电动汽车调研报告初稿Word格式文档下载.docx
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发电38%×
送电91%×
电池充放电70%×
汽车驱动80%=18.1%;
汽油车的效率=汽油精炼70%×
输油95%×
汽车驱动14.7%=10.3%。
数据来源:
《汽车节能技术》
因此,纯电动汽车有利于节约能源和减少二氧化碳的排放。
优点:
技术相对简单成熟,节能环保,不依赖不可再生的化石能源。
缺点:
基于目前车用动力电池技术经济性能,比能量较低导致电动汽车单次充满电后续驶里程较短,使用方便性较差;
车用动力电池价格昂贵、循环寿命短,导致电动汽车购置及折旧成本较高,使用经济性较差。
混合动力汽车:
混合动力是指那些采用传统燃料的,同时配以电动机/发动机来改善低速动力输出和燃油消耗的车型。
在混合动力汽车中,目前得到最为广泛应用的是插电式混合动力车PHEV,插电式混合动力系统通过低压交流电源为车载电池充电,充电后可仅凭车载电池作纯电动模式行驶。
另外,在充电电池的剩余电量用完后,并不是切换至发动机行驶模式,而是通过发动机旋转发电机,利用由此产生的电力为车载电池充电,继续用电动机行驶,这种插电式混合动力汽车比普通混合动力汽车有较长的纯电动行驶里程。
混合动力汽车的优点是:
一、采用混合动力后可按平均需用的功率来确定内燃机的最大功率,此时处于油耗低、污染少的最优工况下工作。
需要大功率内燃机功率不足时,由电池来补充;
负荷少时,富余的功率可发电给电池充电,由于内燃机可持续工作,电池又可以不断得到充电,故其行程和普通汽车一样。
二、因为有了电池,可以十分方便地回收制动时、下坡时、减速时的能量。
三、在繁华市区,可关停内燃机,由电池单独驱动,实现“零”排放。
四、有了内燃机可以十分方便地解决耗能大的空调、取暖、除霜等纯电动汽车遇到的难题。
五、可以利用现有的加油站加油,不必再投资。
六、可让电池保持在良好的工作状态,不发生过充、过放,延长其使用寿命,降低成本。
缺点:
有两套动力系统,再加上两套动力系统的管理控制系统,结构复杂,技术较难,目前的价格较高,仍然消耗一部分化石能源。
燃料电池汽车:
燃料电池汽车的特点是:
其动力电池的能量是通过氢气和氧气的化学作用,而不是经过燃烧,直接变成电能。
燃料电池的化学反应过程不会产生有害物质,燃料电池的能量转换效率比内燃机要高2~3倍。
零排放或近似零排放,减少了机油泄露带来的水污染,降低了温室气体的排放,提高了燃油经济性,提高了发动机燃烧效率,运行平稳、无噪声。
单个的燃料电池必须结合成燃料电池组,以便获得必需的动力,而目前燃料电池组的一体化技术成本较高,实现比较困难。
1.2电动汽车与传统燃油汽车的比较
电动汽车与传统的燃油汽车比较,有以下特点:
(1)无污染,噪声低:
电动汽车在运行阶段具有尾气排放的显著优势,可以将污染物从数量众多的流动污染源(以千万辆计的汽车)转移到数量有限的固定污染源(大型发电厂),便于对污染物进行集中减排处理;
电动汽车在行驶中噪声很低,不产生噪声污染。
(2)能源来源多样化、利用率高,节能环保:
电动汽车采用电力驱动,而电力是唯一能够大规模利用煤炭、水力、核能和各种再生能源的清洁、便利的二次能源消费方式,可有效降低对石油资源的依赖;
纯电动汽车的能源利用效率,总能量消耗和温室气体排放情况都大大优于传统燃油汽车,其中总能量消耗仅为传统燃油车的50%,温室气体排放能够降低30%以上。
(3)结构简单,使用维修方便:
电动汽车较内燃机汽车结构简单,运转、传动部件少,维修保养工作量小。
(4)目前电动汽车尚不如传统燃油汽车技术完善,当前电动汽车的价格比传统燃油汽车高,同时动力电池的成本较高,使用寿命较短,造成电动汽车的购置及折旧成本较高,使得电动汽车使用经济性仍然较传统燃油汽车差。
表1电动大巴车与传统燃油大巴车使用经济性比较
项目
分项目
原型车
奥运电动大巴
车辆折旧
车辆售价(不含电池)(万元)
90
110
总行驶里程(万公里)
30
车辆折旧费用(元/百公里)
300
367
能耗费用
百公里能耗(千瓦时、升)
40
140
能耗单价(元/千瓦时、元/升)
6.6
0.766
百公里能耗费用(元/百公里)
264
107.24
电池使用费
百公里电池使用费(元/百公里)
560
维护费用
—
合计(元/百公里)
564
1034.24
注:
1、电池使用费,根据实际与电池厂商的租赁结算价,为每千瓦时4元。
2、电动汽车维护保养费用目前仍然包含在车价中,尚无法统计,因此维护费用部分不参与比较。
3、电价采用峰谷电价,根据实际运行计算所得电价,为每千瓦时0.766元。
1.3世界电动汽车的技术水平现况
随着动力电池、电机等关键技术的不断突破,电动汽车的诸多优势越来越被人们所关注,成为近些年世界各国竞相发展的重点,一些国家的政府和企业联合制定各种计划,围绕相关的关键技术研究和示范运行开展工作。
在推动电动汽车发展的过程中,世界各国根据本国的实际情况,目前重点的发展方向纯电动汽车或可充电混合动力汽车。
1.3.1美国
美国是世界上相对较早研发电动汽车的国家,但在早期,政府支持电动汽车的政策还比较零星化。
2005年以来,随着政府对电动汽车的战略定位逐步明晰,政策支持力度明显加大。
目前美国已经形成了“总体战略+一揽子政策”的电动汽车行动体系。
在战略上,一是将发展插电式电动汽车(包括插电式混合动力汽车和纯电动汽车)确定为主要技术路线;
二是明确提出到2015年实现美国道路上行驶的插电式电动汽车达到100万辆的目标。
在政策上,已经形成了包括激励类政策、保障类政策、限制类政策在内的一揽子政策体系。
一系列的产业鼓励政策,促使美国各大汽车生产商纷纷开始加大电动汽车的研发力度,加快推出主打车型。
通用汽车公司在2008年北美车展上展示了“土星Vue”插电式混合动力汽车,并于2010年实现了雪佛兰沃尔特(Volt)增程型电动车的量产化。
福特汽车公司于2009年1月推出了“熔金(Fusion)”和“水星米兰”两种混合动力车型,根据福特的计划,2010年将投放电动式商用面包车,2011年将投放小型电动汽车,2012年将投放包括插电式混合动力车在内的新一代锂电池混合动力车。
此外,新兴的电动汽车厂商也不甘落后。
美国ZAP(ZeroAirPollution)公司已经累计生产和销售了各种纯电动车辆(包括三轮电动摩托车、微轿、小卡车、轿车等)10万辆,2007年该公司开发出一款名为ZAP-X的新概念纯电动5座紧凑型SUV,该车最高时速150英里/时,0~60英里/时加速时间为4.8秒,续驶里程达350英里,快速充电时间仅为10分钟,如图1所示。
道奇公司推出的纯电动概念车ZEO配置一组64千瓦时的锂离子电池组,一次充电可行驶里程402公里。
从静止加速到97公里/小时所需要的时间不超过5.7秒,最高车速209公里/小时,如图2所示。
图1新概念纯电动紧凑型SUV(ZAP-X)
图2道奇纯电动概念车ZEO
美国电动汽车的研究和开发,得到了美国政府的大力支持,政府投入了大量的资金和科研力量,使资金和技术来源有了可靠的保证。
此外,美国的各大汽车公司与配件生产商之间有着紧密的相互协商与合作,共同促进了电动汽车的开发和研究。
美国的电动汽车产业以大型的汽车公司为主导,利用大型汽车公司雄厚的技术开发力量和先进制造条件,开发出不同特点的电动汽车,同时充分利用了汽车、机电、电子、控制和材料等相关配件行业的优势,分工开发电动汽车的各种总成和技术单元,推动了电动汽车技术的不断改进提高。
1.3.2日本
从世界范围的电动汽车产业化发展现状看,日本是最早开始发展电动汽车的国家之一。
日本国土狭小,石油资源匮乏,几乎完全依赖进口,油价很高。
日本工业发达,人口密度很大,城市污染严重。
因此,日本政府特别重视电动汽车的研究和开发。
日本自上世纪70年代起就开始了纯电动汽车的研发,许多汽车企业都陆续进行了一些产品发布与销售运行,其中关西电力和大发公司联合开发的电动汽车“hijet”在1970年大阪世博会发布,到1996年共销售了1500余辆。
但是由于价格高、续驶里程短等造成纯电动汽车销售情况不理想,日本大多数企业都终止了纯电动汽车的研发。
到了二十世纪90年代之后,由于环境等问题,各大汽车企业重新开始研发第二代纯电动汽车,丰田、本田、日产等陆续推出了装载镍氢、锂离子电池的纯电动汽车,如丰田RAV4EV、丰田e-com、本田EV-Plus、日产HyperMini等。
近日,由于日本最大的电力公司东京电力公司的介入,日本推广电动汽车进入了新的阶段。
东京电力公司宣布,将带头参与普及纯电动汽车的基础设施建设,2009年到2012年将在东京地区建设累计1000个充电站。
日本汽车业界认为,纯电动汽车适合都市型驾驶,预计只要充电基础设备齐全,很快就会被一般消费者接受。
三菱、日产、丰田、及本田等日本的主要汽车公司最近也陆续宣布,将在近两年内把纯电动汽车推向市场。
三菱汽车已于2009年开始在日本销售纯电动汽车iMiEV,2010年后将出口美国和欧洲。
日产公司将集中力量研发纯电动汽车,最近先后推出了纯电动汽车PIVO、DenkiCubeConcept、Mixim、Nunu等车型,并将于2010年在日本和美国市场推出一款装备锂离子电池的纯电动轿车Leaf。
丰田汽车公司也推出了ToyotaFT-EVII电动概念车,这款纯电动小车专为城市设计,由锂离子电池驱动,该款车将于2011年实现量产。
图3日本近期推出的纯电动汽车
此外,日本政府的重视及资金财力和税收政策的支持,也是日本电动车得以快速发展的动力之一。
日本政府从2009年4月1日起实施了新的“绿色税制”,对包括纯电动汽车、混合动力车等低排放且燃油消耗量低的车辆给予税赋优惠,一年的减税规模约为2100亿日元,是现行优惠办法减税额的10倍。
1.4我国电动汽车的技术水平
1.4.1我国电动汽车行业的发展历程
“八五”期间,国家计委和国家科委将纯电动汽车项目正式列入国家研究和攻关计划。
“九五”期间,国家科技部把纯电动汽车列入国家重大产业工程项目,完成了纯电动轿车先导车的研制和全新纯电动轿车概念车的开发,建成了我国唯一的国家电动汽车运行试验示范区。
“十五”期间,科技部组织实施了“电动汽车重大科技专项”,国家投入8.8亿元,是最大的科技专项之一。
小型纯电动车辆已经开始小规模产业化,燃料电池汽车已进入示范运行阶段。
“十一五”期间,北京纯电动汽车、混合动力电动汽车的应用已经达到千辆。
在2008年北京奥运期间,集中投入了595辆自主研发的混合动力、纯电动及燃料电池汽车,累计运行370多万公里,运送乘客440多万人次,实现奥运史上最大规模的电动汽车示范运行。
国家电网公司自2006年开始,以北京、上海、天津、山东、浙江、湖北和湖南等7省市公司为示范试点,在经营区域内全面推广应用电动汽车。
截止2009年底,国家电网公司系统内部应用电动汽车112辆,推动建设电动公交线路15条,电动公交等乘用车676辆,有力地推动我国电动汽车发展。
2009年1月23日,财政部、科技部发布了《关于开展节能与新能源汽车示范推广工作试点工作的通知》(简称“十城千辆”工程),在13个试点城市公交、出租等公共服务领域推广使用节能与新能源汽车。
2009年12月9日,温家宝总理主持国务院常务会议,会议决定将节能与新能源汽车示范推广试点城市由13个扩大到20个,选择5个城市进行对私人购买节能与新能源汽车给予补贴试点。
在国家节能与新能源汽车示范推广的带动下,预计2012年底需要外接充电的电动汽车保有量将接近20万辆。
目前,我国具有相对比较成熟的纯电动汽车产品的企业有:
比亚迪、奇瑞、长安、一汽、万向、天津清源等企业;
有相对比较成熟纯电动客车产品的企业有:
京华客车、中通客车、北方华德尼奥普兰客车等企业。
汽车企业将电动汽车作为未来主流竞争型产品在战略上高度重视,一汽、东风、上汽、长安、奇瑞、比亚迪等都已制定了电动汽车产品研发和产业化规划。
与此同时,电动汽车关键零部件的产业化全面跟进,生产配套能力显著增强。
近来,力神、比亚迪、比克、万向等动力电池企业投入数十亿资金加快产业化建设,上海电驱动、大郡、湘潭电机、南车时代等电机企业加强与上下游企业合作,积极完善产业链建设。
在未来2~3年内,预计将形成20亿Ah以上的动力电池和全系列驱动电机生产能力,能够满足100万辆电动汽车的配套要求。
1.4.2我国电动汽车的关键技术水平
近年来,我国电动汽车产量迅速增加,汽车质量快速提升,研发步伐明显加快,具备了实现产业化发展的基本条件。
但从总体来看,我国电动汽车产业仍然处于起步阶段,在一些关键技术问题上,尚有许多问题亟待解决,主要可以概括为以下几个方面:
电动汽车整车技术:
电动汽车是高科技综合性产品,车体本身包含了很多高新技术,有些节能措施比提高电池储能能力还易于实现,如车体材质,车型设计,轮胎技术等。
目前国内的一些汽车生产企业已基本掌握了电动汽车的整车生产技术,并开发出相应的产品,如:
比亚迪的E6纯电动车(图4),奇瑞的瑞麒M1纯电动汽车,长安的奔奔mini纯电动车,哈飞赛豹纯电动汽车等。
在电动客车方面,北京京华客车公司、北理工联合研制的纯电动客车能量消耗率达到83.8kWh/100km,并在国际上率先使用大容量锂离子动力电池,成功在奥运期间进行了小规模应用,代表了当前国际纯电动大客车的先进水平。
另外,我国东风、一汽、上汽、长城等汽车公司近来纷纷涉足电动汽车的研发,并相继推出了一批整车样车,进入产业化准备阶段,预计在未来2-3年内将陆续投放市场。
图4比亚迪E6
电动机技术:
要使电动汽车有良好的使用性能,驱动电动机应具有调速范围宽、转速高、启动转矩大、体积小、质量小、效率高且有动态制动强和能量回馈等特性。
目前国内从事电动汽车电机技术研究和产品开发的企业有:
清华大学、中科院电工研究所、启特动力(上海)有限公司、兰州环电科技有限公司、深圳市大地和电气有限公司、北京三环新材料高技术公司等,所开发的车用电机驱动系统的性能已基本能够满足目前国内整车生产的要求。
我国自主开发的永磁无刷电机、交流异步电机和开关磁阻电机实现了整车小批量配套能力。
轿车用永磁电机重量比功率超过1300W/kg,电机系统最高效率达到93%以上,功率覆盖了200kW以下民用电动车辆的使用范围。
然而从长远发展来看,我国电机技术中的“轮毂电机”技术及其在电动汽车上的应用,仍有待进一步的研究。
电动汽车驱动控制系统:
驱动控制系统直接关系到电动汽车运行性能,目前国内从事电动汽车驱动技术研究和产品开发的高校和研究所有:
清华大学、吉林大学、北京理工大学、同济大学、武汉理工大学、哈尔滨工业大学、合肥工业大学、广东省电动汽车研究重点实验室等。
随着我国电力电子技术的发展,目前国内研发的驱动模块的集成化程度越来越高,体积越来越小,控制也更趋智能化,功率密度、系统效率和可靠性得到了不断的提高。
目前国产电动汽车驱动系统主要面临的问题是关键元器件(如IGBT模块,CPU芯片)仍依靠进口,驱动控制系统的研发周期相对较长,产品的设计制造成本较高,这些方面都将是今后国产化驱动技术的研究方向。
电池技术:
电池是电动汽车的动力源泉,也是一直制约电动汽车发展的关键因素。
要使电动汽车能与燃油汽车相竞争,关键就是要开发出比能量高、比功率大、使用寿命长的高效电池。
我国的电池技术现况将在第2章中详细介绍。
能量管理技术:
能量管理系统是电动汽车的智能核心,它的作用是检测单个电池或电池组的荷电状态,并根据各种传感信息,包括力、加减速命令、行驶路况、蓄电池工况、环境温度等,合理地调配和使用有限的车载能量;
它还能够根据电池组的使用情况和充放电历史选择最佳充电方式,以尽可能延长电池的寿命。
能量管理系统研究与开发不仅要建立包括蓄电池在内的电动车的数学模型,而且要开发以微处理器为核心的电子控制单元。
在当前电池技术暂时没有重大突破的情况下,对动力电池有限的能量加以合理地利用则显得尤为重要。
尽管车载能源管理系统作为电动汽车上的一项关键技术,已引起业界高度重要,目前产学研结合从事相关研究的也很多,但截至目前,国内、外还暂时没有成熟的解决方案,都处于摸索与试验阶段。
同时,由于电动汽车整体没有达到产业化程度,没有批量上市,因而缺少实车试用数据,也制约了该项技术的进一步完善与成熟。
能源管理系统(BMS)目前虽然有不少装车试用的案例,但在技术、性能上都还不是很稳定,而且各个生产厂家做的产品标准都不一样,从业界专家介绍的情况看,国内、外目前都没有达到产业化水平。
1.5电动汽车的发展趋势
在节能环保背景下,电动汽车成为我国汽车工业优先发展对象,“十五”期间,国家设立了电动汽车重大科技专项,专项确定了“三纵三横”的研发布局,以燃料电池汽车、混合动力电动汽车、纯电动汽车三种车型为“三纵”,多能源动力总成控制系统、驱动电机及其控制系统、动力蓄电池及其管理系统三种共性技术为“三横”。
同时,根据汽车研发和产业化规律,整车研发以整车牵头,关键零部件紧密配合,政策、法规、技术标准同步研究,基础设施协调发展。
三种车型发展方向分别是,燃料电池汽车主要在公共交通领域,混合动力车在商用车和家用轿车领域占主体,纯电动汽车是中国的特色产业,也是政府最大力扶持与推动的车型。
发展电动汽车已经成为政府和汽车生产企业的共同选择,将为我国汽车产业从大国迈向强国提供难得的机遇。
未来5年将是我国电动汽车产业发展的关键时期,混合动力汽车将实现商业化,纯电动汽车和插电式混合动力汽车将实现产业化。
从发展趋势来看,从现在至2015年,我国电动汽车的发展将仍需要依赖政府的推动,以公共领域和示范性运营为主,预计2015年以后我国电动汽车将进入高速发展时期,成为汽车交通的重要组成部分。
2、动力电池的发展情况
2.1动力电池技术
电池对电动汽车的发展起着至关重要的作用,目前电动汽车用电池的种类主要包括铅酸电池、镍氢电池、锂离子电池和燃料电池等。
其中铅酸电池由于寿命短、笨重等原因,作为电动汽车用动力电池的发展前景并不为业界所看好;
镍氢电池技术相对成熟,国外已成功商业化应用;
锂离子电池以其出色的综合性能成为各国研发重点,目前正处于研发试用试产阶段;
燃料电池由于技术尚难以突破,因此目前暂被视为远期目标。
表2各种电池性能比较
技术
能量密度(Wh/kg)
功率密度(W/kg)
循环次数
铅酸
35
150
200
阀控式铅酸
45
250
500
镍氢
70
150-300
500-1000
锂离子
85-150
400-1300
600-3000
2.1.1铅酸电池
铅酸电池是目前应用最广泛、技术最成熟,唯一大批量生产和应用的动力电池,主要用于汽车和电动自行车。
用于电动自行车,仅能使用1.5~2年;
比能量、比功率和能量密度都比较低,充电时间长;
笨重,重量是同等容量锰酸锂电池的3倍。
单价最低,可高倍率放电。
应用范围:
三分之一用于电力、交通、信息等产业备用电源,在汽车、叉车等运输工具和大型不间断供电电源系统中处于控制地位。
我国95%以上的电动自行车电池采用铅酸蓄电池。
铅酸电池技术虽然最为成熟,但其比能量、比功率和能量密度都比较低,且充电慢,需要分多组轮流使用,其在电动汽车上的应用前景并不被看好。
2.1.2镍氢电池
镍氢电池已成功应用于丰田Prius混合动力汽车,目前应用较为成熟的动力电池,搭载镍氢电池的混合动力汽车全球销量已超过170万辆。
续航能力差,低温性能差,技术提升空间不大;
适合大电流快速充放电、耐过充放电能力强;
只能用于汽车的辅助动力,纯电动车必须选用更高比能量的动力电池;
自放电率高,常温下放置30天,损失额定容量30%~35%;
比能量较小。
安全性高,耐过充过放性能优秀。
适用范围:
混合动力车、电动工具等对电池容量要求不高的工具。
截至09年1月底,混合动力车在全球累计销量已超过170万辆,其中丰田100万辆,本田30万辆。
2000年丰田普Prius混合动力车首次登陆北美市场。
丰田用了7年使镍氢混合动力车销量突破50万辆,而从50万到100万辆只用了约2年时间,混合动力车逐渐为为市场所接受。
2.1.3锂离子电池
锂离子电池具有重量轻、储能容量大、功率大、无污染、寿命长、自放电系数小、温度适应范围广等优点,已开始逐渐取代铅酸和镍氢电池,成为目前世界上大多数汽车企业的首选目标和主攻方向,全球已有20余家主流企业进行车载锂离子动力电池研发,如富士重工、三洋电机、NEC、东芝、美国江森自控公司等。
耐过充过放能力差,有安全隐患。
高能量密度,可达150Wh/kg:
体积小,重量轻,单位重量的能量密度是镍氢的2倍。
纯电动汽车、储能电站等对电池容量、使用寿命要求较高的场合。
目前车用锂离子电池以其高比能量、高
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