加速開發(fā)小型近距離純電動汽車——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)

加速開發(fā)小型近距離純電動汽車
——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)

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

小型;純電動汽車

1 概述

目前，我國汽車保有量為5 000萬輛，其年耗油量接近全國成品油總量的60%，汽車年產(chǎn)1 000萬輛，僅武漢市每天銷售400輛，巨大的市場需求與嚴(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)振興勢在必行。

中國電動汽車的研發(fā)從“八五”的關(guān)鍵技術(shù)研究開始，從研發(fā)到市場，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)展電動汽車是一個重大的選擇，中國政府在這個問題上的決策非常明確，就是重視電動汽車的發(fā)展。問題是很多年過去了，為什么只有電動自行車及小型電動車實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化，僅電動自行車就是年產(chǎn)2 400萬輛，制約電動汽車的續(xù)駛里程、成本、電池壽命等問題如何解決，電動汽車如何從研發(fā)到市場，開發(fā)小型近距離純電動汽車是車輛實(shí)現(xiàn)節(jié)能環(huán)保的重要途徑嗎?

2 開發(fā)小型近距離純電動汽車的優(yōu)勢分析

2.1 我國電動自行車等輕型電動車保有量超過一億輛為小型近距離純電動汽車產(chǎn)業(yè)化奠定良好基礎(chǔ)

由于動力電池技術(shù)獲得突破，電動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)，這些高性能的電動自行車由于快捷方便、無污染，而且價(jià)格相對便宜，是一種較好的代步工具，深受百姓的喜愛，我國電動自行車已占全球市場量的80%以上，去年的生產(chǎn)量是2 400萬輛，其中400～500萬輛出口，現(xiàn)在中國電動自行車的保有量已經(jīng)超過一億輛，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)場車、警車、巡邏車、小型的牽引車等小型電動車以及速度在40～50 km的低速電動車，這類車也已率先產(chǎn)業(yè)化了，而且中國占世界的產(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輛左右。此外，由于電動自行車和低速電動車大批量生產(chǎn)，極大地帶動了電動車關(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汽車提供了有利的技術(shù)支持，也為小型近距離純電動汽車產(chǎn)業(yè)化奠定了良好基礎(chǔ)。

2.2 我國具有電動汽車生產(chǎn)的資源保障

我國目前每天有超過9億度低谷電，可供5 000萬輛左右電動汽車充電，我國鋰資源、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 小型近距離純電動汽車高的性價(jià)比優(yōu)勢

(1)電動自行車需求功率分析

各工況下電動自行車需求功率估算見表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)《電動自行車通用技術(shù)條件》——GB17761-1999國家標(biāo)準(zhǔn)：電動自行車最高車速不應(yīng)大于20 km/h;電動自行車整車質(zhì)量(重量)不應(yīng)大于40 kg;電動自行車一次充電后續(xù)行里程不應(yīng)小于25 km;電動自行車的電動機(jī)額定連續(xù)輸出功率應(yīng)不大于240 W。

表1 各工況下電動自行車需求功率估算

一般來說，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)和無風(fēng)的條件下，電動自行車消耗的功率為95～115 W，平均功率為105 W，可認(rèn)為這就是電動自行車“標(biāo)準(zhǔn)騎行狀態(tài)”時的電機(jī)功率。考慮到在有弱風(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)，而且要有一定的動態(tài)性能(加速度)，電機(jī)的功率150～180 W也足夠了，目前，電動自行車企業(yè)的生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)都是時速30 km，功率350 W，此標(biāo)準(zhǔn)高于國家標(biāo)準(zhǔn)，所以市場上的電動自行車功率一般在300～350 W左右，車速一般為30～40 km/h。電動自行車的市場價(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，電動自行車功率需求低，成本低，市場接受?？梢姡β市枨笾苯佑绊懗杀?，電動自行車能從研發(fā)到市場這是關(guān)鍵。

(2)電動汽車需求功率分析

不同車速勻速需求功率行駛時的需求功率見表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;滾動阻力系數(shù)0.012。計(jì)算沒有考慮加速、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，需求功率會增加，而且隨著車速的增加，需求功率的增幅會加大。因此，減少整車質(zhì)量，降低功率需求，從而降低成本，同時提高了功率器件的可靠性，是電動汽車研發(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，需求功率會增加。因此，在電動汽車研發(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，是電動汽車從研發(fā)到市場的關(guān)鍵。

以功率在3 kW左右低速電動游覽車為例，市場價(jià)格4.5萬，整車功率平均100 W，大約1 500元，略高于電動自行車的價(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，如果對續(xù)駛里程由要求，用更多安時的電池或用高密度電池，如鋰電池，成本更高，可見，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車能進(jìn)入市場的關(guān)鍵，這也是制約電動汽車從研發(fā)到市場的關(guān)鍵因素，因此，開發(fā)小型近距離純電動汽車，即重量輕，近距離即續(xù)駛里程短，性能指標(biāo)適宜的純電動汽車是車輛實(shí)現(xiàn)節(jié)能環(huán)保的重要途徑。

目前還沒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)新的電動汽車來最大限度地發(fā)揮電池的性能，開發(fā)小型近距離純電動汽車正是這種思想的體現(xiàn)。

3 加速開發(fā)小型近距離純電動汽車存在的問題及解決方法

3.1 電動車標(biāo)準(zhǔn)法規(guī)及交通管理的問題

問題一：電動自行車如何管理?

電動自行車快捷方便、無污染，而且價(jià)格相對便宜，是一種較好的代步工具。但電動自行車在機(jī)動車道亂竄、不遵守行駛規(guī)則、涉及電動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)重制約了電動自行車及小型電動車的發(fā)展。隨著技術(shù)發(fā)展，速度更快的電動車越來越多，其特征與機(jī)動車越來越像，將其納入非機(jī)動車管理還是機(jī)動車管理?電動車一旦劃入機(jī)動車，須繳納養(yǎng)路費(fèi)、購置稅，要上號牌、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的擴(kuò)大，這一建議遭到電動車廠家普遍反對。這一切最終形成目前困境：速度慢、符合規(guī)范的電動車數(shù)量寥寥，且不受市場歡迎。速度更快、更受市民歡迎的電動車卻一直沒有合法身份。

問題二：標(biāo)準(zhǔn)是否合理?

目前的電動自行車技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)是10年前制訂的，電動自行車時速限制在20 km合不合理?過去受制于技術(shù)，電動車的供電電壓較低，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)品市場難以接受。隨著動力電池技術(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)。

小型近距離純電動汽車的標(biāo)準(zhǔn)、法規(guī)以及交通管理等問題應(yīng)以電動自行車為誡，以電動汽車標(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)一步開展我國電動汽車發(fā)展戰(zhàn)略研究，并據(jù)此修訂我國電動汽車產(chǎn)業(yè)政策和標(biāo)準(zhǔn)法規(guī)體系。

3.2 電池問題

電池確實(shí)是影響電動汽車關(guān)鍵的技術(shù)。在國家科技計(jì)劃的持續(xù)支持下，我國在新能源汽車電池、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，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 小型近距離純電動汽車大規(guī)模商業(yè)化問題

繼奧運(yùn)新能源汽車科技示范園成功之后，國家通過財(cái)政鼓勵政策在工交、出租車等公共服務(wù)領(lǐng)域開展的十城千輛新能源汽車示范推廣工作已經(jīng)啟動，為小型近距離純電動汽車在市場化的產(chǎn)業(yè)運(yùn)作方面提供了思路，這些小型近距離純電動汽車符合世界潮流和中國國情，以及電動汽車本身的發(fā)展規(guī)律，應(yīng)將此作為“國情車”和“國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)混合動力電動車輛的發(fā)動機(jī)在高效區(qū)工作的因素［J］.汽車工程，2005，(1).

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2011-06-21