中国电动汽车发展现状与前景

2012-01-11 20:01:17来源: 《电气中国》

  在当前全球汽车工业面临金融危机和能源环境问题的巨大挑战的情况下,发展电动汽车,实现汽车能源动力系统的电气化,推动传统汽车产业的战略转型,在国际上已经形成了广泛共识。目前,我国已出台许多政策,扶持和引导电动汽车行业的快速发展,政府意欲加速提高国内电动车产业的竞争力,缩短成熟期,实现对国外汽车工业的“弯道超车”。电动汽车的发展步入关键时期,机遇与挑战并存。

一、电动汽车的定义和特点

  新能源汽车包括混合动力汽车、纯电动汽车(BEV,包括太阳能汽车)、燃料电池电动汽车、氢发动机汽车、其他新能源(如高效储能器、二甲醚)汽车等各类别产品。 电动汽车是指以车载电源为动力,用电机驱动车轮行驶。所以混合动力汽车、纯电动汽车、燃料电池电动汽车都被归为电动汽车。

  电动汽车之所以成为本世纪技术开发的宠儿,首先是因为电动汽车直接采用电机驱动,本身不排放污染大气的有害气体,即使按所耗电量换算为发电厂的排放,除硫和微粒外,其它污染物也显著减少。发电厂大多建于远离人口密集的城市,对人类伤害较少,而且发电厂的场所固定,有害排放物集中排放、清除较容易。由于电力可以从多种一次能源中获得,如煤、核能、水力、风力、光、热等,可以很好地解除人们对石油资源日见枯竭的担心。其次,电动汽车能够充分利用晚间用电低谷时富余的电力充电,使发电设备得到充分利用,大大地提高了经济效益。有关研究表明,同样的原油经过粗炼,送至电厂发电、充入电池、由电池驱动汽车,其能量利用效率比经过精炼变为汽油,再经汽油机驱动汽车高,因此有利于节约能源和减少二氧化碳的排量。

二、电动汽车主要技术

  1. 电机及控制系统

  纯电动汽车以电动机代替燃油机,由电机驱动而无需自动变速箱。相对于自动变速箱,电机结构简单、技术成熟、运行可靠。

  传统的内燃机能把高效产生转矩时的转速限制在一个窄的范围内,这是为何传统内燃机汽车需要庞大而复杂的变速机构的原因;而电动机可以在相当宽广的速度范围内高效产生转矩,在纯电动车行驶过程中不需要换挡变速装置,操纵方便容易,噪音低。

  与混合动力汽车相比,纯电动车使用单一电能源,电控系统大大减少了汽车内部机械传动系统,结构更简化,也降低了机械部件摩擦导致的能量损耗及噪音,节省了汽车内部空间、重量。

  电机驱动控制系统是新能源汽车车辆行驶中的主要执行结构,驱动电机及其控制系统是新能源汽车的核心部件(电池、电机、电控)之一,其驱动特性决定了汽车行驶的主要性能指标,它是电动汽车的重要部件。电动汽车中的燃料电池汽车FCV、混合动力汽车HEV 和纯电动汽车EV 三大类都要用电动机来驱动车轮行驶,选择合适的电动机是提高各类电动汽车性价比的重要因素,因此研发或完善能同时满足车辆行驶过程中的各项性能要求,并具有坚固耐用、造价低、效能高等特点的电动机驱动方式显得极其重要。

  电动汽车的驱动电机目前有直流有刷、无刷、有永磁、电磁之分,再有交流步进电机等,它们的选用也与整车配置、用途、档次有关。另外驱动电机之调速控制也分有级调速和无级调速,有采用电子调速控制器和不用调速控制器之分。电动机有轮毂电机、内转子电机、有单电机驱动、多电机驱动和组合电机驱动等。

  2. 纯电动车的动力电池

  动力电池是电动汽车的关键技术,决定了它的续行里程和成本。

  1)纯电动车所需的动力电池

  用于电动车的动力电池应有的功能指标和经济指标包括:(1)安全性;(2)比能量;(3)比功率;(4)寿命;(5)循环价格;(6)能量转换效率。这些因素直接决定了电动车的合用性、经济性。

  2)超级电容器

  超级电容器的优势是质量比功率高、循环寿命长,弱点是质量比能量低、购置价格贵,但是循环寿命长达50万~100万次,故单次循环价格不高,与铅酸电池、能量型锂离子电池并联可以组成性能优良的动力电源系统。

  3)铅酸电池

  铅酸电池生产技术成熟,安全性好,价格低廉,废电池易回收再生。近些年来,通过新技术,其比能量低、循环寿命短、充电时发生酸雾、生产中可能有铅污染环境等缺点在不断克服中,各项指标有很大提高,不仅可更好地用作电动自行车和电动摩托车的电源,而且在电动汽车上也能发挥很好的作用。

  4)以磷酸铁锂为正极的锂离子电池

  负极为碳、正极为磷酸铁锂的锂电池综合性能好:安全性较高,不用昂贵的原料,不含有害元素,循环寿命长达2000次,并已克服了电导率低的缺点。能量型电池的质量比能量可达120Wh/kg,与超级电容器并联使用,可以组成性能全面的动力电源。功率型的质量比能量也有70~80Wh/kg,可以单独使用而不必并联超级电容器。

  5)以钛酸锂为负极的锂离子电池

  钛酸锂在充电-放电中体积变化极小,保证了电机机构稳定和电池的长寿命;钛酸锂电极点位较高(相对于Li /Li电极为1.5V),在电池充电时可以不生成锂晶枝,保证了电池的高安全性。但也因钛酸锂电极电位较高,即使与电极电位较高的锰酸锂正极配对,电池的电压也仅约2.2V,所以电池的比能量只有约50~60Wh/kg。即使如此,这种电池高安全性,长寿命的突出优点,也是其他电池无可比拟的。

三、 国内外电动汽车发展现状

  目前,发展电动汽车,实现汽车能源动力系统的电气化,推动传统汽车产业的战略转型,在国际上已经形成了潮流。根据各大汽车公司发布的产品上市计划,预计2012年前后将迎来国际电动汽车产业化发展的一次高潮。电动汽车一旦取得市场突破,必将对国际汽车产业格局产生巨大而深远的影响。因此,顺应国际汽车工业发展潮流,把握交通能源动力系统转型的战略机遇,坚持自主创新,动员各方面的力量,加快推动电动汽车产业发展,对抢占未来汽车产业竞争制高点、实现我国汽车工业由大变强和自主发展至关重要,也十分紧迫。

  一是各国政府相继发布电动汽车发展战略和国家计划,进一步为产业发展指明了方向。

  美国奥巴马政府实施绿色新政,把电动汽车作为国家战略的重要组成,计划到2015年普及100万辆插电式混合动力电动汽车(PHEV)。日本把发展电动汽车作为“低碳革命”的核心内容,并计划到2020年普及包括电动汽车在内的“下一代汽车”达到1350万辆,为完成这一目标,日本到2020年计划开发出至少17款纯电动汽车、38款混合动力车。德国政府在2008年11月提出未来10年普及100万辆纯电动汽车和插电式混合动力汽车,并宣称该计划的实施,标志德国将进入电动汽车时代。国家战略的发布实施,对产业发展有着十分重要的导向作用,必将进一步加快国际电动汽车产业发展的进程。

  二是动力电池得到高度重视,研发投入急剧增加,电动汽车技术瓶颈突破的预期大大增强。

  美国总统奥巴马2009年8月宣布安排24亿美元支持PHEV的研发与产业化,其中20亿美元用来支持先进动力电池的研发和产业化。日本政府提出“谁控制了电池,谁就控制了电动汽车”,并组织实施国家专项计划,在2011年以前将投入400多亿日元用于先进动力电池技术研究,2010年左右新型锂电池将规模应用于下一代电动汽车。德国从今年起启动了一项4.2亿欧元的车用锂电池开发计划,几乎所有德国汽车和能源巨头均携资加入。

  三是各国政府加大政策支持力度,全力推进电动汽车产业化。

  一方面,政府加大对消费者的政策激励,加快电动汽车的市场培育。美国对PHEV实施税收优惠,减税额度在2500美元和15000美元之间。日本从2009年4月1日起实施新的“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。英国从2009年4月1日起执行新汽车消费税,对纯电动汽车免缴消费税。法国对购买低排放(二氧化碳)汽车的消费者给予最高5000欧元的奖励,对高排放汽车进行最高2600欧元的惩罚。另一方面,政府通过加大信贷支持等措施,鼓励整车企业加快电动汽车产业化。美国政府对电动汽车生产予以贷款资助。2009年6月23日,福特、日产北美公司和Tesla汽车公司获得80亿美元的贷款,主要用于混合动力和纯电动汽车的生产。欧盟在2009年上半年发放70亿欧元贷款,支持汽车制造商发展电动汽车;此外,美国新的汽车燃油经济性法规和欧盟新车平均二氧化碳排放法规,对汽车的技术要求大幅提高,如果不发展电动汽车技术,汽车制造商将很难达到新法规的要求。

  四是纯电动汽车得益于高性能锂离子电池的发展应用,受到各国政府和各大汽车公司的重新重视,产业化步伐不断加快。

  日产汽车公司宣布2010年在美国和日本销售纯电动汽车,计划于2012~2013年实现大规模上市,其量产车型“树叶”已经正式发布。三菱、雷诺、丰田、宝马等汽车公司也开发出小型纯电动轿车,并计划在2012年前后批量上市。美国、日本、法国、德国、以色列等国政府都制定了纯电动汽车推广计划,电动汽车充电系统建设项目也陆续启动。

  随着汽车造成的环境污染和石油危机日益严重,20世纪90年代以来,电动汽车研究开始受到重视。经过近20年的研究,已经在电动汽车关键技术、系统集成、试验应用上实现了全面突破,目前世界上主要国家争相开展产业化工作。

  国外电动汽车研发成果

  1993年美国政府组织企业和科研机构成立 “新一代汽车合作计划”(PNGV),联合开展电动汽车研究,法、德、日等发达国家纷纷采取政府引导、企业和科研机构联合的方式加强电动汽车开发研究。

  1997年以来,丰田汽车公司推出两代 “Prius”混合动力轿车,截止到2004年底,丰田汽车公司累计销量25万辆混合动力轿车,占全球混合动力汽车总数90%。

  2000年本田公司的“Insight”混合动力轿车投放市场,2002年Civic混合动力汽车投放美国市场。

  1999年以来,本田汽车公司先后推出“FCX V1、V2、V3、V4、”燃料电池汽车,进行可靠性、碰撞安全性、道路试验等内容的认证试验。

  2001年以来,通用汽车公司先后推出了“Autonomy”、“Hy Wire”和“Sequel”三种燃料电池轿车,其中“Sequel”燃料电池轿车集成了燃料电池、线传操控系统、轮毂电机和全铝合金车身等先进技术,是一部走向实用化的燃料电池汽车。

  国内电动汽车研发成果

  “十五”计划期间,中国科技部投入8.8亿元全面启动863电动汽车重大科技专项,制定了“三纵三横”的总体研发布局:以混合动力电动汽车、纯电动汽车、燃料电池汽车为“三纵”,以多能源动力总成控制、驱动电机、动力蓄电池为“三横”,全面构筑电动汽车的技术平台。

  经过多年的探索与努力,我国在新能源汽车电池、电机、电控三大关键技术上相继取得突破,并开始产业化。

  清华大学和天津清源电动车辆有限公司研制纯电动轿车和纯电动客车均已通过国家质检中心的型式认证试验。

  东风汽车(600006)公司与武汉理工大学等筹资创建东风电动车辆股份有限公司,开展混合动力汽车研发, 其开发的EQ6100HEV混合动力客车于2003年11月8日在武汉开始示范运行工作,已累计运行14万多公里,载客15万人次。

  2004年一汽集团和丰田汽车公司签署协议,计划引进其“Prius”混合动力汽车技术,建设“绿色”汽车生产基地。

  建立了电动汽车研发的国家技术标准平台、测试检验平台、政策法规平台和示范应用平台。到目前为止,电动汽车整车产品13项新标准已起草完成、5项标准修订完成、6项关键零部件产品测试规范也已确定。测试电动汽车动力蓄电池、驱动电机、燃料电池发动机等部件的6个公共检测中心和试验平台已分别在北京、天津、上海、大连建立起来。

  经过多年的技术研发、功能性样车试验、示范性应用,我国的电动汽车已经具备了初步产业化条件。

四、 中国电动汽车未来发展展望

  中国正在紧张研讨《电动汽车科技发展“十二五”专项规划(草案)》,规划的总体目标是全面掌握电动汽车核心技术,培育自主研发能力,发挥市场和资源优势,形成有较强竞争力的电动汽车以及关键零部件工业体系。筹划建设电动汽车充电站、加氢站等基础设施,满足电动汽车产业化发展需求,完善电动汽车标准体系,建立有利于电动汽车发展的环境,实现中国由“汽车大国”向“汽车强国”的转变。

  未来5年将是电动汽车从研发阶段向产业化阶段过渡的关键时期,也是中国将电动汽车产业做大做强的关键5年。根据规划的总体思路,“十二五”期间将重点开展7个方面的工作。第一,坚持“三纵三横”研发布局(即、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”)和“产业化研发”模式。第二,加大充电基础设施科技创新力度,加快基础设施建设。第三,加快技术标准研究,完善标准体系建设。第四,深化示范推广,探索商业推动模式。第五,支持组建产业技术创新联盟、承担科技计划任务。第六,完善公共平台,加强人才培养。第七,深化国际技术交流与合作,推动电动汽车国际化发展。

关键字:前景

编辑:鲁迪 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/qcdz/2012/0111/article_4988.html
本网站转载的所有的文章、图片、音频视频文件等资料的版权归版权所有人所有,本站采用的非本站原创文章及图片等内容无法一一联系确认版权者。如果本网所选内容的文章作者及编辑认为其作品不宜公开自由传播,或不应无偿使用,请及时通过电子邮件或电话通知我们,以迅速采取适当措施,避免给双方造成不必要的经济损失。
论坛活动 E手掌握
微信扫一扫加关注
论坛活动 E手掌握
芯片资讯 锐利解读
微信扫一扫加关注
芯片资讯 锐利解读
推荐阅读
全部
前景

小广播

独家专题更多

富士通铁电随机存储器FRAM主题展馆
富士通铁电随机存储器FRAM主题展馆
馆内包含了 纵览FRAM、独立FRAM存储器专区、FRAM内置LSI专区三大部分内容。 
走,跟Molex一起去看《中国电子消费品趋势》!
走,跟Molex一起去看《中国电子消费品趋势》!
 
带你走进LED王国——Microchip LED应用专题
带你走进LED王国——Microchip LED应用专题
 
电子工程世界版权所有 京ICP证060456号 京ICP备10001474号 电信业务审批[2006]字第258号函 京公海网安备110108001534 Copyright © 2005-2016 EEWORLD.com.cn, Inc. All rights reserved