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將來的新能源汽車到底是純電動(dòng)、混合動(dòng)力還是燃料動(dòng)力鋰電池汽車的天下?

鉅大鋰電  |  點(diǎn)擊量:0  |  2021年08月29日  

現(xiàn)如今車企正在經(jīng)歷一場重大變革,以新能源汽車為主力已經(jīng)在全球形成了共識(shí)。傳統(tǒng)車企紛紛轉(zhuǎn)型,推出全新的戰(zhàn)略;新造車勢力也如雨后春筍般出現(xiàn),想要在市場變革時(shí)期搶占一份先機(jī)。然而,這些車企都面對(duì)著發(fā)展的根本問題。


將來的新能源汽車到底是純電動(dòng)、混合動(dòng)力還是燃料動(dòng)力鋰電池汽車的天下?


以當(dāng)前的技術(shù)水平來看,這幾種能源的技術(shù)都并不完美,它牽扯到了配套基礎(chǔ)設(shè)施技術(shù)、政府政策、能源開發(fā)技術(shù)、電網(wǎng)發(fā)展、自動(dòng)駕駛技術(shù)的進(jìn)展、甚至是國際政治走向等諸多因素。至少在目前,誰都不能確定哪一種能源技術(shù)將會(huì)成為將來的主流發(fā)展方向。


不過我們至少可以就現(xiàn)階段幾種動(dòng)力技術(shù)的優(yōu)劣進(jìn)行分解,至少在將來到來之前可以做到心中有數(shù)。


(圖片來自DevelopmentoftheFuelCellVehicleMirai-IEEJ)


一、純電動(dòng)汽車


優(yōu)點(diǎn)


1、從驅(qū)動(dòng)效率上來講,給電池充電到電池驅(qū)動(dòng)電機(jī)的過程中能量損失極少,而化石燃料燃燒驅(qū)動(dòng)汽車內(nèi)燃機(jī)齒輪的效率遠(yuǎn)不如電池驅(qū)動(dòng)來得高,所以理論上來說,僅考慮能源轉(zhuǎn)化流程,電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)車輛的成本和排放相比于傳統(tǒng)燃油車都要低得多;


2、電力的來源是多種多樣的:可再生能源如水電、核電等,相比火電污染小,成本低,而且在可繼續(xù)使用上比化石燃料有利得多,甚至還可以利用分布式的家用太陽能發(fā)電設(shè)備實(shí)現(xiàn)家庭汽車能源的自給自足。假若真的化石燃料被用盡,惟有純電動(dòng)的行車方式可以完全不影響出行;


3、社會(huì)用電存在波峰和波谷。在凌晨時(shí)段,用電量很低,很多機(jī)組容量被浪費(fèi),而此時(shí)正適宜用多余的機(jī)組容量給汽車充電;


4、純電動(dòng)汽車完全沒有內(nèi)燃機(jī)的高噪音和振動(dòng),也沒有燃?xì)馊紵臅r(shí)滯,極為靜謐平順,且動(dòng)力應(yīng)和極為迅猛。加之電動(dòng)機(jī)低轉(zhuǎn)速扭矩很大,純電動(dòng)汽車的性能可謂是很強(qiáng)的;


5、純電動(dòng)汽車的緊要成本是電池,而電機(jī)成本較低,所以在汽車驅(qū)動(dòng)方式上有更多的選擇。比如,新增一個(gè)電機(jī)就能夠很容易在沒有傳動(dòng)軸和中央差速鎖(鎖定前后軸的轉(zhuǎn)速差)的情況下低成本的實(shí)現(xiàn)四驅(qū),而且前后軸動(dòng)力分配可以很容易從0:100到100:0之間任意切換且沒有時(shí)滯。更進(jìn)一步的來說,得益與電控技術(shù)的提高,純電動(dòng)汽車還可以實(shí)現(xiàn)輪轂電機(jī),四個(gè)電機(jī)筆直驅(qū)動(dòng)四個(gè)車輪,這樣車輛轉(zhuǎn)彎時(shí)的差速問題也得以處理,一般汽車的傳動(dòng)軸,差速器都可以取消,轉(zhuǎn)彎半徑可以無限小,側(cè)方停車甚至可以采用橫向進(jìn)入的方式。同時(shí)四個(gè)輪子可以分別控制動(dòng)力,在傳動(dòng)方面大大降低成本,顛覆性的提升性能。而且由于電池布置在車底,可以大幅改善操控,也可以新增儲(chǔ)物空間;


6、目前電力設(shè)施分布密度已經(jīng)極高,成本極低,充電設(shè)施很容易發(fā)展。在一些落后地區(qū),可能加油站還沒有普及,但充電條件卻可觀得多,只要稍加改造,即可為汽車充電。即使在發(fā)達(dá)的城市地區(qū),充電設(shè)備的布置也比加油設(shè)備容易得多,達(dá)到高密度也相對(duì)更容易,例如每個(gè)停車計(jì)時(shí)器稍加改裝就有可能成為充電樁;


7、純電動(dòng)汽車使用的鋰離子電池等電池技術(shù)已經(jīng)大規(guī)模使用在電子電器等行業(yè),已經(jīng)相對(duì)成熟;


8、純電驅(qū)動(dòng)使得全自動(dòng)電控變得更容易,車聯(lián)網(wǎng)、自動(dòng)駕駛技術(shù)等更容易實(shí)現(xiàn)。


劣勢


1、充電速度問題。燃油和混合動(dòng)力汽車只要花幾分鐘的時(shí)間,就可以達(dá)到上千公里的續(xù)航里程。而電動(dòng)汽車充電技術(shù)再快,也遠(yuǎn)遠(yuǎn)比不上加油的速度,而且成本還要比加油站高很多。倘若采用換電池的辦法,一、目前各個(gè)車企電池標(biāo)準(zhǔn)很不統(tǒng)一;二、目前車用電池還遠(yuǎn)遠(yuǎn)無法做到輕便、便攜,拆卸也較為麻煩;三、成本較高。不過倘若將來純電動(dòng)汽車的電池可以像電動(dòng)自行車那樣統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)、充電便利,這部分需求還是相對(duì)容易滿足的;


2、續(xù)航里程問題。受限于電池的成本、重量、技術(shù),電動(dòng)汽車普遍續(xù)航里程較低。目前燃油車普遍高速續(xù)航能力在一千公里左右,而目前市面上純電動(dòng)汽車最大續(xù)航里程也沒超過500公里,相比于傳統(tǒng)燃油車依然劣勢分明;


3、電池壽命問題。由于鋰離子電池的特性,完全充放電會(huì)對(duì)電池壽命有較大影響。而純電動(dòng)汽車因?yàn)殡姵乩^續(xù)輸出電力,無法像傳統(tǒng)混合動(dòng)力相同淺充淺放,壽命遠(yuǎn)遠(yuǎn)短于傳統(tǒng)混合動(dòng)力的電池包;


4、電池成本問題。因?yàn)槟壳半姵氐哪芰棵芏冗€較低,所以目前純電動(dòng)汽車的價(jià)格都較高。加上電池壽命有限,這使得通過省油回收成本變得幾乎不可能。所以純電動(dòng)汽車的銷量,目前還要依賴政府的高額補(bǔ)貼;


5、電池污染問題。因?yàn)殡姵貕勖膯栴},同樣使用15年30萬公里左右(差不多是傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)車和常規(guī)混合動(dòng)力車的壽命),純電動(dòng)汽車要使用三組巨量的電池,這會(huì)出現(xiàn)巨大的污染,就現(xiàn)階段的技術(shù)而言,遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了內(nèi)燃機(jī)排放的污染;


6、充電設(shè)施問題。因?yàn)榧矣贸潆娝俣容^慢,且無法在外出時(shí)使用,純電動(dòng)汽車的普及一定程度上依靠著充電樁的建設(shè)。早期建設(shè)充電基礎(chǔ)設(shè)施期間用戶較少,也要政府的高額補(bǔ)貼才能完成建設(shè)。


實(shí)際在汽車普及早期,純電動(dòng)汽車曾經(jīng)跟內(nèi)燃機(jī)汽車并存過一段不短的時(shí)間(早期還有蒸汽動(dòng)力三足鼎立)。開始內(nèi)燃機(jī)汽車?yán)m(xù)航里程優(yōu)點(diǎn)較小,且加油站還沒有建設(shè)起來,而噪音、尾氣、振動(dòng)都很嚴(yán)重,發(fā)動(dòng)汽車還要像拖拉機(jī)相同手搖,所以直到20年代,美國的上層女性都還是普遍選擇電動(dòng)汽車為多。但是因?yàn)橛捎谒拇笥矀潆娝俣?、續(xù)航、壽命、成本,電動(dòng)汽車最終被內(nèi)燃機(jī)取代。時(shí)至今日,出行對(duì)續(xù)航的需求遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于20世紀(jì)早期,處理純電動(dòng)汽車的劣勢則顯得更為急迫。


機(jī)遇


1、政府支持:我國政府出于鼓勵(lì)自主公司發(fā)展的原由,以及針對(duì)農(nóng)村加油設(shè)施的情況,對(duì)純電動(dòng)汽車的發(fā)展支持力度較大。在如此大的優(yōu)惠力度下,特別是乘用車的普及上,純電動(dòng)汽車推進(jìn)成功的可能性還是很高的。


2、只要充電技術(shù)、電池容量密度兩者中有一個(gè)取得重大沖破,續(xù)航焦慮和電池更換成本的問題就可以處理。


就充電技術(shù)來說,充電站倘若變得通用、便宜而非常普及,可以處理充電的問題。而倘若無線充電技術(shù)變得效率更高而且成本很低,使得高速公路上可以有一條車道安裝這種設(shè)備,純電動(dòng)汽車一邊行駛一邊充電,這個(gè)問題也可以得到處理。


倘若電池在先有的體積重量和成本上能夠承載更高的能量,就能夠新增續(xù)航能力,從而進(jìn)一步壓低電池成本;又或者電池體積重量下降,節(jié)省驅(qū)動(dòng)要的能量,在成本大幅降低的同時(shí)小幅新增續(xù)航并降低能耗,也能夠推動(dòng)電動(dòng)汽車銷量上漲并進(jìn)一步降低成本。


3、自動(dòng)駕駛技術(shù)倘若極為成熟,出租車的成本將變得極低,很多人可能會(huì)放棄買車而采用預(yù)約自動(dòng)駕駛出租車作為出行的緊要方式,這樣人們不再要很長的電動(dòng)汽車?yán)m(xù)航里程,電動(dòng)出租車可以自行靈活安排接送顧客,且可以送完人后自行到成本很低的立體式停車場中停車。


挑戰(zhàn)


1、純電動(dòng)汽車普及后,電價(jià)又將是一個(gè)新的課題。倘若電價(jià)也像油價(jià)相同漲幅劇烈,電動(dòng)汽車的普及又將面對(duì)一個(gè)新的難題;


2、電池污染倘若得不到有效改善,社會(huì)意識(shí)到純電動(dòng)汽車更不環(huán)保,純電動(dòng)汽車也會(huì)不再獲得酷愛。


二、插電混合動(dòng)力


優(yōu)點(diǎn)


1、經(jīng)濟(jì)型插電混合動(dòng)力的理念,是通過比純電動(dòng)汽車更小的電池包,來保證城市通勤的要,同時(shí)通過內(nèi)燃機(jī)的存在,來供應(yīng)長途旅游的可能,減少電池用光的焦慮。因?yàn)橥ㄇ诶锍梯^短,所以插電混合動(dòng)力的里程可以惟有20-60公里,但卻處理了人們的續(xù)航焦慮問題;


2、性能方面,插電混合動(dòng)力車型有一個(gè)可繼續(xù)輸出電力的電池,可以更好的同時(shí)利用內(nèi)燃機(jī)和電動(dòng)機(jī)來提升性能,并實(shí)現(xiàn)偏高轉(zhuǎn)效率的內(nèi)燃機(jī)和偏低轉(zhuǎn)效率的電動(dòng)機(jī)的互補(bǔ),同時(shí)也能更加有效的實(shí)現(xiàn)低成本高性能的四驅(qū)。因?yàn)殡姵匕亓扛?,也更加有利于降低重心,改善配重。同時(shí)一定程度上還能通過設(shè)計(jì)降低對(duì)變速箱承受扭矩的要求,降低制造高性能車的門檻;


3、因?yàn)椴咫娀旌蟿?dòng)力車的電池包小了很多,更換成本也就低了很多。而且日常汽車使用大部分里程是城市通勤,這樣即使電池壽命仍舊有限,通過純電行駛也是大有可能的;


4、插電混合動(dòng)力因?yàn)殡姵厝萘枯^小,對(duì)充電速度要求較低,可以先較好的利用先有的民用充電設(shè)施,特別是家用充電設(shè)施為汽車進(jìn)行充電。等到插電混合動(dòng)力車型變多以后,市場足夠大,更多的商業(yè)充電樁就可以由市場自行建立;


5、插電混合動(dòng)力的核心技術(shù)在傳統(tǒng)汽車行業(yè)已經(jīng)有足夠的積累,市場也更容易接受。無論從加工方還是消費(fèi)方都相對(duì)容易過渡;


6、插電混合動(dòng)力相有關(guān)純電動(dòng)汽車更易于普及,這樣無論在消費(fèi)模式的改變上、電動(dòng)汽車技術(shù)上加工規(guī)模帶來的成本降低上、充電設(shè)施的建立上,都可以為純電動(dòng)汽車的普及做很好的鋪墊。


劣勢


1、插電混合動(dòng)力車因?yàn)閮?nèi)燃機(jī)的存在,隔音等各方面的成本仍舊較高,總體成本還是要高于純電動(dòng)汽車;


2、用并聯(lián)和混聯(lián)模式發(fā)展插電混合動(dòng)力,并不能減少變速箱的存在,進(jìn)一步新增了插電混合動(dòng)力車的成本。使得車企或減少純電續(xù)航里程,或進(jìn)一步提高售價(jià)。而用串聯(lián)模式發(fā)展插電混合動(dòng)力(即增程模式),在蓄電池電量耗光后,噪音性平順性和油耗排放相比并聯(lián)和混聯(lián)模式有劣勢。而無論哪種混動(dòng)方式,在平順靜音、動(dòng)力應(yīng)和、能耗排放上,插電混合動(dòng)力都比不過純電動(dòng)汽車;


3、因?yàn)榧冸娦旭倿橹?,還是很難淺充淺放(甚至因?yàn)橛袃?nèi)燃機(jī)后備,電量更容易被用光),仍舊存在電池壽命的問題。


機(jī)遇


純電動(dòng)汽車無法處理續(xù)航焦慮,而化石能源已然價(jià)格居高不下,插電混合動(dòng)力就會(huì)長期存在。


挑戰(zhàn)


政府長期因?yàn)閷?duì)民眾購買插電混合動(dòng)力車型只當(dāng)傳統(tǒng)動(dòng)力車駕駛,不能充足降低油耗的考慮,沒有以更好的政策推廣插電混合動(dòng)力車。


三、氫燃料動(dòng)力鋰電池


優(yōu)點(diǎn)


1、沒有續(xù)航和能量再洋溢的問題,不存在續(xù)航焦慮,所以不要消費(fèi)者改變用車習(xí)慣;


2、性能方面的潛力與純電動(dòng)汽車相同,且沒有純電動(dòng)汽車的笨重的電池包對(duì)性能和能耗的不良影響;


3、不存在像純電動(dòng)汽車由于大容量電池所帶來的電池壽命、成本、以及高污染的問題;


4、排放接近于零,可以忽略。


劣勢


1、目前大部分氫燃料動(dòng)力鋰電池的綜合能量轉(zhuǎn)化率遠(yuǎn)沒有純電動(dòng)高:倘若是可再生辦法,效率一般較發(fā)電為低,相比純電動(dòng)浪費(fèi)能源,新增行駛成本;倘若是化石能源生成,即使是副產(chǎn)物,也總歸是出現(xiàn)污染的加工過程的副產(chǎn)物;倘若是電力制氫,白白新增一道造成能量損耗的工序。綜合起來,單就行駛的能源消耗可能沒有純電動(dòng)或插電混動(dòng)經(jīng)濟(jì)環(huán)保;


2、氫燃料動(dòng)力鋰電池技術(shù)還不夠成熟,成本較高;


3、目前缺乏加氫的基礎(chǔ)設(shè)施,而且不像汽車充電起步初期可以利用家庭設(shè)備推動(dòng)普及,慢慢擴(kuò)展到公共充電樁和大型快速充電站,氫燃料的使用只能一步跨到大型加氫站,早期基礎(chǔ)設(shè)施推廣阻力較大。


機(jī)遇


一旦氫燃料動(dòng)力鋰電池技術(shù)取得重大沖破,成本大幅降低,大幅度的推廣就成為了可能。


挑戰(zhàn)


由于國際形式,國內(nèi)相對(duì)限制氫燃料動(dòng)力鋰電池汽車的發(fā)展,導(dǎo)致無法補(bǔ)貼足夠多的加氫站設(shè)施,使得氫燃料動(dòng)力鋰電池普及進(jìn)入死循環(huán)。


四、總結(jié)


通過分解我們不難看出,插電混合動(dòng)力汽車更多是為純電動(dòng)汽車的普及做鋪墊,早晚還是會(huì)面對(duì)淘汰的下場;動(dòng)力鋰離子電池雖然存在著充電速度、續(xù)航、壽命、成本的四大硬傷,但相比于燃料動(dòng)力鋰電池短時(shí)間內(nèi)無法處理成本問題,而乘用車的售價(jià)又是影響市場推廣的緊要因素,將來乘用車市場依舊會(huì)是純電動(dòng)汽車的天下。


對(duì)商用車來說,如大巴、物流車、叉車和重卡等,在使用燃料動(dòng)力鋰電池上已經(jīng)取得了一定成效,將來應(yīng)當(dāng)仍會(huì)按照這個(gè)方向發(fā)展。


不過這個(gè)問題的答案也不絕對(duì),倘若動(dòng)力鋰離子電池可以依賴技術(shù)處理了快速充電和安全問題,或是燃料動(dòng)力鋰電池處理了成本問題,加氫站的發(fā)展速度可以超過充電站,新能源市場的歷史可能就會(huì)被改寫了。


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