1、前言
虽然国外研究开发电动汽车已经有百余年历史,国内也有多家企业、高校和科研单位已经或正在从事研究,但是目前市场上仍然没有大规模产业化的纯电动乘用车产品出现。环保与节能是二十一世纪全世界面对的重要问题,我国政府也提出了建设节约型社会的基本国策和鼓励发展小排量节能型汽车的产业发展政策,电动汽车是实现这一目标的重要手段之一。所以在前人积累经验的基础上继续努力,早日开发出为普通大众提供出行便利服务的、费用相对低廉的电动乘用车产品,显得非常重要。
2 、国外市场上的纯电动乘用车
2.1 1910年前的纯电动乘用车
电动汽车国外距今已经有173年历史。由于电动机的发明时间比内燃机早,所以电动汽车是最早的汽车。1834年Thomas Davenport发明了第一辆电动汽车,当时电池是一次性电池,不能充电。它比卡尔奔驰于1885年发明第一辆内燃机汽车还有早51年。1895年,在美国举行第一届汽车比赛中,电动汽车超过内燃机汽车获胜。1896年,美国第一家汽车经销商销售的是电动汽车。1900年的美国汽车市场电动汽车、内燃机汽车和蒸气机汽车是各占三分之一份额。1912年,美国道路上有38,842辆电动汽车在行驶。到1910年内燃机汽车开始大规模地采用流水线生产后,成本大幅度降低。而电动汽车由于续驶里程短、充电站等基础设施不普及等原因,导致电动汽车逐渐推出市场。
2.2 1990年前的纯电动乘用车
由于1970年OPEC石油组织对西方国家的石油禁运政策,引起石油短缺,价格上涨,导致国外第二轮电动汽车研发高潮的到来。Vanguard-Sebring公司批量生产的两人座的Citicar纯电动乘用车是当时的一个代表。
2.3 2003年前的纯电动乘用车
1990年美国加州政府出台零排放车辆强制法规(Zero Emission Vehicle Mandate),规定1998年上市的零排放车辆必须占新车比例的2%,2003年上市的零排放车辆必须占新车比例的10%。从而引发了世界各大汽车制造商开始了第三轮的纯电动乘用车研发和量产。到2003年,由于零排放车辆强制法规实施困难,加州政府改变了政策,最终导致各大汽车制造商停止了纯电动乘用车生产。以下介绍当时的几款非常流行的纯电动乘用车,它们的产量都超过1000辆。
2.3.1 本田Honda EV Plus
1996年4月,本田公布Honda EV Plus纯电动乘用车,并开始进行道路试验。1997年9月,本田开始在日本主要城市的本田销售公司出租装备数据记录器的Honda EV Plus,租期为36个月。Honda EV Plus专门针对电动汽车开发了全新车身,能满足美国和日本的安全法规。前轮驱动、4人座,三车门设计。尺寸(长*宽*高):4,045* 1,750 * 1,630 mm,轴距:2530mm,装备质量:1620 kg。配备电动助力转向,双安全气囊,真空助力制动,再生制动,ABS系统,热泵空调,投影型HID头灯,低阻轮胎:195/65 R14,气压:303 kPa。
直流无刷驱动电机的额定电压:288V,功率:49kW@1700~8750rpm,扭矩:275Nm@0~1700rpm,最高效率96%。单级变速器。动力电池由24组12V封装镍氢电池组成,总电压288V。
Honda EV Plus的0~60 mile/h加速时间:17.7s。最高速度被电子限速器限制在130 km/h。续驶里程:200 km,车载接触式充电机输入电压:交流 110/220V,输出功率:1.1kW/4.2kW,充电时间:6~8 h(从20%充电到100%)。
Honda EV Plus只对外出租,租期要求三年,平均租金为489美元/月,它包括轮胎在内的维护费和交通事故保险。同时要求车主有车库,必须购买充电设备。另外交1500美元押金。Honda EV Plus的计划销售价格是6万美元。本田为用户安装使用时间表(Time of Use,简称TOU),租金5美元/月。它可以在非高峰时间段给用户4美分/度电的优惠电费,大约是居民日常电费的1/3。
2.3.2 丰田Toyota RAV-EV SUV
1995年,丰田试制20辆Toyota RAV-EV SUV原型车在日本和美国进行了两年300,000英里的试验。1997年,Toyota RAV-EV SUV在加州、纽约和马塞诸萨州销售,因为这些地区实行强制法规要求丰田必须有2%的销售汽车是零排放汽车。出租价格36个月16,000美元,或者477美元/月。当时在整个纽约州只有一个公共充电站。在加州所有大城市都有维修站,对动力系统有5年的保质期,但是更换电池费用超过一辆普通汽车的价格。Toyota RAV-EV SUV的平均销量是300辆/年。2003年春天,丰田停产Toyota RAV-EV SUV。
1998年丰田推出了新版本的Toyota RAV-EV SUV,它比汽油机版本的Toyota RAV SUV重230kg。该车动力电池由铅酸电池和镍氢电池混合组成。Toyota RAV-EV SUV装备质量:1560kg,永磁驱动电机:50kW@3,100~4,600 rpm,免维护,与单级变速器集成,具备做功和发电功能。23组镍氢动力电池电压288V,质量410 kg,布置在地板下面。续驶里程:200km,最高速度 125km/h,车载充电机:电压220V,电流30A,完全充电需要6.5 h。
Toyota RAV-EV SUV的空调用空气注射热泵来制热和制冷。当外接充电时,可以预热和预冷,提高效率。制动系统:四轮助力制动,ABS系统,前盘后鼓,再生制动功能。采用10英寸的制动器,增加制动性能,汽油机版本Toyota RAV的制动器是9英寸。助力转向、电动车窗、后窗除霜、双安全气囊、电动后视镜。低阻力系数轮胎,噪声偏大。
2.3.3 通用GM EV1
1990年洛杉矶车展上,通用推出了Impact电动概念车,GM EV1纯电动跑车是在概念车Impact基础上开发,通用花费400万美元,开发周期6年时间。1996年12月,EV1上市,通用在加州南部和亚利桑那州销售EV1。当时在洛杉矶盆地300个充电站,在菲尼克斯地区建立了40个充电站,为GM EV1运营提供服务。
EV1是第一款运动型的两人座电动跑车,尺寸(长*宽*高):4309*1766*1281 mm,轴距:2512mm,整备质量1400kg(铅酸电池)/1320(镍氢电池),风阻系数0.19。三相交流感应驱动电机,水冷,功率102 kW,扭矩150 Nm,最高转速:15000 rpm。变速器只有前进和倒车档。电池类型:铅酸电池/镍氢电池,26组铅酸电池,550kg,98%可回收。T字型布置在两个座椅的中间和后面。充电接口在汽车前部,感应式非接触,避免触电危险。前挡风玻璃装备太阳能电池,可以充电。同时具备制动充电功能。第二代GM EV1装备镍氢电池,用50kW的充电机,能在15分钟充电到80%,成本是铅酸电池的2倍。
0~100 km/h加速时间:8.5s,最高速度130 km/h(电子限速器),200 km/h(无电子限速器)。1997年EV1保持电动汽车记录296 km/h。续驶里程:88~152km(铅酸电池)/120~200km(镍氢电池),113 km(EPA 城市驾驶循环),145 km(EPA 高速公路驾驶循环)。在实际使用中,通常续驶里程是80~96km,可以行驶160km,但是对电池有损害,会缩短使用寿命。
2002年GM EV1被迫停产,通用汽车公司在亚利桑那沙漠中自行销毁了大批库存的GM EV1。2006年美国上映的纪录片《谁消灭了电动车》(Who Killed The Electric Car)详细记录了GM EV1从出生到神秘没落的历程。该片认为美国纯电动乘用车的失败是石油巨头们故意扼杀的结果。作为汽油的头号消费国,美国拥有埃克森美孚(Exxon Mobil)、雪佛龙德士古(Chevron-Texaco)和康菲(Conoco-Phillips)等世界顶级石油巨头,它们在整个经济社会中起到举足轻重的作用。如果大家都去购买电动车,每年将节省下1000多亿加仑的汽油,将严重危害到石油巨头的利益。EV1价格33,995美元,在美国加州南部和亚利桑那州销售和出租EV1。出租要求租36个月,费用是每月350~499美元,包括免费维护轮胎和电池。据报道,一个用户以前开汽油机皮卡,每月花费80美元油费,开EV1,每月电费为20美元。
2.4 近年的纯电动乘用车
如果按照内燃机汽车的标准设计纯电动乘用车,对电机和电池的要求都较高,会导致成本高,用户难以接受,市场化困难。近年来出现了低速、低成本的纯电动乘用车产品。
2.4.1 印度Reva
印度Reva电动汽车公司于1994年开始开发纯电动乘用车Reva,1995年完成样车,1996~2000年在印度试验运行,2001年在印度上市,Reva是两门四人座纯电动乘用车,长×宽×高:2638×1324×1510mm,离地间隙:150mm,轮距:1710mm,转弯半径:3505mm,装备质量:665kg。最高速度:70km/h,0~40km/h加速时间:7s,续驶里程80km。售价5,555美元,三年质保期,用电费用:1美分/km。
动力系统参数为:三相感应交流电机,后轮驱动,峰值功率13kW,扭矩52Nm。电机控制器是基于微处理器设计,具有能量回收制动功能,最大电流350A。采用一档减速器,没有离合器。充电器电压:220V或者100~120V,充电时间:充电到80%需要2.5小时,充电到100%需要8小时。DC/DC功率:400W,动力电池采用电动汽车专用铅酸电池,单体电池6V,总电压48V,总质量258kg,容量200Ah,基于微处理器的电池管理系统。
装备制冷空调,电加热器,MP3 CD播放器,配置电加热座椅和儿童安全座椅。具有故障诊断接口,可以用掌上诊断器进行故障参数诊断。
2.4.2 加拿大Zenn
加拿大Zenn 汽车公司生产的Zenn是三门两人座纯电动乘用车,长×宽×高:3068×1494×1420mm,轮距:2078mm,装备质量:774kg。最高速度40km/h,续驶里程40~50km。Zenn在2006年巴黎举行的必比登挑战赛的城市汽车类别中获得金奖。
动力系统参数为:电机峰值功率3.7kW,前轮驱动,具有能量回收制动功能,充电器电压:120V,充电时间:充电到80%需要4小时,充电到100%需要8小时。动力电池采用免维护密封铅酸电池,单体电池12V,总电压72V。
3 、国内市场上的纯电动乘用车
3.1 山东火云电动车
山东省临淄火云电动车有限公司,位于山东省淄博市,公司创建于2001年,现有职工150多人,其生产的山东火云纯电动乘用车配置如下:电机功率5kW,72V的动力电池组由6块12V铅酸电池组成,每块电池45kg,无级变速,最大爬坡度为40度,最高时速可达80km/h,百公里耗电为8度,续行里程120-180km。外接220V电源充电需要8小时充满。该车在临淄地区提供1年保修服务。报价3.8万。据报道该车向美国出口。
3.2 幸福使者电动汽车
一汽红塔云南汽车制造有限公司与天津清源电动车辆有限责任公司联合生产的4人座幸福使者中速纯电动乘用车。该车配置如下:电机功率5kW,72V的动力电池组由6块12V铅酸电池组成,最高时速可达60km/h,续行里程80km。外接220V电源充电需要8—12小时充满。该车保修服务为2年6万公里。报价7.8万元。据报道该车向美国出口。
4 、结论
综合以上信息,对纯电动乘用车发展趋势总结如下:
电池种类的选择。在国外多数高速纯电动乘用车采用镍氢电池,低速纯电动乘用车采用铅酸电池,少数纯电动乘用车采用锂电池。这是因为镍氢电池比能量较高、寿命长、耐过冲放,并且可以通过氢压来指示电池荷电状态,成本适中。铅酸电池具有开路电压高、充电效率高、能够在常温下正常工作,生产技术成熟、价格便宜、规格齐全等优点,但是其比容量和比功率都在镍氢电池的一半以下,因此难以满足乘用车的动力性和续驶里程的要求。锂电池有很多优点,电压高达3.6~4V,相当3个镍氢电池串联起来的电压。锂电池比能量是镍氢电池的1.5倍,锂电池比功率是镍氢电池的7倍以上。循环寿命长,充电放电效率高,功率输出密度大,没有记忆效应、环保性好等优点。但是成本高、在部分工况下易爆炸等缺点。在国内镍氢电池价格高出锂电池许多,因此高速纯电动乘用车优先采用锂电池。
基础设施的建设。纯电动乘用车的市场化运行要求建立充电站和维修站等外部环境。在国外,纯电动乘用车的运行城市、停车场和宾馆等场所,均建立了充电站,为电动汽车用户提供充电服务。如果缺乏完善的基础设施,很难吸引用户购买。
纯电动乘用车的运营方式。在美国和日本,多数汽车制造商采用只租不卖的方式向用户推销纯电动汽车。由于成本高,使用环境要求高,维护方法与传统的汽油机汽车不同,同时用户不了解其性能,导致纯电动乘用车销售困难。因此多数汽车制造商以出租的方式打开市场。通常租期要求三年以上,出租期间提供包维护服务,解除了用户的后顾之忧。
目前低速纯电动乘用车在全球存在巨大市场。以前的纯电动乘用车由于成本高、续驶里程短、充电时间长等缺点,导致市场化运营失败。但是近年来低速、低成本的纯电动乘用车在美国、法国等国外市场十分畅销。在我国,政府还没有成熟的法规出台,纯电动乘用车不能在市场销售。而目前我国部分地区电力资源出现富余现象,国家电网决定加快电动汽车的推广应用工作,并于2007年3月特制定出台《国家电网公司“十一五”电动汽车推广实施方案》。因此纯电动乘用车将是我国未来的一个巨大市场。