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"鋰動時代"或已經到來

鉅大鋰電  |  點擊量:0  |  2022年02月18日  

與鉛酸電池相比,鋰電池具有重量輕、比容量大、循環使用壽命長等優點,它作為電動自行車之車載動力電源,不僅輕量便攜方便充電,而且有助于整車產品之“輕量化及簡約化”設計。這對于淘汰目前大量使用的鉛酸電池、減少污染即促進環境可持續發展,以及推動電動自行車產業轉型升級、促進行業自身之健康發展,乃具有現實意義和有益效果。


因此,就現階段而言,在電池(儲能)技術研究尚未能獲得突破性進展,即“低成本、高性能”電池尚未投入商品化實際應用之前,我們或可將現有電動自行車產品之“鋰電化”轉型升級,作為目前以至今后一段時期內之主要研究課題。但就電動自行車行業本身而言,我們或更應該側重于:如何通過對現有產品進行綜合優化設計,開發出更能適應普通消費者之需求的“經濟款鋰電車”產品,以期“鋰電車”之普及率能有較大幅度的提升。比如,設想在2015-2017年前后,擬實現“鋰電車”之普及率、達到或超過50﹪以上等等。或可將此作為近期擬實現之目標與具體任務。


就目前“鋰電車”之普及率而言,遠低于采用“鉛酸電池”之車型產品,其原因或在于,目前鋰電池成本仍相對偏高。因而,在現有“鋰電車”產品之設計中,多采用減少鋰電池的容量配置,來相應降低整車實施成本,而這使得現有“鋰電車”產品之車型過于單一化。比如,目前市面上鋰電產品多為“電單車”,這使得消費者對于車型的選擇或存在局限性,或因此而影響了“鋰電車”之普及率難以有較大幅度的提高。而相比之下,目前“電動型”車型的普及率遠高于“電單車”之車型。顯然,加快研發并推出“經濟款電動型鋰電車”之產品,對于有效提升“鋰電車”之普及率,乃至推動整個行業加快鋰電產品及其產業轉型升級,或將會產生更為明顯的實際效果。


可是,就我國現階段國情而言,隨著經濟與社會的不斷發展,致使城市不斷擴大、道路隨之延伸,而人們日常騎車出行距離亦相應延長,這就要求現有產品的續航能力(里程)須相應提高。然而,就現有技術及其實施條件而言,或只有通過增加電池其容量配置,方可延長其續航里程。而這對于降低“鋰電車”實施成本或帶來相當難度。而與之相比,目前“鉛酸電池”產品的普及率較高,或在于它仍具有價格優勢。由此可見,因目前鋰電池成本(價格)偏高,而在短期內或難以實現其成本的大幅降低;故,欲通過價格優勢來取代“鉛酸電池”則顯然是不現實的。


那么,就現有條件而言,如何突破目前“鋰電池成本過高”之瓶頸制約,來提升“鋰電車”之普及率呢?筆者以為,我們或可以通過進一步優化驅動方式,來大幅提升驅動電機之“能效比(額定扭矩/額定功率)”,以減少電池的能量消耗及其容量配置,從而可降低電池成本;這將有助于“鋰電車”之普及率的更有效提升。或者更具體和直觀地講,若在現有產品之基礎上,將驅動電機之功效(能效比)提升1倍,則可以減少一半的電池容量配置;而提升至3倍則可以省去2/3的電池容量配置,等等。


顯然,如能達到上述預期技術效果,這對于大幅降低鋰電池成本,提升“鋰電車”之普及率,或許是一條較為經濟和更為有效之解決途徑;或者可以說,若能實現如上所述之預期技術效果,或將給電動自行車技術進步與產業升級帶來一次變革,則預示著電動自行車產業之“鋰動時代”或已經帶來。


然而,就現有產品之驅動方式而言,主流產品均采用“輪轂電機”驅動,尤其是“低速輪轂電機直驅方式”,或已成為現有整車產品設計時,一種固定(固有)的設計模式;因此,可以說,現有產品之優化設計,都是局限于該驅動方式所做出的改進;故,優化及改進效果或是有限的,或顯得“微不足道”。當然,該驅動方式的優點或在于,采用直接驅動車輪轉動之方式,傳動效率較高。但筆者以為,采用輪轂電機直驅方式,若用于高速車輛則相對趨于合理,這是因為:


它可充分利用和發揮電機的高轉速,工作效率較高;而用于電動自行車等低速車輛則不然,由于電機轉速需要與車輪轉速相匹配,則電機轉速受到一定限制,使其工作效率的更有效提高將受到限制。當然了,經過多年來的不斷改進,目前低速輪轂電機技術已相當成熟。然而,正因為如此,欲通過進一步優化設計來提升其功效(能效比),則提升空間已不大;或者更通俗與更直觀的講,基于現有低速輪轂電機驅動方式,即便是將其改進與優化設計做到極致,或很難實現其功效的倍增。也就是說,在新材料、新工藝以及新的技術方法尚未出現之前(或尚未成熟運用之前),若要進一步提升“低速輪轂電機”之功效(能效比),則將受到現有技術條件的制約。


據上所述之分析以及筆者的理解,若要更大幅度的提升驅動系統之功效(能效比),或應該選擇更趨合理的驅動方式。原因在于,目前的輪轂電機及其驅動方式,由于受到車輪轂特定結構及軸向尺寸的限制,而使得其功效的提升受到限制,不利于驅動電機之“高能效”優化設計。因此,更宏觀的講,現有低速輪轂電機驅動方式,或成為電動自行車技術發展進程中,又一“技術瓶頸”。據此,筆者以為,進一步提升驅動系統之功效(能效比)乃是今后之發展方向。理由在于:即便是將來電池技術有所突破,但是,“革新驅動方式、提升驅動系統功效即減少電池能量(能源)消耗”之改進思路(設計理念),將會始終保持(即:不會失去)其“技術先進性”;這一點乃顯而易見。


而固守于“低速輪轂電機”驅動方式、并依賴于電池技術上的突破;這將使我們解決問題之途徑及其技術方法或受到束縛,則改進思路及其解決方案或存在局限性。相比之下,運用現有成熟技術(最新技術),對現有產品進行優化設計,而無論采用何種驅動方式,只要適宜和具備產品“運行工況”等相關技術條件之要求,并能大幅提升驅動系統之功效(能效比)即減少電池能量消耗;則乃較佳驅動方式。并且,其技術優勢或更體現于:其一,運用現有成熟技術則實施難度大大降低,無技術瓶頸制約;其二,節能效果(即減少能源消耗),則是采用提高電池“比容量”之解決方案所不能夠做到的。


綜上所述,筆者以為,突破現有產品設計模式之束縛,更新“設計理念”、改變“技術思路”,并選擇更趨合理的驅動方式,將可獲得“事半功倍”之技術改進效果。由于本文篇幅所限,對于上述相關問題的進一步討論以及具體改進方案,推薦參考筆者近期撰文并發表于“中國電動車網”的相關文章,即:《淺談電動自行車之高能效低成本輕量化設計》及《我國電動自行車產業未來發展的思考與探討》;該文中給出了具體優化設計方案及參考實施例。現將其核心技術要點及其應用效果簡述如下,謹供參考。


該解決方案及實施例中,提出了:采用“高能效”電機及其“高效率”工作方式(驅動方式)之改進思路;并給出了具體改進措施。其中,核心部件為一“高能效減速增矩電機”,其技術優勢與特點在于,構成簡約、方便實施,或可由現有產品(減速電機)作相應的改進即可;具體為:可選用同一系列而不同規格的現有產品進行改制便可(即:采用“非標設計”之設計方法便可)。并且,該解決方案用于現有產品之優化設計,不但無需改變現有電機產品之原有基本結構(磁路)設計,而且改進效果乃尤為顯著。經對相關參數的簡約計算、以及對“參照樣機”的初步試驗與相關數據統計則表明:


它與現有產品及其“低速輪轂電機直驅方式”同比,至少可將驅動系統之功效提升6倍,則實用效果即相當于電池的“比容量”提高了6倍,或等效于電池的容量配置增加了6倍,這將有助于整車產品的“低成本、輕量化及簡約化”設計;尤其對于降低“鋰電池”成本和提高現有“鋰電車”產品之普及率,或將會產生較為顯著的實際效果。


結語:


由于筆者水平所限,對于上述相關問題之探討,以及所提供的技術解決方案,謹供參考。但有一點是十分明確的,即:通過進一步(大幅)提升驅動系統之功效(能效比)、繼而大幅減少電池容量配置及其“鋰電池”成本,遠比降低“鋰電池”本身之成本(造價)要容易的多。其技術優勢及其可行性就在于:不僅實際應用效果更為顯著,而且就現有技術條件乃可以方便做到的。而這對于有效降低“鋰電池”成本和提升“鋰電車”普及率,以期鋰電產品在短期內獲得更為廣泛之普及,或將帶來更為顯著的實際效果。因此,客觀的講,就目前現有技術及其實施條件,或已經具備了“經濟款鋰電車”之商品化開發、以及規模化量產的實施條件;而我們真正所要做的,或只需“更新設計理念、改變技術思路”,僅此而已。據此,我們更有理由相信:我國電動自行車產業之“鋰動時代”或已經到來。


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