環(huán)境適應(yīng)性要求更高;
對(duì)電機(jī)要求高,應(yīng)同時(shí)滿足低速爬坡加速和長時(shí)間較高速行駛的能力(應(yīng)大于90km/h),布置空間及環(huán)境要求更為苛刻;
對(duì)整車技術(shù)要求高,總體布置更為緊湊,控制策略更為復(fù)雜,舒適性和智能化程度要求高,安全性和可靠性實(shí)現(xiàn)難度大;
車身結(jié)構(gòu)安全及輕量化更為重要和困難
純電動(dòng)乘用車已被普遍認(rèn)為是可以大力發(fā)展的新能源車型,近年動(dòng)力電池、驅(qū)動(dòng)電機(jī)技術(shù)的飛速進(jìn)步為整車性能的大幅度提高奠定了基礎(chǔ)。以日本為首的發(fā)達(dá)國家已經(jīng)逐漸完成中高速純電動(dòng)乘用車的技術(shù)準(zhǔn)備階段,開始投放市場,國內(nèi)與其相比存在一定差距。國內(nèi)應(yīng)把握純電動(dòng)乘用車的正確發(fā)展方向,抓住機(jī)遇自主創(chuàng)新,抓緊整車技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系的建立,為電池電機(jī)等關(guān)鍵部件的突破和應(yīng)用提供高水平的平臺(tái),加快純電動(dòng)乘用車關(guān)鍵部件的研制工作,形成可靠性好、效率高的系列部件產(chǎn)品及配套體系,為整車的產(chǎn)業(yè)化奠定基礎(chǔ)。
純電動(dòng)商用車在污染問題比較嚴(yán)重的大中城市有著廣闊的應(yīng)用空間,能集中有效的解決傳統(tǒng)燃油機(jī)動(dòng)車的污染排放問題,對(duì)電池和電機(jī)技術(shù)要求符合國內(nèi)部件的技術(shù)現(xiàn)狀,同時(shí)便于基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)和政府支持,可以作為先期發(fā)展的新能源車型。我國已開始形成完全自主的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系,積累了寶貴經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)基礎(chǔ)。
純電動(dòng)乘用車預(yù)期規(guī)模巨大,是中國汽車工業(yè)的發(fā)展機(jī)遇,但(中高速)純電動(dòng)乘用車對(duì)部件要求高,我國面臨著國外汽車跨國公司的巨大的壓力和挑戰(zhàn),在和國外差距不是很大的情況下,應(yīng)堅(jiān)持走中國自己的技術(shù)路線,爭取形成自主的標(biāo)準(zhǔn)體系,在政府支持下做大做強(qiáng),避免重復(fù)傳統(tǒng)汽車引進(jìn)消化再引進(jìn)的老路。
電動(dòng)乘用車和電動(dòng)商用車對(duì)電池、電機(jī)的要求比較
電動(dòng)乘用車
電動(dòng)商用車
對(duì)電池一般性要求
比能量最好大于120Wh/kg,同時(shí)最高放電倍率大于2C
比能量可以小于100Wh/kg,同時(shí)最高放電倍率為1C左右
對(duì)電機(jī)一般性要求
功率密度2-3kW/kg、過載特性2-3倍、動(dòng)態(tài)響應(yīng)能力強(qiáng)
功率密度1-2kW/kg、過載特性1-2倍、動(dòng)態(tài)響應(yīng)能力較強(qiáng)