純電動(dòng)汽車(chē)將沖擊汽車(chē)市場(chǎng)

一百年前的未來(lái)就是現在。太多的人認為電動(dòng)汽車(chē)是全新且獨特的概念，是從混合動(dòng)力汽車(chē)自然發(fā)展而來(lái)的。其實(shí)許多人沒(méi)有注意到，像Baker Electric（圖1）那樣的汽車(chē)在20世紀初期就非常流行，這種汽車(chē)的最高速度約為22mph（英里每小時(shí)）。
　　
圖1：Baker Electric是一個(gè)世紀前就已經(jīng)實(shí)用的許多成功的電動(dòng)汽車(chē)之一。

在內燃機和經(jīng)濟的汽油發(fā)動(dòng)機排擠電動(dòng)汽車(chē)之前，甚至還有早期的混合動(dòng)力汽車(chē)。而且早期的電動(dòng)汽車(chē)、電池和充電器都非常先進(jìn)。電動(dòng)汽車(chē)的行駛速度記錄曾經(jīng)被Walter Baker公司的Torpedo汽車(chē)所保持，1902年其速度達到了75mph。Torpedo也是首輛配備座位安全帶的汽車(chē)。

愛(ài)迪生發(fā)明的鎳鐵（NiFe）電池在能源密度和成本方面具有與鋰離子（Li-ion）電池相似的特性，不過(guò)目前鎳的價(jià)格有點(diǎn)高。這些電池可以持續使用數十年，而且許多汽車(chē)都在使用。

時(shí)間很快到了2010年，幾乎每家大型汽車(chē)制造商都有無(wú)數的燃油汽車(chē)、少量的混合動(dòng)力汽車(chē)以及生產(chǎn)電動(dòng)汽車(chē)的承諾。像ZAP（Zero Air Pollution）和Tesla這樣的新創(chuàng )企業(yè)，迫使這些汽車(chē)制造商迅速行動(dòng)起來(lái)。

當然，電動(dòng)汽車(chē)還有許多其它優(yōu)勢，比如更低的重心，因為電池經(jīng)常存儲在汽車(chē)底板下面。目前電動(dòng)汽車(chē)面臨的挑戰之一是充電站的普及。在早些時(shí)候，像紐約市等地方充電站的普及程度幾乎達到了極限。

　　競爭者

ZAP公司多年來(lái)已經(jīng)生產(chǎn)出很多電動(dòng)汽車(chē)。其Zaptruck XL（圖2）和與之匹配的Zapvan Shuttle就已經(jīng)有大量效仿者，雖然它們的巡航距離只有有限的25英里。Zaptruck XL有兩種配置。

鉛酸電池版本的巡航距離是25英里，最高速度為25mph，雖然它的額定和許可速度可達40mph。這個(gè)版本使用直流電機。改用鋰離子電池可以使巡航距離加倍——電池價(jià)格也加倍。這個(gè)平臺還可以切換到動(dòng)力更強勁的交流電機。該版本支持反饋制動(dòng)，可進(jìn)一步擴大巡航距離。

為何有兩種配置？這些汽車(chē)傾向于用作大型車(chē)隊（如運貨卡車(chē)）的一部分。一天的整個(gè)來(lái)回距離一般不到25英里，因此低成本解決方案通常已經(jīng)足夠。同樣，兩種配置的電動(dòng)汽車(chē)都適合許多走走停停的旅游模式，但對燃油汽車(chē)來(lái)說(shuō)這種模式是最糟糕的。充電時(shí)間只需1小時(shí)，必要時(shí)甚至可以更換電池。

說(shuō)服車(chē)隊主人轉用電動(dòng)汽車(chē)通常比說(shuō)服消費者要容易得多，因為車(chē)隊要求通常比較明確，并且很容易定期跟蹤。只需看看要求、汽車(chē)性能和相關(guān)成本就能發(fā)現電動(dòng)汽車(chē)是否比其它汽車(chē)更加經(jīng)濟。

從另一方面來(lái)看，消費者的使用情況變化多端——因此人們最初認為巡航距離更遠的燃油汽車(chē)永遠是最好的選擇。大多數消費者日常使用要求的平均距離約為33英里，遠小于大多數電動(dòng)汽車(chē)的極限距離。問(wèn)題是大多數消費者沒(méi)有認識到這個(gè)情況，或者不想對付長(cháng)途跋涉。

那些想要追求漂亮但低價(jià)的電動(dòng)解決方案的消費者看到ZAP Alias（圖3）應該就知足了。這種三座三輪汽車(chē)非常平穩。ZAP Alias可以在7.8秒內加速到60mph，最大速度在100mph以上。另外，它的最小巡航距離為100英里。ZAP Alias的售價(jià)為35，000美元，與市場(chǎng)上其它電動(dòng)汽車(chē)相當。該汽車(chē)可以從110V插座上充電。
　
圖3：三輪Zap Alias通過(guò)一對電機驅動(dòng)兩個(gè)前輪。

鋰離子電池組（圖4）位于乘客廂下面。216V交流感應驅動(dòng)電機位于前輪中。這種框架包含一個(gè)滾動(dòng)箍。另外，這種汽車(chē)采用雙叉臂懸掛系統和Lambo型車(chē)門(mén)?？刂齐娐贩浅Ｏ冗M(jìn)，但Alias的工作原理與大多數電動(dòng)汽車(chē)一樣非常簡(jiǎn)單。盡管如此，電池管理和充電仍然是系統的一個(gè)重要部分。
　　
圖4：與大多數電動(dòng)汽車(chē)一樣，Zap Alias將電池放在乘用廂下方，提供更低的重心。

Aptera Motors公司的Aptera2是這類(lèi)汽車(chē)中另一種三輪電動(dòng)汽車(chē)，巡航距離為100英里?；旌蟿?dòng)力版本具有50英里的電動(dòng)距離和350英里的燃油距離。該汽車(chē)的空氣動(dòng)力學(xué)設計采用了受一級方程式啟發(fā)的乘客安全單元、隱形風(fēng)擋雨刮器和低滾動(dòng)阻力的輪胎。Aptera2還使用泡沫核心的盒狀三明治復合結構，有一個(gè)45英寸的前置撞擊力吸收區。2系列將使用磷酸鐵鋰電池。

Tesla Motors公司的Roadster Sport（圖5）則位于成本分類(lèi)的另一端。它的起價(jià)是128，500美元，可以在3.7秒內將速度提升到60mph。這是一種全新設計的高性能跑車(chē)。該汽車(chē)采用定制調整的懸掛系統，并配備有司機可調減震器和防側傾穩定桿。Roadster Sport也采用合金輪轂。
　　
圖5：Tesla Motors Sport（a）有著(zhù)完全匹配快速、運動(dòng)型汽車(chē)動(dòng)力曲線(xiàn)的漂亮內飾（b）和外觀(guān)。

Tesla花了大量人力物力來(lái)開(kāi)發(fā)電機和電池系統。人工纏繞定子采用高密度繞組以便降低電阻，而且具有更高的峰值扭矩，可提供與如此昂貴的汽車(chē)相匹配的那種性能。

Sport汽車(chē)中的375V、三相、四極交流感應電機采用空氣冷卻方式，峰值功率達288馬力。Sport的重量不到70磅，最高轉速可達14，000rpm。最新車(chē)型中的功率電子模塊（PEM）將更小。

6位數的價(jià)格也帶來(lái)了時(shí)髦的內飾和外觀(guān)，外殼采用樹(shù)脂粘合且用鉚釘釘牢的擠壓式鋁型無(wú)大梁結構。四輪獨立懸掛采用上下不等長(cháng)叉臂，并帶同軸線(xiàn)圈彈簧伸縮式減震器。

Sport的巡航距離為236英里。電池組的設計壽命為7年或10萬(wàn)英里。這種水冷式微處理器管理的電池組有6831節電池單元，使用240V、70A電源充電的時(shí)間為3.5小時(shí)。

由于價(jià)格高昂，Tesla Motors公司并不奢望大量銷(xiāo)售Roadsters，但公司希望是可贏(yíng)利的。Tesla的Roadsters也一直在供貨。價(jià)格更合理的Model S汽車(chē)（圖6）計劃在2012年交貨，這種汽車(chē)使用9英寸的水冷電機。
　　
圖6：Tesla Motors Model S轎車(chē)缺少Roadster的優(yōu)美曲線(xiàn)，但可以承載5個(gè)乘客。它的價(jià)格也在5萬(wàn)美元以下。

Tesla Model S的巡航里程將達300英里，基本型號是160英里。Model S加速到60mph需要5.6秒，但座位數增加到了7個(gè)（5個(gè)成人座和兩個(gè)后向兒童座），而Roadster只有兩個(gè)座位。該汽車(chē)的最高速度為120mph，還提供許多有趣的性能，如帶3G互聯(lián)網(wǎng)連接的17英寸信息娛樂(lè )觸摸屏。

Model S的售價(jià)只有49，900美元，用440V電壓只需45分鐘的快速充電時(shí)間。用240V充電需要花4個(gè)小時(shí)。汽車(chē)充電器可以使用110V、220V和440V多種電源。有8000節電池的電池組可以在5分鐘內完成更換，因此司機可以購買(mǎi)一個(gè)160英里的電池組，并在需要時(shí)租用一個(gè)300英里的電池組。

　　汽車(chē)公司插電式汽車(chē)和充電

插電式混合動(dòng)力汽車(chē)在近期將發(fā)揮較大的影響，因為市場(chǎng)上混合動(dòng)力汽車(chē)的數量越來(lái)越多。將這些混合動(dòng)力汽車(chē)升級成插電式汽車(chē)不是看起來(lái)那么簡(jiǎn)單。例如，本田的Civic混合動(dòng)力汽車(chē)就無(wú)法在純電動(dòng)模式下工作。

豐田的Prius（圖7）是最流行的混合動(dòng)力汽車(chē)之一。它的混合協(xié)同駕駛（HSD）技術(shù)可以在高速公路上達到51mpg，并且可以工作在純電動(dòng)模式。Prius使用金屬氫化鎳（NiMH）電池驅動(dòng)一個(gè)80hp的永磁交流同步電機，該電機可以與98hp燃油發(fā)動(dòng)機一起工作。

Chevy Volt（圖8）是通用汽車(chē)公司針對電動(dòng)汽車(chē)挑戰提出的解決方案。通用汽車(chē)對Volt的解釋是E-REV（擴展距離電動(dòng)汽車(chē)）。這是一種插電式混合動(dòng)力汽車(chē)，全電動(dòng)行駛距離為40英里。在使用240V電源時(shí)的充電時(shí)間為4小時(shí)。Volt還有一個(gè)四缸燃油發(fā)動(dòng)機，當電池耗盡時(shí)會(huì )投入運行。Volt將在2011年上市。
　　
圖8：Chevy Volt（a）將汽油發(fā)動(dòng)機放在靠近電池和控制系統的汽車(chē)前部（b）。諸如Verizon Droid等智能手機上的OnStar Mobile應用程序可向司機提供充電狀態(tài)信息和控制功能。

全電動(dòng)汽車(chē)

Volt可以被認為是一種全電動(dòng)汽車(chē)，但是當你完全取消燃油電機時(shí)會(huì )得到什么呢？一輛像售價(jià)25，280美元、五座尼桑Leaf那樣的汽車(chē)（圖9）。這種前輪驅動(dòng)的Leaf有時(shí)被稱(chēng)為領(lǐng)先（L）、環(huán)境友好（E）、可負擔（A）的家庭（F）汽車(chē)，可以使用同步交流電機達到90mph的速度。Leaf可以從田納西州制造的90kW層壓式鋰離子電池中提取高達80kW的功率。系統中 共有48個(gè)單元，每個(gè)單元有4節電池。電池單元位于乘用廂座位下方，因此具有較低的重心。
　　
圖9：尼桑的Leaf（a）將充電器（b）放在汽車(chē)前部。電池（c）展開(kāi)放置在底盤(pán)上。

Leaf將充電器和充電組件放在汽車(chē)前鼻中。車(chē)載電腦可以通過(guò)3G連接與許多智能手機通信，并提供充電信息和控制功能。它還可以根據最具成本效益的時(shí)間進(jìn)行充電。完全充滿(mǎn)電需要花7個(gè)小時(shí)，費用不到3美元。30分鐘的快速充電可以提供至少80%的電量。Leaf的巡航距離超過(guò)100英里。

福特有許多電動(dòng)汽車(chē)項目，例如準備在2011年晚些時(shí)候推出的福特Transit Connect（圖10）商用車(chē)隊貨車(chē)和福特Focus BEV（電池電動(dòng)汽車(chē)）。雖然這些汽車(chē)基于的是燃油平臺，但它們是全電動(dòng)解決方案。

以車(chē)隊應用為目標的Transit Connect具有60英里的巡航距離。擴展距離版本可遠達100英里。Transit Connect采用嵌入在儀表板內的電腦，可以與諸如基于射頻標簽（RFID）的庫存系統Tool Link等技術(shù)一起工作。Ford Focus針對的是消費市場(chǎng)。

　　電動(dòng)汽車(chē)的優(yōu)勢

與燃油汽車(chē)相比電動(dòng)汽車(chē)的主要缺點(diǎn)是巡航距離。成本也是個(gè)問(wèn)題，雖然受基礎設施以及批量的影響要比技術(shù)大。

除了上述缺點(diǎn)外電動(dòng)汽車(chē)擁有的就是大量?jì)?yōu)點(diǎn)。有許多優(yōu)點(diǎn)很明顯，比如高扭矩電機以及可以將各個(gè)電機放在輪子里或靠近車(chē)輪放置。主動(dòng)穩定度控制也變得更加容易和更加有效，因為單個(gè)電機更容易控制，包括提供動(dòng)力或剎車(chē)的能力。

全電動(dòng)汽車(chē)不僅沒(méi)有混合動(dòng)力的復雜性，還取消了皮帶、燃油更換甚至動(dòng)力傳送機制。最復雜的布線(xiàn)在電池子系統里面。汽車(chē)其余部分走線(xiàn)變得極其簡(jiǎn)單。事實(shí)上，電機控制連接幾乎可以忽略。電動(dòng)車(chē)窗要求較多的走線(xiàn)。

包括充電器在內的電池子系統是幾乎每個(gè)平臺中最具創(chuàng )新的部分。在大多數情況下，幾乎每個(gè)電池都接受電源和溫度方面的監視。車(chē)載電腦在完全打開(kāi)充電器之前會(huì )先進(jìn)行檢查，因為熱電池不能很好地充電，而且會(huì )產(chǎn)生更多的熱量。

在低速狀態(tài)基本沒(méi)有任何噪音是一件有趣但很容易解決的問(wèn)題。沒(méi)有發(fā)動(dòng)機噪音意味著(zhù)行人聽(tīng)不到駛近的汽車(chē)。一個(gè)揚聲器和一個(gè)微型麥克風(fēng)是解決這個(gè)問(wèn)題的全部所需，但目前基本上沒(méi)有汽車(chē)配備有自動(dòng)噪音生成器。

還有一些像不再依賴(lài)發(fā)動(dòng)機的制熱和空調等特性?xún)?yōu)勢。誠然，燃油發(fā)動(dòng)機可以在冬天提供熱量，而且一般有剩余動(dòng)力驅動(dòng)空調。反過(guò)來(lái)說(shuō)，獨立于發(fā)動(dòng)機的制熱和空調允許硬件擺放在汽車(chē)的不同部位，可以在沒(méi)有用的空間里，例如座位下方。這也給分布式系統帶來(lái)了可能。

　　電動(dòng)汽車(chē)的未來(lái)

如果電動(dòng)汽車(chē)從過(guò)去看只是過(guò)往的一陣風(fēng)，那么來(lái)自通用汽車(chē)公司的新概念汽車(chē)就是未來(lái)的一個(gè)快照，這要歸功于像在Segway Human Transporter中采用的最新技術(shù)。盡管如此，電動(dòng)汽車(chē)最終一定會(huì )流行起來(lái)。它們有一定局限，但可以提供許多新的設計理念，因為電機和電池位置要比汽油發(fā)動(dòng)機和動(dòng)力傳動(dòng)系統更加靈活。