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未來新能源汽車究竟是純電動(dòng)、混動(dòng)還是燃料電池汽車的天下?

鉅大LARGE  |  點(diǎn)擊量:1447次  |  2018年12月09日  

關(guān)于未來新能源汽車的主流到底是混合動(dòng)力還是純電動(dòng)一直是人們討論的熱點(diǎn),這個(gè)問題牽扯到配套基礎(chǔ)設(shè)施的技術(shù),各主要市場(chǎng)政府的政策,能源開發(fā)冶煉的技術(shù),核電的未來前景,民眾對(duì)核電的態(tài)度,電網(wǎng)的發(fā)展,自動(dòng)駕駛技術(shù)的發(fā)展,電池的技術(shù),新的化石能源的發(fā)現(xiàn),甚至是國(guó)際政治的走向等等諸多問題,變數(shù)實(shí)在太多,到底誰能勝出,今天就給大家詳細(xì)分析一下。

一、純電動(dòng)汽車

優(yōu)勢(shì)

電力的來源是多種多樣的??稍偕茉慈缢姟⒑穗姷?,相比火電污染小,成本低,且沒有化石燃料耗光的危險(xiǎn)。甚至可以利用分布式的家用太陽能發(fā)電設(shè)備實(shí)現(xiàn)家庭汽車能源的自給自足。

社會(huì)用電存在波峰和波谷。在凌晨時(shí)段,用電量很低,很多機(jī)組容量被浪費(fèi),而此時(shí)正合適用多余的機(jī)組容量給汽車充電。

純電動(dòng)汽車完全沒有內(nèi)燃機(jī)的高噪音和振動(dòng),也沒有燃?xì)馊紵臅r(shí)滯,極為安靜,平順,且動(dòng)力響應(yīng)極為迅猛。加之電動(dòng)機(jī)低轉(zhuǎn)速扭矩很大,性能也很強(qiáng)。

因?yàn)榧冸妱?dòng)汽車的主要成本是電池,而電機(jī)成本較低,所以在汽車驅(qū)動(dòng)方式上有更多的選擇。比如,增加一個(gè)電機(jī)就能夠很容易在沒有傳動(dòng)軸和中央差速鎖(鎖定前后軸的轉(zhuǎn)速差)的情況下低成本的實(shí)現(xiàn)四驅(qū),而且前后軸動(dòng)力分配可以很容易從0:100到100:0之間任意切換且沒有時(shí)滯。更進(jìn)一步的來說,得益與電控技術(shù)的提高,純電動(dòng)汽車還可以實(shí)現(xiàn)輪轂電機(jī),四個(gè)電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)四個(gè)車輪,這樣車輛轉(zhuǎn)彎時(shí)的差速問題也得以解決,普通汽車的傳動(dòng)軸,差速器都可以取消,轉(zhuǎn)彎半徑可以無限小,側(cè)方停車可以采用橫向進(jìn)入的方式,同時(shí)四個(gè)輪子可以分別控制動(dòng)力。在傳動(dòng)方面大大降低成本,同時(shí)顛覆性的提升性能。同時(shí)電池全布置在車底,可以大幅改善操控,也可以增加儲(chǔ)物空間。電動(dòng)機(jī)本身維護(hù)成本也較內(nèi)燃機(jī)為低

因?yàn)槟壳叭祟惿鐣?huì)已經(jīng)是一個(gè)電力社會(huì),電力設(shè)施分布密度極高,成本極低,很容易發(fā)展成為充電設(shè)施。在一些發(fā)展中國(guó)家(如中國(guó))的鄉(xiāng)村,加油站可能還沒有普及,但充電條件卻可能已經(jīng)普及,只要少量改造,即可以為汽車充電。即使在發(fā)達(dá)的城市地區(qū),充電設(shè)備也比加油設(shè)備容易達(dá)到高的多的密度,比如每個(gè)停車計(jì)時(shí)器上都可以附帶一個(gè)。

相對(duì)于燃料電池,純電動(dòng)汽車應(yīng)用的鋰電池等電池技術(shù)已經(jīng)大規(guī)模應(yīng)用在電子電器等行業(yè)。

純電驅(qū)動(dòng),使得全自動(dòng)電控變得更容易,車聯(lián)網(wǎng),自動(dòng)駕駛技術(shù)等等更容易實(shí)現(xiàn)。

雖然電池本身有污染,但相對(duì)容易集中處理。而內(nèi)燃機(jī)尾氣排放很難集中處理,而且因?yàn)閮?nèi)燃機(jī)尾氣,及其形成的霧霾集中在人口密集的城市,影響到的人口更多,綜合危害可能更大。

其他三種方式都還要依賴化石能源,純電動(dòng)完全不需要。真的化石燃料用光了,這是四種之中唯一的選擇。

劣勢(shì)

能源再次充滿的速度太低。燃油和混合動(dòng)力汽車只要花幾分鐘的時(shí)間,就可以達(dá)到上千公里的續(xù)航里程。而目前電動(dòng)車充電技術(shù)最快的特斯拉超級(jí)充電站,20分鐘充電達(dá)到240公里的續(xù)航,速度只有加油的十分之一,但這種充電站目前成本比加油站還要高很多。而對(duì)于成本較低的220V家用充電,選用雙充電器(需要80安培的適配器)以后,充電速度也只有每小時(shí)100公里,標(biāo)配的40安培適配器的單相充電器則只有每小時(shí)50公里,而一般隨處可見的電源可能是10安培或20安培的適配器。如果是110伏電壓的地區(qū),比如美國(guó),日本,臺(tái)灣,充電的速度則會(huì)更低(在美國(guó)家用110v充電被稱為level1,需要專門以較高成本建設(shè)240V的level2充電樁),models的110v,15A的充電時(shí)間是每小時(shí)6.5公里左右。也就是說,雖然農(nóng)村充電設(shè)施比加油站多,但到了農(nóng)村以后,可能充一整晚的電,都不一定能攢夠回程的里程。如果采用換電池的方法,則一來各家電池標(biāo)準(zhǔn)很不統(tǒng)一,二來重量很大,而且如果設(shè)計(jì)的整體性好,會(huì)較難拆卸,三來成本較高,金融結(jié)構(gòu)上難于實(shí)現(xiàn),四來一個(gè)換電站,很難有效的覆蓋一輛純電動(dòng)車的活動(dòng)范圍。(相比之下,電動(dòng)自行車實(shí)際比較容易實(shí)現(xiàn),一般電動(dòng)自行車電池很小,幾百塊錢一個(gè),標(biāo)準(zhǔn)比較統(tǒng)一,居民區(qū)的小店只需購(gòu)買幾副電池輪流充電,經(jīng)常經(jīng)過此處的人或者附近住戶要用的只要交一個(gè)新電池的費(fèi)用,然后享受兩年的隨時(shí)換電池的服務(wù),按次付電費(fèi),就能解決相當(dāng)一部分人的需求)

續(xù)航里程。受限于電池成本,重量,和電池管理技術(shù),電動(dòng)車普遍續(xù)航里程較低。目前家用燃油車普遍高速續(xù)航能力在一千公里左右,最大的特斯拉按EPA測(cè)試是426公里,比亞迪E6和騰勢(shì)是200公里,其他車型最高的也只有100公里左右。這種低續(xù)航能力在充電很慢的情況下,負(fù)面影響就變得更大。

電池壽命。因?yàn)殇囯姵氐奶匦?,完全充放電?huì)對(duì)電池壽命有較大影響,而純電動(dòng)車因?yàn)殡姵爻掷m(xù)輸出電力,無法像傳統(tǒng)混合動(dòng)力一樣淺充淺放,壽命遠(yuǎn)遠(yuǎn)短于傳統(tǒng)混合動(dòng)力的電池組。日產(chǎn)宣稱5年平均每天一次快充一次慢充的情況下,都是只充到85%,只用到15%,大概5年后還能有80%的電量。總體上按不影響使用的電池容量衰減計(jì)算(日產(chǎn)在美國(guó)的保修標(biāo)準(zhǔn)是5年10萬公里,電池還剩70%以上),大概壽命只有prius的1/3。這還是理想狀況。實(shí)際差距有可能更大。更換電池在美國(guó)在日產(chǎn)虧本銷售而且必須提供舊電池的情況下,依然要6000美元。

電池成本。因?yàn)槟壳半姵氐哪芰棵芏冗€較低,所以目前純電動(dòng)汽車的價(jià)格都較高。比如銷量最大的日產(chǎn)leaf(國(guó)內(nèi)的啟辰晨風(fēng))在虧本銷售的情況下,售價(jià)約是27000美元,比同類型的緊湊型家用車高了10000美元左右。相比混合動(dòng)力車型比同類車型只高出4000美元左右的售價(jià),而且還是盈利的。加上電池壽命有限,這使得通過省油回收成本變得幾乎不可能。所以基本上目前純電動(dòng)車只有在政府高額補(bǔ)貼的情況下,才可以有一定銷量。

電池污染。因?yàn)殡姵貕勖膯栴},同樣使用15年30萬公里左右(差不多是傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)車和常規(guī)混合動(dòng)力車的壽命),純電動(dòng)車要使用三組巨量的電池,這會(huì)產(chǎn)生巨大的污染,就現(xiàn)階段的技術(shù)而言,遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過內(nèi)燃機(jī)排放的污染。

欠缺充電設(shè)施。因?yàn)榧矣贸潆娝俣容^慢,且無法在旅行外出時(shí)使用,需要有充電樁建設(shè)才能更方便純電動(dòng)車的普及。所以需要先有充電設(shè)施,才有純電車普及。但如果早期建設(shè)充電基礎(chǔ)設(shè)施,用戶很少,又肯定是賠本的,此處又需要政府的高額補(bǔ)貼。

從相對(duì)集中的快速傳統(tǒng)加油站,到相對(duì)分散的慢速充電樁的轉(zhuǎn)變,需要廢棄大量已有的基礎(chǔ)設(shè)施,建設(shè)大量新的基礎(chǔ)設(shè)施,城市規(guī)劃需要改變,人們的生活方式也需要改變,中間也造成大量浪費(fèi),且存在大量來自傳統(tǒng)能源巨頭,基于加油站的小商戶的阻力

純電動(dòng)汽車若能壟斷市場(chǎng),將使得傳統(tǒng)汽車巨頭在內(nèi)燃機(jī)領(lǐng)域積累的經(jīng)驗(yàn)、技術(shù)和資本全部打水漂,所以傳統(tǒng)汽車巨頭可能不會(huì)太積極得推動(dòng)推動(dòng)市場(chǎng)的轉(zhuǎn)變,而會(huì)更傾向于發(fā)展兩種混合動(dòng)力車型

純電動(dòng)汽車實(shí)際在汽車普及的早期,曾經(jīng)跟內(nèi)燃機(jī)汽車并存過一段不短的時(shí)間(早期還有蒸汽動(dòng)力,三足鼎立)。開始內(nèi)燃機(jī)汽車?yán)m(xù)航里程優(yōu)勢(shì)較小,且加油站還沒有建設(shè)起來,而噪音,尾氣,振動(dòng)都很嚴(yán)重,發(fā)動(dòng)汽車還需要像拖拉機(jī)一樣手搖,所以直到20年代,美國(guó)的上層女性都還是普遍選擇電動(dòng)車為多。但是因?yàn)橐陨系倪@些缺點(diǎn),特別是前四點(diǎn)——充電速度,續(xù)航,壽命,成本——這四大硬傷,電動(dòng)車最終被內(nèi)燃機(jī)取代。而今日很多地區(qū)的城市已經(jīng)普遍郊區(qū)化,加上城際高速公路網(wǎng)的建設(shè),對(duì)續(xù)航的需求遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于20世紀(jì)早期,而內(nèi)燃機(jī)又不再存在建設(shè)加油設(shè)施成本更高的問題,純電動(dòng)汽車可能存在更大的比較劣勢(shì)。

二.常規(guī)混合動(dòng)力

優(yōu)勢(shì)

相比純電動(dòng)車,沒有續(xù)航問題,跟傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)車一樣,沒油了就加油。相反,因?yàn)楦∮?,同樣的油箱大小可以做到比普通?nèi)燃機(jī)車?yán)m(xù)航更長(zhǎng)。

相比傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)車,油耗低,而且維護(hù)費(fèi)用?。▌x車主要為能量回收,剎車片磨損很慢,內(nèi)燃機(jī)因?yàn)椴皇且恢庇?,且多工作于最?yōu)工況下,耗損也小),但同時(shí)因?yàn)槌R?guī)混合動(dòng)力車的電力來自于隨時(shí)發(fā)電或滑行、制動(dòng)的能量回收,不需要大電池,而且只要淺充淺放,電池的成本低,重量輕,壽命長(zhǎng)(prius的電池壽命接近內(nèi)燃機(jī)的壽命),整個(gè)生命周期的成本很低,電池生產(chǎn)帶來的額外污染也小。

相比傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)車,在內(nèi)燃機(jī)效率最低,油耗最高、污染最重且危害最大的市區(qū)低速和擁堵路段以電動(dòng)機(jī)為主,平順,安靜,且大大減少排放。

性能相比傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)車,提供了更多可能,因?yàn)殡妱?dòng)機(jī)成本很低,所以可以通過增加一個(gè)電動(dòng)機(jī)來實(shí)現(xiàn)四驅(qū),成本較一般的四驅(qū)結(jié)構(gòu)為低。也可以通過電機(jī)和內(nèi)燃機(jī)同時(shí)驅(qū)動(dòng)而增加動(dòng)力。但因?yàn)槌R?guī)混合動(dòng)力電池蓄電量較小,無法持續(xù)輸出電力,所以這方面的潛力有限。

相比傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)車增加的電池組,可以放置在汽車尾部下方,從而可以平衡前置發(fā)動(dòng)機(jī)車的配重,降低重心,改善操控和穩(wěn)定性

技術(shù)跟傳統(tǒng)的內(nèi)燃機(jī)汽車相容度最高,消費(fèi)者基本不需要改變使用的習(xí)慣,也不需要建立額外的基礎(chǔ)設(shè)施,為社會(huì)接受相對(duì)容易。事實(shí)上,目前常規(guī)混合動(dòng)力在所有新能源車型中普及率最高(不包括天然氣車型,天然氣雖然更環(huán)保,但依然是傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)車型的范疇),在補(bǔ)貼已經(jīng)取消的情況下,依然能夠有很高且不斷上升的銷量,技術(shù)相對(duì)成熟

劣勢(shì)

雖然常規(guī)混合動(dòng)力在低速也很平順,安靜,但畢竟內(nèi)燃機(jī)還是會(huì)時(shí)不時(shí)介入,平順安靜程度還是無法跟純電動(dòng)車相比。此外,因?yàn)閮?nèi)燃機(jī)需要時(shí)不時(shí)切換狀態(tài),做的不好的話會(huì)有小小的突兀。

因?yàn)殡姵氐娜萘坑邢?,而匹配的電機(jī)也有限(防止電量迅速耗光),在需要高強(qiáng)度加速的時(shí)候,內(nèi)燃機(jī)仍然需要介入,其響應(yīng)速度和瞬時(shí)扭矩?zé)o法達(dá)到純電動(dòng)汽車一樣的極為迅猛且隨踩隨猛。

因?yàn)殡姵厝萘坑邢?,無法持續(xù)提供電力,在性能上的可能性少于純電動(dòng)車和插電混合動(dòng)力汽車

相比內(nèi)燃機(jī)車,在同樣有內(nèi)燃機(jī)和變速箱的同時(shí),還需要增加電池組,一是少量增加制造成本,二是少量增加重量,惡化加速制動(dòng),三是因?yàn)槎嗾加昧梭w積,理論上會(huì)少量減少空間。

技術(shù)上的復(fù)雜程度,既高過傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)車,也高過純電動(dòng)車。

三、插電混合動(dòng)力

優(yōu)勢(shì)

經(jīng)濟(jì)型插電混合動(dòng)力的理念,是通過比純電動(dòng)汽車更小的電池組,來保證城市通勤的需要,同時(shí)通過內(nèi)燃機(jī)的存在,來提供長(zhǎng)途旅行的可能,并減少電池用光的焦慮。因?yàn)橥ㄇ诶锍梯^短,所以插電混合動(dòng)力的里程可以只有20-60公里(prius插電混動(dòng)是18公里,volt增程式混動(dòng)是61公里,后者混動(dòng)結(jié)構(gòu)更簡(jiǎn)單,有更多的成本用于電池),但卻解決了人們的續(xù)航焦慮問題。

因?yàn)椴咫娀旌蟿?dòng)力車型有一個(gè)可持續(xù)輸出電力的電池,所以可以更好的同時(shí)利用內(nèi)燃機(jī)和電動(dòng)機(jī)來提升性能,并實(shí)現(xiàn)偏高轉(zhuǎn)效率的內(nèi)燃機(jī)和偏低轉(zhuǎn)效率的電動(dòng)機(jī)的互補(bǔ),同時(shí)也能更有效的實(shí)現(xiàn)低成本高性能的四驅(qū),因?yàn)殡姵亟M重量更大,也更有利于降低重心,改善配重。同時(shí)一定程度上還能通過設(shè)計(jì)降低對(duì)變速箱承受扭矩的要求,降低制造高性能車的門檻,比如秦。

因?yàn)殡姵亟M小了很多,更換的成本也就低了很多。但因?yàn)槿粘F囀褂么蟛糠掷锍淌浅鞘型ㄇ?,可以是純電里程(如volt是75%),所以大部分的行駛里程還是能源成本很低。這樣即使電池壽命依然有限,通過純電行駛卻變得大為可能。

插電混合動(dòng)力因?yàn)殡姵厝萘枯^小,對(duì)充電速度要求較低,可以先較好的利用先有的民用充電設(shè)施,特別是家用充電設(shè)施為汽車進(jìn)行充電。等到插電混合動(dòng)力車型變多以后,市場(chǎng)足夠大,更多的商業(yè)充電樁就可以由市場(chǎng)自行建立。

插電混合動(dòng)力的核心技術(shù)與常規(guī)混合動(dòng)力類似,傳統(tǒng)汽車巨頭更愿意發(fā)展,也已經(jīng)有更多的積累,市場(chǎng)也更容易接受。無論從生產(chǎn)方還是消費(fèi)方都相對(duì)容易由常規(guī)混合動(dòng)力過渡而來。

插電混合動(dòng)力因?yàn)橐陨系奶匦?,相?duì)于純電動(dòng)車更易于普及,特別是對(duì)于一家普遍只有一臺(tái)車的中等收入國(guó)家。而插電混合動(dòng)力的普及,無論在消費(fèi)模式的改變上,電動(dòng)汽車技術(shù)上,生產(chǎn)規(guī)模帶來的成本降低上,還是充電設(shè)施的建立上,都可以為純電動(dòng)汽車的普及做很好的鋪墊。

劣勢(shì)

因?yàn)樾枰睦m(xù)航里程少了很多節(jié)省的電池成本,差不多可以多加入一臺(tái)內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī),但是因?yàn)閮?nèi)燃機(jī)的存在,隔音等各方面的成本依然較高,總體成本還是比純電動(dòng)汽車高。

用并聯(lián)和混聯(lián)模式發(fā)展插電混合動(dòng)力,并不能減少變速箱的存在,進(jìn)一步增加了插電混合動(dòng)力車的成本,使得車廠或者減少純電續(xù)航里程(如插電prius),或者要進(jìn)一步增加售價(jià)。而用串聯(lián)模式發(fā)展插電混合動(dòng)力(即增程模式),則在蓄電池電量耗光后,噪音性平順性和油耗排放相比并聯(lián)和混聯(lián)模式有劣勢(shì)(不過因?yàn)榇藭r(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)在最優(yōu)工況下,相比傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)車還是有優(yōu)勢(shì))。而無論哪種混動(dòng)方式,相比純電動(dòng)車,也都有平順靜音,動(dòng)力響應(yīng),能耗排放的劣勢(shì)

跟傳統(tǒng)混合動(dòng)力車型一樣,技術(shù)也比較復(fù)雜。

因?yàn)榧冸娦旭倿橹?,還是很難淺充淺放(甚至因?yàn)橛袃?nèi)燃機(jī)后備,電量更容易被用光),依然有電池壽命的問題

四、氫燃料電池

優(yōu)勢(shì)

沒有續(xù)航和能量再充滿的問題。沒有續(xù)航焦慮。不需要消費(fèi)者改變用車習(xí)慣。

性能方面的潛力,跟純電動(dòng)車一樣。且沒有純電動(dòng)車的笨重的電池組對(duì)性能和能耗的不良影響。

沒有純電動(dòng)汽車的大容量電池壽命和成本的問題,也沒有像純電動(dòng)汽車那樣來自大容量電池的高污染。

相對(duì)于常規(guī)混合動(dòng)力,能耗可以進(jìn)一步降低。

排放接近于零,可以忽略。

氫氣來源廣泛,天然氣,煤,石油,頁巖氣這些化石能源都可以制氫,是化工產(chǎn)業(yè)的副產(chǎn)物,也可以用風(fēng)能制氫,太陽能制氫,生物制氫這些可再生方法,還可以用電力這種通用能源制氫。

劣勢(shì)

目前大部分氫燃料電池的綜合能量轉(zhuǎn)化率,遠(yuǎn)沒有純電動(dòng)高:如果是可再生方法,效率一般較發(fā)電為低,相比純電動(dòng)是能源的浪費(fèi),會(huì)增加行駛成本;如果是化石能源生成,即時(shí)是副產(chǎn)物,也總歸是產(chǎn)生污染的生產(chǎn)過程的副產(chǎn)物;如果是電力制氫,白白增加一道造成能量損耗的工序。綜合起來單就行駛的能源消耗可能沒有純電動(dòng)或插電混動(dòng)經(jīng)濟(jì)環(huán)保。

目前氫燃料電池技術(shù)不夠成熟,成本較高。

目前缺乏加氫的基礎(chǔ)設(shè)施,而且跟充電站的建設(shè)一樣,存在先有雞還是先有蛋的困境,而且不像汽車充電起步初期可以多利用家庭設(shè)備推動(dòng)普及,慢慢擴(kuò)展到公共充電樁和大型快速充電站,而只能一步調(diào)到大型加氫站。早期基礎(chǔ)設(shè)施推廣阻力大,反過來造成燃料電池汽車銷量難以擴(kuò)大。這個(gè)是最大的硬傷。

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