电动汽车可行性研究报告.docx

1、电动汽车可行性研究报告中国纯电动汽车发展研究报告中国纯电动汽车发展研究报告项目组2008年11月15日1电动汽车基础知识（*）1.1电动汽车发展简史电动车辆最早出现在英国，1834年在英国的布兰顿演示过Thomas Davenport发明的蓄电池车，采用的是不可充电的玻璃封装蓄电池，它的出现比世界上第一部内燃机型的汽车早了半个世纪。1881年在法国巴黎街上出现了世界上第一辆以可充电池为动力的电动汽车，它是法国工程师Gustave Trouve 装配的以铅酸电池为动力的三轮车。 图1是19世纪末由马车改装而成的电动汽车，行驶在街道上。 1895年到1910年成为早期电动汽车发展的黄金时期。英国的

2、伦敦电动出租汽车公司1897年生产了15辆电动出租车（如图3）。1900年之前，法国的BGS电动汽车一直保持着世界电动汽车行驶里程的最高记录，其续驶里程约达290km。第一辆时速超过100km/h的汽车也是电动汽车，它是一辆子弹头型的电动赛车，在1899年5月创下110km/h的速度记录。18991916年期间，Baker电气公司是美国最重要的电动汽车制造商。到1912年，美国有34000辆电动汽车注册。19011920年，英国伦敦电动汽车公司生产了后轮轮毂电机式、后轮驱动、斜轮转向和充气轮胎的电动汽车。19071938年期间，底特律电气公司生产的电动汽车不仅具有低噪声、清洁可靠的优点，而且最

3、高时速达到40km/h，续驶里程为129km。 不过，福特公司彻底结束了电动汽车的生命，大批量生产的福特T型车，其价格从1909年的850美元降到了1925年的260美元。内燃机汽车在价格、使用方便性、续驶里程等方面的优势使电动汽车逐步走向衰落。到19世纪30年代，电动汽车几乎消失了。 福特T型车进入20世纪60年代，美国由于汽车对城市空气的严重污染，重新引起对电动汽车开发的重视。70年代初由于世界石油危机对美国经济的影响，使美国政府下决心加快电动汽车的发展。1976年美国国会通过了“电动汽车和复合汽车的研究开发和样车试用法令”，拨款1.6亿美元资助电动车的开发。1977年第一次国际电动汽车会

4、议在美国举行，公开展出了100多辆电动汽车。1978年通过“第95-238公法”予以修订，并增加对电动汽车研发的拨款。政府同时责成能源部电力研究所与电力公司加快研制电动汽车的技术和资金投入，责成国家阿贡实验室与电池公司合作研制车用高性能蓄电池。日本是一个石油全部靠进口的汽车大国，因而发展电动汽车具有重要战略意义。早在1971年日本通产省已将发展电动汽车列为12个大型课题项目之一，19711973 年拨款50亿元，组织了汽车制造、发电、电器制造、蓄电池、轮胎、有色金属等行业的公司进行协作，并成立了电动汽车委员会、协会和工程研究会，大力开发电动汽车。当前，发展电动汽车成为有效减缓环境污染和解决石油

5、危机的一项有效可行的途径，已经被世界各国所关注。同时，伴随现代高技术的发展、各地新材料的诞生以及电子、电机和计算机技术的广泛应用，也极大地促进了电动汽车自身技术的更新与发展，电动汽车正在世界范围迎来一个全新的发展时期。1.2 电动汽车的分类电动汽车是主要以电池为动力源，全部或部分由电机驱动的汽车，是涉及到机械、电子、电力、微机控制等多学科的高科技技术产品。按照目前技术状态和车辆驱动原理，划分为纯电动汽车、混合动力电动汽车和燃料电池电动汽车三种类型。（1）纯电动汽车纯电动汽车（Electrical Vehicle，简称EV），其动力系统主要由动力蓄电池、驱动电机组成，从电网取电（或更换蓄电池）获

6、得电力，并通过动力蓄电池向驱动电机提供电能驱动汽车。纯电动汽车具有零排放、振动噪音小、能效高等特点。典型的纯电动汽车结构如图所示。纯电动汽车的主要缺点：一是充电基础设施投入的社会成本高，充电站不能普及；二是续驶里程短，动力电池价格昂贵而且电池快速充电能力有待提高。纯电动汽车是完全由可充电电池（如铅酸电池、镍氢电池或锂离子电池）提供动力源的汽车，纯电动汽车具有无污染、噪声小、结构简单、使用维修方便、能量转换效率高等优点，并可在夜间利用电网的廉价“谷电”进行充电，起到平抑电网的峰谷差的作用。（2）混合动力汽车混合动力汽车（Hybrid Electrical Vehicle，简称HEV)，主要是指在

7、传统内燃机汽车基础上耦合增加一套由驱动电机和动力蓄电池组成的辅助动力系统，由其进行功率的平衡、耦合以及能量的再生与存储等，从而降低油耗与排放。（少图片）混合动力电动汽车是指由电动机和传统内燃机联合驱动的汽车，根据机电耦合的程度节油率在1040%不等。混合动力电动汽车的主要特点在于：采用小排量的发动机，降低了燃油消耗；可以使发动机经常工作在高效低排放区，提高了能量转换效率，降低了排放；将制动、下坡时的能量回收到蓄电池中再次利用，降低了燃油消耗；在繁华市区，可关停内燃机，由电机单独驱动，实现“零”排放；电机和内燃机联合驱动提高了车辆动力性，增强了驾驶乐趣；利用现有的加油设施，具有与传统燃油汽车相同

8、的续驶里程。（3）Plugin电动汽车（4）燃料电池汽车燃料电池汽车（Fuel Cell Electrical Vehicle，简称FCEV)，其动力系统主要由燃料电池发动机、燃料箱（氢瓶）、电机、动力蓄电池等组成，采用燃料电池发电作为主要能量源，通过电机驱动车辆前进。燃料电池汽车具有效率高、节能环保（以氢气为能源、排放物为水、运行平稳噪音小）等优点。燃料电池电动汽车是是利用氢气和空气中的氧在催化剂的作用下在燃料电池中经电化学反应产生的电能，并作为主要动力源驱动的汽车。燃料电池电动汽车的主要特点：能量转化效率高。燃料电池的能量转换效率可高达6080%，为内燃机的23倍；零排放，不污染环境。燃料

9、电池的燃料是氢和氧，生成物是清洁的水；氢燃料来源广泛，可以从可再生能源获得，不依赖石油燃料。2电动汽车发展的意义（*）2.1可持续发展的需要据BP世界能源统计2008统计，全球石油探明储量在2007年基本未出现显著变化保持在1.24万亿桶的水平以目前的开采速度足够开采41年以上。世界范围内的石油产量将在2010年前后达到峰值，考虑到随着石油资源逐渐匮乏，产量逐渐降低，开采成本逐渐升高，实际的石油资源有效使用年限将会更短。同时，美国能源部研究预测，2020年以后，全球石油需求与常规石油供给之间将出现净缺口，2050年的供需缺口将达到500亿桶（70亿吨），几乎相当于2000年世界石油总产量（36

10、亿吨）的2倍。2.2环境保护的需要汽车工业蓬勃发展的百年历史记载了人类文明飞跃发展的光辉历程，然而，汽车保有量的不断增长在促进世界经济飞速发展的同时又带来了严重的环境问题，其中最明显的标志是空气污染。据环境部门统计，大气污染的42%来源于交通运输。根据相关技术资料得到：每升汽油燃烧在汽车尾气在汽车尾管中产生2.35千克的CO2，每升柴油燃烧在汽车尾气在汽车尾管中产生2.66千克的CO2。作为能源消耗大国，我国的环境问题更为严峻。据经济学家杂志2007年7月中旬援引世界银行发布的报告显示，世界污染最严重的20个城市有16个在中国，因空气和水质污染而造成的经济损失高达1000亿美元，占中国GDP的

11、5.8%。在温室气体排放方面，荷兰环境评估局（MNP）于2007年6月底发布的评估报告指出：2006年中国CO2排放已第一次超过了美国8.0%。中国2006年排放的二氧化碳为62亿吨，而此前排放量一直为全球第一的美国2006年的排放量为58亿吨。1997年联合国的京都协议书，成为减排温室效应气体的第一个国际性法律文件，中国是缔约国之一，也要遵守规定的要求。目前，世界上汽车工业发达的国家，都已对单车二氧化碳的排放量作出明确的逐年降低排放的标准。我国也明确提出“十一五”期间单位GDP能耗减少20%的目标。全球模式模拟的A2情景下2011-2040年全球年平均温度变化（单位：）（相对于1961-19

12、90年）（摘自国家气象中心）电动汽车以蓄电池的电能为动力，行使时几乎没有废气排出，比燃油汽车减少92%98%，是最被看好的“零污染”汽车，因而电动汽车的使用为解决环境污染提供了一条新的途径。相比传统汽车，电动汽车在噪声方面也具有优越性，与燃油相比较电动汽车系统只有少量的电磁噪声和机械噪声，通常其噪声比同类型燃油车辆低1015dB。表1-1比较了燃油汽车和电动汽车在不同车速下的噪声情况。燃油汽车和电动汽车在不同车速下的噪声 单位：dB噪声燃油汽车车内车外电动汽车车内车外匀速35（3速）7367676630（4速）70697066加速35（3速）8175726630（4速）76727166数据来源

13、：北京电动公交车运行试验2.3优化能源结构随着我国经济实力和人均收入的逐步增长，汽车保有量逐年上涨。相关资料表明，近10年来，我国汽车保有量的年均增长速度超过12%。按照业内专家的预计，到2020年我国汽车保有量将超过1 亿辆，2030年中后期将超过2亿辆，赶上或者超过美国目前水平。年份汽车年产量（万辆）汽车保有量（万辆）2001234.4418022002325.122053.22003444.372382.92004507.412742.12005570.735002006727.9741002007888.245697面对汽车保有量的井喷式增长，我国的石油需求增长巨大。中国能源发展报告(

14、2008)蓝皮书预计：20072010年石油需求、成品油需求年均增长率分别为4.5%和5.5%。成品油需求增长速度均高于同期石油需求的增长速度，成品油需求占石油需求比重进一步提高，由2006年的47.1%提高到2010年的54.1%。就油的品种而言，汽油需求量的预计增长速度最快，年均增长5.7%，煤油年均增加5.0%，柴油年均增长4.2%。在我国，2006年的石油消耗量为3.46亿吨（进口1.62亿吨），其中汽车消耗了90%的汽油和20%的柴油，如果能大幅度降低汽车的耗油量，无疑为实现能源的持续利用开辟了一个广阔的空间。我国能源结构不适合发展传统燃油汽车，我国煤储量占世界储量的12.6%，而石

15、油储量仅占4.5%。在能源生产结构中，煤占70%，石油占20%，其它为燃气和水电，而我国的交通能源消费结构的70%来源于石油。各种迹象表明，在未来较长时期内，火力发电在中国电源结构中仍将占据较高比重。（将煤炭的需要简化）2006年世界煤炭储量排名排名国家探明储量（百万吨）所占份额（%）储采比（R/P）1美国246,64327.12342俄罗斯157,01017.35003中国114,50012.6484印度92,44510.22075澳大利亚78,5008.62106南非48,7505.41907乌克兰34,1533.84248哈萨克斯坦31,2793.43259波兰14,0001.59010

16、巴西10,1131.1500注：根据BP能源数据整理据测算，将原油提炼成汽、柴油并用于燃油汽车驱动时，平均能量利用率仅为14%左右。电动汽车即使使用燃烧重油发电的电厂输出的电，其能量经重油提炼、电厂热电转换、电力输配、电池充电、电机损耗等环节，在电机输出轴也可得到20%左右的能量。其他发电方式应用于电动汽车能量利用率将更高。因此，以电网电力为动力的电动汽车节能意义重大。2.4能源安全的需要（与优化能源结构合并） 自1993年成为石油净输入国以来, 我国石油消费的对外依赖程度不断提高。1995年，我国石油的对外依存度仅为7.6，2000年，我国石油的对外依存度猛升到31.0，2005年末我国石油

17、的对外依存度已高达42.5。根据商务部市场运行司的监测数据，2006 年我国石油消费对进口的依赖程度已达到47.3%，石油净进口量为16286万t，比上年增长19.6%。2007年1月至10月，我国石油对外依存度达到49%，较去年同期增长1.7个百分点。2008年上半年中国石油对外依存度已超过50%。已经超过国际通用的警戒线。据估计到2020 年，中国石油消费量预计要达到4.5亿t 左右，石油对外依存度将达到60 %。目前，中国90%以上进口的石油需要从海上船运，其中90%的海上船运由外轮承担。中国石油天然气股份有限公司、中国石油化工股份有限公司和中石化龙禹公司三大石油公司的油运业务，大多是从

18、国际油轮联营体、环球航运、韩国现代等海外油轮公司租船承运。这使得中国的原油运输受制于人，一旦遇到战争、外交或是其他不可抗拒的风险，中国的石油运输安全将处于极为被动的局面。 而且由于中国的石油大多来自己中亚和非洲，而且80%的要经过马六甲海峡，国家安全隐患十分突出。由于中国高度的石油对外依存度，国家统计局表示，中国的经济目前对外依存度已经超过60%，因而，国外市场价格能够比较快地通过传导引起国内价格的变动。输入型通胀已成为我国物价高涨的重要“推手”。所谓输入型通货膨胀，是指在开放的经济社会中，由于本国与国际市场关系紧密，当国外商品或生产要素价格上涨时，就会通过本国与国际市场的传导途径传播到国内，

19、从而引起国内物价普遍、持续上涨的现象。2.5改善电网负荷的需要世界各国供电系统都存在负荷平衡问题。峰谷差甚至在1：0.5以下。如果电动汽车所用电能大部分取自夜间城市电网用电低谷时段，可大大提高电网电能利用率，并提高电网Q值，有利于电网的峰谷平衡，减少为维持电网低负荷运转而引起的费用。大面积推广应用后，可有效利用我国每年上千亿kWh的峰谷差电力资源。以现行电价计算，国家在不投入电力建设资金的情况下每年可增收数百亿财政收入，社会效益和经济效益明显。并且大规模电池组储存的电能在用电高峰可以反馈电网，起到调峰电站的作用。以北京市为例，如果北京市的30000辆公交车都换成电动汽车，80%的在夜间“谷电”

20、时间充电，根据现有动力电池充电要求已开发的充电机有三种功率等级：30kW、50kW和100kW，现在以50kW计算，那么总容量达到120万千瓦，相当于一个巨大的蓄能电站的发电能力，相当于全国总装机量的0.272%和水电装机容量的1.108%，这将大幅度提高电力资源的利用效率，而且这些电能可以作为企业单位的备用电，在停电、自然灾害等特殊情况下电池可以向用电单位供电，同时它也可以作为国家的战略能源储备，在战争时候，可以替代民用的燃油，以为战争节约燃油。2.6汽车工业崛起的需要世界各国都把汽车工业作为自己本国的龙头产业。从我国汽车工业的现状来看，虽然通过自行开发、技术引进、合资等多种方式，在产品的品

21、种、先进性、产量和质量上都比过去有了大幅度的提高，但我国汽车工业至今仍缺乏自主开发和技术创新能力，在激烈的国际竞争中处于被动的地位。 电动汽车的发展为我们创造了一次很好的机会，目前我们在电动汽车技术方面与国外的差距相对较小，只要我们抓住机遇，就有可能在世界汽车工业新一轮竞争中占领制高点，取得有利地位，提高我国汽车工业的国际竞争力。2.7树立节能环保形象（与前面的2.2合并）当前，节能和环保成为国际形象表现的重要工作。因此，电动车成为了一种宣传国家形象的重要代言人。历届奥运会上各主办国都把电动车的使用作为展示本国形象的重要部分。1972年慕尼黑奥运会上，宝马汽车公司将两辆私人轿车改装成电动车，作

22、为运动员引导车，这是奥运会历史上首次使用的电动车。自此开始，历届奥运会都把使用电动汽车作为奥运会的一个亮点。据统计，2008北京奥运会期间共投入了自主研发的55辆纯电动锂电池客车，25辆混合动力客车，75辆混合动力轿车，20辆燃料电池的轿车，以及410辆纯电动场地车，等各种新能源汽车达到600辆，为运动员、教练员、媒体记者和社会观众提供了直接的运输服务。3电动汽车发展现状（*）3.1国外电动汽车发展现状自20世纪70年代以来，各国政府从提高未来国家竞争力和保持经济社会可持续发展的战略高度，纷纷将发展节能与新能源电动汽车作为本国车用能源发展战略的重要组成部分，通过立法和组织实施大规模的产品研发与

23、示范推广计划，有力地推动了电动汽车的发展。随着各国政府对电动汽车发展重视程度的不断提高，以及对电动汽车技术研发投入的不断加大，车用动力电池、电机及控制系统等瓶颈技术得到了重大突破，产品的可靠性、寿命得到明显提升，成本得到有效控制，一批装备了先进动力电池的电动汽车已经进入市场销售。目前，混合动力汽车已实现商业化，全球累计销量已超过100万辆，纯电动汽车已实现规模化商业运行，燃料电池汽车已进入租赁市场进行商业示范。近来，各大汽车公司相继公布了电动汽车的产品计划，在未来两到三年内投放市场的各类电动汽车新产品多达数十款。据国内外多家机构预测：2010年前后将迎来一次世界范围内的电动汽车产业化高潮。3.

24、1.1 纯电动汽车纯电动汽车的发展尽管经历了多次的起伏，但随着高性能的锂离子电池、一体化电力驱动系统等各种高新技术的发展应用，纯电动汽车被赋予了新的生命力和发展机遇，再次受到各国政府和各大汽车公司的重新重视。纯电动汽车在美、日、欧等国家和地区得到商业化的推广应用，重点是市政特殊用车（邮政运输车、环卫车等）、固定线路的公交车、公务车队用车和私人用车等领域。目前，法国电动汽车的普及程度和保有量都位居世界前列，据不完全统计已有20000辆不同的纯电动汽车在运行，其中纯电动轿车有8000辆。法国政府、法国电力公司、标致-雪铁龙汽车公司和雷诺汽车公司签属协议，共同承担开发和推广电动汽车，共同合资组建了电

25、动汽车的电池公司，萨夫特公司承担电动汽车的高能电池的研究和开发，以及电池的租赁和维修等工作。2006年11月，法国政府、法国电力公司与汽车制造商签订了协议，近期使全国电动汽车保有量达到10万辆在20个城市推广使用电动汽车。美国加利福尼亚州已销售各种类型纯电动汽车共计4000多辆，其中通用汽车公司EV1和福特汽车公司Ranger EV分别为1353和1259辆。在可以预见的未来3年内纯电动汽车将有突破性进展。日产汽车公司计划在2010年批量生产纯电动汽车。三菱汽车公司开发的“i MiEV”微型纯电动车正在进行大规模行驶试验，计划09年实现量产。挪威Think Global公司计划于2009年上半

26、年开始在挪威和丹麦销售一款小型电动汽车，2009年实现年产量700010000辆。法国电池生产商博洛尔（Bollore）公司2007年与意大利宾尼法瑞那汽车设计公司(Pininfarina)建立合资企业，生产纯电动汽车，预计年产量1.5万辆，并于2010年开始在欧洲、美国和日本销售。博洛尔还将与法国长途客车制造商Gruau集团合资，生产纯电动汽车，预期在2009年下半年上市。在技术上，当代纯电动汽车呈现出以下趋势：动力系统集成优化技术不断进展，节能效果不断提高；高性能的锂离子电池、镍氢电池取代传统的铅酸电池；高效的一体化电力驱动系统取代传统的直流电机；电动辅助系统的广泛应用提高了整车能量利用效

27、率和性能；网络系统的应用促进了电动汽车的模块化和智能化；轻量化技术和电器结构安全性技术得到了系统的应用。以下介绍几款具有代表性的新一代纯电动汽车车型：（1）斯巴鲁（Subaru） R1e该车使用了锂离子电池，电池寿命达到10 年或20万公里，一次充电续驶里程达到100km，最高时速为100km/h，充电时间为15分钟（快充）和8小时（普通）。目前，该车正在进行大规模道路测试，预计2009年-2010年量产，售价预计为$17,500 （2012-2013年），2013年以后将为$13,000 。 图1 Subaru R1e（2）奔驰Smart电动版奔驰SMART计划将在两到三年内推出小型电动汽车

28、，可输出30kw/41hp的动力，060km/h加速仅需要5.7秒，极速可达112km/h，动力表现不逊于汽油车，行驶100km仅需要12kw电量，最大续航力115kw，只需要230V插座即可充电，4小时可以充足80%，8小时即可充满，预计寿命可达10年以上。（3）三菱i MiEV由于使用了高能量密度的锂电池，相比1994年的三菱电动车型，iMiEV电池占整车的重量比率已从原来的35下降到了17，而重量下降使iMiEV的质量功率比已经和目前市场上的汽油微型车处在了同一水平上。iMiEV一次充电可连续行驶160公里。iMiEV提供了快速充电和家用充电两种模式，可在30分钟之内为iMiEV充入80

29、的电量，充满iMiEV的所有电池大约需要7小时。图2 三菱iMiEV（4）日产NISSAN Pivo 2日产汽车公司于2007年月东京车展期间发布了这款纯电动轿车。该车采用了锂离子电池技术、线控技术，使用了4台功率为15kw（20hp）的轮毂电机驱动车轮，最高车速达到120km/h，一次充电可行驶125km。图3 NISSAN Pivo 23.1.2 混合动力电动汽车混合动力电动汽车在过去的十年间，由于技术相对成熟，节能和环保效果明显，得到快速发展，并在各国优惠政策的鼓励下，逐步进入商业化推广应用阶段。1997年，丰田第一代Prius混合动力汽车上市销售，2007年销量更是达到近28万辆，几乎

30、占据了全球七成的混合动力汽车市场。同在日本的本田公司2001年推出了思域混合动力和雅阁混合动力，并实现了在北美和日本等国市场超过10万辆的销售。通用汽车公司第一代混合动力技术属于BSG微混合技术，目前应用在土星Vue、Aura和雪佛兰Malibu的系列车型上。到2008年底，通用汽车公司将在北美地区拥有8款混合动力汽车、另外在中国还将投放一款混合动力汽车。福特汽车公司目前混合动力汽车的年销量在21,000辆左右，公司计划在08年下半年批量生产福特Fusion和水星Milan两款混合动力汽车新车型。克莱斯勒汽车公司首批混合动力车不久前在美国特拉华州Newark工厂开始投产，搭载双模混合动力系统的

31、车型为道奇Durango和克莱斯勒Aspen。欧洲汽车主要生产企业，如大众、奔驰、宝马等，近来也加快了混合动力汽车技术的研究开发，相继推出了一系列新产品，决心与日美汽车企业一争高下。因此，在各大型汽车公司纷纷推出具有各自特色的混合动力汽车的同时，日本为主导的混合动力电动汽车产业格局将被打破，在可以预见的2-3年内，混合动力汽车将逐步成为各大公司的主流竞争车型。随着混合动力技术的发展，作为混合动力汽车技术的延伸，插电式（Plug-in）混合动力汽车也成为当前新的研发热点之一。根据美国政府的计划，到2014年，Plug-in混合动力汽车技术将在成本上具有竞争力；到2016年，Plug-in混合动力汽车将实现商业化。美国通用汽车在2007年1月的底特律车展上发布了Plug-in混合动力Volt Concept概念车，又于日前公开了4座插电式混合动力车“Chevrolet Volt”的量产款，并计划于2010年下半年起在美国底特律的Hamtramck工厂生产。丰田公司从2007年9月已开始分别在日本、法国、美国、比利时进行PHEV的公路行驶验证试验，并宣布将于2010年