剖析汽車動(dòng)力源多元化需求 巧解電動(dòng)汽車當(dāng)前難題

　　————搶占汽車革命先機(jī)必須觀念創(chuàng)新

　　石油危機(jī)和城市大氣污染危機(jī)迫使傳統(tǒng)的燃油汽車難以為繼的動(dòng)力源進(jìn)行一場革命，革命成敗關(guān)鍵在于新的綠色動(dòng)力源。汽車需求的動(dòng)力源是多元化的，剖析并順應(yīng)之，方能巧解電動(dòng)汽車當(dāng)前難題。以下，就從能量源和功率源兩方面剖析汽車動(dòng)力源的多元化需求入手，探討其當(dāng)前難關(guān)及其應(yīng)對方案。

中國科學(xué)院院士田昭武

　　一、以”能量源多元化”應(yīng)對”續(xù)駛里程多元化”

　　據(jù)統(tǒng)計(jì)，80%私家車每日經(jīng)常行駛里程不超過80公里(用戶每日經(jīng)常行駛值)，偶爾可能高達(dá)300至500 公里(非經(jīng)常性需求值)，相差可達(dá)6倍。前者(80公里)只需當(dāng)前水平的蓄電池和夜間民用電網(wǎng)慢充電5至7小時(shí)就可以滿足。后者(300-500公里)若只依賴近期蓄電池能量，很難通過下述技術(shù)關(guān)和經(jīng)濟(jì)關(guān)：

　　a) 為續(xù)駛里程而多裝載電池，必然增加車重、增加每公里能耗，電池成本和購車成本劇增，而且安全性更差。

　　b) 快充電對蓄電池壽命損害極大，導(dǎo)致其壽命劇減而成本劇增。且快充電站和輸電設(shè)備投資巨大，建設(shè)周期長，與電動(dòng)汽車產(chǎn)量增長很難同步。

　　c) 換電站 (機(jī)械更換蓄電池)只適合于公交車，而不適合于私家車。因?yàn)樾铍姵刭|(zhì)量無法快速測定，很難保證換電站與汽車用戶之間的公平更換。

　　d) 采取折中續(xù)駛里程(120-200公里)而多載蓄電池，既增加成本又不能滿足用戶非經(jīng)常性里程(300-500公里)需求，難以打開市場。

　　最佳解決方案是采取能量源多元化應(yīng)對續(xù)駛里程多元化。鑒于蓄電池能量密度遠(yuǎn)不如燃油，增程式電動(dòng)汽車采取了合理的能量源多元化措施：由車載的增程式發(fā)電機(jī)為延長續(xù)駛里程發(fā)電，既可顯著減少車載蓄電池重量以減輕成本并提高能效，又可免除用戶”對于續(xù)駛里程短和充電難的擔(dān)心”。增程式汽車節(jié)油效果顯著：市內(nèi)經(jīng)常性里程用零油耗零排放的蓄電池，非經(jīng)常性里程則靠恒定小功率的增程式燃油發(fā)電機(jī)(比傳統(tǒng)燃油汽車省油50%)，所以每年平均用油節(jié)約90%(經(jīng)常性零油耗與非經(jīng)常性低油耗按權(quán)重平均)。就重量和成本而言，增程式發(fā)電機(jī)只相當(dāng)于多續(xù)駛40公里的鋰離子電池，卻能提供延長里程數(shù)百公里的動(dòng)力。

　　二、以”功率源多元化”應(yīng)對”動(dòng)力需求多元化”

　　按汽車運(yùn)行工況，對功率源主要有4種需求：

　　1. 巡航行駛功率較小，

　　2. 怠速功率為零，

　　3. 起步加速或爬坡功率提高5 至10倍，

　　4. 制動(dòng)剎車則為可回收能量的負(fù)功率強(qiáng)脈沖。

　　傳統(tǒng)燃油汽車一貫采用燃油發(fā)動(dòng)機(jī)為一元化動(dòng)力源，不適用于第2、4 兩種需求;又為滿足第3種需求而不得不加大發(fā)動(dòng)機(jī)排量，導(dǎo)致巡航行駛時(shí) ”大馬拉小車” 的低效率，嚴(yán)重耗油且污染大氣。近年已轉(zhuǎn)向動(dòng)力多元化的混合動(dòng)力汽車，以超級電容器或高功率蓄電池為功率源以適應(yīng)第2、3、4種需求，但節(jié)油效果遠(yuǎn)遠(yuǎn)不如電動(dòng)汽車。在電動(dòng)汽車產(chǎn)量增長期內(nèi)，仍應(yīng)鼓勵(lì)混合動(dòng)力汽車節(jié)油。

　　人們習(xí)慣性地延續(xù)燃油汽車一元化動(dòng)力源的傳統(tǒng)觀念，設(shè)計(jì)電動(dòng)汽車時(shí)錯(cuò)誤地采用蓄電池為一元化動(dòng)力源。但是這種純蓄電池的電動(dòng)汽車同樣很難適應(yīng)第3、4種需求。因此只好把蓄電池提高到”強(qiáng)比功率型”，設(shè)計(jì)非常薄的電極極板和非常細(xì)的活性顆粒以減少內(nèi)阻并保證活性材料利用率，當(dāng)前工藝上更不成熟。而且電池內(nèi)非活性材料(隔膜、集流體、電解質(zhì)溶液等)所占的百分比必然更高，活性材料所占百分比則相對較低，導(dǎo)致高功率型蓄電池的比能量更小。這種強(qiáng)比功率型蓄電池以嚴(yán)重犧牲比能量和壽命的高昂代價(jià)換取更高的比功率，比能量降到能量型蓄電池的一半左右，而其制作成本更高且車載蓄電池更多更重。在承受強(qiáng)功率充電放電任務(wù)下，電池壽命更短，使用成本更高，安全性更差。

　　解決途徑何在?唯有突破傳統(tǒng)觀念，走功率源多元化的新路。巡航行駛時(shí)由技術(shù)較成熟且比能量較高的能量型蓄電池提供能量源，而把強(qiáng)功率的任務(wù)交給具有強(qiáng)功率特性的超級電容器。超級電容器是高循環(huán)壽命(可達(dá)10萬次至20萬次，比蓄電池高出兩個(gè)數(shù)量級)、高功率而能量不高的功率源，能夠承受強(qiáng)功率充電以回收汽車制動(dòng)能量，降低每公里能耗20%以上，并提高汽車起步、加速和爬坡性能。而且蓄電池由于避開高功率充電放電的沖擊而延長壽命，降低蓄電池折舊率和運(yùn)行成本。尤其重要的是：配上超級電容器，就可以采用能量型蓄電池替代強(qiáng)功率型蓄電池。相對于強(qiáng)功率型蓄電池而言，能量型蓄電池壽命提高且能量密度提高一倍左右，因而同等里程可少用蓄電池，大大降低蓄電池重量和購置及使用成本，為超級電容器留下的足夠的重量和購置成本的空間，綽綽有余。

　　總之，在電動(dòng)汽車中以增程式發(fā)電機(jī)應(yīng)對充電難題和非經(jīng)常性的續(xù)駛里程，以超級電容器應(yīng)對高功率難題，以能量型蓄電池擔(dān)負(fù)零油耗零排放的能量型角色。這樣的動(dòng)力源三結(jié)合便可以顯著緩解當(dāng)前電動(dòng)汽車技術(shù)性和經(jīng)濟(jì)性的難題。

　　必須指出，當(dāng)前已有個(gè)別企業(yè)(如奇瑞，雪佛蘭，雷博，科凌等)采用增程式發(fā)電機(jī)或超級電容器，取得明顯效果和經(jīng)驗(yàn)，可惜尚缺論證而遠(yuǎn)未引起政府部門和大企業(yè)的足夠重視。本文目的在于較詳盡地剖析電動(dòng)汽車多元化動(dòng)力源，通過論證，闡明動(dòng)力源三結(jié)合的優(yōu)勢可使電動(dòng)汽車近期產(chǎn)業(yè)化立足于當(dāng)前蓄電池水平并快速發(fā)展，支持十二五戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)，解決國家急迫的石油危機(jī)、城市大氣污染危機(jī)和傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)性轉(zhuǎn)型的需求，吁請各方重視。

　　搶占汽車革命先機(jī)必須觀念創(chuàng)新，切切不可再落后于虎視眈眈的外國企業(yè)！

　　（作者系中國科學(xué)院院士田昭武）

　　( 編輯/董海榮 )

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