田昭武

（廈門(mén)大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院，廈門(mén)361005）

電動(dòng)汽車(chē)動(dòng)力源發(fā)展 必須擺脫燃油汽車(chē)思維

田昭武

（廈門(mén)大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院，廈門(mén)361005）

田昭武廈門(mén)大學(xué)教授，物理化學(xué)家，中國(guó)科學(xué)院院士，第三世界科學(xué)院院士，英國(guó)威爾士大學(xué)名譽(yù)理學(xué)博士。歷任國(guó)際電化學(xué)會(huì)副主席、中國(guó)化學(xué)會(huì)理事長(zhǎng)、廈門(mén)大學(xué)校長(zhǎng)、福建省科協(xié)主席、固體表面物理化學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任。

新舊事物各有其核心優(yōu)勢(shì)和劣勢(shì)。新事物如果套用舊事物的傳統(tǒng)思維，往往會(huì)抹殺自己的技術(shù)優(yōu)勢(shì)而難于擺脫自身技術(shù)劣勢(shì)。

例如，人們依照傳統(tǒng)的思維習(xí)慣套用傳統(tǒng)燃油車(chē)從“單一發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力源和加油站方式”，延伸到“電動(dòng)汽車(chē)純蓄電池動(dòng)力源和快充電站方式”的思維，其貌似合理的目標(biāo)即“要求電動(dòng)汽車(chē)增多蓄電池以便純電續(xù)駛300～500 km，而且到快速充電站在幾分鐘內(nèi)就完成充電，以免排長(zhǎng)隊(duì)”，產(chǎn)生了當(dāng)前電動(dòng)汽車(chē)的緊箍咒——里程短、成本高、充電難。于是有人主張不顧高成本和高能耗，一味多載蓄電池以追求純電續(xù)駛300 km以上和更多的政府補(bǔ)貼。但過(guò)多的蓄電池導(dǎo)致整車(chē)重量、能耗、碳排放都超過(guò)燃油汽車(chē)。例如，特斯拉電動(dòng)汽車(chē)蓄電池85 kW·h，重量超過(guò)全車(chē)的1/3、價(jià)格高、能耗嚴(yán)重超標(biāo)，新加坡對(duì)其開(kāi)出環(huán)保罰單便是一例。如此盲目提高純電續(xù)駛里程顯然違背電動(dòng)汽車(chē)節(jié)能減排的初衷，但卻經(jīng)常獲得媒體片面吹捧。

純電行駛高里程的思路源于套用燃油汽車(chē)“單一動(dòng)力源”的思維到電動(dòng)汽車(chē)，而把插電式混合電動(dòng)汽車(chē)排除在外。近來(lái)更有人進(jìn)而以高純電續(xù)駛里程的電動(dòng)汽車(chē)碳排放超過(guò)燃油汽車(chē)為理由，否定一切電動(dòng)汽車(chē)在環(huán)保方面的優(yōu)越性。

1.擺脫燃油汽車(chē)“單一動(dòng)力源”的思維，發(fā)揮增程式和超電容的優(yōu)勢(shì)

各種插電式混合電動(dòng)汽車(chē)之中，增程式電動(dòng)汽車(chē)每年平均節(jié)油減排率最好。所用的小燃油機(jī)的唯一作用是帶動(dòng)發(fā)電機(jī)，可在最佳轉(zhuǎn)速下連續(xù)工作，輸出的功率和扭矩也基本恒定，因而其效率、排放、可靠性等均處在較佳狀態(tài)，能提高效率而節(jié)油50%。大部分私人轎車(chē)只需按每日經(jīng)常性行程配置蓄電池（約10 kW·h），降低了整車(chē)重量、能耗和成本。每年總里程中只有20%里程為非經(jīng)常性需要而啟用能夠節(jié)油50%的增程式發(fā)電機(jī)模式，其余80%里程為節(jié)油100%的純電驅(qū)動(dòng)模式，所以增程式電動(dòng)汽車(chē)的每年平均節(jié)油率（按節(jié)油50%和100% 2種模式的權(quán)重平均）可達(dá)90%，緩解環(huán)境污染的效果接近純蓄電池電動(dòng)汽車(chē)，是立足于當(dāng)前蓄電池水平而破解“續(xù)駛里程短”的最佳方案。如果燃料電池經(jīng)濟(jì)性改善，能夠替代燃油增程發(fā)動(dòng)機(jī)，則可成為100%節(jié)油的全電動(dòng)汽車(chē)。

另一種顯著減少車(chē)載蓄電池重量的途徑，是把電動(dòng)汽車(chē)在啟動(dòng)、加速或制動(dòng)所必需的動(dòng)力源短暫高功率需求交給車(chē)載超級(jí)電容器。超級(jí)電容器是高放電倍率及高循環(huán)壽命（均比能量型蓄電池高出2個(gè)數(shù)量級(jí)）。配置超電容優(yōu)勢(shì)有以下3個(gè)方面：

1）高功率型蓄電池必須設(shè)計(jì)非常薄的電極極板和非常細(xì)的活性顆粒以減少內(nèi)阻并保證活性材料利用率。蓄電池的功率要求降低后，可以改用能量型蓄電池，所以比能量提高（可達(dá)5成以上）。而且能量型蓄電池每千瓦時(shí)的制造成本低于高功率型蓄電池，生產(chǎn)技術(shù)遠(yuǎn)比功率型蓄電池更為成熟，壽命較長(zhǎng)、折舊費(fèi)下降、運(yùn)行成本降低。且能量型蓄電池功率不高，因而電動(dòng)車(chē)安全性得以提高。

2）能夠更好地回收汽車(chē)制動(dòng)能量，降低市內(nèi)行駛每公里能耗20%，所需蓄電池能量和重量相應(yīng)減少。

3）提高汽車(chē)啟動(dòng)、加速、制動(dòng)和爬坡性能。

增程式發(fā)電機(jī)、能量型蓄電池和超級(jí)電容器三結(jié)合動(dòng)力源降低了電動(dòng)汽車(chē)對(duì)蓄電池的依賴(lài)度，避免了電池比能量遠(yuǎn)不如汽油的固有劣勢(shì)，破解了“里程短、成本高”難題。應(yīng)該指出，燃油汽車(chē)近年也已突破其一貫的“單一動(dòng)力源”的模式，而向輕混動(dòng)力汽車(chē)發(fā)展，以避免其發(fā)動(dòng)機(jī)的固有劣勢(shì)。

2.擺脫燃油汽車(chē)”加油站”的思維，發(fā)揮電網(wǎng)谷電優(yōu)勢(shì)

建立快充電站網(wǎng)絡(luò)是套用加油站的思維，其問(wèn)題有：1）快充電站投資高，占地多，耗時(shí)長(zhǎng)，很難與電動(dòng)汽車(chē)保有量同步發(fā)展；2）給電動(dòng)汽車(chē)快速充電需要短時(shí)間強(qiáng)大的功率電力，須建專(zhuān)用充電網(wǎng)絡(luò)；3）快充電嚴(yán)重?fù)p害蓄電池壽命。

電網(wǎng)四通八達(dá)，優(yōu)于“加油站網(wǎng)”。全國(guó)每夜谷電約可供億輛電動(dòng)汽車(chē)充電之需。電動(dòng)汽車(chē)回到夜間固定停車(chē)位后就與充電樁接上，自動(dòng)在谷電時(shí)段內(nèi)完成充電，更為方便。

在充電設(shè)施配套方面，每一輛電動(dòng)汽車(chē)都要有夜間固定停車(chē)位是發(fā)展的前提。國(guó)務(wù)院已對(duì)充電設(shè)施提出明確方向：以使用者居住地、駐地停車(chē)位（基本車(chē)位）配建充電設(shè)施為主體；允許充電服務(wù)企業(yè)向用戶(hù)收費(fèi)；在停車(chē)位方面，放寬準(zhǔn)入，原則上不對(duì)泊位數(shù)量做下限要求。

利用城市各種零散空地和經(jīng)濟(jì)杠桿的巨大潛力，發(fā)掘小微停車(chē)場(chǎng)，解決電動(dòng)汽車(chē)夜間固定停車(chē)位，逐步走向夜間泊車(chē)規(guī)范化。電網(wǎng)、城市規(guī)劃、交通等部門(mén)，協(xié)同解決每輛電動(dòng)汽車(chē)都有夜間固定停車(chē)位及充電樁的安裝和管理，解除電動(dòng)汽車(chē)“充電難”之憂(yōu)?？梢园l(fā)展符合中國(guó)國(guó)情的相關(guān)服務(wù)業(yè)，解決電動(dòng)汽車(chē)用戶(hù)和充電管理方或停車(chē)位管理方的各種利益矛盾。

推陳出新的思維，可為克服技術(shù)性難題開(kāi)辟新路，智庫(kù)和媒體要發(fā)揮引領(lǐng)的作用。市區(qū)大氣污染和霧霾威脅迫在眉睫，汽車(chē)大眾市場(chǎng)亟待開(kāi)拓，蓄電池水平亟待提高，但措施一定要立足于當(dāng)前的技術(shù)水平，降低電動(dòng)汽車(chē)對(duì)當(dāng)前蓄電池水平和政府補(bǔ)貼的依賴(lài)性，才能保證環(huán)境和石油危機(jī)和汽車(chē)經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型及時(shí)順利實(shí)現(xiàn)，也有利于緩解鋰資源的緊張和整合鋰電池企業(yè)。

—— 摘自《科技導(dǎo)報(bào)》2016年第22期