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汽车未来发展方向性的研究
来源:雷洪钧    发布时间:2019/08/07   浏览:()次


  汽车发展已经有130多年了,现在大家都在讨论后续的发展方向,目前已有关键词:电动化、智能化、网联化、共享化、轻量化、氢能化、换电模式。但是很少有人认真研究汽车的发展规律及有关要素的内在逻辑性。于是到目前为止,行业专家学者、大些汽车企业的领导,对汽车发展方向及趋势,都不能给一个明确而具体、权威性的答复,许多观点也是人云亦云。以长安汽车为例,由于对汽车的发展方向不清晰,只好准备了20几个开发车型的方案,提交高层决策。这是为什么呢?开发少了,心里没有底;开发多了心里更没有底。
  汽车后续发展方向的讨论,实际上是认识汽车发展的规律。汽车发展规律具有必然性,人们如果对汽车发展规律认识到位了,就能少许多盲目性。可以说这样说,长安公司提交20多个研发方案提交高层领导决策,实际上高层领导同样是一层雾水。说明了人们对汽车发展规律的认识是有局限性的。
  笔者研究的结论是,汽车后续发展方向,是主要体现在电动化、智能化、网联化、共享化等四个方面,而汽车的轻量化、氢能化,换电模式,不是汽车的发展方向。具体理由,阐明如下:
  一、电动化是汽车发展的必然性要求,主要理由有四点
  1)大家知道电动汽车比内燃机汽车还早上10年。无轨电车保持了100多年,近年来,有轨电车有又有了新的发展。城市的有轨电车或无轨电车火车一直是电机驱动的,电源源于供电公司。火车已经经历过蒸汽机时代、内燃机时代、目前已经实现电气化。同是交通车辆工具的汽车,一定要纯电动化。
  2)汽车电动化一直在推进之中。混合动力汽车、插电混合动力汽车、增程式电动汽车。笔者理解,都是汽车电动化的过程形态而已。
  (a)混合动力汽车是基于内燃机汽车的制动能变成电能,驱动动力全部源于内燃机做功。但是已经开启汽车电动化时代;
  (b)插电混合动力汽车是基于部分用电网的电能来驱动汽车了。但是大部分驱动力依然是源于内燃机做功;
  (c)增程式电动汽车是将内燃机做功用于发电了。这里的内燃机不再是发动机了;
  (d)纯电动汽车已经没有车载内燃机了,电能全部源于电网了,与无轨电车不同是,其电能是由车载动力电池供电。
  汽车纯电动化一直是人们的梦想,当前是最接近理想的时代。
  4)电是不仅二次能源,同时更重要的是核心能源
  目前发展电动汽车主要有三个观点,一是中国能源安全性已经受到威胁,石油对外依赖度超过70%;二是减排,目前内燃机汽车尾气排放占比相当高了,许多城市空气质量很差了;中国要成为汽车强国,必须要弯道“超”车。于是要强调发展电动汽车。
  笔者做了深入的研究,上面三大原因比较高、大、上。许多人理解比较困难。发展电动汽车的原因是什么?说得具体些,电是不仅二次能源,同时更重要的是核心能源。
  (a)电是二次能源,电来源相当广泛。发电方式多样化,如煤发电、水发电、风发电、太阳能发、氢能发电等。汽车如果用电,更加安全可靠。
  (b)汽车如果用电,经济环保。目前汽车不环保,主要原因是汽车烧的是一次能源,如柴油、汽油,天然气等,目前环保技术一步一步提升,比如国2、国3、国4、国5、国6标准,一步接一步地推进,也跟不上内燃机汽车尾气排放速度。汽车如果用电,就没有尾气排放了。汽车自己就是环保产品了,这个是常识。
煤发电、油发电是工厂生产,其环保控制技术难度相对汽车而已,比对国6标准推广难度低得多。工厂生产发电,可以集中控制环保。这个是也常识。
  (c)电是核心能源,必须优先发展。汽车产业是国民经济的支柱产业,同时也耗能大户。耗能大户依托核心能源,是匹配的。实际情况上,中国电是缺的。核心能源也是要求长期优先发展的。
  笔者研究结论:
  (a)电动汽车不环保的观点,是没有依据的。无论电动汽车自己是环保的,还是电动汽车对能源产业链贡献而已,也是环保的;
  (b)混合动力汽车、插电混合动力汽车、增程式电动汽车,都是汽车电动化过程形态,不是电动汽车长期形态;
  (c)电动机取代内燃机作为驱动机,是必然趋势,用电网的电,是必然趋势。车载发电模式是过渡性。或者说,是动力电池比能量比较低的情况下的替代方案。
  3)动力电池比能量提升是一直没有中断过。锂离子电池的发明开启了动力电池的新时代。磷酸铁锂单体比能量从2008年80wh/kg,到2019年6月的190wh/kg,三元电池单体比能量已经实现300wh/kg,400wh/kg以上固态电池已经进入商品生产环节,北京理工大学吴峰院士团队研发出的硫锂电池单体比能量已经实现545wh/kg。汽车动力电池瓶颈基本突破,纯电动汽车时代已经到到来。
  对电动汽车最佳模式是车载储能器供电,而不是车载发电机发电。凡是车载储能器供电模式能满足日运行里程车型,就没有车载发电机发电模式车型的市场,理由是晚上充电时间是富裕的。充电设施不配套是不汽车自身的问题,另当别论了。事实上,混合动力汽车、插电混合动力汽车、增程式电动汽车已经退出城市公交客车市场。
  电动化是汽车发展的必然性要求,但是动力电池比能量提升之路依然漫长,从近期看,电动汽车替代汽油发动机汽车,还是可能的,但是要替代重型长途运输汽车,还待动力电池比能量的持续提升。
  二、汽车电动化是智能化的基础,智能化是电动化必然要求
  固定设备自动化,已经是基本趋势。电动汽车是交通工具,也是移动设备。智能手机的出现,标志移动设备智能化的开启。汽车智能化也是必然要求,但是内燃机汽车智能化的主要障碍有:
  (a)内燃机汽车制动是气制动或者油制动,即机械控制式。
  (b)内燃机汽车必须要有变速箱,而变速箱也是机械控制式的。
  这两个关键总成,如果保持机械控制式不变,汽车智能化就不能实现全部功能。
  汽车智能化分为三层级,一是执行层必须要实现线控总成,二是决策层必须由计算机支撑,二是传感器层面一定是电子化的。这有一个基本特征是要耗“电”。目前的内燃机汽车很难提供如此大量的电能。
  电动汽车如何能一定智能化?汽车实现智能化,必须要求动力总成线控化。而电动化汽车,朝动力总成线控化迈出了一大步。电动汽车一方面解决动力层面的电力,同时也能满足汽车智能化的电能需要。
  一句话,电动汽车是汽车智能化的最佳载体。汽车智能化,一是最佳是在纯电动汽车基础之上,二是动力总成必须线控化,三是切入点是封闭性道路、低速度车型,比如码头、仓库间转运汽车。一步一步来推进。
  三、汽车智能化解决了自身问题,而网联化解决的彼此之间
  汽车智能化是解决汽车自身问题,体现汽车自己有主驾驶能力。但是汽车彼此、汽车与交通设施、汽车与后台交通管理中心之间的信息交换是一个必须要解决。汽车智能化与网联化分开说,是两个方面的事情,综合起来说是一个题目。
  自动驾驶汽车、无人驾驶汽车、智能网联汽车,是同一个体,不同的说法而已。需要说明的是,目前汽车是为人驾驶而设计的。自动驾驶汽车,人不再参与直接驾驶行为了。
  汽车网联的难点是移动通信技术,延时必须很低,开放道路上,汽车车速度太高,高速公路上汽车速度一般有100公里/小时,自动驾驶汽车肯定离不开5G通信的支持。没有5G移动通信技术的支持,自动驾驶汽车是无法网联起来的
  四、汽车共享的必然性
  目前汽车是为人驾驶而设计的。自动驾驶汽车,人不再参与直接驾驶行为了。既然人不参与驾驶了,比如公共汽车乘客,不参与驾驶,就对公共汽车,没有拥有的欲望了。汽车如果实现了自动驾驶,家庭或个人没有必要拥有汽车了。
  汽车共享,必须极大提高汽车使用效率。这样一来,汽车保有量一定过了拐点一定会下降趋势。2018年汽车产销规模呈负增长趋势,也是汽车发展规律的具体体现。一些专家参考传统汽车强国汽车人均个人拥有量模型,对中国汽车发展预测,开始不灵了。
  汽车共享发起者一定是城市的年轻人,汽车共享与电动汽车没有必然联系。但是汽车共享重点是乘用车的共享。
  五、氢能化不是汽车发展方向的基本理由
  汽车是交通工具,汽车的安全性,一定要求汽车有一定抓力。而抓力源于汽车自己重力的分解。大家知道,美国汽车比日本汽车自重要重一些。日本汽车偏于节油,美国汽车偏于安全。日本汽车在轻量化做得比较优秀的,能不能再轻量化呢?轻量化的前提是,必须保证汽车有足够的抓力。否则,汽车安全底线可能就无法保障不了。一句话,汽车不是越轻越好。
  为什么要提轻量化呢,电动汽车目前动力电池比能量还比较低,加重了汽车的额定自重。也就是说汽车轻量化有限度的,换一句话,轻量化,是汽车,尤其是电动汽车设计工作是一项十分重要的工作。比如东风公司将汽车轻量化,归于了企业发展规划。但不一定就是代表是汽车发展的方向。
  六、汽车氢能化也不是汽车的发展方向?
  (a)氢气也不是一次能源,氢能不可能替代电能,成为新的核心能源。可以说,后续可能性也不大;
  (b)氢气作为汽车发动机(内燃机)的能源,多年的尝试证明,可能性也不大;
  (c)氢燃料电池是发电系统,放到车上,比汽油内燃机发动机,其系统比能量也没有优势。汽车是交通工具,不是生产车间。车上一边发电,一边用电,比汽车直接用车载储能器的电,要复杂得多,非安全因素更多。氢燃料电池替代目前储能电池可能性不大。
  但是为什么要大力提出发展氢能汽车?笔者研究的结论:
  (a)先行发展电力是一个长期基本国策。目前的现状,发电技术还不能保证,要用多少电,就电发多少,即用即发。于是浪费比较严重,尤其是,大规模的风能发电、太阳能发电,上网技术上比较困难,浪费更为严重。如何提高电能使用效率?已经比较急又有重要的工作,如何消纳被弃的“电”能呢?把弃掉了“电”,转换成氢气,还是划算的。于是氢可做电能的替身了。
  (b)氢气不仅可以燃烧,同时可以转换为电能。电能变成氢,氢又能变成电。这是能源技术重大革命。当然有一个一个转换效率损失,但是比电能被白白被浪费要好的多。目前燃料电池技术依然有瓶颈,其瓶颈比离锂电池的瓶颈更细、更小,要突破更为困难。
  (c)借用发展电动汽车的成功做法,力图破解燃料电池技术瓶颈。燃料电池的优势在发电,燃料电池的发电与内燃机组发电,其优势明显。燃料电池技术瓶颈一旦破解,氢能产业就有忘可能实现。目前氢气的应用不是能源,而作为化工材料。如果通过发展氢能汽车,能破解燃料电池技术瓶颈,在车上发电,不一定是最佳模式,但是用于分布发电还是比较好的模式,其意义重大。
  一句话,目前离子电池能够推广电动汽车,基本上就没有燃料电池推广应用空间。正确的做法是,将燃料电池用于重型长途商业车。
  在短期内,氢能汽车在中国也不会跳跃全功率氢能汽车,必须以纯电动汽车为平台。所以说,汽车氢能化不是汽车的发展方向。
  七、电动汽车为什么要提倡换电模式?
  北京市政府和北汽新能源公司,比较热心推动换电模式的电动汽车。2008年公交车换电模式得到示范应用,最后退出。今天北京市政府将其推广应用于出租车。推广应用不同于示范推广,换电模式的电动汽车推广应用目前没有得到法规《GB7258》的支持。
  换电模式推广应用,官方的理由。一是电动汽车电池成本较高,而目前动力电池单体价格下降到1wh为1元,国家补贴已经下降了底部。二是电动汽车续航里程短,而目前电动网约出租车续航里程基本上400公里以上,而日运营里程在350公里以下。
  北京市政府和北汽新能源公司,坚持推广换电模式,自然有他们的理由,但是笔者研究的结论,一定不是汽车的发展方向。
  八、说明
  笔者关于汽车未来发展方向性的研究,纯学术性的,供参考。同时接受不同观点的批评指导。


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