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日志

 
 

从轻型电动车到微型电动汽车  

2008-01-12 20:01:13|  分类: 电动车行业杂谈 |  标签: |举报 |字号 订阅

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 第一部分  发展电动汽车已成为国际汽车发展的新趋势

2005年,全国数百家企业的各种轻型电动车(含电动自行车)的总产量预计已经达到900万辆。绿源在过去的一年内共生产各种轻型电动车(包括电动自行车)近20万辆,一些关键的技术创新成果(如能量回收技术,新型节电模式,等等)也在产品中成功运用,企业取得了比较好的经营效果。在这个辞旧迎新的2006年春天,我们是不是需要再一次超越企业经营者的本分,从业者的角度来思考一些新的理论问题,探讨对电动车产业未来发展的新思路。

在石油资源日益短缺的大背景下,如何减少交通对石油资源的不可循环的消耗,发展电动交通工具,特别是促进发展电动汽车(EV)是世界性的重大课题,不仅是中国社会关注的话题,也是国际社会十分关注的重大问题。最著名的电动车促进计划就是PNGV计划,早在1993年9月23日,美国总统克林顿,在白宫正式宣布美国政府开始实施“新一代汽车合作计划”(Partnership for a New Generation of Vehicles)简称PNGV计划,为组织实施这个计划,美国政府每年拨款3亿美元,通用、福特、戴姆勒—克莱斯勒三大汽车公司每年投入10亿美元,该计划由美国副总统戈尔真接分管,总体协调,参加的政府机构有:能源部、交通部、国际部、商业部、航空航天局、环保总署等,还有地方州和市政府,参加的厂商遍及30个州,美国的许多名牌大学,国家研究机构、国家实验室也参加了这个计划,参加的单位共453个,研究计划包括758个子课题。每年春季由美国科学院研究委员会负责对该计划的成果提出评审报告。据当时的媒体报道,在美国总统克林顿看来,也许只有“阿波罗”登月计划可以与此相媲美了。

到了2002年9月,布什政府又制定了新的“Freedom CAR”计划来取代PNGV计划,其中CAR是 Cooperative Automotive Research(合作汽车开发)的缩写,进一步推动清洁汽车的开发。美国总统布什在2003年1月28日发表讲话公开支持Freedom CAR和氢燃料计划的研究,并建议投入12亿美元研发经费,同时,布什还进一步建议在未来的5年内共投入17亿美元针对以氢为燃料的燃料电池氢源基础设施以及先进车辆技术进行资助。

在日本,通产省于1991年制定日本的电动汽车发展计划,要求到2000年底在日本推广20万辆电动汽车,2000年当年的电动汽车产量达到10万辆。由于技术和成本的原因,日本的这一计划未能完成。但是,日本政府仍然大力支持电动汽车的研究及试用。96年又开始推动“低公害车开发普及行动计划”,不仅对各种专项研究给予大规范政府资助,而且制定了各种旨在促进清洁能源车辆推广普及的补助和免税行动。有资料称,1998财政年度,日本用于清洁能源汽车普及的金额约8亿美元。政府对各种EV和HEV提供的补贴大约为每辆车90-380万日元,按车型不同有所区别,还辅之以各种减负税收的优势政策。

在欧洲,欧盟90年代初就制定了FP(Framework Programme)系列计划和燃料电池研发计划(R&DD),旨在推动电动车产业发展。1994年12月,法国政府公开表示支持推广电动汽车,95年5月9日颁布各种旨在促进企业制造和消费者购买的补助政策。到了2002年,法国政府又开始实施新的电动汽车研究计划“PREDIT111—2002/2006”,总预算约5700万欧元,这个计划公布的电动车辆购买补助首次包括了电动自行车和轻型电动车(510欧元),对电动轿车的补助则高达3050欧元。其它欧洲国家如英国、瑞典等也十分支持电动车的开发,限于篇幅就不一一描述了。

总之,从克林顿时期著名的轰轰烈烈的PNGV计划,到布什政府的较为务实的Freedom CAR计划,再从日本的“低公害车开发普及行动计划”到法国政府PREDIT111计划,都体现出各国政府对EV产业的重金投入和官方主导性以及对EV产业的关切程度。我们不难看出,从上个世纪90年代初开始,经历了能源危机和关注环境污染危害的世界各国都十分期待电力交通时代的到来。

这十几年来,由于各国政府和民间力量的合力推动,EV和HEV在技术上取得了一些值得称道的成就,特别是在混合动力的HEV方面,HEV已经有一点商业化势头,目前,美国公布的节能目标是百公里油耗小于3升,各大企业都有一些符合要求的产品可以投放市场,但由于HEV仍然不能摆脱对石油消耗,被普遍认为是属于节能清洁型车辆的中间状态,而不是最终目标。作为真正的电动汽车,纯电动的EV和BEV却基本遭遇了严重的产业化失败。

纯电动汽车失败的著名例子有两个,一个是日本本田的Plus被停止开发,据《科技日报》2002年6月报道,本田公司从80年代起就开始了电动汽车的研究开发,1996年终于推出纯电动的EV车“Plus”,1997年“Plus”出租到美国,该车使用镍氢电池,最高时速130公里,但这种纯电动汽车终于由于各种“难题”而失败,本田公司已经停止了进一步的开发;

另一个著名的例子是最著名的美国通用的EVI的无奈结束。2003年11月,《科技日报》以醒目标题评论全电池电动汽车的命运:《无奈,无奈,无奈!胎死腹中的全电池驱动汽车》,该报驻华盛顿记者张孟军写道:“今年是全电池电动汽车的灭顶之灾年。不仅福特、戴姆勒—克莱斯勒、丰田、本田和日产等汽车制造公司全面停止了全电池电动汽车的生产,就连开发电动汽车最积极的通用汽车公司,在生产了1100辆双座EVI电池汽车后,也停止了电池电动汽车的开发和生产计划,并表示不再继续提供EVI电动汽车的出租业务。随即通用汽车公司将大约100辆EVI车送到纽约,用于研究在寒冷气候条件下电池性能,剩余车辆有些将送入博物馆,有些将被作为废金属处理”。 “通用公司说,每生产一辆EVI要花费8万美元(包括研发成本),而出租这种车每日的租费为350美元,纯属亏本生意,只好停产。”

至此,在美国,全电池电动汽车尚未问世就已夭折。

然而,同样是这个对电动车来说不平凡的2003年,在东半球的中国却经历了另外一种截然不同的景象。中国一大批毫不知名的小企业,开始了自己的电动交通的事业。1997年,从几家企业起步,总年产电动自行车不到2万辆,到了2003年,参加企业近千家,总年产量一举突破400万辆,6年增长超过200倍。更富有戏剧性的事件是,中国电动交通工具的事业一直是争议中前进,2002年北京市交通管理部门明确反对电动自行车上路,2003年, 福州禁止销售电动车。但轻型电动车生产、创新、研发一直没有停止,市场认可度还有所提高。2003年全国电动车产量比2002年的170万辆增长超过1倍,绿源公司2003年的产量也超过8.2万辆,比初创时的1997年的0.3万辆增加了27倍,比2002年的4.5万辆增加了1.8倍。

更重要的是,经过2003年的发展,中国的轻型电动车产业开始强大起来,一大批原来从事摩托车配件生产的企业积极加入电动车产业,产品款式快速的增长,新车型推出的速度极快。2004年开始,电机动力性能和电子控制技术也飞速发展,电机功率从一开始的150W逐步上升成熟,到2004年底,额定功率500W,最大输出功率1KW的高性能稀土永磁电机已经低成本地大批量生产,极大满足了人们的使用需要。轻型的电动交通工具不仅可以满足城市中低收入居民的出行代步需要,而且也可以满足农村居民的生产生活需要,不断降低的价格和不断提高的性能为轻型电动车赢得了实实在在的市场。

为什么电动车辆在美日会因技术原因遭遇商业上的死亡陷阱,而中国却显现出如此强劲的生命动力呢?

(1)市场条件是决定技术路线的关键因素:

西方发达国家,特别是美国,是一些汽车文化高度发达的国家,它所面临的主要问题是开发研究替代传统汽车的电动汽车。因此,无论是PNGV计划还是Freedom CAR计划,其技术路线的核心都贯穿于希望替代汽车的电动交通工具达到或者接近传统汽车的动力性能。在美国,汽车总保有量已经超过总人数,几乎人人都是(或将是)汽车的消费者。如果某个公司制造一种“电动汽车”无法快速行驶或者加速性能较差,它就无法指望消费者会认同、使用和购买这种产品。因此,任何一种在性能上与传统汽车有很大差距的“电动车辆”在美国几乎肯定是没有市场的。但是,大家又必须面对一个严酷的现实,这就是,“电池的储能效率与汽油相比实在是太低了”,美国通用公司研究发展中心的Lawrence J. Oswald博士写道:“电池中的能量只有汽油式柴油的1-2%”(Batteries Contain 1-2% of the energy of gasoline or diesel),以时速96Km/H行驶160 Km,电动汽车(EVI)的电池总能量为13.6 kwh,电池总重量为395Kg,体积172064 cm³,而汽油汽车耗油总能量为63.5 kwh,重量只有5.7Kg,体积7190cm³,鉴于此,还鉴于电机技术资源等其他方面的原因,要让电动车辆在近期内达到传统汽车的性能价格比水平是不可能的!因此,PNGV计划实施了近十年时,美国乃至整个西方发达国家不得不放弃依靠电池的纯粹电动的理想目标,放弃纯电动汽车在近期实现商业化的努力,代之以鼓励混合动力型(HEV)来部分地达到节约能源和减少排放的目标,也尽力从燃料电池上寻求技术突破,但不能够指望近期商业化。

中国的情况完全不同,与美国相比,我们还远远没有达到“汽车社会”。虽然,近几年来我国的私人汽车增长迅速,轿车快速进入家庭的话题也引人关注。但是,这种增长与拥有13亿人口的大局来比,仍然仅仅是一个小小的开始。媒体在2003年报道,我国的私人汽车总保有量达到1200万辆,北京2004年9月报道北京市私人汽车保有量已突破100万辆,其中私人轿车65.6万辆。因此,我们估计,到2005年底,全国私人汽车的社会保有量大约为1500万辆,按北京的比例私人轿车的水平大约为60%估计,全国私人轿车的总保有量大约为990万辆(尚不足1000万辆),就以1000万辆计算,与13亿人口和3.5亿个的家庭来比,我国私人轿车的人口比例和家庭比例分别为0.7%和2.8%。这是一个非常小的数字。相反,非机动车和摩托车在中国的保有量却是一个十分庞大的数字。在中国,有超过5亿辆自行车,有近8000万辆两轮摩托车,有近2000万辆电动自行车和轻型电动车,三者相加的总数超过6亿,面对这个庞大的人群中任何改善交通条件的努力都会受到热烈欢迎。提供一种性能较好(但不及传统汽车)同时又可以遮风挡雨的廉价型低费用的清洁交通工具,作为替代型的私人代步工具一定会具有现实而庞大的市场。有了这个市场,具有中国特色的微型电动汽车产业就能够应运而生了。她所面对的市场不是传统汽车的使用人群,而是一些也许“从来都没有驾驶过汽车”的消费者,这类消费者美国没有,所以美国就不具备发展这种产品的客观条件。这类消费者大量地存在于中国社会,所以中国就现实地存在着一个令世界瞩目的绝佳的战略机遇,就是“循序渐进地推动交通工具电动化”的战略机遇。

可以想象,一旦中国式的微型电动汽车商业化进程启动,与之相关的各种关键技术产业在市场的强烈刺激下必然迅猛发展,在电池技术、电机技术、控制器技术、轻量化车架技术等等技术领域会涌现出一系列巨大的自主技术创新成果,庞大的中国市场必然铸就出一个辉煌的电动车产业,在解决中国经济发展与世界性石油紧缺的战略问题上也会得到全世界的尊敬,未来汽车的产业中心也会随之而向中国转移。

 

(2)市场进程是技术成长的根本动力

在令人振奋的前景下,我们还必须更认真地探讨实现中国式交通工具电动化目标的可行性问题。

从轻型的电动车辆(包括电动自行车)的成长历史来看,市场进程是技术成长的根本动力。早在1996年—1998年期间,大多数人甚至包括我们这一批早期开发者,对“轻型电动车的技术能否真正满足市场需要”的认识确实是朦胧的。早期的电动自行车,新电池充电一次只能行驶大约30公里,电池的寿命也很短,6个月后就出现严重衰退,行驶里程大幅度下降;另外,早期的电动车电机,最大输出转矩大约只有14-18 N.M,爬坡能力差,并且基本上是有齿轮减速器的碳刷电机,往往在一年左右就出现严重磨损,需要全面更换零部件,服务工作量较大。然而,经历了一段市场历程之后,企业之间的激烈竞争大大刺激了技术的进步和新技术扩散,全行业的技术水平大幅度提高,例如蓄电池寿命和容量大幅度提高,从1998年大约30wh/kg水平提高到目前接近40wh/kg,提高约30%;电机也从单一的有刷有齿电机发展成为无刷高效电机为主流,保用期寿命从原来的一年多扩大到3-5年,电机效率从原来的65-70%,上升到85%,提高了近30%,最大输出转矩也扩大到40-50N.M,爬坡和载重能力提高约3.5倍,在性能提高的同时,制造成本也大幅度下降,初期电机的最大输出功率大约300W,配套价格约600元,价格功率比为2000元/KW,目前,电动自行车常用的无刷电机最大功率可达600W,价格260元,价格功率比下降为433元/KW,只是原来21%;另外,在控制器系统和充电系统发生的变化也很惊人,限于篇幅,恕不一一列举。

总之,市场进程极大地促进了各项关键技术的进步。我们有理由相信,现有的轻型电动车市场激励已经进入了一个有利于形式“微型电动汽车”初期商业化所必需要技术环境的阶段,只要建立良好的政府环境,及时消除一些人为的产业政策障碍,如前描述的前景就有可能实现。

(3)转变思路已经刻不容缓

我国科技部于2001年10月公布2001-2005年度的《国家高新技术研究发展计划之电动汽车专项》(863计划),这个计划基本包括各项涉及电动汽车的专题研究。但是,对于这个计划,我们感到的问题是:该计划强调的主要实施背景是“汽车生产企业”,仍然是汽车产业的电动化,与美国PNGV计划以及世界各国的类似计划的风格几乎没有区别,所以,这个计划在我国实施5年的成果也是完成了一系列概念车的研究。特别是在我国目前主要汽车工业与国外著名公司合作合资的前提下,依靠现有汽车产业来实现电动汽车产业化的努力预计在未来的五年内也难以取得突破性成就。

依我之见,中国交通工具电动化是一个整体的系统工程,自行车的电动化和摩托车被轻型电动车取代已经构成了年产量接近1000万辆的规模,基于“非汽车群体”采用电动化交通工具的积极性和市场现实性,国家产业决策部门应该将发展中国电动车的注意力调整到“在汽车企业之外寻求解决方案”,充分利用“中国还远远不是汽车社会”这一重大而独特的机遇,以市场进程促进关键技术创新,在PNGV和Freedom CAR的阴影之外走出一条有中国特色的电动车辆发展新路子。

 

第二部分 中国式交通工具电动化的技术路线

 

一、从轻型电动车出发的技术路线总描述

从1997年到2005年,9年内,中国完成了自行车电动化的全部技术开发和全面市场启动,从2003年到2005年,较大功率的个人用轻型电动车依靠前几年的技术储备和市场服务体系环境,突飞猛进地开始商业化进程,它的出现大大加快了自行车电动化的进程,而且也开始有能力与传统摩托车展开激烈的市场竞争,在广大农村地区,在油价上涨的背景下,轻型电动车的能源费用仅为普通摩托车的10%,充电十分方便并可作为家庭备用电源,从而体现出十分强劲的竞争优势,因此,传统摩托车产业也开始关注电动化的进程,摩托车被电动化估计是未来几年内轻型电动车产业的重要增长点。

从轻型电动车的技术特征来看,作为一种定位于城市慢车道(非机动车道路)行驶的两轮车辆,其最主要的特点就是建议受到控制设计的最高时速(在最高电压时)一般小于35km/h,大多数可以称为“电动自行车”的产品则最高时速一般小于30km/h,骑行者在道路上的平均时速一般小于20km/h(可以超过此速行驶的情况非常少见),正是由于这个原因,目前蓄电池水平尚可满足使用要求。

按照物理学定律建立模型,车辆的匀速运动功率等于速度乘以车辆的牵引力,车辆的牵引力则与车辆阻力相等,车辆匀速运行的阻力主要由运动摩擦力和风阻力组成,空气动力学的研究表明风阻力的大小取决于受风面积、风阻系数以及运行速度,并与运行速度的平方成正比,因此,在确定的重量条件下,车辆运行的总功率P与速度v的函数关系表现为:P=av+bv3(其中a,b>0)。可以看出,提高车辆的速度将大幅度提高车辆的运行功率,对于电动车而言就是大幅地增加工作电流,对蓄电池的容量和寿命会形成较大的压力和考验。

另一个与车辆运动功率密切相关的物理量就是车辆自重和载重,两者合计就是总重量,总重量增加会导致摩擦功率增加,加速功率增加以及爬坡功率的增加,总重量对蓄电池的容量和寿命也有较大的影响。

毫无疑问,从轻型电动车发展到微型电动汽车,核心的技术问题就是提高电动车的运行功率和解决由此产生的一系列相关技术问题。从市场需求的反馈情况看,现阶段消费者对两轮轻型电动车是基本满意的,但大多数消费者仍然希望厂家进一步提高车辆的功率储备,特别是提高爬坡能力和载重能力,希望延长车辆的一次充电行驶里程,部分消费者希望适当提高最高时速,最好能够达到“燃油助动车”水平。因此,笔者认为,从电动车辆技术进步的长远利益考虑,应该在保障交通安全的前提下,尽最大的努力来满足消费者的合理需求,在提高运行功率的同时强化保障交通安全的有效技术手段,例如提高车辆的制动性能、驾驶性能和紧急情况下的安全防护特性,等等。

在轻型电动车推广过程中,有许多白领女性对车辆的款式、动力性能和安全性均表示满意,但她们对二轮车辆全部暴露的特点不满意,如果能够进行合理包覆,使骑行者免受风吹雨打,免受烈日暴晒和寒风扑面之苦,给骑车人一个很小的个人空间,适当隔离,那么,她们将很愿意接受电动车作为日常代步工具,推迟购买小汽车的计划。这是一种值得关注的消费意愿,说明超小型的简单包覆的电动车在中国已经存在了客观的市场需求。开发这种产品,并使之在国内市场上流行普及起来,也许会成为促进轻型电动车向微型电动汽车过渡的重要一环。

事实上,个人用的包覆式两轮轻型电动车在技术上已经没有实质性障碍,但由于其宽度将略宽于人体肩宽,交通管理部门能否允许其上路会是一个关键问题。成人在骑两轮车时的最大展开宽度是手臂弯曲突出部的宽度,大约0.7-0.8m,整体包覆车辆的内部空间宽度至少要大于这个宽度,并有一定裕量,预计车辆总宽度会增加到10%-15%。交通管理部门可能提出的理由是这种产品略多地占用了道路资源。但是,笔者认为,尽管如此,但适度发展一些单人包覆式的两轮轻型电动车是十分必要的,它可以吸引一批有汽车消费能力的顾客及早地加入到电动交通的行列中来,为未来的微型电动汽车的面市储备消费基础和营建市场环境。

市场需求的进一步提升就是“中国式的微型电动汽车”,对此我们可以在现有的两轮轻型电动车的基础上分两步达到这个目标:第一步目标是将运行功率扩大到4-5kw,车辆宽度限制于1m左右,可座两人的低速车辆(45km/h),限制于在“慢速道路”上行驶(非机动车道或在路面的最右侧),车辆允许包覆,主要用于日常个人交通和接送儿童上下学交通。对于这种车辆的各项技术要求,目前的技术水平已完全可以在短期内(1-2年)实现,关键仍然在于是否开放其使用环境的问题;第二步的目标就是开发一种性能基本接近目前的微型汽车(小排量汽车)水平的微型电动汽车,设计功率进一步扩大到10-20kw,平均行驶速度为40km/h,最大速度80km/h,可以行驶于城市的主要道路(非高速公路)。

显然,第二步目标的产业化之日就是中国电动汽车正式大规模普及之时,我们可以指望在5-10年内达成这个目标。

二、中国式微型电动汽车的技术指标框算

这是一种适合在中小城市和农村道路上行驶的低速交通工具,最初的最高时速可能需要小于80 km/h,(随着技术水平的提高逐步上升),考虑到技术及成本因素,其配置的电池容量尚不能过大,因此,从最实用的角度可以确定的大纲为:速度30-50 km/h,一次充电至少可以行驶70-130 km/h。从经济性和可循环的角度考虑,她仍然应该采用铅蓄电池作为储能部件,铅蓄电池的目前平均水平已经可达到35wh/kg,优秀的可达到40wh/kg,循环寿命大于350次。如及时发展先进的蓄电池(如水平电池、双极性电池等),则容量比可提高到50wh/kg。

电池重量和使用成本:

非寒地区的标准配置大约为200kg,总容量可以达到8kwh,先进水平则达到10kwh。目前轻型电动车使用的电池价格大约为20元/kg,微型电动汽车的电池因为总容量较大而节约了部分生产成本,价格大约可以下降到18-20元/kg,约为3600-4000元。当前,废电池的回收价格约为5元/kg,则总回收价格为1000元,消费者在电池寿命期内承担的电池使用成本为2600-3000元。

空车质量:

目前微型汽车空车质量,以长安铃木为例,大约为670kg。微型电动轿车没有发动机和油箱系统,将不含电池组的整车重量控制在600kg内是可行的,含电池组的整车重量则可以控制在800kg以内水平。

运行功耗的计算:

以载重200kg和车辆额定总重量为1000kg为基准来计算微型电动汽车的功率消耗指标。

考察一辆标准的电动自行车运行情况,在总质量120kg条件下以20km/h的速度在普通路面上行驶,按电池容量和行驶里程估算,其平均的总输入功率为180w,设电机效率75%,则平均总驱动功率为:N=180×0.75=135W,估算人体实际的迎风面积为S=0.4×1.5=0.6m2,设风阻系数K=0.6,则风阻功率为:N=(f1)=S·K·ρ·V3=×0.6×0.6×1.26×5.563=39W≈40W。其中ρ为空气比重为1.26kg/m2,V为车速为5.56m/秒。再推算用于启动的平均功耗占总功耗的15%,大约为20W,由此可以得出克服摩擦力的功耗大约为75W。(135w=40w+20w+75w)

假设一个“电动车辆克服摩擦力的功率消耗(摩擦功耗)是随重量和速度而线性增长”的简单数学模型,依据轻型电动车的实证数据推算,一辆总重量为1000kg 的微型电动汽车在20km/h时的摩擦功耗达到:75×1000÷120=625W,当速度上升为50km/h时,摩擦功耗也上升为:6525×50÷20=1562.5W=1.5kw。

再考虑风阻的情况,参考现有的微型燃油汽车数据,取迎面面积为2 m2,风阻系数为0.3,计算得出,在时速为50km/h时的风阻功率为:

N=(f1)=S·K·ρ·V3=0.5*2*0.3*1.26*13.9*13.9*13.9=1015w

即,约为1kw。当时速提高到100km/h,速度提高一倍,风阻功耗提高8倍,达到8 kw;提高到120km/h时,上升为13.8 kw;提高到150km/h时,达到27 kw。相反的,当运行速度下降时风阻功耗也将大幅度下降,例如,当行驶速度下降为原来的50%时(25km/h),风阻功耗仅为原来的12.5%,约为0.125kw。由此可以看出,最高时速与设计功率有很大的关联,是最重要的技术参数之一。

综上所述,如果以时速50km/h来考核微型电动汽车,在效率很高的能量回收系统(可以安装超级电容器吸收系统)的支持下,忽略启动能量损耗,则平均总功耗仅为摩擦功耗和风阻功耗之和,即1.5+1=2.5KW,设电机效率达到0.9,电池总容量为8kwh,电动车在良好路面上的续行驶里程则为:8×0.9÷(2.5)×50=144km。当电池容量下降至70%时,连续里程下降为100.8公里;当行驶速度下降为40km/h时,摩擦功耗和风阻功耗分别下降为1.2kw和0.5 kw,总功耗也相应下降为 1.7kw,仅为50km/h的68%,连续运行的续行里程为:8×0.9÷(1.7)×40=169.4公里,比50km/h速度条件下延长了 17.6%。显然,微型电动汽车是一种比例适合低速运行的车辆。

值得注意的是,改进蓄电池设计,如果比能量提高到50wh/kg,则总能量可达到10kwh,在50km/h速度下运行,新电池的充电行驶里程可以增加到180公里;在40km/h速度下运行,可以达到211.7公里。电池衰退至70%的里程分别为126km(50km/h)和147.7km(40km/h),具有很强的实用性。

设计功率的计算:

考虑到启动、上坡、加速、超过额定负载等实际因素,微型电动汽车的额定功率可取匀速工作功率的4倍,即大约为10kw;最高输出功率可取匀速工作功率的8倍,最大输出功率不超过20kw。

制造成本:

与普通微型汽车相比,微型电动汽车减少了发动机动力系统,包括减速箱、启动机、水冷却、油箱等部件,增加了驱动电机、控制系统和充电系统,驾驶、制动、灯光、仪表等系统基本不变,考虑到电动车相当于自动档,无需变速系统,从总体来看,微型电动轿车的总制造成本(不含电池)应该略低于微型燃油轿车,最终价格大约可以控制在2-3万元范围。

经济性对比:

微型电动汽车的使用费用主要由“购买蓄电池的费用”和“日常电费”两部分组成,电池组按容量8kwh和重量200公斤计算,寿命期内的每公斤电池的使用消耗价值为13元,总使用费用为2600元,设平均服役里程为3万公里,则分摊到每公里的电池使用费为0.086元/公里;另外,设电机效率0.9,充电效率0.9,以50km/h速度和功率消耗2.5kw计算,微型电动汽车的平均百公里电耗大约为:2.5*2/0.9/0.9=6.17度,以7度计算,并设电价为0.6元/度,则电费消耗约为0.042元/公里,电池使用费和电费合计为0.128元/公里,每100公里为12.8元。

对比普通微型燃油汽车的情况,其100公里油耗按6升计算,汽油价格以4.2元/升计算,则100公里燃油费用至少为25元,如果开征燃油税30%,则上升为32.7元。

因此,在目前情况下,电动微型汽车比普通燃油汽车节约费用的比例大约为49%,以年平均行驶2万公里计算,电动微型汽车的节约价值为2440元;如果开征燃油税30%,节约比例就达到60%,年行驶2万公里的节约价值高达3980元。发展微型电动汽车的经济效益和社会效益是十分明显的。

 

 

第三部分  轻型电动车技术发展对微型电动汽车的主要贡献点

 

时下,在一些人的观念中,电动汽车属于重要的高新技术产品,能登大雅之堂,而轻型电动车则属于低技术含量的普通产品,特别看到大量的民间小企业也能够方便地生产轻型电动车之后,“轻型电动车是属于重要的具有自主技术创新的产品”的想法被普遍认为是天方夜谈了。

为什么轻型电动车在中国会呈现看上去有些“混乱”的产业格局?为什么说轻型电动车是我国交通工具电动化的重要组成部分?轻型电动车的产业技术发展对微型电动汽车有怎样的贡献?回答这些问题是十分必要的。

一、立足于市场竞争是高新技术产品的生命活力

电动自行车和轻型电动车完全是中国民间企业快速推动的产业。一开始就基本是全方位国产化,虽然,日本一些著名大公司是电动自行车的商业化的发动者,但是,在这个领域,他们的技术和产品没有明显优势可言,至今无法批量进入中国市场,日本著名公司与国内生产厂合作制造的产品也没有好的市场表现。在欧洲和美国,虽然也有一些著名公司在制造电动自行车和轻型电动车,但他们的产品没有任何优势可言,已逐步被淘汰。

国内企业在推动整个电动自行车和轻型电动车产业发展的历程中经历了明显的三个阶段。第一个阶段是萌芽状态的1996—1999年,国内少数几家研发性的企业自行开发技术,大力宣传并四处游说管理部门允许其试验上路,这个阶段是十分艰苦的,参与的企业几乎全部处于“亏损”和“投入”状态,关键技术部件的技术也不成熟,经常遭遇市场的不信任。由于电动自行车技术是世界性的新技术,没有国际成熟产业可以引进,大型家电或交通产业集团通过国家的重金投入引进生产线,一步到位地启动市场的可能性不存在,因此在第一阶段发挥作用的企业基本上是不出名的小公司。虽然在这个阶段也经常听到一些关于“某些大公司已经投入重金开发电动车了”的消息,但基本是新闻抄作。例如,某著名的大型家电上市公司,从98年开始,几乎年年会向媒体公布自己准备在电动车领域大干快上,但几乎年年都是泡沫,到目前为止,仍处于小批量生产状态,其年产量仅相当于一个超小型家庭工厂。

第二个阶段是企业数量快速上升的阶段。从2000年开始,通过第一阶段的艰苦努力,出现少数能够赢利的整车企业,几家企业的年产量突破1万辆,个别企业的成功一方面吸引了更多的企业加入,另一方面也促进了“关键技术部件”企业迅速发展,他们进一步向新加入的整车公司广泛供应已经成熟的关键部件,部件厂扩大业务的努力,客观上使轻型电动车在前四年积累的经验成果被众多的民间企业迅速分享,“小投资办组装厂就能快速赢利”变成事实而广为传播。第二阶段的主要特征就是整车组装厂数量猛增,以无锡为例,最高峰时,在一条街或一个镇会存在几百家各种品牌的“电动车公司”,充分体现了中国经济“投资自由化”的活力,客观上给人以“混乱”的感觉。但事实上,这些小型的自由竞争者的加入并没有伤害电动车产业的根本,相反的,完全竞争促进了市场总量的迅速增长,整个产业被一大批中小企业的“闯入”和广大消费者的“跟进”给激活了。在这个阶段,一些有恒心、有眼光的企业也迅速壮大,到2003年底,已经涌现出一批产量超过8万辆的骨干企业,成为新的领导者。

第三阶段是企业数量稳定和少数企业规模迅速扩大的阶段。从2004年开始,由于新兴的领导企业是经历了严酷的市场竞争后脱颖而出的,他们一般具有较强的技术创新和市场创新能力,有良好的服务体系,有良好的配套体系,为了获得牢固的市场地位,会发动局部的“洗牌”来巩固自己的强势地位,相反的,一大批处于弱势的企业则举步艰难被迫退出。优势企业市场份额逐步增加,已经形成5-10家年产量在20万辆水平的重要企业,最终会发展出3—5家年销量突破50-100万辆的强势品牌企业。至此,中国轻型电动车行业的自由竞争性“洗牌”过程就基本完成了,将进入平稳的品牌竞争阶段。

从上述的描述可以看出,在过去的近十年里,企业众多和竞争激烈并不意味着轻型电动车不是一个“高新技术产品”,事实上,与许多“阳春白雪”性的纯技术产品不同,企业众多和竞争激烈,恰恰有力地推动了技术性产品的市场转化,技术差异化战略成为优秀企业赢得消费者、扩大市场份额和获得竞争利润的主要手段,立足于“下里巴人”的高新技术是在市场竞争中有生命活力的高新技术。

二、轻型电动车的创新性进步和重要意义

总结轻型电动车技术进步中可能对发展微型汽车作出贡献的关键点,大致有以下四个方面。

(1)、储能技术水平取得明显进步

1997年,电动自行车刚刚面市,所采用的蓄电池的技术水平大约是:储能水平30wh/kg,每千瓦时价格水平1000元/kwh,衰退至70%的深放电循环寿命约200次;2005年,轻型电动车的电池储能水平已可以达到40wh/kg,比1997年提高了33%,每千瓦时价格则下降为476元/kwh,比97年降低了52.4%,深放电循环寿命提高到300次水平,提高了50%。

显然,这项进步的意义十分重大。以前面所计算,符合微型电动汽车技术要求的电池组的总容量大约为8-10kwh,重量需要控制在200公斤之内,如果以1997年的水平衡量,这组电池的成本将达到8000-10000元,重量将达到266-330公斤,其“使用费用”和技术性能是产业化的重大壁垒。相反的,如果以2005年底的水平衡量,壁垒被消除了,电池的计算成本可下降为3808-4760元,扣除人工成本下降的因素,达到3600-4000元是现实的,同样的,电池的计算重量大约为200-250公斤,稍加努力就可以达成200公斤以内的控制目标。因此,我们可以乐观地估计,我国的电动车产业在“轻型”的轨道上再发展2-3年,特别是凭借“建设新农村”的强劲东风,产品质量和性能将大规模地接受农村消费者高强度的使用考验,届时,我们的蓄电池工业就完全有技术能力去接受 “微型电动汽车”的重大挑战了。

(2)、驱动技术进步为BLDC进入微型电动汽车奠定基础

电机和电控系统是电动汽车的核心技术。目前国内外主要的有四大类,分别是直流电机电控系统、高效感应系统、永磁同步电机系统和无关磁阻电机系统。四种系统各有优缺点,但从控制特性、体积、效率等方面衡量,属于永磁同步电机系统的直流无刷电机(BLDC)被认为是电动汽车最具有竞争力的驱动电机之一,在国外, BLDC技术发展由于永磁开发成本高和尚未解决高速性功率区的效率问题而长期举足不前,在我国,由于轻型电动车的快速产业化,极大地刺激了BLDC的发展,客观上为微型电动汽车的发展奠定了重要的技术基础。从2003年开始,BLDC成为轻型电动车的主流电机,设计结构、材料性能和成本特性不断优化,稳居世界绝对领先水平,现有的BLDC升级为电动微型汽车的驱动系统已无技术难度。最有可能采用的方案是构成独立的电动车轮,制动系统和能量回收系统集成其中将大幅度地简化车辆的结构,柔性的双轮独立驱动控制还可以实现小半径转弯驾驶,适当降低最高时速指标则顺利避开了BLDC在高速条件下的缺点。

另外,值得一提的是近年来,轻型电动车BLDC的不断优化已顺利解决了起动噪声大,起步不平稳等技术难题,起动和低速性能较好,采用BLDC的微型电动汽车的驾驶性能将是十分优秀的。

(3)、驱动控制技术和能量回收技术已经成熟。

我国轻型电动车的控制技术从一开始的专用集成电路技术已经发展到广泛应用CPU的大规模集成电路阶段,功率电子器件的性能也十分良好,并在这个领域形成了十几家年产量达500万套的专业的制造企业,有较强的研发能力,大批量制造低成本高性能的微型电动汽车BLDC控制系统的产业条件已经具备。

最值得一提的是,有较高技术难度的基于BLDC能量回收系统也已广泛应用,绿源于2004年完成该系统的研制,2005年已将其大量应用于产品之中,经过一段时间技术摩合,该项技术已经成熟,移值于微型电动汽车没有实质性难度。

(4)、电池管理系统和快速充电技术

在轻型电动车商业化发展的进程中,最重要的技术问题莫过于解决消费者对电池服役时间的抱怨了。一大批企业就是因为没有解决好这个问题而遭到频频曝光,产品质量和服务信誉遭受重创而退出这个领域。

显然,从普通的小功率的电动自行车到较大功率的轻型电动车,电池寿命和容量是一道“坎”,从轻型电动车进一步发展到更大功率的微型电动汽车,电池的容量和使用寿命又将经历一次严峻的考验。

经过多年的市场磨练,我们在运用“系统方法”提升电池寿命方面积累了比较丰富的经验。例如,建立“电池管理系统(BMS)”进行均衡充电和均衡放电;应用基于CPU的充电系统进行快速充电并注意及时消除电池的盐化和避免失水,运用计算机技术对蓄电池进行修复性充电,等等。总之,这个领域的各种技术方案已经在轻型电动车得到应用,提升到“微型电动汽车”时可以直接发挥作用。显然,这也是轻型电动车的重大技术贡献。

 

第四部分 走出有中国特色的电动车发展道路 政策是关键

 

一、保持轻型电动车的高速发展的重要意义

如前所述,保持轻型电动车的高速发展对于走出一条循序渐进的交通工具电动化的道路是至关重要的,其核心是基于“非汽车群体”采用电动化交通工具的积极性和市场现实性,如果国家的产业政策决策部门已经注意到应该充分利用“中国还远远不是汽车社会” 这一重大而独特的机遇,已经意识到应“在汽车企业之外寻求解决方案”,那么,一个更伟大的产业将在不远的将来在中国诞生,我们完全有机会走出一条有中国特色的电动车辆发展的新路子,而且,在这个过程中还将产生重大的社会效益和经济效益。

(1)节约石油消耗

    节约石油消耗关系到国家石油安全,具有重要的意义。我国人口占世界20%,但石油资源储蓄仅占世界1.8%,目前社会和经济高速发展,对石油能源需求很大,电动车“以电代油”,是未来交通的发展方向,从这个意义上讲,“不管大车小车,只要不用油或少用油就是好车”,应该成为全社会决策的共识。

  如果以电动车代替摩托车,可以做如下计算: 一辆摩托车的百公里油耗以2公升计算,年平均行驶1万公里,以8年寿命计算,每辆摩托车的总油耗为1.184吨。全国年产1000万辆电动车,已为社会带来的节约总效率高达1184万吨。电动车是值得尊敬的产品。

(2)减少环境污染

减少废气排放关系广大人民群众的身体健康,特别是关爱路面交警的健康。据媒体报道,北京市红十字会卫生救护培训中心主任李福兴在接受采访时指出,“交警工作环境恶劣,全国交警的平均寿命只有45岁”。可见燃油尾气已成全社会最大的环境杀手。

计算一辆摩托车的尾气排放情况,以较高水平的欧Ⅱ标准限值保守估算,每公里有害物质净值排放分别为:一氧化碳5.5克,碳氢化合物1.2克,氮氧化合物0.3,仅此三项合计为7克。年行驶1万公里,则排放有害物质净值70公斤,8年寿命则总排放560公斤,以电动车代替摩托车的环境效益就十分明显了。2005年全国总产量若为1000万辆,则其环境总效益为:“减少有害物质总排放560万吨”。

(3)、节约人民群众的能源支出

每辆摩托车年耗油200公升,汽油以每公升4.2元计算,8年期内的总能源支出为6720元;轻型电动车百公里电耗约1.5度,年行驶1万公里,总电量为150度,每度电以0.6元计算,则8年内的总支出为720元,仅为摩托车油费支出的10.7%,节约费用高达6000元,以年产1000万辆计算,电动车为人民群众带来的能源支出节约总值达到600亿元。

(4)、关系“新农村建设”,意义重大

近年来,轻型电动车特别是“配套大容量电池的轻型电动车”已在我国农村快速增长,充足电可以行驶60公里以上,在东部地区已经成为广大农村居民村镇交通的首选工具和部份农民进城务工、经商、谋生的不可或缺的理想工具。长期以来,农村交通以及农村与城市之间的交通十分落后,政府的精力主要放在解决城市交通问题上,忽视了农民的需求,交通的不便利加大了农业劳动的强度,农民被固定于乡村,就难有就业经营的机会,农民收入的提高十分困难。大容量长里程的轻型电动车为农民提高收入带来便利,低廉的电费和便利的充电条件以及较低的价格使一部份农民以电动车作为扩大收入和降低劳动强度的交通工具,使之成为建设社会主义新农村的一个重要的产品支点。

二、“反对轻摩化”是轻型电动车发展的重要障碍。

     (1)、“反对摩托化”的概念的由来和理论缺陷

早在2000年,电动自行车的款式开始快速发展,一些新款式受到消费者的欢迎,特别是采用轮胎直径较小,重心较低,塑料覆盖件较多的车型显示出很强的市场魅力。这时,当时的个别业内主流企业因为无法跟随这种变化,就提出了一个新概念:“反对摩托化”,意图用技术立法的手段排斥竞争。这个概念后来被中国自行车协会(CBA)的主要领导人所接受并大力倡导,在2001年CBA着手修订国标GB17761-1999时,明确将“反对摩托化”作为主要目的,2004年4月,在这个全面体现“反对摩托化”的《标准报批稿》公布之际,近2百家企业感到问题十分严重,紧急联名上书批准机关请求暂缓批准该标准,及时缓解了“反对摩托化”对电动车产业的重大打击,在之后的日子里,业内就此进行了广泛的讨论和激烈的争论,至今没有结束,但是,轻型电动车这个产品就已经获得了近两年的宝贵的生存机会,没有覆灭,在法律的夹缝中艰难发展。

“反对摩托化”的理论非常简单,CBA领导人认为,电动自行车是自行车的延伸产品,就应该像自行车,不应该像摩托车。因此,他们坚持:“车辆的轮胎直径不得小于20英寸;轮胎的宽度不得大于1.75英寸;车辆鞍座的形状必须是马鞍形的;鞍座的高度不得低于规定的数值;车辆的塑料件的宽度必须小于300毫米;不得安装反光镜;质量不得大于40公斤;等等”。如果按照CBA《标准报批稿》的规定,目前市场上超过95%以上的产品是“不合格产品”,需要法律禁止。

事实上,“反对摩托化”无论从纯粹的理论上看还是从客观的发展大局上看都是站不住脚的,理论缺陷非常明显。首先,从纯粹的理论上看,自行车就是“cycle”,自行车安装了动力装置就是一个“摩托化”的过程,“摩托化”的英文就是“motorization”,也可以翻译为“动力化”,在人类的发展历史中,摩托车就是自行车摩托化的产物,所以叫“motorcycle”,又叫“autobike”和“autocycle”,大意是“自动化或者机器化的自行车”,我国台湾就将摩托车称为“机器脚踏车”,简称“机车”。同样的,自行车安装了电动的驱动装置也是一个“摩托化”的进程,因此,“反对摩托化”的提法是不科学的,也是没有历史质感的。事实上,我们理解CBA的意思是“反对外形上不象自行车”的倾向,认为如果外观上不像自行车就不能够被称为自行车的延伸产品,显然,这种理解也是片面的,外观的变化是一个与时俱进的过程,消费者的外观选择权利是基本消费权利之一,外观的进步也是生产力进步的重要推动因素,立法禁止外观的变化缺乏法理依据;

其次,从客观的发展大局来看,只要没有数据说明“摩托化”的电动车存在安全隐患问题就没有理由予以禁止,事实上,由于轮胎加宽、刹车采用摩托车制动系统、重心较低以及整体采用框架结构等因素,被指责为“摩托化”的电动车的安全性普遍优于“外形像自行车”的产品,价格也比较高,耗电也略多一点,是一种典型的消费升级现象,我们应该允许丰富多彩的产品存在,允许消费者按照他们的偏好进行自主选择;

另外,从本文倡导的观点来看,我们不仅不能反对“摩托化”,而且应该加快“摩托化”的进程,走出一条从轻型电动车到微型电动汽车的产业发展道路。

综上所述,我认为CBA领导人提出的“反对摩托化”的理论是存在严重缺陷的。

(2)、反对摩托化的危害

自从CBA领导人明确提出反对摩托化之后,给轻型电动车的发展带来了不小的危害和混乱。首先,他搞乱了业界的思想,很多厂家不敢开发CBA领导人反对的产品,错失发展机遇,企业面临困难;其次,由于CBA把反对摩托化作为修改国家标准的出发点,使得早就需要修改的国标难以被合理修改,现实的产品为了满足市场需要就不得不超过标准规定,生产企业也被迫处于普遍的违法状态,违犯面起码达到90%以上,这样,轻型电动车的经营环境变得十分恶劣了,好销的产品不合格,合格的产品无人问津,生产厂家和经销商经常被罚款,成了有些部门的“提款机”,陷入尴尬状态。同时,由于标准失去权威,法定的检测无法真实反映产品质量状态,大量的公共技术资源被浪费,而且还起到误导舆论的作用;另外,最严重的危害还在于,由于CBA广泛宣传所谓的“摩托化”安全危害,给了一些不愿意电动车在当地发展的地方交通管理部门禁止老百姓使用电动车很好的借口, 去年,广东很多地区就是用这个理由来封杀电动车的,今年,北京虽然同意市民使用电动自行车,但仍然禁止重量大于40公斤的车上路,客观上将部分最符合北京市民需要的电动车(较重能够行驶较长里程的车辆)排除出去,起到了限制电动车发展速度的实际效果。

总之,反对电动车摩托化是有百害而无一利的“运动”,无论从理论上还是从实践上看都是错误的,长期下去必然危害到交通工具电动化的重要进程,迅速停止CBA领导人发动的反对摩托化的步伐是当务之急,已经刻不容缓。

 

三、明确目标,出台政策,发展才是硬道理。

轻型电动车的发展对中国社会经济的长远发展具有多方面的重要意义。然而现实生活中,这些重要性不仅没有得到应有的重视,而且轻型电动车及其所推动的新型交通模式,与传统管理体制和标准之间的冲突还在不断加剧,并成为制约行业健康发展最重要的障碍。面对冲突和争议,我们必须首先明确的是强迫新技术来适应传统的管理体制,还是适应新技术的需要,改善传统管理体制。结论是简单的,生产关系应该适应生产力的发展要求,而不是相反,这是社会发展的基本辩证法。为此,更新观念,调整政策,修正标准,创造一个促进中国轻型电动车产业健康持续发展的大环境,已十分紧迫.

明确目标,目标就是交通工具电动化。任何有利于实现这个目标的行动都是值得鼓励和支持的,而不是相反。首先,对于通过民间力量,依靠市场需求发展起来的轻型电动车产业,不要再限制,所谓的反对摩托化的运动应该立即停止,以充分尊重消费者合理需要和尊重产业技术发展规律为前提准则,而不以是否像自行车为前提准则,迅速修改产品技术标准,规范安全技术条件,还企业以正常的经营环境;

其次,对于有些地方管理部门以各种理由制订的禁止和限制电动车使用的“土政策”,国家应该明确反对,加强依法行政的检查力度,晓以大义,从能源和环境战略的大局出发,破除电力交通工具发展的政策壁垒,营造有利于电动车发展的全国一体化的社会环境;

第三,推动交通工具电动化,需要建立开放式的产业平台,特别是微型电动汽车的开发,不能局限于现有的汽车工业背景企业,应该鼓励有市场开发经验的轻型电动车骨干企业积极探索发展微型电动汽车,国家的相关政策应该出台,以加快打造有中国特色的电动交通工具的产业发展道路。

我国是实施社会主义市场经济的国家,政策的正确或者错误对经济运行的影响非常大,例如,一个小小的“反对摩托化”运动就可以形成对生产力的巨大打击,使数以百计的企业无所适从,同样的,一个积极的鼓励政策也会产生极大的激励作用。因此,国家决策部门的重要作用在于政策导向,而不在于资金的直接投入,政策导向可以诱导出巨大的生产力和消费活力。从这个角度看,社会主义经济管理部门的政策决策也是一种生产力,贯彻“发展才是硬道理”的观念,推动各种电动交通工具的应用,正是“政策”的用武之地。实现从“轻型电动车到微型电动汽车”技术路线的希望就寄托于此!

 

结束语:

我们一直坚信,中国轻型电动车的产业化进程将是拉开了世界交通工具电动化的关键序幕。随着商业实践和理论探索的深入,一条“从轻型电动车到微型电动汽车”的技术路线越来越清晰,可行性明显,如果得以实现,将是中国企业家和科技工作者展示他们才能的重要平台,也是中国在能源紧缺背景下走出一条可持续发展道路的重要选择之一。为此,寄希望于国家经济管理和政策决策部门,寄希望于社会公众和新闻媒体,寄希望于所有能够帮助电动车产业的有识之士,在轻型电动车产业发展的关键时刻,给以支持,排忧解难,为实现这个目标发挥重要的作用。

 资料来源:网络

 

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