純電動(dòng)汽車:中國(guó)新能源汽車發(fā)展的機(jī)遇與挑戰(zhàn)

電動(dòng)汽車作為世界公認(rèn)的汽車發(fā)展方向給中國(guó)帶來(lái)了挑戰(zhàn)，但同時(shí)也帶來(lái)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(guò)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(zhǎng)期的爭(zhēng)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(guò)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(lái)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(guó)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(guó)早已是動(dòng)力電池和驅(qū)動(dòng)電機(jī)的制造大國(guó)和資源大國(guó)，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(guó)有足夠的儲(chǔ)量，使我國(guó)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(guó)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(guó)國(guó)情

純電動(dòng)商用車是國(guó)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(shì)，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(guó)作為人口眾多的發(fā)展中國(guó)家，公共交通是國(guó)家鼓勵(lì)的出行工具，純電動(dòng)商用車有著廣闊的市場(chǎng)，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(guó)內(nèi)的技術(shù)能力現(xiàn)狀，并且我國(guó)傳統(tǒng)商用車在國(guó)外有較強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)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(guó)國(guó)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。

經(jīng)過(guò)10余年的研究攻關(guān)，我國(guó)純電動(dòng)商用車整車性能和技術(shù)水平明顯提高，可靠性、安全性大幅度提高，形成系列電動(dòng)商用車動(dòng)力系統(tǒng)平臺(tái)，安凱、京華、華德尼奧普蘭，福田、申沃、金龍、中通等商用車型，獲得一批國(guó)家新能源汽車產(chǎn)品公告，產(chǎn)業(yè)配套體系初步形成。

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(zhǎng)等問(wèn)題，制約了純電動(dòng)汽車大規(guī)模推廣應(yīng)用。經(jīng)過(guò)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(lái)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(zhǎng)電池使用壽命;整車企業(yè)不再負(fù)責(zé)電池的購(gòu)買、集成和安裝，僅僅生產(chǎn)無(wú)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(yíng)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(wàn)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(guó)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(yíng)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(yíng)，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(guó)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(guó)這樣的汽車工業(yè)起步晚、自主技術(shù)薄弱的國(guó)家無(wú)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(shì):

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(shì)，實(shí)現(xiàn)車輪獨(dú)立控制，提高整車性能;

具有用電優(yōu)勢(shì)，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(wú)損快充，壽命應(yīng)更長(zhǎng)。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(zhǎng)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。

我國(guó)早在90年代就已經(jīng)開展了純電動(dòng)乘用車的研究開發(fā)工作，在當(dāng)時(shí)的技術(shù)條件下成功開發(fā)出純電動(dòng)乘用車樣車，但由于當(dāng)時(shí)缺乏政策環(huán)境和市場(chǎng)支持，整車研發(fā)停頓了一段時(shí)間，但基礎(chǔ)研究并未中斷，長(zhǎng)期的積累為當(dāng)前電動(dòng)乘用車技術(shù)實(shí)現(xiàn)跨越式發(fā)展奠定了強(qiáng)大的基礎(chǔ)。國(guó)內(nèi)很多整車企業(yè)近年都推出了自己的純電動(dòng)乘用車型，如比亞迪E6，在深圳用于出租車試驗(yàn)運(yùn)營(yíng)。

北京理工大學(xué)近年申報(bào)了“新型雙電機(jī)獨(dú)立驅(qū)動(dòng)橋”發(fā)明專利，該專利可以有效解決空間布置難題，適合裝備獨(dú)立懸架的電動(dòng)汽車，減少傳統(tǒng)汽車的電動(dòng)化改型的難度;驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)采用雙電機(jī)相向布置型式，雙減速器成為單一總成，結(jié)構(gòu)緊湊;在具備雙電機(jī)獨(dú)立驅(qū)動(dòng)優(yōu)點(diǎn)的同時(shí)，電機(jī)和減速器固定到車架(身)上，全部變?yōu)榛奢d質(zhì)量，避免了輪轂電機(jī)驅(qū)動(dòng)所帶來(lái)的缺陷，有利于改善車輛的動(dòng)力學(xué)性能;采用二級(jí)減速器，能有效減小傳動(dòng)部件尺寸，方便整車布置，且可以選用高速電機(jī)，降低電機(jī)質(zhì)量和成本，并提高系統(tǒng)的可靠性;可以較為方便地在減速器中加入防滑裝置，提高車輛在復(fù)雜路面的通過(guò)性，并可減少雙電機(jī)協(xié)調(diào)控制的復(fù)雜程度;容易擴(kuò)展為四輪獨(dú)立驅(qū)動(dòng)，充分發(fā)揮車輪的路面附著能力。該方案在保證車輪獨(dú)立驅(qū)動(dòng)優(yōu)良的動(dòng)力學(xué)性能基礎(chǔ)上，更加平穩(wěn)舒適，成本更低，更易于實(shí)現(xiàn)電動(dòng)乘用車的迅速產(chǎn)業(yè)化。因此，該類驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的研發(fā)和應(yīng)用將成為車輪獨(dú)立驅(qū)動(dòng)電動(dòng)乘用車的一個(gè)非常具有前景的解決方案。

在國(guó)家863和北京市科技項(xiàng)目的支持下，北京理工大學(xué)于2009年5月，成功研制了裝備“雙電機(jī)獨(dú)立驅(qū)動(dòng)裝置”的純電動(dòng)乘用車樣車。該樣車裝備新型磷酸鐵鋰電池和永磁同步電機(jī)、電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了整車網(wǎng)絡(luò)化控制，最高時(shí)速可以達(dá)到120km/h，續(xù)航里程超過(guò)200km，支持外部快速充電和車載220V充電模式，可以實(shí)現(xiàn)電池的快速更換，自主研發(fā)的整車控制策略可以滿足整車的功能要求，達(dá)到了功能驗(yàn)證的目標(biāo)，證明整車及驅(qū)動(dòng)方案完全可行，在改造過(guò)程中對(duì)車身結(jié)構(gòu)改變非常少，不影響整車結(jié)構(gòu)性能，改造工作量不大，證明了方案對(duì)成熟燃油車型的電動(dòng)化改造具有顯著優(yōu)勢(shì)。2010年還基于雙電機(jī)方案研制出小型純電動(dòng)轎車樣車，整車重量不超過(guò)900千克，完全滿足城市上下班的功能需求，并可以達(dá)到申請(qǐng)國(guó)家6萬(wàn)元財(cái)政補(bǔ)貼的技術(shù)要求，預(yù)測(cè)批量成本可以控制在十萬(wàn)以內(nèi)，有非常好的市場(chǎng)前景。

綜上所述，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(guó)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(chǎng)，國(guó)內(nèi)與其相比存在一定差距。國(guó)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(wèn)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(wèn)題，對(duì)電池和電機(jī)技術(shù)要求符合國(guó)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(guó)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(guó)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(guó)面臨著國(guó)外汽車跨國(guó)公司的巨大的壓力和挑戰(zhàn)，在和國(guó)外差距不是很大的情況下，應(yīng)堅(jiān)持走中國(guó)自己的技術(shù)路線，爭(zhēng)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。