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2018電動(dòng)汽車發(fā)展前景
電動(dòng)汽車電池的不斷發(fā)展符合資源節(jié)約型和環(huán)境友好型社會(huì)的建設(shè),電動(dòng)汽車電池的發(fā)展程度直接決定電力工業(yè)和汽車行業(yè)能否快速有效的結(jié)合。下面由百分網(wǎng)小編為你整理的2018電動(dòng)汽車發(fā)展前景，希望大家希望!
中國電動(dòng)汽車發(fā)展現(xiàn)狀與前景
在當(dāng)前全球汽車工業(yè)面臨金融危機(jī)和能源環(huán)境問題的巨大挑戰(zhàn)的情況下，發(fā)展電動(dòng)汽車，實(shí)現(xiàn)汽車能源動(dòng)力系統(tǒng)的電氣化，推動(dòng)傳統(tǒng)汽車產(chǎn)業(yè)的戰(zhàn)略轉(zhuǎn)型，在國際上已經(jīng)形成了廣泛共識(shí)。目前，我國已出臺(tái)許多政策，扶持和引導(dǎo)電動(dòng)汽車行業(yè)的快速發(fā)展，政府意欲加速提高國內(nèi)電動(dòng)車產(chǎn)業(yè)的競爭力，縮短成熟期，實(shí)現(xiàn)對(duì)國外汽車工業(yè)的“彎道超車”。電動(dòng)汽車的發(fā)展步入關(guān)鍵時(shí)期，機(jī)遇與挑戰(zhàn)并存。
一、電動(dòng)汽車的定義和特點(diǎn)
新能源汽車包括混合動(dòng)力汽車、純電動(dòng)汽車(BEV，包括太陽能汽車)、燃料電池電動(dòng)汽車、氫發(fā)動(dòng)機(jī)汽車、其他新能源(如高效儲(chǔ)能器、二甲醚)汽車等各類別產(chǎn)品。 電動(dòng)汽車是指以車載電源為動(dòng)力，用電機(jī)驅(qū)動(dòng)車輪行駛。所以混合動(dòng)力汽車、純電動(dòng)汽車、燃料電池電動(dòng)汽車都被歸為電動(dòng)汽車。
電動(dòng)汽車之所以成為本世紀(jì)技術(shù)開發(fā)的寵兒，首先是因?yàn)殡妱?dòng)汽車直接采用電機(jī)驅(qū)動(dòng)，本身不排放污染大氣的有害氣體，即使按所耗電量換算為發(fā)電廠的排放，除硫和微粒外，其它污染物也顯著減少。發(fā)電廠大多建于遠(yuǎn)離人口密集的城市，對(duì)人類傷害較少，而且發(fā)電廠的場所固定，有害排放物集中排放、清除較容易。由于電力可以從多種一次能源中獲得，如煤、核能、水力、風(fēng)力、光、熱等，可以很好地解除人們對(duì)石油資源日見枯竭的擔(dān)心。其次，電動(dòng)汽車能夠充分利用晚間用電低谷時(shí)富余的電力充電，使發(fā)電設(shè)備得到充分利用，大大地提高了經(jīng)濟(jì)效益。有關(guān)研究表明，同樣的原油經(jīng)過粗煉，送至電廠發(fā)電、充入電池、由電池驅(qū)動(dòng)汽車，其能量利用效率比經(jīng)過精煉變?yōu)槠�，再�?jīng)汽油機(jī)驅(qū)動(dòng)汽車高，因此有利于節(jié)約能源和減少二氧化碳的排量。
二、電動(dòng)汽車主要技術(shù)
1. 電機(jī)及控制系統(tǒng)
純電動(dòng)汽車以電動(dòng)機(jī)代替燃油機(jī)，由電機(jī)驅(qū)動(dòng)而無需自動(dòng)變速箱。相對(duì)于自動(dòng)變速箱，電機(jī)結(jié)構(gòu)簡單、技術(shù)成熟、運(yùn)行可靠。
傳統(tǒng)的內(nèi)燃機(jī)能把高效產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩時(shí)的轉(zhuǎn)速限制在一個(gè)窄的范圍內(nèi)，這是為何傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)汽車需要龐大而復(fù)雜的變速機(jī)構(gòu)的原因;而電動(dòng)機(jī)可以在相當(dāng)寬廣的速度范圍內(nèi)高效產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，在純電動(dòng)車行駛過程中不需要換擋變速裝置，操縱方便容易，噪音低。
與混合動(dòng)力汽車相比，純電動(dòng)車使用單一電能源，電控系統(tǒng)大大減少了汽車內(nèi)部機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)更簡化，也降低了機(jī)械部件摩擦導(dǎo)致的能量損耗及噪音，節(jié)省了汽車內(nèi)部空間、重量。
電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)是新能源汽車車輛行駛中的主要執(zhí)行結(jié)構(gòu)，驅(qū)動(dòng)電機(jī)及其控制系統(tǒng)是新能源汽車的核心部件(電池、電機(jī)、電控)之一，其驅(qū)動(dòng)特性決定了汽車行駛的主要性能指標(biāo)，它是電動(dòng)汽車的重要部件。電動(dòng)汽車中的燃料電池汽車FCV、混合動(dòng)力汽車HEV 和純電動(dòng)汽車EV 三大類都要用電動(dòng)機(jī)來驅(qū)動(dòng)車輪行駛，選擇合適的電動(dòng)機(jī)是提高各類電動(dòng)汽車性價(jià)比的重要因素，因此研發(fā)或完善能同時(shí)滿足車輛行駛過程中的各項(xiàng)性能要求，并具有堅(jiān)固耐用、造價(jià)低、效能高等特點(diǎn)的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)方式顯得極其重要。
電動(dòng)汽車的驅(qū)動(dòng)電機(jī)目前有直流有刷、無刷、有永磁、電磁之分，再有交流步進(jìn)電機(jī)等，它們的選用也與整車配置、用途、檔次有關(guān)。另外驅(qū)動(dòng)電機(jī)之調(diào)速控制也分有級(jí)調(diào)速和無級(jí)調(diào)速，有采用電子調(diào)速控制器和不用調(diào)速控制器之分。電動(dòng)機(jī)有輪轂電機(jī)、內(nèi)轉(zhuǎn)子電機(jī)、有單電機(jī)驅(qū)動(dòng)、多電機(jī)驅(qū)動(dòng)和組合電機(jī)驅(qū)動(dòng)等。
2. 純電動(dòng)車的動(dòng)力電池
動(dòng)力電池是電動(dòng)汽車的關(guān)鍵技術(shù)，決定了它的續(xù)行里程和成本。
1)純電動(dòng)車所需的動(dòng)力電池
用于電動(dòng)車的動(dòng)力電池應(yīng)有的功能指標(biāo)和經(jīng)濟(jì)指標(biāo)包括：(1)安全性;(2)比能量;(3)比功率;(4)壽命;(5)循環(huán)價(jià)格;(6)能量轉(zhuǎn)換效率。這些因素直接決定了電動(dòng)車的合用性、經(jīng)濟(jì)性。
2)超級(jí)電容器
超級(jí)電容器的優(yōu)勢是質(zhì)量比功率高、循環(huán)壽命長，弱點(diǎn)是質(zhì)量比能量低、購置價(jià)格貴，但是循環(huán)壽命長達(dá)50萬～100萬次，故單次循環(huán)價(jià)格不高，與鉛酸電池、能量型鋰離子電池并聯(lián)可以組成性能優(yōu)良的動(dòng)力電源系統(tǒng)。
3)鉛酸電池
鉛酸電池生產(chǎn)技術(shù)成熟，安全性好，價(jià)格低廉，廢電池易回收再生。近些年來，通過新技術(shù)，其比能量低、循環(huán)壽命短、充電時(shí)發(fā)生酸霧、生產(chǎn)中可能有鉛污染環(huán)境等缺點(diǎn)在不斷克服中，各項(xiàng)指標(biāo)有很大提高，不僅可更好地用作電動(dòng)自行車和電動(dòng)摩托車的電源，而且在電動(dòng)汽車上也能發(fā)揮很好的作用。
4)以磷酸鐵鋰為正極的鋰離子電池
負(fù)極為碳、正極為磷酸鐵鋰的鋰電池綜合性能好：安全性較高，不用昂貴的原料，不含有害元素，循環(huán)壽命長達(dá)2000次，并已克服了電導(dǎo)率低的缺點(diǎn)。能量型電池的質(zhì)量比能量可達(dá)120Wh/kg，與超級(jí)電容器并聯(lián)使用，可以組成性能全面的動(dòng)力電源。功率型的質(zhì)量比能量也有70～80Wh/kg，可以單獨(dú)使用而不必并聯(lián)超級(jí)電容器。
5)以鈦酸鋰為負(fù)極的鋰離子電池
鈦酸鋰在充電-放電中體積變化極小，保證了電機(jī)機(jī)構(gòu)穩(wěn)定和電池的長壽命;鈦酸鋰電極點(diǎn)位較高(相對(duì)于Li /Li電極為1.5V)，在電池充電時(shí)可以不生成鋰晶枝，保證了電池的高安全性。但也因鈦酸鋰電極電位較高，即使與電極電位較高的'錳酸鋰正極配對(duì)，電池的電壓也僅約2.2V，所以電池的比能量只有約50～60Wh/kg。即使如此，這種電池高安全性，長壽命的突出優(yōu)點(diǎn)，也是其他電池?zé)o可比擬的。
三、 國內(nèi)外電動(dòng)汽車發(fā)展現(xiàn)狀
目前，發(fā)展電動(dòng)汽車，實(shí)現(xiàn)汽車能源動(dòng)力系統(tǒng)的電氣化，推動(dòng)傳統(tǒng)汽車產(chǎn)業(yè)的戰(zhàn)略轉(zhuǎn)型，在國際上已經(jīng)形成了潮流。根據(jù)各大汽車公司發(fā)布的產(chǎn)品上市計(jì)劃，預(yù)計(jì)2012年前后將迎來國際電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的一次高潮。電動(dòng)汽車一旦取得市場突破，必將對(duì)國際汽車產(chǎn)業(yè)格局產(chǎn)生巨大而深遠(yuǎn)的影響。因此，順應(yīng)國際汽車工業(yè)發(fā)展潮流，把握交通能源動(dòng)力系統(tǒng)轉(zhuǎn)型的戰(zhàn)略機(jī)遇，堅(jiān)持自主創(chuàng)新，動(dòng)員各方面的力量，加快推動(dòng)電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展，對(duì)搶占未來汽車產(chǎn)業(yè)競爭制高點(diǎn)、實(shí)現(xiàn)我國汽車工業(yè)由大變強(qiáng)和自主發(fā)展至關(guān)重要，也十分緊迫。
一是各國政府相繼發(fā)布電動(dòng)汽車發(fā)展戰(zhàn)略和國家計(jì)劃，進(jìn)一步為產(chǎn)業(yè)發(fā)展指明了方向。
美國奧巴馬政府實(shí)施綠色新政，把電動(dòng)汽車作為國家戰(zhàn)略的重要組成，計(jì)劃到2015年普及100萬輛插電式混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(PHEV)。日本把發(fā)展電動(dòng)汽車作為“低碳革命”的核心內(nèi)容，并計(jì)劃到2020年普及包括電動(dòng)汽車在內(nèi)的“下一代汽車”達(dá)到1350萬輛，為完成這一目標(biāo)，日本到2020年計(jì)劃開發(fā)出至少17款純電動(dòng)汽車、38款混合動(dòng)力車。德國政府在2008年11月提出未來10年普及100萬輛純電動(dòng)汽車和插電式混合動(dòng)力汽車，并宣稱該計(jì)劃的實(shí)施，標(biāo)志德國將進(jìn)入電動(dòng)汽車時(shí)代。國家戰(zhàn)略的發(fā)布實(shí)施，對(duì)產(chǎn)業(yè)發(fā)展有著十分重要的導(dǎo)向作用，必將進(jìn)一步加快國際電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展的進(jìn)程。
二是動(dòng)力電池得到高度重視，研發(fā)投入急劇增加，電動(dòng)汽車技術(shù)瓶頸突破的預(yù)期大大增強(qiáng)。
美國總統(tǒng)奧巴馬2009年8月宣布安排24億美元支持PHEV的研發(fā)與產(chǎn)業(yè)化，其中20億美元用來支持先進(jìn)動(dòng)力電池的研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化。日本政府提出“誰控制了電池，誰就控制了電動(dòng)汽車”，并組織實(shí)施國家專項(xiàng)計(jì)劃，在2011年以前將投入400多億日元用于先進(jìn)動(dòng)力電池技術(shù)研究，2010年左右新型鋰電池將規(guī)模應(yīng)用于下一代電動(dòng)汽車。德國從今年起啟動(dòng)了一項(xiàng)4.2億歐元的車用鋰電池開發(fā)計(jì)劃，幾乎所有德國汽車和能源巨頭均攜資加入。
三是各國政府加大政策支持力度，全力推進(jìn)電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)化。
一方面，政府加大對(duì)消費(fèi)者的政策激勵(lì)，加快電動(dòng)汽車的市場培育。美國對(duì)PHEV實(shí)施稅收優(yōu)惠，減稅額度在2500美元和15000美元之間。日本從2009年4月1日起實(shí)施新的“綠色稅制”，對(duì)包括純電動(dòng)汽車、混合動(dòng)力車等低排放且燃油消耗量低的車輛給予稅賦優(yōu)惠，一年的減稅規(guī)模約為2100億日元，是現(xiàn)行優(yōu)惠辦法減稅額的10倍。英國從2009年4月1日起執(zhí)行新汽車消費(fèi)稅，對(duì)純電動(dòng)汽車免繳消費(fèi)稅。法國對(duì)購買低排放(二氧化碳)汽車的消費(fèi)者給予最高5000歐元的獎(jiǎng)勵(lì)，對(duì)高排放汽車進(jìn)行最高2600歐元的懲罰。另一方面，政府通過加大信貸支持等措施，鼓勵(lì)整車企業(yè)加快電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)化。美國政府對(duì)電動(dòng)汽車生產(chǎn)予以貸款資助。2009年6月23日，福特、日產(chǎn)北美公司和Tesla汽車公司獲得80億美元的貸款，主要用于混合動(dòng)力和純電動(dòng)汽車的生產(chǎn)。歐盟在2009年上半年發(fā)放70億歐元貸款，支持汽車制造商發(fā)展電動(dòng)汽車;此外，美國新的汽車燃油經(jīng)濟(jì)性法規(guī)和歐盟新車平均二氧化碳排放法規(guī)，對(duì)汽車的技術(shù)要求大幅提高，如果不發(fā)展電動(dòng)汽車技術(shù)，汽車制造商將很難達(dá)到新法規(guī)的要求。
四是純電動(dòng)汽車得益于高性能鋰離子電池的發(fā)展應(yīng)用，受到各國政府和各大汽車公司的重新重視，產(chǎn)業(yè)化步伐不斷加快。
日產(chǎn)汽車公司宣布2010年在美國和日本銷售純電動(dòng)汽車，計(jì)劃于2012～2013年實(shí)現(xiàn)大規(guī)模上市，其量產(chǎn)車型“樹葉”已經(jīng)正式發(fā)布。三菱、雷諾、豐田、寶馬等汽車公司也開發(fā)出小型純電動(dòng)轎車，并計(jì)劃在2012年前后批量上市。美國、日本、法國、德國、以色列等國政府都制定了純電動(dòng)汽車推廣計(jì)劃，電動(dòng)汽車充電系統(tǒng)建設(shè)項(xiàng)目也陸續(xù)啟動(dòng)。
隨著汽車造成的環(huán)境污染和石油危機(jī)日益嚴(yán)重，20世紀(jì)90年代以來，電動(dòng)汽車研究開始受到重視。經(jīng)過近20年的研究，已經(jīng)在電動(dòng)汽車關(guān)鍵技術(shù)、系統(tǒng)集成、試驗(yàn)應(yīng)用上實(shí)現(xiàn)了全面突破，目前世界上主要國家爭相開展產(chǎn)業(yè)化工作。
電動(dòng)汽車的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢
一、電動(dòng)汽車的現(xiàn)狀
現(xiàn)代電動(dòng)汽車一般可分為三類：純電動(dòng)汽車(BEV)、混合動(dòng)力汽車(HEV)、燃料電池電動(dòng)汽車(FCEV)。但是近幾年在傳統(tǒng)混合動(dòng)力汽車的基礎(chǔ)上，又派生出一種插電式(Plug-In)混合動(dòng)力汽車，簡稱PHEV。本文將電動(dòng)汽車技術(shù)研發(fā)的若干問題和趨勢，作簡要的介紹和評(píng)述。
1、純電動(dòng)汽車(BEV)
純電動(dòng)汽車是指完全由動(dòng)力蓄電池提供電力驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)汽車，雖然它已有134年的悠久歷史，但一直僅限于某些特定范圍內(nèi)應(yīng)用，市場較小。主要原因是由于各種類別的蓄電池，普遍存在價(jià)格高、壽命短、外形尺寸和重量大、充電時(shí)間長等嚴(yán)重缺點(diǎn)。目前采用的鉛酸電池、鎳氫電池和鋰離子電池，它們已達(dá)到的實(shí)際性能指標(biāo)和市場平均價(jià)格，如表1所示。根據(jù)實(shí)際裝車時(shí)的循環(huán)壽命和市場價(jià)格，可估算出電動(dòng)汽車從各種動(dòng)力電池上每取出1kWh電能所必須付出的費(fèi)用。計(jì)算時(shí)，假設(shè)電池最高可充電荷電狀態(tài)(SOC)為0.9，放電SOC為0.2，即實(shí)際可用的電池容量僅占總?cè)萘康?0%;由電網(wǎng)供電價(jià)為0.5元/kWh，電池的平均充放電效率為0.75。
從表1的粗略計(jì)算中可知，雖然從電網(wǎng)取電僅需0.5元/kWh，但充入電池，再從電池取出，鉛酸電池每提供1kWh電能，價(jià)格為3.05元左右，其中2.38元為電池折舊費(fèi)，0.67元為電網(wǎng)供電費(fèi)，而從鎳氫電池中每提供1kWh電能，費(fèi)用為9.6元，鋰離子電池為10.2元，即后二種先進(jìn)電池供電成本是鉛酸電池的三倍多。
目前國內(nèi)市場上用柴油機(jī)發(fā)電，價(jià)格大致為3元/kWh，若用汽油機(jī)發(fā)電，供電價(jià)格估計(jì)為4元/kWh，即從鉛酸電機(jī)提供電能的價(jià)格大致和柴油機(jī)發(fā)電價(jià)格相等，僅僅從取得能量的成本來考慮，采用鉛酸電池比汽油機(jī)驅(qū)動(dòng)有一定價(jià)格優(yōu)勢，但是由于它太過笨重，充電時(shí)間又長，因此只被廣泛用于車速小于50km/h的各種場地車、高爾夫球車、垃圾車、叉車以及電動(dòng)自行車上。實(shí)踐證實(shí)鉛酸電池在這一低端產(chǎn)品市場上有較強(qiáng)的競爭力和實(shí)用性。
鎳氫電池的主要優(yōu)點(diǎn)是相對(duì)壽命較長，但是由于鎳金屬占其成本的60%，導(dǎo)致鎳氫電池價(jià)格居高不下。鋰離子電池技術(shù)發(fā)展很快，近10年來，其比能量由100Wh/kg增加到180Wh/kg，比功率可達(dá)2000W/kg，循環(huán)壽命達(dá)1000次以上，工作溫度范圍達(dá)-40～55℃。美國USABC在2002年制定的鋰離子電池技術(shù)發(fā)展目標(biāo)如表2所示。
近年由于磷酸鐵鋰離子電池的研發(fā)有重大突破，又大大提高了電池的安全性。目前已有許多發(fā)達(dá)國家將鋰離子電池作為電動(dòng)汽車用動(dòng)力電池的主攻方向。我國擁有鋰資源優(yōu)勢，鋰電池產(chǎn)量到2004年已占全球市場的37.1%，預(yù)計(jì)到2015年以后，鋰離子電池的性/價(jià)比有望達(dá)到可以和鉛酸電池競爭的水平，而成為未來電動(dòng)汽車的主要?jiǎng)恿﹄姵亍?/p>
圖1示出了國內(nèi)外各種純電動(dòng)車輛數(shù)量/性能和價(jià)格/性能曲線，以電動(dòng)自行車為代表的低性能車輛，由于其成本低廉，僅我國在2006年已達(dá)到年產(chǎn)2000萬輛，美國通用汽車公司生產(chǎn)的沖擊1號(hào)電動(dòng)跑車，雖然已達(dá)到了很高的動(dòng)力性，但是由于售價(jià)高昂，僅生產(chǎn)了區(qū)區(qū)50輛，由于沒有市場而不得不停產(chǎn)。性能較低的場地車，在我國年產(chǎn)達(dá)7000～8000輛左右;天津清源電動(dòng)車公司生產(chǎn)的微型電動(dòng)車，最高車速僅50km/h，年產(chǎn)也可以達(dá)千輛以上，這可能是目前市場所能接受的純電動(dòng)車輛性能的上限。上述所有電動(dòng)車輛均采用鉛酸電池為動(dòng)力。隨著高性能鋰離子電池的性/價(jià)比不斷提升，未來5～10年內(nèi)，市場上可能會(huì)出現(xiàn)最高車速≥100km/h，續(xù)駛里程≥250km的高性能純電動(dòng)汽車。
2、混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(HEV)
由于完全由動(dòng)力蓄電池驅(qū)動(dòng)的純電動(dòng)汽車，其性能/價(jià)格比長期以來都遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于傳統(tǒng)的內(nèi)燃機(jī)汽車，難于與傳統(tǒng)汽車相競爭，上個(gè)世紀(jì)90年代以來各大汽車公司都著手開發(fā)混合動(dòng)力汽車。日本豐田公司在1997年率先向市場推出“先驅(qū)者”(Prius)混合動(dòng)力汽車，并在日本、美國和歐洲各國市場上均獲得較大成功，累計(jì)產(chǎn)銷量已超過60萬輛。隨后日本本田、美國福特、通用和歐洲一些大公司，也紛紛向市場推出各種類型的混合動(dòng)力汽車。
2.1 研制全混合電動(dòng)汽車的必要性
混合動(dòng)力電動(dòng)汽車是指具備兩個(gè)以上動(dòng)力源、而其中有一個(gè)可以釋放電能的汽車。混合動(dòng)力汽車按混合方式不同，可分為串聯(lián)式、并聯(lián)式和混聯(lián)式三種;按混合度(電機(jī)功率與內(nèi)燃機(jī)功率之比)的不同，又可分為微混合、輕度混合和全混合三種。其中外掛式皮帶驅(qū)動(dòng)起動(dòng)/發(fā)電(BSG)式是微混合動(dòng)力汽車的典型結(jié)構(gòu)，其電機(jī)功率一般僅2～3kW，依賴發(fā)動(dòng)機(jī)的停車斷油功能，可節(jié)燃油5～7%;在發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸后端加裝一個(gè)電動(dòng)/發(fā)電型盤式電機(jī)(ISG)是輕度混合動(dòng)力汽車的典型結(jié)構(gòu);具有純電力驅(qū)動(dòng)功能的可作為全混合或混聯(lián)式混合動(dòng)力汽車的典型。豐田公司的Prius轎車即屬于這類全混合汽車。目前我國若干汽車企業(yè)研制的混合動(dòng)力汽車，大多采用ISG輕度混合或BSG微混合方案，主要是考慮這二種方案的技術(shù)難度較小，生產(chǎn)成本也較低。但是根據(jù)研究表明，混合動(dòng)力汽車的節(jié)油率幾乎與汽車功率的混合度和汽車的生產(chǎn)成正比上升(如圖2)。因此，從長遠(yuǎn)來看，研制全混合電動(dòng)汽車是一種必然趨勢。
2.2 研發(fā)及市場情況
下面分別介紹混合動(dòng)力乘用車和混合動(dòng)力公交車的研發(fā)及市場情況。
以節(jié)油率最佳的豐田Prius汽車為例，在我國實(shí)測它與豐田花冠(Corrolla)油耗在不同工況下的對(duì)比數(shù)據(jù)如表3所示。各種工況下的平均節(jié)油率為39.6%，平均百公里可節(jié)油3.07L。
以97號(hào)汽油價(jià)格為5元/L計(jì)算，每百公里可節(jié)省油費(fèi)15.35元，行駛20萬km也僅省油費(fèi)3.07萬元，顯然還不足以抵消購置混合動(dòng)力汽車所增加的費(fèi)用。據(jù)中國汽車工業(yè)協(xié)會(huì)統(tǒng)計(jì)，2006年一汽豐田普銳斯(Prius)銷量僅為2152輛，占全國乘用車總銷量的0.04%�？紤]到我國用戶對(duì)汽車售價(jià)的敏感性，這一銷售業(yè)績并不令人驚奇，可以認(rèn)為在近期，如果沒有政府的大力支持，混合動(dòng)力乘用車在我國不會(huì)有很大的市場。
2.3 城市公交車的使用特點(diǎn)
在我國，城市公交車與私人乘用車的情況有很大的不同，具體歸納為以下三點(diǎn):
(1)據(jù)統(tǒng)計(jì)我國城鎮(zhèn)居民日常出門有70%是首選乘坐公交車，我國大部分城市政府都奉行公交車優(yōu)先的交通政策，我國公交車的年產(chǎn)量和保有量都居世界第一;
(2)我國城市公交車大多由市政府補(bǔ)助公交企業(yè)采購，公交車是否符合節(jié)油減排要求，將是政府需要考慮的一個(gè)重要采購原則;
(3)從技術(shù)角度來分析，在城市工況下，公交車頻繁起步、加速、制動(dòng)和停車，要額外消耗許多燃油。表4列出了在國外四種典型城市工況下，汽車制動(dòng)消耗能量(油耗)所占比例，其算數(shù)平均值達(dá)47.1%。即有近一半的燃油是被汽車頻繁制動(dòng)所消耗的，這就為混合動(dòng)力公交車的節(jié)油減排留下了相當(dāng)大的空間。
正是考慮到以上幾個(gè)特點(diǎn)，我國至少有7～8家汽車企業(yè)將研發(fā)、生產(chǎn)混合動(dòng)力公交車作為研發(fā)工作的重點(diǎn)。經(jīng)過近幾年的開發(fā)，雖然已取得了一系列重大成果，但公交車的節(jié)油率并未達(dá)到預(yù)計(jì)的要求，一輛總重15.5t，長11m的混合動(dòng)力公交車，實(shí)際油耗大多為33～35L，平均34L/100km，若傳統(tǒng)11m公交車的平均油耗為40L/100km，則節(jié)油率僅15%。
2.4節(jié)油率難以進(jìn)一步提高的原因
分析節(jié)油率難以進(jìn)一步提高的原因主要有二個(gè)：
(1)汽車的制動(dòng)過程十分短暫，一半不超過10s，在短短的幾秒內(nèi)，電機(jī)要求發(fā)出很大的電流，才能有效回收制動(dòng)能量，但是電池的充電倍率只有放電倍率的一半，因此電池不能接受大電流充電。理論上汽車有50～60%的制動(dòng)能量可回收，實(shí)際回收的制動(dòng)能量<20%，最簡單的改進(jìn)辦法是加大動(dòng)力電池容量，例如至少加大容量一倍，回收的制動(dòng)能量可由20%增加到40%。但這將大大增加整車成本和汽車自重，經(jīng)濟(jì)上可能是得不償失。< div="">
(2)混合動(dòng)力公交車若采用停車斷油，甚至滑行時(shí)即斷油，可節(jié)油10%左右(4L/100km)，實(shí)際上國產(chǎn)柴油機(jī)沒有專門為混合動(dòng)力汽車設(shè)計(jì)，一般不允許頻繁的停車斷油，否則供油系和廢氣增壓器都可能損壞，嚴(yán)重影響柴油機(jī)壽命。其次，停車斷油就必須裝有電動(dòng)轉(zhuǎn)向油泵、電動(dòng)空壓機(jī)和電動(dòng)空調(diào)系統(tǒng)，這又會(huì)大大增加整車成本和重量，二相權(quán)衡，不一定合算，所以近期大多未實(shí)現(xiàn)停車斷油功能。因此，目前HEV的開發(fā)重點(diǎn)集中在節(jié)油降耗的工作上，針對(duì)以上問題，科研工作者提出了不同的解決方案，如利用超級(jí)電容器的功率密度達(dá)鉛酸電池的10倍，具有快速吸收大電流充電的優(yōu)異特性，在混合動(dòng)力汽車制動(dòng)時(shí)可以快速吸收能量，大大提高制動(dòng)能量的回收率，此外它還具有循環(huán)壽命長、充放電效率高、耐低溫特好以及免維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)。這種方案由于受到超級(jí)電容價(jià)格昂貴的影響，限制了它在混合動(dòng)力汽車上的廣泛應(yīng)用。在進(jìn)一步降低成本，提高能量密度后，超級(jí)電容器最有可能首先在混合動(dòng)力公交車上得到應(yīng)用。
3、插電式混合動(dòng)力汽車
插電式混合動(dòng)力汽車是最新的一代混合動(dòng)力汽車類型，近年來受到各國政府、汽車企業(yè)和研究機(jī)構(gòu)的普遍關(guān)注，國內(nèi)外專家認(rèn)為，PHEV有望在幾年后得到廣泛的推廣使用。
據(jù)統(tǒng)計(jì)，法國城鎮(zhèn)居民80%以上日均駕車?yán)锍躺儆?0km，在美國，汽車駕駛者也有60%以上日均行駛里程少于50km，80%以上日均行駛里程少于90km。PHEV特別適合于一周有5天僅駕車用于上下班，行駛里程50～90km之間的工薪族使用。PHEV是在混合動(dòng)力汽車上增加了純電動(dòng)行駛工況，并且加大了動(dòng)力電池容量，使PHEV采用純電動(dòng)工況可行駛50～90km，超過這一里程，即必須起動(dòng)內(nèi)燃機(jī)，采用混合驅(qū)動(dòng)模式。所以PHEV的電池容量一般達(dá)5～10kW·h，約是純電動(dòng)汽車電池容量的30～50%，是一般混合動(dòng)力汽車電池容量的3～5倍，可以說它是介于混合動(dòng)力汽車與純電動(dòng)汽車之間的一種過渡性產(chǎn)品。與傳統(tǒng)的內(nèi)燃機(jī)汽車和一般混合動(dòng)力汽車(HEV)對(duì)比(見表5)，PHEV由于更多的依賴動(dòng)力電池驅(qū)動(dòng)汽車，因此它的燃油經(jīng)濟(jì)性進(jìn)一步提高，二氧化碳和氮氧化物排放更少。由于動(dòng)力電池容量的加大，每輛車的售價(jià)至少比一般HEV高2000美元。
圖3示出了四種不同類型乘用車，它們的蓄電池容量與汽車價(jià)格、燃油消耗及尾氣排放的對(duì)比關(guān)系。可見隨著蓄電池容量的加大，汽車價(jià)格將上升，但是燃油消耗和尾氣排放則下降。因此可以認(rèn)為，電動(dòng)汽車是以使用和損耗蓄電池為代價(jià)來換取節(jié)油、減排的效果，動(dòng)力電池性/價(jià)比的大幅提升將是電動(dòng)汽車能否迅速推廣使用的關(guān)鍵所在。
一般HEV動(dòng)力電池SOC僅在較小范圍內(nèi)波動(dòng)(例如±2%～3%)因此循環(huán)壽命次數(shù)很長，而PHEV的動(dòng)力電池SOC必須在很大的范圍內(nèi)波動(dòng)(例如±40%)，屬于深充深放，因此循環(huán)工作壽命短得多，和純電動(dòng)汽車(PEV)相似。目前在PHEV上都采用先進(jìn)的鋰離子電池，由表1可知，鋰離子電池每放出1kWh電能，能耗費(fèi)為10.2元，相當(dāng)于內(nèi)燃每kWh能耗費(fèi)用的3倍。隨著全球石油價(jià)格不斷上升，燃油內(nèi)燃機(jī)的能耗費(fèi)用也將不斷上升，而鋰離子電池隨著技術(shù)進(jìn)步和產(chǎn)量的擴(kuò)大，其能耗費(fèi)用將不斷下降(如圖4所示)，二者可能在2015至2020年內(nèi)達(dá)到平衡點(diǎn)。因此PHEV有望在10年內(nèi)得到大面積推廣使用。
4、燃料電池電動(dòng)汽車
早在1839年，英國人格羅孚就提出了氫和氧反應(yīng)發(fā)電的原理。20世紀(jì)60年代，研發(fā)出了液氫和液氧發(fā)電的燃料電池，由美國UTC公司首先用于航天和軍事用途。近20年來，由于石油危機(jī)和大氣污染日趨嚴(yán)重，以質(zhì)子交換膜式為代表的燃料電池技術(shù)，受到世界各國普遍重視。各大跨國汽車公司紛紛投入巨資，研發(fā)出了各種類型的燃料電池電動(dòng)汽車(FCEV)。
4.1質(zhì)子交換膜燃料電池(PEMFC)主要優(yōu)點(diǎn)
(1)其排放生成物是水及水蒸汽，為零污染;
(2)能量轉(zhuǎn)換效率可高達(dá)60～70%;
(3)無機(jī)械振動(dòng)、低噪聲、低熱輻射;
(4)宇宙質(zhì)量中有75%是氫，地球上氫也幾乎是無處不在。氫還是化學(xué)元素中質(zhì)量最輕、導(dǎo)熱性和燃燒性最好的元素;
(5)氫的熱值很高，1kg氫和3.8L汽油的熱值相當(dāng)。
4.2燃料電池電動(dòng)汽車存在的.技術(shù)、經(jīng)濟(jì)問題
在我國，國家科技部將研發(fā)燃料電池客車和燃料電池轎車列為“十五”和“十一五”計(jì)劃“863”重大科技項(xiàng)目。并已取得一系列重大科技成果，但是在多年科研實(shí)踐中，也暴露出一些技術(shù)、經(jīng)濟(jì)問題:
(1)燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)的耐久性壽命短
一般僅1000～1200小時(shí)(國外達(dá)2200小時(shí))，燃料電池汽車行駛4～5萬km，功率即下降～40%，和傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)可普遍行駛50萬km以上相比，差距很大;
(2)燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)的制造成本居高不下
一般估計(jì)3萬元/kW(國外成本約3000美元/kW)，與傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)僅200～350元/kW相比，差距巨大。由于其中如質(zhì)子交換膜、炭紙、鉑金屬催化劑、高純度石墨粉、氫回收泵、增壓空氣泵等關(guān)鍵部件均依靠進(jìn)口，所以與國外相比，并沒有成本優(yōu)勢;
(3)燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)工作環(huán)境的適應(yīng)性很差
國產(chǎn)可在0～40℃氣溫下工作，低于0℃有結(jié)冰問題，高于40℃過熱不能正常工作;此外對(duì)空氣中的粉塵、一氧化碳、硫化物等都十分敏感，鉑催化劑極易污染中毒失效;
(4)燃料電池汽車的使用成本過于高昂
例如高純度(99.999%)高壓氫(>200大巴)售價(jià)約80～100元/kg。按1kg氫可發(fā)10kW·h電能計(jì)算，僅燃料費(fèi)即約為10元/kW·h，按燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)工作壽命1000小時(shí)計(jì)算，折舊費(fèi)為30元/kWh。所以總的動(dòng)力成本達(dá)40元/kW·h。與表1對(duì)照可知，至少在目前，由燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)提供1kWh電能的成本遠(yuǎn)高于各種動(dòng)力電池，這從一個(gè)側(cè)面反映了作為汽車動(dòng)力源，燃料電池汽車還有相當(dāng)?shù)木嚯x。
4.3目前燃料電池電動(dòng)汽車的研究課題
盡管存在如此多的問題，但是燃料電池仍然是人類迄今為止，發(fā)明的最清潔、安靜又可無限再生的能源，值得我們?yōu)閷?shí)現(xiàn)燃料電池電動(dòng)汽車的產(chǎn)業(yè)化，付出更大的努力。
為此建議從以下幾個(gè)方面進(jìn)行工作:
(1)以更為創(chuàng)新的思維，對(duì)燃料電池的基本理論和基礎(chǔ)材料進(jìn)行深入研究，例如努力探尋非鉑金屬催化劑;努力研制抗電腐蝕金屬雙極板和耐高溫(>110℃)高機(jī)械強(qiáng)度質(zhì)子交換膜等;
(2)努力實(shí)現(xiàn)如炭紙、增壓空氣泵等關(guān)鍵零部件的國產(chǎn)化，以降低整機(jī)成本;
(3)進(jìn)一步提高整機(jī)的優(yōu)化集成技術(shù)，著力提高整機(jī)的耐候性(高、低氣溫變化)、抗大氣污染能力和耐電負(fù)荷急劇變化能力等。
5、電機(jī)及電動(dòng)車輪的分類
電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)電機(jī)是所有電動(dòng)汽車必不可少的關(guān)鍵部件。目前使用較多的有直流有刷、永磁無刷、交流感應(yīng)和開關(guān)磁阻等四種電機(jī)。
美國和德國開發(fā)的電動(dòng)汽車大多采用交流感應(yīng)電機(jī)，主要優(yōu)點(diǎn)是價(jià)格較低、效率高、重量輕，但啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩小。日本研制的電動(dòng)汽車幾乎全部使用永磁無刷電機(jī)，其主要優(yōu)點(diǎn)是效率可以比交流感應(yīng)電機(jī)高6個(gè)百分點(diǎn)，但價(jià)格較貴，永磁材料一般僅耐熱120℃以下。開關(guān)磁阻電機(jī)結(jié)構(gòu)較新，優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單、可靠、成本較低、起動(dòng)性能好，沒有大的沖擊電流，它兼有交流感應(yīng)電機(jī)變頻調(diào)速和直流電機(jī)調(diào)速的優(yōu)點(diǎn)，缺點(diǎn)是噪聲較大，但仍有一定改進(jìn)余地。表6列出四類電機(jī)比較。
顯然表6中四種電機(jī)各有優(yōu)缺點(diǎn)，但是對(duì)于電動(dòng)汽車而言，由于電能是由各類電池提供，價(jià)格昂貴而彌足珍貴，所以使用相對(duì)效率最高的永磁無刷電機(jī)是較為合理的，它已被廣泛用于功率小于100kW的現(xiàn)代電動(dòng)汽車上。
此外，在國外已有越來越多的電動(dòng)汽車采用性能先進(jìn)的電動(dòng)輪(又稱輪轂電機(jī))，它用電機(jī)(多為永磁無刷式)直接驅(qū)動(dòng)車輪，因此無傳統(tǒng)汽車的變速箱、傳動(dòng)軸、驅(qū)動(dòng)橋等復(fù)雜的機(jī)械傳動(dòng)部件，汽車結(jié)構(gòu)大大簡化。但是它要求電機(jī)在低轉(zhuǎn)速下有很大的扭矩，特別是對(duì)于軍用越野車，要求電機(jī)基點(diǎn)轉(zhuǎn)速∶最高轉(zhuǎn)速=1∶10(見圖5)。近幾年，美、英、法、德等國紛紛將電動(dòng)輪技術(shù)應(yīng)用于軍用越野車和輕型坦克上，并取得了重大成果。例如美海軍陸戰(zhàn)隊(duì)在“悍馬”基礎(chǔ)上研制出串聯(lián)式“影子”新型混合動(dòng)力越野車，采用了電動(dòng)輪技術(shù)，其結(jié)構(gòu)及主要技術(shù)參數(shù)如表7所示。與傳統(tǒng)“悍馬”車對(duì)比試驗(yàn)，在同樣偵察試驗(yàn)條件下，“悍馬”耗油472kg，而“影子”僅耗油200kg;同一越野路段，“悍馬”耗時(shí)32分鐘跑完，而“影子”僅耗時(shí)13分50秒，此外它還具有在純電動(dòng)模式下，汽車靜音、無“熱痕跡”等優(yōu)點(diǎn)。如此優(yōu)異的性能，據(jù)聞美軍已決定停產(chǎn)傳統(tǒng)“悍馬”車，全部改產(chǎn)新型混合動(dòng)力電動(dòng)輪驅(qū)動(dòng)的“影子”型軍車。這一重要發(fā)展趨勢，應(yīng)引起高度關(guān)注。
二、電動(dòng)汽車發(fā)展趨勢
綜上所述，可以從技術(shù)/經(jīng)濟(jì)分析出發(fā)，對(duì)電動(dòng)汽車技術(shù)的現(xiàn)狀和未來作如下結(jié)論：
(1)在目前國內(nèi)市場價(jià)格的基礎(chǔ)上，可粗略計(jì)算出各種提供電能技術(shù)的價(jià)格比。即電網(wǎng)供電∶柴油機(jī)供電∶鉛酸電池供電∶鎳氫電池供電∶鋰離子電池供電∶燃料電池供電=1∶6∶6∶19.2∶20.4∶80。這從一個(gè)側(cè)面反映了各種供電方式距離電動(dòng)汽車市場的遠(yuǎn)近。當(dāng)然，隨著石油價(jià)格的上升、電池技術(shù)的進(jìn)步，這些比例關(guān)系將發(fā)生很大的變化;
(2)由于鉛酸電池的供電成本大體和柴油機(jī)供電相等，因此它仍然是低端電動(dòng)車市場的主要?jiǎng)恿﹄姵�。磷酸鋰離子電池技術(shù)進(jìn)步較快，它最有可能成為鉛酸電池的競爭對(duì)手，率先成為高端電動(dòng)車市場的主要?jiǎng)恿﹄姵?
(3)由于混合動(dòng)力汽車僅需裝用純電動(dòng)汽車1/10的動(dòng)力電池容量，整車有較為接近市場的性/價(jià)比，因此它仍將是近期實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化的主要電動(dòng)汽車種類。考慮到我國國情，目前仍應(yīng)大力推廣使用混合動(dòng)力大客車，進(jìn)一步降低制造成本，減少油耗和排放;
(4)在鋰離子電池性/價(jià)比進(jìn)一步提升后，外接充電式混合動(dòng)力汽車(PHEV)有望成為理想的上班族乘用車，它可大幅度減少油耗和降低排放，但是由于較高的價(jià)格，它可能首先在發(fā)達(dá)國家得到推廣應(yīng)用;
(5)燃料電池雖然是理想的清潔能源，但是目前它的性/價(jià)比太低，要達(dá)到可以進(jìn)入市場的性/價(jià)比，可說是任重而道遠(yuǎn)，必須從基礎(chǔ)材料和基本理論上有重大突破，才可能進(jìn)入汽車市場;
(6)電動(dòng)輪已成為國外電力驅(qū)動(dòng)技術(shù)的重要發(fā)展趨勢，并已在軍用越野車上得到實(shí)際應(yīng)用，證實(shí)它在技術(shù)/經(jīng)濟(jì)上的重要優(yōu)勢，我國雖也有不少單位研發(fā)，但始終未進(jìn)入“863”計(jì)劃，技術(shù)進(jìn)步緩慢，因此有必要奮起直追，盡快掌握這一先進(jìn)的電驅(qū)動(dòng)技術(shù)。
新能源汽車未來的發(fā)展前景分析
新能源汽車是指采用非常規(guī)車用燃料作為動(dòng)力來源(或使用常規(guī)車用燃料、采用新型車載動(dòng)力裝置)，綜合車輛的動(dòng)力控制和驅(qū)動(dòng)方面的.先進(jìn)技術(shù)，形成的技術(shù)原理先進(jìn)、具有新技術(shù)、新結(jié)構(gòu)的汽車。
新能源汽車包括燃?xì)馄?液化天然氣、壓縮天然氣)、燃料電池電動(dòng)汽車(FCEV)、純電動(dòng)汽車(BEV)、液化石油氣汽車、氫能源動(dòng)力汽車、混合動(dòng)力汽車(油氣混合、油電混合)太陽能汽車和其他新能源(如高效儲(chǔ)能器)汽車等，其廢氣排放量比較低。
前瞻產(chǎn)業(yè)研究院發(fā)布的《2014-2018年中國新能源汽車市場前瞻與投資戰(zhàn)略規(guī)劃分析報(bào)告》數(shù)據(jù)表明截至2010年年底，全球天然氣汽車保有量已超過1267萬輛，同時(shí)天然氣加氣站也超過18200座。中國天然氣汽車發(fā)展迅速，其中LNG(液化天然氣)汽車在以年均20%以上的銷售速度增長，CNG(壓縮天然氣)汽車銷量年均增長速度在30%以上。
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