通向2020年电动汽车的崎岖之道

发布时间：2012-12-7 14:28 发布者：李宽

作者：R. Colin Johnson

在零排放的未来，纯电动汽车将满载乘客和货物沿着高速公路疾驰，不过现在看起来，这一愿景比工程师原来预想的更难实现。

到目前为止，仅有三款纯电动汽车投放在美国大众市场：福特福克斯电动车、三菱MiEV和日产聆风。美国制造的Coda和Tesla将会限量供应，宝马的ActiveE和丰田飞度电动车仍在原型设计阶段。还有针对专业市场的各种小批量车型，比如雷诺的Fluence Z.E.、Smart的Fortwo Elec-tric Drive、Pure Mobility的Buddy、Reva Electric Car的G-Wiz和Bolloré的Bluecar。由于每一家大汽车厂商都有可能至少推出五款纯电动汽车，因此这些品牌到2020年将变得更加熟悉。

根据Gartner公司的“2020年汽车领域：格局基本清晰”报告，到2020年大多数汽车都将有某种形式的电动混合功能——从只会增加油耗的采用再生制动系统的并联式混合动力汽车到很少使用汽油发动机的雪佛兰伏特这样的插电式混合动力车。

Gartner公司的报告显示，到2020年，仅靠电池电源驱动的纯电动汽车将占总市场的份额不到3%。到2025年电动汽车市场份额只需增长到4%，就可以满足加利福尼亚的空气清洁法的规定。HIS预测，到2030年，电动汽车的市场份额将仍将低于10%。

“内燃机将成为今后15年甚至更长时间的主流，”Gartner公司汽车领域副总裁Thilo Koslowski表示。“我们预计，到2020年电动汽车仅占5%到8%的份额(包括混合动力汽车)，纯电动车型仅占2%到3%。”

电池技术的突破将是一张王牌。电动汽车厂商一直在第一代混合动力汽车中使用镍金属氢化物(NiMH)电池。不过大多数新设计正在使用锂离子电池，这种电池可以提供三倍以上的可用能量密度，即锂离子电池的能量密度为每千克160千瓦时。市场预测正是以出现这种技术转变为前提，同时假定其他电池技术出现稳定持续的提升。

如果像锂空气电池这类突破性电池技术实现商业化，电动汽车市场份额将超过目前的预期。现在，IBM公司专注于锂空气技术的Battery 500等项目在2025年以前将不会投放市场。根据IBM公司的预计，如果几乎每一种车型都变成混合动力汽车的话，从镍金属氢化物电池技术转换到锂离子电池技术的过程可能会发展很缓慢。

“尽管对锂离子生产能力的投资相当大，但是镍金属氢化物电池仍是今后七年的主流电池技术，”Envisioneering Group(纽约锡福德)的Rick Doherty表示。“锂空气电池是一张万能牌，它可以刺激消费者更快地接受电动汽车。”

汽油动力汽车的可行驶里程在300英里左右，这是因为汽车厂商会根据每加仑汽油行驶的英里数除以300得到30MPG来确定油箱的容积。而电动汽车则相当于100 MPG，但是由于锂离子电池组的额外成本高达10,000美元，重量高达600磅，因此目前车型的可行驶里程限制在100英里以下。

采用成本更低的轻巧锂空气电池时，重量与汽油动力车型相同的电动汽车可以达到500英里的可行驶里程，从而超过了内燃机的可行驶里程。电动机转矩在其可行驶里程中是始终一致的。由于电动汽车的重量分布比较均衡，重心较低，因此锂空气电池可以克服可行驶里程问题，从而大幅提高了纯电动汽车的消费者接受度。

“长期来讲，纯电动汽车将胜出，因为纯电动汽车的可行驶里程将不断增加，而它们的燃油效率和性能将越来越高。混合动力汽车将慢慢退回到过去的水平，”AeroVironment公司的Wahid Nawabi预计。

电动汽车充电基础设施与现在全国范围的加油站网络类似，目前正在慢慢落实。电动汽车充电站开始在大城市和美国的一些州际公路沿线迅速出现，以试图解决消费者需要看到充电站之后才会购买电动汽车的“鸡生蛋还是蛋生鸡”的问题。

耗资2.3亿美元的美国能源部电动汽车项目正在六个州安装充电基础设施，而西海岸绿色高速公路项目则正在沿温哥华与圣地亚哥之间的I-5公路安装公共快速充电站。

位于加利福尼亚州蒙罗维亚的AeroVironment公司是一家供应充电站的公司，这家公司是日产快速充电站的美国分销商，以及三菱和日产的家用充电站供应商。该公司还提供电动汽车设计和测试工具。

AeroVironment和Coulomb Technologies等公司供应三种基本的电动汽车充电器。第一款采用标准120伏、15安培的直流电源插座，电池经过10小时左右的充电可达到3 kW的输出功率。第二款价格为1,500美元，可驱动240伏的交流电源，该交流电源转换成直流后经过4至8小时充电可达到7 kW的输出功率。

高端电动汽车充电器价格为15,000美元，可将480伏的交流电源转换成大电流直流，可在一小时以内的充电后达到高达100 kW的输出功率。

三菱MiEV和日产聆风等带快速充电端口的电动汽车可在一个小时内充电。尽管已经如此方便，但是消费者仍在推诿在充电站所花的时间要比在加油站花的时间长，需要把大多数充电过程推到晚上来进行。

一分钟充电是Better Place公司的目标，这种充电技术可以在很短的时间内充满预充电的电池组，所花的时间甚至比在加油泵上加满油所需的时间还要短。唯一提供的电池快换站设在以色列，用于Renault公司Fluence Z.E.车型充电，丹麦和荷兰将紧跟其后。作为试点项目的一部分，Better Place公司正在旧金山湾区安装电池快换站，从而为一系列可快换电池电动出租车提供支持。

日产-雷诺联盟正在生产带Better Place公司的可快换电池组的电动汽车车型，而且该联盟还支持快速充电基础设施。

日产正与NRG Energy(新泽西州普林斯顿)合作在加州和德州安装快速充电站。日产聆风是日产-雷诺联盟生产的第一款电动汽车。还有三款还在日产的生产线上：聆风的高端版本Infiniti LE、NV200厢式送货车的电动汽车版本以及电动概念车。雷诺的四款车型包括可快换电池Fluence-Z.E.、Kangoo-Z.E.厢式货车、微型Zoe-Z.E.和超小型Twizy-Z.E.。

各大汽车厂商的路线图上都有纯电动汽车，旨在2025年满足加州4%的电动汽车指标。日产和福特则在他们走近电动汽车的过程中采取了相反的路线。日产认为纯电动汽车将成为其关键市场，而福特则计划提供纯汽油动力汽车和纯电动汽车之间的五种程度的混合动力支持。

日产正在开发与丰田普锐斯类似的“并联”混合动力汽车和与雪佛兰伏特类似的插电式“串联”混合动力汽车以及经过改进的汽油发动机和柴油内燃机。该公司认为这些工作是走向以纯电动汽车为主流的未来的一个桥梁。

相比之下，福特正在对其所有的平台进行“电气化”，提供相同的车身风格，发动机则采用以下五款中的任意一种：纯汽油发动机、涡轮/压燃式发动机Eco-Boost发动机、电动混合动力发动机、插电式电动混合动力发动机和像聆风这样的纯电动汽车。

“福特没有在任何一种技术中看到万能方案。我们从现在到2020年甚至更远的未来将如何发展取决于消费者，”福特混合动力汽车和电动汽车总工程师Eric Kuehn表示。

福特的福克斯电动车已经被定位为日产聆风的直接竞争车型。Kuehn表示，福克斯电动车拥有更高的马力和更轻的电池(143 HP，23kW/h）。“福克斯比聆风的功率高23%，如果你买240伏的充电站，你也能够在一半的时间内充满电量，”Kuehn声称。

日产则这样反击，聆风与福克斯不同，聆风有快速充电端口，该端口可以在30分钟左右的时间内使电池组达到80%的电量。

因此，电动汽车的竞赛将继续升温至2020年甚至更远的未来。

图1：AeroVironment的快速充电站，可同时满足240V电压下四辆电动汽车高达30A电流的快速.jpg