關(guān)于汽車電動化的探析和思考

班超

摘要：改革開放四十年，汽車已經(jīng)走入尋常百姓家。本文說明了傳統(tǒng)內(nèi)燃機汽車尾氣給人們帶來的危害，足以見得汽車的電動化將是一次重要變革，一次有利于人類社會和生態(tài)自然的行業(yè)革命。本人搜集整理資料并進行了簡單的分析，在本文提出了關(guān)于實現(xiàn)汽車電動化的一些問題和阻礙，并結(jié)合個人所學知識，提出一些促進我國汽車電動化的想法和措施。

關(guān)鍵詞：汽車電動化；石墨烯電池；輪轂驅(qū)動

中圖分類號：TB472 文獻標識碼：A

文章編碼：1672-7053（2018）03-0127-02

汽車排放的尾氣合有大量的有害物質(zhì)，在一些人口密度較大的城市，汽車尾氣已經(jīng)嚴重影響了人們的身體健康和生態(tài)健康。歐盟及其他國家也注意到汽車尾氣的不利影響，在近幾年，各國紛紛提出研究和生產(chǎn)電動汽車，減少石化材料的使用，從而改善生態(tài)環(huán)境。本人作為車輛工程的一名學生，深刻意識到汽車行業(yè)的一次大革命即將席卷全球，并且查閱了相關(guān)的資料和信息，對此進行了一定地思考。這篇文章是對汽車電動化的簡單探析。

1 關(guān)于實現(xiàn)汽車電動化的一些問題

1.1 內(nèi)燃機驅(qū)動汽車有諸多不利影響

通過中華人民共和國國家統(tǒng)計局富網(wǎng)，查找到2000-2016年私人汽車擁有量，并計算了每年的增長率，并整理為表1。從表中數(shù)據(jù)可以看出，在我國近17年間，私家車擁有量在大幅度穩(wěn)定上升，這就意味著汽車尾氣的排放大大增加。同時，隨著工業(yè)的發(fā)展程度越來越高，大噸位的載貨汽車的數(shù)量也大幅度增加，這就需要更多的燃料消耗。目前我國所有汽車燃料以汽油、柴油和天然氣為主，這三者可以總體概況為化石燃料。在內(nèi)燃機驅(qū)動汽車的尾氣中含有一氧化碳、二氧化碳、碳氫化合物、氮氧化物、合鉛化合物和固體顆粒等有害物質(zhì)，這些物質(zhì)會嚴重影響到人們的身體健康，并會破壞大自然平衡。一線城市的霧霾天氣與汽車的尾氣有著巨大聯(lián)系。此外，內(nèi)燃機發(fā)動機的汽車運行時有一定程度的噪聲，在城市的繁華街道，車水馬龍，產(chǎn)生噪聲污染，嚴重影響附近居民的正常生活。由表中數(shù)據(jù)可以預估，在未來的幾年之內(nèi)，我國汽車數(shù)量將會繼續(xù)增加，對人與自然的影響將會日益顯著，顯而易見，汽車的節(jié)能環(huán)保問題迫在眉睫，然而到目前為止，最合適的能源是電能，汽車的電動化也定是大勢所趨。

1.2 電動汽車續(xù)駛里程難以滿足需求

現(xiàn)在市場在銷的純電動汽車數(shù)量不少，本人根據(jù)互聯(lián)網(wǎng)上的數(shù)據(jù)，并根據(jù)汽車的續(xù)駛里程、外觀以及消費者關(guān)注度進行了排名，并對前九名的汽車數(shù)據(jù)進行了簡單的整理，得到表2數(shù)據(jù)。可以看出來，只有特斯拉的兩款車的續(xù)航里程可以達到500km以上，但充電慢，國內(nèi)也沒有相匹配的專用充電設備，在國內(nèi)基本沒有市場。主要對目前我國生產(chǎn)的電動汽車進行對比，通過查閱大量數(shù)據(jù)，只有少數(shù)幾款車的續(xù)駛里程可以達到300km以上，此外，續(xù)駛里程還會受到路況、行駛速度、駕駛習慣以及天氣條件等因素的影響，在寒冷的冬季，電池無法充滿電，所以續(xù)駛里程會大打折扣。在市區(qū)使用純電動汽車足以滿足需求，當然還要考慮汽車長途行駛，這一因素必然成為了消費者購買純電動汽車的巨大障礙。

1.3 電驅(qū)動裝置技術(shù)不完善

傳統(tǒng)汽車理論上是由發(fā)動機、底盤、車身和電氣設備四部分組成，發(fā)動機作為動力輸出，底盤的傳動系統(tǒng)將發(fā)動機輸出的動力傳遞到驅(qū)動輪使汽車行駛，電氣設備是通過電子控制，實現(xiàn)汽車的輔助功能。若要實現(xiàn)汽車電動化，傳統(tǒng)發(fā)動機一定會被淘汰，需要創(chuàng)造出新的動力輸出裝置，相應地，底盤部分也將發(fā)生巨大改變，需要與動力輸出裝置相匹配，從而實現(xiàn)汽車純靠蓄電行駛。由此可見，電動汽車電驅(qū)動技術(shù)還很不發(fā)達，對車輪的輸出扭矩難以滿足需求，這也是汽車電動化的一項重大問題。

1.4 我國充電基礎設施尚不完善

目前我國生產(chǎn)電動汽車的廠商較多，由于每家廠商在研發(fā)電動汽車時，對電池容量、充電所需電壓電流不同，這就會帶來充電樁或充電站不適配的問題，若低于汽車所需電壓，汽車充電較慢，將影響正常出行；若高于汽車所需電壓，將會成為汽車的負荷，有可能會損害汽車電源自我管理系統(tǒng)，甚至影響到汽車電池的使用壽命。根據(jù)表2數(shù)據(jù)作對比，騰勢與比亞迪e6續(xù)駛里程僅僅相差48公里，然而，騰勢充電速度明顯比比亞迪e6快很多，無論是普通充電還是快速充電，騰勢充電所需時間僅是比亞迪e6一半甚至更少。對比發(fā)現(xiàn)，騰勢的電源管理系統(tǒng)，將“最低直流輸入電源”設計為475V，高于國際通用的320V，騰勢因此而充電時間短，顯而易見，充電樁充電站的匱乏也嚴重影響著汽車電動化。

2 關(guān)于實現(xiàn)汽車自動化的一些措施和探析

2.1 石墨烯電池技術(shù)的研究和突破

電池是電動汽車的核心，所以解決電動汽車續(xù)駛里程的關(guān)鍵在于改善電池容量，石墨烯成為萬眾矚目的重要材料。在目前階段，完全的石墨烯電池還沒有研制成功，只是在現(xiàn)有電池材料中加入一些石墨烯，更準確的可以稱之為石墨烯基鋰離子電池。石墨烯是當今已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的材料中最薄最硬的單層納米材料，電子的運動被限制在一個平面上，導電效率大大提高，是目前世界上導電性能最好的材料。目前應用石墨烯的領域只有兩個：其一，用于電池正負極材料；其二，用于促進導電的導電添加劑。很好的起到了提高熱穩(wěn)定性和延長電池使用壽命的作用。石墨烯成本較高，實驗和加工設備要求較高，但是我相信，在世界各地的偉大科學家共同努力下，一定會實現(xiàn)石墨烯電池的預想。當石墨烯電池研制成功后，汽車可以充電十分鐘，行駛一千公里，這意味著續(xù)駛里程問題不再需要擔心。當石墨烯電池代替內(nèi)燃機成為汽車強有力的“心臟”，將大大加快汽車的電動化，翻開人類環(huán)保的新篇章。

2.2 輪轂驅(qū)動裝置的完善

傳統(tǒng)的汽車底盤，是發(fā)動機輸出動力，通過飛輪將扭矩傳遞到變速器，再傳遞到驅(qū)動輪，使汽車輪胎轉(zhuǎn)動而行駛。當汽車以電能為動力來源時，將會去除發(fā)動機的使用，底盤的傳動系統(tǒng)也將發(fā)生翻天覆地的變。輪轂電機具有如下突出優(yōu)點：其一，省略了底盤部分的一些傳動機構(gòu)，如變速器、主軸等，可以大大地簡化汽車結(jié)構(gòu)，減小汽車體積，從而優(yōu)化汽車質(zhì)量；其二，非常容易地實現(xiàn)多種驅(qū)動方式，由于輪轂電機是安裝到單個車輪上獨立驅(qū)動，便可以輕松實現(xiàn)前驅(qū)、后驅(qū)、四驅(qū)，并且可以實現(xiàn)驅(qū)動方式的切換，大大提高了汽車的節(jié)能性和在不良路面的通過性；其三，容易實現(xiàn)純蓄電驅(qū)動，此外，還更容易實現(xiàn)制動過程中能量的回收，提高汽車環(huán)保性。若要使純電動汽車可以達到所需要的最高車速，改善輪轂驅(qū)動是一個很好的著手點，若要使用四驅(qū)輪轂驅(qū)動時，更需要各部分相互協(xié)調(diào)匹配，以充分發(fā)揮動力，還需要完善輪轂驅(qū)動控制部分，提高汽車行駛的平順性，以提高乘坐人員的舒適性和駕駛員的操作穩(wěn)定性。

2.3 全國各地汽車充電設備的完善

完善電動汽車的充電基礎設施是實現(xiàn)汽車電動化的重要一步，其中包括充換電站和充電樁。充換電站是集中式的，如同現(xiàn)在的加油站；充電樁是分散式，私人獨立安裝和使用。充電基礎設施的完善速度將直接影響到新能源電動汽車的購入量，故是一項緊迫任務。應該先從我國發(fā)達程度較高的城市開始實施，以政府補貼的方式促進購買電動汽車，并且投入大量的資金到充換電站的建設中，這就需要綜合考慮服務半徑、城市布局、城市電網(wǎng)等因素。換電是通過換電池組的方式，快速地重新為電動汽車提供“血液”，相比充電，具有速度快的優(yōu)勢，但是費用較高，這就需要我國科研人員提高電池生產(chǎn)能力，降低換電成本，促進我國汽車電動化。此外，在以后的城市規(guī)劃中，應該把充電站考慮到規(guī)劃內(nèi)容中，在房屋住宅建設時應考慮分散式充電樁，盡可能達到各小區(qū)內(nèi)有小型充電站和私人充電樁，使得汽車充電簡單快捷，從而促進消費者購買電動汽車。

3 結(jié)語

汽車電動化已經(jīng)是一種必然趨勢，這次變革的成功將造福天下蒼生，也將成為人類發(fā)展歷史上的一個重大轉(zhuǎn)折點。當然，在這次汽車電動化變革中還有著一系列的困難，需要更多的科研人員投入到這次研究工作中，以實現(xiàn)技術(shù)上的突破，實現(xiàn)生產(chǎn)工藝的進步，實現(xiàn)配套設施的規(guī)劃和完善，從而實現(xiàn)汽車電動化。另外，相關(guān)的技術(shù)方面的研究必須得到政府的大力支持，以盡可能快的更新高等教育的學生教材，并給予更多的資金支持，使更多的學生加入到實驗和研究的隊列中。大家集思廣益，交流探討，我國的汽車電動化一定可以在不久的未來實現(xiàn)。此文僅是在整理相關(guān)資料、分析數(shù)據(jù)后的個人想法和建議，本人才疏識淺，更需要領域內(nèi)的專業(yè)人士為我國的汽車電動化添磚加瓦。