从轻型电动车到微型电动汽车.docx

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从轻型电动车到微型电动汽车

从轻型电动车到微型电动汽车

的技术路线”的可行性研究

第一部分发展电动汽车已成为国际汽车发展的新趋势

2005年，全国数百家企业的各种轻型电动车（含电动自行车）的总产量预计已经达到900万辆。

绿源在过去的一年内共生产各种轻型电动车（包括电动自行车）近20万辆，一些关键的技术创新成果（如能量回收技术，新型节电模式，等等）也在产品中成功运用，企业取得了比较好的经营效果。

在这个辞旧迎新的2006年春天，我们是不是需要再一次超越企业经营者的本分，从业者的角度来思考一些新的理论问题，探讨对电动车产业未来发展的新思路。

在石油资源日益短缺的大背景下，如何减少交通对石油资源的不可循环的消耗，发展电动交通工具，特别是促进发展电动汽车（EV）是世界性的重大课题，不仅是中国社会关注的话题，也是国际社会十分关注的重大问题。

最著名的电动车促进计划就是PNGV计划，早在1993年9月23日，美国总统克林顿，在白宫正式宣布美国政府开始实施“新一代汽车合作计划”（PartnershipforaNew

GenerationofVehicles）简称PNGV计划，为组织实施这个计划，美国政府每年拨款3亿美元，通用、福特、戴姆勒—克莱斯勒三大汽车公司每年投入10亿美元，该计划由美国副总统戈尔真接分管，总体协调，参加的政府机构有：

能源部、交通部、国际部、商业部、航空航天局、环保总署等，还有地方州和市政府，参加的厂商遍及30个州，美国的许多名牌大学，国家研究机构、国家实验室也参加了这个计划，参加的单位共453个，研究计划包括758个子课题。

每年春季由美国科学院研究委员会负责对该计划的成果提出评审报告。

据当时的媒体报道，在美国总统克林顿看来，也许只有“阿波罗”登月计划可以与此相媲美了。

到了2002年9月，布什政府又制定了新的“FreedomCAR”计划来取代PNGV计划，其中CAR是CooperativeAutomotiveResearch（合作汽车开发）的缩写，进一步推动清洁汽车的开发。

美国总统布什在2003年1月28日发表讲话公开支持FreedomCAR和氢燃料计划的研究，并建议投入12亿美元研发经费，同时，布什还进一步建议在未来的5年内共投入17亿美元针对以氢为燃料的燃料电池氢源基础设施以及先进车辆技术进行资助。

在日本，通产省于1991年制定日本的电动汽车发展计划，要求到2000年底在日本推广20万辆电动汽车，2000年当年的电动汽车产量达到10万辆。

由于技术和成本的原因，日本的这一计划未能完成。

但是，日本政府仍然大力支持电动汽车的研究及试用。

96年又开始推动“低公害车开发普及行动计划”，不仅对各种专项研究给予大规范政府资助，而且制定了各种旨在促进清洁能源车辆推广普及的补助和免税行动。

有资料称，1998财政年度，日本用于清洁能源汽车普及的金额约8亿美元。

政府对各种EV和HEV提供的补贴大约为每辆车90-380万日元，按车型不同有所区别，还辅之以各种

减负税收的优势政策。

在欧洲，欧盟90年代初就制定了FP（FrameworkProgramme）系列计划和燃料电池研发计划（R&DD），旨在推动电动车产业发展。

1994年12月，法国政府公开表示支持推广电动汽车，95年5月9日颁布各种旨在促进企业制造和消费者购买的补助政策。

到了2002年，法国政府又开始实施新的电动汽车研究计划“PREDIT111—2002/2006”，总预算约5700万欧元，这个计划公布的电动车辆购买补助首次包括了电动自行车和轻型电动车（510欧元），对电动轿车的补助则高达3050欧元。

其它欧洲国家如英国、瑞典等也十分支持电动车的开发，限于篇幅就不一一描述了。

总之，从克林顿时期著名的轰轰烈烈的PNGV计划，到布什政府的较为务实的FreedomCAR计划，再从日本的“低公害车开发普及行动计划”到法国政府PREDIT111计划，都体现出各国政府对EV产业的重金投入和官方主导性以及对EV产业的关切程度。

我们不难看出，从上个世纪90年代初开始，经历了能源危机和关注环境污染危害的世界各国都十分期待电力交通时代的到来。

这十几年来，由于各国政府和民间力量的合力推动，EV和HEV在技术上取得了一些值得称道的成就，特别是在混合动力的HEV方面，HEV已经有一点商业化势头，目前，美国公布的节能目标是百公里油耗小于3升，各大企业都有一些符合要求的产品可以投放市场，但由于HEV仍然不能摆脱对石油消耗，被普遍认为是属于节能清洁型车辆的中间状态，而不是最终目标。

作为真正的电动汽车，纯电动的EV和BEV却基本遭遇了严重的产业化失败。

纯电动汽车失败的著名例子有两个，一个是日本本田的Plus被停止开发，据《科技日报》2002年6月报道，本田公司从80年代起就开始了电动汽车的研究开发，1996年终于推出纯电动的EV车“Plus”，1997年“Plus”出租到美国，该车使用镍氢电池，最高时速130公里，但这种纯电动汽车终于由于各种“难题”而失败，本田公司已经停止了进一步的开发；

另一个著名的例子是最著名的美国通用的EVI的无奈结束。

2003年11月，《科技日报》以醒目标题评论全电池电动汽车的命运：

《无奈，无奈，无奈！

胎死腹中的全电池驱动汽车》，该报驻华盛顿记者张孟军写道：

“今年是全电池电动汽车的灭顶之灾年。

不仅福特、戴姆勒—克莱斯勒、丰田、本田和日产等汽车制造公司全面停止了全电池电动汽车的生产，就连开发电动汽车最积极的通用汽车公司，在生产了1100辆双座EVI电池汽车后，也停止了电池电动汽车的开发和生产计划，并表示不再继续提供EVI电动汽车的出租业务。

随即通用汽车公司将大约100辆EVI车送到纽约，用于研究在寒冷气候条件下电池性能，剩余车辆有些将送入博物馆，有些将被作为废金属处理”。

“通用公司说，每生产一辆EVI要花费8万美元（包括研发成本），而出租这种车每日的租费为350美元，纯属亏本生意，只好停产。

”

至此，在美国，全电池电动汽车尚未问世就已夭折。

然而，同样是这个对电动车来说不平凡的2003年，在东半球的中国却经历了另外一种截然不同的景象。

中国一大批毫不知名的小企业，开始了自己的电动交通的事业。

1997年，从几家企业起步，总年产电动自行车不到2万辆，到了2003年，参加企业近千家，总年产量一举突破400万辆，6年增长超过200倍。

更富有戏剧性的事件是，中国电动交通工具的事业一直是争议中前进，2002年北京市交通管理部门明确反对电动自行车上路，2003年，福州禁止销售电动车。

但轻型电动车生产、创新、研发一直没有停止，市场认可度还有所提高。

2003年全国电动车产量比2002年的170万辆增长超过1倍，绿源公司2003年的产量也超过8.2万辆，比初创时的1997年的0.3万辆增加了27倍，比2002年的4.5万辆增加了1.8倍。

更重要的是，经过2003年的发展，中国的轻型电动车产业开始强大起来，一大批原来从事摩托车配件生产的企业积极加入电动车产业，产品款式快速的增长，新车型推出的速度极快。

2004年开始，电机动力性能和电子控制技术也飞速发展，电机功率从一开始的150W逐步上升成熟，到2004年底，额定功率500W，最大输出功率1KW的高性能稀土永磁电机已经低成本地大批量生产，极大满足了人们的使用需要。

轻型的电动交通工具不仅可以满足城市中低收入居民的出行代步需要，而且也可以满足农村居民的生产生活需要，不断降低的价格和不断提高的性能为轻型电动车赢得了实实在在的市场。

为什么电动车辆在美日会因技术原因遭遇商业上的死亡陷阱，

而中国却显现出如此强劲的生命动力呢？

（1）市场条件是决定技术路线的关键因素：

西方发达国家，特别是美国，是一些汽车文化高度发达的国家，它所面临的主要问题是开发研究替代传统汽车的电动汽车。

因此，无论是PNGV计划还是FreedomCAR计划，其技术路线的核心都贯穿于希望替代汽车的电动交通工具达到或者接近传统汽车的动力性能。

在美国，汽车总保有量已经超过总人数，几乎人人都是（或将是）汽车的消费者。

如果某个公司制造一种“电动汽车”无法快速行驶或者加速性能较差，它就无法指望消费者会认同、使用和购买这种产品。

因此，任何一种在性能上与传统汽车有很大差距的“电动车辆”在美国几乎肯定是没有市场的。

但是，大家又必须面对一个严酷的现实，这就是，“电池的储能效率与汽油相比实在是太低了”，美国通用公司研究发展中心的LawrenceJ.Oswald博士写道：

“电池中的能量只有汽油式柴油的1-2%”（BatteriesContain

1-2%oftheenergyofgasolineordiesel），以时速96Km/H行

驶160Km，电动汽车（EVI）的电池总能量为13.6kwh，电池总重量为395Kg，体积172064cm3，而汽油汽车耗油总能量为63.5kwh，重量只有5.7Kg，体积7190cm3，鉴于此，还鉴于电机技术资源等其他方面的原因，要让电动车辆在近期内达到传统汽车的性能价格比水平是不可能的！

因此，PNGV计划实施了近十年时，美国乃至整个西方发达国家不得不放弃依靠电池的纯粹电动的理想目标，放弃纯电动汽车在近期实现商业化的努力，代之以鼓励混合动力型（HEV）来部分地达到节约能源和减少排放的目标，也尽力从燃料电池上寻求技术突破，但不能够指望近期商业化。

中国的情况完全不同，与美国相比，我们还远远没有达到“汽车社会”。

虽然，近几年来我国的私人汽车增长迅速，轿车快速进入家庭的话题也引人关注。

但是，这种增长与拥有13亿人口的大局来比，仍然仅仅是一个小小的开始。

媒体在2003年报道，我国的私人汽车总保有量达到1200万辆，北京2004年9月报道北京市私人汽车保有量已突破100万辆，其中私人轿车65.6万辆。

因此，我们估计，到2005年底，全国私人汽车的社会保有量大约为1500万辆，按北京的比例私人轿车的水平大约为60%估计，全国私人轿车的总保有量大约为990万辆（尚不足1000万辆），就以1000万辆计算，与13亿人口和3.5亿个的家庭来比，我国私人轿车的人口比例和家庭比例分别为0.7%和2.8%。

这是一个非常小的数字。

相反，非机动车和摩托车在中国的保有量却是一个十分庞大的数字。

在中国，有超过5亿辆自行车，有近8000万辆两轮摩托车，有近2000万辆电动自行车和轻型电动车，三者相加的总数超过6亿，面对这个庞大的人群中任何改善交通条件的努力都会受到热烈欢迎。

提供一种性能较好（但不及传统汽车）同时又可以遮风挡雨的廉价型低费用的清洁交通工具，作为替代型的私人代步工具一定会具有现实而庞大的市场。

有了这个市场，具有中国特色的微型电动汽车产业就能够应运而生了。

她所面对的市场不是传统汽车的使用人群，而是一些也许“从来都没有驾驶过汽车”的消费者，这类消费者美国没有，所以美国就不具备发展这种产品的客观条件。

这类消费者大量地存在于中国社会，所以中国就现实地存在着一个令世界瞩目的绝佳的战略机遇，就是“循序渐进地推动交通工具电动化”的战略机遇。

可以想象，一旦中国式的微型电动汽车商业化进程启动，与之相关的各种关键技术产业在市场的强烈刺激下必然迅猛发展，在电池技术、电机技术、控制器技术、轻量化车架技术等等技术领域会涌现出一系列巨大的自主技术创新成果，庞大的中国市场必然铸就出一个辉煌的电动车产业，在解决中国经济发展与世界性石油紧缺的战略问题上也会得到全世界的尊敬，未来汽车的产业中心也会随之而向中国转移。

（2）市场进程是技术成长的根本动力在令人振奋的前景下，我们还必须更认真地探讨实现中国式交通工具电动化目标的可行性问题。

从轻型的电动车辆（包括电动自行车）的成长历史来看，市场进程是技术成长的根本动力。

早在1996年—1998年期间，大多数人甚至包括我们这一批早期开发者，对“轻型电动车的技术能否真正满足市场需要”的认识确实是朦胧的。

早期的电动自行车，新电池充电一次只能行驶大约30公里，电池的寿命也很短，6个月后就出现严重衰退，行驶里程大幅度下降；另外，早期的电动车电机，最大输出转矩大约只有14-18N.M，爬坡能力差，并且基本上是有齿轮减速器的碳刷电机，往往在一年左右就出现严重磨损，需要全面更换零部件，服务工作量较大。

然而，经历了一段市场历程之后，企业之间的激烈竞争大大刺激了技术的进步和新技术扩散，全行业的技术水平大幅度提高，例如蓄电池寿命和容量大幅度提高，从1998年大约30wh/kg水平提高到目前接近40wh/kg，提高约30%；电机也从单一的有刷有齿电机发展成为无刷高效电机为主流，保用期寿命从原来的一年多扩大到3-5年，电机效率从原来的65-70%，上升到85%，提高了近30%，最大输出转矩也扩大到40-50N.M，爬坡和载重能力提高约3.5倍，在性能提高的同时，制造成本也大幅度下降，初期电机的最大输出功率大约300W，配套价格约600元，价格功率比为2000元/KW，目前，电动自行车常用的无刷电机最大功率可达600W，价格260元，价格功率比下降为433元/KW，只是原来21%；另外，在控制器系统和充电系统发生的变化也很惊人，限于篇幅，恕不一一列举。

总之，市场进程极大地促进了各项关键技术的进步。

我们有理由相信，现有的轻型电动车市场激励已经进入了一个有利于形式“微型电动汽车”初期商业化所必需要技术环境的阶段，只要建立良好的政府环境，及时消除一些人为的产业政策障碍，如前描述的前景就有可能实现。

（3）转变思路已经刻不容缓

我国科技部于2001年10月公布2001-2005年度的《国家高新技术研究发展计划之电动汽车专项》（863计划），这个计划基本包括各项涉及电动汽车的专题研究。

但是，对于这个计划，我们感到的问题是：

该计划强调的主要实施背景是“汽车生产企业”，仍然是汽车产业的电动化，与美国PNGV计划以及世界各国的类似计划的风格几乎没有区别，所以，这个计划在我国实施5年的成果也是完成了一系列概念车的研究。

特别是在我国目前主要汽车工业与国外著名公司合作合资的前提下，依靠现有汽车产业来实现电动汽车产业化的努力预计在未来的五年内也难以取得突破性成就。

依我之见，中国交通工具电动化是一个整体的系统工程，自行车的电动化和摩托车被轻型电动车取代已经构成了年产量接近1000万辆的规模，基于“非汽车群体”采用电动化交通工具的积极性和市场现实性，国家产业决策部门应该将发展中国电动车的注意力调整到“在汽车企业之外寻求解决方案”，充分利用“中国还远远不是汽车社会”这一重大而独特的机遇，以市场进程促进关键技术创新，在PNGV和FreedomCAR的阴影之外走出一条有中国特色的电动车辆发展新路子。

第二部分中国式交通工具电动化的技术路线

一、从轻型电动车出发的技术路线总描述

从1997年到2005年，9年内，中国完成了自行车电动化的全部技术开发和全面市场启动，从2003年到2005年，较大功率的个人用轻型电动车依靠前几年的技术储备和市场服务体系环境，突飞猛进地开始商业化进程，它的出现大大加快了自行车电动化的进程，而且也开始有能力与传统摩托车展开激烈的市场竞争，在广大农村地区，在油价上涨的背景下，轻型电动车的能源费用仅为普通摩托车的10%，充电十分方便并可作为家庭备用电源，从而体现出十分强劲的竞争优势，因此，传统摩托车产业也开始关注电动化的进程，摩托车被电动化估计是未来几年内轻型电动车产业的重要增长点。

从轻型电动车的技术特征来看，作为一种定位于城市慢车道（非机动车道路）行驶的两轮车辆，其最主要的特点就是建议受到控制设计的最高时速（在最高电压时）一般小于35km/h，大多数可以称为“电动自行车”的产品则最高时速一般小于30km/h，骑行者在道路上的平均时速一般小于20km/h（可以超过此速行驶的情况非常少见），正是由于这个原因，目前蓄电池水平尚可满足使用要求。

按照物理学定律建立模型，车辆的匀速运动功率等于速度乘以车辆的牵引力，车辆的牵引力则与车辆阻力相等，车辆匀速运行的阻力主要由运动摩擦力和风阻力组成，空气动力学的研究表明风阻力的大小取决于受风面积、风阻系数以及运行速度，并与运行速度的平方成正比，因此，在确定的重量条件下，车辆运行的总功率P与速度v的函数关系表现为：

P=av+bv3（其中a,b>0）。

可以看出，提高车辆的速度将大幅度提高车辆的运行功率，对于电动车而言就是大幅地增加工作电流，对蓄电池的容量和寿命会形成较大的压力和考验。

另一个与车辆运动功率密切相关的物理量就是车辆自重和载重，两者合计就是总重量，总重量增加会导致摩擦功率增加，加速功率增加以及爬坡功率的增加，总重量对蓄电池的容量和寿命也有较大的影响。

毫无疑问，从轻型电动车发展到微型电动汽车，核心的技术问题就是提高电动车的运行功率和解决由此产生的一系列相关技术问题。

从市场需求的反馈情况看，现阶段消费者对两轮轻型电动车是基本满意的，但大多数消费者仍然希望厂家进一步提高车辆的功率储备，特别是提高爬坡能力和载重能力，希望延长车辆的一次充电行驶里程，部分消费者希望适当提高最高时速，最好能够达到“燃油助动车”水平。

因此，笔者认为，从电动车辆技术进步的长远利益考虑，应该在保障交通安全的前提下，尽最大的努力来满足消费者的合理需求，在提高运行功率的同时强化保障交通安全的有效技术手段，例如提高车辆的制动性能、驾驶性能和紧急情况下的安全防护特性，等等。

在轻型电动车推广过程中，有许多白领女性对车辆的款式、动力性能和安全性均表示满意，但她们对二轮车辆全部暴露的特点不满意，如果能够进行合理包覆，使骑行者免受风吹雨打，免受烈日暴晒和寒风扑面之苦，给骑车人一个很小的个人空间，适当隔离，那么，她们将很愿意接受电动车作为日常代步工具，推迟购买小汽车的计划。

这是一种值得关注的消费意愿，说明超小型的简单包覆的电动车在中国已经存在了客观的市场需求。

开发这种产品，并使之在国内市场上流行普及起来，也许会成为促进轻型电动车向微型电动汽车过渡的重要一环。

事实上，个人用的包覆式两轮轻型电动车在技术上已经没有实质性障碍，但由于其宽度将略宽于人体肩宽，交通管理部门能否允许其上路会是一个关键问题。

成人在骑两轮车时的最大展开宽度是手臂弯曲突出部的宽度，大约0.7-0.8m，整体包覆车辆的内部空间宽度至少要大于这个宽度，并有一定裕量，预计车辆总宽度会增加到10%-15%。

交通管理部门可能提出的理由是这种产品略多地占用了道路资源。

但是，笔者认为，尽管如此，但适度发展一些单人包覆式的两轮轻型电动车是十分必要的，它可以吸引一批有汽车消费能力的顾客及早地加入到电动交通的行列中来，为未来的微型电动汽车的面市储备消费基础和营建市场环境。

市场需求的进一步提升就是“中国式的微型电动汽车”，对此我们可以在现有的两轮轻型电动车的基础上分两步达到这个目标：

第一步目标是将运行功率扩大到4-5kw，车辆宽度限制于1m左右，可座两人的低速车辆（45km/h），限制于在“慢速道路”上行驶（非机动车道或在路面的最右侧），车辆允许包覆，主要用于日常个人交通和接送儿童上下学交通。

对于这种车辆的各项技术要求，目前的技术水平已完全可以在短期内（1-2年）实现，关键仍然在于是否开放其使用环境的问题；第二步的目标就是开发一种性能基本接近目前的微型汽车（小排量汽车）水平的微型电动汽车，设计功率进一步扩大到10-20kw，平均行驶速度为40km/h，最大速度80km/h，可以行驶于城市的主要道路（非高速公路）。

显然，第二步目标的产业化之日就是中国电动汽车正式大规模普及之时，我们可以指望在5-10年内达成这个目标。

二、中国式微型电动汽车的技术指标框算这是一种适合在中小城市和农村道路上行驶的低速交通工具，最初的最高时速可能需要小于80km/h，（随着技术水平的提高逐步上升），考虑到技术及成本因素，其配置的电池容量尚不能过大，因此，从最实用的角度可以确定的大纲为：

速度30-50km/h，一次充电至少可以行驶70-130km/h。

从经济性和可循环的角度考虑，她仍然应该采用铅蓄电池作为储能部件，铅蓄电池的目前平均水平已经可达到35wh/kg，优秀的可达到40wh/kg，循环寿命大于350次。

如及时发展先进的蓄电池（如水平电池、双极性电池等），则容量比可提高到50wh/kg。

电池重量和使用成本：

非寒地区的标准配置大约为200kg，总容量可以达到8kwh，先进水平则达到10kwh。

目前轻型电动车使用的电池价格大约为20元/kg，微型电动汽车的电池因为总容量较大而节约了部分生产成本，价格大约可以下降到18-20元/kg,约为3600-4000元。

当前，废电池的回收价格约为5元/kg，则总回收价格为1000元，消费者在电池寿命期内承担的电池使用成本为2600-3000元。

空车质量：

目前微型汽车空车质量，以长安铃木为例，大约为670kg。

微型电动轿车没有发动机和油箱系统，将不含电池组的整车重量控制在600kg内是可行的，含电池组的整车重量则可以控制在800kg以内水平。

运行功耗的计算：

以载重200kg和车辆额定总重量为1000kg为基准来计算微型电动汽车的功率消耗指标。

考察一辆标准的电动自行车运行情况，在总质量120kg条件下

以20km/h的速度在普通路面上行驶，按电池容量和行驶里程估算，

其平均的总输入功率为180w，设电机效率75%，则平均总驱动功率为：

N=180X0.75=135W，估算人体实际的迎风面积为S=0.4X

1

1.5=0.6m2，设风阻系数K=0.6，则风阻功率为：

N=（fl）=?

1

SK•V3=2X0.6X0.6X1.26X5.563=39W〜40W。

其中p为空气比

重为1.26kg/m2,V为车速为5.56m/秒。

再推算用于启动的平均功耗占总功耗的15%,大约为20W,由此可以得出克服摩擦力的功耗大约为75W。

（135w=40w+20w+75w）

假设一个“电动车辆克服摩擦力的功率消耗（摩擦功耗）是随重量和速度而线性增长”的简单数学模型，依据轻型电动车的实证数据推算，一辆总重量为1000kg的微型电动汽车在20km/h时的摩擦功耗达到：

75X1000