颠覆电动车旧思维 提出三种电池解决方案

2011-10-25 19:50:50来源: 汽车商业评论

  对于中国电动车当下发展现状的混乱、停滞以及由此产生的对它的不利言论,上海交通大学机械与动力工程学院教授,博士生导师、上海交通大学校长助理、汽车工程研究院院长许敏忧心忡忡。

  2011年夏天,他在上海接受《汽车商业评论》专访时用他的新思维驳斥了外界对于电动车的误解。

  作为发动机燃烧领域以及长期致力于汽车研发工作的专家,他提出了电动车前沿的、颠覆性的模块化设计理念和商业模式,为电动车工业未来技术的发展提供创新的思路,并预言电动车技术的不断创新将带来汽车工业彻底的革命。

车体的结构性变革和运营新模式

  《汽车商业评论》:从我们现在见到的电动车看,这些车似乎与传统汽车的样子没有多大差异,我们未来的电动车设计还会延续传统汽车设计制造思路?

  许敏:我的想法是革命性的。传统的汽车四大工艺,冲压、焊装、涂装、总装,前三项成本最高,总装主要是手工完成。前三大工艺都跟汽车的白车身有关。实际电动汽车不一定需要白车身,可以用框架结构,传统白车身没有任何好处。

  传统白车身的焊装工艺是固定的,无法灵活变化,把好几百个冲压件拼焊到一起,并且焊得天衣无缝,一旦焊成了以后,你的车型就很难改,只能是三年一小改,五年一大改。这样的车身没有任何的柔软度及可变度可言,车重达1吨以上,你一个人开,也要带着笨重的车身,非常耗能。

没有白车身的话,安全怎么保证呢?

  白车身是唯一的安全保障吗?不是。F1赛车没有白车身,就不安全吗?那么快的速度,一般性的碰撞,赛车手都不会有大的伤亡,这是因为F1的车全是框架结构。你知道挤压铝型材吧?那个东西又轻、刚度又好,完全直角,用标准的连接件连接在一起的,手工就可以装配。那种框架结构比白车身要强得多。

  有白车身,但是它有车身,只是不起安全作用了。它像衣服一样,就是一个罩子盖上去的。你把那个盖打开里面全是架子,这种架子实际上又轻又简单。高档跑车的车身全是碳纤维,为什么?这样就可以做出各种各样漂亮的外型,你说不安全吗?比一般的车安全多了,因为里面有框架!

  而且如果路上全是电动车,完全可以让车之间实现永远不碰撞。你说海里面的鱼从来不会碰到的,它们是不停地在相互交流啊!现在各种先进的传感器和控制器在技术上完全可以实现永不碰撞。但是为什么做不到?因为传感器太贵了,汽车电子的器件和系统太贵了!

  这些东西老百姓平时用的很便宜,一用到车上就贵了。如果车用传感器成本达到目前家用电器成本的水平,所有的车都可以实现低成本安装如雷达、激光探测、车联网这些东西,那么车跟车、车或物体之间用传感器实现互相一直交流,就不会产生碰撞。

  以前,所有的人开着同样的车,多少年不变,现在的人需要个性化;以前传统的汽车没法改,现在电动车新的技术可以启动新的造车思路。

  这实际颠覆了以往的汽车制造理念。

  电动车车身设计与生产将趋于模块化,承载式铝型材的框架,轻型环保材料的车身就像人的衣服一样每天都可以换。造型和质量跟苹果产品一样,把艺术、机械、电子融为一体的精品。然后,采购、制造全部都外包。制造和服务就采取跟麦当劳一样的品牌连锁店形式进行。

  未来电动车的设计思路应该是采取更便宜的、节能的、柔性的、全新的材料及模块化设计理念。它没有生产线的概念,没有大的投资,软件、硬件全开放,应用软件可以自己开发,然后硬件也可以自己开发,插上就能用。

  这样所有工业界都可以加入,不是汽车界的,其他行业什么的都可以进来。汽车行业不再是独特封的闭型行业,造车成本大大降低。这是新的汽车工业模式。

三种电池解决方案

  《汽车商业评论》:不过,现在的电动车太贵了。

颠覆电动车旧思维

  许敏:所以我们要做低电动车的成本。电动车现在成本居高不下是因为大家开发电动车的同时,也在开发全新的电动车供应商。他们找的基本是是863计划培养的电动车零部件供应商,这些人在几个五年计划里,只投钱没赚钱,好不容易有了市场,肯定想办法把钱赚回来,不可能便宜。

  况且刚开始是产量不会大,还有一个不可忽视的原因就是,就是我刚才说的,现在多数电动车都是在传统汽车上改装的,那么重的车身,电池和电机肯定大,成本就降不下来。

  中国电动车低成本出路在哪里?在每年的2000多万台电动摩托车上面。电动摩托车有电机又有电池,还有控制系统,而且市场充分竞争,价格非常便宜。怎么样把它的技术水平提高,从而提高它的整体配套能力和体系,从而用到电动车上就是我们实现低成本的主要出路。

  除了你刚才设想的模块化结构,还应该怎么办呢?

  现在全世界难点在哪里呢?电池必须有成百上千的单极电池成组才能供电动车用,成百上千的电芯在一起管理控制太难了。一是电池本身质量的一致性要求苛刻;第二,成组的技术水平要求很高,比如要求冷却技术及时跟进;第三,系统化管理控制的水平不行。目前,只要有一个电池坏了,整体电池就不能工作了。

  我们有新的电池解决方案,,还是用目前电动摩托车上的电池模块,几十个单体电池拼成组,都有自己的控制系统。哪个厂家生产的都可以用,我们把这些模块拼成组,然后我们再用上一层的控制系统控制它们,哪个好,就让哪个起作用。如果有个别电池是坏的,电控系统将不用它。

  这样,采取分层控制和分布式控制,就解决了成百上千电池在一起同时控制的难题。这样,目前市场低廉价格的电池就能充分利用了,而且总成本很低。

  但是电池的根本问题还是没有解决,比如频繁充放电容易让电池寿命减少。

  电池一开始就不应该是拿来直接驱动汽车里面电机用的,干这个工作的应该换成超级电容。电池原理是化学反应,可以储能,但是充电放电速度受化学反应速率限制。它是很好的储电装置,就像油箱是装油的一样,电池是装电的,它不适用于频繁快速的充电和放电。

  汽车的运行工况变化很大,需要频繁加速和减速。频繁快速的充放电应该是超级电容的长项,超级电容是物理反应,充放电速度快,效率高,并且可靠性好,对控制系统要求不高。如果让超级电容担当电能的频繁输出输入功能,然后把电池放到超级电容后面,作储备或吸取,这样就把超级电容和电池各自的优点都发挥起来了,电动车对电池本身的苛刻要求因此就可以全部通过超级电容来避免。

  如果这样,电动车的很多问题似乎就解决了。

  我们认为,电池也好,超级电容也好,都有一个很大的问题,就是它们的能量密度远远不如现在使用的汽油和柴油。最好的锂离子电池的能量密度也比汽油差十几倍。你要把能量储藏在车上,要么电池和超级电容太重太贵,要么续航里程太短,开不了多远。

  这就要思考这样一个问题:为什么能量一定要储藏在车上了?能源如果不需要放在车上,像有轨电车或动车组一样,从线路上或外部设施取电,那对车载电源的要求就会大大降低。这可能是电动车的最终出路。

  比如用无线充电解决这个问题。地底下埋着线圈,车一边在上面走一边就充电了,因此解决了能源储藏在车上成本过高的问题。

  这个技术现在到什么程度了?

  无线充电,我们现在能够做到一米左右的距离,95%的传输效果,而且充得特别快,零点几秒超级电容就充满了,一个车经过这个线圈,两个线圈只要一合上,哗——电就冲过来了。一条路有几条车线和一条充电车线,人家看自己的电量没有了,往上面一走就充上了。

  这个东西比充电站什么的投资低多了,又不占额外的地皮,只要在车道下埋根线就行了。它有一个弱电的感应器,靠它来实现充电全程智能化操作。什么时候开始充,什么时候脱离,你充了多少电,都可以用它来控制,甚至你在哪里都知道,这等于还可以做智能交通用。

  无线充电系统投资要比设充电站成本低多了,因此这也将成为电动车充电的最理想方式。这些都是很容易实现的技术,可惜现在大家都钻在传统思维的死胡同里没有出来。

电机和发动机变革

  《汽车商业评论》:对于电动汽车来说,似乎只有电机这一块是最成熟的了?

  许敏:现在很多人认为中国电动车的电机是成熟的,实际上中国工业的电机很成熟,但是汽车专用电机基本还没开始做。

  未来电动车可变功率电机将取代工业电机。目前,电动汽车电机的设计都是秉承工业电机设计,其实电机应该跟发动机一样,需要做成全负荷范围内效率都很高,要做成应用可变磁通量的电机。

  可变电机就像发动机的可变排量,可以根据需要来产生相应的轴功率,实现全工况范围的效率最大化。这种电机可能是非对称设计,在前进方向优化,就像传统汽车动力总成,在前进方向有4—8档,但倒车只要一档。而通常的工业电机设计是对称的,没有进行单方向的优化。

还有什么需要改进的地方?

  中国电动车发展一直是跟着人家屁股后面跑,很少搞创新。还有发动机,我们现在搞增程式发电机,用现有的汽车发动机来发电,其实真正只是用来发电的话,发动机就应该大大简化,因为你只在一个点运行,在这一点,油耗排放要求都可以很容易达到,而通常使用的汽车发动机是为在汽车运行全工况范围内的高效率优化设计的,非常复杂且成本高。

  所以我们就开发了一款非常小的发动机。两个活塞水平对置,振动相互抵消,功率和1.2升三缸机差不多,但是体积和重量小二、三倍,部件数量也少很多,更不用说成本了。

关键字:颠覆  思维  提出  三种

编辑:鲁迪 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/qcdz/2011/1025/article_4581.html
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