剖析汽车动力源多元化需求 巧解电动汽车当前难题

　　————抢占汽车革命先机必须观念创新

　　石油危机和城市大气污染危机迫使传统的燃油汽车难以为继的动力源进行一场革命，革命成败关键在于新的绿色动力源。汽车需求的动力源是多元化的，剖析并顺应之，方能巧解电动汽车当前难题。以下，就从能量源和功率源两方面剖析汽车动力源的多元化需求入手，探讨其当前难关及其应对方案。

中国科学院院士田昭武

　　一、以”能量源多元化”应对”续驶里程多元化”

　　据统计，80%私家车每日经常行驶里程不超过80公里(用户每日经常行驶值)，偶尔可能高达300至500 公里(非经常性需求值)，相差可达6倍。前者(80公里)只需当前水平的蓄电池和夜间民用电网慢充电5至7小时就可以满足。后者(300-500公里)若只依赖近期蓄电池能量，很难通过下述技术关和经济关：

　　a) 为续驶里程而多装载电池，必然增加车重、增加每公里能耗，电池成本和购车成本剧增，而且安全性更差。

　　b) 快充电对蓄电池寿命损害极大，导致其寿命剧减而成本剧增。且快充电站和输电设备投资巨大，建设周期长，与电动汽车产量增长很难同步。

　　c) 换电站 (机械更换蓄电池)只适合于公交车，而不适合于私家车。因为蓄电池质量无法快速测定，很难保证换电站与汽车用户之间的公平更换。

　　d) 采取折中续驶里程(120-200公里)而多载蓄电池，既增加成本又不能满足用户非经常性里程(300-500公里)需求，难以打开市场。

　　最佳解决方案是采取能量源多元化应对续驶里程多元化。鉴于蓄电池能量密度远不如燃油，增程式电动汽车采取了合理的能量源多元化措施：由车载的增程式发电机为延长续驶里程发电，既可显著减少车载蓄电池重量以减轻成本并提高能效，又可免除用户”对于续驶里程短和充电难的担心”。增程式汽车节油效果显著：市内经常性里程用零油耗零排放的蓄电池，非经常性里程则靠恒定小功率的增程式燃油发电机(比传统燃油汽车省油50%)，所以每年平均用油节约90%(经常性零油耗与非经常性低油耗按权重平均)。就重量和成本而言，增程式发电机只相当于多续驶40公里的锂离子电池，却能提供延长里程数百公里的动力。

　　二、以”功率源多元化”应对”动力需求多元化”

　　按汽车运行工况，对功率源主要有4种需求：

　　1. 巡航行驶功率较小，

　　2. 怠速功率为零，

　　3. 起步加速或爬坡功率提高5 至10倍，

　　4. 制动刹车则为可回收能量的负功率强脉冲。

　　传统燃油汽车一贯采用燃油发动机为一元化动力源，不适用于第2、4 两种需求;又为满足第3种需求而不得不加大发动机排量，导致巡航行驶时 ”大马拉小车” 的低效率，严重耗油且污染大气。近年已转向动力多元化的混合动力汽车，以超级电容器或高功率蓄电池为功率源以适应第2、3、4种需求，但节油效果远远不如电动汽车。在电动汽车产量增长期内，仍应鼓励混合动力汽车节油。

　　人们习惯性地延续燃油汽车一元化动力源的传统观念，设计电动汽车时错误地采用蓄电池为一元化动力源。但是这种纯蓄电池的电动汽车同样很难适应第3、4种需求。因此只好把蓄电池提高到”强比功率型”，设计非常薄的电极极板和非常细的活性颗粒以减少内阻并保证活性材料利用率，当前工艺上更不成熟。而且电池内非活性材料(隔膜、集流体、电解质溶液等)所占的百分比必然更高，活性材料所占百分比则相对较低，导致高功率型蓄电池的比能量更小。这种强比功率型蓄电池以严重牺牲比能量和寿命的高昂代价换取更高的比功率，比能量降到能量型蓄电池的一半左右，而其制作成本更高且车载蓄电池更多更重。在承受强功率充电放电任务下，电池寿命更短，使用成本更高，安全性更差。

　　解决途径何在?唯有突破传统观念，走功率源多元化的新路。巡航行驶时由技术较成熟且比能量较高的能量型蓄电池提供能量源，而把强功率的任务交给具有强功率特性的超级电容器。超级电容器是高循环寿命(可达10万次至20万次，比蓄电池高出两个数量级)、高功率而能量不高的功率源，能够承受强功率充电以回收汽车制动能量，降低每公里能耗20%以上，并提高汽车起步、加速和爬坡性能。而且蓄电池由于避开高功率充电放电的冲击而延长寿命，降低蓄电池折旧率和运行成本。尤其重要的是：配上超级电容器，就可以采用能量型蓄电池替代强功率型蓄电池。相对于强功率型蓄电池而言，能量型蓄电池寿命提高且能量密度提高一倍左右，因而同等里程可少用蓄电池，大大降低蓄电池重量和购置及使用成本，为超级电容器留下的足够的重量和购置成本的空间，绰绰有余。

　　总之，在电动汽车中以增程式发电机应对充电难题和非经常性的续驶里程，以超级电容器应对高功率难题，以能量型蓄电池担负零油耗零排放的能量型角色。这样的动力源三结合便可以显著缓解当前电动汽车技术性和经济性的难题。

　　必须指出，当前已有个别企业(如奇瑞，雪佛兰，雷博，科凌等)采用增程式发电机或超级电容器，取得明显效果和经验，可惜尚缺论证而远未引起政府部门和大企业的足够重视。本文目的在于较详尽地剖析电动汽车多元化动力源，通过论证，阐明动力源三结合的优势可使电动汽车近期产业化立足于当前蓄电池水平并快速发展，支持十二五战略性新兴产业，解决国家急迫的石油危机、城市大气污染危机和传统产业结构性转型的需求，吁请各方重视。

　　抢占汽车革命先机必须观念创新，切切不可再落后于虎视眈眈的外国企业！

　　（作者系中国科学院院士田昭武）

　　( 编辑/董海荣 )

返回第一电动网首页 >