新能源汽車新技術頗有亮點

作者:天驕   |   2015 / 01 / 12

文章來源:第一電動網   |   圖片來源:第一電動網


插電式混合動力車已經進入各級市場,未來會有穩定增長;多種有前途的電池正在研發之中,而這些電池只要有一種成功,就可以替代燃油車,迎來電動車時代。

國際上各大汽車廠商紛紛推出新車型。與以往不同的是,現在的新車不再是概念車,而是紮實的準備推向市場銷售,例如豐田的氫動力,寶馬、奧迪的插電式混合動力等都是實實在在上市的產品。在各國政府的大力推動和補貼之下,新能源汽車終於開始普及,而技​​術上2014年的新能源汽車也都有所突破。

一、電池路線的爭奪

Tesla路線的疑問

2013年,Tesla的松下NCA18650電池備受注目,電動車選用高容量高危險性電池,通過電池管理系統來解決充放電的一致性問題。通過硬防護來解決穿刺和擠壓引發的安全問題,Tesla路線在市場上也喧騰了好幾陣子。

2014年,Tesla流年不利,多起碰撞起火事故給人們敲起了警鐘。Tesla加速快,底盤穩,續航長的這些優點都離不開它底盤的NCA18650電池。Tesla的電池管理系統再先進,也只能解決充放電過熱起火爆炸的問題,解決不了碰撞。

而底盤本身是一個容易被碰撞的位置,正面Tesla已經做了很強的防護,但是來自側面、底部的碰撞Tesla並沒有防範到位,引發了一系列起火事故。雖然Tesla增加了防護措施,也在繼續銷售,但是我們還是提出疑問,Tesla的高風險、高防護、高性能的電池技術路線真的正確嗎?

氫電池的元年

12月15日,豐田在日本發售FCV(燃料電池車)“MIRAI”。價格為723.6萬日元(含稅),享受國家補貼後,消費者實際負擔的金額在520萬日元左右,約新台幣150萬元。

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豐田MIRAI氫燃料電池車

氫燃料電池汽車在概念了很多年之後,終於上市看到了產品,成為消費者花錢就可以買到的汽車。

氫燃料電池在技術上其實比較成熟,問題在於氫製造、儲存、傳輸的產業鏈以及高昂的成本。豐田“MIRAI”背後,是日本東麗碳纖維技術的進步,材料成本下降讓高壓儲氫的成本下降,消費者最終可能買得起,但是這只是第一步,氫燃料電池要用起來,整條產業鏈如何搭建,成本如何控制才是關鍵。

不過,有了開始總是好的,氫電池可以讓人們用核能、風能、太陽能來產生氫氣,擺脫對石化燃料的依賴,也能避免空氣污染,只是目前的成本還太高,還需要幾年來一步步成長。

看上去很美的石墨烯電池

現在電動車替代燃油車最大的問題在於里程焦慮,其實里程焦慮是個偽命題。汽油車也有里程問題,不過加油站可以迅速補充燃油,恢復續航罷了。

理論上電動車充電站同樣可以解決問題,但是電動車充電時間遠遠長於燃油車加油,這才有了里程焦慮。氫燃料電池,其實就是用加氫替代充電,達到快速補充續航的目的。這個思路的解決辦法還有石墨烯電池和液流電池。

石墨烯這個東西被炒得很熱,但是目前還沒有地方能做出工業化的應用來。比較靠譜的一個是相機的CMOS,一個是電池的負極材料。石墨烯有很大的比表面積(顆粒狀物質之總表面積),可以攜帶更多的鋰離子,得到和失去鋰離子的速度都很快,這種特性給鋰電池增加容量,加快充放電速度提供了物理基礎。

但是在試驗中,石墨烯做負極的鋰電池循環壽命很差,充放電快,但是兩次就失效了,顯然是不能用的。於是人們就開始研發各種各樣的複合材料來做負極,試圖找到一種材料,能把充放電速度快、長循環壽命、高能量密度,低成本結合起來。各大實驗室都有很多相關論文,但是能實用化的東西還沒有,近期,西班牙世界報發新聞說西班牙某大學研究出一種石墨烯電池,在高充放電速度的同時,還有更長的循環壽命、更高的能量密度和比目前鋰電池更低的成本。德國汽車企業將開始試驗。

如果報導屬實的話,那麼這種電池很有前途,也許將改變電動車的命運,如果加油時間和充電時間一樣,那麼充電站就可以替代加油站,電動車也就能真的替代燃油車。

研發中的液流電池

快速充電還有一個路線是換電解液,這就是液流電池的方式,正極負極都是液體材料,充電就是抽舊換新,這樣也能達到快速充電的目的。

液流電池是成熟的工業化技術,但是能量密度太低,用在電站上比較多。2014年,有一家叫NanoFlowcell AG公司推出液流電池汽車,從其給出的技術指標看,似乎是做到了很高的能量密度,可以實用化,目前車輛已經開始測試。此外,麻省理工的華裔科學家蔣業明(也是著名的A123磷酸鐵鋰電池公司的創始人之一)研製出來了半固態鋰液流電池,通過半固態材料來提升液流電池的能量密度,實驗室已經驗證,商用正在研究。

這條路線看起來也不錯,也是充電換液替代加油的思路,成熟度還有待考證,畢竟還沒有一台液流電池汽車上市。2014年,傳統的鋰電池沒有太大進步,但是一系列能替代燃油的電池技術已經出現並且進入測試階段,也許未來幾年,就會有一種或者幾種技術成熟,進入小規模商用,電動車的時代也會真正開啟。

二、插電式混合動力車的興起

雖然2013年話題十足的是Tesla的純電動車,但是2014年各個廠商研發上市的卻是插電式混合動力車。

筆者認為這是對目前基礎設施妥協的結果,畢竟汽柴油的生產、加工、運輸、儲藏、加油已經是完整的產業鏈,電動車充電樁尚沒有普及,有充電焦慮的純電動車更像是玩具,而非實用的生活工具。所以寶馬的i8、奧迪的A3-etron都是插電式混合動力車,i3是增程式,比亞迪熱賣的秦和即將上市的唐等插電式混合動力車。

傳統汽車的插電化

從技術路線看,奧迪A3-etron是奧迪長期技術儲備的結果,用奧迪R8 etron的電池控制技術,加上奧迪A6、Q5混合動力版的電機、發動機技術,組合起來就是奧迪A3-etron。

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奧迪A3 etron

從傳統的燃油車到混合動力車,再到新能源的插電混合動力,傳統汽車廠商在技術儲備充分的情況下可以很輕鬆的過渡過來,混合動力版無非加個電機,插電混合動力版無非是稍微改改,增加百十公斤的電池而已。

這意味著,未來很多車型都可以改出來一個插電混合動力的版本,在充電條件俱備的情況下,市內短途純電驅動拒絕污染將成為潮流。

新能源的營銷噱頭

寶馬i8則是新概念跑車,i8雖然是插電混合動力,但是定位在不差油錢的高端市場,插電新能源只是個營銷噱頭。寶馬i8還是一部駕駛者之車,從重心分佈到動力響應的特殊設計,處處考慮駕駛品質(寶馬i8的發動機專門串聯了一個小電動機,以提升動力切換的平順性)。

寶馬i8的出現,說明奢華跑車也在掛新能源的概念,新能源已經可以當作一個噱頭迎來營銷。

實用化的新能源

雖然比亞迪不是大牌,但是秦是2014年中國賣得最好的插電混合動力汽車。而秦的特點是實用化,在國家補貼、限牌、免購置稅的三大補貼政策下,插電式混合動力車汽車終於有了性價比。秦的混合動力結構是強調性能的,在純電下,秦還有很好的駕駛品質。

用電動機技術彌補發動機的短板,提升用戶體驗,是中國新能源汽車突破點。高成本的缺點被三大補貼政策解決,秦就真正熱了起來。如果,國家支持的方向不變,未來會有更多的插電車型走進中國家庭。

三、電控技術的進步

在2013年,除了保時捷918這種超級跑車,電動車大多只是前輪或者後輪由電機驅動,前後輪同時驅動需要協調動力,難度較大,大多數廠商都不採用。

2014年Tesla發布了D系列,採用了前後雙電機的模式,這樣加速和啟動可以更快,而且兩個電機可以平衡出比較寬的高扭矩區間,在不使用變速箱單極變速的情況下,可以保持很好的平順性。

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Tesla雙電機四驅版Model S

無獨有偶,比亞迪的唐也採用前後雙電機,而且唐還有一個發動機參與驅動,控制更為複雜一些。此外,寶馬i8、沃爾沃的前電機後發動機,也都需要很好的協調。

在前幾年,只有極少數車輛採用這種模式,2014年則到處開花,這說明了電控技術的進步。理論上,電動車最佳的驅動方式應該是四個輪邊電機直接驅動車輪,這樣效率最高,但是控制最複雜,2014年我們向最佳模式又邁進了一步。

2014年新能源汽車已經站在新時代的門檻,現有技術下插電式混合動力車成功已經進入各級市場,未來會有穩定的增長;在新技術領域,多種有前途的電池正在研發之中,而這些電池只要有一種成功,就可以替代燃油車,迎來電動車的時代。

未來,觸手可及。(天驕)

第一電動網授權轉載》

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