有锂走遍天下,镁好来自创新

有锂走遍天下,镁好来自创新
——基于镁锂结合现代自行车创新与规范


王欢

吴锡尚格交通科技有限公司

唐靖林

清华大学


 

1995年以来,有一个产品在国家没有投入一分钱的情况下,得到了创纪录的高速发展,十余年的时间里产量增加700多倍,总产值超过5000亿,解决了一亿四千万人的交通出行问题;同时,为我国的环保事业作出了不可磨灭的贡献,受到了国内外广大消费者的充分认可,这就是电动自行车。我国电动自行车的快速发展,给广大人民群众的交通出行以及日常社交活动带来了极大的便利,超过1.5亿台的社会保有量就足以说明问题。

我国电动自行车产业有着明显的中国特色,其消费者主要是从自行车族分离出来的个人交通群体,他们的选择有显著的换代取向。中国已经从一个单纯的自行车大国逐渐演变成了“电动自行车大国”,整个电动自行车产业已进入了一个前所未有的鼎盛时期。同时,在我国也出现了大量的知名品牌和大型企业,这一切似乎都在说明着一个事实:和自行车一样,电动自行车的王国在中国!

   但是,随着产业的扩大和产能的增长,许多问题也慢慢凸显出来了,这些问题如果得不到有效的解决,那么毫无疑问,它将严重制约电动自行车产业正常有序的发展。比如说,标准问题,十几年的探讨与争论也无法成文,即便千呼万唤依然还是琵琶遮面,羞答答的标准到底何时尘埃落定?

一、         我国电动自行车行业现状

1.        我国的电动车产量由19985.54万辆逐年增长到2012年的3505万辆(数据由中国自行车行业协会提供),14年增长了630多倍,增速惊人。

2.        我国的电动自行车产地基本集中在天津、江苏、浙江和河南、山东等地,以江浙、天津为主要产地。

3.        据相关部门的统计,中国有电动自行车生产许可证的企业已达2394家。行业总产值超过1500亿元。

二、         我国电动自行车行业存在的问题

1.        在环保压力下,铅酸电池的“伪”环保现象日益凸显。资料显示:我国目前的电动自行车行业存在着397.5%97.5%的电动自行车采用铅酸电池;97.5%的电动自行车超重;97.5%的电动自行车超速

2.        国家对电动自行车使用的性质定位不确定、行驶路权不明确,因此,电动自行车随意行驶机动车道现象严重。同时,由于国民素质相对较低,电动自行车随意横穿马路、闯红灯等现象十分严重,从交通安全、道路管理等方面来看,电动自行车超重、超速、超载现象非常普遍,大部分企业为了迎合消费者盲目求快的心理,置国家法令于不顾,猛造超标车。

3.        从安全的角度看,电动自行车近年来也常常成为马路“杀手”。由于在电动自行车生产、使用等诸多问题上缺乏一个国家层面的管理和规范,电动自行车产业面临的是一个混乱而无序的局面,电动车交通事故层出不穷,人员死亡数量年年攀升

4.        从产业角度讲,国内电动车产业以低端竞争、“以量取胜”和产能持续扩张的发展为主要生存方式,缺乏科技创新和人文关怀,发展不平衡、不协调 ,缺乏发展后劲。

5.        绝大部分产品存在严重超标现象,体积大、分量重、性能差、科技含量低、设计老旧。

6.        从产品本身来讲,国内几乎所有企业生产的产品都是“双胞胎”或是“多胞胎”,你的和我的一模一样,唯一不同的是商标,针对老百姓的困惑,企业往往夸大其词地对自己的产品进行虚假宣传。严格的说,是对老百姓的误导和欺骗!

7.        从市场角度来说,与自行车恰恰相反,电动自行车仍会以内销为主,而国外市场我们还没有做起来,中高端市场也还没有培育好,加剧了产能过剩和市场饱和(引用中国自行车协会理事长马中超先生在“中国自行车协会理事会”上的发言)。

8.        从创新方面来说:缺乏自主知识产权引起的低价竞争是困扰着我国自行车行业向高层次发展的主要原因。  正如中国工业经济联合会名誉会长林宗堂先生在一次演讲中说的:“中国只是制造大国,而不是研制强国。”

三、         自行车产业的沿革与反思

1789年,法国人希布拉克发明了人类第一辆脚踏车,直至今天,自行车已经有220多岁了,我相信至少在今后的100年里,无论社会如何发展,自行车是无法被取代的,它依然是我们最忠实的朋友。

1818年,德国人卡尔杜莱斯的木头自行车正式取得德国及法国的专利。  1918年(民国17年)上海王发兴工厂、大兴车行等聘请2名日本技工,生产组装“红马”、“白马”牌自行车,这是最早国产自行车,当时所有部件全部从国外进口。1936年日本人在天津建立了昌和工厂,生产铁锚牌自行车。这应该是我国最早正式开始批量生产的自行车。从1789年到1936年我国的自行车制造业落后西方整整147年。

新中国成立后,国家接管了昌和工厂,19507月,新中国第一个自行车品牌 飞鸽在天津诞生。经过70多年的发展,大陆自行车的产量早已跃居世界第一。解放后,我们大陆人民骑着自行车写出了10个五年计划,写出了伟大祖国前50年的辉煌历史,写出了“飞鸽”、写出了“凤凰”、也写出了“永久”等等这些伟大的民族品牌。这些就是我们伟大祖国的骄傲!1989年,前美国总统布什夫妇访华时,飞鸽自行车厂曾向他们赠送了两辆飞鸽自行车,经媒体报道后,在国际上引起轰动。法国随后向飞鸽自行车厂定购了3万辆。十几年过去了,那个荣耀的年代也过去了,我很想知道,我们中国现在还有送得出手的自行车吗?自行车还可以成为国礼吗?那些被送出去的“国礼”会被拿出来炫耀吗?历史留下了一些幽默的印迹,然后走远了!

八、九十年代台商进入大陆后,大陆的自行车产业水平有了一定的提高。产量一举跃升为全球第一,成为全球最大的自行车大国!台商的进入一方面给大陆的老百姓提供了一些高品质的自行车产品,另一方面,也让大陆的自行车产业遭受灭顶之灾。那些曾经辉煌无限、光可鉴人的民族品牌相继凋谢,台资品牌一统天下!看看我们民族工业的先驱们吧,这些曾经为我们祖国做过重大贡献的民族品牌,除了极少数还在苟延残喘外,其中的绝大部分已经灰飞烟灭。

创新能力、智慧产权的缺乏和大陆基础工业的落后还有管理水平的低下造成了那些曾经辉煌的大企业的衰败。那些刚刚还在眼前的历史即将还会重演,大陆目前的电动自行车行业正在重滔自行车的复撤,用不了多久,那些貌似强大的电动自行车企业将会重新走麦城,原因是:缺乏创新能力、缺乏智慧产权,严格的说是:缺乏“核心竞争力”。如果这个现状得不到改变,那么,我的预言将会变成现实!

四、         传统自行车、电动自行车的落后性

1.        生产角度
以普通自行车为例,每生产一个车架就需要70多道工序,从钢管到车架成品,其中要进行几十次的切割、镗铣,然后要进行十余次的冲压、打弯、整形,然后要把不少于十个的加工部件安装到一起,再然后要把这些部件逐个焊接到一起,然后要进行矫正打磨,然后再进行磷化或钝化然后再喷漆烘烤上UV,还有贴花。这些工作一方面劳动强度大、效率低、管理成本高且质量管控麻烦,另一方面则是科技含量低、产品附加值不高,还有噪音、扬尘、废料、次品、环保、劳资等等方面的问题。上个世纪后期,欧美、日本乃至台湾的自行车企业大量涌入中国大陆就是基于以上各种原因,把落后的产业转移的需要发展的国家。
因此,我从来没有因为我国是世界最大的自行车产出国而骄傲过。

2.        社会角度
随着大量劳工进入城市,也随着农村城市化进程的推进,更随着社会的发展和进步,交通问题已经是这个社会的严重症结,自行车、电动自行车便再次承担起了社会微循环的主要责任,在我们中国,这两项相加的总和约为8亿辆!如此庞大的运动体如果没有一个有效而合理的管理办法和法规来加以引导和制约的话,那么我们可想而知,其结果一定是无序而杂乱的,尤其是我们的电动自行车,大、快、重而且没有法规制约,其管理问题一直让我们的高层领导头痛不已,有些城市干脆禁止电动车上路。这种因噎废食的做法当然不妥,假如全国所有的城市都为了规范交通秩序一起禁止电动车上路的话,我敢说,中国马上瘫痪!工厂停工、商店停业、饭店关门、医生休息……

3.        市场角度
现代的市场早已不是多年以前,计划经济时代早已过去,人们对生活质量的要求已经越来越高,他们希望张扬个性、主张自我,特别是年轻一代,他们与国际的差异越来越小,文化的相互渗透、生活习性的相互影响、特别是经济差距的缩小,使得他们之间的许多审美情趣、审美角度以及价值取向也越来越接近。因此,我们应该站在一个国际的高度来鸟瞰整个市场。这时,我们发现,发生在我国的电动自行车产业的情况是令人担忧的,这个担忧主要来自几个方面:a、市场基面高度一致,大家把目光一律投向低级市场,造成低级市场或者是低端市场千军万马过独木桥,低价恶杀的现象让企业的日子越来越难。b、设计元素单调,由于缺乏足够的利润空间,企业在研发上的投入显得吝啬不堪,因此,大量采用公共模具来生产产品,这样虽然在研发上面几乎是零投入,但市场回报也就不会让人满意。c、产品同质化,由于大量采购公共配件产品,造成了产品质量的高度相似,除了商标,其它部分则基本相同。d、基于以上方面的基本原因,因此,造成了市场受众面的高度相似和高度集中,虽然有极少部分的企业和产品在外观上做一些调整和改良,但是由于产品依然处于同一个等级的原因,所以也无法跳出同级、同质的竞争。e、虽然我国去年生产了3千多万辆电动自行车,这些产品都卖给谁了?他们分布在那些市场和地域?这些产品的受众是谁?只要找出这些结论,我们就能够找出我们产业痛苦的根本原因。f、中、高端市场的根本空缺,说明了我国电动自行车产业的创新能力的缺乏和短视,俗话说:宁吃好梨一个,不吃烂梨一筐,不知道为什么我们的企业家们为什么这么爱吃烂梨?放着那么好的市场不做,却大家扎堆死磕低级市场,这令我特别不解。

 

随着科学技术的进一步发展,打造现代自行车的时间来到了,我们的家人朋友、社会同胞在呼唤、在期待。我们的产业经过了十余年的发展积累,该转型、该进步了!竞争对手越来越强,产品开发越来越难、市场价格越来越低、工人工资越来越高,企业要生存! 科技越来越高、交通越来越挤、速度越来越快,道路越来越远、我们要出行!汽车越来越多,汽油越来越贵、红灯越来越长,法规越来越严、我们还要靠两条腿走路吗?电动车越来越重、我们年纪越来越大、天气越来越热、上班越来越偏,没有车,我们寸步难行啊!什么样的车才能拯救我们的困顿?

五、         打造现代智能化电动自行车的必要性

1.        科技发展:当动车飞驰、网络畅通、飞船上天时,我们可曾想过,明天,离老百姓最近的老朋友—自行车将会变成什么模样?

2.        生活提升:普通概念的自行车及电动自行车已经逐渐不能满足现代生活的需要了,社会在呼唤具有现代科技特征的智能自行车。

3.        社会需求:有时代的要求,就会有时代的产物,智能自行车可谓应运而生。

随着科技的发展,人们身边的生活产品逐年升级,电脑变成了笔记本,电视机变成了薄片式,电话变成了3G,蒸汽机变成了磁悬浮,还有太阳能、网络、核动力等等等等。   而伴随人类走过了200多年岁月的自行车呢?最近这十年是自行车发展史上最为辉煌的十年!但是,尽管如此,与其它领域的科学技术的发展速度相比,自行车的发展仍然滞后。现代自行车是自行车发展的一个历史高度,是更加符合现代社会需求和生活要求的换代产品。在“减碳经济”以及“切实解决城市拥堵”,协助构建更加高效、合理的城市交通体系和个人交通方式等方面,现代自行车将功德无量。

这个时代的世界已经不是上个世纪的世界,这个时代的中国也早已不是上个世纪的中国,世界在发展,一切都在发展,我们自行车产业也毫不例外地在发展,可以说,时代的变革催促着我们、我们的等待已经太久了!我们守着陈旧不堪的产品在这个变革的浪潮中是不堪一击的!
我国近十来年发展起来的电动自行车以极快的速度打造了多个世界性的的奇迹,产量早已跃居世界老大,我们一直沾沾自喜、自我陶醉,可是我们的产品和世界的还有相当大的差距!

六、         现代自行车、电动车的定义和特征

现代自行车除了轻量化、便携化、美观化以外,它还需要具备非凡的骑行能力、出色的续航能力和其它电子化、数字化的基本配备而其中最为重要的就是智能化。总结起来就是符合三大特征的产品就可以定义为现代自行车:

1.        科技特色:新材料、新能源、新技术、新功能、新设计等

2.        艺术语言:新概念、新造型、新品味

3.        时代特征:鲜明的时代感、符合现代化生产、符合现代生活需求、符合政策法规

七、         镁合金很美!锂电池有理!

1.        镁的性质
镁是地壳中排行第六的富元素,其蕴藏量为2.77%。同时,镁在海水中的排名第三的富元素,约占海水总质量的0.13%,我国镁资源的蕴藏丰富,镁资源占全球总储量的22.5 % 。镁的相对原子质量为24.305,密度为1.738g/cm3,是所有结构金属中密度最低,与其它金属相比:镁的比重大约是铝的2/3,是铁的1/4。它是实用金属中的最轻的金属。镁合金具有密度低、比强度和比刚度高、电磁屏蔽效果好、抗震减震能力强、易于机加工成形和易于回收再利用等优点,具有广泛的应用前景和巨大的应用潜力。由于镁合金晶体结构是密排六方(Hcp),塑性较差,成形困难,成材率低,加之人们对镁合金易燃、不耐腐蚀等缺点的过分夸张甚至是错误的认识,导致变形镁合金没有得到大规模应用。其实,镁合金与其它易成形金属一样,变形镁合金几乎可以用所有的金属塑性成形工艺来实现成形。成形原理相同,不同的是具体工艺参数的变化。这些年来,通过研究机构和广大镁合金企业的不懈努力,镁合金的很多技术已经越来越成熟和完善,可以说,镁合金的明天将春暖花开!

2.        镁合金的优势

                         i.              镁在20时的密度只有1.738g/cm3,比铝、锌、铁的密度分别低36%、73%和78%,镁基合金是所有目前应用的结构金属中质量最轻,也是比强度最高的金属材料。

                       ii.              镁合金具有比强度、比刚性高、抗蠕变性能好、耐凹陷性好等特点外,还具有良好的电磁屏蔽性能和防辐射性能。

                      iii.              镁合金对振动、冲击的吸收性高,在相同载荷下,减振性是铝的100倍,钛合金的300500倍,具有良好的抗震减噪性能。

                     iv.              压铸成型性能好,压铸件壁厚最小可达0.5mm。镁合金铸件抗拉强度与铝合金铸件相当,一般可达250MPA,最高可超过600MPA

                       v.              镁合金的切削加工性和热成形性好,镁合金的切削阻力为1.0,铝合金 1.8,黄铜 2.3,铸铁 3.5

                     vi.              传热性好,熔点比铝合金熔点低,屈服强度,延伸率与铝合金也相差不大。

                    vii.              尺寸稳定性高,不易因环境温度变化及时间而改变。

                  viii.              可回收,镁合金具有100%完全回收的特性,更符合当今环保要求。

                     ix.              耐磨、衰减性能好、高的导热和导电性能、无磁性和无毒性。

3.        镁合金的劣势

                         i.              镁是表面活性很高的金属,也是负电位金属,其亲水性特别强。

                       ii.              在室温下,镁合金的塑性较差,变形困难,且易出现变形缺陷,因此,镁合金一般均采用热变形。

                      iii.              众所周知,镁极易起火,照明弹、焰火等都以镁粉为原料,因此必须非常小心,特别是在精加工环节,要严密防止着火。

                     iv.              除少数非常纯净的合金外,大多数镁合金的耐腐蚀性能比较差。

                       v.              和铝金属模铸造相比,镁压铸生产有较高的残余废料率(和铝压铸废料产出率相比)。镁压铸需要较高的试模成本和较长的试制时间,而钢制部件(制造采用简单的焊接技术按图加工)或塑料部件(可采用低成本原型工装)则简单得多。和铝低压或金属模铸造比,镁压铸需要较高的模具成本。因为压铸模大并复杂,还要承受高锁模力(当然高生产率也可降低单件产品的成本)。镁压铸和铝压铸相比,其烧损率要高50K,也就是4%比2(因为镁的较高的表面活性)。镁压铸屑片的回收成本比铝高,干燥的镁屑片不容易回收,潮湿的就更不容易了。

 

因此,在开发以镁合金为材料的产品时,要特别注重镁合金本身的一些特性,选用合适的材料。特别是在结构设计时,要注意发挥镁合金的长处,规避镁合金的短处,尽量优化设计、完善设计,做到“扬长避短”。加工过程中,更要注意安全、严格防止火灾的发生,另外在生产过程中要尽量远离水。

4.        锂电池的特征

                         i.              高能量密度
锂离子电池的重量是相同容量的镍镉或镍氢电池的一半,体积是镍镉的20-30%,镍氢的35-50%

                       ii.              高电压
一个锂离子电池单体的工作电压为3.7V(平均值),相当于三个串联的镍镉或镍氢电池。

                      iii.              无污染
锂离子电池不含有诸如镉、铅、汞之类的有害金属物质。

                     iv.              不含金属锂
锂离子电池不含金属锂,因而不受飞机运输关于禁止在客机携带锂电池等规定的限制。

                       v.              循环寿命高
在正常条件下,锂离子电池的充放电周期可超过500次,磷酸亚铁锂(以下称磷铁)则可以达到2000次。

                     vi.              无记忆效应
记忆效应是指镍镉电池在充放电循环过程中,电池的容量减少的现象。锂离子电池不存在这种效应。

                    vii.              快速充电

      使用额定电压为4.2V的恒流恒压充电器,可以使锂离子电池在1.5--2.5个小时内就充满电;而新开发的磷铁锂电,已经可以在35分钟内充满电。

5.        锂电池主要优点

                         i.              能量比较高。具有高储存能量密度,已达到460-600Wh/kg,是铅酸电池的约6-7倍;

                       ii.              使用寿命长,使用寿命可达到6年以上,磷酸亚铁锂为正极的电池1C100%DOD)充放电,有可以使用10,000次的记录;

                      iii.              额定电压高(单体工作电压为3.7V3.2V),约等于3只镍镉或镍氢充电电池的串联电压,便于组成电池电源组;

                     iv.              具备高功率承受力,其中电动汽车用的磷酸亚铁锂锂离子电池可以达到15-30C充放电的能力,便于高强度的启动加速;

                       v.              自放电率很低,这是该电池最突出的优越性之一,一般可做到1%/月以下,不到镍氢电池的1/20

                     vi.              重量轻,相同体积下重量约为铅酸产品的1/6-1/5

                    vii.              高低温适应性强,可以在-20--60的环境下使用,经过工艺上的处理,可以在-45环境下使用;8.绿色环保,不论生产、使用和报废,都不含有、也不产生任何铅、汞、镉等有毒有害重金属元素和物质。

                  viii.              生产基本不消耗水,对缺水的我国来说,十分有利。

6.        锂电池的缺点

                         i.              锂原电池均存在安全性差,有发生爆炸的危险。

                       ii.              钴酸锂的锂离子电池不能大电流放电,安全性较差。

                      iii.              锂离子电池均需保护线路,防止电池被过充过放电。

                     iv.              生产要求条件高,成本高。

7.        如何采购安全的锂电池

                         i.              选择使用锰酸锂材料的电池

                       ii.              委托权威部门进行安全性的检测,进行现场考验

                      iii.              开展长时间、大量的安全测试,以检测保护电路、电芯的可靠性

                     iv.              选择有实力的供应商为合作伙伴

                       v.              不能选用钴酸锂电池作为动力电池

八、         镁合金自行车设计范例

现代自行车之“旅行箱式折叠自行车”

   

 

现代自行车之“L7折叠式智能自行车”

   

九、            低碳时代、中国创造

环保与节能已成为全球持续发展的主题,发展高效、环保、节能和轻量化、便携化的电动自行车也已成为全球在该领域的一个发展趋势。根据世界环保相关组织所制定的一系列《节能减排法律、法规》和国家相应政策措施,减碳、减排以及节约能源,发展环保交通将是长期、可持续发展的战略。中国自行车协会马中超会长说:“随着低碳经济、绿色经济深入人心,环保电动自行车必将迎来更加广阔的前景,但竞争也会更加激烈。” 我国虽然是电动自行车生产的王国,电动自行车产量占有全球的90%,但是,我国在材料、结构、设计及自行车专用扭力传感器方面的研究和投入相对不足,这也是中国电动自行车产业在科技方面的水平不及欧美、日本等国的一个重要原因。人类的发展与进步离不开交通,自行车是人类永远的朋友,电动自行车作为“个人交通体系”的重要成员,彰显着现代生活方式与现代科技体现的魅力,现代自行车则是其中最为科学的典范,也是科学最贴近人民群众的典范。美国通用汽车公司混合动力工程师 Frank Jamerson说:“电动自行车在中国大流行很可能成为人类未来交通问题的解决之道,中国的今天很可能就是世界的明天。”

 

虽然我们姗姗来迟,却是最佳时机!

 

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