鉅大LARGE | 點(diǎn)擊量:1297次 | 2021年08月26日
三種電動(dòng)汽車(chē)電池處理方法
有關(guān)我國(guó)電動(dòng)汽車(chē)當(dāng)下發(fā)展現(xiàn)狀的雜亂、停滯以及由此出現(xiàn)的對(duì)它的不利言論,上海交通大學(xué)機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院教授,博士生導(dǎo)師、上海交通大學(xué)校長(zhǎng)助理、汽車(chē)工程研究院院長(zhǎng)許敏憂心忡忡。
2011年夏天,他在上海接受《汽車(chē)商業(yè)評(píng)論》專(zhuān)訪時(shí)用他的新思維駁斥了外界有關(guān)電動(dòng)汽車(chē)的誤解。
作為發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒范疇以及長(zhǎng)期致力于汽車(chē)研發(fā)工作的專(zhuān)家,他提出了電動(dòng)汽車(chē)前沿的、顛覆性的模塊化設(shè)計(jì)理念和商業(yè)模式,為電動(dòng)汽車(chē)工業(yè)將來(lái)技術(shù)的發(fā)展供應(yīng)創(chuàng)新的思路,并預(yù)言電動(dòng)汽車(chē)技術(shù)的不斷創(chuàng)新將帶來(lái)汽車(chē)工業(yè)徹底的革命。
車(chē)體的結(jié)構(gòu)性變革和運(yùn)營(yíng)新模式
《汽車(chē)商業(yè)評(píng)論》:從我們今朝見(jiàn)到的電動(dòng)汽車(chē)看,這些車(chē)仿佛與傳統(tǒng)汽車(chē)的樣子沒(méi)有多大差異,我們將來(lái)的電動(dòng)汽車(chē)設(shè)計(jì)還會(huì)延續(xù)傳統(tǒng)汽車(chē)設(shè)計(jì)制造思路?
充電溫度:0~45℃
-放電溫度:-40~+55℃
-40℃最大放電倍率:1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
許敏:我的想法是革命性的。傳統(tǒng)的汽車(chē)四大工藝,沖壓、焊裝、涂裝、總裝,前三項(xiàng)成本最高,總裝緊要是手工完成。前三大工藝都跟汽車(chē)的白車(chē)身有關(guān)。實(shí)際電動(dòng)汽車(chē)不一定要白車(chē)身,可以用框架結(jié)構(gòu),傳統(tǒng)白車(chē)身沒(méi)有任何好處。
傳統(tǒng)白車(chē)身的焊裝工藝是固定的,無(wú)法靈活變化,把好幾百個(gè)沖壓件拼焊到一起,并且焊得天衣無(wú)縫,一旦焊成了以后,你的車(chē)型就很難改,只能是三年一小改,五年一大改。這樣的車(chē)身沒(méi)有任何的柔軟度及可變度可言,車(chē)重達(dá)1噸以上,你一個(gè)人開(kāi),也要帶著笨重的車(chē)身,非常耗能。
沒(méi)有白車(chē)身的話,安全怎么保證呢?
白車(chē)身是唯一的安全保障嗎?不是。F1賽車(chē)沒(méi)有白車(chē)身,就不安全嗎?那么快的速度,一般性的碰撞,賽車(chē)手都不會(huì)有大的傷亡,這是因?yàn)镕1的車(chē)全是框架結(jié)構(gòu)。你了解擠壓鋁型材吧?那個(gè)東西又輕、剛度又好,完全直角,用標(biāo)準(zhǔn)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(chē)身要強(qiáng)得多。
有白車(chē)身,但是它有車(chē)身,只是不起安全用途了。它像衣服相同,就是一個(gè)罩子蓋上去的。你把那個(gè)蓋打開(kāi)里面全是架子,這種架子實(shí)際上又輕又簡(jiǎn)單。高檔跑車(chē)的車(chē)身全是碳纖維,為甚么?這樣就可以做出各種各樣漂亮的外型,你說(shuō)不安全嗎?比一般的車(chē)安全多了,因?yàn)槔锩嬗锌蚣埽?/p>
標(biāo)稱(chēng)電壓:28.8V
標(biāo)稱(chēng)容量:34.3Ah
電池尺寸:(92.75±0.5)* (211±0.3)* (281±0.3)mm
應(yīng)用領(lǐng)域:勘探測(cè)繪、無(wú)人設(shè)備
而且倘若路上全是電動(dòng)汽車(chē),完全可以讓車(chē)之間實(shí)現(xiàn)永遠(yuǎn)不碰撞。你說(shuō)海里面的魚(yú)從來(lái)不會(huì)碰到的,它們是不停地在相互交流啊!今朝各種先進(jìn)的傳感器和控制器在技術(shù)上完全可以實(shí)現(xiàn)永不碰撞。但是為甚么做不到?因?yàn)閭鞲衅魈F了,汽車(chē)電子的器件和系統(tǒng)太貴了!
這些東西老百姓平時(shí)用的很便宜,一用到車(chē)上就貴了。倘若車(chē)用傳感器成本達(dá)到目前家用電器成本的水平,所有的車(chē)都可以實(shí)現(xiàn)低成本安裝如、激光檢測(cè)、車(chē)聯(lián)網(wǎng)這些東西,那么車(chē)跟車(chē)、車(chē)或物體之間用傳感器實(shí)現(xiàn)互相一直交流,就不會(huì)出現(xiàn)碰撞。
往日,所有的人開(kāi)著同樣的車(chē),多少年不變,今朝的人要個(gè)性化;往日傳統(tǒng)的汽車(chē)沒(méi)法改,今朝電動(dòng)汽車(chē)新的技術(shù)可以啟動(dòng)新的造車(chē)思路。
這實(shí)際顛覆了以往的汽車(chē)制造理念。
電動(dòng)汽車(chē)車(chē)身設(shè)計(jì)與加工將趨于模塊化,承載式鋁型材的框架,輕型環(huán)保材料的車(chē)身就像人的衣服相同每天都可以換。造型和質(zhì)量跟蘋(píng)果產(chǎn)品相同,把藝術(shù)、機(jī)械、電子融為一體的精品。然后,采購(gòu)、制造全部都外包。制造和服務(wù)就采取跟麥當(dāng)勞相同的品牌連鎖店形式進(jìn)行。
將來(lái)電動(dòng)汽車(chē)的設(shè)計(jì)思路應(yīng)當(dāng)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(jì)理念。它沒(méi)有加工線的概念,沒(méi)有大的投資,軟件、硬件全開(kāi)放,使用軟件可以自己開(kāi)發(fā),然后硬件也可以自己開(kāi)發(fā),插上就能用。
這樣所有工業(yè)界都可以加入,不是汽車(chē)界的,其他行業(yè)什么的都可以進(jìn)來(lái)。汽車(chē)行業(yè)不再是神奇封的閉型行業(yè),造車(chē)成本大大降低。這是新的汽車(chē)工業(yè)模式。
三種電池處理辦法
《汽車(chē)商業(yè)評(píng)論》:不過(guò),今朝的電動(dòng)汽車(chē)太貴了。
顛覆電動(dòng)汽車(chē)舊思維
許敏:所以我們要做低電動(dòng)汽車(chē)的成本。電動(dòng)汽車(chē)今朝成本居高不下是因?yàn)榇蠹议_(kāi)發(fā)電動(dòng)汽車(chē)的同時(shí),也在開(kāi)發(fā)全新的電動(dòng)汽車(chē)供應(yīng)商。他們找的基本是是863計(jì)劃培養(yǎng)的電動(dòng)汽車(chē)零部件供應(yīng)商,這些人在幾個(gè)五年計(jì)劃里,只投錢(qián)沒(méi)賺錢(qián),好不容易有了市場(chǎng),肯定想方法把錢(qián)賺回來(lái),不可能便宜。
況且剛開(kāi)始是產(chǎn)量不會(huì)大,還有一個(gè)不可忽視的原由就是,就是我剛才說(shuō)的,今朝多數(shù)電動(dòng)汽車(chē)都是在傳統(tǒng)汽車(chē)上改裝的,那么重的車(chē)身,電池和電機(jī)肯定大,成本就降不下來(lái)。
我國(guó)電動(dòng)汽車(chē)低成本出路在哪里?在每年的2000多萬(wàn)臺(tái)電動(dòng)摩托車(chē)上面。電動(dòng)摩托車(chē)有電機(jī)又有電池,還有控制系統(tǒng),而且市場(chǎng)充足競(jìng)爭(zhēng),價(jià)格非常便宜。如何把它的技術(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(dòng)汽車(chē)上就是我們實(shí)現(xiàn)低成本的緊要出路。
除了你剛才設(shè)想的模塊化結(jié)構(gòu),還應(yīng)要如何辦呢?
今朝全世界難點(diǎn)在哪里呢?電池非得有成百上千的單極電池成組才能供電動(dòng)汽車(chē)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(shí)跟進(jìn);第三,系統(tǒng)化管理控制的水平不行。目前,只要有一個(gè)電池壞了,整體電池就不能工作了。
我們有新的電池處理辦法,,還是用目前電動(dòng)摩托車(chē)上的電池模塊,幾十個(gè)單體電池拼成組,都有自己的控制系統(tǒng)。哪一個(gè)廠家加工的都可以用,我們把這些模塊拼成組,然后我們?cè)儆蒙弦粚拥目刂葡到y(tǒng)控制它們,哪一個(gè)好,就讓哪一個(gè)起用途。倘若有個(gè)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,就處理了成百上千電池在一起同時(shí)控制的難題。這樣,目前市場(chǎng)低廉價(jià)格的電池就能充足利用了,而且總成本很低。
但是電池的根本問(wèn)題還是沒(méi)有處理,比如頻繁充放電容易讓電池壽命減少。
電池一開(kāi)始就不應(yīng)當(dāng)是拿來(lái)筆直驅(qū)動(dòng)汽車(chē)?yán)锩骐姍C(jī)用的,干這個(gè)工作的應(yīng)當(dāng)換成超級(jí)電容。電池原理是化學(xué)反應(yīng),可以儲(chǔ)能,但是充電放電速度受化學(xué)反應(yīng)速率限制。它是很好的儲(chǔ)電裝置,就像油箱是裝油的相同,電池是裝電的,它不適用于頻繁快速的充電和放電。
汽車(chē)的運(yùn)行工況變化很大,要頻繁加速和減速。頻繁快速的充放電應(yīng)當(dāng)是超級(jí)電容的長(zhǎng)項(xiàng),超級(jí)電容是物理反應(yīng),充放電速度快,效率高,并且可靠性好,對(duì)控制系統(tǒng)要求不高。倘若讓超級(jí)電容擔(dān)當(dāng)電能的頻繁輸出輸入功能,然后把電池放到超級(jí)電容后面,作儲(chǔ)備或吸取,這樣就把超級(jí)電容和電池各自的優(yōu)勢(shì)都發(fā)揮起來(lái)了,電動(dòng)汽車(chē)對(duì)電池本身的苛刻要求因此就可以全部通過(guò)超級(jí)電容來(lái)戒備。
倘若這樣,電動(dòng)汽車(chē)的很多問(wèn)題仿佛就處理了。
我們認(rèn)為,電池也好,超級(jí)電容也好,都有一個(gè)很大的問(wèn)題,就是它們的能量密度遠(yuǎn)遠(yuǎn)不如今朝使用的汽油和柴油。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?jī)?chǔ)藏在車(chē)上,要么電池和超級(jí)電容太重太貴,要么續(xù)航里程太短,開(kāi)不了多遠(yuǎn)。
這就要沉思這樣一個(gè)問(wèn)題:為甚么能量一定要儲(chǔ)藏在車(chē)上了?能源倘若不要放在車(chē)上,像有軌電車(chē)或動(dòng)車(chē)組相同,從線路上或外部設(shè)施取電,那對(duì)車(chē)載電源的要求就會(huì)大大降低。這可能是電動(dòng)汽車(chē)的最終出路。
比如用無(wú)線充電處理這個(gè)問(wèn)題。地底下埋著線圈,車(chē)一邊在上面走一邊就充電了,因此處理了能源儲(chǔ)藏在車(chē)上成本過(guò)高的問(wèn)題。
這個(gè)技術(shù)今朝到什么程度了?
無(wú)線充電,我們今朝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(diǎn)幾秒超級(jí)電容就洋溢了,一個(gè)車(chē)經(jīng)過(guò)這個(gè)線圈,兩個(gè)線圈只要一合上,嘩電就沖過(guò)來(lái)了。一條路有幾條車(chē)線和一條充電車(chē)線,人家看自己的電量沒(méi)有了,往上面一走就充上了。
這個(gè)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(chē)道下埋根線就行了。它有一個(gè)弱電的感應(yīng)器,靠它來(lái)實(shí)現(xiàn)充電全程智能化操作。什么時(shí)候開(kāi)始充,什么時(shí)候脫離,你充了多少電,都可以用它來(lái)控制,甚至你在哪里都了解,這等于還可以做智能交通用。
無(wú)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(dòng)汽車(chē)充電的最理想方式。這些都是很容易實(shí)現(xiàn)的技術(shù),遺憾今朝大家都鉆在傳統(tǒng)思維的死胡同里沒(méi)有出來(lái)。
電機(jī)和發(fā)動(dòng)機(jī)變革
《汽車(chē)商業(yè)評(píng)論》:有關(guān)電動(dòng)汽車(chē)來(lái)說(shuō),仿佛惟有電機(jī)這一塊是最成熟的了?
許敏:今朝很多人認(rèn)為我國(guó)電動(dòng)汽車(chē)的電機(jī)是成熟的,實(shí)際上我國(guó)工業(yè)的電機(jī)很成熟,但是汽車(chē)專(zhuān)用電機(jī)基本還沒(méi)開(kāi)始做。
將來(lái)電動(dòng)汽車(chē)可變功率電機(jī)將取代工業(yè)電機(jī)。目前,電動(dòng)汽車(chē)電機(jī)的設(shè)計(jì)都是秉承工業(yè)電機(jī)設(shè)計(jì),其實(shí)電機(jī)應(yīng)當(dāng)跟發(fā)動(dòng)機(jī)相同,要做成全負(fù)荷范圍內(nèi)效率都很高,要做成使用可變磁通量的電機(jī)。
可變電機(jī)就像發(fā)動(dòng)機(jī)的可變排量,可以依據(jù)要來(lái)出現(xiàn)相應(yīng)的軸功率,實(shí)現(xiàn)全工況范圍的效率最大化。這種電機(jī)可能是非對(duì)稱(chēng)設(shè)計(jì),在前進(jìn)方向優(yōu)化,就像傳統(tǒng)汽車(chē)動(dòng)力總成,在前進(jìn)方向有48檔,但倒車(chē)只要一檔。而通常的工業(yè)電機(jī)設(shè)計(jì)是對(duì)稱(chēng)的,沒(méi)有進(jìn)行單方向的優(yōu)化。
還有什么要改進(jìn)的地方?
我國(guó)電動(dòng)汽車(chē)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(dòng)機(jī),我們今朝搞增程式發(fā)電機(jī),用現(xiàn)有的汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)來(lái)發(fā)電,其實(shí)真正只是用來(lái)發(fā)電的話,發(fā)動(dòng)機(jī)就應(yīng)當(dāng)大大簡(jiǎn)化,因?yàn)槟阒辉谝粋€(gè)點(diǎn)運(yùn)行,在這一點(diǎn),油耗排放要求都可以很容易達(dá)到,而通常使用的汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)是為在汽車(chē)運(yùn)行全工況范圍內(nèi)的高效率優(yōu)化設(shè)計(jì)的,非常復(fù)雜且成本高。
所以我們就開(kāi)發(fā)了一款非常小的發(fā)動(dòng)機(jī)。兩個(gè)活塞水平對(duì)置,振動(dòng)相互抵消,功率和1.2升三缸機(jī)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(shuō)成本了。