纯电动汽车及动电池专业技术发展现状.docx

1、纯电动汽车及动电池专业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（Battery Electric Vehicle，BEV）与混合动力汽车（Hybrid Electric Vehicle，HEV）和燃料电池汽车（Fuel Cell Electric Vehicle，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一，2

2、013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

3、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，

4、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

5、推广还取决于车辆到电网（Vehicle to Grid，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

6、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190 km；还有福特汽车公司和通用电气公司联合开发EXE-、EXE-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200 km，

7、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124 km；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100 km/h，最高车速140 km/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19

8、96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（Group BOLL ORE）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（Blue car），最大行程200多公里

9、，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15

10、0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BatScapBlue car2005日本三菱Colt2005日本富士R1e2008德国BMWMini EV2009美国通用Volt2009日本三菱I-MiEV2010日本NissanLeaf为了应对纯

11、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19911995年4年间投资226亿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、“Freedom CAR”计划等一系列推动纯电动汽车发展

12、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（Bollor）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

13、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（Project Better Place）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Think Global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700010000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（GS Yuasa Corporat

14、ion）、三菱商事和三菱汽车成立Lithium Energy Japan，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

15、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

16、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。0100k

17、m/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050km/h加速时间为6秒，0100km/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奔奔MINI小型车平台上开发的。该车采用永磁同步电机，峰值功率为50kw。采用60Ah的锂离子电池，最高车速为110km/h

18、，60km/h匀速工况下续驶里程为105km，百公里耗电量为15kwh。奇瑞展出了瑞麒M1纯电动汽车，该车搭载336V、40kw驱动电机，配备了40Ah的磷酸铁锂电池，利用220V民用充电即可，充电时间一般在68小时；还可以在专业充电站进行快速充电，半个小时即可充到电池电量的80%。M1的最高车速为120km/h，最大续驶里程可达150km，百公里耗电量为14kwh。比亚迪展出e6纯电动出租车，它是全球首款纯电动出租车。该车装配的电机峰值功率为75kw，采用磷酸铁锂电池，最高车速为140km/h，60km/h匀速工况下续驶里程为300km，百公里耗电量为21.5kwh。长城汽车展出哈弗M3EV

19、，该车装配永磁同步电机，电机峰值功率为56kw，最大扭矩为150Nm，采用60Ah的锂离子动力电池。该车最高车速为130km/h，60km/h匀速工况下续驶里程为160km，百公里耗电量是10.8kwh。吉利汽车展出熊猫纯电动车，采用交流感应电机，峰值功率为60kw。装配磷酸铁锂电池，电池容量为57.5Ah。最高车速是150km/h，60km/h匀速工况下续驶里程为180km，0100km/h加速时间是15秒，百公里耗电量为12kwh。除了上述介绍的纯电动乘用车，国内各大公司也开发出一系列纯电动客车产品。BK6122EV2型纯电动城市客车是北京公交集团所属北京京华客车有限责任公司和北京理工大学

20、共同承接、被列入国家“863”计划、北京“科技奥运”规划的重大专项工程。该车选用新型锂离子电力电池，匹配三档电控机械变速箱，实现档位自动切换，提高了整车动力性能。使用CAN总线系统，具有控制、通讯、语音报警、数据记录、在线故障诊断等功能，同时加装了GPS通讯系统，可实现车辆电气系统运行信息远程通讯。装载了节能型整体式顶置电驱动冷暖一体化空调，安装简便，故障率低，节能环保。该车型主、辅动力系统、电驱动空调系统与无轨电车兼容6。2009年7月，江淮推出第一批宝斯通纯电动客车，在2010年世博会期间，江淮宝斯通纯电动客车穿梭在世博园区，专门用来接待省部级领导来世博园区参观。宝斯通纯电动豪华公务客车采

21、用了安徽江淮“宝斯通”车身，选用北京安耐信公司生产的磷酸铁锂电池和上海南洋公司生产的电机，续驶里程为200km，最高车速为100km/h。该车还配装了ABS，前后盘式制动器等装置，具有良好的安全性能。安凯纯电动客车参加了2009年10月的比利时国际车展，这是中国第一台参加国际车展的纯电动客车，向全世界人们展示了中国新能源客车的形象和实力。同时，该车还搭载了很多高科技装置，如胎压监测系统、视频化动力管理系统，另外，在人性化方面，安凯还设计了低地板，轮椅踏板等。江苏常隆客车有限公司是国内最早研发纯电动客车并进入国家公告的重点企业，其自主开发的纯电动客车取得多项专利成果。常隆纯电动客车百公里耗电12

22、0kwh，采用全承载车身技术，轻量化和多重绝缘设计，高低压电器隔离安全性好，尤其是“低入口”设计方便乘客上下车。在使用空调和全工况情况下，续驶里程达到200km。CA6730URE1是由一汽客车厂在传统客车基础上自主研发的一款纯电动城市公交客车，该车采用永磁无刷直流电机，配备330Ah的锂离子动力电池，续驶里程可达到230km，最高车速为80km/h，最大爬坡度为25%，百公里加速时间为50s，最大载客为47人。该车已经在2009年正式投入辽源市的公交运营。表1.3 国内几款纯电动汽车产品基本情况年份生产厂商车型乘用车2010北汽301EV2010上汽荣威350EV2010比亚迪E62010奇

23、瑞瑞麒M1 EV2010长城哈弗M3 EV商用车（纯电动客车）2008京华客车BK6122EV22009江淮宝斯通2010一汽CA6730URE12012安凯HFF6127G03EV2012比亚迪CK6120LGEV2012申沃SWB6121EV61.4 国内纯电动汽车政策环境“十五”期间国家设立了电动汽车重大科技专项课题，确定了“三纵三横” 的研发布局，其中“三纵”指燃料电池汽车、混合动力电动汽车和纯电动汽车三种车型；“三横”指多能源动力总成控制系统、驱动电机及其控制系统和动力蓄电池及其管理系统三种共性技术。其中，纯电动汽车所涉及到的电机及其驱动技术、电池及其管理系统、整车控制策略等是纯电动

24、汽车、混合动力汽车、燃料电池汽车等新型汽车发展的技术基础。国际上成功的经验表明：拥有最先进的混合动力汽车、燃料电池汽车技术的丰田、通用等公司，恰恰是拥有领先的纯电动汽车核心技术的汽车巨头。只有实现纯电动汽车关键技术的突破，混合动力汽车、燃料电池汽车才会有真正的发展基础。“十一五”规划提出“十一五”期间单位GDP能耗减少20%，主要污染物排放减少10%；2007年11月1日起实施的新能源汽车准入管理办法对新能源汽车的定义、分类、企业资质、生产准入条件和申报要求进行了具体规定；发改委颁布的产业结构调整指导目录（2007年本）首次提出鼓励发展新能源汽车。2009年2月1日，财政部发文确认了中央财政对

25、购置节能与新能源汽车给予补贴的对象和标准。“十二五”规划继续推动新能源汽车技术突破，进而推动新能源产业化进程。规划提出的发展目标是：到2015年，突破23个重点技术方向，在30个以上城市进行规模化示范推广，5个以上城市进行新型商业化模式试点应用，电动汽车保有量达100万辆，产值预期超过1000亿元。同时，规划要求发展电动汽车充电设施。在重点发展技术方面，科技部将推进关键零部件技术、整车集成技术和公共平台技术的研究与攻关。节能与新能源汽车产业发展规划（2012-2020年）提出到2015年，纯电动汽车和插电式混合动力汽车累计产销量力争达到50万辆，到2020年，累计产销量超过500万辆。为此要实

26、施节能与新能源汽车技术创新工程，大力推动动力电池技术创新，同时要积极推进充电设施建设，以适应新能源汽车产业化发展的需要。为了保障2015年目标实现，需要配套一系列保障措施，如加大财税政策支持力度、强化金融服务支撑、营造有利于产业发展的良好环境等。节能与新能源汽车示范推广财政补助资金管理暂行办法规定中央财政对试点城市相关公共服务领域示范推广单位购买和使用节能与新能源汽车给予一次性定额补助。地方财政要安排一定资金，对节能与新能源汽车购置、配套设施建设及维护保养等相关支出给予适当补助。示范推广补助资金专项用于购买节能与新能源汽车的相关支出。相关补助标准见表1.4和表1.5.表1.4公共服务用乘用车和

27、轻型商用车示范推广补助标准（单位：万元/辆）节能与新能源汽车类型节油率最大电功率比BSG车型10%-20%20%-30%30%-100%混合动力汽车5%-10%0.410%-20%2.83.220%-30%3.23.64.230%-40%4.24.540%以上5.0纯电动汽车100%6.0燃料电池汽车100%25.0表1.5 十M以上城市公交客车示范推广补助标准（单位：万元/辆）节能与新能源汽车类型节油率使用铅酸电池的混合动力系统使用镍氢电池、锂离子电池/超级电容器的混合动力系统最大电功率比20%-50%最大电功率比50%以上混合动力汽车10%-20%52020%-30%7253030%-40

28、%8303640%以上3542纯电动汽车100%50燃料电池汽车100%601.5 国内主要城市纯电动客车运营情况表1.6国内城市纯电动客车市场保有量排名前18位排名城市运行数量（辆）主要品牌及型号补贴标准（万元/辆）1青岛280申沃SWB6121EV6型纯电动城市客车（220辆）沂星SDL6120EVG型纯电动城市客车（30辆）一汽CA6120URBEV21型纯电动城市客车（30辆）地方补贴40万元/辆2深圳253比亚迪CK6120LGEV2型纯电动城市客车（200辆）五洲龙（53辆）国家与地方各补贴50万元/辆3合肥230安凯HFF6126G03EV型纯电动城市客车4上海197申沃SWB6

29、121EV6型纯电动城市客车5成都140蜀都CDK6122CA2BEV型纯电动城市客车6襄樊110东风EQ6102BEVL1型纯电动城市客车7临沂110沂星SDL6120EVG型纯电动城市客车地方补贴20万元/辆8厦门76大金龙XMQ6127AGBEV3型纯电动城市客车9唐山59东风EQ6102BEVL1型纯电动城市客车10襄阳53东风EQ6102BEVL1型纯电动城市客车11北京50福田BJ6123 EV型纯电动城市客车12天津40安凯HFF6126G03EV型纯电动城市客车（10辆）申沃SWB6121EV6型纯电动城市客车（10辆）宇通ZK6125BEVG1型纯电动城市客车（10辆）青年J

30、NP6120GC型纯电动城市客车（10辆）13重庆31恒通CKZ6127HBEV型纯电动城市客车14郑州27宇通ZK6125BEVG1型纯电动城市客车15广州26福田BJ6123EV型纯电动城市客车16珠海15银通YT6110BEVB型纯电动城市客车地方补贴50万元/辆17南通10安凯HFF6126G03EV型纯电动城市客车18武汉10扬子江WG6120BEVHM型纯电动城市客车19总计 1757注1：时间截止到2012年11月10日 注2：红字为“十城千辆”城市二、 动力电池发展现状动力电池是纯电动汽车能源载体，其相关技术是纯电动汽车最为核心的技术之一，目前动力电池存在着成本高昂且使用寿命短、安全性差等一系列问题，亟待解决。然而由于电池本身的高度复杂非线性特性，其技术突破相比于整车控制技术和驱动电机技术更加困难，使得动力电池问题成为制约纯电动汽车大范围推广应用的瓶颈。2.1 车用动力电池发展现状目前可用作纯电动汽车动力电池的电池类型主要包括铅酸电池、镍氢电池、锂离子电池和燃料电池，其主要特性如表1.1所示。铅酸电池是目前技术最为成熟的电池类型，成本低、性能可靠，有一定耐过充能力