电动汽车市场加速发展 | 中国工程院院刊
本文选自中国工程院院刊《Engineering》2021年第2期
作者:Chris Palmer
来源:TElectric Car Market Poised to Accelerate[J].Engineering,2021,7(2):136-138.
导语
目前,电池驱动的电动汽车、氢燃料电池汽车和插电式混合动力汽车是消费者主要选择的3种低排放汽车。为遏制全球气候变化,世界上诸多国家和地区陆续宣布了禁止销售汽油动力汽车的时间节点,这大大改善了电动汽车的发展前景,用电动汽车来代替汽油动力汽车是最具可行性的。然而,阻碍电动汽车大量应用的限制仍然存在,亟需通过技术变革来解决。
中国工程院院刊《Engineering》2021年第2期刊发《电动汽车市场加速发展》,介绍了全球范围内电动汽车领域在续航里程、充电问题等方面的发展现状及未来发展趋势。文章指出,在电动汽车续航里程增加方面,可以通过改进汽车电池组、改变汽车设计以减少空气阻力和机械摩擦等、提高电动传动链效率等方式实现;在充电方面,通过无线充电技术,甚至是使用动态充电技术,从而改变电动汽车的驾驶体验,让司机再也不用担心充电问题。
2020年10月,中国宣布计划在2035年之前停止生产和销售非混合动力汽车。近日,美国加利福尼亚州(到2035年)、印度(到2030年),以及欧盟许多国家(不同日期)也提议禁止销售所有新型汽油动力汽车。
为遏制气候变化而制定的这些限制措施,有可能会改善电动汽车(EV)的发展前景,因为用电动汽车来代替汽油动力汽车是最具可行性的。然而,阻碍电动汽车大量应用的主要原因之一是里程焦虑。尽管90%的电动汽车的日常平均里程为40 mi(1 mi ≈1.609 344 km),但司机仍然担心在到达下一个充电站之前汽车的电池会耗尽。现在,更大容量的电池、更高效的驱动系统以及一些新型汽车的其他优势,使电动汽车的行驶里程更加接近汽油动力汽车的行驶里程。此外,现在无线充电技术的应用使消费者更容易考虑购买电动汽车。
目前,电池驱动的电动汽车、氢燃料电池汽车和插电式混合动力汽车是消费者主要选择的三种低排放汽车。近日,几家大型汽车制造商已经放弃了发展缓慢的氢燃料电池汽车市场,因为氢燃料电池汽车的成本难以被降低以及无法建立广泛的加气站网络。插电式混合动力汽车是以电池驱动为主的电动汽车,当电池耗尽或需要充电时,可以将汽油发动机作为备用。但插电式混合动力汽车的销量并不高,这可能是由于消费者不清楚它们的益处。这些问题表明,电动汽车至少在短期内会主导快速发展的低排放汽车市场。
加利福尼亚大学戴维斯分校的插电式混合动力汽车和电动汽车中心主任Gil Tal说:“在过去几年,很多汽车公司一直尝试决定是否需要大量投资以改善电动汽车,或者是否可以推迟投资而等待一些奇迹以挽救电动汽车市场。欧盟、加利福尼亚州和中国的行动表明‘电动汽车不会消失,它正在发生变化,这种变化不会是10%或15%的转变,而是一种重大变化。’”
在政府帮助说服制造商进行转变的同时,也需要说服消费者。电动汽车已经存在了几十年,但仍然只占在路机动车的一小部分——截至2019年,仅占汽车市场的3%。然而,随着几家大型汽车制造商计划大幅增加电动汽车的投资,电动汽车的占比可能会迅速上升。几家大型汽车制造商(包括通用汽车公司)宣布,计划在2025年之前推出30款新型电动汽车。
尽管价格问题、充电问题和里程焦虑问题仍是许多消费者购买电动汽车的主要考虑因素,但随着制造商和电力供应商的合作,充电站的数量将会增加,充电问题将得以解决。然而,即使充电问题有所改进,但里程焦虑问题仍阻碍着消费者购买电动汽车。世界上最畅销的三款电动汽车的平均续航里程要比三款最畅销的汽油动力汽车的短得多,它们分别为394 km和850 km。加利福尼亚大学欧文分校的机械与航空航天工程学荣誉退休教授、先进动力与能源项目创始人兼主任Scott Samuelsen表示:“充电问题和里程焦虑问题仍然限制了电动汽车的市场发展。”
少数汽车制造商正在开发续航里程在800 km以上的电动汽车,这可能会消除人们对续航里程的担忧。Lucid Motors公司(位于美国加利福尼亚州纽瓦克)最近宣布,将于2021年春季开始生产Air车型,这款汽车充电一次可行驶800 km(图1)。相比Tesla Model 3的充电电压(350 V)和充电功率(80 kW),Lucid Motors公司的Air车型的充电电压超过900 V,快速充电功率达到350 kW。然而,里程的增加不仅是因为改进了汽车的电池组,也是因为通过改变汽车的设计以减少空气阻力和机械摩擦,从而提高了电动传动链的效率。与此同时,梅赛德斯公司(Mercedes)正在研发一款名为Vision EQXX的新车型,由于电动传动链效率的提高,其续航里程可达1200 km 。然而这些远程电动汽车的售价仍将阻碍消费者的购买意愿。包括政府鼓励政策在内,Lucid Air车型的最低价格约为7万美元。
图1 由于具有减少空气阻力和机械摩擦的设计,Lucid Motor公司的Air车型的电动传动链的效率得到提高,该车型的电池经一次充电就能提供续航里程超过800 km的动力
注:资料来源:Lucid Motors(公有领域)
Tal说,里程改善会对市场产生多大的影响还有待观察,特别是考虑到关于美国人驾驶习惯的研究,该研究表明98%的汽油动力汽车可以被目前的电动汽车取代,电动汽车也可以满足人们的日常生活所需。Tal表示:“里程焦虑只对那些还没有真正考虑过购买电动汽车的消费者来说很重要——这简直是一种噩梦。”他补充说:“你需要在车里连续坐10 h才能开1200 km。说实话,这有点儿过分了。”他说:“但对市场上长续航的远程电动汽车来说,这不是问题。它可以像1000马力的汽车曾经驱动传统汽车消费者那样驱动电动汽车的消费者。”
电动汽车具有通过电磁感应进行无线充电的能力,这可以减少电动汽车司机的里程焦虑。电磁感应涉及两个由铜制成的电磁线圈,并有振荡电流流过线圈。当电动汽车无线充电时,其中一个线圈嵌入汽车下面的充电板上,相当于一个发射器,第二个线圈安装在汽车的底盘,作为一个接收器。当电流通过发射器线圈时,会产生一个磁场,将能量转移到接收器线圈,然后给汽车的电池充电(图2)。电磁感应技术发明于100多年前,目前广泛用于设备的无线充电,如智能手机、电动牙刷和其他电子产品。
图2 在无线充电中,利用电磁感应技术,电流通过放置在汽车下方的发射板到达安装在汽车底盘上的接收板上
注:资料来源:WiTricity(公有领域)
注:本文内容呈现形式略有调整,若需可查看原文。
改编原文:
Chris Palmer.Electric Car Market Poised to Accelerate[J].Engineering,2021,7(2):136-138.
背景简介:本文选自中国工程院院刊《Engineering》2021年第2期,2021年6月10日发表于微信公众号 中国工程院院刊(电动汽车市场加速发展丨Engineering),风云之声获授权转载。责任编辑:孙远
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