【儀表網(wǎng) 儀表下游】導(dǎo)讀：無論是因為火電的燃料——煤炭能源的短缺，還是因為“雙碳”與能耗雙控的強制約束，在現(xiàn)實層面都無不反映出能源危機情況愈發(fā)嚴(yán)峻，清潔能源、綠色能源、可持續(xù)發(fā)展是全球所有國家未來能源發(fā)展的宗旨。
 

　　汽車的新能源之變，不僅在一塊電池
 

　　在交通出行領(lǐng)域，電動車的全生命周期計算中，電動車也比燃油車更低碳，發(fā)展電動汽車是實現(xiàn)碳減排的重要措施，由此全球汽車市場進入產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級的調(diào)整期。
 

　　“全面新能源倒計時”已經(jīng)啟動，近日奧迪宣布2026年停售燃油車，此后所有車型都會改為電動車；大眾隨后也表示計劃在2035年之前停止在歐洲銷售燃油車。除了汽車廠商紛紛宣言，也有許多國家開始考慮禁售傳統(tǒng)燃油車，并且公布了明確的時間表，荷蘭、德國、印度等計劃在2030年，英國、法國計劃在2040年停售燃油車；而中國臺灣和海南分別表示在2040年和2030 年停售燃油車。汽車的電動化趨勢進程加速，電動車對于傳統(tǒng)燃油車來說，不只是停留在過去的競爭，而是逐漸進入到被淘汰的局面。
 

　　曾幾何時，續(xù)航與電池安全的限制是人們避開選擇電動汽車的主要理由，現(xiàn)在是大型真香現(xiàn)場，燃油車未來的倒戈，蔚來汽車、智己汽車、廣汽埃安相繼宣布將推出1000公里續(xù)航電動車，而在2017年的時候電動車的續(xù)航里程還在300公里左右晃蕩。性能與續(xù)航給電動車帶來質(zhì)與銷量的飛躍，但我們的目光一直都只聚焦在電池性能的分析與加持上，忽略了電動車其他系統(tǒng)帶來質(zhì)的變化。而這些變化和動力電池的整合才帶來了電動車的繁榮，這些被忽略的就是今天主要想談?wù)摰摹?br /> 

　　雙管齊下：驅(qū)動與控制方式的變革
 

　　駿馬在草原的飛速奔馳源于強健有力的四蹄，腳踩油門發(fā)動機的轟鳴是化石燃料帶來的飛馳力量，電動汽車則是將電池包中的電能充分發(fā)揮變?yōu)槁L路的續(xù)航里程。
 

　　從能源的角度來看，動力裝置的作用是其他形式的能量轉(zhuǎn)化為機械能，例如發(fā)動機就是把儲存在油箱里的汽油送到汽缸中燃燒，并把燃燒產(chǎn)生的熱能轉(zhuǎn)化為機械能。而電動汽車是把儲存在電池包里的電能送到電動機，并把電能轉(zhuǎn)化為機械能。
 

　　與傳統(tǒng)燃油車相比，電動汽車最大的變化就是其驅(qū)動方式和控制系統(tǒng)的改變，由于電動汽車并不使用發(fā)動機，而是使用電機來進行驅(qū)動，而電控系統(tǒng)作為變速箱功能的替代，所以發(fā)動機艙內(nèi)部減少了很多的部件，其中包括發(fā)動機、變速箱、進排氣、傳動鏈等配置，內(nèi)部空間變得更大，而這樣的結(jié)構(gòu)改變帶來了巨大的變化：
 

　　1.能源效率的質(zhì)變，傳統(tǒng)燃油車的發(fā)動機驅(qū)動模式能耗燃燒效率為30%，浪費的能量大部分轉(zhuǎn)化為熱能耗散了，而電動汽車的電機驅(qū)動能量轉(zhuǎn)化效率在90%左右，兩者幾乎三倍的差距，同時控制系統(tǒng)也可對能量進行重新回收與分配。
 

　　2.性能的提升，發(fā)動機與電動機的轉(zhuǎn)矩特性完全不同，電動機可以從零瞬時加速到最大轉(zhuǎn)矩，而燃油車發(fā)動機還需要依靠變速箱一節(jié)節(jié)升檔提速，同時電控系統(tǒng)可應(yīng)對多種復(fù)雜工況，可滿足頻繁起停、加減速，低速/爬坡時要求高低轉(zhuǎn)矩的轉(zhuǎn)換，據(jù)悉，蔚來的電動超跑車百公里加速時間僅為2.7s。
 

　　3.車損維護的便利，發(fā)動機的機械結(jié)構(gòu)多元且復(fù)雜，牽一發(fā)而動全身，每個環(huán)節(jié)出現(xiàn)故障需要整車去維修，電動汽車舍棄的發(fā)動機系統(tǒng)讓結(jié)構(gòu)變得簡單，維修也變得容易，減少了很多的維修項目。
 

　　4.體驗的升級，少了內(nèi)燃機的轟鳴聲，驅(qū)動方式的變革使得電動車的整車簡潔并且噪音低安靜。
 

　　電動汽車在電驅(qū)系統(tǒng)和電控系統(tǒng)的加持下，給汽車整車帶來較大性能與體驗的變革，但國內(nèi)在電機、電控領(lǐng)域的自主化程度仍遠落后于電池進化的進度，部分電機電控核心組件如IGBT 芯片等仍不具備完全自主生產(chǎn)能力，具備系統(tǒng)完整知識產(chǎn)權(quán)的整車企業(yè)和零部件企業(yè)也是少數(shù)。電機、電控的技術(shù)和制造水平直接影響整車的成本與性能，而可靠性、安全性、和高集成是電機系統(tǒng)與電控系統(tǒng)未來發(fā)展的一致目標(biāo)，集成度高結(jié)構(gòu)緊湊，重量減輕，無論是工藝的改變還是技術(shù)的革新，都對車輛的高可控精度與動態(tài)響應(yīng)速率提出了高要求。
 

　　當(dāng)然對于電動汽車來說，可靠與安全是永恒的話題，電動汽車在安全系統(tǒng)方面也有新的變化。
 

　　保障安全的升級
 

　　我們知道，電動汽車的安全威脅不僅僅是存在于智能化后的算法與功能設(shè)計的缺陷可能帶來的風(fēng)險，人們害怕電動汽車的事故最重要的原因之一是電池爆燃帶來的威脅和傷害太嚴(yán)重。比如車輛在靜態(tài)情形下，由于電池系統(tǒng)管理不完善、通訊不兼容、與充電設(shè)備通訊障礙導(dǎo)致的電池過充、短路、漏液等問題不能提前監(jiān)控、報警，從而引起熱失控、自燃、起火，這類情形需要通過電池管理系統(tǒng)(BMS)實現(xiàn)對電池安全的管理。電池管理系統(tǒng)是通過CAN通訊協(xié)議，實時雙ECU多層級監(jiān)控，使得充電設(shè)備與電池管理系統(tǒng)之間的通訊順暢和協(xié)調(diào)，確保電池的安全。
 

　　充電過程中，電芯、BMS、傳感器，三個環(huán)節(jié)配合不好，自燃就有可能發(fā)生。而對于動態(tài)的電池充放電的溫度變化，首先電池本身的pack設(shè)計很重要，需要保證電池散熱和可靠性，其次電動汽車的電池包恒溫?zé)峁芾砑夹g(shù)，將電芯溫度更加穩(wěn)定地控制在高效、安全的溫度區(qū)間。
 

　　恒溫?zé)峁芾砑夹g(shù)在每個電芯模組內(nèi)布置兩個溫度傳感器，精確監(jiān)測每個模組內(nèi)部電芯溫度，并通過BMS和BTMS精確管理所有電芯，將電芯溫差控制在±2℃，確保電芯溫度均勻性。其應(yīng)急防爆泄壓設(shè)計，一旦出現(xiàn)問題將強制啟動液冷裝置，對問題電池進行熱失控管理，將電池置于安全的金鐘罩中。
 

　　電池管理系統(tǒng)(BMS)在這個電池安全系統(tǒng)中充當(dāng)了大腦的角色，實時估測電池的荷電狀態(tài)，檢測使用狀態(tài)，對電池進行直接管控。對于大腦來說反饋的信息越多，決策也就越準(zhǔn)確，這就對傳感器提出了要求：不僅數(shù)量合適，精度也要高，這樣反饋的數(shù)據(jù)越全面，BMS對電池的判斷則會越準(zhǔn)確。
 

　　當(dāng)然有子系統(tǒng)對電池的直接安全管理，也會有整車控制器從整車的角度檢測，并對可能出現(xiàn)的危險進行及時處理以保證安全，比如增加了對強電環(huán)節(jié)的高壓電安全保護措施。安全總是需要有冗余考慮的，熱失控下的應(yīng)對方法多種多樣，汽車廠商為了做到熱失控管理也計劃從犧牲電池的能量密度和成本考慮，未來將內(nèi)置滅火裝置、防爆閥、氣凝膠等新型方式都用上。
 

　　電動車的安全系統(tǒng)有BMS與整車控制器的金鐘罩保護，補能方式也是區(qū)別燃油車且又最需要關(guān)注的地方，沒有能源的補給，電動車趴窩跟個巨型的玩具車沒什么兩樣。
 

　　兩種補能模式：充電樁與換電站的協(xié)同
 

　　充電樁與換電站是電動車的生命能源，是整個電動汽車產(chǎn)業(yè)的基礎(chǔ)保障與關(guān)鍵環(huán)節(jié)，其也在去年被納入到新基建的內(nèi)容中。近幾年我們在一座座化石燃料加油站旁邊，看到越來越多的充電樁與換電站冒頭。
 

　　在2011年的早期起步階段，主要的補能模式是以掌握核心資源的大型國有企業(yè)決定，國家電網(wǎng)和南方電網(wǎng)等提出推行“換電池”為主的發(fā)展模式。國電電網(wǎng)確定了“換電為主、插充為輔、集中充電、統(tǒng)一配送”的運營模式。但早期的換電模式并不成功：
 

　　1.換電站的建設(shè)費用高昂，十年前電動汽車的數(shù)量相對來說數(shù)量太少，而為這些數(shù)量較少的汽車建立充電樁換電站成本太高，成本無法攤薄。
 

　　2.換電站兼容性較差，早期的市場行業(yè)內(nèi)沒有通用的標(biāo)準(zhǔn)可以統(tǒng)一，同品牌不同型號的車輛電池型號不同，跨車型共享難。
 

　　3.運營困難，國企以及車企等也沒有整合資源，發(fā)展得并不理想。
 

　　充電模式在這個背景下開始崛起。據(jù)悉截至今年4月，全國充電基礎(chǔ)設(shè)施累計數(shù)量為182.7萬臺，同比增加42.0%。公共充電基礎(chǔ)設(shè)施累計數(shù)量86.8萬臺，同比上漲58.8%。隨車配建充電設(shè)施新增95.9萬臺，同比上升29.6%。
 

　　目前國內(nèi)車樁比已經(jīng)達到了3：1，而根據(jù)工信部發(fā)布的《新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃(2021-2035)》征求意見稿，預(yù)計到2030年，我國新能源汽車保有量將達6420萬輛。按照車樁比1:1的建設(shè)目標(biāo)來計算，未來十年我國充電樁建設(shè)將存在缺口，顯然，充換電基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)也將成為重中之重。
 

　　市場快充樁紛紛冒頭崛起，換電方面，車電在數(shù)10秒就可完成分離換電，速度進化得非常快，無論是充電、換電模式還是兩者的協(xié)同運行方式，都給行業(yè)創(chuàng)造了多種新興的補能方式，傳統(tǒng)的化石燃料補給的局面也被打破。雖然現(xiàn)在只是撕開了小口子，但是在“雙碳”達標(biāo)，禁售燃油車的未來背景下，化石燃料這種補能方式也終將成為時代車輪下的砂礫，隨風(fēng)消散。
 

　　遠瞻充換電技術(shù)的未來，也向著高壓大功率快充、無線充、V2G技術(shù)儲電等方向發(fā)展：
 

　　1.高壓大功率快充技術(shù)是未來充電技術(shù)的發(fā)展方向，現(xiàn)在技術(shù)的限制下，大功率快充帶來的安全隱患和損傷電池方面還有待技術(shù)攻克。
 

　　2.無線充電技術(shù)，因為成本高以及高強度的電磁輻射，暫時商業(yè)化挑戰(zhàn)較大，未來成本的變化和規(guī)模的使用有望改變局面。
 

　　3.V2G技術(shù)，即電動汽車的電輸送給電網(wǎng)的技術(shù)，電動車充當(dāng)可再生資源和電網(wǎng)之間的緩沖儲能器，可減緩電網(wǎng)壓力，節(jié)省充電成本，構(gòu)建智能化充電網(wǎng)絡(luò)，形成車網(wǎng)協(xié)同生態(tài)。
 

　　4.超級充電標(biāo)準(zhǔn)、換電技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的統(tǒng)一，超級充電標(biāo)準(zhǔn)是面向下一代全球統(tǒng)一的充電接口技術(shù)，這也是大功率快充技術(shù)的基礎(chǔ)；換電站將采用模塊化設(shè)計，將技術(shù)產(chǎn)業(yè)化和標(biāo)準(zhǔn)化，兼容多車型，統(tǒng)一電池包實現(xiàn)換電站共享化。
 

　　電動車的飛速發(fā)展帶來這些新的技術(shù)革新也好，可持續(xù)的模式更迭也罷，都給整個交通出行領(lǐng)域帶來了一些創(chuàng)新和市場機遇，帶動了整個行業(yè)向著清潔化、綠色型、共享化的方向發(fā)展。
 

　　時代的能源需求、進階與國家的政策支持都讓這個行業(yè)如滿電般的高效運轉(zhuǎn)，電動汽車的背后有無數(shù)個心愿一致的訴求——綠色可持續(xù)的發(fā)展。達爾文曾在《物種起源》中詳細介紹了人類的進化，他的“進化論”是生物依據(jù)大環(huán)境背景的改變從而做出升級來適應(yīng)環(huán)境，這是一個漫長且艱辛的過程。
 

　　當(dāng)預(yù)測到發(fā)展模式讓環(huán)境變得越來越不可控，能源危機等帶來的侵害愈加廣泛時，適應(yīng)環(huán)境變化已經(jīng)行不通，必須要主動地去改善環(huán)境，人類不可持續(xù)的能源行為、活動都需要改頭換面，出行領(lǐng)域從制造到運行再到回收整個生命流程都在整改的范圍內(nèi)，無可避免的艱辛過程才能孕育出綠色可持續(xù)發(fā)展的果實，正是改變的因與執(zhí)行的果之間螺旋纏繞向深飛躍，才能給后至的生靈帶來生生不息。
 

　　資料來源：腦極體