纯电动汽车及动力电池技术发展现状

纯电动汽车及动力电池发展现状调研一、纯电动汽车发展现状所谓纯电动汽车，是指完全由可充电电池作为动力源、以驱动电机及其控制系统驱动行驶的汽车。纯电动汽车（BatteryElectricVehicle，BEV）与混合动力汽车（HybridElectricVehicle，HEV）和燃料电池汽车（FuelCellElectricVehicle，FEV）是目前主要的新能源汽车类型。1.1发展纯电动汽车的必要性（1）促进节能减排。与传统汽车相比，纯电动汽车具有更高的能源利用效率，同时也具有二氧化碳减排的潜力。机动车污染排放是城市空气污染的主要来源之一，2013年春季北京出现多次大面积雾霾天气，机动车尾气是主要原因之一。在上海，中心城区的主要大气污染物可吸入颗粒物、氮氧化物、挥发性有机物分别有66%、90%和26%来自机动车尾气。大力推广纯电动汽车是交通领域实现低碳的最佳方案，纯电动汽车行驶过程中不产生二氧化碳，即使考虑到中国目前电力生产过程中的二氧化碳排放，纯电动汽车仍然具有13%~68%的减排能力。随着我国能源结构和电力生产方式的转变，纯电动汽车必将在未来发挥更大的减排作用。图1.1传统汽车与纯电动汽车综合能量效率比较（单位：%）（2）降低石油对外依存度。汽车保有量的迅速增加为我国能源安全带来严峻挑战。我国汽车保有量与原油对外依存度变化趋势见图1.2。最新数据显示，截止到2012年底，中国汽车保有量已达2.4亿辆，与此相对应的是2012年中国原油对外依存度达到56.4%，创下历史新高。如果不采取措施，“十二五”中将原油依存度控制在61%的计划将很难实现。在此背景下，如何满足未来汽车的能源需求，是关系到我国能源安全的关键问题。电动汽车由于其电力来源多样化，不仅更加适合中国以煤炭为主的资源禀赋，而且能够与中国大力发展可再生能源的战略紧密衔接，对降低石油对外依存度、保障能源安全具有重要意义。图1.2中国汽车保有量与原油对外依存度上升情况（3）平衡电网峰谷负荷。近年来，随着城市用电量的日益增加，全国累计发电装机容量逐年上升。与此同时，城市电网也面临着严重的峰谷差问题，特别是北京、上海等大城市峰谷差率达40%以上。大城市日间用电高峰持续增长，迫使电力企业不断投资新建发电机组，以满足一年中极少出现的用电高峰的需求；夜间的用电低谷则会导致大量谷电的浪费，电力企业的各种调峰填谷技术方案也往往面临着设备损耗大、能源效率低或投资高等问题。建设蓄能电站是实现调峰填谷的有效方法，但较为经济的抽水蓄能电站，其能源效率仅有70%左右，而且对地理位置要求较高；而蓄能效率较高的电池蓄能电站（锂离子电池、钠硫电池等）不仅技术尚未完全成熟，且投资规模巨大。电动汽车在规模化使用后，将可能在未来有效平衡电网峰谷负荷，间接降低社会的碳排放。不过目前该应用的推广还取决于车辆到电网（VehicletoGrid，V2G）技术的进步以及相关政策的支持。图1.3全国发电装机容量发展情况（4）带动经济发展。电动汽车技术将能够带动整个相关产业链发展。电动汽车产业链包括零部件供应、整车制造和基础设施建设三个方面。其中，汽车零部件制造业本身就是机械制造业的重要组成部分，并且中国也是纯电动汽车主要零部件——动力电池和驱动电机的重要生产国。其次，整车制造业是我国国民经济的支柱产业，我国早在2009年即成为世界第一大汽车产销国。再次，为配合电动汽车推广运营，需要新建充电站等一系列配套设施，又可带动基建等相关产业的发展。总之，纯电动汽车产业对国民经济的带动效应是大力发展纯电动汽车的重要推力之一。1.2国外纯电动汽车产业发展现状（1）第一代纯电动汽车阶段。该阶段电力电子技术尚不成熟，并且没有完善的科学理论作指导，可供选择的动力电池也只有铅酸电池一种。截止到1998年底，全世界9个大型汽车厂10款纯电动汽车产品进入小批量生产阶段。如通用汽车开发的纯蓄电池电动汽车EV1最高时速可达128km/h，从静止加速到96km/h只需9s，一次充电可行驶144km，其后通用IMPACT电动车一次充电续驶里程达到190km；还有福特汽车公司和通用电气公司联合开发EXE-Ⅰ、EXE-Ⅱ电动汽车；丰田公司生产的RAV4电动汽车由铅酸电池改为镍氢电池，一次充电可行驶200km，零售价4.2万美元/辆（同型的汽油车零售价为2万美元/辆），其中电池成本占整车成本的40%；日产汽车公司1998年在日本和美国销售的ALTRA电动车采用锂电池，循环寿命长，可反复使用1200次，续驶里程124km；1997年法国雷诺公司推出装备锂电池的标致106电动汽车；大众汽车公司在第18届国际电动汽车展会上推出的电动汽车能量来自300kg的充电电池，在12s内可从0加速到100km/h，最高车速140km/h。表1.1第一代10款纯电动汽车基本情况年份生产厂商车型1994日本大发电动微面Hi-Jet1995法国标致雪铁龙P106.SAXO轿车及客货车1996美国通用EV-1轿车1996日本丰田RAV4EV轿车1996日本丰田Plus轿车1996法国雷诺Ctio轿车1997美国福特Ramger皮卡1997美国克莱斯勒Epic轿车1997美国通用S-10皮卡（2）第二代纯电动汽车阶段。该阶段参与研发活动的企业不仅有Heuliez、三菱、富士重工、通用这样的汽车企业，也有属于电力系统的法国电力公司、东京电力公司，以及东芝、日立、东洋电机、三洋电机、旭化成、NEC等机电跨国公司。2001年，法国电力公司和博洛尔集团（GroupBOLLORE）成立了一个联合子公司BatScap，开发了采用高性能聚合金属锂蓄电池（LMP）的电动蓝色轿车（Bluecar），最大行程200多公里，最高时速125公里/时，。达索飞机制造公司与生产汽车车体的Heuliez公司合作生产四座电动汽车，装备下一代的锂聚合物蓄电池和一台扩大汽车自主性的辅助动力机，最高时速可达30公里，自主行驶里程可以达到300公里。2005年5月，日本三菱公司推出了属于世界首创的交流电动轮轿车——Colt牌5人座的低中级电动轮轿车。其重要特征是采用了具有高能量密度，可急速充电，能在车辆使用的各种环境下使用，空车重量只有1.15吨，装有两台最高转速为1500转/分，功率为20千瓦，最大扭矩为600Nm的永磁式三相交流同步伺服电动机。Colt动力电池为锂离子蓄电池组，由22个锂离子蓄电池模块并联组成。每次充电可行驶150公里，最高时速150公里每小时。2005年8月，富士重工将下一代乘用车目标定位为纯电动轿车。它将层状单体锰锂蓄电池组应用到R1e牌微型纯电动汽车上，最高车速为120公里每小时，一次充电的续行里程为120公里，将来拟达到的目标是200公里。美国通用公司2009年推出的Volt插电式电动汽车，纯电动模式下可以行使64km。表1.2第二代几款代表性纯电动汽车产品基本情况年份生产厂商车型2001法国BatScapBluecar2005日本三菱Colt2005日本富士R1e2008德国BMWMiniEV2009美国通用Volt2009日本三菱I-MiEV2010日本NissanLeaf为了应对纯电动汽车产业的飞速发展，保持各自领域的领先地位，美国、西欧以及日本整车厂和电池供应商都进行了大量的基础技术研发和量产准备。美国方面，1991年，美国通用汽车公司、福特汽车公司和克莱斯勒汽车公司共同协议，成立了“先进电池联合体”(USABC)，共同研究开发新一代电动汽车所需要的高能电池。1991年10月USABC与美国能源部签订协议，在1991—1995年4年间投资2．26亿美元来资助电动汽车用高能电池的研究。1991年10月美国电力研究院(ERPl)也参加了先进电池联合体来参与高能电池与电动汽车的开发。以此同时，美国还制定了“PNGV”计划、“FreedomCAR”计划等一系列推动纯电动汽车发展的计划，以三大汽车公司为主导，利用大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，还充分利用汽车、机电、电子、控制和材料等行业的优势，分工开发电动汽车的各种总成和技术单元，也使电动汽车得以迅速发展和不断改进提高。欧洲方面，2007年5月，欧盟、以色列与约旦三方合作建立电力驱动车计划。意大利宾尼法瑞那汽车设计公司（Pininfarina）计划与法国电池生产商博洛尔（Bolloré）公司投资1500万欧元生产纯电动汽车，配装博洛尔公司研制的新型动力电池，采用锂金属聚合物技术，预计年产量1.5万辆。2008年2月，博洛尔又与法国长途客车制造商Gruau集团投资2000万欧元生产纯电动汽车，预期在2009年下半年上市。丹麦董氏能源公司与美国PBP（ProjectBetterPlace）公司签订协议，联合研制电动汽车供应丹麦市场，并计划共同在丹麦修建电动汽车充电站及电池更换站。挪威ThinkGlobal公司计划在挪威和丹麦销售小型电动汽车，预计2009年实现年产量7000～10000辆。雷诺-日产汽车公司也预计从2011年中期开始，在丹麦市场销售全电动梅甘娜和甘果，使用日产和NEC联合开发的锂离子电池供电。日本方面，2007年4月日产和NEC合资组建“汽车能源供应公司”，生产环保型汽车专用的锂离子电池。2007年12月，GS汤浅（GSYuasaCorporation）、三菱商事和三菱汽车成立LithiumEnergyJapan，主要从事开发、制造和销售面向汽车（电动汽车和插入式混合动力车等）以及其他产业的大型锂电池，初资金额为5亿日元，于2008年4月增资达到40亿日元。三菱于2009年在日本推出i-MiEV小型电动汽车，之后投放欧洲市场。日本三洋电机公司从2006年初开始与德国大众集团携手开发新一代镍氢电池系统的，2008年5月宣布加强对车用锂电池研发及生产领域的投资，并从2009年开始批量生产,计划到2015年使新型车用锂电池产能达到每月1000万块，满足170万至180万辆新能源汽车的需求。1.3国内纯电动汽车发展现状中国政府非常重视新能源汽车的发展，推出很多鼓励政策和补贴文件。2010年6月1日，财政部、科技部、工业和信息化部、国家发展改革委联合发布了《关于开展私人购买新能源汽车补贴试点的通知》，《通知》中指出：“补贴资金拨付给汽车生产企业，按其扣除补贴后的价格将新能源汽车销售给私人用户或租赁企业。”补助标准根据动力电池组能量确定，对满足支持条件的新能源汽车，按3000元/kwh给予补助，纯电动乘用车最高补助6万元/辆。此外，我国很多城市也出台了相关电动汽车地方发展政策和规划。目前，为了顺应动力电池技术的发展趋势，国家优先发展纯电动小型乘用车和大中型公共客车。2010年11月举行的第25界世界电动车大会暨展览会上，一汽、北汽、上汽、长安、奇瑞等国内汽车生产企业都展出了本企业研制的纯电动车。一汽展出奔腾B50EV，该车采用一汽技术中心自主研发的纯电动乘用车动力平台，由电机、电池、减速器、整车控制器、电动附件和专用显示仪表等组成。该车具有启动电爬行、纯电动、再生制动、电子驻车制动、家用充电和快速充电等功能。奔腾B50EV采用永磁同步电机，装配60Ah的锂离子电池，最高车速可达147km/h，在60km/h等速工况下续驶里程为136km，百公里耗电量为16kwh。北汽集团新能源汽车有限公司展出了自主研发的301EV插电式纯电动车，采用一款47kw的交流感应电机，峰值扭矩82Nm，装配100Ah的锂离子聚合物电池。0—100km/h的加速时间为11.5秒，相当于一款A0级小排量车的加速水平。301EV的最高车速可达到160km/h，续驶里程为200km以上，最大爬坡度为30度。上汽展出了上汽集团自主开发的A级荣威350纯电动轿车。该车驱动型式为前驱，电机峰值功率为75kw，峰值扭矩为190Nm，最高车速为150km/h，在60km/h的匀速工况下续驶里程为200km。该车0—50km/h加速时间为6秒，0—100km/h加速时间为17秒。长安集团展出了奔奔MINI纯电动汽车，该车是在长安自主研发的