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 当前位置: 首页>行业新闻>中稷铭洋韩建方:谈第三代电动汽车冷机技术对续航里程的改变

世纪以来,电动汽车呈现爆发式发展态势。欧洲、日本、美国和中国四大集团在短短的十年之中一起发力,向电动汽车取代传统燃油汽车的目标发起了最后冲锋。

目前,全球汽车巨头都殚精竭虑地角逐电动汽车战场,无不使出浑身解数力争获得未来电动汽车技术的领导权,在这场竞赛中,虽然中国在2015年取代美国成为新能源汽车销量排名的世界第一,2016年这一优势进一步扩大,但这仅仅是因为政府的补贴政策刺激出的结果,数量上的优势并不意味着技术上的领先,中国汽车企业在核心技术上却并没有太多的建树和重大的突破,欧洲也同样,主流电动汽车的核心技术主要有日系和美系两大分支。

日产聆风电动汽车

目前,全球电动汽车市场异彩纷呈,诸多品牌争奇斗艳,但所有的在售纯电动汽车产品所遵循的不外乎两条大相径庭的技术路线,这两条路线对构建未来电动汽车的生态系统都有截然不同的判断和设计策略,从而形成了两个截然不同的技术体系。

1. 以日产聆风为代表的日本技术路线,也可称为纯电动汽车的1.0版或第一代电动汽车。其特征是:

① 它来源于日本最擅长的混合动力汽车,因而具有混合动力汽车的创作逻辑和“胎记”。

② 日产聆风技术方案认为在制造成本和续航里程这两个选项中,应该更倾向于较低的制造成本,而牺牲掉较长的续航里程,这一点与混合动力汽车的理念完全相同。因此,纯电动乘用车不应装载过多容量的电池,20~25kwh足矣,虽然续航里程不超过200公里,但整车售价却有望压缩在同规格燃油车的2倍以下,这样才能被宽容性市场接受。

③ 而电动汽车的动力输出应该与同款式燃油汽车相当,安装1.6L发动机的A级车改用电能作为动力,换算出的单速比电动机最大输出功率就应该达到80KW左右。在这种前提下,用20kwh左右的电池去驱动最大功率80kw左右的电机,就必须延续混合动力汽车的方案采用倍率型电池,电池的放电倍率特性就应该达到10C。

④ 电能补给方式应该选择快充模式,而储量较小的电池在技术上更容易实现快充,目标是在10分钟内可充满80%,这样就可以弥补续航里程不足所带来的缺陷。

这就是日产聆风(电动汽车1.0版本)完整的技术体系。中国除了比亚迪外的绝大部分车企在日产聆风问世以后都不约而同地采用了与燃油汽车相同的跟随策略,都接受了日产聆风的技术方案,而且产品也都是日产聆风的模仿版。

这个技术体系是否可行,取决于两个条件:一是10分钟快速充电技术取得突破。倘若如此,这个技术体系才堪称完美。二是电池寿命足以使车辆行驶30万公里,实现电池与车辆同寿命。

因此,日本四大车企与十几个专业公司自2008年起就成立快充协会,并设立了十几亿美元的快充技术开发基金,遗憾的是,经过6年的研发,烧掉十几亿美元后,事实证明大电流快充无法与电池内导体、电解液、隔膜和极耳的电流通过能力相匹配,无法阻止给电池带来的损伤,快充不具有技术上的可行性(目前中国车企和特斯拉所提供的快充模式,已经不是真正意义的快充,而是中速充电)。因此,日本的快充协会在2014年解体,并导致日本车企一度放弃对锂电汽车的研发而转向主攻燃料电池汽车。

而电池的里程寿命是一次充电续航里程与电池的循环周次的乘积,在续航里程不足200公里的前提下,同样的循环周次所能实现的电池里程寿命就非常之低。日产聆风在东京投放的150辆出租车不到3年,续航里程就衰减到几十公里。事实说明,这个技术路线在两个关键性环节上都遭受到了巨大挫折。

2. 以特斯拉model为代表的技术路线,也可称为电动汽车的2.0版本或第二代电动汽车。这条技术路线的特征是:

① 在续航里程与整车成本的选项中,更倾向于选择较高续航里程,而牺牲掉较低的整车成本。400km以上的续航里程基本上解除了用户的里程焦虑,但整车的售价也成倍增长,使产品成为了“富人的玩具”。即使如此,也能培育出具有一定规模的“小众市场”。

② 要使车辆有足够的续航里程,就必须装载容量较多的电池,电池容量甚至达到日产聆风的4倍,就可摊薄单体电池的放电电流,3C放电就足够了,因此,就没有必要使用高倍率电池,而是匹配高能量电池——这是电动汽车2.0版本的重要特征。

③ 由于电池装载量较大(90Kwh),10分钟快速充电(6C)在技术上就更加困难。要对装载90kwh电池的车辆进行10分钟快充,不仅电池会遭受不可逆的伤害,而且充电器的功率必须达到500kw以上,一个充电器就需要匹配一个630kva的独立变压器,如果在一个停车场安装10个快速充电装置,连电网都无法承受。因此,10分钟快充不适合2.0电动汽车,特斯拉与车辆相匹配的电能补给方式就是以慢充为主,以名为快充实为中速充电为辅的充电方式。

④ 特斯拉model由于续航里程提高到400km以上,即使夏季开空调、冬季开暖风仍能续航300km左右,基本上可以满足车主的心理需求。较长续航还可以产生更重要的结果:假设特斯拉model和日产聆风所用电池循环周次相同,都是1000次循环,而电池的里程寿命则是循环周次与续航里程的乘积,前者电池的里程寿命就是40万公里,比后者的16万公里大幅度提高。

而实际上因为日产聆风的电池负荷相当于特斯拉model的3倍,导致其电池的循环寿命比model低25%,其里程寿命就只能达到12万公里,结果就是特斯拉技术体系的电池里程寿命就超过了日产聆风3倍——虽然车主在前期要付出较高价格购买车辆,到后期就免除了更换电池的费用,从这一点来说,第二代电动汽车比第一代电动汽车更具有长远眼光。

以上就是特斯拉model(电动汽车2.0版本)的完整技术体系。中国的比亚迪是在日产聆风、特斯拉model还没有问世时,就采用了有别于日产聆风,而与特斯拉相近似的技术,区别是采用了倍率型的铁锂电池,在更新为能量型三元电池后,就与特斯拉技术基本一致了。而中国的其它车企,模仿日产聆风N年后,直到近2年,才摒弃了聆风技术而向特斯拉技术体系靠拢。

但是,特斯拉model(电动汽车2.0)仍然存在许多致命缺陷:

(1)车辆的长续航与低廉价格不可兼得,昂贵的售价使其无法进入平民车市场,虽然特斯拉要开发3.5万美元售价的A级车,但势必牺牲掉400km以上续航的原有优势。

(2)装载60-100kwh电池来维持高续航,就必须使用高能量电池,单体电池的能量密度就应该大于200wh/kg,甚至超过300wh/kg。但随着电池能量密度的提高,其工作时的温升就会更加剧烈,安全性随之变差。因此,就必须对电池进行温度管理,甚至用制冷方法使其降温。其结果反而增加了电池箱的重量、增加了整车成本和用电负荷,降低用电效率,安全性仍然存在重大隐患。

(3)由充电桩来提供电能补给,其效率极低。一个拥有200万辆机动车的城市,建设10万个充电桩对于少数车辆来说,是可以满足需求的。但如果电动汽车的数量上升到机动车保有量的50%,要为100万辆电动汽车提供充电桩和充电车位,就完全没有可能性。尤其是对营运车辆来说,漫长的充电时间会挤占其出勤时间,这是出租车和网络约车车主不可接受的。而营运车辆的运行强度和废气排放是私家车的5-10倍,若不能为营运车辆提供高效率的电能补给,就意味着这样的技术体系不完美。

(4)对私家车来说,30万公里的电池里程寿命已经基本令人满意,但对营运车辆来说,单班出勤的出租车每日行驶300公里左右,双班出勤的出租车每日行驶500公里左右,年行驶10-16万公里,按照2.0电动汽车的电池里程寿命计算,2-3年电池就达到了30万公里的寿命极限,就无法正常使用了,在8年的车辆使用期内,需要更换2-3次电池组,这是任何一个出租车主也不愿意承受的。因此,特斯拉技术体系无法适应出租车行业的要求,而这个行业,才是考验电动汽车的“试金石”。

比亚迪在踌躇多年后,终于在太原建成了电动出租车全面替代燃油出租车的样板工程,但经过不到一年的试验,已经暴露出来了诸多问题,车辆昂贵的价格迫使政府为高出燃油车售价的部分买单,和出勤率大打折扣就是无法克服的重大缺陷,随着试验的延续,电池寿命的问题就逐步暴露出来,最终将导致这个样板工程无法在其它城市复制推广。

综上所述,无论是1.0版本(日产聆风)还是2.0版本(特斯拉)的电动汽车都不是可以取代燃油汽车的电动汽车终极方案。

第三代电动汽车技术体系

第三代电动汽车是中国原创技术的结晶,它是由清华大学经济学研究中心蔡继明教授领导的电动汽车研发小组,由韩建方特邀高级研究员领衔,历经7年时间攻坚克难、艰苦研发的技术成果。该成果在两款电动汽车样车上得到了充分的体现,这两款电动汽车分别是基于凯翼C3平台开发的工况续航340(单体电池容量为2.2ah)、390km(单体电池容量为2.6ah)的换电模式电动三厢轿车,和基于凯翼V3平台开发的工况续航430km(单体电池容量为2.2ah)、508km(单体电池容量为2.6ah)、625km(单体电池容量为3.2ah)的充电换电双模式电动7座SUV。这两款电动汽车在关键技术指标上已经明显超越了日产聆风和特斯拉model。