電池車、燃油車、混動(dòng)車誰將勝出？交通能源的能量密度誤區(qū)

摘要：

A  一直以來，人們對(duì)車載能源能量密度存在認(rèn)識(shí)誤區(qū)，本文首次提出了有效能量密度和補(bǔ)能才是評(píng)價(jià)交通能源好壞的首要指標(biāo)。

B  LY混動(dòng)車的有效能量密度高于燃油車，純電池車。補(bǔ)能方式（即加油、充電、加氣、換電池等方式）也優(yōu)于燃油車。

能源的能量密度這個(gè)話題很大。本文僅討論車載交通能源（電池、汽油），常用車載能源通常有兩個(gè)能量密度單位。能量質(zhì)量比即（KWH／KG）和能量體積比（KWH／L）。

本文以較輕松的科普文章方式講述一種教科書、課本上從不說過的常識(shí)，以便消除人們對(duì)車載能源的認(rèn)識(shí)誤區(qū)。

我們先看一下電池和汽油的能量密度。

圖 1 常見電池能量密度

圖一是當(dāng)前成熟的鋰電池技術(shù)及未來五年的發(fā)展趨勢(shì)。可以看出鋰電池能量密度在0．1～0．3KWH／KG。而汽油的能量密度在12KWH／KG以上。能量質(zhì)量比密度差距如此之大。

為什么鋰電池還將會(huì)來勢(shì)洶洶地取代汽油能？

這就不得不指出人們對(duì)能源密度的誤區(qū)了，人們往往覺得電池和汽油的能量密度就是車載能源的能量密度。這是一個(gè)非常錯(cuò)誤的想法。

交通工具單次補(bǔ)能從A地點(diǎn)到B地點(diǎn)。所耗費(fèi)的能量，除以整車空載質(zhì)量成為稱為有效能量密度。交通工具單次補(bǔ)能從A地點(diǎn)到B地點(diǎn)。所剩余在車上的能量，除以整車空載質(zhì)量稱為備用能量密度。這是本文首先提出的一個(gè)觀點(diǎn)。

通過舉例說明。以大多數(shù)車主每天里程不到100公里為例，一輛1．5噸的小車。電池車百公里電耗18度，燃油車百公里耗油7L。混動(dòng)車的電耗可以是0～18度，油耗0～7L（或稍高于7L）。由此得到有效能量密度：電池車0．012KWH／KG。燃油車0．0168KWH／KG。混動(dòng)車在兩者之間或稍高。（當(dāng)前技術(shù)水平，電池車、油車都能做到1．5噸，油耗跟假設(shè)相近，這個(gè)假設(shè)只是讓人們認(rèn)識(shí)到電池車、燃油車的能量密度差距并沒有通常認(rèn)為那么大）。

在再次補(bǔ)能之前，車輛上還剩余的電量、汽油。不同車輛、不同情況是相差很大的。備用能量密度決定了B地點(diǎn)返回A地點(diǎn)或去往C地點(diǎn)的能力。

有效能量密度是決定交通工具能走多遠(yuǎn)的參數(shù)。備用能量密度則是決定了再次補(bǔ)能的前的還能走多遠(yuǎn)。

通常，同等技術(shù)條件下扣除電池、汽油的車輛質(zhì)量相差不大。所以人們討論交通工具的能量密度往往只說電池、汽油的能量密度。如果單是汽油車、電池車各自的比較。這樣的比較是合適。但當(dāng)電池車、燃油車和混動(dòng)車三者之間比較，單單比較電池能量密度、汽油能量密度就是錯(cuò)誤的了。這個(gè)錯(cuò)誤使得人們一直無法正確選擇汽車發(fā)展的最佳方式。

當(dāng)前的技術(shù)水平，電池車、燃油車、混動(dòng)車都存在于市場(chǎng)，進(jìn)行著激烈的角逐，都想成為未來的主流。那么哪一種車才是真正的主流選擇呢？

本文從有效能量密度、備用能量密度、功率能量密度和補(bǔ)能方式這四個(gè)角度出發(fā)討論LY混動(dòng)車才是最佳的，才會(huì)是未來汽車的主流。

我們先看補(bǔ)能方式。

A加油：有非常完整產(chǎn)業(yè)模式，加油站數(shù)量非常多。加油便利性、價(jià)格都能被接受。

B 充電：充電樁數(shù)量短缺，快充慢充都的時(shí)間都還非常長(zhǎng)。需要停車、占停車位。

C加氣： 加氣站數(shù)量比加油站少，成本低于加油。便利性好過充電。

D 換電：達(dá)到加油一般的效果，成本也較有優(yōu)勢(shì)。但局限部分地域范圍。人力成本高。

其他補(bǔ)能方式、如讓人笑掉大牙“奶媽充電車”，車輛后邊跟著個(gè)小掛車等等都是非主流，也不會(huì)有發(fā)展。

此外、還有一種新的補(bǔ)能模式，那就是LY混動(dòng)車的換增程系統(tǒng)、也稱換移動(dòng)充電樁。LY混動(dòng)車還可以使用充電方式補(bǔ)能、或加油方式補(bǔ)能。是根據(jù)實(shí)際場(chǎng)景選擇。這是LY混動(dòng)車補(bǔ)能方式的優(yōu)勢(shì)，既可以利用已有加油網(wǎng)絡(luò)、加油方式的便捷。也可以選擇充電的低電價(jià)。也就是LY混動(dòng)車的補(bǔ)能方式是集加油、充電優(yōu)點(diǎn)于一身的新補(bǔ)能方式。

對(duì)于電池車、燃油車和混動(dòng)車的各自的有效能量密度、功率密度和備用能量密度。都是缺乏可靠數(shù)據(jù)的。也無法使用準(zhǔn)確的數(shù)學(xué)表達(dá)、更不能通過舉例說明。目前只能通過簡(jiǎn)單的定性比較去理解LY混動(dòng)車的優(yōu)勢(shì)。

首先，功率密度、體積密度在當(dāng)前技術(shù)水平下，沒有決定性影響。

因不同車輛的制造工藝、配置的不相同。為了說明LY混動(dòng)車的有效能量密度更好，仍需要脫離了車輛來說明這個(gè)事情。我們知道電池的能量密度是0．1～0．3KWH／KG，汽油能量密度是12x（η）KWH／KG。（η為燃油有效折算值）

當(dāng)A地點(diǎn)到B地點(diǎn)。車輛耗能有效功是一樣的。假設(shè)為y 度電。設(shè)定電池車除電池外的質(zhì)量為m1，電池質(zhì)量為x1。燃油車除汽油外的質(zhì)量為m2，汽油質(zhì)量為x2。當(dāng)兩者里程相等且備用質(zhì)量密度為0時(shí)，那么當(dāng)m1≧m2的情況下。電池車是無法超有燃油車的。

當(dāng)m1＜m2。在m1＋x1＝m2＋x2時(shí)。車輛空載質(zhì)量相等，車輛從A地點(diǎn)到B地點(diǎn)耗能也相等。在知道m(xù)1，和m2的情況下。這是一個(gè)二元一次方程，可以計(jì)算出x1、x2的值。也就是說電池車與燃油車的有效能量密度只跟兩個(gè)因素有關(guān)，扣除電池、燃油后的車體重量、還有A地點(diǎn)到B地點(diǎn)的耗能總量、油耗折算系數(shù)（即燃油效率）。并且這些因素相關(guān)都是成比例關(guān)系的。

當(dāng)m1＜m2。車輛空載質(zhì)量不相等的情況，為了使得電動(dòng)車有效能量密度不低于燃油車。X1＝（m2－m1＋x2），得到電量就（0．1～0．3）＊（m2－m1＋x2）。這樣可以計(jì)算出純電車的優(yōu)勢(shì)續(xù)航里程。

而通過實(shí)際車輛情況，告訴我們?nèi)绻姵仉娏糠浅Ｉ僦挥袀€(gè)幾十公里的時(shí)候。電動(dòng)車是更有優(yōu)勢(shì)的。也就是說電動(dòng)車在短途出行的情況下有效能量密度更高。

我們以最新的比亞迪元純電版、燃油版為例說明。當(dāng)前技術(shù)下，純電已經(jīng)在短途出行優(yōu)于燃油車。

圖 2 比亞迪純電元 EV535

表1 比亞迪純電元 EV535與燃油車頂配性能比較

我們只能假設(shè)元EV535與頂配燃油版配置、動(dòng)力等近似相同。

元EV535動(dòng)力電池總成能量密度160Wh／kg?？梢杂?jì)算出，電池系統(tǒng)重量為約340KG。也就是說當(dāng)m1＋x1＝m2＋x2時(shí)。電池重量為20KG，電池為3．2度。續(xù)航里程為約25公里。

由此可見，在當(dāng)前整車技術(shù)水平，25公里出行需求的情況，電動(dòng)車的有效能量密度已經(jīng)與燃油車相當(dāng)。低于25公里的出行需求，電動(dòng)車已經(jīng)由于燃油車。

電動(dòng)車、與燃油車最大的差距在備用能源密度上。也就是續(xù)航里程上。如果將比亞迪元改為純電續(xù)航160KM，增程發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)發(fā)電能力10KWe。那么有電池電量22度（按工信部元EV535百公里電耗13．3度，實(shí)際會(huì)更低）。電池重量138KG。增程系統(tǒng)油箱容積35L。

這樣的配置LY混動(dòng)車元，可以將有效能量密度、備用能量密度都由于元EV535、元燃油版。這是因?yàn)榧冸娎m(xù)航是利用了電池車短途有效能量密度高的優(yōu)勢(shì)，而長(zhǎng)途出行需求因最增程系統(tǒng)輕量化后，得到純電＋增程系統(tǒng)的整體能量密度高于傳統(tǒng)燃油。而且LY混動(dòng)車的補(bǔ)能方式可以集中電池車、燃油車各自的優(yōu)點(diǎn)。

此外還要看一個(gè)造車成本、用車成本。續(xù)航160KM的LY混動(dòng)車元。扣除30度車載電量，按1000元每度電池成本計(jì)算。成本節(jié)約3萬?？梢灾苯釉?1．69萬售價(jià)減去3萬得到LY混動(dòng)車元的售價(jià)是8．69萬。售價(jià)將低于傳統(tǒng)燃油車。如果將油電差價(jià)計(jì)入用車成本，生命周期內(nèi)LY混動(dòng)車元的經(jīng)濟(jì)價(jià)值將更高。

結(jié)論：

由以上分析，在當(dāng)前技術(shù)水平下，LY混動(dòng)車已經(jīng)完勝純電動(dòng)車、燃油車。LY混動(dòng)車將會(huì)在交通出行的技術(shù)中勝出，成為主流的車輛結(jié)構(gòu)方式。