人们的思维习惯于从“传统燃油车续驶里程和加油方式”延伸到“电动汽车续驶里程和充电方式”,进而形成的观念是:“要求电动汽车增多蓄电池能量,使其能续驶300至500公里,而且可以到快速充电站在几分钟内就完成充(换)电,以便继续行驶。”
在这种貌似合理的期望下,结论必然是:“电动汽车续驶里程短且充电难”是当前不可逾越的难关,这也成为电动汽车产业化的紧箍咒。于是有人主张不惜成本尽量多载蓄电池以求续驶300公里;有人怪罪于蓄电池比能量不能在短期内提升一倍;有人怪罪于蓄电池不能在几分钟内充好电;有人为此悲观失望……凡此种种,严重打击汽车用户购买电动汽车的信心,也影响政府近期发展电动汽车的信心。
立足用户需求采纳企业经验
提高电动汽车近期产业化的信心,关键在于澄清“以汽车企业和电池企业的近期生产水平,能否满足电动汽车潜在的大部分用户对续驶里程和方便充电的需求”。我的观点是,当前就有可能满足。
据德勤公司在全球的调查显示,近80%的汽车用户每日经常实际行驶80公里以内,非经常的用车里程期望很高,达到300公里以上(见表一)。我的建议是,区分电动汽车用户的实际续驶里程和期望续驶里程,并合理采纳先进企业的近期经验, 例如发展增程式电动汽车以满足大部分汽车(市区私家车)的用户需求,加快电动汽车的市场化步伐,并发挥其战略性新兴产业的先导作用,带动一批新兴产业群。
当前电动汽车领域已经涌现的关于“续驶里程与充电方式”的不同主张主要有五种:一是多载蓄电池,二是大功率快充电站,三是机械更换蓄电池站,四是增程式发电机,五是利用夜间谷电慢充电。以下逐一剖析其利弊。
多载蓄电池不划算
把传统汽车“多加油则续驶里程长”的习惯简单延伸到电动汽车,有些汽车厂商就不惜多载蓄电池以求续驶300公里以示其先进性。以所谓先进的续驶里程300公里为例,计算其性价比情况。按城市工况,汽车自重800千克(不含电池)、耗电120瓦时/千米•吨、蓄电池成本4500元/千克、循环寿命1000次的电动轿车计算,单程行驶里程要达到300千米,就必须装载450千克的电池。
这样一来就会造成诸多后果,其一市内汽车每公里能耗基本正比于汽车总重量,续驶300千米的汽车比续驶100千米的汽车每公里能耗多40%左右,严重背离节能原则(见工信部2011年7月《产业关键共性技术发展指南(2011年)》)。其二可载人空间和可载重量都剧减。其三车载蓄电池的购置成本和运行成本剧增。其四底盘也要随之加重,否则整车超重,安全性下降。其五车载电池总能量是双刃剑,电池能量过大会导致安全性降低,安全事故严重性会随电池总能量而剧增。而且这样配置的电动汽车,跑20万公里的折旧费和电费一共需19.9万元,而传统汽车的燃油费仅需8万元。
由此看来,多载蓄电池以求加大续驶里程显然是误区,就好比一匹马一天只能跑80公里,给80公里的粮食就够了。可是要背着三天的粮食去跑,马当然要累坏。
媒体此前喜欢报道新能源汽车能跑300公里纯粹只是为了吸引眼球,导致了误区。日行超百公里的电动汽车可用车载增程式发电机延长其续驶里程。
换增程式电动汽车可先上马
增程式发电机可以解决用户跑300公里的心理需求,而且增程式发电机在80公里以内是以蓄电池为动力,可以实现零油耗零排放,80公里以外的路程比传统燃油汽车节油一半。
在这一模式下,电动汽车的峰值功率需求由动力电源(蓄电池或超级电容)提供,所采用的增程式发电机是由小型燃油发动机带动发电机而成的,不必考虑汽车的峰值功率需求,其发电的功率略高于车辆匀速稳定行驶之需即可。其唯一作用是带动发电机发电,与蓄电池并联以驱动电动机工作,并在行驶中对蓄电池补充充电,所以小发动机可以连续工作在最佳转速下,输出的功率和扭矩也基本恒定,因而其效率、排放、可靠性等均处在最佳状态,比传统燃油机“大马拉小车”的费油运行模式节省油耗50%以上。
增程式电动汽车的优势如下:一是节油率高。80公里以内只用蓄电池,可以实现零油耗零排放。80公里以外开动增程式发电机,比传统燃油机节省油耗一半。以大部分私家车每年行驶20000公里,需要开动增程式发电机的里程平均不多于4000公里(即20%)计算,油耗只相当于燃油车2000公里油耗,全年节油率达到90%,远胜于混合动力汽车或插电式混合动力汽车。二是可以解除电动汽车用户对续驶里程的担心。三是车载蓄电池只需提供市内日常性行驶里程,所以重量较轻、每公里能耗少、购车和使用两种成本都低。四是不依赖遍布市内的高功率快充电站,可利用夜间电网廉价谷电对电池充电,用户省钱、电网调峰,实现双赢。五是适应面广,增程式发电机可固定在车上或临时加装或租用,而且各种档次的乘用车和商用车都可使用。六是市场巨大,在电动汽车先导产业周围可发展成“增程式发电机”新产业,初期可得到国家支持。当前已有汽车企业实践增程式电动汽车的宝贵经验,只需搭载相应功率的增程式发电机即可实现续航300公里以上,且技术壁垒不高,易于先上马再提高。
换电站适合公交和出租
把传统汽车“到加油站加油”的习惯简单延伸到电动汽车,就会把“大功率快充电站”看作电动汽车不可缺少的基础设施。但电池厂商和电动汽车用户都深知快充电对蓄电池寿命损害极大,经常快充电导致蓄电池使用寿命剧减而成本剧增(可达一倍以上)。而且充电站设备和输电设备投资巨大,充电站在市内用地矛盾也会很大,而且由于建设周期长,与电动汽车产量增长很难同步。
实际上,对于日行80公里的私家车只需电池总能量10至15千瓦时(约100至150公斤),可在停车处利用夜间谷电慢充电,而不必苦苦依赖快充电站的建设。
换电站的优点在于可以每日换电池两三次,使车载蓄电池重量下降。每公里能耗降低。同时由于车载蓄电池能量少,安全性提高。但不适合于私家车,因为即使电池规格完全一致,由于更换前后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。
目前看来,换电模式最适合公交车公司。公交车有固定始发站和路线,换电站与公交车用户统属一公司,统一充电换电,统一管理。对于可否适用同一出租车公司的出租车队,应视公司规模而定。
谷电慢充可双赢
可以要求每个蓄电池组出厂时都配备相应其性能的充放电自动控制器,按预约时间在夜间谷电时段开启慢充电功能,按蓄电池特性在充电完成时自动停止充电。可以满足次日80公里使用,不需到快充电站充电,也不必频繁更换电池。超长里程可用车载增程式发电机,又有利于延长电池寿命。
全国每夜有9亿千瓦时谷电,可供数千万辆电动汽车充电之需。在当前停车位不足的情况下,利用各种停车位设置计费充电桩,优先提供电动汽车用户。在家庭停车库,电动汽车可视为2~3千瓦的家用电器,通过市电插座直接用夜间谷电慢充电5~7小时。农村电动汽车只须就近充电,不必远行到充换电站。
应立足当前技术水平 尽早起步
总之,以当前汽车企业和电池企业的技术水平和潜力,不必依靠外国力量,上述技术方案已经可以满足城市大多数电动汽车用户的需求(日行驶80公里以下,在需要时可延长到300公里以上,充电方便),破解了“电动汽车续驶里程短且充电难”的难题。当前大多数潜在汽车用户的技术性需求得到满足,企业看到销路前景才可以放心扩大生产,电动汽车产业化才能够早日起步、发展,并让前景光明起来。
在技术性需求之外,汽车用户和企业都还有经济性需求。虽然上述减少车载蓄电池的方案已经显著减少经济性困难,但是在起步阶段特别是动力电源未形成大批量生产之前,还需要政府财政支持。随着蓄电池扩大生产和提高技术水平而下降其价格,政府财政负担可以逐年减轻直至取消。
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