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电动汽车究竟离我们有多远?

(2008-11-30 23:00:08)
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电动汽车

汽车

电动汽车究竟离我们有多远?

能源危机的日益加剧和汽车保有量的与日俱增,使传统内燃机汽车面临严峻挑战。特别是经济正处于高速发展中的中国,石油消耗和进口量不断攀升,给油耗大户汽车工业的发展造成了前所未有的压力。在此情况下,发展电动汽车的呼声迅速升温,不少知名的整车厂商都已宣布将很快推出自己的电动车产品,彷佛电动车的时代已经招之即来了。然而,电动汽车的技术现状和产业化前景究竟如何,电动汽车距离广大消费者到底还有多远呢?现实的答案恐怕并不乐观。

    电动车的历史与现状
    电动汽车的历史其实早于内燃机汽车。当德国的戴姆勒和本茨于1883年发明汽油发动机汽车时,英国人罗伯特•戴维森已于10年前制造出了世界上最早的可供实用的电动汽车。在1900年时,电动汽车与内燃机汽车相比还占有压倒性优势。然而此后内燃机技术不断取得突破,而电动车技术发展缓慢,激烈的市场竞争使内燃机汽车后来居上,成为汽车行业的绝对主流。

    目前,电动汽车技术也有了一定进步,在短途低速、城市公交及旅游区交通等特定用途已经得到应用,但是,主要由于电池性能和成本的限制,电动汽车在轿车领域内才刚刚起步,距离质量稳定、符合标准地大批量生产,依然还是“长路漫漫”。人们普遍青睐的高功率高性能电动轿车,更是徘徊于理想与现实之间。
    针对纯电动车续航里程严重不足的现状,有汽车公司提出制造双模电动车,即PHEV(可外充电式混合动力)。PHEV的概念最早产生于美国,并早已有了一些改装车、试验车问世。这种汽车是在混合动力汽车上增加了纯电动行驶工况,并且加大了动力电池容量,使车辆在纯电动工况下可行驶50~90km,超过这一里程,则启动内燃机工作。这实际上是介于混合动力汽车与电动汽车之间的一种过渡性产品,采用“短途用电、长途用油”的工作模式,特别适合于日均行驶里程有限且基本固定的工薪族使用。然而这种同样要采用内燃机的双模电动车,首先离不开传统发动机技术,因此和传统发动机一样要面对能源挑战,同时迄今为止也并没有产业化的成功实例。

    电动车的发展瓶颈
    近几年,我国对纯电动车的研发投入不断加大,一些技术难点正逐步被克服,但是仍有很多业内专家对当前的电动车技术及其产业化前景存有质疑,归纳起来电动车的发展瓶颈主要有以下几个方面:
    一、电动车电池
    电动汽车对电池的要求极高,必须具有高比能量、高比功率、快速充电和深度放电的性能,而且要求成本尽量低、使用寿命尽量长。目前,铅酸电池作为比较成熟的技术,因其成本较低,而且能够高倍率放电,依然是唯一可供大批量生产的电动车用电池。但是铅酸电池的比能量、比功率和能量密度都很低,以此为动力源的电动车不可能拥有良好的车速及续航里程。其它较成熟的电池,如镍镉电池和镍氢电池,虽然性能好于铅酸电池,但含有重金属,价格较高,且用完遗弃后对环境会造成严重污染,都不适宜大批量生产。
    目前,越来越多的研究人员考虑采用锂离子电池作为电动车的动力电池。锂离子电池具有以下优点:工作电压高(是镍镉电池、氢镍电池的3倍)、比能量大(可达165WH/㎏,是氢镍电池的3倍)、体积小、质量轻、循环寿命长、自放电率低、无记忆效应、无污染等。在锂离子电池中,磷酸铁锂电池较被看好,这种电池虽然比能量不及钴酸锂电池,但是其安全性高,单体电池的循环次数能达到2000次,放电稳定,价格相对便宜(相比于钴酸锂电池),可能成为未来电动车动力的新选择。然而,即使是这种比较便宜的铁锂电池,其成本依然十分高昂。假如一款成熟的电动轿车按整备质量1.5吨、最高时速130Km/h,一次充电续驶里程200Km(60Km/h等速)来计算,所需的磷酸铁锂电池(76AH、工作电压320V)将重达350Kg,仅仅电池的价格就大约在10万RMB左右!即使在电池上取得重大突破的汽车公司,对外也承认他们的双模电动车要比现有的同级别车型价格高出7~8万元。那么有多少消费者愿意花15万去买一款相当于夏利的动力的紧凑型车呢?这正是全世界电动车无法形成气候的根本原因之一。总之,目前尚无一种高性价比的电池能够同时满足电动车产业化的性能与成本需要。
    二、其它技术瓶颈
    1、电池使用寿命短而更换成本高:现在国内多数锂电池生产厂家提出免费质保期限只有一年,2008奥运会唯一指定锂电池供应商中信国安的锂电池,免费质保期限也只有二年。如前所述,即使是一辆性能相当普通的电动车,电池成本也要8~10万RMB,如果一年或二年后消费者要自费更换电池,其费用将是多么巨大!
    2、电池适应性差:除了快速充电问题很难解决外,电池在低温条件下容量将明显降低,在高温条件下(50℃)又需要泠却才能正常工作,而这也是要消耗自身能量的。此外,随着使用时间的延长,电池的各种性能将逐渐下降,其结果将造成电动车整车性能(车速、加速性、一次充电的续驶里程)不断下降。
    3、充电便利性问题:对于无车库的城市车主,在家充电并不方便;即便可以用家用220伏电压充电,安全上也存在一定隐患。为根本解决这一问题,唯一的办法是在小区、停车场建充电站,类似网络的普及不是短期内能够实现的。
    4、电量耗尽问题:目前凭借电压判断电量的方式并不准确,这也是世界性的技术难题。一旦误判导致电量耗尽而抛锚,电动车将比内燃机汽车麻烦得多。
    5、电动车空调问题:电动空调的耗电功率在3~4kw,一般开启空调,电动车的续驶里程至少要减少三分之一,换言之,原来能行驶90公里的电动车,当使用空调时最多只能行驶60公里。
    6、能量回收困难:在考虑行车安全的前提下,电动车在减速及制动时可以回收的能量很有限,目前最多只能回收这部分能量的20%。这对于需要不断起停的城市工况,会对续航里程造成很大影响。
    三、运行经济性
    纯电动汽车不使用燃油,不受油价飞涨的影响,电力相对燃油较为便宜。但是由于电动汽车需要改变整个动力体系,这就需要承担额外的成本来换装电机、电池,特别是电池和电机控制系统的成本很高,必将带动整车销售价格的提高。为了满足车速和续航里程的需要,又必须增加电池容量,这样整车重量和成本还要增加。与此同时,现有内燃机的节能技术也在不断进步,如果没有政府的特殊政策扶植或一定数额的经济补贴,用户选择购买价格昂贵的电动汽车就不见得划算了。
    四、基础设施建设
    电动汽车商业化的基础设施包括充电站网络、车辆维修服务网络、多种形式的电池营销、服务网络等。建立一定数量的公用充电站并配备专用电缆及插座等是实现电动汽车产业化的关键。在一个城市内至少要建设十几个到数十个公用充电站,才能满足市区内的出租汽车、私家车、商务车快速充电的需要。此外停车场和社区内也要设立充电设备。
    上述这些基础设施装备需要系统规划和巨额投资。以北京奥运会为例,50辆电动大巴的快速充电站总计占地5000平方米,共花费近亿元,另有服务人员40人。显然如果电动车实现大规模产业化,这些费用恐怕还是要分摊到电动车用户头上,这样折算下来,那时的电费就不会像现在大家想的那么便宜了。
    五、电力供应问题
    电动车未来的发展也取决于电力供应是否充足。有专家指出,电动车对于像法国等核电充足的国家来说可能比较合适,因为核电是恒定发电的,电动车可以集中在夜间用电量小时充电,既省电又可平抑电网的峰谷差。但是我国的核电比例很小,且工农业均发展迅速,总体电量并不富余,这也将成为限制我国电动车发展的重要因素。
    早在2007年6月,《国家电网公司“十一五”节能减排综合性工作方案》中就已规划,预计到“十一五”末,国家电网公司经营区域内电动公交车运行线路将达到420条,电动公交车达到4200辆,电动出租车达到535辆。这个数目与我国已接近每年一千万辆的汽车产销量相比是微乎其微的,而且这个建网计划也没有把未来商业化前景更大的电动轿车列入服务对象,这说明国家对电动车的“普及”前景也是有客观预计的。

    电动车的前景展望
    不可否认,电动汽车是未来汽车发展趋势之一,但种种迹象表明,真正实现产业化的家用电动轿车距离我们还十分遥远。电动车未来的发展取决于电池技术的革命,而任何技术的发展都是循序渐进的,现在就宣布电动车时代即将到来恐怕为时尚早。实际情况是,目前电动车使用的动力电池组的成本要占整车造价的二分之一,而且购车人在几年之内就需要更换昂贵的蓄电池组或单体电池,这是电动车商业化尚无法突破的最大瓶颈。因此,企业如果把希望完全寄托于未来尚不明朗的电动车上,而不对传统技术进行优化开发将是十分危险的。因为电动车技术有一点闪失或者滞后,企业就可能要遭遇巨大的生存风险!
    目前,国内以电池技术著称的比亚迪汽车公司宣布将于年底上市一款PHEV。如前所述,这其实就是一种有纯电力驱动工作模式的混合动力汽车,在结构和原理上都并无超越之处。这款双模电动车据称可以实现纯电动驱动100km,但比亚迪并没有明确是在何种工况下可以实现这一续航里程,而多次起停及加减速(这恰恰是城市的一般工况)对电池能量的消耗极大,理论上的最大续航里程往往并无意义,这就如同手机的理想待机时间均不可能达到一样。同时,F3DM将比传统动力汽车价格高一倍以上。在前面讲到的诸如电池维护及更换成本高、充电便利性差、安全性低、电池适应性差和空调等问题没有突破性解决方案的情况下,花两倍的价钱买一款性能可能还不如传统动力F3的F3DM汽车是否合算,恐怕就很值得怀疑。
    实际上,当前电动汽车的开发主要还是以实验室研发为主,对各项关键技术指标在实际复杂运行环境下的质量控制很难得到批量验证,即使某些关键技术有所进展,也并不意味着市场化随之到来,因为汽车是一个完整的复杂系统,需要关键技术和传统技术、关键部件和传统配件的全面发展和结合,才能开发出真正可以市场化的高性能电动汽车。
    面对石油紧缺的压力,传统内燃机的技术改进,特别是节能技术的提高也在加快,柴油机多已采用成熟的燃油共轨技术,汽油机缸内直喷分层燃烧技术已逐渐推广,汽油机均质压燃先进技术也在日益完善。这些都削弱了电动车的节能优势。 
    基于上述情况,业内专家普遍认为:未来20年内,汽车动力系统仍将是传统内燃机的天下。罗兰贝格公司(世界最著名的咨询公司之一)也预测,直到2020年,汽车动力系统仍是传统内燃机占据主导地位,纯电动车和混合动力电动车(也使用内燃机)的份额只占25%以下。
    可见,电动车商业化之路还很漫长;纯电动汽车产品能不能为市场接受和认可,更需要时间的检验,这也已被电动车发展的历史所证明。电力或许是未来汽车动力的首选,但这个未来至少不会在20年内到来,在此之前消费者恐怕只能面对并不完美的电动车产品。而对企业来说,如果不关注于传统动力总成技术的开发和改进,而将全部精力都倾注于电动车技术,恐怕在近期就会面临无法生存下去的危机。

    现实是严峻的,理想是诱人的。国家很重视新能源汽车的开发。世界顶尖技术顶尖人才都在向汽车新能源技术集中。这一科技难关会很快获得突破。20年,时间并不漫长。20年后我们拥有理想的、物美价廉的电动车,也是值得憧憬的一种美好。

    给电动车以支持,让全社会的理想尽早实现吧!

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