浅析电动汽车的发展 论文.doc

摘 要 近年来，随着经济发展，我国已迈进汽车社会。汽车保有量迅速增加，导 致我国每年近一半的原油需要进口，过度依赖石油资源将制约我国经济的发展， 甚至影响到国家利益。同时，为了建设资源节约、环境友好的和谐社会，倡导 并鼓励研发、使用环保节能的新能源汽车，代表了世界汽车业发展的方向，也 符合我们的国情。我国电动车研究领先于国际水平，实现了电动汽车自主创新 和技术集成，形成了比较完整的产业布局。同时，在关键性零部件技术，如汽 车燃料电池发动机、驱动电机、动力蓄电池等方面，已经取得了重大进展，形 成了配套产业链,最有可能率先实现电动车大规模产业化应用。一汽、东风、奇 瑞、比亚迪等大型汽车工业集团，已启动电动车项目产业化。但电动汽车市场 推广和使用环境培育进程比较缓慢确是不争的事实。 关键词：充电站；发展趋势；混合动力；燃料电池 i 目 录 前 言 1 1 电动汽车概述 2 1.1 电动汽车的定义和分类 .2 1.1.1 电动汽车的定义 .2 1.1.2 电动汽车的分类 .2 1.2 电动汽车的优势 .5 1.2.1 良好的环境保护效果 .5 1.2.2 噪声低 .6 1.2.3 排放的废热少 .6 1.2.4 可回收利用的能量多 .6 2 国内电动汽车的现状 .7 2.1 中国发展电动汽车的优势和劣势 .7 2.2 国内电动汽车市场的快速发展 .7 3 国内电动汽车充电站的发展 .9 3.1 我国电动汽车充电站行业发展势头良好 .9 3.2 国内各地电动汽车充电站建设情况 .9 4 国内电动汽车的发展趋势 .10 4.1 国内电动汽车发展困境亟待突破 .10 4.2 国内电动汽车发展中需注意的问题 .10 4.2.1 发展要靠配套设施和技术革新 10 4.2.2 新能源暗藏“毒草” 11 4.3 加快我国电动汽车发展的措施 .11 4.3.1 技术障碍及产业赢利压力大 11 4.3.2 电动汽车消费所需求的基础配套设施差距很大 12 4.3.3 废旧电池回收技术低 12 4.4 加快我国电动汽车发展的建议 .12 结 论 14 参考文献 15 0 前 言 电动汽车是一种高新技术产品，它集光、电、机、化等各学科领域中的最 新技术于一体，是汽车、电力拖到、功率电子、智能控制、化学电源、计算机、 新能源、新材料等工程技术中最新成果的集成物。从外形上看，电动汽车于常 见的汽车并没有什么区别，它们的区别主要在于来自蓄电池。汽车行驶时，蓄 电池电流通过控制器输入到电机中，电机输出扭矩，经离合器、变速器、万向 传动装置、主减速器、差速器、半轴等驱动车轮转动。电动汽车在行驶过程中， 不排出任何污染物，噪声也很小，而且不仅不消耗汽油、柴油等石油产品，还 可应用多种能源，具有结构简单、使用维修保养方便的特点，是一种新型的交 通工具。 现代电动汽车决不是百年前陈旧技术的重复，而是历史发展的必然，因为 电动汽车有着传统内燃机汽车无法比拟的技术优势和时代要求。首先，电动汽 车具有清洁、无污染或低污染的特点。第二，电动汽车能节省高新技术，它的 能源效率更高，已大大超过了普通内燃机汽车的热效率，而且在制造过程中电 动汽车的电动机能自动转化成发电机，给电池充电而把制动能量储存起来，因 此电动汽车具有节能的先天优势。由于目前电动汽车技术还没有内燃机汽车技 术那样完善成熟，特别更受动力电池寿命短而引起使用成本过高，一次充电行 程里程过短，充电时间过长，相关配套设施少等因素的影响，而大大地限制了 它的发展。但相信不用多久，这些问题都能迎刃而解，电动汽车的优势更加明 显。我国的电动汽车开发水平也处于世界领先地位，我相信电动汽车因其环保 节能等很多优点必定会在 21 世纪发挥重大的作用。 1 1 电动汽车概述 1.1 电动汽车的定义和分类 1.1.1 电动汽车的定义 电动汽车是指全部或部分用电能驱动电动机作为动力系统的汽车。驱动电 动汽车的电力常见的有各种蓄电池，燃料电池、太阳能电池等。其中，蓄电池 电动汽车亦称二次电池电动车、纯电动汽车等，混合动力电动汽车亦称复合动 力电动汽车。应该引起注意的是混合动力电动汽车的定义，国际机电委员会下 属的电力机动车技术委员会建议把混合动力电动汽车定义为“有两种或两种以 上的储存器、能源或转换器作驱动能源，其中至少有一种能提供电能的车辆称 为混合动力电动汽车” 。 1.1.2 电动汽车的分类 电动汽车主要分为纯电动汽车、混合动力电动汽车和燃料电池汽车三大类 别。 纯电动汽车（ electric vehicleev ） (如图 1-1 所示) 电动汽车的研究是从单独依靠蓄电池供电的纯电动汽车开始的。纯电动车 由二次电池（如铅酸电池、镍镉电池、镍氢电池或锂离子电池）提供动力，具 有无污染、零排放等优点。但是，由于动力电池的性能低、价格贵、寿命短， 使得当前研制的电动汽车一次充电行驶里程短，尚不能满足人们对其机动性的 要求，成为纯电动汽车的致命弱点。 2 图 1-1 纯电动汽车 混合动力电动汽车是整个电动汽车的重要过渡型产品，分为串联式、 并联 式、混联式，从能量守恒的角度，分为能量平衡型和能量消耗型。 1.串联式混合动力汽车 series hybrid electric vehicle (shev) (如图 1-2 所示) shev 是由发动机、发电机和驱动电动机三大动力总成组成，采用“串联” 的方式组成 shev 的驱动系统。实际上 shev 的发动机发电机组只能看作一种 电能供应系统，发动机并不直接参与 shev 的驱动。 图 1-2 串联式混合动力汽车 2.并联式混合动力电动汽车 parallel hybrid electric vehicle (phev) （如图 1-3 所示） phev 是由发动机、电动/发电机或驱动电动机两大动力总成组成，发动机、 电动/发电机或驱动电动机采用“并联”的方式组成 phev 的驱动系统。 3 虽然 phev 有不同的结构模型，但都是以发动机为主要驱动模式。发动机控 制在低油耗、高效率和低污染的转速范围内稳定地运转。发动机直接带动 phev 的驱动系统驱动 phev 行驶，采用传动效率高的机械传动系统，没有 shev 在热 能电能机械能的转换过程中的能量损耗。 图 1-3 并联式混合动力电动汽车 3.混联式（串、并联式）混合动力电动汽车 series-parallel hybrid electric vehicle (sphev) （如图 1-4 所示） 混联式混合动力电动汽车（sphev）是综合 shev 和 phev 结构特点组成的，由 发动机、电动/发电机和驱动电动机三大动力总成组成。 sp hev 兼有 shev 和 phev 的优点，可以组合成更多种形式的混合驱动的 驱动模式，发动机、电动/发电机和驱动电动机的功率可以是 sphev 总功率的 1/31 倍，车辆的整备质量可以降低，而且性能更加完善，经济性更好，在动 力性能方面接近和达到内燃机汽车的水平，有害气体的排放更少，达到“超低 污染”的标准要求。 由于混合动力汽车可以较好地利用现有的传统汽车产业基础，近年来产品 开发也已经相对成熟，批量投入生产和市场的条件逐渐完善，是近期内较为现 实的产业化产品。 4 图 1-4 混联式混合动力电动汽车 4.燃料电池电动汽车（ fuel cell vehiclefcv ） 燃料电池电动汽车以氢气作为动力源，通过燃料电池机组或燃料电池发动 机这一能量转换装置，把氢气和氧气以电化方式由化学能量转化为电能从而驱 动车辆。由于这种电动汽车唯一产生的是水，很多专家认为氢能源汽车必然成 为未来汽车工业的最终发展方向和世界汽车工业争夺的热点。 1.2 电动汽车的优势 电动汽车包括蓄电池池、燃料电池车和混合电动汽车三类。由传统的汽车 动力和电力组成的混合动力电动汽车由于装备了内燃机等传统的汽车动力，因 此，此类混合动力车仅在以电力运行时具备蓄电池汽车和燃料电池汽车的一些 优势。故在以下论述一些优势中，对混合动力电动汽车仅指以电力运行时而言。 1.2.1 良好的环境保护效果 根据相关资料表明（如表 1-1 所示）电动汽车对环境有很好的保护效果。 表 1-1 nox 排放量比较 燃料种类 汽油 柴油 电力 甲醇 氢 nox 排放量 /(gmj-1) 0.113 0.056 0.047 0.0190.02 2 0.0220.0 42 5 1.2.2 噪声低 燃料电池按电化学原理工作，运动不见很少，无内燃机的燃烧噪声和进气 门、排气门、活塞与曲轴等运动部件的机械噪声。燃料电池系统中最大的噪声 源是空气压缩机。在没有采取隔音措施的燃料电池概念车，空气压缩机在汽车 运行中产生的噪声也相当大。总的来看，燃料电池车的噪声明显低于内燃机汽 车。 表 1-2 汽车加速和等速运行时噪声的构成 噪声源 加速所占比例/% 等速所占比例/% 轮胎 22.9 80.4 发动机 33.4 牵引（地盘） 2.8 冷却系统 1.9 进气系统 11.6 排气系统 23.4 其他 3.0 19.6 1.2.3 排放的废热少 汽车运行时内燃机燃烧排出气体温度明显高于环境大气，排气携带的热量 将导致环境大气温度升高，进一步对大城市的热岛效应产生一定影响。燃料电 池和混合动力汽车由于有较高的热效率，单位里程排放的热量少，蓄电池电动 汽车不带出废热的排气，故使用电动汽车可以减轻城市的热岛效应。 1.2.4 可回收利用的能量多 对电动汽车而言，很容易利用发动机反转时发电的功能回收制动或下坡时 的能量，从而使汽车的续驶里程增加、经济性提高。 6 2 国内电动汽车的现状 2.1 中国发展电动汽车的优势和劣势 在优势方面，一是中国有多元化市场需求，对一些新能源、新产品、新概 念的容纳性好；二是我们取得了技术上的进展，电池工业全球最大，我们做的 电池尽管能量比还不够，但是研发产品拿出来是相当的层次，我们在产业化方 面没有问题；三是我们的资源优势，中国是世界第三大资源国，电动机汽车所 需要的资源有一定的优势。 在劣势方面，中国汽车目前整车在电动车发展当中有一定的劣势，我们看 其他国家电动车的发展、新能源汽车的发展，大的整车企业形成支柱产业，中 国的汽车企业无论是合资的也好还是民营的也好都是不一样的，主要的技术， 电池等技术都在汽车方面，我们的整车合资企业技术是依赖外国的，所以就出 现干电池的利用电池的技术干整车，这是一大劣势。 第二大劣势就是我们的技术研发基础不牢固，比如我们搞的电池研发产品 优化，但是就拿电池来讲，能量力度提高的空间仍然很大，如果再提高的话拼 的是基础研发，在大学的研究机构和实验也在做，但是依然不足。 第三就是我们的基础设施大量的减少。电动汽车当然还有其他的产业有一 定的问题，对于中国来讲需要寻找适合自身特点的产业，对于汽车业来讲是有 很大的战略机会，但是这个转型期是比较长的。 2.2 国内电动汽车市场的快速发展 据相关资料显示：我国虽然在传统汽车领域落后于发达国家近二三十年， 失去了追赶的机会，但在电动汽车领域，我国与国外的技术水平和产业化程度 差距相对较小，基本处在同一起跑线上，并有机会在该领域获得重要席位。这 也为我国汽车工业技术实现跨越发展提供了一次历史性的机遇，更重要的是我 国还有后发优势。目前，我国电动汽车的研发已具备一定的基础，一些企业在 20 世纪 90 年代中期就推出了电动汽车样车。 我国在燃料电池汽车、混合动力电动汽车、纯电动汽车等多个领域的自主研发 7 中不断取得突破，已经具备了一定的基础，在车用电池的攻关上已经取得了群 体性突破，使我国在电动汽车领域初步构建起自主知识产权技术体系，通过开 发自己的电动汽车，申请专利，制定相关技术标准，保护自己的汽车工业，并 有望为中国汽车工业开拓新的增长点，展示了电动汽车技术的未来发展前景。 8 3 国内电动汽车充电站的发展 3.1 我国电动汽车充电站行业发展势头良好 电动汽车包括纯电动汽车、混合动力电动汽车和以燃料电池为动力的燃料 电池汽车。不论是可插电混合动力汽车还是纯电动汽车，都离不开充电站的支 持。大力发展电动汽车等新能源汽车已经成为大势所趋，当务之急是要发展多 种方便用户的充电服务。近年来，随着新能源汽车的快速发展，电动汽车在全 球范围内销量持续增长，有力带动了电动汽车充电站的发展步伐。在世界各地， 电动汽车充电站纷纷涌现，对电动汽车的进一步推广普及起到了积极的推动作 用。 经过近十年的发展，我国电动汽车研发取得明显进展。2010 年 3 月，比亚 迪 f3dm 开始在面向个人消费者销售，这标志着我国电动汽车个人消费的大门正 式开启，电动汽车产业进入快速发展新阶段。为适应电动汽车产业的迅猛发展， 近年来，中国各地纷纷建立电动车充电站。随着电动汽车迅猛发展，与电动汽 车相配套的充电站正成为一种新兴产业，电网企业、石化企业、设备厂商等各 种资本正竞相进入该领域。国家政策的有力扶持，技术标准的不断发展，我国 电动汽车充电站行业发展潜力巨大，未来市场前景广阔。 3.2 国内各地电动汽车充电站建设情况 2009 年 10 月 28 日，国内首座电动汽车充电站上海漕溪电动汽车充电 站通过验收。 2010 年 4 月 28 日，作为加快智能电网建设和服务滨海新区开发开放的重要举 措，天津市首座符合国家电网公司典型设计要求的大型电动汽车充电站，成功 入选 2010 年上海世博会最佳城市实践展示区的东丽区华明镇启动建设。天津市 电力公司将按照国家电网公司统一安排，快速推进 5 个充电站和 100 个充电桩 的建设及应用，覆盖天津市全市范围。据了解，天津市目前已经汇集了中国汽 车技术研究中心、全球最大纯电动汽车生产基地天津清源电动汽车整车产业化 示范基地等多家研究单位和电动汽车龙头企业，形成了新能源汽车良好的产业 9 聚集优势。 4 国内电动汽车的发展趋势 4.1 国内电动汽车发展困境亟待突破 电动汽车要更加广泛地推广应用，其最主要的困难在于高性能动力源技术 未能得到有效解决，现有电池产品难以满足汽车对寿命、动力性能等的要求。 目前，动力电池产品普遍面临以下问题： 1.电池安全性得不到保障。 2.电池容量有限，未能实现突破。 3.电池循环寿命短。 4.电池质量和尺寸制约。 5.电池价格昂贵。 6.对环境的污染严重。 除了上述六大难题，大容量、高功率磷酸铁锂动力电池的工艺开发还未成 功。 总体来看，动力电池发展前景良好，但目前市场化仍然偏低，离真正产业 化尚需时日。而且，动力电池企业要真正做大做强，还要经受产业规模化、大 比例研发投入和国外巨头挤压的考验。 4.2 国内电动汽车发展中需注意的问题 4.2.1 发展要靠配套设施和技术革新 政策层面的扶持固然重要，但专家们和企业更期待的是相关配套设施能尽 快建立起来。 目前，即使能够给电动汽车上牌、让电动汽车上路的也都是二三级城市， 像北京、上海这种大型城市，近几年让电动汽车上路并不现实，因为配套设施 很不完善。配套设施指的是像加油站一样的电动汽车充电网络。 10 此外，在价格上，电动汽车也无竞争优势。新能源汽车相比传统燃油轿车， 技术开发难度更大，开发成本更高。以比亚迪 f3dm 双模电动车为例，f3dm 双 模电动车现阶段售价接近 15 万元，但普通 f3 的价格尚不足 8 万元。 在价格上的差距可以缩小，而自身技术上的问题更为棘手。如何能完善续 航能力，在城市中充上电，且充电耗时短，都将是电动汽车发展的最大弊端。 4.2.2 新能源暗藏“毒草” 业内专家在谈及电动汽车时，对这个产业目前出现的一些怪现象的担忧， 多于对这个产业发展局限的担忧。 首先就是一窝蜂上项目。新能源汽车的广阔市场前景和政策扶持吸引了众多的 生产企业、科研机构等。目前，我国主要汽车生产厂家包括东风、上汽、奇瑞、 比亚迪等都在从事新能源汽车的研制和生产。而一批从未有过任何造车经验的 企业也纷纷进入新能源汽车这一领域，并提出了打造年产百万辆电动车的远景 规划。 现在经常传出国内某企业与国外汽车巨头就新能源汽车进行谈判，但这些谈判 其实都没有实质性的东西，只是有一种合作的意图而已，对新能源汽车产业的 发展也难以起到作用，仅是企业的炒作。 电动汽车发展乱局丛生，与电动汽车相关的电池行业也不规范：目前还没 有电动车电池的相关标准出台，动力锂离子电池产业已出现盲目投资，生产企 业鱼龙混杂，行业急需制定动力锂电池标准对产业进行规范和引导。 4.3 加快我国电动汽车发展的措施 我国电动车研究领先于国际水平，实现了电动汽车自主创新和技术集成， 形成了比较完整的产业布局。同时，在关键性零部件技术，如汽车燃料电池发 动机、驱动电机、动力蓄电池等方面，已经取得了重大进展，形成了配套产业 链,最有可能率先实现电动车大规模产业化应用。一汽、东风、奇瑞、比亚迪等 大型汽车工业集团，已启动电动车项目产业化。但电动汽车市场推广和使用环 境培育进程比较缓慢确是不争的事实。 11 4.3.1 技术障碍及产业赢利压力大 我国动力电池批量生产的原材料纯净度、工艺的稳定性和设备的精度，是 造成一致性问题的主要障碍。由于研发周期长、产业化规模小，动力电池成本 居高不下，而电池成本占电动汽车整车成本超过 30%，因此电动汽车产业盈利 压力大。 4.3.2 电动汽车消费所需求的基础配套设施差距很大 按照现在的充电参数，电动汽车的充电时间较长，约 9 小时，更为重要的 是充电设施网络尚未形成，相关电力配套设施不到位，社区充电设施还是空白。 目前我国示范运行的电动汽车只能在规定的线路上运行。充电的方便性成为电 动汽车大面积推广，进入民众生活的最大障碍。 4.3.3 废旧电池回收技术低 电动汽车的电池也有寿命。国产电动汽车的电池，充放电次数一般达 2000 次至 2500 次就应该保养、更换。更换下来的废旧电池处理技术低，带来循环利 用效率低，对环境的污染将不容忽视。 4.4 加快我国电动汽车发展的建议 为进一步推动电动汽车产业发展，特建议如下： 1.率先在政府和各行政事业单位使用电动汽车。 2.由政府主导，加大电动汽车消费环境相关配套基础设施建设电动汽车的 推广要求有完善的充电、维护等基础设施，而城市的基础设施建设需要政府的 牵头规划和支持，只有通过政府主导，才能有力、快速的推进。 3.加快建立电动汽车相关国家标准，使产业发展更规范有序。 4.鼓励电动车消费，并积极探索新的运营模式。现阶段鼓励电动汽车消费 具有很高的导向价值和战略价值，同时，电动汽车产业