純電動汽車:中國新能源汽車發(fā)展的機遇與挑戰(zhàn)

電動汽車作為世界公認的汽車發(fā)展方向給中國帶來了挑戰(zhàn)，但同時也帶來了機遇。從能源利用的角度而言，大中城市電網(wǎng)負荷平衡和儲能技術有待突破，北京市電網(wǎng)峰谷負荷差已超過40%(上海更是達到60%)，采用電動車輛夜間充電蓄能有效避免電能的二次回收消耗，提高了電網(wǎng)運行的效率。

節(jié)能減排已成為汽車行業(yè)的共識，但采用何種技術路線卻引發(fā)了長期的爭議。一般而言，實現(xiàn)汽車的節(jié)能減排有兩種途徑，第一，沿用傳統(tǒng)動力系統(tǒng)，通過對發(fā)動機技術升級或采用代用燃料改善其排放并實現(xiàn)節(jié)油效果，如現(xiàn)在采用符合先進排放法規(guī)的發(fā)動機，天然氣發(fā)動機等等。第二，采用新型動力系統(tǒng)，主要是指部分或全部采用電驅(qū)動方式，其中以燃料電池作為電源的電動汽車利用氫氧電化學反應發(fā)電技術，可實現(xiàn)零排放，但現(xiàn)階段受到技術和產(chǎn)業(yè)瓶頸的制約，是面向未來的電動汽車技術;混合動力電動汽車引入電驅(qū)動技術與發(fā)動機配合實現(xiàn)節(jié)能減排，雖不能實現(xiàn)零排放，但產(chǎn)業(yè)化難度不高，但由于其應用效果對發(fā)動機技術依賴程度高，這恰恰是我國汽車工業(yè)的短板，實現(xiàn)自主創(chuàng)新難度大;純電動汽車利用化學動力蓄電池作為車載電源，技術相對成熟，可實現(xiàn)零排放。我國早已是動力電池和驅(qū)動電機的制造大國和資源大國，在電動自行車和電瓶車產(chǎn)業(yè)積蓄了龐大的產(chǎn)業(yè)資源，鋰資源和稀土資源作為純電動汽車的戰(zhàn)略資源在我國有足夠的儲量，使我國已經(jīng)具備大力發(fā)展純電動汽車的基礎條件。相比之下，實現(xiàn)我國汽車節(jié)能減排戰(zhàn)略，以純電動汽車作為自主創(chuàng)新的突破口是有深厚基礎的。

先期發(fā)展純電動城市商用車符合我國國情

純電動商用車是國際上并未大力投入進行研發(fā)的車型，但城市商用車(如公交車、環(huán)衛(wèi)車等)具有定點定線運行、運力高效、耗能高、排放高等特點，符合純電動汽車的使用特點和零排放優(yōu)勢，尤其城市商用車相當部分由政府調(diào)配或補貼，有利于產(chǎn)業(yè)化初期政府對新能源車的補貼和支持政策的實施。我國作為人口眾多的發(fā)展中國家，公共交通是國家鼓勵的出行工具，純電動商用車有著廣闊的市場，與乘用車相比商用車的噸功率低，對動力電池能量密度、放電倍率以及電機的功率密度、動態(tài)特性要求等重要參數(shù)要求不高，符合國內(nèi)的技術能力現(xiàn)狀，并且我國傳統(tǒng)商用車在國外有較強的競爭力，基礎較好，所以先期發(fā)展純電動城市商用車符合我國國情，可以帶動整個電動汽車整車及配套體系的進步。

經(jīng)過10余年的研究攻關，我國純電動商用車整車性能和技術水平明顯提高，可靠性、安全性大幅度提高，形成系列電動商用車動力系統(tǒng)平臺，安凱、京華、華德尼奧普蘭，福田、申沃、金龍、中通等商用車型，獲得一批國家新能源汽車產(chǎn)品公告，產(chǎn)業(yè)配套體系初步形成。

現(xiàn)階段，純電動汽車存在動力電池成本高、使用壽命短、續(xù)駛里程短、充電時間長等問題，制約了純電動汽車大規(guī)模推廣應用。經(jīng)過多年的研究分析和實踐，以北京理工大學為首的純電動商用車團隊提出并應用了一套完整的解決方案，電池快速更換、集中分箱充電技術和電池租賃是其中的關鍵，具有自主知識產(chǎn)權的電池快速更換系統(tǒng)能在5-8分鐘之內(nèi)完成整車全部動力電池的更換，和傳統(tǒng)車加油的時間接近，大大提高了車輛的利用效率，車載電池數(shù)量減少;更換下來的電池在充電站集中充電，每1-2箱電池對應一部小型充電機，有效解決了整車充電對電池的損害，集中充電環(huán)境優(yōu)越，由專業(yè)單位負責充電管理，大幅度延長電池使用壽命;整車企業(yè)不再負責電池的購買、集成和安裝，僅僅生產(chǎn)無動力電池整車，標準化電池采用租賃方式提供給運營單位，按實際耗電量支付租賃費用，由于整車電耗費用僅為燃油費的1/4，按現(xiàn)有電池成本估算，在整車運行15-20萬公里時，能收回電池成本，電池的壽命還有很大的提升余地，成本有很大的降低空間，國家對純電動車還有較高的補貼，采用租賃方式前景廣闊。該方案在北京奧運純電動公交客車運營線上得到了很好的應用，上海世博會120臺純電動公交客車也將采用此方案投入運營，大連等其他示范城市也引進了該技術路線。

純電動乘用車自主創(chuàng)新是我國汽車產(chǎn)業(yè)的機遇

和純電動商用車相比，(中高速)純電動乘用車具有技術含量高、產(chǎn)業(yè)規(guī)模龐大、覆蓋個人用戶、對社會影響大、是交通能源補充方式的革命、節(jié)能減排總量龐大等特點。如果能完成技術突破、實現(xiàn)大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化將是汽車工業(yè)和交通領域的革命，影響極為深遠。對像中國這樣的汽車工業(yè)起步晚、自主技術薄弱的國家無疑是重大的機遇。和傳統(tǒng)燃油車相比，純電動乘用車具有以下技術優(yōu)勢:

零排放，低噪聲;

能量補充費用僅為燃油車的1/5;

電機具有優(yōu)越的力矩特性，更具駕駛樂趣;

可以充分發(fā)揮電機控制優(yōu)勢，實現(xiàn)車輪獨立控制，提高整車性能;

具有用電優(yōu)勢，可車載更大功率的電器系統(tǒng)，構建舒適的駕駛乘用環(huán)境;

易于實施整車網(wǎng)絡化控制，實現(xiàn)智能駕駛;

信息化程度更高，易于實現(xiàn)智能交通管理，提高出行效率。

與純電動商用車相比乘用車技術面臨更大挑戰(zhàn):

對電池要求高，應同時具有優(yōu)良的能量特性和功率特性，能實現(xiàn)無損快充，壽命應更長。電池組布置難度大，環(huán)境適應性要求更高;

對電機要求高，應同時滿足低速爬坡加速和長時間較高速行駛的能力(應大于90km/h)，布置空間及環(huán)境要求更為苛刻;

對整車技術要求高，總體布置更為緊湊，控制策略更為復雜，舒適性和智能化程度要求高，安全性和可靠性實現(xiàn)難度大;

車身結構安全及輕量化更為重要和困難。

我國早在90年代就已經(jīng)開展了純電動乘用車的研究開發(fā)工作，在當時的技術條件下成功開發(fā)出純電動乘用車樣車，但由于當時缺乏政策環(huán)境和市場支持，整車研發(fā)停頓了一段時間，但基礎研究并未中斷，長期的積累為當前電動乘用車技術實現(xiàn)跨越式發(fā)展奠定了強大的基礎。國內(nèi)很多整車企業(yè)近年都推出了自己的純電動乘用車型，如比亞迪E6，在深圳用于出租車試驗運營。

北京理工大學近年申報了“新型雙電機獨立驅(qū)動橋”發(fā)明專利，該專利可以有效解決空間布置難題，適合裝備獨立懸架的電動汽車，減少傳統(tǒng)汽車的電動化改型的難度;驅(qū)動系統(tǒng)結構采用雙電機相向布置型式，雙減速器成為單一總成，結構緊湊;在具備雙電機獨立驅(qū)動優(yōu)點的同時，電機和減速器固定到車架(身)上，全部變?yōu)榛奢d質(zhì)量，避免了輪轂電機驅(qū)動所帶來的缺陷，有利于改善車輛的動力學性能;采用二級減速器，能有效減小傳動部件尺寸，方便整車布置，且可以選用高速電機，降低電機質(zhì)量和成本，并提高系統(tǒng)的可靠性;可以較為方便地在減速器中加入防滑裝置，提高車輛在復雜路面的通過性，并可減少雙電機協(xié)調(diào)控制的復雜程度;容易擴展為四輪獨立驅(qū)動，充分發(fā)揮車輪的路面附著能力。該方案在保證車輪獨立驅(qū)動優(yōu)良的動力學性能基礎上，更加平穩(wěn)舒適，成本更低，更易于實現(xiàn)電動乘用車的迅速產(chǎn)業(yè)化。因此，該類驅(qū)動系統(tǒng)的研發(fā)和應用將成為車輪獨立驅(qū)動電動乘用車的一個非常具有前景的解決方案。

在國家863和北京市科技項目的支持下，北京理工大學于2009年5月，成功研制了裝備“雙電機獨立驅(qū)動裝置”的純電動乘用車樣車。該樣車裝備新型磷酸鐵鋰電池和永磁同步電機、電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，實現(xiàn)了整車網(wǎng)絡化控制，最高時速可以達到120km/h，續(xù)航里程超過200km，支持外部快速充電和車載220V充電模式，可以實現(xiàn)電池的快速更換，自主研發(fā)的整車控制策略可以滿足整車的功能要求，達到了功能驗證的目標，證明整車及驅(qū)動方案完全可行，在改造過程中對車身結構改變非常少，不影響整車結構性能，改造工作量不大，證明了方案對成熟燃油車型的電動化改造具有顯著優(yōu)勢。2010年還基于雙電機方案研制出小型純電動轎車樣車，整車重量不超過900千克，完全滿足城市上下班的功能需求，并可以達到申請國家6萬元財政補貼的技術要求，預測批量成本可以控制在十萬以內(nèi)，有非常好的市場前景。

綜上所述，純電動乘用車已被普遍認為是可以大力發(fā)展的新能源車型，近年動力電池、驅(qū)動電機技術的飛速進步為整車性能的大幅度提高奠定了基礎。以日本為首的發(fā)達國家已經(jīng)逐漸完成中高速純電動乘用車的技術準備階段，開始投放市場，國內(nèi)與其相比存在一定差距。國內(nèi)應把握純電動乘用車的正確發(fā)展方向，抓住機遇自主創(chuàng)新，抓緊整車技術標準體系的建立，為電池電機等關鍵部件的突破和應用提供高水平的平臺，加快純電動乘用車關鍵部件的研制工作，形成可靠性好、效率高的系列部件產(chǎn)品及配套體系，為整車的產(chǎn)業(yè)化奠定基礎。

純電動商用車在污染問題比較嚴重的大中城市有著廣闊的應用空間，能集中有效的解決傳統(tǒng)燃油機動車的污染排放問題，對電池和電機技術要求符合國內(nèi)部件的技術現(xiàn)狀，同時便于基礎設施建設和政府支持，可以作為先期發(fā)展的新能源車型。我國已開始形成完全自主的技術標準體系，積累了寶貴經(jīng)驗和技術基礎。

純電動乘用車預期規(guī)模巨大，是中國汽車工業(yè)的發(fā)展機遇，但(中高速)純電動乘用車對部件要求高，我國面臨著國外汽車跨國公司的巨大的壓力和挑戰(zhàn)，在和國外差距不是很大的情況下，應堅持走中國自己的技術路線，爭取形成自主的標準體系，在政府支持下做大做強，避免重復傳統(tǒng)汽車引進消化再引進的老路。