新能源汽车产业研究.docx
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新能源汽车产业研究
新能源汽车产业研究
一、新能源汽车分类
1、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。
按照燃料种类的不同，主要又可以分为汽油混合动力和柴油混合动力两种。
而根据混合动力驱动的联结方式，一般把混合动力汽车分为三类：
①串联式混合动力汽车（SHEV）主要由发动机、发电机、驱动电机等三大动力总成用串联方式组成了HEV的动力系统。
②并联式混合动力汽车（PHEV）的发动机和发电机都是动力总成，两大动力总成的功率可以互相叠加输出，也可以单独输出。
③混动式混合动力汽车（PSHEV）综合了串联式和并联式的结构而组成的电动汽车，主要由发动机、电动-发电机和驱动电机三大动力总成组成。
另根据在混合动力系统中混合度的不同，混合动力系统还可以分为以下四类：
①微混合动力系统。
代表的车型是PSA的混合动力版C3和丰田的混合动力版Vitz。
从严格意义上来讲，这种微混合动力系统的汽车不属于真正的混合动力汽车，因为它的电机并没有为汽车行驶提供持续的动力。
②轻混合动力系统。
代表车型是通用的混合动力皮卡车。
轻混合动力系统除了能够实现用发电机控制发动机的启动和停止，还能够实现：
（1）在减速和制动工况下，对部分能量进行吸收；
（2）在行驶过程中，发动机等速运转，发动机产生的能量可以在车轮的驱动需求和发电机的充电需求之间进行调节。
轻混合动力系统的混合度一般在20%以下。
③中混合动力系统。
本田旗下混合动力的Insight,Accord和Civic都属于这种系统。
中混合动力系统采用的是高压电机。
另外，中混合动力系统还增加了一个功能：
在汽车处于加速或者大负荷工况时，电动机能够辅助驱动车轮，从而补充发动机本身动力输出的不足，从而更好的提高整车的性能。
这种系统的混合程度较高，可以达到30%左右。
现在技术已经成熟，且应用广泛。
④完全混合动力系统。
丰田的Prius和未来的Estima属于完全混合动力系统。
该系统采用了272-650v的高压启动电机，混合程度更高。
与中混合动力系统相比，完全混合动力系统的混合度可以达到甚至超过50%。
技术的发展将使得完全混合动力系统逐渐成为混合动力技术的主要发展方向。
2、纯电动汽车
纯电动汽车，即是一种采用单一蓄电池座位储能动力源的汽车。
它利用蓄电池座位储能动力源，通过电池向电机提供电能，驱动电机运转，从而推动汽车前进。
从外形上看，电动汽车与日常见到的传统汽车并没有什么区别，区别在于动力源及其驱动系统。
通俗的讲，纯电动汽车的电机相当于传统汽车的发动机，而蓄电池相当于原来的油箱。
电动汽车的组成包括：
电池，电力驱动及控制系统、驱动力传动等机械系统、完成既定任务的工作装置等。
电力驱动及控制系统是电动汽车的核心，也是区别于内燃机汽车的最大不同点。
电力驱动及控制系统由驱动电动机、电源和电动机的调速控制装置等组成。
驱动电机应具有调整范围宽、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，电动汽车用电动机主要有直流电动机（DCM）、感应电动机（IM）、永磁无刷电动机（PMBLM）和开关磁阻电动机（SRM）4类。
而随着电动机以及驱动系统的发展，控制系统渐渐趋于智能化和数字化。
模糊控制、专家控制、神经网络、自适应控制、变结构控制、遗传算法等非线性智能控制技术，都将被开发且结合运用于电动汽车控制系统之中。
而除此之外，电动汽车的其他装置基本与内燃机汽车相同。
3、燃料电池汽车
燃料电池汽车是指以氢气、甲醇等为燃料，通过化学反应产生电流，依靠电机驱动的汽车。
其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，直接变成电能的。
燃料电池的化学反应过程不会产生有害产物，因此燃料电池车辆是无污染汽车，燃料电池的能量转换效率要比内燃机高2～3倍，因此从能源的利用和环境保护方面，燃料电池汽车是一种理想的车辆。
近几年来，燃料电池技术已经取得了重大的进展。
在开发燃料电池汽车中仍然存在着技术性挑战，如燃料电池组的一体化，提高商业化电动汽车燃料处理器和辅助部汽车制造厂都在朝着集成部件和减少部件成本的方向努力，并已取得了显著的进步。
燃料电池汽车的工作原理是，作为燃料的氢在汽车搭载的燃料电池中，与大气中的氧气发生氧化还原化学反应，产生出电能来带动电动机工作，由电动机带动汽车中的机械传动结构，进而带动汽车的前桥（或后桥）等行走机械结构工作，从而驱动电动汽车前进。
核心部件燃料电池。
燃料电池的反应结果会产生极少的二氧化碳和氮氧化物，副产品主要产生水，因此被称为绿色新型环保汽车。
二、新能源汽车的三大核心技术
在三级模块体系和平台架构中，整车控制器（VCU）、电机控制器（MCU）和电池管理系统（BMS）是最重要的核心技术，对整车的动力性、经济性、可靠性和安全性等有着重要影响。
1、VCU是实现整车控制决策的核心电子控制单元，一般仅新能源汽车配备、传统燃油车无需该装置。
VCU通过采集油门踏板、挡位、刹车踏板等信号来判断驾驶员的驾驶意图；通过监测车辆状态（车速、温度等）信息，由VCU判断处理后，向动力系统、动力电池系统发送车辆的运行状态控制指令，同时控制车载附件电力系统的工作模式；VCU具有整车系统故障诊断保护与存储功能。
2、MCU是新能源汽车特有的核心功率电子单元，通过接收VCU的车辆行驶控制指令，控制电动机输出指定的扭矩和转速，驱动车辆行驶。
实现把动力电池的直流电能转换为所需的高压交流电、并驱动电机本体输出机械能。
同时，MCU具有电机系统故障诊断保护和存储功能。
3、BMS是新能源汽车核心能量源，为整车提供驱动电能，它主要通过金属材质的壳体包络构成电池包主体。
模块化的结构设计实现了电芯的集成，通过热管理设计与仿真优化电池包热管理性能，电器部件及线束实现了控制系统对电池的安全保护及连接路径；通过BMS实现对电芯的管理，以及与整车的通讯及信息交换。
三、新能源汽车行业产业链分析
（一）锂离子电池行业分析
新能源汽车在传统汽车产业链的基础上进行延伸，形成了一条全新的产业链条。
上游主要增加了电池、电机、电控系统、专用自动变速器等部件，下游充电设施、电池回收等产业也在新能源汽车的带动下获得了快速发展。
1、国际动力电池技术发展概况
动力电池是新能源汽车的核心部件，高性能的动力电池是新能源汽车产业发展的强大支撑，中、美、日、韩、德等国是目前车用动力电池研发和生产的主要参与者与推动者。
中、日、韩三国在消费类电子用小型离子电池方面处于技术和市场的主导地位，而且，目前锂电池的生产也主要集中于中、日、韩三国。
而从产业方面看，日本在技术方面领先，韩国在产值方面最大，中国则在产能方面最大。
日本在新能源汽车投入最早，拥有着世界上先进的锂离子电池基础材料和装备制造研发及产业化技术；航过则在锂电池基础研发、原材料、生产装备及电池产业化技术等方面投入巨大，发展迅速，建立了相对完整的锂电池产业链；而中国目前具有众多的锂电池及关键原材料研发机构和生产企业，生产制造装备技术日益成熟，形成了全球最为完善的锂电池产业链体系，培养了众多熟练的产业技术工人，积累了丰富的锂电池生产经验。
除此之外，美国和德国建立了先进的锂电池的研发条件，积极开展相关技术的研发，两国均拥有先进的锂电池集成及应用技术，开展了车用锂电池及系统集成的开发和应用。
编号
企业
2015年5产能（亿Wh）
1
比亚迪
100
2
力神
16.8
3
威能
16
4
中航锂电
15
5
国轩
15
6
万向
7
7
光宇
8.5
8
宁德时代
17.3
9
盟固利
3.6
10
捷威
2
11
沃特马
50
2、锂电池是未来电池发展方向
锂离子电池是指分别用二种能可逆地嵌入与脱嵌锂离子的化合物作为正负极构成的二次电池。
充电时锂离子从正极化合物中脱出经过电解质嵌入负极，同时电子的补偿电荷从外电路供给到负极，保证负极电荷平衡；放电时则相反，锂离子从负极脱出，经过电解质嵌入正极。
动力锂离子电池是以锂离子电池为材料的一种高能量密度电池，是专门为机动车提供动力的锂电池，具有零污染、零排放、能量密度高、体积小和循环使用寿命长等优点，是国内外动力电池发展和应用的趋势。
锂离子电池包括正极、负极、隔膜及电解液等四大材料。
材料
材料实例
正极
嵌锂过渡金属氧化物
钴酸锂，锰酸锂，镍钴锰三元材料混合材料，磷酸铁锂
负极
电位接近锂电位的可嵌入锂化合物
人造石墨，天然石墨，石墨化碳材料，石墨化中间相碳微珠和金属氧化物
电解液
LiPF6 的烷基碳酸脂搭配高分子材料
乙烯碳酸脂（EC）,丙烯碳酸脂（PC）和低粘度二乙基碳酸脂（DEC）等
隔膜
聚烯微多孔膜
聚乙烯、聚丙烯为主的聚烯烃隔膜
外壳
金属
钢、铝
3、锂离子电池的成本构成
锂电池及其附属配件，占整车成本的30%-50%。
目前，动力锂电池的成本大约为每千瓦时3000元～4000元。
锂电池成本构成：
①原材料占整个电池70%，人工、水电20%，折旧10%。
②原材料中，正极占30%-40%，隔膜占15%-30%，电解液占20%-30%，负极5%-15%。
（1）正极材料
锂离子电池的发展呈现出多方向并举的局面。
发展方向的不同主要在于采用的正极材料的不同。
由于正极材料在锂离子电池中占有较大比例，因此正极材料的性能将很大程度的影响电池的性能。
同事，由于锂离子电池正极材料在电池成本中所占比例高达30%-40%左右，所以正极材料的成本就直接决定了电池成本的高低。
目前，已批量应用于锂电池的正极材料主要有钴酸锂、镍酸锂、锰酸锂以及磷酸铁锂。
但由于钴金属储量少，价格高昂，因此成本很高。
为了降低成本，采用金属锰代替金属钴，形成了锰酸锂，但作为新能源汽车的动力电池，其安全性也是重要考虑因素之一，而锰酸锂电池循环寿命短且在高温环境下，循环寿命更差，安全性能较低。
磷酸铁锂具有前两者的优点，且原材料价格低，资源丰富，是锂电池中最有发展前景的产品。
（2）负极材料
负极材料主要是以石墨、固体碳粒、石墨化纤材料等为主，其生产技术壁垒较低，而且国内已经实现产业化。
由于碳系负极材料的技术发展比较成熟，国内产能也比较大，其盈利能力并不强，不是发展锂电池的限制性环节。
目前，新型的硅合金、钛酸粒等负极材料还基本处于实验室研究阶段，在短期能还难以展开规模应用。
目前国内从事锂电池负极材料生产的前三名厂商是深圳市贝特瑞新能源材料股份有限公司、上海杉杉科技有限公司和湖南星城石墨科技股份有限公司。
目前负极材料基本能够满足国内市场需求，但随着新能源汽车行业的发展与扩大，未来负极材料市场需求也会越来越大。
（3）隔膜
锂离子电池隔膜是以聚烯烃薄膜为主要基体，采用单向或双向拉伸成孔工艺制备的具有离子导通功能的微孔膜，在锂离子电池中起到隔离电池正、负极，防止电池短路的作用。
随着隔膜技术的不断发展，已逐渐衍生出PP/PE/PP三层复合隔膜、耐高温陶瓷涂覆隔膜、高性能PVDF涂覆隔膜等新型锂离子隔膜。
隔膜的重要功能是隔离正负极并组织电子穿过，同时能够允许离子的通过，从而完成在充放电过程总锂离子在正负极之间的快速传输。
隔膜性能的优劣直接影响着电池内阻、放电容量、循环使用寿命以及安全性能。
隔膜越薄，孔隙率越高，电池内阻越小，高倍率放电性能越好，性能优异的隔膜对提高电池的综合性能具有重要的作用。
锂电池隔膜的要求：
1.耐腐蚀性高，电化学稳定性好；2.对电解液的浸润性好并具有足够的吸液保湿能力；3.具有电子绝缘性，能让正负极良好隔离；4.有一定的孔隙率，保证低电阻和高的电导率；5.空间稳定，热能稳定，自动保护性能好。
目前来说，隔膜产品基本依赖进口，国内只有很少数企业能够生产。
随着未来国内隔膜，尤其是动力锂电隔膜产能的进一步扩大，国内隔膜产品将有极大的进口替代空间。
（4）电解液
电解液在电池中正负极之间起到了传到电子的作用，一般由高纯度的有机溶液、电解质锂盐（六氟磷酸锂），和一些添加剂原料，在特定的条件下，按特定比例配置完成。
而电解液的主要原料是六氟磷酸锂，占电解液成本的50%以上，基本上被国外垄断了。
目前国内电池生产商电解液配套已基本实现国产化，只有少部分使用进口电解液。
国内厂商主要有天津金牛、东莞杉杉，珠海赛纬电子、国泰荣华等、可满足我国锂离子电池生产的需要，并有部分出口。
（二）驱动电机行业分析
1、我国驱动电机产业发展概况
2104年，国家对新能源汽车发展队除了一系列利好政策，我国新能源汽车市场出现了快速增长。
而我国驱动电机产业也获得了快速发展，推出了一系列的驱动电机系统新产品，同时，驱动电机的产业结构也呈现多样化发展趋势。
驱动电机产业结构变化
随着我国驱动电机产业规模扩大，各企业产能建设加快，产业内竞争更为激烈，驱动电机产业结构呈现出了新的变化。
一方面，从事传统电机生产和电机产业链上下游企业正逐步进入驱动电机产业；另一方面，驱动电机生产企业通过收购或并购方式建立了完整的集成系统和配套的产业链。
2、我国驱动电机产业发展趋势分析
驱动电机系统是继续向着集成化的方向发展，这有利于降低整个系统的重量和体积，并可以有效的降低系统的制造成本。
而其中集成化分成两个方向：
一是机电集成，即是电机与发动机总成或电机与变速箱集成。
二是电力电子集成，主要包括基于IGBT芯片、电容、高效散热技术的高功率密度电力电子集成技术。
电力电子技术可以实现车载电力电子系统的功率密度倍增，降低成本。
而我国驱动电机产业结构调整趋势更是变化快速，在市场快速发展和国家政策的刺激下，周边行业的辐射覆盖、外资企业的加入都大大加强了我国驱动电机领域的产业基础。
除此之外，在互联网模式影响之下，传统产业都已逐步从大一的产品溢价转向商业模式的溢价，对产业链的整体发展起到了促进作用。
在不久的将来，驱动电机产业的多样化、灵活化、智能化将会是发展的方向。
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