關(guān)于汽車電動(dòng)化的探析和思考

班超

摘要：改革開(kāi)放四十年，汽車已經(jīng)走入尋常百姓家。本文說(shuō)明了傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)汽車尾氣給人們帶來(lái)的危害，足以見(jiàn)得汽車的電動(dòng)化將是一次重要變革，一次有利于人類社會(huì)和生態(tài)自然的行業(yè)革命。本人搜集整理資料并進(jìn)行了簡(jiǎn)單的分析，在本文提出了關(guān)于實(shí)現(xiàn)汽車電動(dòng)化的一些問(wèn)題和阻礙，并結(jié)合個(gè)人所學(xué)知識(shí)，提出一些促進(jìn)我國(guó)汽車電動(dòng)化的想法和措施。

關(guān)鍵詞：汽車電動(dòng)化；石墨烯電池；輪轂驅(qū)動(dòng)

中圖分類號(hào)：TB472 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編碼：1672-7053（2018）03-0127-02

汽車排放的尾氣合有大量的有害物質(zhì)，在一些人口密度較大的城市，汽車尾氣已經(jīng)嚴(yán)重影響了人們的身體健康和生態(tài)健康。歐盟及其他國(guó)家也注意到汽車尾氣的不利影響，在近幾年，各國(guó)紛紛提出研究和生產(chǎn)電動(dòng)汽車，減少石化材料的使用，從而改善生態(tài)環(huán)境。本人作為車輛工程的一名學(xué)生，深刻意識(shí)到汽車行業(yè)的一次大革命即將席卷全球，并且查閱了相關(guān)的資料和信息，對(duì)此進(jìn)行了一定地思考。這篇文章是對(duì)汽車電動(dòng)化的簡(jiǎn)單探析。

1 關(guān)于實(shí)現(xiàn)汽車電動(dòng)化的一些問(wèn)題

1.1 內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動(dòng)汽車有諸多不利影響

通過(guò)中華人民共和國(guó)國(guó)家統(tǒng)計(jì)局富網(wǎng)，查找到2000-2016年私人汽車擁有量，并計(jì)算了每年的增長(zhǎng)率，并整理為表1。從表中數(shù)據(jù)可以看出，在我國(guó)近17年間，私家車擁有量在大幅度穩(wěn)定上升，這就意味著汽車尾氣的排放大大增加。同時(shí)，隨著工業(yè)的發(fā)展程度越來(lái)越高，大噸位的載貨汽車的數(shù)量也大幅度增加，這就需要更多的燃料消耗。目前我國(guó)所有汽車燃料以汽油、柴油和天然氣為主，這三者可以總體概況為化石燃料。在內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動(dòng)汽車的尾氣中含有一氧化碳、二氧化碳、碳?xì)浠衔?、氮氧化物、合鉛化合物和固體顆粒等有害物質(zhì)，這些物質(zhì)會(huì)嚴(yán)重影響到人們的身體健康，并會(huì)破壞大自然平衡。一線城市的霧霾天氣與汽車的尾氣有著巨大聯(lián)系。此外，內(nèi)燃機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的汽車運(yùn)行時(shí)有一定程度的噪聲，在城市的繁華街道，車水馬龍，產(chǎn)生噪聲污染，嚴(yán)重影響附近居民的正常生活。由表中數(shù)據(jù)可以預(yù)估，在未來(lái)的幾年之內(nèi)，我國(guó)汽車數(shù)量將會(huì)繼續(xù)增加，對(duì)人與自然的影響將會(huì)日益顯著，顯而易見(jiàn)，汽車的節(jié)能環(huán)保問(wèn)題迫在眉睫，然而到目前為止，最合適的能源是電能，汽車的電動(dòng)化也定是大勢(shì)所趨。

1.2 電動(dòng)汽車?yán)m(xù)駛里程難以滿足需求

現(xiàn)在市場(chǎng)在銷的純電動(dòng)汽車數(shù)量不少，本人根據(jù)互聯(lián)網(wǎng)上的數(shù)據(jù)，并根據(jù)汽車的續(xù)駛里程、外觀以及消費(fèi)者關(guān)注度進(jìn)行了排名，并對(duì)前九名的汽車數(shù)據(jù)進(jìn)行了簡(jiǎn)單的整理，得到表2數(shù)據(jù)。可以看出來(lái)，只有特斯拉的兩款車的續(xù)航里程可以達(dá)到500km以上，但充電慢，國(guó)內(nèi)也沒(méi)有相匹配的專用充電設(shè)備，在國(guó)內(nèi)基本沒(méi)有市場(chǎng)。主要對(duì)目前我國(guó)生產(chǎn)的電動(dòng)汽車進(jìn)行對(duì)比，通過(guò)查閱大量數(shù)據(jù)，只有少數(shù)幾款車的續(xù)駛里程可以達(dá)到300km以上，此外，續(xù)駛里程還會(huì)受到路況、行駛速度、駕駛習(xí)慣以及天氣條件等因素的影響，在寒冷的冬季，電池?zé)o法充滿電，所以續(xù)駛里程會(huì)大打折扣。在市區(qū)使用純電動(dòng)汽車足以滿足需求，當(dāng)然還要考慮汽車長(zhǎng)途行駛，這一因素必然成為了消費(fèi)者購(gòu)買純電動(dòng)汽車的巨大障礙。

1.3 電驅(qū)動(dòng)裝置技術(shù)不完善

傳統(tǒng)汽車?yán)碚撋鲜怯砂l(fā)動(dòng)機(jī)、底盤、車身和電氣設(shè)備四部分組成，發(fā)動(dòng)機(jī)作為動(dòng)力輸出，底盤的傳動(dòng)系統(tǒng)將發(fā)動(dòng)機(jī)輸出的動(dòng)力傳遞到驅(qū)動(dòng)輪使汽車行駛，電氣設(shè)備是通過(guò)電子控制，實(shí)現(xiàn)汽車的輔助功能。若要實(shí)現(xiàn)汽車電動(dòng)化，傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)一定會(huì)被淘汰，需要?jiǎng)?chuàng)造出新的動(dòng)力輸出裝置，相應(yīng)地，底盤部分也將發(fā)生巨大改變，需要與動(dòng)力輸出裝置相匹配，從而實(shí)現(xiàn)汽車純靠蓄電行駛。由此可見(jiàn)，電動(dòng)汽車電驅(qū)動(dòng)技術(shù)還很不發(fā)達(dá)，對(duì)車輪的輸出扭矩難以滿足需求，這也是汽車電動(dòng)化的一項(xiàng)重大問(wèn)題。

1.4 我國(guó)充電基礎(chǔ)設(shè)施尚不完善

目前我國(guó)生產(chǎn)電動(dòng)汽車的廠商較多，由于每家廠商在研發(fā)電動(dòng)汽車時(shí)，對(duì)電池容量、充電所需電壓電流不同，這就會(huì)帶來(lái)充電樁或充電站不適配的問(wèn)題，若低于汽車所需電壓，汽車充電較慢，將影響正常出行；若高于汽車所需電壓，將會(huì)成為汽車的負(fù)荷，有可能會(huì)損害汽車電源自我管理系統(tǒng)，甚至影響到汽車電池的使用壽命。根據(jù)表2數(shù)據(jù)作對(duì)比，騰勢(shì)與比亞迪e6續(xù)駛里程僅僅相差48公里，然而，騰勢(shì)充電速度明顯比比亞迪e6快很多，無(wú)論是普通充電還是快速充電，騰勢(shì)充電所需時(shí)間僅是比亞迪e6一半甚至更少。對(duì)比發(fā)現(xiàn)，騰勢(shì)的電源管理系統(tǒng)，將“最低直流輸入電源”設(shè)計(jì)為475V，高于國(guó)際通用的320V，騰勢(shì)因此而充電時(shí)間短，顯而易見(jiàn)，充電樁充電站的匱乏也嚴(yán)重影響著汽車電動(dòng)化。

2 關(guān)于實(shí)現(xiàn)汽車自動(dòng)化的一些措施和探析

2.1 石墨烯電池技術(shù)的研究和突破

電池是電動(dòng)汽車的核心，所以解決電動(dòng)汽車?yán)m(xù)駛里程的關(guān)鍵在于改善電池容量，石墨烯成為萬(wàn)眾矚目的重要材料。在目前階段，完全的石墨烯電池還沒(méi)有研制成功，只是在現(xiàn)有電池材料中加入一些石墨烯，更準(zhǔn)確的可以稱之為石墨烯基鋰離子電池。石墨烯是當(dāng)今已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的材料中最薄最硬的單層納米材料，電子的運(yùn)動(dòng)被限制在一個(gè)平面上，導(dǎo)電效率大大提高，是目前世界上導(dǎo)電性能最好的材料。目前應(yīng)用石墨烯的領(lǐng)域只有兩個(gè)：其一，用于電池正負(fù)極材料；其二，用于促進(jìn)導(dǎo)電的導(dǎo)電添加劑。很好的起到了提高熱穩(wěn)定性和延長(zhǎng)電池使用壽命的作用。石墨烯成本較高，實(shí)驗(yàn)和加工設(shè)備要求較高，但是我相信，在世界各地的偉大科學(xué)家共同努力下，一定會(huì)實(shí)現(xiàn)石墨烯電池的預(yù)想。當(dāng)石墨烯電池研制成功后，汽車可以充電十分鐘，行駛一千公里，這意味著續(xù)駛里程問(wèn)題不再需要擔(dān)心。當(dāng)石墨烯電池代替內(nèi)燃機(jī)成為汽車強(qiáng)有力的“心臟”，將大大加快汽車的電動(dòng)化，翻開(kāi)人類環(huán)保的新篇章。

2.2 輪轂驅(qū)動(dòng)裝置的完善

傳統(tǒng)的汽車底盤，是發(fā)動(dòng)機(jī)輸出動(dòng)力，通過(guò)飛輪將扭矩傳遞到變速器，再傳遞到驅(qū)動(dòng)輪，使汽車輪胎轉(zhuǎn)動(dòng)而行駛。當(dāng)汽車以電能為動(dòng)力來(lái)源時(shí)，將會(huì)去除發(fā)動(dòng)機(jī)的使用，底盤的傳動(dòng)系統(tǒng)也將發(fā)生翻天覆地的變。輪轂電機(jī)具有如下突出優(yōu)點(diǎn)：其一，省略了底盤部分的一些傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，如變速器、主軸等，可以大大地簡(jiǎn)化汽車結(jié)構(gòu)，減小汽車體積，從而優(yōu)化汽車質(zhì)量；其二，非常容易地實(shí)現(xiàn)多種驅(qū)動(dòng)方式，由于輪轂電機(jī)是安裝到單個(gè)車輪上獨(dú)立驅(qū)動(dòng)，便可以輕松實(shí)現(xiàn)前驅(qū)、后驅(qū)、四驅(qū)，并且可以實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)方式的切換，大大提高了汽車的節(jié)能性和在不良路面的通過(guò)性；其三，容易實(shí)現(xiàn)純蓄電驅(qū)動(dòng)，此外，還更容易實(shí)現(xiàn)制動(dòng)過(guò)程中能量的回收，提高汽車環(huán)保性。若要使純電動(dòng)汽車可以達(dá)到所需要的最高車速，改善輪轂驅(qū)動(dòng)是一個(gè)很好的著手點(diǎn)，若要使用四驅(qū)輪轂驅(qū)動(dòng)時(shí)，更需要各部分相互協(xié)調(diào)匹配，以充分發(fā)揮動(dòng)力，還需要完善輪轂驅(qū)動(dòng)控制部分，提高汽車行駛的平順性，以提高乘坐人員的舒適性和駕駛員的操作穩(wěn)定性。

2.3 全國(guó)各地汽車充電設(shè)備的完善

完善電動(dòng)汽車的充電基礎(chǔ)設(shè)施是實(shí)現(xiàn)汽車電動(dòng)化的重要一步，其中包括充換電站和充電樁。充換電站是集中式的，如同現(xiàn)在的加油站；充電樁是分散式，私人獨(dú)立安裝和使用。充電基礎(chǔ)設(shè)施的完善速度將直接影響到新能源電動(dòng)汽車的購(gòu)入量，故是一項(xiàng)緊迫任務(wù)。應(yīng)該先從我國(guó)發(fā)達(dá)程度較高的城市開(kāi)始實(shí)施，以政府補(bǔ)貼的方式促進(jìn)購(gòu)買電動(dòng)汽車，并且投入大量的資金到充換電站的建設(shè)中，這就需要綜合考慮服務(wù)半徑、城市布局、城市電網(wǎng)等因素。換電是通過(guò)換電池組的方式，快速地重新為電動(dòng)汽車提供“血液”，相比充電，具有速度快的優(yōu)勢(shì)，但是費(fèi)用較高，這就需要我國(guó)科研人員提高電池生產(chǎn)能力，降低換電成本，促進(jìn)我國(guó)汽車電動(dòng)化。此外，在以后的城市規(guī)劃中，應(yīng)該把充電站考慮到規(guī)劃內(nèi)容中，在房屋住宅建設(shè)時(shí)應(yīng)考慮分散式充電樁，盡可能達(dá)到各小區(qū)內(nèi)有小型充電站和私人充電樁，使得汽車充電簡(jiǎn)單快捷，從而促進(jìn)消費(fèi)者購(gòu)買電動(dòng)汽車。

3 結(jié)語(yǔ)

汽車電動(dòng)化已經(jīng)是一種必然趨勢(shì)，這次變革的成功將造福天下蒼生，也將成為人類發(fā)展歷史上的一個(gè)重大轉(zhuǎn)折點(diǎn)。當(dāng)然，在這次汽車電動(dòng)化變革中還有著一系列的困難，需要更多的科研人員投入到這次研究工作中，以實(shí)現(xiàn)技術(shù)上的突破，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)工藝的進(jìn)步，實(shí)現(xiàn)配套設(shè)施的規(guī)劃和完善，從而實(shí)現(xiàn)汽車電動(dòng)化。另外，相關(guān)的技術(shù)方面的研究必須得到政府的大力支持，以盡可能快的更新高等教育的學(xué)生教材，并給予更多的資金支持，使更多的學(xué)生加入到實(shí)驗(yàn)和研究的隊(duì)列中。大家集思廣益，交流探討，我國(guó)的汽車電動(dòng)化一定可以在不久的未來(lái)實(shí)現(xiàn)。此文僅是在整理相關(guān)資料、分析數(shù)據(jù)后的個(gè)人想法和建議，本人才疏識(shí)淺，更需要領(lǐng)域內(nèi)的專業(yè)人士為我國(guó)的汽車電動(dòng)化添磚加瓦。