袁春怀（北京世纪卓克能源技术公司副总经理）

摘要：本文依据低碳社会生活标准，建言电动车的设计者与产业投资者：摒弃传统汽车设计追求的高速、安全、奢华的汽车极致设计理念。根据当前世界储能电池的技术水平，从低能耗与使用经济性的角度，开创电动车设计新理念。
关键词：电动车、储能电池
引言: 提高能源利用效率、降低二氧化碳排放，应对全球气候变化是当今发展电动汽车的主要动机。而用低碳的标准来衡量电动汽车的最佳效能时，我们会发现必须圆满回答如下问题： 
􀁺混合动力电动车HEV最省油与降低制造成本之间是否存在最优效率关系？ 
􀁺汽车的功能是载物（或载客），纯电动汽车的储电能量与载物之间是否存在最优效能关系？ 
􀁺纯电动汽车（包括PHEV）储能电池的配置原则是否应该与其他主要部件保持基本一致的寿命与可靠性？ 
􀁺如果储能电池的成本取决于资源成本而并不能因批量增加显著降低时，现实电动车是否还有可以符合经济运行规律的途径？
    只有圆满解答了上述问题，才能设计出符合市场经济规律的电动汽车。笔者将结合当前电动车用电池组存在的寿命与成本问题和奥运电动车示范运行的体会，与产业投资者和电动车设计者探讨符合节能效益和市场规律的电动车产业化最为关心的成本、寿命与可靠性问题。试图发掘符合低碳经济标准的电动车设计原则。 
1 当前电动车的技术状态
1.1 系统总体技术
    由于传统汽车技术的发展进步和汽车总体概念长期的深思熟虑，导致电动车系统总体技术从一开始就建立在比较成熟的基础上。在宏观概念上，除HEV和PHEV外没有什么突破性的概念变化，因此不存在知识产权问题，更谈不上所谓“自主知识产权”问题。
1.2 系统控制技术
    控制技术在机械与电子工业领域相当成熟。电动车的系统控制技术无非是提出正确的控制方案，但方案的实现并不存在技术障碍。
1.3 电机及其控制技术
    电动车的电机相当于汽车发动机，应该是电动车的核心。由于电机可以在直流电机或交流伺服电机之间选择，并且由于汽车运动环境的随机性与复杂性，使电机及其控制技术成为电动车的关键技术。在电动车市场需求激励下，不断催生出更高效能的电机。中国在世界电机技术领域占有一席之地，拥有一些独到的技术和知识产权。但在电机控制技术方面仍然受限于控制经验的匮乏和元器件质量不高，控制部件的可靠性偏低等问题。
1.4 电池及其控制技术
    电池始终是电动车发展的技术瓶颈。可以说电动车的发展始终受制于电池技术的发展。主要存在以下问题： 
1.4.1 如果按照传统汽车的性能标准对储能电池提出需求，其比能量至少应大于200Wh/kg。而当前最先进的锂离子动力电池比能量仅在100Wh/kg左右徘徊。如果强调大功率特性这个指标还要低。
1.4.2 由于电池的充放电过程大多是伴随着化学反应的复杂过程，很难给电池控制方案提供详细准确的变化特征，加之大量同时工作电池之间的不一致性，使电池堆整体性能难以满足工程需求。 
1.4.3 另一个被严重关切的问题仍然是电池安全性。电池比能量与安全性始终存在鲜明的反比关系，使得电动车工程设计一直被困扰在高比能量与安全性之间。高比能量电池一旦出现短路之类的故障，电池无法承受本体限定的热容量，将导致自身的起火甚至爆炸。
1.4.4 在电动车总重与携载能量的配置设计中，锂离子电池是目前唯一能够初步满足比能量需求并可实现工业生产的电池。但通过仔细分析锂离子电池的原材料成本，可以肯定：如果没有飞跃性的技术突破，锂离子电池成本不太可能达到市场期望值。由此引发了以间接降低成本为目标的电池全寿命周期的综合利用问题。
2 电动车关键技术
    事实上，影响电动车产业化的唯一关键技术是储能电池系统。包括电池、电池堆、充电和因成本压力必须关注的残值利用。这里把电池和电池堆分成两个概念，是因为它们之间既有依存关系，更有各自独立的技术评价指标。
纯电动车工程设计对储能电池供电系统的一般要求是： 
储能电池总体参数    系统技术要求         说明 
整体循环寿命           > 5000次            80%DOD，剩余容量50% 
安全性                  QC / T743-2006   单体电池符合性，整体无标准
倍率放电能力         连续放电 > 3C      允许储能20min快速泻放
充电能力               最大允许3C充电    20min充电超过80% 
振动                     符合车载电子设备振动标准 
控制                      温度、过载、短路 
电池状态信息          SOC、单体一致性、温度等
3 电动车设计遵循的原则
3.1 市场接受原则电动车的市场接受能力首先是以常规汽车购买价值及其使用消耗费用为直接对比依据的。事实上，当前包括EV、HEV、PHEV等任何形式的电动车，其直接经济性都无法胜过传统汽车（只有电动自行车除外）。其次是站在环保与摆脱不可再生能源依赖的高度，有限度的接受其经济性。这个限度取决于各国政府的消费导向和消费者的觉悟。中国与发达国家相比，无论是政府补贴还是消费者觉悟，都显著低于发达国家水平。因为我们无法想象一个经济处于高速发展的社会，汽车消费者会不顾经济性而选择代价昂贵的 
    零排放汽车。从长远发展看，石油价格的不可逆攀升将给电动车发展带来真正机会。因此，笔者认为市场可能在10~15年左右达到经济平衡点。当前发展HEV是作为节能减排概念的噱头，在政府政策和补贴的背景下可用于利润丰厚的中高级汽车。但是，为了迎接经济平衡点的到来，无论如何都应从现在开始发展电动汽车。
3.2 可靠性设计原则
    电动车比传统汽车多出的电机、电池以及电子控制设备，需要与其他主要零部件具备同等的寿命与可靠性。事实上，当前电动车最令人担忧的是电池系统的可靠性与寿命。如果它的寿命不能与整车同步，就意味着在整车使用期内，用户将付出高昂的更换电池代价。而可靠性的降低将会直接摧毁企业的声誉。
3.3 能耗经济性原则
    额定功率下的单位重量能耗和单位行驶里程能耗应该成为更科学评价电动车能耗水平的经济与技术指标。而诸如单体电池寿命、整车充满电续驶里程等几乎与电池系统先进性无关的数据，总让人感到噱头和被“忽悠”的嫌疑。在低碳生活推崇能耗经济性的大环境下，整车总体设计的第一输入目标应该是低能耗，这需要引入一个全新的电动车总体技术标准。而当前在现有传统汽车底盘基础上设计的电动车几乎都无法实现低能耗目标。现有传统汽车为了满足人类的各种奢望，通过消耗更多能源来满足奢侈、豪华、舒适、高速行驶及其附带安全可靠性的设计原则，是不符合低碳生活概念的。
    工业设计通常是建立在成熟技术基础上的。因此，对于那些致力于电动车产业化的企业而言，产品设计应该遵循能耗经济性、产品可靠性和制造成本经济性的设计原则。事实上，当前电动车的储能电池系统仍然处于关键技术的解决过程中。但是，由于市场需求的迫切性，笔者仍然希望站在制造商的角度，讨论电动车的工程设计原则问题。而把技术问题留给那些技术专家去解决。
􀂄原则一：电动车整备质量与总储能量的最佳匹配。由于储能电池比能量现有技术水平的限制，电动车设计不能满足设计师的随心所欲构想。经验证明：大客车含电池总质量上限应在8吨以内，小客车总质量上限应在0.6吨以内。尽管目前还无法用数学模型精确描述其最优化状态。
􀂄原则二：电池系统储能量的匹配。保证储能电池经常性放电电流处于0.3C~3C的最佳状态。它是由电池放电特性决定的。过低放电导致制造成本的浪费，过高放电将影响电池系统寿命。
􀂄原则三：电动车续驶里程与储能量的匹配。在满足第一原则的条件下，按总能量的70%计算确定出新车续驶里程标称值。根据电池系统寿命，以剩余40%能量的循环寿命来计算确定出电动车终止寿命（续驶里程下限值或总寿命里程）。
结束语   
􀁺电动自行车蓄电池充满电仅耗能0.4KWh，电费0.2元，按续航40公里折算每公里电费仅5厘钱。对于个人来讲，没有比电动自行车更经济的机动交通工具了。  
􀁺从工业制造角度，电动自行车造价1000元，而电动公交车造价100万元。即便不计充电站投资以及驾驶员和众多维护人员消耗费用，仅按80名乘客人数计算的人均交通工具造价也高达1.2万元，是电动自行车的12倍。

（作者：袁春怀 北京世纪卓克能源技术有限公司副总经理，北京经济技术开发区锦绣街3号泰豪科技大厦，A座303室，电话：+8610-67806228）