顛覆電動車舊思維 提出三種電池解決方案

對于中國電動車當下發(fā)展現(xiàn)狀的混亂、停滯以及由此產(chǎn)生的對它的不利言論，上海交通大學機械與動力工程學院教授，博士生導師、上海交通大學校長助理、汽車工程研究院院長許敏憂心忡忡。
　　2011年夏天，他在上海接受《汽車商業(yè)評論》專訪時用他的新思維駁斥了外界對于電動車的誤解。
　　作為發(fā)動機燃燒領(lǐng)域以及長期致力于汽車研發(fā)工作的專家，他提出了電動車前沿的、顛覆性的模塊化設(shè)計理念和商業(yè)模式，為電動車工業(yè)未來技術(shù)的發(fā)展提供創(chuàng)新的思路，并預言電動車技術(shù)的不斷創(chuàng)新將帶來汽車工業(yè)徹底的革命。
車體的結(jié)構(gòu)性變革和運營新模式
　　《汽車商業(yè)評論》：從我們現(xiàn)在見到的電動車看，這些車似乎與傳統(tǒng)汽車的樣子沒有多大差異，我們未來的電動車設(shè)計還會延續(xù)傳統(tǒng)汽車設(shè)計制造思路？
　　許敏：我的想法是革命性的。傳統(tǒng)的汽車四大工藝，沖壓、焊裝、涂裝、總裝，前三項成本最高，總裝主要是手工完成。前三大工藝都跟汽車的白車身有關(guān)。實際電動汽車不一定需要白車身，可以用框架結(jié)構(gòu)，傳統(tǒng)白車身沒有任何好處。
　　傳統(tǒng)白車身的焊裝工藝是固定的，無法靈活變化，把好幾百個沖壓件拼焊到一起，并且焊得天衣無縫，一旦焊成了以后，你的車型就很難改，只能是三年一小改，五年一大改。這樣的車身沒有任何的柔軟度及可變度可言，車重達1噸以上，你一個人開，也要帶著笨重的車身，非常耗能。
沒有白車身的話，安全怎么保證呢？
　　白車身是唯一的安全保障嗎？不是。F1賽車沒有白車身，就不安全嗎？那么快的速度，一般性的碰撞，賽車手都不會有大的傷亡，這是因為F1的車全是框架結(jié)構(gòu)。你知道擠壓鋁型材吧？那個東西又輕、剛度又好，完全直角，用標準的連接件連接在一起的，手工就可以裝配。那種框架結(jié)構(gòu)比白車身要強得多。
　　有白車身，但是它有車身，只是不起安全作用了。它像衣服一樣，就是一個罩子蓋上去的。你把那個蓋打開里面全是架子，這種架子實際上又輕又簡單。高檔跑車的車身全是碳纖維，為什么？這樣就可以做出各種各樣漂亮的外型，你說不安全嗎？比一般的車安全多了，因為里面有框架！
　　而且如果路上全是電動車，完全可以讓車之間實現(xiàn)永遠不碰撞。你說海里面的魚從來不會碰到的，它們是不停地在相互交流?。‖F(xiàn)在各種先進的傳感器和控制器在技術(shù)上完全可以實現(xiàn)永不碰撞。但是為什么做不到？因為傳感器太貴了，汽車電子的器件和系統(tǒng)太貴了！
　　這些東西老百姓平時用的很便宜，一用到車上就貴了。如果車用傳感器成本達到目前家用電器成本的水平，所有的車都可以實現(xiàn)低成本安裝如雷達、激光探測、車聯(lián)網(wǎng)這些東西，那么車跟車、車或物體之間用傳感器實現(xiàn)互相一直交流，就不會產(chǎn)生碰撞。
　　以前，所有的人開著同樣的車，多少年不變，現(xiàn)在的人需要個性化；以前傳統(tǒng)的汽車沒法改，現(xiàn)在電動車新的技術(shù)可以啟動新的造車思路。
　　這實際顛覆了以往的汽車制造理念。
　　電動車車身設(shè)計與生產(chǎn)將趨于模塊化，承載式鋁型材的框架，輕型環(huán)保材料的車身就像人的衣服一樣每天都可以換。造型和質(zhì)量跟蘋果產(chǎn)品一樣，把藝術(shù)、機械、電子融為一體的精品。然后，采購、制造全部都外包。制造和服務就采取跟麥當勞一樣的品牌連鎖店形式進行。
　　未來電動車的設(shè)計思路應該是采取更便宜的、節(jié)能的、柔性的、全新的材料及模塊化設(shè)計理念。它沒有生產(chǎn)線的概念，沒有大的投資，軟件、硬件全開放，應用軟件可以自己開發(fā)，然后硬件也可以自己開發(fā)，插上就能用。
　　這樣所有工業(yè)界都可以加入，不是汽車界的，其他行業(yè)什么的都可以進來。汽車行業(yè)不再是獨特封的閉型行業(yè)，造車成本大大降低。這是新的汽車工業(yè)模式。
三種電池解決方案
　　《汽車商業(yè)評論》：不過，現(xiàn)在的電動車太貴了。
顛覆電動車舊思維
　　許敏：所以我們要做低電動車的成本。電動車現(xiàn)在成本居高不下是因為大家開發(fā)電動車的同時，也在開發(fā)全新的電動車供應商。他們找的基本是是863計劃培養(yǎng)的電動車零部件供應商，這些人在幾個五年計劃里，只投錢沒賺錢，好不容易有了市場，肯定想辦法把錢賺回來，不可能便宜。
　　況且剛開始是產(chǎn)量不會大，還有一個不可忽視的原因就是，就是我剛才說的，現(xiàn)在多數(shù)電動車都是在傳統(tǒng)汽車上改裝的，那么重的車身，電池和電機肯定大，成本就降不下來。
　　中國電動車低成本出路在哪里？在每年的2000多萬臺電動摩托車上面。電動摩托車有電機又有電池，還有控制系統(tǒng)，而且市場充分競爭，價格非常便宜。怎么樣把它的技術(shù)水平提高，從而提高它的整體配套能力和體系，從而用到電動車上就是我們實現(xiàn)低成本的主要出路。
　　除了你剛才設(shè)想的模塊化結(jié)構(gòu)，還應該怎么辦呢？
　　現(xiàn)在全世界難點在哪里呢？電池必須有成百上千的單極電池成組才能供電動車用，成百上千的電芯在一起管理控制太難了。一是電池本身質(zhì)量的一致性要求苛刻；第二，成組的技術(shù)水平要求很高，比如要求冷卻技術(shù)及時跟進；第三，系統(tǒng)化管理控制的水平不行。目前，只要有一個電池壞了，整體電池就不能工作了。
　　我們有新的電池解決方案，，還是用目前電動摩托車上的電池模塊，幾十個單體電池拼成組，都有自己的控制系統(tǒng)。哪個廠家生產(chǎn)的都可以用，我們把這些模塊拼成組，然后我們再用上一層的控制系統(tǒng)控制它們，哪個好，就讓哪個起作用。如果有個別電池是壞的，電控系統(tǒng)將不用它。
　　這樣，采取分層控制和分布式控制，就解決了成百上千電池在一起同時控制的難題。這樣，目前市場低廉價格的電池就能充分利用了，而且總成本很低。
　　但是電池的根本問題還是沒有解決，比如頻繁充放電容易讓電池壽命減少。
　　電池一開始就不應該是拿來直接驅(qū)動汽車里面電機用的，干這個工作的應該換成超級電容。電池原理是化學反應，可以儲能，但是充電放電速度受化學反應速率限制。它是很好的儲電裝置，就像油箱是裝油的一樣，電池是裝電的，它不適用于頻繁快速的充電和放電。
　　汽車的運行工況變化很大，需要頻繁加速和減速。頻繁快速的充放電應該是超級電容的長項，超級電容是物理反應，充放電速度快，效率高，并且可靠性好，對控制系統(tǒng)要求不高。如果讓超級電容擔當電能的頻繁輸出輸入功能，然后把電池放到超級電容后面，作儲備或吸取，這樣就把超級電容和電池各自的優(yōu)點都發(fā)揮起來了，電動車對電池本身的苛刻要求因此就可以全部通過超級電容來避免。
　　如果這樣，電動車的很多問題似乎就解決了。
　　我們認為，電池也好，超級電容也好，都有一個很大的問題，就是它們的能量密度遠遠不如現(xiàn)在使用的汽油和柴油。最好的鋰離子電池的能量密度也比汽油差十幾倍。你要把能量儲藏在車上，要么電池和超級電容太重太貴，要么續(xù)航里程太短，開不了多遠。
　　這就要思考這樣一個問題：為什么能量一定要儲藏在車上了？能源如果不需要放在車上，像有軌電車或動車組一樣，從線路上或外部設(shè)施取電，那對車載電源的要求就會大大降低。這可能是電動車的最終出路。
　　比如用無線充電解決這個問題。地底下埋著線圈，車一邊在上面走一邊就充電了，因此解決了能源儲藏在車上成本過高的問題。
　　這個技術(shù)現(xiàn)在到什么程度了？
　　無線充電，我們現(xiàn)在能夠做到一米左右的距離，95%的傳輸效果，而且充得特別快，零點幾秒超級電容就充滿了，一個車經(jīng)過這個線圈，兩個線圈只要一合上，嘩——電就沖過來了。一條路有幾條車線和一條充電車線，人家看自己的電量沒有了，往上面一走就充上了。
　　這個東西比充電站什么的投資低多了，又不占額外的地皮，只要在車道下埋根線就行了。它有一個弱電的感應器，靠它來實現(xiàn)充電全程智能化操作。什么時候開始充，什么時候脫離，你充了多少電，都可以用它來控制，甚至你在哪里都知道，這等于還可以做智能交通用。
　　無線充電系統(tǒng)投資要比設(shè)充電站成本低多了，因此這也將成為電動車充電的最理想方式。這些都是很容易實現(xiàn)的技術(shù)，可惜現(xiàn)在大家都鉆在傳統(tǒng)思維的死胡同里沒有出來。
電機和發(fā)動機變革
　　《汽車商業(yè)評論》：對于電動汽車來說，似乎只有電機這一塊是最成熟的了？
　　許敏：現(xiàn)在很多人認為中國電動車的電機是成熟的，實際上中國工業(yè)的電機很成熟，但是汽車專用電機基本還沒開始做。
　　未來電動車可變功率電機將取代工業(yè)電機。目前，電動汽車電機的設(shè)計都是秉承工業(yè)電機設(shè)計，其實電機應該跟發(fā)動機一樣，需要做成全負荷范圍內(nèi)效率都很高，要做成應用可變磁通量的電機。
　　可變電機就像發(fā)動機的可變排量，可以根據(jù)需要來產(chǎn)生相應的軸功率，實現(xiàn)全工況范圍的效率最大化。這種電機可能是非對稱設(shè)計，在前進方向優(yōu)化，就像傳統(tǒng)汽車動力總成，在前進方向有4—8檔，但倒車只要一檔。而通常的工業(yè)電機設(shè)計是對稱的，沒有進行單方向的優(yōu)化。
還有什么需要改進的地方？
　　中國電動車發(fā)展一直是跟著人家屁股后面跑，很少搞創(chuàng)新。還有發(fā)動機，我們現(xiàn)在搞增程式發(fā)電機，用現(xiàn)有的汽車發(fā)動機來發(fā)電，其實真正只是用來發(fā)電的話，發(fā)動機就應該大大簡化，因為你只在一個點運行，在這一點，油耗排放要求都可以很容易達到，而通常使用的汽車發(fā)動機是為在汽車運行全工況范圍內(nèi)的高效率優(yōu)化設(shè)計的，非常復雜且成本高。
　　所以我們就開發(fā)了一款非常小的發(fā)動機。兩個活塞水平對置，振動相互抵消，功率和1.2升三缸機差不多，但是體積和重量小二、三倍，部件數(shù)量也少很多，更不用說成本了。