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浅析电动汽车技术发展瓶颈

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随着新能源发展列入国家十三五规划,呼喊多年的新能源电动车辆如雨后春笋般快速发展,国家亦推出多项措施助力该行业的大力发展,市场已初见成效。以比亚迪、特斯拉、北汽新能源为代表的电动车在短短几年时间内推出多个型号并取得了市场一定的积极响应。

然而,不得不否认的是虽然上至国家政策、下至社会需求均掀起了市场巨浪,但是新能源电动车发展仍存在大量技术瓶颈使至无法具备取代燃油车辆的能力,这些技术瓶颈主要分为车辆类和充电设备类两种。

1、车辆类

1.1  大功率电机技术

大功率甚至超大功率电机是保证动力的首要因素。在电动汽车推广至今,绝大多数电动汽车消费者均表示电动车辆动力不足,主要体现在无法进行大载荷和大角度爬坡。因此在大功率电机技术没有实现重大突破的情况下,电动汽车是不具备与燃油车比肩的动力系统。

1.2  高性能储能电池技术

做为电动车辆的核心,高性能储能电池技术如果无法实现重大突破,则严重影响该车辆的市场发展。由于电池技术有着长寿命、低成本、大负载、恶劣环境工作能力、高能量密度以及支持快速充电的发展瓶颈以及应用需求。

电池相当于燃油车辆的油箱,长寿命是电池的刚需之一,其不论在电池成本极高的现状下以及电池成本降低的日后,均发挥着重要作用。

电池刚需之二的低成本则是决定市场未来发展好坏不可回避的重要因素,与此同时电池的低成本化是对电池材料方面技术进步的要求。

电池刚需之三的大负载,则决定着该电池能否为车辆所使用的电机提供足够的功率输出,其与大功率电机共同决定着电动车辆动力水平。

电池刚需之四的恶劣环境工作能力,也在电动车辆应用的地域性推广方面起到重要作用。众所周知,作为动力电池主力的锂电池拥有低温环境工作效率低的特点,如此一来则严重制约电动车辆在极温环境下的应用能力。除了利用附加辅助技术进行环境适应能力的提高,更需要在材料科学上创新攻关以解决根本问题。

电池刚需之五,高能量密度是决定电动汽车续航能力的最主要因素,没有之一。燃油车辆每加满一箱油续航里程基本在800-1000公里左右,然而电动车辆的行业翘楚特斯拉、比亚迪官宣续航里程也不过500公里,其他电动车辆续航里程很少超过300公里。并且由于充电不方便、工作环境制约等方面的因素,导致其驾驶者基本上不超过300公里的单次驾驶里程,一般均保持在200公里左右。在充电站密度不足的现状下,其续航方面的劣势更是导致其无法媲美燃油车辆。

电池刚需之六,快速充电也是电动车发展的重要需求之一。燃油车辆进行一次能源补充需大约2-3分钟,即使天然气车辆进行一次加气也不过15-20分钟。但目前绝大部分的电动车辆进行一次充电最快速度也需要2小时,而且由于传统充电技术制约,该模式下不能够进行频繁充电,否则会导致电池寿命缩短和降低使用安全性。绝大部分都是利用夜间等空闲时间进正常充电,时长大约5-8小时。如此一来则对车辆的使用带来极大的不便,尤其是公共交通和出租车等特殊行业,则严重影响着其行业的运营效益。

如上则是新能源车辆电池技术瓶颈以及所产生的影响。因此,电池技术的发展直接决定着新能源车辆的发展。但是由于电池技术的核心是材料技术,无论我国还是其他材料大国,欲在电池材料方面实现实用性的重大突破并非朝夕之功可达。故该方向仍需各大科研机构花大力气进行相关方面的创新以及技术攻关。

2、充电设备类

以充电设备为核心的充电站是新能源车辆能源补充的重要环节,尤其是公共充电站,因此充电站则毫无疑问的成为了继水、电、网、交通、通讯等又一大国家基础设施。并且从中央到地方各级政府也开始将公共充电站建设列入基础设施建设规划,以提高充电站的建设密度,来满足短时期无法实现新能源车辆自身技术重大突破的现状下,电动车辆消费者对车辆充电续航的需求。从而间接地推进新能源车辆行业的发展。

传统充电技术(交流、稳压直流)拥有着非常巨大的技术瓶颈:其一,无法实现超高功率负载充电,只能在电池材料规定的及参数条件下设计充电速率,无法独立发展;其二,大功率充电模式下安全性大幅下降;其三,传统充电技术无法实现低效电池的有效充电,无法发挥电池的寿命优势,造成了一定的成本增加和资源浪费。相比电池技术,充电技术的发展则相对被动且落后。

因此不论是作为国家基础设施还是私人设施,充电设备的技术突破不仅严重影响着新能源行业发展,而且也将为新能源应用行业发挥重要作用。

时至今日,新能源已然成为国家战略规划内容之一,新能源的发展不论是环境、能源、生活等各方面均是大势所趋。国家也于推出了多项政策鼓励行业技术与产品的发展,虽然于2016年10月严格了行业补贴标准,仍是寄希望各企事业单位扎实推进科学创新、技术攻关,从根本上解决这些技术瓶颈使得我国的新能源技术与产品引领全球,国家战略得到真正意义上的实现。

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