◎張巖 （美國(guó)克萊斯勒汽車(chē)公司工程師）

最近，美國(guó)特斯拉電動(dòng)汽車(chē)進(jìn)軍中國(guó)市場(chǎng)的新聞屢屢登上媒體頭條。那么，特斯拉有何過(guò)人之處？它是否符合汽車(chē)發(fā)展的潮流？其安全系數(shù)如何？作為先后混跡于美國(guó)三大汽車(chē)公司（福特、通用、克萊斯勒）的工程師，筆者也想談?wù)勛约簩?duì)特斯拉的看法。

電動(dòng)車(chē)和汽油車(chē)能量傳遞路線(xiàn)對(duì)比示意圖

在討論特斯拉之前，先簡(jiǎn)單介紹一下電動(dòng)汽車(chē)相關(guān)的背景知識(shí)。這篇文章中所說(shuō)的電動(dòng)汽車(chē)，單指自帶驅(qū)動(dòng)電源的純電動(dòng)車(chē)，不包括混合動(dòng)力汽車(chē)和有外接電源的車(chē)輛（如有軌電車(chē)）。

如果拿人走路打比方的話(huà)，發(fā)動(dòng)機(jī)和電池相當(dāng)于輸出能量的心臟，中間的傳遞系統(tǒng)相當(dāng)于傳遞能量的骨骼和肌肉，最后帶動(dòng)雙腳——車(chē)輪前進(jìn)。如上圖所示，電動(dòng)車(chē)和汽油車(chē)都有“心臟、骨骼、肌肉、雙腳”，但兩者的能量傳遞路線(xiàn)是不一樣的。

電動(dòng)車(chē)不產(chǎn)生尾氣

電動(dòng)車(chē)的優(yōu)點(diǎn)不少：

第一是節(jié)能。眾所周知，傳統(tǒng)汽車(chē)的能量來(lái)源是石油。相對(duì)于其他主要能源形式，石油儲(chǔ)量少且不可再生。盡管近幾十年來(lái)，圍繞“剩余石油還夠開(kāi)采多少年”這個(gè)問(wèn)題，專(zhuān)家們展開(kāi)了多次爭(zhēng)論，但是原油儲(chǔ)量不斷減少，并且產(chǎn)量已經(jīng)達(dá)到峰值卻是不爭(zhēng)的事實(shí)。相信車(chē)主們面對(duì)不斷攀高的油價(jià)，一定會(huì)認(rèn)同這一點(diǎn)。

同時(shí)，由于主要石油產(chǎn)地（中東地區(qū)、俄羅斯、中亞國(guó)家）和主要石油消費(fèi)地（美國(guó)、西歐、東亞）的不一致，圍繞著石油的控制權(quán)，數(shù)十年來(lái)各相關(guān)國(guó)家展開(kāi)了激烈的政治、經(jīng)濟(jì)甚至軍事博弈。這個(gè)問(wèn)題對(duì)我國(guó)來(lái)說(shuō)也至關(guān)重要。2013年，中國(guó)超過(guò)美國(guó)，成為世界最大的石油進(jìn)口國(guó)，石油對(duì)外依存度逼近60%。因此，發(fā)展電動(dòng)汽車(chē)，降低石油對(duì)外依存度，對(duì)中國(guó)的經(jīng)濟(jì)安全、地緣政治安全有重大意義。

比起傳統(tǒng)燃油汽車(chē)，特斯拉的底盤(pán)結(jié)構(gòu)相當(dāng)簡(jiǎn)單，節(jié)省了很多空間。

電動(dòng)車(chē)用的是二次能源——電能。電能的來(lái)源十分廣泛，除了儲(chǔ)量比石油豐富很多的煤以外，還有可再生的水能、風(fēng)能、太陽(yáng)能，以及潛力巨大的核能。因此，如果電動(dòng)車(chē)能廣泛普及，不僅會(huì)對(duì)人們的生活方式產(chǎn)生重大改變，對(duì)全球地緣政治格局也會(huì)有所改變。

電動(dòng)車(chē)的第二個(gè)優(yōu)勢(shì)是幫助對(duì)付霧霾。汽車(chē)尾氣是城市霧霾的重要來(lái)源。目前，各國(guó)對(duì)汽車(chē)尾氣排放的標(biāo)準(zhǔn)越來(lái)越嚴(yán)。而電動(dòng)車(chē)在運(yùn)行時(shí)自身不排放尾氣，在城市的空氣污染治理方面優(yōu)勢(shì)明顯。就總的污染量來(lái)說(shuō)，雖然燃煤發(fā)電也會(huì)有污染物，但是用大型發(fā)電廠(chǎng)和分散的內(nèi)燃機(jī)汽車(chē)相比，能源利用效率更高，發(fā)電廠(chǎng)對(duì)于廢氣的集中處理也能讓廢氣排放量降低。

第三點(diǎn)是傳動(dòng)和控制的優(yōu)勢(shì)，這一點(diǎn)涉及電動(dòng)車(chē)傳動(dòng)的一些特點(diǎn)。舉例來(lái)說(shuō)，汽油發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行在上千攝氏度、幾十個(gè)大氣壓的惡劣工況下，需要精密的制造技術(shù)、控制技術(shù)，和復(fù)雜的潤(rùn)滑系統(tǒng)、散熱系統(tǒng)（散熱系統(tǒng)還不停地把寶貴的汽油燃燒的熱量白白散發(fā)到大氣中）。發(fā)動(dòng)機(jī)需要定期保養(yǎng)，換機(jī)油。而且發(fā)動(dòng)機(jī)需要通過(guò)復(fù)雜的變速箱、傳動(dòng)軸、減速器，才能把能量傳遞給車(chē)輪。大部分傳遞過(guò)程都是通過(guò)金屬的齒輪和軸承的“硬連接”。所有的部件都需要復(fù)雜的制造工藝并且容易損壞（想想各大車(chē)廠(chǎng)因?yàn)樽詣?dòng)變速箱出問(wèn)題搞了多少次召回）……

所有這一切的麻煩，在電動(dòng)車(chē)這里都不是問(wèn)題。電動(dòng)車(chē)的電池、電動(dòng)機(jī)會(huì)發(fā)熱，但是比起內(nèi)燃機(jī)的散熱要容易處理得多。電動(dòng)車(chē)的能量傳遞也不需要復(fù)雜易損的“硬連接”，“軟”的導(dǎo)線(xiàn)就好了。由于電系統(tǒng)的控制技術(shù)相對(duì)更為成熟，電動(dòng)車(chē)的控制相對(duì)來(lái)說(shuō)容易很多。

比如，很多人都知道，電動(dòng)車(chē)加速性能比汽油車(chē)要好。這是因?yàn)殡妱?dòng)機(jī)調(diào)節(jié)功率比內(nèi)燃機(jī)容易。再舉個(gè)例子，電動(dòng)車(chē)可以比較容易實(shí)現(xiàn)在每個(gè)輪子上都單獨(dú)裝一個(gè)電動(dòng)機(jī)，分別控制每個(gè)輪子的轉(zhuǎn)速。這樣車(chē)的轉(zhuǎn)向性能會(huì)產(chǎn)生飛躍。而由于傳動(dòng)問(wèn)題，這在傳統(tǒng)汽油車(chē)上幾乎無(wú)法實(shí)現(xiàn)。

市場(chǎng)主流電動(dòng)車(chē)性能比較

特斯拉的電池內(nèi)觀(guān)

2013年11月6日，一輛黑色的特斯拉Model S型車(chē)，在美國(guó)田納西州納什維爾與一輛牽引車(chē)追尾后,因底盤(pán)受損導(dǎo)致起火。

再比如，傳統(tǒng)汽油車(chē)上，也要安裝一套發(fā)電—電池系統(tǒng)，用于車(chē)上各種電子控制系統(tǒng)、車(chē)載娛樂(lè)系統(tǒng)的電源。而電動(dòng)車(chē)就可以合二為一，大大降低成本。

鋰電池并不綠色

前面講了這么多電動(dòng)車(chē)的優(yōu)點(diǎn)，那么它有沒(méi)有缺點(diǎn)或隱憂(yōu)呢？應(yīng)該說(shuō)，問(wèn)題很大，非常之大。電動(dòng)車(chē)目前所有的問(wèn)題，都可以歸結(jié)到電池上。

首先，由于技術(shù)的限制，現(xiàn)在的電池容量有限。也就是說(shuō)，在一定的重量/體積/成本下，目前的車(chē)載電池可以?xún)?chǔ)存的電能量有限，而這卻與電動(dòng)車(chē)的行駛里程直接相關(guān)。根據(jù)美國(guó)環(huán)境保護(hù)署（EPA）的測(cè)試數(shù)據(jù)，單次充滿(mǎn)電后，美國(guó)特斯拉公司“model S”型車(chē)的行駛里程為426公里；日本日產(chǎn)公司的“Leaf”型車(chē)是121公里；德國(guó)寶馬公司的“Active E”型車(chē)為151公里。由此可見(jiàn)，除了特斯拉，其他電動(dòng)車(chē)的行程都比較有限。但是，特斯拉為此是下了血本的。

其次，現(xiàn)在的電池以鋰電池為主。目前鋰電池的生產(chǎn)（包括鋰礦開(kāi)采）、使用和回收過(guò)程對(duì)環(huán)境的影響有很多爭(zhēng)議。同時(shí)，鋰礦在全球的分布極不平均，改為電動(dòng)車(chē)以后，會(huì)不會(huì)受制于產(chǎn)鋰國(guó)，也是很多國(guó)家擔(dān)心的問(wèn)題。

電池組保修8年有點(diǎn)懸

前文提到，電池容量是電動(dòng)車(chē)的核心問(wèn)題?？上f(wàn)人矚目的特斯拉電動(dòng)車(chē)在電池方面并無(wú)過(guò)人之處。和諸多同行自行研制生產(chǎn)（如比亞迪）或者合資生產(chǎn)電池相比，每輛特斯拉使用了數(shù)千顆從日本松下公司購(gòu)買(mǎi)的18650型鋰離子電池。

特斯拉Model S型車(chē)縱切側(cè)視圖

要知道，18650電池組應(yīng)用最多的是筆記本電腦，而筆記本電腦的電池通常也就用個(gè)三四年，特斯拉卻為Model S的電池組提供了長(zhǎng)達(dá)8年的質(zhì)量保修。姑且不談電池這樣的核心部件受制于供應(yīng)商的問(wèn)題，即便是特斯拉的電池管理技術(shù)十分出眾，筆者也很擔(dān)心，特斯拉這一承諾有點(diǎn)懸，將來(lái)可能會(huì)為此背上沉重包袱。

在電池管理技術(shù)和控制技術(shù)方面，電池管理系統(tǒng)（BMS）的主要任務(wù)是提高電池的利用率，防止電池出現(xiàn)過(guò)度充電和過(guò)度放電，延長(zhǎng)電池的使用壽命，監(jiān)控電池的狀態(tài)。此外，電池管理系統(tǒng)還要監(jiān)控電池系統(tǒng)的溫度，控制散熱系統(tǒng)，防止過(guò)熱等。

前文表格為筆者整理的、目前市場(chǎng)主流電動(dòng)車(chē)的電池容量、行程和平均每公里的耗電量。從每公里的耗電量這一項(xiàng)，可以大致看出生產(chǎn)廠(chǎng)電池管理和控制技術(shù)的水平：特斯拉和其他主流車(chē)型相比，并無(wú)明顯優(yōu)勢(shì)。

另外值得一提的是，比亞迪雖然在控制技術(shù)上和德國(guó)、美國(guó)、日本的大公司有一定差距，但比亞迪強(qiáng)勢(shì)的電池技術(shù)彌補(bǔ)了其不足，在中低端電動(dòng)車(chē)市場(chǎng)上，行程有較大優(yōu)勢(shì)的比亞迪會(huì)有較強(qiáng)競(jìng)爭(zhēng)力。

另外，在安全問(wèn)題上，特斯拉的車(chē)一直有較大爭(zhēng)議。在數(shù)起碰撞—著火事故發(fā)生以后，美國(guó)交通部下屬的高速公路交通安全管理局對(duì)特斯拉的Model S型車(chē)進(jìn)行了安全調(diào)查。

據(jù)《紐約時(shí)報(bào)》報(bào)道，在特斯拉表示會(huì)為電池增加額外的保護(hù)層之后，高速公路交通安全管理局結(jié)束了對(duì)Model S型車(chē)的安全調(diào)查。

無(wú)人駕駛會(huì)成為主流

作為汽車(chē)行業(yè)工程師，筆者認(rèn)為在可預(yù)見(jiàn)的未來(lái)，汽車(chē)行業(yè)主要會(huì)有兩方面的進(jìn)展。

一是動(dòng)力方向。廠(chǎng)商會(huì)一邊持續(xù)改進(jìn)汽油發(fā)動(dòng)機(jī)，以滿(mǎn)足政府在燃油經(jīng)濟(jì)性和尾氣排放方面日益嚴(yán)格的要求；一邊繼續(xù)投入研發(fā)混合動(dòng)力和電動(dòng)車(chē)（包括鋰電池和燃料電池）。雖然未來(lái)的大趨勢(shì)是電動(dòng)，但由于電池性能改進(jìn)的緩慢和不確定，未來(lái)電動(dòng)車(chē)是否能成為主流，形勢(shì)并不明朗。

除了動(dòng)力方向這些“心臟、肌肉、骨骼”方面的改進(jìn)，汽車(chē)行業(yè)未來(lái)發(fā)展的另一個(gè)大方向是升級(jí)車(chē)的“神經(jīng)系統(tǒng)”。目前，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)的內(nèi)容包括給汽車(chē)安裝“眼睛”——攝像頭和“耳朵”——雷達(dá)。以后的主要工作是逐步增強(qiáng)汽車(chē)“大腦”的功能，使它逐步能識(shí)別自己“看到”和“聽(tīng)到”的事物，并且學(xué)會(huì)自己安全地“走路”。

從目前已經(jīng)開(kāi)始大規(guī)模推廣的主動(dòng)安全（防碰撞、自動(dòng)泊車(chē)）這樣的“賣(mài)點(diǎn)”，逐步過(guò)渡到自動(dòng)巡航，最后達(dá)到自動(dòng)/無(wú)人駕駛。這些性能的實(shí)現(xiàn)主要依賴(lài)于軟件的改進(jìn)，不像電池、汽油發(fā)動(dòng)機(jī)的改進(jìn)受限于材料學(xué)、熱力學(xué)方面的“硬”條件。從主動(dòng)安全到無(wú)人駕駛，目前已經(jīng)有比較清晰的路線(xiàn)圖。

個(gè)人認(rèn)為，10至20年內(nèi)，無(wú)人駕駛就會(huì)成為主流。