加速開(kāi)發(fā)小型近距離純電動(dòng)汽車——車輛實(shí)現(xiàn)節(jié)能環(huán)保的重要途徑之一

陳湘云

(武漢理工大學(xué)汽車工程學(xué)院)

加速開(kāi)發(fā)小型近距離純電動(dòng)汽車
——車輛實(shí)現(xiàn)節(jié)能環(huán)保的重要途徑之一

陳湘云

(武漢理工大學(xué)汽車工程學(xué)院)

以電動(dòng)自行車及小型電動(dòng)車實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化為例，從小型近距離純電動(dòng)汽車功率需求出發(fā)，多方面闡述了開(kāi)發(fā)小型近距離純電動(dòng)汽車是車輛實(shí)現(xiàn)節(jié)能環(huán)保的重要途徑。

小型;純電動(dòng)汽車

1 概述

目前，我國(guó)汽車保有量為5 000萬(wàn)輛，其年耗油量接近全國(guó)成品油總量的60%，汽車年產(chǎn)1 000萬(wàn)輛，僅武漢市每天銷售400輛，巨大的市場(chǎng)需求與嚴(yán)峻的能源環(huán)境約束之間的矛盾異常尖銳。發(fā)展節(jié)能環(huán)保汽車，實(shí)現(xiàn)能源轉(zhuǎn)型與產(chǎn)業(yè)振興勢(shì)在必行。

中國(guó)電動(dòng)汽車的研發(fā)從“八五”的關(guān)鍵技術(shù)研究開(kāi)始，從研發(fā)到市場(chǎng)，已有20年，石油煉油以后可以用于燃油汽車使用，如果石油沒(méi)有了，其他的能源如煤炭、天然氣，再生能源、核能和生物物質(zhì)發(fā)電，作為汽車能源最便利的利用是發(fā)出電，供電動(dòng)汽車用。因此除石油以外，作為交通能源很重要的就是電能，發(fā)展電動(dòng)汽車是一個(gè)重大的選擇，中國(guó)政府在這個(gè)問(wèn)題上的決策非常明確，就是重視電動(dòng)汽車的發(fā)展。問(wèn)題是很多年過(guò)去了，為什么只有電動(dòng)自行車及小型電動(dòng)車實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化，僅電動(dòng)自行車就是年產(chǎn)2 400萬(wàn)輛，制約電動(dòng)汽車的續(xù)駛里程、成本、電池壽命等問(wèn)題如何解決，電動(dòng)汽車如何從研發(fā)到市場(chǎng)，開(kāi)發(fā)小型近距離純電動(dòng)汽車是車輛實(shí)現(xiàn)節(jié)能環(huán)保的重要途徑嗎?

2 開(kāi)發(fā)小型近距離純電動(dòng)汽車的優(yōu)勢(shì)分析

2.1 我國(guó)電動(dòng)自行車等輕型電動(dòng)車保有量超過(guò)一億輛為小型近距離純電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)化奠定良好基礎(chǔ)

由于動(dòng)力電池技術(shù)獲得突破，電動(dòng)自行車的性能大大提高，速度等指標(biāo)已遠(yuǎn)超1999年行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，這些高性能的電動(dòng)自行車由于快捷方便、無(wú)污染，而且價(jià)格相對(duì)便宜，是一種較好的代步工具，深受百姓的喜愛(ài)，我國(guó)電動(dòng)自行車已占全球市場(chǎng)量的80%以上，去年的生產(chǎn)量是2 400萬(wàn)輛，其中400～500萬(wàn)輛出口，現(xiàn)在中國(guó)電動(dòng)自行車的保有量已經(jīng)超過(guò)一億輛，在世界上遙遙領(lǐng)先，已經(jīng)超了家用轎車，成為一種主流的代步工具。一些社區(qū)用車、高爾夫用車，貨車，還有機(jī)場(chǎng)車、警車、巡邏車、小型的牽引車等小型電動(dòng)車以及速度在40～50 km的低速電動(dòng)車，這類車也已率先產(chǎn)業(yè)化了，而且中國(guó)占世界的產(chǎn)量比較大，在某些省率先允許上地方的車牌。去年的出口額大約在十萬(wàn)輛左右。此外，由于電動(dòng)自行車和低速電動(dòng)車大批量生產(chǎn)，極大地帶動(dòng)了電動(dòng)車關(guān)鍵核心部件的研發(fā)，小功率電機(jī)、電機(jī)控制器、電池及電池管理系統(tǒng)技術(shù)成熟，可靠性好，性價(jià)比高，為小型近距離純電動(dòng)汽車提供了有利的技術(shù)支持，也為小型近距離純電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)化奠定了良好基礎(chǔ)。

2.2 我國(guó)具有電動(dòng)汽車生產(chǎn)的資源保障

我國(guó)目前每天有超過(guò)9億度低谷電，可供5 000萬(wàn)輛左右電動(dòng)汽車充電，我國(guó)鋰資源、稀土資源和鎂資源豐富，可以為電池、電機(jī)等提供原材料資源保障。

2.3 小型近距離純電動(dòng)汽車高的性價(jià)比優(yōu)勢(shì)

(1)電動(dòng)自行車需求功率分析

各工況下電動(dòng)自行車需求功率估算見(jiàn)表1，其中車輛參數(shù)：1～2人自行車質(zhì)量40kg，3～4人自行車質(zhì)量100 kg。單人質(zhì)量65 kg+貨10 kg。依據(jù)《電動(dòng)自行車通用技術(shù)條件》——GB17761-1999國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)：電動(dòng)自行車最高車速不應(yīng)大于20 km/h;電動(dòng)自行車整車質(zhì)量(重量)不應(yīng)大于40 kg;電動(dòng)自行車一次充電后續(xù)行里程不應(yīng)小于25 km;電動(dòng)自行車的電動(dòng)機(jī)額定連續(xù)輸出功率應(yīng)不大于240 W。

表1 各工況下電動(dòng)自行車需求功率估算

一般來(lái)說(shuō)，在以20 km/h的速度恒速平地騎行、標(biāo)準(zhǔn)負(fù)載質(zhì)量(75 kg)和無(wú)風(fēng)的條件下，電動(dòng)自行車消耗的功率為95～115 W，平均功率為105 W，可認(rèn)為這就是電動(dòng)自行車“標(biāo)準(zhǔn)騎行狀態(tài)”時(shí)的電機(jī)功率?？紤]到在有弱風(fēng)和非連續(xù)性的小的坡度下也能騎行(允許速度有所降低)，而且要有一定的動(dòng)態(tài)性能(加速度)，電機(jī)的功率150～180 W也足夠了，目前，電動(dòng)自行車企業(yè)的生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)都是時(shí)速30 km，功率350 W，此標(biāo)準(zhǔn)高于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，所以市場(chǎng)上的電動(dòng)自行車功率一般在300～350 W左右，車速一般為30～40 km/h。電動(dòng)自行車的市場(chǎng)價(jià)格為2 000～3 000元左右，按300 W，3 000元計(jì)算，100 W，大約1 000元，一年更換電池的費(fèi)用平均500元左右，電動(dòng)自行車功率需求低，成本低，市場(chǎng)接受。可見(jiàn)，功率需求直接影響成本，電動(dòng)自行車能從研發(fā)到市場(chǎng)這是關(guān)鍵。

(2)電動(dòng)汽車需求功率分析

不同車速勻速需求功率行駛時(shí)的需求功率見(jiàn)表2，其中車輛參數(shù)：輪胎半徑0.28;迎風(fēng)面積1.3×1.5 m2;空氣阻力系數(shù)0.3;滾動(dòng)阻力系數(shù)0.012。計(jì)算沒(méi)有考慮加速、爬坡等工況，如計(jì)入這些工況和續(xù)駛里程要求，需求功率會(huì)更大。

表2 不同車重和車速車輛下的勻速水平路面行駛需求功率

從表2可以得出幾個(gè)結(jié)論：

(1)在車速相同的情況下，整車重量的提高，需求功率會(huì)增加，而且隨著車速的增加，需求功率的增幅會(huì)加大。因此，減少整車質(zhì)量，降低功率需求，從而降低成本，同時(shí)提高了功率器件的可靠性，是電動(dòng)汽車研發(fā)的關(guān)鍵。

(2)在整車重量相同的情況下，車速指標(biāo)的提高，需求功率會(huì)增加。因此，在電動(dòng)汽車研發(fā)中，確定合適的性能指標(biāo)，即確定合適的車型顯得尤為重要，是電動(dòng)汽車從研發(fā)到市場(chǎng)的關(guān)鍵。

以功率在3 kW左右低速電動(dòng)游覽車為例，市場(chǎng)價(jià)格4.5萬(wàn)，整車功率平均100 W，大約1 500元，略高于電動(dòng)自行車的價(jià)格，更主要的是需求功率增加，電機(jī)的功率必定增加，控制器成本和可靠性要求也隨著增加，電池容量就要加大，更換電池的費(fèi)用就增加許多，一年平均6 000～7 000元左右，如果對(duì)續(xù)駛里程由要求，用更多安時(shí)的電池或用高密度電池，如鋰電池，成本更高，可見(jiàn)，整車重量和整車性能指標(biāo)決定功率需求，直接影響成本，這就是為什么小型電動(dòng)車能進(jìn)入市場(chǎng)的關(guān)鍵，這也是制約電動(dòng)汽車從研發(fā)到市場(chǎng)的關(guān)鍵因素，因此，開(kāi)發(fā)小型近距離純電動(dòng)汽車，即重量輕，近距離即續(xù)駛里程短，性能指標(biāo)適宜的純電動(dòng)汽車是車輛實(shí)現(xiàn)節(jié)能環(huán)保的重要途徑。

目前還沒(méi)有一種電池性能可以達(dá)到燃油汽車的種種指標(biāo)和商業(yè)化要求，在電池技術(shù)沒(méi)有突破的情況下，一種新的思路是：不要求電池滿足傳統(tǒng)設(shè)計(jì)的車輛要求，而是設(shè)計(jì)新的電動(dòng)汽車來(lái)最大限度地發(fā)揮電池的性能，開(kāi)發(fā)小型近距離純電動(dòng)汽車正是這種思想的體現(xiàn)。

3 加速開(kāi)發(fā)小型近距離純電動(dòng)汽車存在的問(wèn)題及解決方法

3.1 電動(dòng)車標(biāo)準(zhǔn)法規(guī)及交通管理的問(wèn)題

問(wèn)題一：電動(dòng)自行車如何管理?

電動(dòng)自行車快捷方便、無(wú)污染，而且價(jià)格相對(duì)便宜，是一種較好的代步工具。但電動(dòng)自行車在機(jī)動(dòng)車道亂竄、不遵守行駛規(guī)則、涉及電動(dòng)自行車的交通事故頻發(fā)，成為城市交通管理的難題，如果不加強(qiáng)管理，將嚴(yán)重制約了電動(dòng)自行車及小型電動(dòng)車的發(fā)展。隨著技術(shù)發(fā)展，速度更快的電動(dòng)車越來(lái)越多，其特征與機(jī)動(dòng)車越來(lái)越像，將其納入非機(jī)動(dòng)車管理還是機(jī)動(dòng)車管理?電動(dòng)車一旦劃入機(jī)動(dòng)車，須繳納養(yǎng)路費(fèi)、購(gòu)置稅，要上號(hào)牌、買保險(xiǎn)，而且騎車人將受到駕駛資格的限制，且必然限制銷售市場(chǎng)的擴(kuò)大，這一建議遭到電動(dòng)車廠家普遍反對(duì)。這一切最終形成目前困境：速度慢、符合規(guī)范的電動(dòng)車數(shù)量寥寥，且不受市場(chǎng)歡迎。速度更快、更受市民歡迎的電動(dòng)車卻一直沒(méi)有合法身份。

問(wèn)題二：標(biāo)準(zhǔn)是否合理?

目前的電動(dòng)自行車技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)是10年前制訂的，電動(dòng)自行車時(shí)速限制在20 km合不合理?過(guò)去受制于技術(shù)，電動(dòng)車的供電電壓較低，一般就是24伏，功率只有設(shè)定在240 V，才能保證蓄電池容量夠用，行駛里程僅為20 km左右，這種產(chǎn)品市場(chǎng)難以接受。隨著動(dòng)力電池技術(shù)已經(jīng)取得重大突破，可以使用更高功率的電機(jī)，目前出口歐美的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)都在350 W左右，充一次電可以行駛80 km左右，國(guó)內(nèi)行業(yè)都默認(rèn)采用這一行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

小型近距離純電動(dòng)汽車的標(biāo)準(zhǔn)、法規(guī)以及交通管理等問(wèn)題應(yīng)以電動(dòng)自行車為誡，以電動(dòng)汽車標(biāo)準(zhǔn)法規(guī)為重點(diǎn)，建立政策體系，必須改變傳統(tǒng)汽車文化習(xí)慣以及跟蹤模仿國(guó)外傳統(tǒng)汽車標(biāo)準(zhǔn)法規(guī)和產(chǎn)業(yè)組織體系的常規(guī)做法，進(jìn)一步開(kāi)展我國(guó)電動(dòng)汽車發(fā)展戰(zhàn)略研究，并據(jù)此修訂我國(guó)電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)政策和標(biāo)準(zhǔn)法規(guī)體系。

3.2 電池問(wèn)題

電池確實(shí)是影響電動(dòng)汽車關(guān)鍵的技術(shù)。在國(guó)家科技計(jì)劃的持續(xù)支持下，我國(guó)在新能源汽車電池、電機(jī)、電控三大核心技術(shù)方面取得豐碩成果，為首的是電池方面，形成了電池產(chǎn)業(yè)集群，小功率鋰電池產(chǎn)品占世界市場(chǎng)的1/3，電池的技術(shù)有了很大的發(fā)展，鉛酸電池能量密度、功能密度、循環(huán)壽命和其他一些功能都得到改善。關(guān)于錳酸鋰、鈷酸鋰、磷酸鐵鋰，鈷的成本比較高，錳酸鋰可能做得最多，而磷酸鐵鋰電池的壽命長(zhǎng)，電池組循環(huán)充電可以達(dá)到1 500～2 000次，安全性能比較高，倍率放電比較好。但是環(huán)境溫度比較高，低溫性能還學(xué)改善、還有生產(chǎn)一致性，什么時(shí)候解決了，產(chǎn)業(yè)化就可行了，而離大批量的產(chǎn)業(yè)化還是有距離，因此在研發(fā)方面應(yīng)將其列入國(guó)家重大科技專項(xiàng);重點(diǎn)突破，聯(lián)合推進(jìn)產(chǎn)業(yè)化。

3.3 小型近距離純電動(dòng)汽車大規(guī)模商業(yè)化問(wèn)題

繼奧運(yùn)新能源汽車科技示范園成功之后，國(guó)家通過(guò)財(cái)政鼓勵(lì)政策在工交、出租車等公共服務(wù)領(lǐng)域開(kāi)展的十城千輛新能源汽車示范推廣工作已經(jīng)啟動(dòng)，為小型近距離純電動(dòng)汽車在市場(chǎng)化的產(chǎn)業(yè)運(yùn)作方面提供了思路，這些小型近距離純電動(dòng)汽車符合世界潮流和中國(guó)國(guó)情，以及電動(dòng)汽車本身的發(fā)展規(guī)律，應(yīng)將此作為“國(guó)情車”和“國(guó)民車加以重視和支持作為下一步產(chǎn)業(yè)化重點(diǎn)，推進(jìn)其大規(guī)模商業(yè)化。

［1］黃妙華，喻厚宇.影響并聯(lián)混合動(dòng)力電動(dòng)車輛的發(fā)動(dòng)機(jī)在高效區(qū)工作的因素［J］.汽車工程，2005，(1).

U467

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1008-3383(2011)09-0257-02

2011-06-21