我国电动自行车产业之“锂动时代”或已经到来

    与铅酸电池相比，锂电池具有重量轻、比容量大、循环使用寿命长等优点，它作为电动自行车之车载动力电源，不仅轻量便携方便充电，而且有助于整车产品之“轻量化及简约化”设计。这对于淘汰目前大量使用的铅酸电池、减少污染即促进环境可持续发展，以及推动电动自行车产业转型升级、促进行业自身之健康发展，乃具有现实意义和有益效果。
    因此，就现阶段而言，在电池(储能)技术研究尚未能获得突破性进展，即“低成本、高性能”电池尚未投入商品化实际应用之前，我们或可将现有电动自行车产品之“锂电化”转型升级，作为目前以至今后一段时期内之主要研究课题。但就电动自行车行业本身而言，我们或更应该侧重于：如何通过对现有产品进行综合优化设计，开发出更能适应普通消费者之需求的“经济款锂电车”产品，以期“锂电车”之普及率能有较大幅度的提升。比如，设想在2015-2017年前后，拟实现“锂电车”之普及率、达到或超过50﹪以上等等。或可将此作为近期拟实现之目标与具体任务。
    就目前“锂电车”之普及率而言，远低于采用“铅酸电池”之车型产品，其原因或在于，目前锂电池成本仍相对偏高。因而，在现有“锂电车”产品之设计中，多采用减少锂电池的容量配置，来相应降低整车实施成本，而这使得现有“锂电车”产品之车型过于单一化。比如，目前市面上锂电产品多为“电单车”，这使得消费者对于车型的选择或存在局限性，或因此而影响了“锂电车”之普及率难以有较大幅度的提高。而相比之下，目前“电动型”车型的普及率远高于“电单车”之车型。显然，加快研发并推出“经济款电动型锂电车”之产品，对于有效提升“锂电车”之普及率，乃至推动整个行业加快锂电产品及其产业转型升级，或将会产生更为明显的实际效果。
    可是，就我国现阶段国情而言，随着经济与社会的不断发展，致使城市不断扩大、道路随之延伸，而人们日常骑车出行距离亦相应延长，这就要求现有产品的续航能力(里程)须相应提高。然而，就现有技术及其实施条件而言，或只有通过增加电池其容量配置，方可延长其续航里程。而这对于降低“锂电车”实施成本或带来相当难度。而与之相比，目前“铅酸电池”产品的普及率较高，或在于它仍具有价格优势。由此可见，因目前锂电池成本(价格)偏高，而在短期内或难以实现其成本的大幅降低；故，欲通过价格优势来取代“铅酸电池”则显然是不现实的。
    那么，就现有条件而言，如何突破目前“锂电池成本过高”之瓶颈制约，来提升“锂电车”之普及率呢？笔者以为，我们或可以通过进一步优化驱动方式，来大幅提升驱动电机之“能效比(额定扭矩/额定功率)”，以减少电池的能量消耗及其容量配置，从而可降低电池成本；这将有助于“锂电车”之普及率的更有效提升。或者更具体和直观地讲，若在现有产品之基础上，将驱动电机之功效(能效比)提升1倍，则可以减少一半的电池容量配置；而提升至3倍则可以省去2/3的电池容量配置，等等。
    显然，如能达到上述预期技术效果，这对于大幅降低锂电池成本，提升“锂电车”之普及率，或许是一条较为经济和更为有效之解决途径；或者可以说，若能实现如上所述之预期技术效果，或将给电动自行车技术进步与产业升级带来一次变革，则预示着电动自行车产业之“锂动时代”或已经带来。
    然而，就现有产品之驱动方式而言，主流产品均采用“轮毂电机”驱动，尤其是“低速轮毂电机直驱方式”，或已成为现有整车产品设计时，一种固定(固有)的设计模式；因此，可以说，现有产品之优化设计，都是局限于该驱动方式所做出的改进；故，优化及改进效果或是有限的，或显得“微不足道”。当然，该驱动方式的优点或在于，采用直接驱动车轮转动之方式，传动效率较高。但笔者以为，采用轮毂电机直驱方式，若用于高速车辆则相对趋于合理，这是因为：
    它可充分利用和发挥电机的高转速，工作效率较高；而用于电动自行车等低速车辆则不然，由于电机转速需要与车轮转速相匹配，则电机转速受到一定限制，使其工作效率的更有效提高将受到限制。当然了，经过多年来的不断改进，目前低速轮毂电机技术已相当成熟。然而，正因为如此，欲通过进一步优化设计来提升其功效(能效比)，则提升空间已不大；或者更通俗与更直观的讲，基于现有低速轮毂电机驱动方式，即便是将其改进与优化设计做到极致，或很难实现其功效的倍增。也就是说，在新材料、新工艺以及新的技术方法尚未出现之前(或尚未成熟运用之前)，若要进一步提升“低速轮毂电机”之功效(能效比)，则将受到现有技术条件的制约。
    据上所述之分析以及笔者的理解，若要更大幅度的提升驱动系统之功效(能效比)，或应该选择更趋合理的驱动方式。原因在于，目前的轮毂电机及其驱动方式，由于受到车轮毂特定结构及轴向尺寸的限制，而使得其功效的提升受到限制，不利于驱动电机之“高能效”优化设计。因此，更宏观的讲，现有低速轮毂电机驱动方式，或成为电动自行车技术发展进程中，又一“技术瓶颈”。据此，笔者以为，进一步提升驱动系统之功效(能效比)乃是今后之发展方向。理由在于：即便是将来电池技术有所突破，但是，“革新驱动方式、提升驱动系统功效即减少电池能量(能源)消耗”之改进思路(设计理念)，将会始终保持(即：不会失去)其“技术先进性”；这一点乃显而易见。
    而固守于“低速轮毂电机”驱动方式、并依赖于电池技术上的突破；这将使我们解决问题之途径及其技术方法或受到束缚，则改进思路及其解决方案或存在局限性。相比之下，运用现有成熟技术(最新技术)，对现有产品进行优化设计，而无论采用何种驱动方式，只要适宜和具备产品“运行工况”等相关技术条件之要求，并能大幅提升驱动系统之功效(能效比)即减少电池能量消耗；则乃较佳驱动方式。并且，其技术优势或更体现于：其一，运用现有成熟技术则实施难度大大降低，无技术瓶颈制约；其二，节能效果(即减少能源消耗)，则是采用提高电池“比容量”之解决方案所不能够做到的。
    综上所述，笔者以为，突破现有产品设计模式之束缚，更新“设计理念”、改变“技术思路”，并选择更趋合理的驱动方式，将可获得“事半功倍”之技术改进效果。由于本文篇幅所限，对于上述相关问题的进一步讨论以及具体改进方案，推荐参考笔者近期撰文并发表于“中国电动车网”的相关文章，即：《浅谈电动自行车之高能效低成本轻量化设计》及《我国电动自行车产业未来发展的思考与探讨》；该文中给出了具体优化设计方案及参考实施例。现将其核心技术要点及其应用效果简述如下，谨供参考。
    该解决方案及实施例中，提出了：采用“高能效”电机及其“高效率”工作方式(驱动方式)之改进思路；并给出了具体改进措施。其中，核心部件为一“高能效减速增矩电机”，其技术优势与特点在于，构成简约、方便实施，或可由现有产品(减速电机)作相应的改进即可；具体为：可选用同一系列而不同规格的现有产品进行改制便可(即：采用“非标设计”之设计方法便可)。并且，该解决方案用于现有产品之优化设计，不但无需改变现有电机产品之原有基本结构(磁路)设计，而且改进效果乃尤为显著。经对相关参数的简约计算、以及对“参照样机”的初步试验与相关数据统计则表明：
    它与现有产品及其“低速轮毂电机直驱方式”同比，至少可将驱动系统之功效提升6倍，则实用效果即相当于电池的“比容量”提高了6倍，或等效于电池的容量配置增加了6倍，这将有助于整车产品的“低成本、轻量化及简约化”设计；尤其对于降低“锂电池”成本和提高现有“锂电车”产品之普及率，或将会产生较为显著的实际效果。
    结语：
    由于笔者水平所限，对于上述相关问题之探讨，以及所提供的技术解决方案，谨供参考。但有一点是十分明确的，即：通过进一步(大幅)提升驱动系统之功效(能效比)、继而大幅减少电池容量配置及其“锂电池”成本，远比降低“锂电池”本身之成本(造价)要容易的多。其技术优势及其可行性就在于：不仅实际应用效果更为显著，而且就现有技术条件乃可以方便做到的。而这对于有效降低“锂电池”成本和提升“锂电车”普及率，以期锂电产品在短期内获得更为广泛之普及，或将带来更为显著的实际效果。因此，客观的讲，就目前现有技术及其实施条件，或已经具备了“经济款锂电车”之商品化开发、以及规模化量产的实施条件；而我们真正所要做的，或只需“更新设计理念、改变技术思路”，仅此而已。据此，我们更有理由相信：我国电动自行车产业之“锂动时代”或已经到来。