在12月2日舉行的《2015中國(guó)乘用車燃料消耗量發(fā)展年度報(bào)告》媒體交流會(huì)上,國(guó)家發(fā)改委能源研究所研究員姜克雋預(yù)言,“根據(jù)目前國(guó)家發(fā)改委調(diào)研情況分析,未來(lái)幾年內(nèi),純電動(dòng)汽車所亟需的技術(shù)都會(huì)得到突破,10年后的2025年,國(guó)內(nèi)銷售的增量新車中,將沒有內(nèi)燃機(jī)作為動(dòng)力的傳統(tǒng)汽車,取而代之的則是以純電為動(dòng)力的新能源汽車。”
姜先生指出,屆時(shí)的純電動(dòng)汽車實(shí)現(xiàn)8kWh/100km,一次快速充電僅需20分鐘,30%的電能即可行駛500-700km,“這些夢(mèng)想都會(huì)照進(jìn)現(xiàn)實(shí),里程焦慮等問題會(huì)迎刃而解”,而且車輛成本以及車輛所表現(xiàn)的性能,都將優(yōu)于傳動(dòng)內(nèi)燃機(jī)汽車。那么,10年后乘用車純電動(dòng)汽車將取代燃油汽車靠譜嗎?
1、純電動(dòng)汽車實(shí)現(xiàn)8kWh/100km是什么概念?
美國(guó)Edison2公司的VLC超輕量化車,將成為全球燃油經(jīng)濟(jì)最高效的一款四座車。該車采用碳纖維復(fù)合材料車身和鋁合金結(jié)構(gòu),其車身風(fēng)阻系數(shù)僅為0.16, 97公里/時(shí)的高速巡航能耗為4kwh。這款車2013年獲得了美國(guó)高效率能源汽車(X PRIZE)大賽500萬(wàn)美元的設(shè)計(jì)獎(jiǎng)。
純電動(dòng)汽車實(shí)現(xiàn)8kWh/100km是什么概念?以寶馬i3為例,其整備質(zhì)量為1195kg,百公里耗電量12.9kwh。當(dāng)將百公里耗電量降到8kwh,降4.9kwh,即電耗降低38%。按汽車重量減少100kg,,公里油耗降低2.5%,相當(dāng)于電耗降低7.5%計(jì),電耗降低至8kwh需降低整備質(zhì)量約507kg,即整備質(zhì)量降為688kg。若電池重量約100kg、電機(jī)重量約38kg,則底盤和車身的重量需控制為550kg。對(duì)于一輛普及型國(guó)民車可能實(shí)現(xiàn)的難度過大。如果要將百公里耗電量降到10kwh,降2.9kwh,只需降低22.5%,整備質(zhì)量約降低300kg,即底盤和車身的重量約為757kg,則是有可能實(shí)現(xiàn)的。
2、30%的電能即可行駛500-700kmc又是什么概念?
國(guó)務(wù)院頒布的《節(jié)能與新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃(2012-2020年)》的目標(biāo): 2020 年動(dòng)力電池模塊的能量密度達(dá)到300Wh/kg(對(duì)應(yīng)的單體電池能量密度至少達(dá)到330Wh/kg以上)。按8kWh/100km,行駛500-700km,需耗電40-56kWh,所需電池模塊的重量約為133-187kg以上,此時(shí)車的整備質(zhì)量則需進(jìn)一步減少,實(shí)現(xiàn)的難度則較大。
若電池模塊重量為100kg容量為30kWh,百公里耗電量為8kwh時(shí),車設(shè)計(jì)的行駛里程為375km;百公里耗電量為10kwh時(shí),車設(shè)計(jì)的行駛里程為300km。30kWh約為特斯拉90kWh電池容量的30%,電池模塊重量還不到比亞迪w6的30%。
經(jīng)上述分析可知,姜先生提出的目標(biāo),實(shí)現(xiàn)的條件取決于電池的高儲(chǔ)能密度和汽車制造的輕量化。
3、電池的能量密度提高至330Wh/kg ,2025年可以實(shí)現(xiàn)嗎?
提高電池的能量密度,不少人仍寄希望于現(xiàn)有電池的改進(jìn)上。10月22日在京召開的全國(guó)節(jié)能與新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展推進(jìn)工作座談會(huì)上,國(guó)務(wù)院副總理馬凱提出“從供給和需求兩方面發(fā)力,加快動(dòng)力電池革命性突破”,即寄希望于新一代高能電池。
本人根據(jù)鋰電池25年的進(jìn)步史和現(xiàn)有鋰電池的理論儲(chǔ)能密度,也認(rèn)為現(xiàn)有鋰電池的改進(jìn)不可能實(shí)現(xiàn)能量密度達(dá)到330Wh/kg以上。在《再不重視動(dòng)力電池研究,就別提中國(guó)電動(dòng)汽車彎道超車了》一文中,已分析了國(guó)外新一代高能電池正在走的路線:一是采用高能儲(chǔ)存材料(目前研究集中于鋰硫化合物)制備全固態(tài)電池,另一是采用高介電材料制備高能薄膜電容器。
無(wú)論是制備高能儲(chǔ)存材料的全固態(tài)電池或高能薄膜電容器,要實(shí)現(xiàn)快速充電,都必需使用還原態(tài)石墨烯微片。目前國(guó)內(nèi)外還原態(tài)石墨烯微片的制備基本都采用先制備成氧化石墨烯微片后再還原的工藝,致還原態(tài)石墨烯的價(jià)格比氧化石墨烯更貴,電池中難以應(yīng)用。所幸的是,我們已研究了本征還原態(tài)石墨烯微片低成本制備的技術(shù),為高密儲(chǔ)能器的制備開擴(kuò)了道路。
電池是電動(dòng)汽車最核心的技術(shù),眾所周知“得電池者得天下”?吹絿(guó)外博世(BOSCH)和Sakti3公司在固態(tài)電池方面取得的進(jìn)展,國(guó)內(nèi)可能又將會(huì)出現(xiàn)一窩蜂式的跟進(jìn)固態(tài)電池的旋風(fēng)。
前不少互聯(lián)網(wǎng)公司想做智能電動(dòng)汽車,在此想提醒有志于電動(dòng)汽車的互聯(lián)網(wǎng)大佬,不能僅僅關(guān)注于電動(dòng)汽車的智能大腦和車體外形的時(shí)尚,請(qǐng)注意新一代的高能電池!目前正在開啟動(dòng)力電池的黃金十年,有預(yù)測(cè)五年后動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)將達(dá)1600億。伊隆·馬斯克在兩年前曾經(jīng)寓言:未來(lái)電動(dòng)汽車的電池將會(huì)是“超級(jí)電容器”。根據(jù)本人對(duì)這兩種高密儲(chǔ)能器的多年研究,估計(jì)最終會(huì)得到更廣泛應(yīng)用的是高能薄膜電容器!因?yàn)椋?/span>
★ 電容器無(wú)化學(xué)反應(yīng)過程,將比電池使用更安全;
★ 電容器無(wú)化學(xué)反應(yīng)過程,將比電池使用的溫區(qū)更寬,低溫可達(dá)-60℃,高溫可達(dá)120~150℃,使用電容器可考慮不配用溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng),有利于降低整備質(zhì)量和制備成本;
★ 電容器無(wú)化學(xué)反應(yīng)過程,將比電池使用更壽命更長(zhǎng);
★ 制備鋰硫全固態(tài)電池需制備四種漿料,而制備高能薄膜電容器僅需要制備三種漿料,電容器制備工藝簡(jiǎn)單,成本低;
★ 制備高能薄膜電容器可以不使用鋰,材料供貨方便,成本低;
★ 無(wú)鋰高能薄膜電容器回收簡(jiǎn)便。
2025年高能薄膜電容器將會(huì)幫助電動(dòng)汽車實(shí)現(xiàn)超越傳統(tǒng)汽車的目標(biāo)。
4、電動(dòng)汽車的輕量化目標(biāo)2025年可以實(shí)現(xiàn)嗎?
做新一代的智能電動(dòng)車一定會(huì)考慮采用新型的鋁底盤,因?yàn)閭鹘y(tǒng)燃油汽車零開發(fā)生產(chǎn)的電動(dòng)汽車,難以實(shí)現(xiàn)輕量化的目標(biāo)。鋁底盤已有蓮花跑車、特斯拉、寶馬i3等成功的應(yīng)用,仿制和改進(jìn)并不難,的難的是車身如何輕量化。車身輕量化的工藝路線目前有:
★寶馬i3采用碳纖維制備車身;
★長(zhǎng)城華冠采用全鋁車身框架,碳纖維制備車表面的車身。其前途車型主受力結(jié)構(gòu)件采用高強(qiáng)度鋁合金型材,比傳統(tǒng)鋼板材料車身降重25%;車身外覆蓋件采用碳纖維材料,比傳統(tǒng)鋼板材料降重約40%。
★冰封之城傾向于采用小型輕金屬立體框架車身結(jié)構(gòu)加非金屬材料覆蓋件的組合,非金屬材料又傾向于采用塑料。在《說完了目標(biāo),李想的"車和家"究竟要怎么干》一文中,冰封之城更具體地提出采用沖壓、焊接、涂裝、總裝四大工藝制備鋁合金車身的路線。
★本人設(shè)想,車身宜采用精密鑄造石墨烯增強(qiáng)鋁合金部件與石墨烯增強(qiáng)工程塑料注塑件裝配制備。
在我國(guó),碳纖維材料價(jià)格高,供貨困難。但我國(guó)是鋁生產(chǎn)大國(guó),輕量化采用鋁是理所當(dāng)然。近幾年基于航空工業(yè)和高鐵工業(yè)的要求,大大促進(jìn)了鋁材技術(shù)的進(jìn)步,例如可拉延鍛造的鋁材在國(guó)內(nèi)已有生產(chǎn)。更加重要的是,石墨烯增強(qiáng)鋁基納米復(fù)合材料的出現(xiàn),可將鋁材料的抗拉強(qiáng)度增大25%,壓延性也得到改善。采用石墨烯鋁合金代鋼材,將比傳統(tǒng)鋼板材料車身降重由25-30%提高至40%以上,已可接近碳纖維的降重水平。但價(jià)格仍將會(huì)遠(yuǎn)低于碳纖維。
另外,采用石墨烯鋁合金制備輕量化的智能電動(dòng)汽車,因國(guó)內(nèi)工業(yè)化生產(chǎn)氧化石墨烯微片的價(jià)格已降至4元/g。上面提到的用于制備高能電池和電容器的還原態(tài)微片技術(shù),預(yù)計(jì)工業(yè)化生產(chǎn)價(jià)格還可降低。并且,用于制備高強(qiáng)鋁合金的石墨烯,因使用親油性的還原態(tài)石墨烯將比親水性的氧化態(tài)石墨烯更容易于在鋁液中分散,致材料強(qiáng)度將更好,工藝更簡(jiǎn)單。從經(jīng)濟(jì)技術(shù)考慮,石墨烯鋁合金的推廣應(yīng)用已具備了條件。
當(dāng)采用精密鑄造工藝制備鋁底盤后,車的側(cè)板和頂板為什么不采用相同的工藝制備呢?工廠為此僅需增加鑄造模具而已!若進(jìn)一步將此工序交給鋁生產(chǎn)企業(yè),將通常鑄錠的鋁液制備成石墨烯鋁合金后直接精密鑄造成汽車部件,更有利于節(jié)能和降低部件的成本。耽心“連材料也只有向美國(guó)Alcoa公司和加拿大的Alcan公司這兩個(gè)世界上最大的兩家鋁業(yè)集團(tuán)公司去買”則完全沒有必要。特斯拉剛開始試制時(shí),鋁底盤不也是采用代工嗎?
智能電動(dòng)汽車的儀表板、內(nèi)裝飾件、前車身件和側(cè)裙件還可采用石墨烯微片增強(qiáng)的塑料,因石墨烯不但是最優(yōu)秀的增強(qiáng)材料,也是最優(yōu)秀的塑料阻燃劑,用于電動(dòng)汽車還可提高車的安全性,也是今后技術(shù)發(fā)展的方向。
5、電動(dòng)汽車代工生產(chǎn)是今后必然的方向!
智能電動(dòng)汽車企業(yè)作為一個(gè)高新技術(shù)企業(yè),為降低投資量和投資風(fēng)險(xiǎn),必然會(huì)走代工的道路。關(guān)鍵是如何代工。
以多年在高新技術(shù)企業(yè)任高管的體會(huì),代工必需有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的技術(shù)作保證,并且關(guān)鍵的零部件、材料的質(zhì)量、價(jià)格及供貨渠道還必需自己能控制。否則在市場(chǎng)竟?fàn)幹须y以控制產(chǎn)品品質(zhì)、價(jià)格,還有可能被“山寨”。
智能電動(dòng)汽車的自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)技術(shù)是:車的整體設(shè)計(jì)技術(shù)和智能控制系統(tǒng)技術(shù)。需控制的關(guān)鍵零部件和材料則是:“革命性突破”的高能電池和還原態(tài)石墨烯。
李想在《打造一個(gè)電動(dòng)車企業(yè)大概需要多少錢?》中,冷靜地指出:“在我們看來(lái)根本沒有什么互聯(lián)網(wǎng)+汽車,只有清晰的認(rèn)識(shí)到本質(zhì)是汽車+互聯(lián)網(wǎng),才有可能腳踏實(shí)地的走下去。汽車是基礎(chǔ),互聯(lián)網(wǎng)是錦上添花和幫助提升效率的,先有高品質(zhì)的車,其余的才有意義。”本人非常欣賞。
李總說:“無(wú)論是蔚來(lái)汽車,還是車和家,我們最先成規(guī)模的團(tuán)隊(duì)是供應(yīng)鏈和制造的團(tuán)隊(duì),以及技術(shù)、工程和研發(fā)的團(tuán)隊(duì)。”“這些人平均的工作經(jīng)驗(yàn)都在十年以上,參與過多款量產(chǎn)車。”本人與 冰封之城則有完全相同的看法:“車和家的產(chǎn)品定位已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不同于傳統(tǒng)汽車,在汽車廠打磨10年以上的人,身上的局限束縛和條條框框會(huì)很多,毫不懷疑他們能打造出高質(zhì)量的產(chǎn)品,但是是不是顛覆性的、適應(yīng)市場(chǎng)的,老實(shí)話很難講!” 總工程師將為您選擇一先進(jìn)的造車工藝路線,制造團(tuán)隊(duì)和研發(fā)團(tuán)隊(duì)?wèi)?yīng)按將采用的造車工藝路線選用專業(yè)的人材,關(guān)鍵的人是總工程師!
李總想“為什么非得需要成本很高的四大工藝生產(chǎn)線(沖壓、焊接、涂裝、總裝),是不是可以把沖壓省掉?” 因李總提出的造車方案太過于常規(guī),不符合市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的規(guī)則。若采用本文所述的材料、技術(shù)和方法,就不需自建四大工藝生產(chǎn)線。因?yàn)闆_壓、焊接已不是必需的主要工藝了,所需要的僅是涂裝和總裝,到時(shí)傳統(tǒng)汽車涂裝和總裝生產(chǎn)線的工作將會(huì)極不飽滿,交與傳統(tǒng)車企代工就可以了?傃b時(shí)由于大量使用鋁鑄件與塑料件,可以采用粘結(jié)為主,焊接為輔。因車身的零件數(shù)量會(huì)大大減少,總裝的工作也會(huì)大大簡(jiǎn)化。順便說一句,中國(guó)高鐵技術(shù)中的鋁合金車廂焊接技術(shù)已是國(guó)際先進(jìn)的水平,若電動(dòng)汽車制造需焊接,也不必去國(guó)外找技術(shù)。
所說的高能電池和還原態(tài)石墨烯,及鋁鑄件、擠塑件的生產(chǎn),只需對(duì)合作公司參股控股,其它最大的投入是車的設(shè)計(jì)費(fèi)用和智能控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和制造,再考慮留一定的流動(dòng)資金采購(gòu)電機(jī)、減振器、車輪、轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)等部件,2個(gè)億美金也應(yīng)夠了。
特別說一下,智能電動(dòng)汽車的智能控制系統(tǒng),應(yīng)是一個(gè)云系統(tǒng),將車況參數(shù)顯示、車況超標(biāo)自動(dòng)控制、主動(dòng)安全系統(tǒng)、車管家服務(wù)系統(tǒng)、上門維護(hù)服務(wù)系統(tǒng)……直至自動(dòng)駕駛系統(tǒng)集于一體,使智能電動(dòng)汽車成為電腦控制下的汽車。
目前傳統(tǒng)汽車公司生產(chǎn)的純電動(dòng)汽車,一種功能配套一臺(tái)控制儀器,僅是“為汽車配套”而已。雖然“方便用戶選配”,但增加了成本。并且這種電動(dòng)車是高電耗的汽車,不可能成為開創(chuàng)新文化新生態(tài)的“低電耗、全智能電動(dòng)汽車”,預(yù)計(jì)十年后生存也將困難,混合動(dòng)力新能源汽車的生存則更不用提了。
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