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中国汽车驶入“无油”时代  

2008-12-29 17:23:07|  分类: 产业技术 |  标签: |举报 |字号 订阅

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龚炯 产业技术组首席研究员

尽管油价有所下调,但高油价依然给中国上至国家、下至百姓带来了巨大的压力。对此,替代石油的能源汽车开始浮出水面。

其实,中国对于新能源汽车一直实施无歧视的支持政策,确立了“三纵三横”的研发布局:燃料电池汽车、混合动力汽车、和纯电动汽车为“三纵,”多能源动力总成、驱动电机、动力电池为“三横。”但从实际技术发展和中国现实国情来说,中国的新能源汽车发展方向最终将是纯电动汽车,而混合动力汽车作为过渡阶段。

中国汽车驶入“无油”时代

新能源汽车的发展方向有多种,但其中之一的氢燃料电池技术不成熟,成本昂贵,是20年之后的技术。20071月,汽车和动力电池专家Menahem Anderman博士在美国参议院能源与资源委员会作证时下此结论。中国也没有氢燃料电池反应所必需的铂。虽然没有公开申明,但据传国家内部决策层曾明确表示中国不适宜发展氢燃料电池汽车,只作为科研跟踪项目。

另外就主要采用甲醇、乙醇等低成本液体燃料的技术来说,由于大量采用玉米、粮食作为原料,导致全球粮价连续上升,这也不可能成为中国的技术选择。 

还有一种燃料技术清洁柴油,即含硫量低的柴油(含硫量低于350ppm的柴油),使用能使动力平均比汽油机节约30%的能源。不过因为国内的柴油品质不佳,频繁的油荒总是从柴油开始,此外柴油得不到国家政策支持。

从技术发展成熟程度和中国国情来看,纯电动汽车应是大力推广的发展方向,而混合动力作为大面积充电网络还没建立起来之前的过渡技术。今年中外车厂都先后推出了混和动力和纯电动汽车。比亚迪先后展示了F6DMF3DM双模电动车和F3e纯电动车。长安与加拿大绿色电池生产商Electrovaya 合作,共同拓展加拿大新能源汽车市场,首推奔奔纯电动版。美国通用汽车公司推出了以电动为主的Chevy Volt混合动力车,Mini Cooper推出了其纯电动版。

但混合动力车动力系统复杂,成本昂贵。比亚迪F3DM有两套动力系统,其公布的动力系统成本增加了5万元,相当于每年要节省8千元的油费才能比传统汽油车经济。不过混合动力车省油有限,丰田Prius省油大致10%-20%,奇瑞A5-ISG在北京奥运试运期间公布的省油参数为10%。可以算一笔帐,假设家庭年行驶2万公里,汽油车百公里油耗7.5,年油费9450元,混合动力车省油20%节省了1890元,无法抵消其车价成本的增加。

混合动力的优势是保留了传统汽油汽车的使用生活方式,根据汽油机和电动机混合程度,充电次数和传统汽油汽车加油次数相当,或者不用充电。行驶距离也不受限制。

纯电动车省去了油箱、发动机、变速器、冷却系统和排气系统,相比传统汽车的内燃汽油发动机动力系统,电动机和控制器的成本更低,且纯电动车能量转换效率更高。因电动车的能量来源——电,来自大型发电机组,其效率是小型汽油发动机甚至混合动力发动机所无法比拟的。纯电动汽车因此使用成本在下降。按比亚迪F3e纯电动车公布的数据,百公里行驶耗电12度,依照0.5元的电价算,百公里使用成本才6元。而其原形车F3汽油车百公里耗油7.6,按目前6.2元的油价,成本是46.5元。相比之下,电动车的使用成本才是传统汽油汽车的八分之一。

纯电动车的缺点是它改变了传统汽车的使用生活方式,需要每天充电。传统的汽车使用习惯是大致一到两周加一次油。而且每次出行也有几百公里的距离限制,虽然一个家庭远距离出行可能一年就这么几次。

电池技术决定能源汽车的命运

不管新能源汽车是混和动力还是纯电动汽车,都离不开电池这一核心技术。目前最有希望获得产业化的电池技术是磷酸铁锂电池(LiFePO4)。锂资源储量有限,根据美国地质调查所(USGA)估算,锂金属全球总储藏量为1340吨,锂资源极端偏向南美,中国有110万吨的储量,不可能作为像石油那样的替代品。今年国内锂价格暴涨,已从年初的30元一公斤涨到接近60元一公斤,短短几个月,几乎翻倍。所以如何有效利用锂资源成为新能源汽车技术研发的关键。

用于手机、笔记本的钴酸锂(LiCoO2)电池运用最广,但不太可能作为动力电池,因为钴酸锂电池价格昂贵、安全性和热稳定性很差。目前开始产业化的动力电池技术是负极使用碳,正极使用磷酸铁锂或其复合材料的电池。此技术由美国得克萨斯州立大学Goodenough在上世纪末发明,围绕此专利美国有多起专利法律诉讼。Goodenough试验室做出的最好结果使用高温固相法合成磷酸铁锂材料,常温下放电容量为110 mAh/g, 而磷酸铁锂的理论最大放电容量为170 mAh/g

经过多年来各国科研努力,目前最新的试验室技术达到了150-160 mAh/g,工厂产业化后达到130-140 mAh/g。电池循环寿命500次以上,损失率一般小于5%。比亚迪铁锂电池据称可充电2000次,按汽车十年使用寿命来算,应足以满足充电的次数需求。磷酸铁锂电池技术相对成熟,已有多家公司产品用在电动工具、segway、和纯电动汽车上使用。

 

磷酸铁锂动力电池性能与其它电池性能的比较

 

一般锂离子电池

碳酸铁锂动力电池

镍氢电池

标准电压

3.6V3.7V

3.2V

1.2V

单位质量容量

180 mAh/g

130 mAh/g

80 mAh/g

单位重量能量

90~110 Wh/kg

60~100 Wh/kg

50~60 Wh/kg

单位体积能量

280~300 Wh/L

220~240 Wh/L

200~220 Wh/L

循环寿命

60%, 100

>95%, 500

<50%, 50

安全

有可能大燃烧、爆炸

不燃烧 不爆炸

有可能燃烧

 

磷酸铁锂电池目前的技术状况,也已经可以支持商业化的纯电动汽车。可以做一个大致估算:磷酸铁锂电池单位重量能量接近100 Wh/kg,, 假设汽车有200 公斤的电池重量预算,即可支持20 kWh的电池容量。而1.2吨左右的紧凑型汽车(按轴距分属A级轿车)百公里耗电量大致是12 kWh。在每天充电的情况下,20 kWh的电池容量可以持续驾驶1个半小时左右,保守估计驾驶距离达到100150公里。目前家庭平均年驾驶公里数大致是2万公里,即使按200工作日算的话,每天平均驾驶距离是100公里 比亚迪F3e纯电动汽车电池容量38 kWh, 据称可持续驾驶300-400公里

中国的磷酸铁锂电池技术在世界上并不落后,特别是产业化生产制造方面。美国有两家主要的磷酸铁锂电池生产商,A123Valence Technology,其磷酸铁锂原材料生产和电池制造基地都在中国,A123在常州,Valence在苏州。A123的产品广泛运用在Black & DeckerDeWalt手动工具产品系列,目前开始为通用汽车的电动车提供电池。

中国主要的磷酸铁锂电池制造商有比亚迪和万向集团。比亚迪占世界钴酸锂电池市场的30%,就其公布的铁锂电池数据来看各项指标并不落后于A123Valence Technology。万向集团2007年车载锂电池销售额达到1150万元,今年预计达到2500万元。此外日本Sanyo和丰田都在开发此类电池。另有报道韩国LG也在开发此类电池。

纯电动汽车发展取决于国家基础建设

相比欧美国家,纯电动车在中国有更好的发展环境。中国消费者对汽车使用成本更为敏感,更愿接受电动车的每天充电的使用方式的改变。中国每年有1千万辆的电动自行车销量,用户每天充电。电动自行车完整的产业链有望延伸到纯电动汽车领域。纯电动公交车由于有专门充电场所,已经先行一步,开始大规模使用。万向的电动客车已经在杭州运行了4年,今年杭州电动公交客车将达到1000辆。北京奥运期间也有大量电动公交客车做试运行展示。

中国发展电动车最大的困难在于用户充电,不像欧美居民有独家车库可以使用。充电方式的解决需要国家政策支持和基础设施的建设。目前有两种商业充电模式。一种充电模式是在公众场所、办公、居民小区停车库等地建立充电站,慢充使用普通220V电源,需充78个小时。高压快充只需10分钟,但必须使用专门的充电站。

另一种商业充电模式是在加油站更换电池模组,那就需要关于电池的国家标准的制定,形成一套规范的电池模组和电量计算方法。纯电动汽车发展需要两种模式同时推广。据报道,比亚迪和国家电网正在协商合作建立充电网络。另外纯电动车的技术标准需要国家扶持,早日进入乘用车目录序列。今年发改委牵头发布了一个《纯电动乘用车技术条件》的征求意见稿,走出了第一步。

中国自主品牌纯电动汽车将挑战国际大牌

纯电动汽车时代,中国自主品牌汽车将会对世界汽车制造格局产生深远影响。最主要的原因在于纯电动车技术难度相对不大,中国自主品牌汽车制造商和以丰田、通用、大众为代表的世界车企巨头处同一个起点,技术差距一下子缩小了。处了动力电池,电动机、控制器都相对技术成熟。比如比亚迪就自身研发电动机,最近以近2亿元的资金收购了宁波中纬,拥有了电动汽车微电子控制驱动电机的研发和生产能力。

电池技术相对于汽车的关系有可能成为处理器相对于PC一样,商机巨大。一台汽车是一台手机电池需求量的三百到四百倍。最近股神巴菲特注资比亚迪反映了电池技术的重要性。

纯电动汽车的发展可能导致像山寨手机一样的山寨汽车局面。近两年,山东、河北、河南等地许多原来做农用车、三轮车的企业都开始涉足小型纯电动汽车的生产,并将其销往国内小城镇、乡村甚至出口国外。国家关于纯电动汽车生产牌照的发放政策却迟迟没有出台。在某些小城市及乡镇,纯电动汽车已经上路,但其到底是机动车还是非机动车的身份归属不明,也没有相应的配套措施对其进行管理。因为纯电动汽车的诸多优点,对它的市场需求比较旺盛,而国家的相应制度的出台则落后很多,未来可能会有一批山寨汽车的出现。

中国三星经济研究院(www.serichina.org)

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