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官方商城放棄氫燃料電池、純電動(dòng)汽車(chē)，選擇正確的新能源車(chē)輛技術(shù)方向。
當(dāng)前圍繞太陽(yáng)能利用發(fā)生一系列技術(shù)變革，屬于能源革命的一小部分。而新能源車(chē)輛也屬于能源革命里很小一部分。這些能源技術(shù)變革是有規(guī)律可循的。下面從技術(shù)發(fā)生變革的領(lǐng)域和技術(shù)路線的評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)兩個(gè)角度去闡述能源技術(shù)變革規(guī)律。
當(dāng)前能源革命主要技術(shù)變革發(fā)生在三個(gè)領(lǐng)域，分別是：
1）能源的來(lái)源。
2）能源的存儲(chǔ)。
3）可移動(dòng)能源應(yīng)用。
三個(gè)技術(shù)領(lǐng)域看起來(lái)相近、創(chuàng)新點(diǎn)相同，但實(shí)際上三個(gè)領(lǐng)域的突破口完全不一樣。
能源的來(lái)源只有太陽(yáng)、利用太陽(yáng)能的最有效方式是直接熱利用和光伏發(fā)電。限于太陽(yáng)能單位面積密度低，如何提高能源來(lái)源密度、分布式應(yīng)用能源和提高能源轉(zhuǎn)換效率是解決能源來(lái)源的有效辦法。
能源的存儲(chǔ)是解決太陽(yáng)能間歇性的唯一辦法，能源存儲(chǔ)的方式非常多。最有效的是電化學(xué)存儲(chǔ)，但其成本昂貴，大自然已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了太陽(yáng)能的有效存儲(chǔ)。比如水電和生物質(zhì)的存儲(chǔ)能量是巨大的。如何低廉地獲得水電和生物質(zhì)的能量，是解決能源存儲(chǔ)問(wèn)題有效辦法。
可移動(dòng)能源的應(yīng)用目前占據(jù)人類(lèi)掌握能源的20～40％。未來(lái)將會(huì)占據(jù)一半以上。比較常見(jiàn)可移動(dòng)能源應(yīng)用場(chǎng)景是交通出行、移動(dòng)式人工智能工具和未來(lái)的星際往返。
新能源車(chē)輛是可移動(dòng)能源是能源技術(shù)變革中先鋒部隊(duì)。如何發(fā)展新能源車(chē)輛目前還存在很多爭(zhēng)議，混合動(dòng)力純電動(dòng)氫能源等等百家爭(zhēng)鳴，敗家已現(xiàn)。
這些技術(shù)路線爭(zhēng)吵了了幾十年、實(shí)踐了上百年。到目前仍未能有一個(gè)從中勝出，人們只能選擇化石能源。在未來(lái)這些已經(jīng)存在的技術(shù)路線都會(huì)敗給創(chuàng)新出來(lái)的新技術(shù)路線。
存不存在一種能源利用方式是最優(yōu)的呢？比如新能源車(chē)輛的最優(yōu)方式？
我們?cè)谧鲞x擇的時(shí)候，必須找到合適的價(jià)值觀及評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)。就如年輕人談戀愛(ài)首先考慮＂三觀合＂再考慮＂性情投＂。
什么樣的太陽(yáng)能利用方式才是最好的呢？如何評(píng)價(jià)？
借助＂WTW＂油井到車(chē)輛的概念，有＂STS＂即＂solar to service＂太陽(yáng)能到服務(wù)人生產(chǎn)生活的效率。
這個(gè)效率有三類(lèi)：
第一類(lèi)效率是＂STS＂的能源轉(zhuǎn)換效率，如光伏發(fā)電效率，電機(jī)效率等。
第二類(lèi)效率是＂STS＂的經(jīng)濟(jì)效率，即單位能源成本。如度電成本，燃油燃油價(jià)格等。
第三類(lèi)是＂STS＂能源轉(zhuǎn)換裝置成本效率，即單位能源的轉(zhuǎn)換成本，如家里煮飯的電飯煲成本，電動(dòng)化車(chē)輛購(gòu)置成本。
這三種類(lèi)效率是用來(lái)判斷太陽(yáng)能應(yīng)用技術(shù)路線好壞的客觀標(biāo)準(zhǔn)。
按照這樣的三類(lèi)效率。我們可以設(shè)計(jì)一種最優(yōu)的技術(shù)路線。其中一種比較有可能實(shí)現(xiàn)的是＂N電機(jī)雙電壓、短途純電長(zhǎng)途增程＂。實(shí)現(xiàn)方式如下。
先看一個(gè)典型的車(chē)輛能源需求曲線
圖 1 車(chē)輛能量需求，能量變換能力示意圖
從圖1知道車(chē)輛能量需求是變動(dòng)的，其瞬時(shí)值有正有負(fù)。車(chē)輛的能量變換能力也是變動(dòng)的，波動(dòng)非常劇烈。速度是能源供給和能量變換能力共同作用的結(jié)果。由推進(jìn)功率曲線圖知道能量制動(dòng)饋能甚至?xí)日麄€(gè)車(chē)輛輸出功率大。比如高速下陡坡急剎車(chē)的情況下。
基于上面的情況，可以得到一個(gè)認(rèn)識(shí)。電驅(qū)動(dòng)車(chē)輛的最佳能源利用方式是能源處理能力跟能源需求匹配。
車(chē)輛的能源處理能力最主要的指標(biāo)是功率，性能較好的車(chē)輛其能源處理能力通常是能源需求的十倍左右。如平均功率10KW，而車(chē)載功率通常會(huì)是100KW以上。、
48V電驅(qū)系統(tǒng)當(dāng)前主要用于輕混或超微型車(chē)輛。從能源利用角度來(lái)說(shuō)。48V電驅(qū)系統(tǒng)通常單電機(jī)驅(qū)動(dòng)長(zhǎng)時(shí)間的功率15KW以?xún)?nèi)。雙軸驅(qū)動(dòng)功率30KW以?xún)?nèi)。也就是說(shuō)在不考慮因速度瞬時(shí)大幅波動(dòng)的提速制度能源需求的情況下。48V電驅(qū)系統(tǒng)能夠滿足所有乘用車(chē)的需求。
如果讓48V電驅(qū)系統(tǒng)作為主要能源供給方式?？梢酝ㄟ^(guò)提升48V系統(tǒng)的效率，如提升驅(qū)動(dòng)器效率，電機(jī)效率，傳動(dòng)效率等等。在車(chē)輛行駛過(guò)程中，如果48V驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的整體效率非常高。而整個(gè)車(chē)輛能源大部分都是48V電驅(qū)系統(tǒng)提供的（在制動(dòng)饋能足夠情況下，可100％由48V系統(tǒng)提供），這樣就保證了整車(chē)能源利用效率非常高。而48V系統(tǒng)成本較高壓要低一些，其提高效率的成本同樣也會(huì)很低。
如果一輛車(chē)上有1個(gè)電機(jī)，可以通過(guò)星三角變換實(shí)現(xiàn)雙電壓等級(jí)，低壓為48V，高壓為144V的電池系統(tǒng)。如果一輛車(chē)上有多個(gè)電機(jī)，可以分電機(jī)實(shí)現(xiàn)不同電壓等級(jí)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。比如低壓48V，高壓520V的電池系統(tǒng)。盡管這樣的設(shè)計(jì)有差別，但其設(shè)計(jì)出發(fā)點(diǎn)都是以能源優(yōu)化控制優(yōu)先。單電機(jī)是為了更低成本，多電機(jī)是為了更高效、更優(yōu)性能。但這二者低電壓都是48V直流／33V交流。
這樣做的好處是什么呢？如下面七點(diǎn)。
1 低壓48V電池組足夠安全，可以讓車(chē)主自行換電。
2 低壓48V電池組車(chē)載電容量是可變的，為可以為100～400公里純電里程電量。高壓電池組固定為160公里純電里程電量。每次出行按需配電。
3 高壓電池組選用高功率比電池，制動(dòng)饋能回收和瞬間釋放，快充其性能更好。
4 雙電壓系統(tǒng)相當(dāng)于雙電源。當(dāng)高低壓電池組其中一個(gè)發(fā)生過(guò)載或電池故障，立即切斷該電池組供電，電池不會(huì)崩潰。車(chē)輛行駛不受影響。
5 出行需要補(bǔ)能的時(shí)候，可以快充、換電。當(dāng)電池電量耗盡，選擇快充，或者48V電池組換電?；蛘吒邏弘姵亟M快充、48V低壓換電同時(shí)進(jìn)行。最快15分鐘內(nèi)完成補(bǔ)能。接近加油的便利性。
6 48V低壓電池組使用更小倍率充放電，車(chē)輛能源主要由低壓提供。相當(dāng)于改善了電池組工況，延長(zhǎng)了電池使用壽命。
7 通常，高壓電池組作為固定在車(chē)上的，而低壓電池組是有車(chē)主選購(gòu)。也就是說(shuō)車(chē)主最低只需要購(gòu)買(mǎi)160公里純電續(xù)航里程的電池。當(dāng)長(zhǎng)距離出行時(shí)，車(chē)主通過(guò)租用48V低壓電池組。這樣降低了車(chē)主購(gòu)車(chē)成本。當(dāng)然車(chē)主也可以選擇100～400公里電量的48V低壓電池組，車(chē)主可以按需自行選擇配置。
圖2 手指直接短接48V電池組正負(fù)輸出端，不會(huì)發(fā)生觸電。車(chē)主可以自行換電。
雙電壓系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)換電模式，比如車(chē)主甲花10萬(wàn)購(gòu)買(mǎi)一輛n電機(jī)雙電壓系統(tǒng)電動(dòng)車(chē)，車(chē)載160公里續(xù)航電池組為高壓電池組，不可拆卸。有200公里可拆卸48V電池組。每天如果車(chē)主出行需求在100公里以?xún)?nèi)。只需要將電池組分成兩套，白天用太陽(yáng)能發(fā)電存儲(chǔ)到100公里電池組，第二天換到電動(dòng)車(chē)上。換下來(lái)的電池組繼續(xù)在白天儲(chǔ)存太陽(yáng)能光伏的電量。如此反復(fù)。當(dāng)然，電池組電量也可以是100～400公里的續(xù)航里程量。
這樣呢，太陽(yáng)能光伏發(fā)電的上網(wǎng)電價(jià)，就是電動(dòng)車(chē)度電成本了。而車(chē)主換電的時(shí)間成本不超過(guò)10分鐘。
而大規(guī)模光伏電站，全球太陽(yáng)能光伏的上網(wǎng)電價(jià)在最低已經(jīng)低于0．2元，這還是包含了光伏逆變的成本，如果采用光伏發(fā)電直充48V低壓換電系統(tǒng)，那么其度電成本會(huì)低于0．2元。家庭屋頂光伏，不占地不上稅。即便按照當(dāng)前5～11元／瓦的投資成本，度電1元計(jì)算。家庭光伏發(fā)電直充48V低壓換電。其經(jīng)濟(jì)效應(yīng)仍舊很可觀。
但是當(dāng)前電池系統(tǒng)的能量密度在120～300WH／KG。換電模式量變到質(zhì)變的奇點(diǎn)還沒(méi)到來(lái)。如果單個(gè)換電電池單體能力密度達(dá)到330WH／KG。也就是1度電3公斤左右。即便按百公里耗電最高20度。其重量也不過(guò)60公斤。成人只需要將兩個(gè)30公斤48V換電電池單體搬運(yùn)上下車(chē)。加上高壓電池組的續(xù)航。換電系統(tǒng)基本滿足日常出行。
當(dāng)車(chē)主需要去更遠(yuǎn)的路程，需要考慮增程模式。N電機(jī)雙電壓系統(tǒng)中，兩個(gè)及以上的電機(jī)，可以分一個(gè)出來(lái)作為間歇增程的模式，使用較小的發(fā)動(dòng)機(jī)增程。其能源密度可以高達(dá)5KWH／KG（液化甲烷，柴油高效發(fā)動(dòng)機(jī)）較小的能源密度也有1．6～2．2KWH／KG（甲醇、乙醇等液態(tài)陽(yáng)光燃料）。為什么必須要用增程模式換電需要固定的場(chǎng)所，電池有使用壽命等限制。太陽(yáng)能的存儲(chǔ)方式中，液體燃料存儲(chǔ)有效是數(shù)年，數(shù)億年（如石油）。而化學(xué)電池不能，此外液態(tài)燃料高能量密度、高功率釋放等特性非常適合長(zhǎng)途出行。
這里說(shuō)的＂N電機(jī)雙電壓、短途純電長(zhǎng)途增程＂不只是適用于乘用車(chē)的小轎車(chē)，也適用于跑長(zhǎng)途的大貨車(chē)、卡車(chē)。同樣也適用于輪船、以及尚未電氣化的火車(chē)貨運(yùn)線路（青藏線）。
