袁春懷（北京世紀卓克能源技術公司副總經理）
摘要：本文依據低碳社會生活標準，建言電動車的設計者與產業投資者：摒棄傳統汽車設計追求的高速、安全、奢華的汽車極致設計理念。根據當前世界儲能電池的技術水平，從低能耗與使用經濟性的角度，開創電動車設計新理念。
關鍵詞：電動車、儲能電池
引言: 提高能源利用效率、降低二氧化碳排放，應對全球氣候變化是當今發展電動汽車的主要動機。而用低碳的標準來衡量電動汽車的最佳效能時，我們會發現必須圓滿回答如下問題：
混合動力電動車HEV最省油與降低制造成本之間是否存在最優效率關系？
汽車的功能是載物（或載客），純電動汽車的儲電能量與載物之間是否存在最優效能關系？
純電動汽車（包括PHEV）儲能電池的配置原則是否應該與其他主要部件保持基本一致的壽命與可靠性？
如果儲能電池的成本取決于資源成本而并不能因批量增加顯著降低時，現實電動車是否還有可以符合經濟運行規律的途徑？
只有圓滿解答了上述問題，才能設計出符合市場經濟規律的電動汽車。筆者將結合當前電動車用電池組存在的壽命與成本問題和奧運電動車示范運行的體會，與產業投資者和電動車設計者探討符合節能效益和市場規律的電動車產業化最為關心的成本、壽命與可靠性問題。試圖發掘符合低碳經濟標準的電動車設計原則。
1 當前電動車的技術狀態
1.1 系統總體技術
由于傳統汽車技術的發展進步和汽車總體概念長期的深思熟慮，導致電動車系統總體技術從一開始就建立在比較成熟的基礎上。在宏觀概念上，除HEV和PHEV外沒有什么突破性的概念變化，因此不存在知識產權問題，更談不上所謂“自主知識產權”問題。
1.2 系統控制技術
控制技術在機械與電子工業領域相當成熟。電動車的系統控制技術無非是提出正確的控制方案，但方案的實現并不存在技術障礙。
1.3 電機及其控制技術
電動車的電機相當于汽車發動機，應該是電動車的核心。由于電機可以在直流電機或交流伺服電機之間選擇，并且由于汽車運動環境的隨機性與復雜性，使電機及其控制技術成為電動車的關鍵技術。在電動車市場需求激勵下，不斷催生出更高效能的電機。中國在世界電機技術領域占有一席之地，擁有一些獨到的技術和知識產權。但在電機控制技術方面仍然受限于控制經驗的匱乏和元器件質量不高，控制部件的可靠性偏低等問題。
1.4 電池及其控制技術
電池始終是電動車發展的技術瓶頸。可以說電動車的發展始終受制于電池技術的發展。主要存在以下問題：
1.4.1 如果按照傳統汽車的性能標準對儲能電池提出需求，其比能量至少應大于200Wh/kg。而當前最先進的鋰離子動力電池比能量僅在100Wh/kg左右徘徊。如果強調大功率特性這個指標還要低。
1.4.2 由于電池的充放電過程大多是伴隨著化學反應的復雜過程，很難給電池控制方案提供詳細準確的變化特征，加之大量同時工作電池之間的不一致性，使電池堆整體性能難以滿足工程需求。
1.4.3 另一個被嚴重關切的問題仍然是電池安全性。電池比能量與安全性始終存在鮮明的反比關系，使得電動車工程設計一直被困擾在高比能量與安全性之間。高比能量電池一旦出現短路之類的故障，電池無法承受本體限定的熱容量，將導致自身的起火甚至爆炸。
1.4.4 在電動車總重與攜載能量的配置設計中，鋰離子電池是目前唯一能夠初步滿足比能量需求并可實現工業生產的電池。但通過仔細分析鋰離子電池的原材料成本，可以肯定：如果沒有飛躍性的技術突破，鋰離子電池成本不太可能達到市場期望值。由此引發了以間接降低成本為目標的電池全壽命周期的綜合利用問題。
2 電動車關鍵技術
事實上，影響電動車產業化的唯一關鍵技術是儲能電池系統。包括電池、電池堆、充電和因成本壓力必須關注的殘值利用。這里把電池和電池堆分成兩個概念，是因為它們之間既有依存關系，更有各自獨立的技術評價指標。
純電動車工程設計對儲能電池供電系統的一般要求是：
儲能電池總體參數 系統技術要求 說明
整體循環壽命 > 5000次 80%DOD，剩余容量50%
安全性 QC / T743-2006 單體電池符合性，整體無標準
倍率放電能力 連續放電 > 3C 允許儲能20min快速瀉放
充電能力 最大允許3C充電 20min充電超過80%
振動 符合車載電子設備振動標準
控制 溫度、過載、短路
電池狀態信息 SOC、單體一致性、溫度等
3 電動車設計遵循的原則
3.1 市場接受原則電動車的市場接受能力首先是以常規汽車購買價值及其使用消耗費用為直接對比依據的。事實上，當前包括EV、HEV、PHEV等任何形式的電動車，其直接經濟性都無法勝過傳統汽車（只有電動自行車除外）。其次是站在環保與擺脫不可再生能源依賴的高度，有限度的接受其經濟性。這個限度取決于各國政府的消費導向和消費者的覺悟。中國與發達國家相比，無論是政府補貼還是消費者覺悟，都顯著低于發達國家水平。因為我們無法想象一個經濟處于高速發展的社會，汽車消費者會不顧經濟性而選擇代價昂貴的
零排放汽車。從長遠發展看，石油價格的不可逆攀升將給電動車發展帶來真正機會。因此，筆者認為市場可能在10~15年左右達到經濟平衡點。當前發展HEV是作為節能減排概念的噱頭，在政府政策和補貼的背景下可用于利潤豐厚的中高級汽車。但是，為了迎接經濟平衡點的到來，無論如何都應從現在開始發展電動汽車。
3.2 可靠性設計原則
電動車比傳統汽車多出的電機、電池以及電子控制設備，需要與其他主要零部件具備同等的壽命與可靠性。事實上，當前電動車最令人擔憂的是電池系統的可靠性與壽命。如果它的壽命不能與整車同步，就意味著在整車使用期內，用戶將付出高昂的更換電池代價。而可靠性的降低將會直接摧毀企業的聲譽。
3.3 能耗經濟性原則
額定功率下的單位重量能耗和單位行駛里程能耗應該成為更科學評價電動車能耗水平的經濟與技術指標。而諸如單體電池壽命、整車充滿電續駛里程等幾乎與電池系統先進性無關的數據，總讓人感到噱頭和被“忽悠”的嫌疑。在低碳生活推崇能耗經濟性的大環境下，整車總體設計的第一輸入目標應該是低能耗，這需要引入一個全新的電動車總體技術標準。而當前在現有傳統汽車底盤基礎上設計的電動車幾乎都無法實現低能耗目標。現有傳統汽車為了滿足人類的各種奢望，通過消耗更多能源來滿足奢侈、豪華、舒適、高速行駛及其附帶安全可靠性的設計原則，是不符合低碳生活概念的。
工業設計通常是建立在成熟技術基礎上的。因此，對于那些致力于電動車產業化的企業而言，產品設計應該遵循能耗經濟性、產品可靠性和制造成本經濟性的設計原則。事實上，當前電動車的儲能電池系統仍然處于關鍵技術的解決過程中。但是，由于市場需求的迫切性，筆者仍然希望站在制造商的角度，討論電動車的工程設計原則問題。而把技術問題留給那些技術專家去解決。
原則一：電動車整備質量與總儲能量的最佳匹配。由于儲能電池比能量現有技術水平的限制，電動車設計不能滿足設計師的隨心所欲構想。經驗證明：大客車含電池總質量上限應在8噸以內，小客車總質量上限應在0.6噸以內。盡管目前還無法用數學模型精確描述其最優化狀態。
原則二：電池系統儲能量的匹配。保證儲能電池經常性放電電流處于0.3C~3C的最佳狀態。它是由電池放電特性決定的。過低放電導致制造成本的浪費，過高放電將影響電池系統壽命。
原則三：電動車續駛里程與儲能量的匹配。在滿足第一原則的條件下，按總能量的70%計算確定出新車續駛里程標稱值。根據電池系統壽命，以剩余40%能量的循環壽命來計算確定出電動車終止壽命（續駛里程下限值或總壽命里程）。
結束語
電動自行車蓄電池充滿電僅耗能0.4KWh，電費0.2元，按續航40公里折算每公里電費僅5厘錢。對于個人來講，沒有比電動自行車更經濟的機動交通工具了。
從工業制造角度，電動自行車造價1000元，而電動公交車造價100萬元。即便不計充電站投資以及駕駛員和眾多維護人員消耗費用，僅按80名乘客人數計算的人均交通工具造價也高達1.2萬元，是電動自行車的12倍。
（作者：袁春懷 北京世紀卓克能源技術有限公司副總經理，北京經濟技術開發區錦繡街3號泰豪科技大廈，A座303室，電話：+8610-67806228）
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