中國發展新能源汽車走的純電動的技術路線,通俗理解是發展純電動汽車的技術路線。至今為止,純電動汽車還沒有取得絕對性成功,相反,由於動力電池的安全性問題,整車自燃事故頻發,遭到消費者的廣泛質疑和詬病。同時,持續享受國家的補貼多年的新能源汽車產業至今“扶而不立”,於是有部分媒體對電動汽車環保性再度發出了質疑之聲。下面是筆者對此質疑的思考,基本結論是,質疑電動汽車環保性是經不起推敲的。
一、公交客車技術進步歷程介紹
筆者在客車企業工作已經有41年了,主要從事過公交客車生產、技術、質量工作,經歷過汽油車、無軌電車、柴油車、CNG(壓縮天然氣)車、LNG(液態天然氣)車、混合動力車、插電動力車、純電動車、氫能車生產、研發,目前還在關注公交車自動駕駛技術的應用。公交客車技術進步歷程介紹如下:
1)汽油公交車向柴油公交車升級。當時,有一個理由,柴油比汽油環保。汽油公交車是發動機前置的,柴油公交車是發動機後置的。當時擔心是發動機後置,安全性如何保證?發動機前置時,發動機動態運動變化,駕駛員能做到心中有底;如果發動機後置了,駕駛員的心理就會不安。因此技術上採用一些感測器,滿足了駕駛員對發動機後置安全的心理需求。
2)柴油車轉型CNG(壓縮天然氣)車。當時,有一個理由是CNG成本低,背景是國家西氣東輸工程已經完成。當時擔心如果CNG(壓縮天然氣)漏氣,車輛安全如何保證。當時閥門、管路等先進技術都在美國。後來,經過師夷長技的技術革新和反覆的試驗驗證,逐步打消了大家的漏氣顧慮。
3)CNG(壓縮天然氣)車轉型LNG(液態天然氣)車。主要理由是,LNG(液態天然氣)比能量高於CNG(壓縮天然氣)。LNG(液態天然氣)車可以做長途客車。最後,LNG(液態天然氣)客車沒有成功,卻是在大卡車上有一部分推廣了。天然氣在民間和工業生產推廣以後,分配給運輸業的天然氣不多了,於是天然氣汽車就再沒有向前發展了。
4)到了2001年開始混合動力汽車公交車的研發。主要理由是中國的汽車越來越多,石油對外依存度越來越高,國家能源安全受到威脅,必須研發節能汽車;還有人說,石油要枯竭了,只有40年開發時間了,必須研發電動汽車。當時擔心的是混合動力技術先進性在美國、日本、歐洲。當時中國公交客車是一個小品種產品,一年產銷量不到10萬輛,其動力總成整合度太高了,發展混合動力技術太困難了。
結果是,混合動力公交車在理論上是節能產品,由於技術上不能過關,其車輛故障太多,基本上滿足不了公交車運營工況。所謂節能的混合動力公交車方案就只能停留在紙面報告上了。
5)到了2012年,國家高層領導在充分論證的基礎上,明確了純電驅動的技術路線,放棄了混合動力的技術路線,國家政策上,對傳統混合動力汽車不再進行補貼了。
補充說明一下:無軌電車就是純電動驅動。無軌電車是公交車,但不是電動汽車。也就是說純電驅動沒有顛覆性的創新,而無軌電車變成電動公交車,原理上很簡單:
1)把動力電池安裝到車身上;
2)導電的辮子升起來,與電網接觸即可,開始充電;
3)充電結束後,把無軌電車線上導電的辮子放下來;
4)電動公交車就開始運營了。
原理很簡單,實際上執行很困難。動力電池比能量太低,磷酸鐵鋰電池比能量當時只有80mAh/kg。而公交車日運營里程在200公里以上,12米公交車1公里執行消耗電量在1度到1.2度電。
國家要推行電動汽車,企業只好增加充電頻次。但是充電頻次太高了,必然增加了公交公司一線的工作強度,示範推廣十分困難。
二、混合動力技術路線的推廣在中國沒有工業基礎
1)混合動力技術路線,技術先進性在日本。燃油汽車技術,中國是比較落後的,中國公交車前期推行混合動力技術的實踐表明,其基礎太差;
2)混合動力技術路線必須要以傳統汽車動力系統為基礎,但是發動機和變速箱技術已經被歐、美、日等汽車強國所控制;
3)混合動力技術路線是在傳統汽車技術基礎上的電動化改造。如果要推行混合動力汽車,中國必須開發出技術更為先進的混合動力耦合裝置才,這個對於目前的中國零部件企業而言是一個不可能完成的艱鉅任務。
三、純電動驅動的技術路線在中國是可行的
1)純電動驅動結構簡單,且中國有無軌電車和有軌電車的工業基礎,而切入點選擇的是純電動公交車。現在的技術困難主要集中到了動力電池的比能量太低,整車的續駛里程太短等實用性問題上。
2)中國電池工業基礎比較雄厚、產業鏈比較完善。自從1983年上海腳踏車二廠試製成功永久牌DX-130電動腳踏車之後,雙輪電動車,在我國就進入了飛速發展的階段,年生產最高接近4000萬輛;
3)開發出安全性高、高能量密度的汽車用動力電池是目前阻礙該行業發展的最大難題,當然這也是全世界的難題。隨著產業資本的助力和行業科研機構的努力,各種電池技術路線百花齊放、百家爭鳴。
可以說,如果動力電池比能量理論上是可以提升的話,純電動驅動的技術路線在中國是可行的,是有工業基礎的,比如亞迪電池、寧德時代等公司無疑是其中出類拔萃的代表企業。新能源汽車這個行業是一個全新的產業賽道,國際技術壁壘相對薄弱,這為中國電動汽車行業的快速發展提供了契機。
以下的各種電池技術路線理論上限和產業驗證,也無疑證明了新能源汽車用動力電池比能量密度是有極大的提升空間,發展新能源汽車的最大技術攔路虎即將被征服。
豐田汽車宣佈2021年底將正式量產全固態鋰電池,可以實現“充電8分鐘,行駛1000公里”的技術目標,將徹底解決電動汽車的里程焦慮問題。固態鋰電池的負極材料可以是奈米矽和石墨的複合負極,正極可以是高電壓錳酸鋰,也可以是富鋰錳基材料或者是不含鋰的正極材料,電解質是固體電解質,它的能量密度可以300—450 Wh/kg。
同時,在特斯拉最近的電池日之後,埃隆·馬斯克宣佈了一款外徑更大的4680電池,它具有更大的能量密度,更容易製造,更低的成本。
下面是幾種還在實驗室裡的技術路線:
鋰空氣電池的最大理論比能可達3460 Wh/kg,幾乎是鋰離子電池的10倍。
奈米技術的電池,採用了“100%矽奈米線”的陽極可以達到500 Wh/kg。與鋰離子電池相比,鋰硫電池是一種能量密度大大提高的新興技術。這種化學的理論最大比能是2567 Wh/kg,而鋰離子的最大比能是350 Wh/kg。
雙碳電池。兩個碳電極和一種無毒的電解質,能夠比傳統的鋰離子提取更多的能量,充電速度是傳統鋰離子的20倍,這些鋰離子變體可能成為電動汽車的未來。
四、質疑電動汽車環保性是經不起推敲的
中國電動腳踏車年產銷已經接近4000萬輛,用的是電池,且長期用的是鉛酸電池,卻沒有人質疑它的環保性。這是為什麼?
1)電動腳踏車電池是工業產品,工業產品是必須提倡、推行迴圈利用的。
2)凡是工業上能迴圈利用的產品,是可以保證產品生產過程、使用過程不會汙染環境的。
3)目前動力汽車年產銷量已經是130萬輛規模了。汽車動力電池,是必須迴圈利用的,且是能迴圈利用的。
4)科普宣傳告訴大家,動力電池有汙染的,是強調動力電池迴圈利用的重要性。也是說,動力電池能迴圈利用。只有工業能迴圈利用,就可以能保證其環境友好性。
而質疑電動汽車環保性的一些專家,不用學界科學的三段論進行論證,卻是採取“血統論”去觸類旁通的方法,來質疑電動汽車的環保性。舉例子如下:
1)電動汽車真的環保嗎?(注:實際上,發問者已經認可了電動汽車是環保的);
2)電動汽車作為產品是環保的,但是生產過程環保嗎?
(注:發問者已經在轉轉移話題了,產品是環保與其生產過程是不是環保的,是兩個問題。而環保是全社會系統性的工程,產品已經環保,當然要求其生產過程必須環保。)
3)電動汽車使用了動力電池,動力電池環保嗎?
(注:動力電池是可以工業迴圈利用的,政府要求必須工業迴圈利用的。)
4)電動汽車要充電,電環保嗎?中國的電,主要是火力發電,即煤發電。
(注:工業產品生產過程,提倡和推行綠色製造,能源生產同樣要提倡和推行綠色。)
於是發問者,自問自答,有如下推論:
1)因為煤不環保,所以煤發電也是不環保的;
2)因為用煤發電,電不環保的,於是這樣的電給動力電池,充電也不環保;
3)因為電動汽車要充電,所以電動汽車也不環保。
發展新能源汽車是國家清潔能源戰略的一個戰略補充,國家未來的電能來源必將從傳統的“火電”向“風電、光伏、水電、核電”等清潔能源方向過渡。因此,未來的“電”的來源也必將是清潔環保的。因此,我們不難發現質疑電動汽車環保性的推論是短視的,缺乏對國家能源政策的研討和解讀。
總之,我們要以發展的眼光辯證的看問題,把握國家戰略發展趨勢,順勢而為。“刻舟求劍”一般的求知論道,結局也必將“貽笑大方”。