發(fā)展了許多年的綠色汽車似乎正在駛?cè)胍粓?chǎng)漫長(zhǎng)的拉力賽,在技術(shù)支持下,經(jīng)驗(yàn)與對(duì)方向的把握能力將成為率先駛向終點(diǎn)的決定性因素。
在剛剛過(guò)去的2010年,世界各大汽車廠商們都發(fā)布了以電動(dòng)為主或者是全電動(dòng)的汽車。剛剛從財(cái)務(wù)危機(jī)中擺脫出來(lái)的通用公司,在2010年的上海世博會(huì)上展出的EN-V電動(dòng)聯(lián)網(wǎng)概念車就曾讓所有人眼前一亮,完美結(jié)合了電動(dòng)汽車和智能駕駛理念的EN-V似乎讓所有人提前看到了未來(lái)汽車的影子。緊接著,通用還宣布將于2011年在中國(guó)市場(chǎng)推出雪佛蘭Volt沃藍(lán)達(dá)增程型電動(dòng)車??梢钥闯?,通用將未來(lái)復(fù)興的全部賭注都?jí)涸诹司G色汽車之上。不僅如此,豐田、日產(chǎn)等一批傳統(tǒng)汽車廠商都宣布了自己將在2011年全力推出綠色汽車的計(jì)劃,如果這些汽車能夠在市場(chǎng)上得到認(rèn)可,那也許一個(gè)不再依賴石油和內(nèi)燃機(jī)的時(shí)代真的即將開(kāi)啟。然而,也許是綠色汽車營(yíng)造的幻像已經(jīng)太久太美,所有人都對(duì)其抱有著懷疑的態(tài)度——綠色汽車真的準(zhǔn)備好了嗎?
技術(shù)決定論
嚴(yán)格說(shuō)來(lái),電動(dòng)車技術(shù)其實(shí)算不上一個(gè)十分新鮮的技術(shù)。早在1834年,美國(guó)人托馬斯·達(dá)文波特(Thomas Davenport)就造出了世界上第一輛電動(dòng)車,比燃油汽車問(wèn)世早了近半個(gè)世紀(jì)。電動(dòng)車曾在1899年創(chuàng)造過(guò)時(shí)速100公里的紀(jì)錄,當(dāng)時(shí)的燃油汽車難望其項(xiàng)背。此后,由于技術(shù)進(jìn)展緩慢,20世紀(jì)60年代電動(dòng)車只占世界汽車保有量的0.1%,幾乎退出歷史舞臺(tái)。
20世紀(jì)后期,石油短缺和環(huán)保呼聲日高,使電動(dòng)車枯木逢春。1997年美國(guó)通用的電動(dòng)車“大沖擊”,提速和操控俱佳,行駛中格外安靜,曾給許多人留下深刻印象。但由于成本高、續(xù)航里程短的百年痼疾并沒(méi)有得到根本性突破,到世紀(jì)之交,全球共銷售電動(dòng)車6萬(wàn)輛,僅占全球汽車保有量6億輛的萬(wàn)分之一。
2003年春天,電動(dòng)車出現(xiàn)一次全球性大退潮。通用和豐田宣布放棄電動(dòng)車生產(chǎn),推行電動(dòng)車最賣力的美國(guó)加州,承認(rèn)無(wú)法達(dá)到電動(dòng)車在市場(chǎng)所占比例的預(yù)定目標(biāo)。當(dāng)?shù)貓?bào)紙?jiān)u論,電動(dòng)車是一種商業(yè)上的失敗,因?yàn)樗冀K沒(méi)有改變?cè)靸r(jià)高、充電后行駛距離比傳統(tǒng)汽車短的基本事實(shí)。
今天,許多工廠中運(yùn)貨的電瓶車,滿街跑的電動(dòng)自行車,還有高爾夫球場(chǎng)的電瓶車其實(shí)也都是純電動(dòng)車。而決定電動(dòng)車能否大規(guī)模商業(yè)化的仍然是電池的續(xù)航能力,而這也是眾多電動(dòng)汽車邁不過(guò)的一道坎。這么多年以來(lái),與汽車相關(guān)的大部分技術(shù)已經(jīng)取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步和發(fā)展。從汽車的外觀制造,到發(fā)動(dòng)機(jī)的改進(jìn),再到制動(dòng)系統(tǒng),這些技術(shù)可以說(shuō)早已有了日新月異的變化。然而,對(duì)于電動(dòng)汽車而言,最為核心的電池技術(shù)卻一直沒(méi)有取得突破性的進(jìn)展。以日產(chǎn)汽車公司推出的Leaf汽車為例,這款汽車在發(fā)布時(shí)就號(hào)稱巡航里程可以達(dá)到160公里,這個(gè)距離基本可以滿足大多數(shù)日常出行的需要。然而,由于天氣和駕駛條件會(huì)對(duì)行駛距離產(chǎn)生較大的影響,如果天氣狀況良好,行駛平穩(wěn)而緩慢,達(dá)到這一里程問(wèn)題不大。如果一旦遭遇雨雪天氣,路況糟糕的話,那Leaf充一次電可能連95公里也很難行駛到。更為關(guān)鍵的是,為了達(dá)到這一行駛里程,Leaf的電池竟然重達(dá)300千克,價(jià)值也高達(dá)18000美元。高昂的電池成本成為了企業(yè)嚴(yán)重的負(fù)擔(dān),在美國(guó),Leaf的銷售價(jià)格大概為3.278萬(wàn)美元??此撇凰闾撸欢l(shuí)會(huì)愿意花幾萬(wàn)美元買一輛只能開(kāi)幾十公里的汽車呢?在目前大規(guī)模修建汽車充電站還難以實(shí)現(xiàn)的情況下,電池技術(shù)自身的改進(jìn)就成為了決定電動(dòng)汽車拓展速度的決定性因素。
日產(chǎn)汽車作為電動(dòng)汽車最大的支持者,其CEO卡洛斯·格森(Carlos Ghson)曾斷言“制造業(yè)在不久的將來(lái)能夠?qū)㈦姵氐膬r(jià)格大大降低,使電動(dòng)汽車能夠與傳統(tǒng)汽車進(jìn)行競(jìng)爭(zhēng)?!彼J(rèn)為,只要能夠達(dá)到100萬(wàn)輛的銷量就能使企業(yè)承受起電池的成本。
因此,許多公司為了降低電池成本最直接的做法就是增加電池的產(chǎn)量。然而,最新的電動(dòng)車和插電式混合動(dòng)力汽車用的鋰電池比過(guò)去或普通混合動(dòng)力車上用的鎳合金混合電池更緊湊、質(zhì)量更輕。通用公司內(nèi)部的電池專家也認(rèn)為,在筆記本、手機(jī)等數(shù)碼產(chǎn)品上用的鋰電池已經(jīng)把可能降低的成本壓得很低。而且,至少在短期內(nèi),生產(chǎn)電池所需要的猛等金屬的開(kāi)采量已經(jīng)足夠滿足增長(zhǎng)電池需要,不可能突然性增大。這樣看來(lái),在短時(shí)間內(nèi)汽車產(chǎn)品增長(zhǎng)的產(chǎn)量不可能讓電池產(chǎn)量出現(xiàn)戲劇性的變化,那電池技術(shù)自身的革新就成為了唯一的選擇。目前,在世界各地的實(shí)驗(yàn)室內(nèi),研發(fā)者們已經(jīng)開(kāi)始尋找如何利用更便宜的金屬生產(chǎn)能夠儲(chǔ)存更多能量的新型電池。比如納米硅電極技術(shù),已經(jīng)被運(yùn)用到原型電池的制造中,它能夠儲(chǔ)存相當(dāng)于傳統(tǒng)鋰電池兩倍的能量。固態(tài)電池技術(shù)也將原來(lái)的液態(tài)電解質(zhì)替換成固態(tài)電解質(zhì),省去了笨重的冷卻系統(tǒng)。
新的電池技術(shù)的研發(fā)和應(yīng)用,似乎讓所有人看到了電動(dòng)汽車“跑起來(lái)”的希望。然而,這并不是一次簡(jiǎn)單的百米沖刺,需要滿足的是一次馬拉松似的技術(shù)變革,短時(shí)間內(nèi)大規(guī)模應(yīng)用顯然并不現(xiàn)實(shí)。
尋找直線距離
盡管電動(dòng)車用磷酸鐵鋰電池在成本、功率密度、可靠性、使用壽命等方面仍存在諸多挑戰(zhàn)。但對(duì)于世界大部分國(guó)家而言,純電動(dòng)汽車是大勢(shì)所趨。然而,在相應(yīng)的充電網(wǎng)絡(luò)及相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)未完善之前,HEV或PHEV等混合動(dòng)力方式也許將在很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)成為市場(chǎng)的主導(dǎo)力量。
豐田公司可以說(shuō)是最早關(guān)注到綠色汽車發(fā)展的公司之一,而它們一直把混合動(dòng)力汽車看作是目前最節(jié)能、最成熟、最具備產(chǎn)業(yè)化能力的一種新能源技術(shù)。在豐田看來(lái),在純電動(dòng)汽車一時(shí)無(wú)法普及的情況下,混合動(dòng)力顯然是最為優(yōu)化的選擇,而豐田也是第一個(gè)敢于在自己的旗艦車型中嘗試采用混合動(dòng)力的企業(yè)之一。凱美瑞曾是豐田近幾年最為暢銷的一款車型,曾連續(xù)幾年在世界汽車銷售排行榜上位居前列。而豐田就將自己混合動(dòng)力技術(shù)的實(shí)驗(yàn)場(chǎng),選擇搭建在凱美瑞之上。
凱美瑞混合動(dòng)力搭載的豐田新一代油電混合動(dòng)力系統(tǒng)(THS-Ⅱ)以混聯(lián)的結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)汽油和電力的最深度混合,再加上艾金森循環(huán)燃油技術(shù)和電子無(wú)極變速系統(tǒng)的應(yīng)用,使其完美兼顧了強(qiáng)勁的動(dòng)力輸出和高效的節(jié)能環(huán)保:動(dòng)力表現(xiàn)上提升了13.8%,綜合功率可高達(dá)140千瓦;噪音則降低了22.2%,油耗較同級(jí)別車型降低了41.7%,二氧化碳排放量與同級(jí)別汽油版車型相比減少了40%以上,一氧化碳、NOx(氮?dú)溲趸?、HC(碳?xì)浠衔?的排放量也分別大幅減少了94%、90%、76%以上。
目前大多數(shù)混合動(dòng)力車型采用并聯(lián)或串聯(lián)的弱混合動(dòng)力系統(tǒng),電動(dòng)機(jī)只是起輔助作用,而凱美瑞混合動(dòng)力采用了全球獨(dú)有的發(fā)動(dòng)機(jī)和電動(dòng)機(jī)深度混聯(lián)的最佳配合方式,并導(dǎo)入100多千瓦的高功率電動(dòng)機(jī),革命性地提高了發(fā)動(dòng)機(jī)和電動(dòng)機(jī)動(dòng)力的協(xié)同效應(yīng)。
混聯(lián)式驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式和控制方式充分發(fā)揮了串聯(lián)式和并聯(lián)式的優(yōu)點(diǎn),能夠使發(fā)動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)、電動(dòng)機(jī)等部件進(jìn)行更多的優(yōu)化匹配。在汽車低速行駛時(shí),驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)主要以串聯(lián)方式工作;當(dāng)汽車高速穩(wěn)定行駛時(shí),則以并聯(lián)工作方式為主,從而在結(jié)構(gòu)上保證了即使在更為復(fù)雜的工況下系統(tǒng)仍能工作在最優(yōu)狀態(tài),因此,既有利于降低排放和油耗,也有利于動(dòng)力控制。
即使是在汽車動(dòng)力模式上,凱美瑞混合動(dòng)力采用的完全不同于傳統(tǒng)的燃油技術(shù)——“艾金森循環(huán)”技術(shù),也試圖將發(fā)動(dòng)機(jī)性能提升至全新高度?!鞍鹕h(huán)”是一種增大發(fā)動(dòng)機(jī)膨脹比的超膨脹循環(huán),其吸氣和壓縮行程比做功和排氣行程要短,通過(guò)推遲進(jìn)氣門關(guān)閉,在壓縮沖程從進(jìn)氣門排出部分燃?xì)猓瑴p少進(jìn)氣量。通過(guò)縮小燃燒室容積,提高膨脹比,即等待爆發(fā)壓力在充分降低后才進(jìn)行排氣,由此充分利用爆發(fā)能量,另外在減少摩擦損失的同時(shí)提升發(fā)動(dòng)機(jī)的最高轉(zhuǎn)數(shù),實(shí)現(xiàn)了更低的油耗和更高的動(dòng)力輸出。豐田汽車在全球約80個(gè)國(guó)家和地區(qū)出售了16種混合動(dòng)力車型,截至2011年2月底其混合動(dòng)力汽車的全球銷量累計(jì)突破303萬(wàn)輛。其中凱美瑞混合動(dòng)力就達(dá)到21.19萬(wàn)輛。在全球最為成熟的汽車市場(chǎng)美國(guó),凱美瑞混合動(dòng)力上市以來(lái)一直是最暢銷的混合動(dòng)力車型之一。
同時(shí),普銳斯也代表著豐田新型電動(dòng)車的理念。在混合動(dòng)力系統(tǒng)上進(jìn)行了一些平衡的普銳斯,減小了電池組。與通用的Volt一起同時(shí)在美國(guó)發(fā)售時(shí),其售價(jià)比Volt便宜了幾千美元。雖然,其在沒(méi)有汽油發(fā)動(dòng)機(jī)的幫助下最高時(shí)速只比95公里多一點(diǎn),而Volt最高時(shí)速可以達(dá)到160公里。但對(duì)于只需要跑短途的人來(lái)說(shuō),普銳斯的設(shè)計(jì)顯然更有優(yōu)勢(shì)。在美國(guó)相關(guān)研究機(jī)構(gòu)進(jìn)行的一項(xiàng)測(cè)試中,插電式混合動(dòng)力普銳斯的整體燃油效率是每加侖行駛39.2千米,比傳統(tǒng)的普銳斯高出81%。而且只要有油,普銳斯行駛里程就可以不受限制。同時(shí),一旦電池變得更加便宜,豐田就可以把插電式混合動(dòng)力普銳斯上的電池組增大,從而增加車輛的電動(dòng)行駛距離。豐田還準(zhǔn)備將這項(xiàng)技術(shù)應(yīng)用到2012年即將推出的六種混合動(dòng)力車型之上,這也為豐田日后緊隨市場(chǎng)的變化留下了改變的空間。
在美國(guó)能源部阿貢國(guó)家實(shí)驗(yàn)室工作的高級(jí)經(jīng)濟(jì)學(xué)家丹·圣迪尼(Dan St Dini)看來(lái):“全電動(dòng)汽車在節(jié)約燃料方面和插電式混合動(dòng)力相比是有限的,能夠跑32公里的插電式混合動(dòng)力汽車和跑65公里的純電動(dòng)車相比是一個(gè)更好的選擇?!币?yàn)?,像Leaf這種全電動(dòng)汽車對(duì)能源消耗幾乎沒(méi)有什么影響,消費(fèi)者會(huì)想要汽油來(lái)支持更遠(yuǎn)的行駛里程。與純電動(dòng)車相比,混合動(dòng)力車已經(jīng)能夠?qū)崿F(xiàn)規(guī)?;慨a(chǎn),市場(chǎng)的認(rèn)可度也更高。但這種汽車未來(lái)的需求量關(guān)鍵在于汽油價(jià)格的上漲程度和政府對(duì)于石油依賴問(wèn)題的擔(dān)憂程度。
在我國(guó)即將發(fā)布的《節(jié)能與新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃(2011-2020年)》草案中,已明確了以純電動(dòng)汽車為我國(guó)汽車工業(yè)轉(zhuǎn)型的主要戰(zhàn)略。到2015年,純電動(dòng)汽車和插電式混合動(dòng)力汽車市場(chǎng)保有量將達(dá)到50萬(wàn)輛以上。盡管這些問(wèn)題變數(shù)很大,但在未來(lái)很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)混合動(dòng)力汽車將成為綠色汽車最為關(guān)鍵的市場(chǎng)先行者。而在世界各國(guó)的政策導(dǎo)向之下,對(duì)于電池的研究和制造也將進(jìn)入一個(gè)新的階段。在這樣的情況下,可以預(yù)見(jiàn),2011年將是新能源汽車面向市場(chǎng)的元年,也將是關(guān)鍵的一年。是沿著以往的老路曇花一現(xiàn),還是真正成為全球可持續(xù)發(fā)展的先驅(qū)者,2011年的汽車市場(chǎng)也許將驗(yàn)證這一