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電動汽車≠純電池驅動,過度追求純電續航里程不可行

汽車工程師 ? 來源:未知 ? 作者:李倩 ? 2018-09-12 14:11 ? 次閱讀

500km純電續航似乎已經成為了18年新上市純電動汽車的標準配置,好像續航里程越大越好已經成為了一種共識。但是事實可能并非如此,無限度的增加續航里程已經在很大程度上背離了我們大力發展新能源汽車的初衷:節能減排。

文章的開始我們首先要明確:全力推進節能減排不會變,大力推廣新能源汽車也不會變,而如何實現這一目標的方式、方法則是我們要不斷調整改善的。近一段時間,隨著對于近年來新能源汽車發展成果的總結與反思在不斷深入,業界與決策層對于新能源汽車到底該如何發展也提出了很多的新思路、新建議。

一、電動汽車≠純電池驅動

首先,新能源汽車戰略的重要發起人、全國政協副主席、前中國科技部部長萬鋼在今年4月舉行的“2018中國汽車論壇”上發表演講,特別提到了“研發高效率機電混合的系統是我們現在新能源汽車的方向”。同樣的觀點,他在今年另兩次會議上也曾提出。隨后不久的7月,國家發改委發布了《汽車產業投資管理規定(征求意見稿)》,明確將“增程式電動汽車”劃歸純電動車投資項目。雖然僅是征求意見稿,具體執行尚可能調整,但意見稿的發布對于新能源汽車的定義與發展有著標志性的意義。

這意味著我們對于新能源汽車的定義,從非此即彼的技術路線為綱(有沒有搭載內燃機)向著更加務實的以效率為準進行了轉變。這是一個非常實事求是的變化,與之前有些人認為的“燒油就等于不環保”的思路形成了鮮明對比。

內燃機不環保的印象是有其歷史局限性的。在我們剛開始進行新能源轉型戰略時,普通乘用車的內燃機能效水平基本也就是30%左右,而現在國內主流主機廠的內燃機已經具備或儲備了做到40%以上能效水平的能力。

而電驅(三電)技術的發展也為提高混合動力效率提供了助力,發展電動汽車過程中得到的效率、性能、小型化、輕量化、可靠性、壽命等等多方面的提升,都同樣適用于混合動力模式。

國家863電動車重大專項動力電池測試中心主任王子冬在剛剛結束的“新能源汽車產量及關鍵元器件大會”上說到,對于電動汽車的定義應當是電驅動汽車,而不僅僅是純靠電池驅動的汽車。

雖然如今的國內電池總成能量密度已經可以達到160Wh/kg,這在業界已經是一個相當優秀的成績了。但我們回頭看看,汽油的能量密度是12222Wh/kg,在汽車上應用所轉化出的“等效能量密度”也在3000Wh/kg以上。據不少專家認為,如果電池總成的能量密度不達到500Wh/kg以上,從市場角度來講是不具備完全替代內燃機的可能性的。要實現這個指標,在電池領域將需要一次翻天覆地的全方位的技術跨越,難度極大。而這個跨越的較為長期過程中,新能源汽車需要一個適應性更好的過渡措施。

正如萬鋼先生在“2018中國電動汽車百人會論壇”所講:“我們更加要注重內燃機與電動化融合發展方面的技術革新。過去,我們在均質充量壓縮點燃(HCCI)、新型的循環、內燃機增程器、轉子發動機方面曾投入大量研發力量,但是它們難以獨立地覆蓋汽車發展的整個動態需求。現在,針對新型動力、混合動力系統方面,完全可以找到用武之地。因此,高效率增程式機電混合系統,將是今后的重點研發內容之一。”

在未來很長一段時間內,基于近年來在先進內燃機技術與電驅動技術方面的積累,將電驅動系統與內燃機結合起來,發揮各自的優勢,研發高效率機電混合的系統,使得整體社會上的車輛可以把能耗和排放降下來,將是一定時期內新能源汽車發展的重要方向。

二、過度追求純電續航里程不可行

增程式電動汽車可以通過專門設計的高功效發動機與高燃效發動機進行匹配,使得本就高效的發動機運行在其最高效的工況狀態下為電池總成充電或直接輸入驅動電機驅動車輛。這樣既解決了“里程焦慮”問題,同時又最大限度的實現了新能源汽車節能減排的目的。

而目前的純電動汽車解決里程焦慮的辦法無外是更快的充電速度與更大的裝機電池容量。而這兩種方式都存在著很大的問題。

快充,一對現有電網存在巨大的壓力,二是大電流是對充電安全性有巨大的考驗。而大電池組也有著嚴重的節能減排效率低下的問題。為了實現大續航里程,如今的電動汽車往往要配備80甚至100kWh的電池包,這樣的電池包質量往往會超過500kg。一輛乘用車攜帶著如此巨大的附加質量,可想而知其能耗會多么巨大。

特斯拉曾經在新加坡因為碳排放超標被處巨額罰款的新聞,大家恐怕還記憶猶新。我們就以奔馳剛剛發布的EQC來看,2425kg的整備質量與650kg的80kWh電池包質量,官方公布的百公里電耗高達22.2kWh。假設該電耗近似于工信部的電耗值,那按照本年度咱們國家的新能源補貼標準來看,在電耗水平上只能拿到0.5的系數,瀕臨不達標。這么說可能不大直觀,簡單的說要生產22.2度電,按我國目前比較先進的電廠能耗計算,大體相當于需要7L汽油的燃料。要知道這還是我們沒有考慮電廠到電池組過程中發電、輸電、充電損耗的情況下。

而根據一些統計來看,大多數情況下我們平時90%單次出行里程都在120km以內,即便是作為營運車輛的出租車每天累計里程91%的樣本也是在360km以內、中值位于280km。也就是說,200km左右的續航里程已經可以應對大多數人的絕大多數使用。當然由于目前電池容量受溫度影響較大,這個數字可能還要略放大一些。至于對遠程出行的需求,完全可以交給增程器來解決。

而我們的現狀卻是僅僅為了一年內可能只會出現的幾次使用需求,更多的只是為了解決大家的“里程焦慮”,就要汽車背著多了一倍多質量的電池跑完它的整個壽命期。這無論是從經濟上、還是環保上,都是得不償失的行為。所以在電池技術取得突破性進展之前,電動汽車無限度的追求過大續航里程是不可行的。

三、新能源汽車要更注重安全

過大的電池裝載量同時也會帶來對于安全性能的巨大挑戰,無論是事故概率還是事故后果都會被迅速放大。今年以來由于補貼政策調整,各主機廠紛紛推出了電池總成能量密度140kWh/kg以上、續航里程400km以上的車型,而與此同時今年關于電動汽車起火、自燃事故的報道也大量出現。雖然這關鍵還是與電動汽車保有量的大幅增加有關,但也應該引發業界對于超大電池包安全性的思考。

在9月1日舉辦的“中國汽車產業發展泰達國際論壇”上,中國科學院院士、清華大學教授歐陽明高純講到:“電動車面臨的最大風險,就是電池的安全性。”

動力電池在充放電過程中,特別是充電時是事故多發階段。目前發生的大部分著火事故是在充電過程中,或者剛剛結束充電后。保障動力電池充電安全性是一個非常復雜的系統工程,如何保障安全需要考慮到方方面面的環節,否則任何瑕疵都會在實際使用過程中被放大,而上面的表格中僅僅是列出了其中的一部分。

要想得到更完善的設計,就需要極大的研發投入。以國內最大的兩家電池供應商為例,寧德時代的電池研發團隊規模達3500人,比亞迪電池則在2000人以上。如此龐大的研發隊伍,單說人員的工資支出一年就是好幾個億。

即便我們在預設條件下的安全預防已經做的非常好,但面對車輛實際使用中的極端輔助情況,各種小概率事件的發生也是不可避免的。而隨著車載電池容量的增大,一旦發生了事故,如何保障乘客安全、如何保證環境安全都是需要各相關行業研究的問題。

況且,電池安全并不只是車輛壽命期內的事情,電池生產、回收再利用、廢品處理等全壽命期的安全都是需要考慮的環節。而在這些方面,業界并沒有非常完善、完整以及充足的經驗。近年來,電池生產廠、回收廠乃至運輸環節發生的事故也是屢見不鮮。

四、綠色環保需要整個產業鏈的配合

新能源汽車的環保屬性一定是要基于其全壽命期、全產業鏈的大環保屬性,否則很可能成為變相的污染轉移。以前面提到的電池自然事故為例,電池火災救援后,其殘液對于土地的污染就尚無明確的治理方案。隨著新能源汽車保有量的激增,電池裝機容量越發龐大,這種情況下如何應對此類問題已經不可回避。

同樣在“中國汽車產業發展泰達國際論壇”上,生態環境部大氣環境管理司副處長汪濤就談到:“我們應當重視整個產業鏈是不是一個綠色的問題。從去年下半年到今年上半年,環保部門都在開展散亂污的清理,發現很多企業存在嚴重的問題,這個不乏新能源汽車企業,還有就是為新能源汽車提供產品服務的有色冶煉企業、電池加工企業、鋼鐵企業、化工企業、電子零配件企業相當多。”

正是由于新能源汽車、特別是電池產業的復雜性與高投入特性,國家制定了新能源補貼政策。五年的連續補貼是為了給大家提供一個研發的緩沖期,讓大家有時間提升技術、改善工藝、完善產品,為了能夠在補貼沒有的時候能拿得出在市場上站得住腳的產品。但遺憾的是相當多企業無一例外只是奔著補貼而去,把它當成了企業利潤增長點,卻沒有在產品開發上下真功夫。這完全違反了國家支持新能源汽車產業的初衷。

財政部經濟建設司副司長宋秋玲在“泰達論壇”上就直接批評道:“當前很多車企依然卡著新版補貼標準的底線,缺乏向上發展的動力。未來財政部對于新能源汽車補貼的整體思路,將依然秉承扶優扶強的核心思路,此外還會建立動態調整機制并繼續提高技術門檻。”

總結:以上對于近期關于新能源汽車行業反思的梳理,可以看出我們對于新能源汽車的追求已經邁過了“有和沒有”的階段,正向著更加務實、精細、高效的方向轉變。對于之前行業內爭議較大的問題,也即將形成一些階段的結論。這些都對于新能源汽車行業的健康發展至關重要,相關進展與影響,我們也將持續關注。

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原文標題:【資訊】純電里程可能已經過剩,新能源汽車政策面臨調整

文章出處:【微信號:e700_org,微信公眾號:汽車工程師】歡迎添加關注!文章轉載請注明出處。

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