电动汽车产业研究分析报告

1 电动汽车产业研究分析报告 电动汽车产业研究分析报告 2 目 录 第一章 新能源汽车行业概况 第一章 新能源汽车行业概况 一、新能源汽车的时代即将来临 二、新能源汽车发展的主要方向 三、锂离子电池在动力电池中的地位 四、动力锂离子电池正极材料的选择 五、政策对新能源汽车产业化的推进 六、新能源汽车产业链的核心价值 七、技术优势将决定企业未来 第二章 纯电动汽车的产业化发展概况 第二章 纯电动汽车的产业化发展概况 一、国外企业产业化概况 二、国内企业产业化概况 第三章 纯电动汽车的发展历程及地区概况 第三章 纯电动汽车的发展历程及地区概况 一、历史变革 二、地区发展 第四章 纯电动汽车面临的瓶颈问题 第四章 纯电动汽车面临的瓶颈问题 一、技术争议 二、运行经济性 三、基础设施装备 四、政府政策支持 第五章 国内主要锂离子动力电池及材料厂家概况 第五章 国内主要锂离子动力电池及材料厂家概况 3 一、国内主要锂离子动力电池厂家 二、国内主要锂电池材料供应商 第六章 锂电池材料的制备及生产工艺概述 第六章 锂电池材料的制备及生产工艺概述 一、当前国内锂电池材料现状 二、锂电池材料的制备设备 三、锂电池材料制备工艺的优化及性能 第七章 动力锂电池生产工艺概述 第七章 动力锂电池生产工艺概述 一、动力锂电池主要生产设备 二、动力锂电池生产工艺概述 第八章 电动汽车用驱动电机的现状及发展趋势 第八章 电动汽车用驱动电机的现状及发展趋势 一、引言 二、驱动电机系统的特点及分类 三、驱动电机系统的研究现状 四、发展趋势 第九章 国内外电动汽车技术现状分析 第九章 国内外电动汽车技术现状分析 一、纯电动汽车的技术动态 二、电动汽车用锂电池技术的国内外进展简析 三、国内外锂离子动力电池的关键技术及最新动态 四、锂电动力电池组的均衡管理 五、电池管理系统的软件设计 六、电池管理系统的硬件设计 第十章 锂离子动力电池生产过程的自动化与信息化技术 第十章 锂离子动力电池生产过程的自动化与信息化技术 4 第一章 新能源汽车行业概况 一、新能源汽车的时代即将来临 1.大力发展新能源汽车是能源与环境的必然要求 根据美国能源信息署 EIA 发布的国际能源展望，世界能源市场消耗量 2005 年到 2030 年预计增加 50%。 随着能源消耗的逐年增加，二氧化碳的排放量也将增加，目前二氧化碳排放中，25% 来自于汽车。至 2030 年，将由 2005 年的 281 亿吨增至 423 亿吨。在我国，汽车排放的 污染已经成为城市大气污染的重要因素，我国的二氧化碳排放目前已居全球第二，减排 二氧化碳的压力将越来越大。 2.中国发展新能源汽车的压力更为紧迫 近年来，我国的汽车行业发展迅速，已成为世界第四大汽车生产国和第三大汽车消费 国。根据国务院发展研究中心估计，2010 年，我国的汽车保有量将接近 6 千万辆，2020 年将达到 1.4 亿辆，机动车的燃油需求分别为 1.38 亿吨和 2.56 亿吨，为当年全国石油 总需求的 43%和 57%。我国的石油资源短缺，目前石油进口量以每年两位数字的百分比 增长，预计到 2010 年进口依存度将接近 50%。因此大力发展新能源汽车，用电代油，是 保证我国能源安全的战略措施。 因此大力发展新能源汽车是实现我国能源安全、 环境保护以及中国汽车工业实现跨越 式、可持续发展的需要。 二、混合动力汽车将成为我国新能源汽车发展的主要方向 1.混合动力汽车的定义 新能源汽车是指采用非常规的车用燃料来作为动力源(或者使用常规的车用然后、采 用新型的动力装置，包括混合动力汽车(FCEV)、纯电动汽车(BEV)、燃料电池电动汽车 (PCEV)以及其它新能源汽车等。 目前各种新能源汽车中，混合动力汽车是目前新能源汽车的研究热点，已经实现小规 模的产业化生产。混合动力汽车是由电动马达作为发动机的辅助动力驱动行驶的汽车。 2.混合动力汽车的分类 混合动力汽车目前主要有 3 种： 以发动机为主动力，电动马达作为辅助动力的“并联方式“ 5 低速时只靠电动马达驱动行驶， 速度提高时由发动机和电动马达相配合的“串-并联方 式“ 只使用电动马达驱动行驶的“串联方式“ 我们认为：混合动力汽车的产业化生产，通过汽车各个功能模块的发展与组合逐步推 动汽车动力化，从只具备自动启停、怠速关机功能的“微混合“、以并联式混合动力发动 机为主体的“轻混合“和以混联式为特征的“全混合“，随着设备功率的逐步提高，最终过 渡到串联式“可充电混合“，最终实现纯电动汽车产业化。 三、车用动力蓄电池是混合动力汽车产业化的关键，锂离子电池将成为未来车用动力 电池的明星 1.车用电力蓄电池具有极高的性能要求 发电机组+驱动电机+储能装置构成了汽车混合动力系统的基本技术平台， 目前发电机 组和驱动电机的研制均已实现技术上的突破， 储能装置成为限制混合动力汽车实现产业 化的重要瓶颈。 目前混合动力汽车使用各种蓄电池作为储能装置， 车用动力蓄电池具有很强的性能要 求： 高能量密度：至少与汽油相当，100-1000Wh/Kg 高功率密度：300-1500W/Kg 长寿命：与车同寿命 宽工作温度范围：-45-80 具有较高的安全性与可靠性 低成本：50-100$/KWh 环保无污染 2.锂离子电池具有极高性能优势，是未来动力蓄电池发展的必然方向 目前常用的二次可充电电池包括铅酸电池、镍镉电池、镍氢电池以及锂离子电池。相 对传统的铅酸以及镍氢和镉镍电池而言，锂离子电池的历史很短。锂离子电池被称为性 能最为优越的可充电电池，号称“终极电池“，受到市场的广泛青睐。随着手机、笔记本 电脑、数码相机、MP3、MP4、蓝牙、PDA 和便携摄像机等的消费和便携式电子产品的持 续走强，锂离子电池的市场需求一直保持相当高的增长速度，市场对于锂离子电池的巨 大需求也引导锂离子电池行业的继续走强， 也使锂离子电池在电动车方面的应用成为可 6 能。 (1)单体电池工作电压高达 3.7V，是镍镉电池,镍氢电池的 3 倍，铅酸电池的近 2 倍 (2)重量轻，比能量大，高达 150Wh/Kg,是镍氢电池的 2 倍，铅酸电池的 4 倍,因此重 量是相同能量的铅酸电池的三分之一到四分之一 (3)体积小，高达到 400Wh/L，体积是铅酸电池的二分之一到三分之一。提供了更合理 的结构和更美观的外形的设计条件、设计空间和可能性。 (4)循环寿命长，循环次数可达 1000 次。以容量保持 60%计，电池组 100%充放电循环 次数可以达到 600 次以上，使用年限可达 3-5 年,寿命约为铅酸电池的两到三倍 (5)自放电率低，每月不到 5% (6)允许工作温度范围宽，低温性能好，锂离子电池可在-20+55之间工作 (7)无记忆效应，所以每次充电前不必像镍镉电池、镍氢电池一样需要放电，可以随 时随地的进行充电。电池充放电深度，对电池的寿命影响不大，可以全充全放 (8)无污染，锂电池中不存在有毒物质，因此被称为“绿色电池“，而铅酸电池和镉镍 电池由于存在有害物质铅和镉，环境污染问题严重 3.3 发展锂离子电池我国具有独特优势 除了锂离子电池本身所具备的性能优势外， 我们认为以锂离子电池作为为混合动力汽 车乃至纯电动汽车的储能设备，发展锂电汽车我国具有得天独厚的条件 (1)资源优势 锂电汽车的最主要关键部件是锂离子动力电池和永磁同步电机， 锂离子动力电池的主 要原材料锂、锰、铁、钒等在我国都是富产资源。而我国更是永磁同步电机中永磁材料 =稀土资源的大国，为锂电汽车提供了材料保证。 (2)技术优势 我国的小功率锂离子电池早已经产业化，形成了上下游结合的完整产业链，电池产品 超过世界市场的三分之一，锂离子动力电池技术已经达到国际先进水平，产业化条件也 基本成熟，深圳比亚迪更是锂离子动力电池技术国际上的领先企业，已经实现产业化生 产。 因此，我们认为，无论是锂离子电池本身特点，还是我国目前的现状，发展锂离子动 力电池都将是我国新能源汽车产业化的主要方向。 7 四、动力锂离子电池材料：磷酸铁锂将成为正极材料的首选 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、零牌坊、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。 1.动力锂电池产业化的选择-磷酸铁锂电池 锂离子电池内部主要由正极、负极、电解质及隔离膜组成，正负极及电解质材料上不 同工艺上的差异使电池有不同的性能，尤其是正极材料对电池的性能影响最大。目前市 场上的锂离子电池正极材料主要是氧化钴锂(LiCoO2)，另外还有少数采取氧化锰锂 (LiMn2O4)和氧化镍锂(LiNiO2)以及三元材料(Li(NiCo)O2)作为正极材料的锂离子电 池。磷酸铁锂材料是最新研制的锂离子电池材料。 尤其需要指出的是，作为车用动力储能设备，安全性能尤其需要重视。由于锂电池比 能量高，材料稳定性差，锂电容易出现安全问题，目前世界上知名的手机和笔记本电脑 电池(正极材料为钴酸锂和三元材料)生产企业，日本三洋、索尼等公司要求电池的爆喷 率控制在 40 个 ppb(十亿分之一)以下， 国内公司能达到 ppm(百万分之一)级的就已经不 错了， 而动力电池的容量是手机电池容量的上百倍以上， 因此对锂电的安全性要求极高。 虽然钴酸锂电池和三元材料的电池具有重量更轻，体积更小等优点，但它们是不适合作 动力电池应用于电动车的。 同时钴酸锂的主要原材料金属钴在我国储量极少，目前 80%的金属钴基本靠进口，在 我国难以大规模使用。 从目前各种锂离子电池的性能对比我们可以看出， 磷酸铁锂电池是目前最适合用于电 动汽车产业化运用的锂离子电池。因此，掌握了规模化生产磷酸铁锂和磷酸铁锂电池技 术的企业，将在未来的电动汽车产业竞争中处于领先地位。 五、政策助推，混合动力汽车产业化已经来临 1.财政补贴大力支持混合动力汽车产业化 2008 年 1 月 24 日，财政部、科技部发出了关于开展节能与新能源汽车示范推广试 点工作的通知 ，决定在北京、上海、重庆、武汉、深圳等 13 个城市开展节能与新能源 汽车示范推广工作，表示将以财政政策鼓励在公交、出租、公务和环卫等公共服务领域 率先推出新能源汽车，对推广与使用单位购买节能新能源汽车给予补助。 2009 年 2 月 5 日， 财政部发文， 确认了中央财政对购置新能源汽车给予补贴的对象和 标准，其中够车补贴标准最高的为最大点功率比 50%以上的燃料电池公交车，每辆车可 获得 60 万元的推广补助。 2.财政补贴已能覆盖部分厂商的混合动力汽车与传统汽车的价差， 混合动力汽车产业 化序幕正式拉开 8 此次财政补贴标准的确立主要依据新能源汽车与传统汽车的基础差价。 我们以比亚迪 的 F3DM 混合动力汽车为例，F3DM 的技术参数对应补贴金额为 5 万元，该车型的市场定 价为 14.98 万元，其中磷酸铁锂电池成本为 5 万元，财政补贴后定价为 9.98 万元，相 同配置的传统汽车 F3 市场定价为 7 万元。比亚迪表示，F3DM 实现年产量 20 万台后，磷 酸铁锂电池成本降至 3 万元，考虑补贴后，届时 F3DM 的售价为 7.98 万元，财政补贴已 经能覆盖混合动力汽车与传统汽车的差价。 我们通过 F3DM 与传统汽车的对比可以看出， 汽车行驶 10 万公里后， F3DM 与传统汽车 相比支出减少 3.42 万元，实施财政补贴后，F3DM 与传统 F3 的差价为 2.98 万元，已经 体现出良好的经济效益。我们认为，除了财政补贴外，后续可能推出的政策支持包括减 免新能源汽车购置税等，届时，新能源汽车的经济效益将进一步凸现。 F3DM 续航里程达到 430 公里，其中纯电模式下行驶 100 公里，混合动力模式行驶 330 公里，最高时速达 160 公里/小时。 输出功率达 125KW，达到 3.0L 发动机的水平。 六、混合动力汽车产业链的核心价值在于磷酸铁锂电池及材料的制造 1.混合动力汽车产业链分布 整个混合动力汽车行业产业链大致分为 4 个部分 金属原材料-电池材料汽车用动力电池电池混合动力汽车 混合动力汽车产业作为当前汽车工业第三次技术革命的代表， 是当今汽车产业中技术 的最前沿。作为一个新兴的产业，我们认为谁在技术上有拥有领先优势，谁就将占领这 一新兴行业的制高点。 整个混合动力汽车的产业化的技术制约主要是两点： 汽车用动力电池和电池材料的产 业化生产。磷酸铁锂材料和磷酸铁锂电池是未来混合动力汽车行业发展的最主要方向， 掌握生产技术的企业将有潜力成为未来的行业明星。 2008 年 9 月底， 巴菲特旗下公司购买了深圳比亚迪股份有限公司(1211HK)10%的股份， 出价 2.3 亿美元，每股价格 8 港元。比亚迪是目前国内唯一掌握车磷酸铁锂电池规模化 生产技术的企业，在世界上处于领先地位。从巴菲特的投资思路我们可以看出，技术上 的领先优势是我们选取投资标的的首要考虑因素。 2.金属原材料：碳酸锂-潜在产能巨大，盈利能力将低于预期 碳酸锂是生产二次锂盐和金属锂的基础材料，广泛应用于电池、玻璃、陶瓷、铝制品、 润滑剂、制冷剂及光电等新兴应用领域。 9 从碳酸锂的下游分布来看， 电池行业的需求大致占 25%左右， 但从其它行业分布来看， 都属于强周期行业，在目前全球经济步入衰退的状况下，需求将面临下滑。因此碳酸锂 行业也属于强周期行业，与 GDP 增速高度正相关。 碳酸锂行业具有极高的资源门槛，因此全球的产能高度集中。目前世界上主要的碳酸 锂厂商主要有 3 家，智利的 SMQ，产量 2.8 万吨，德国的 Chemetall 和美国的 FMC 产量 分别为 2 万吨，合计 7.8 万吨，占据全球产量的 90%以上。目前上市公司中，中信国安 和西藏矿业 2008 年合计产量不会超过 4000 吨。 我们认为，锂电池行业规模扩大后，难以带动国内碳酸锂生产企业盈利大幅上升 （1） 、碳酸锂下游分布中，电池行业比例只占 25%，其余大部分都属于强周期行业， 短期内电池需求扩大难以弥补其它行业需求下滑，碳酸锂整体需求不会出现大幅波动， 碳酸锂的价格难以大幅提升。 （2） 、国际上，3 大碳酸锂生产厂商均有扩产计划，其中，SMQ 计划将产能由 2.8 万 吨扩充到 4 万吨，Chemetall 计划从目前 1.8 万吨扩产到 3 万吨，FMC 扩产到 2.5 万吨， 如果全部达产，总产能将超过 9 万吨。 （3） 、国内方面，上市公司中，中信国安设计产能 2 万吨远期，目标 3.5 万吨;西藏 矿业设计产能 1 万吨，远期目标 2.5 万吨;其它青海锂业和盐湖集团设计产能分别为 1 万吨。仅计算现有产能已达 5 万吨，远期潜在产能 8 万吨。 短期内 A 股上市公司中，西藏矿业和中信国安由于生产技术上存在问题，年产量分别 只有 2000 吨，占主营业务收入比例较低，难以带动业绩大幅上升。长期看，由于全球 碳酸锂的潜在产能巨大，即使电池行业需求上升，也难以带动碳酸锂价格大幅上升。 3.电池及电池材料生产：磷酸铁锂技术是未来的方向，2010 年将出现爆发性需求增长 目前磷酸铁锂电池材料的主要竞争厂商来自于美国的valence、 A123和天津的斯特兰。 美国 valence 及其在华企业威能美国的 valence 公司 2003 年开始磷酸铁锂的产业化 生产，并且和中国的部分锂离子电池厂家进行合作，并且以 OEM 方式生产 3-10AH 的聚 合物天吃，同时在苏州建设生产基地(威能和威泰)，自己生产聚合物电池。但对国内客 户并不出售电池材料。 美国 A123 及其在华企业威博公司主要从事搀杂金属离子的磷酸铁锂材料的商品化运 做，部分产品已在台湾的厂家使用。A123 与 valence 类似，也是以 OEM 的方式和国内的 电池厂家进行合作，在常州建设生产基地(高博)。对国内客户同样不提供电池材料。 天津斯特兰公司目前拥有年产 500 吨磷酸铁锂的生产能力，并计划扩产到 2000 吨， 从公司公开资料看，我们无法获得公司磷酸铁锂产品的技术参数，但目前国内唯一的磷 酸铁锂电池规模化生产厂家深圳比亚迪的磷酸铁锂材料主要向公司采购，因此我们认 为，天津斯特兰的磷酸铁锂材料技术上已经基本符合规模化生产的需要。 10 根据我们统计，目前全国实现磷酸铁锂批量生产的企业有 12 家，年产量 2400 吨 根据科技部的规划，我国混合动力汽车的发展将分三个阶段阶段 近期发展阶段(2008-2012 年)：混合动力汽车大批量产业化，年产量达到百万辆级， 占到汽车总产量的 10%以上。以技术相对成熟、成本增加较少的“微混合“和“轻混合“动 力汽车构成混合汽车的主流。 中期发展阶段(2012-2020 年)：随着电池技术的进步及其价格的降低，节能效果更加 显著的重度混合动力汽车和纯电动汽车在混合动力汽车中占据主要地位，“微混合“和“ 轻混合“动力汽车共同构成混合动力汽车其余的组成部分 长期发展阶段(2020-2030 年)： 混合动力汽车呈大幅增长态势， 占到汽车总产量的 50% 以上，传统的燃油汽车包括代用燃料汽车产量将会下降到汽车总产量的 25%左右 在国外方面，美国 2001-2007 年混合动力销售数据来看，2001-2007 年混合动力汽车 的销售量复合增长率达到惊人的 58.4%，市场处于高速增长期，奥巴马上台后更是宣布 到 2015 年，美国的混合动力汽车的保有量将超过 100 万辆。 目前国内每年磷酸铁锂的需求量为 8000 吨左右，产量为 2500 吨，酸铁锂生产技术门 槛很高，大多数生产厂商在批量生产时产品的稳定性无法保证，我们预计目前国内磷酸 铁锂目前实际的年产量更低。随着混合动力汽车产业化的来临，磷酸铁锂将面临一个巨 大市场蛋糕。从国内来看，深圳比亚迪的混合动力汽车 F3DM 在 2008 年底正式上市，并 在 14 个城市展开销售，其后续的 E6、F6 等车型将在 2010 年上市，混合动力汽车产业 化的时代已经来临。 根据统计 2008-2009 年，国内共有 50-60 家电芯厂商即将或已经完成生产线的购置， 进行产能扩张，2010 年，磷酸铁锂的需求将出现爆发性增长。 预计，到 2010 年，国内混合动力汽车产业化初期，磷酸铁锂的年需求量将超过 1.5 万吨。 根据美国 A123 公司的预测，到 2010 年，全球磷酸铁锂的供给缺口将达到 10 万吨。 4.混合动力汽车制造企业：缺乏核心电池技术难以享受行业增长 混合动力汽车的关键技术在于车载动力蓄电池， 车载动力蓄电池的成本占到全部成本 的 30-50%，目前 A 股中混合动力汽车的生产企业基本缺乏车载动力蓄电池的生产能力， 基本采用外购。考虑国家财政补贴后，混合动力汽车的毛利率与传统汽车的毛利率相差 不会太大，难以享受行业增长带来的超额利润。 目前国内同时具备车载电力蓄电池与整车生产能力的只有比亚迪一家企业， 巴菲特投 资该企业正是看中其拥有的混合动力汽车的核心技术-磷酸铁锂电池。 11 七、寻找锂电行业未来的明星企业：技术优势将决定企业未来 1.混合动力汽车产业链各环节投资价值判断 上游金属原材料方面：西藏矿业和中信国安由于生产技术上存在问题，年产量分别只 有 2000 吨，占主营业务收入比例较低，难以带动业绩大幅上升。长期看，由于全球碳 酸锂的潜在产能巨大，即使电池行业需求上升，也难以带动碳酸锂价格大幅上升。 中游电池及电池制造方面：中信国安控股的盟固利主要生产钴酸锂电池，并不是未来 车载动力蓄电池的发展方向;科力远的主要产品是镍氢电池，虽然目前大部分的车载动 力蓄电池采用镍氢电池，但我们认为锂离子动力电池必将取代目前的镍氢电池。 下游混合动力汽车制造方面： 目前国内大多数混合动力汽车制造企业缺乏混合动力汽 车车载动力蓄电池制造和生产的核心技术，难以享受行业增长带来的商机。比亚迪拥有 混合动力汽车的核心磷酸铁锂电池技术的生产能力，将在未来的市场竞争中脱颖而出。 2.具有潜力成为未来锂电行业明星企业的公司：杉杉股份 公司目前拥有完整的锂离子电池材料产品体系， 电池材料的收入已经占到公司主营业 务收入的 49%，是目前 A 股中唯一掌握磷酸铁锂生产技术的上市公司。 正极材料方面：拥有目前全部 4 种磷酸铁锂正极材料的生产能力，更是 A 股中唯一掌 握磷酸铁锂生产技术的企业，目前公司已经成为国内最大，世界前三甲的正极材料供应 商。 负极材料方面：公司拥有 1200 吨锂电负极材料“中间相炭微球(CMS)的生产能力，是 国家 863 高科技研究发展计划项目，被列为国家高新技术产业示范工程项目。 电解液方面：公司控股的东莞杉杉的销售额与销售量目前已排名全国第三。 在下游客户拓展方面，深圳比亚迪与公司建立了长期稳定的客户关系。 作为A股中掌握锂离子电池材料核心生产技术的唯一公司， 拥有完整的电池产品体系， 具备成为未来行业龙头企业的基本条件， 我们将重点关注公司电池材料业务尤其是磷酸 铁锂产品的规划及发展。 12 第二章 纯电动汽车的产业化发展 一、国外企业产业化概况 一、国外企业产业化概况 1、第一代纯电动汽车阶段 在纯电动汽车的第一个发展阶段，截止到 1998 年底，全世界有 9 个大型汽车厂 10 种纯 电动汽车投入小规模生产。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，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：国外 10 种纯电动车的基本情况 年份 生产厂商 车 型 1994 日本大发汽车公司 电动微型面包车 Hi-Jet EV 1995 法国标致雪铁龙公司 电动 4 座小型轿车 P106.SAXO 及其客货车 1996 美国通用汽车 EV-1 1996 日本丰田公司 电动 5 座小型轿车 RAV4EV(氢镍) 1996 日本丰田公司 电动 4 座小型轿车 Plus(氢镍) 1996 法国雷诺公司 电动 4 座小型轿车 Ctio(铬镍电池) 1997 美国福特公司 电动 2 座轻型皮卡(客货车)Ramger 1997 美国克莱斯勒公司 电动 4 座小型轿车 Epic 1997 美国通用公司 电动 2 座轻型皮卡 S-10 1998 日本日产公司 电动 4 座轻型轿车 Aitra 2、第二代纯电动汽车阶段 活跃在第二代纯电动汽车研发活动中的企业，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。 13 2001 年， 法国电力公司和博洛尔集团 （Group BOLLORE） 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，最高时速 125 公里/时，6 个小时必须 100%的充电，但是只需要充电几分钟 即可再获得一次安全的最大行程。 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 130 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 （第二代纯电动轿车） 运动型小马（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 的驱动电机的电源为锂离子蓄电池组，由 22 个锂离子蓄电池模块 并联组成。每次充电可行驶 150 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。 还有日本著名大学庆应义塾和一些民间企业共同研发的八轮 电动轿车艾利卡（Eliica），从静止状态加速到 100 公里/小时仅需 4.2 秒，最高 车速则可达 370 公里/小时，但其成本很高。 还有通用在 2007 上海国际汽车工业博览会推出新款雪佛兰 Volt 概念车， 采用了最新研 发的 E-Flex 动力推进系统，在 110 伏电源上充电约六小时即可充满锂电池，使用 220 伏电源充电所需时间更短。使用纯电动模式可在城市道路上行驶约 64 公里，当内置电 池组中的电能耗尽后，E-Flex 动力推进系统可以将汽油、乙醇、生物柴油、氢气等能源 转化成电能，从而为车辆的行驶确保有足够的电力驱动能力。根据实验数据，如果使用 汽油内燃机，通过能源转换后，Volt 的最大续航能力超过 1000 公里，每升汽油可以使 汽车行驶 17 公里，超过传统汽车的两倍。 二、国内企业产业化概况 二、国内企业产业化概况 国内企业从事纯电动汽车研发、少量产业化生产与试运营的有东风、天津清源、北京理 工科凌、比亚迪、万向等企业。2006 年，我国第一批纯电动轿车取得了产品准入公告， 吸引更多企业加入蓄电池或纯动力汽车的研发或试运营，如咸阳威力克能源有限公司、 博信电池（上海）有限公司、上海瑞华集团、深圳雷天绿色电动源有限公司、中信国安 黄金有限公司、合肥工业大学等。 东风公司是国内最早从事电动汽车研发的汽车企业之一，开发了游览车、多功能车、工 业专用车和高尔夫球车等 4 大系列、近 20 个品种的纯电动车，包括东风纯电动轿车 （EQ7160EV）、纯电动富康轿车（EQ7140EV）、纯电动客车（EQ6690EV）等。2003 年东 风纯电动车实现商品化销售以来， 已累计销售 1000 余台， 进入行业前三甲。 截止到 2005 年 11 月，参与示范运营的东风纯电动小巴有 93 台。到 2010 年，东风电动车公司计划 实现纯电动场地车销售 5000 辆的年产销量。 14 “十五”期间，国家 863 计划电动汽车重大专项项目中纯电动轿车研制点之一在天津汽 车。 天津市电动车辆研究中心与天津一汽产品开发中心联合众多汽车技术研究中心与大 学资源，组建天津清源电动车辆有限责任公司，承担 863 计划重点项目“XL-2 纯电动轿 车”研发工作，各项技术指标达到了国际先进水平，全车总重 1600 公斤，最高时速达 到 140 千米/小时， 续驶里程超过 260 千米， 0 千米/小时50 千米/小时的加速时间 6.8 秒，被认为是国内水平最高又最接近产业化的电动车型。2005 年，清源公司开发的 6 辆“幸福使者”纯电动汽车出口美国，这是国内电动汽车整车第一次出口。根据美方要 求，该车作为美国家庭用车，最高时速限定为 40 公里，最大续驶里程 100 公里 ，整车 定价近 1 万美元。之后，清源公司继续向美国出口纯电动轿车，2005 年出口总数达到 112 辆，2006 年销往欧美 500 辆，2007 年国际市场订单已超过 1000 辆。2006 年底，清 源公司在天津滨海新区建设电动汽车研发制造基地， 将形成一条年产 2 万辆纯电动汽车 的生产线。 “十一五”期间，北京理工大学作为整车总体单位承担了 863 电动汽车重大专项“纯 电动客车项目”，作为技术依托单位承担了北京市科技奥运电动汽车特别专项“电动汽 车运行示范、研究开发及产业化”等项目。已完成纯电动准低地板公交车、纯电动中巴 客车、纯电动旅游客车、纯电动超低地板公交车等四种车型的整车开发、型式认证和定 型设计，并进行了 40 余辆的小批量试生产，各项动力性、经济性、续驶里程、噪声等 指标已达到或接近国际水平；组建电动汽车示范车队，在北京市开展“一线一区”两种 模式示范运行。目前，北京理工大学等单位已经完成了北京理工科凌电动车辆股份有限 公司密云电动车辆产业化生产基地的建设， 初步形成了关键技术的研发能力和产业化配 套能力。 著名电池制造商比亚迪在动力电池方面的研究成果一直处于世界的前沿， 该公司最新研 发的车用产品的充电时间已缩短到 89 小时，最高续驶里程可达 450500 公里，最高 时速可达 120180 公里/小时，0100 公里/小时加速时间小于 13 秒。2006 年 7 月， 比亚迪为加速纯电动汽车的商业化步伐，推出一款全新技术的电动轿车F3e。这款 车基于 F3 平台而开发， 装载比亚迪在全球首家推出的技术 “铁” 动力电池 “ET-power” ， 一次充电能够行使 350km，单次充电时间 22 分钟。 “ET-power”是以比亚迪在电池领域 里的最新发明“铁电池”为核心技术支持的纯电动汽车动力体系。（注：E 表示环保和 电力 environment 和 electric 的首字母， T 则表示技术 technology， power 则表示动力 和能量）同时，比亚迪计划首批 200 台纯电动出租车于 07 年投入示范性商业运营。目 前比亚迪已经在北京、上海、深圳、西安等四大基地完成了内部实验性电动汽车充电站 的建设，计划先在企业内部进入“电动汽车”时代。 万向集团公司从 1999 年开始涉足电动汽车领域，目前已经研制出了纯电动轿车和纯电 动公交车，运行总里程已经超过了 15 万公里。其纯电动轿车最高时速为 126 公里，经 济时速下最大续驶里程为 380 公里，百公里平均耗电量为 11 千瓦时；纯电动公交车最 高时速为 90 公里，经济时速下的最大续驶里程为 280 公里，百公里平均耗电量为 70 千 瓦时，充电方式采用设置换电站快速更换电池组方式。2006 年 4 月，万向集团公司研制 的锂离子电池驱动纯电动汽车在杭州开始示范运行。 15 第三章 纯电动汽车的发展历程及地区概况 纯电动汽车以车载电源 （充电蓄电池） 作为储能方式、 用电动机为动力来驱动车轮行驶， 不仅具有节能、环保的特性，还有动能来源广泛的优点，可以利用水力、风力、核能等 发电或利用电力系统低谷期给蓄电池充电，从而提高电网效能。 一、历史沿革 一、历史沿革 纯电动汽车在电动汽车中发展时间最长。 自 19 世纪 90 年代美国人制造出世界上第一辆 纯电动汽车以来，20 世纪初第一次达到生产高峰，占领了 40%的汽车市场。后来由于电 子启动器的发明以及纯电动汽车动力性差的原因，在 30 年代中期结束了早期的纯电动 汽车生产而进入燃油汽车的黄金时期； 1974 年-1975 年和 1979 年-1982 年欧美两次能源 危机推动纯电动汽车的研制重新进入高峰。这一阶段汽车电力电子学尚未建立，既没有 完善的科学理论做指导，更缺乏高科技含量的汽车电力电子装置可供采用。特别是，当 时仅有铅酸蓄电池可供使用，而铅酸蓄电池体积大、质量重，能量密度小、功率密度低， 充电时间长，每次充足电后续驶里程较短，再加上电力传动系统的制造成本过高等因素 困扰，1997 年以后绝大多数公司对纯电动汽车的研发基本处于停滞状态。 第二代纯电动汽车的出现，是以汽车电力电子学的最新发展为基础的，其技术亮点包括 高能量密度锂离子蓄电池、锂离子电容器等的发明，以及乘用车电动轮技术的开发和实 用化等。 虽然， 纯电动汽车离真正商业化还有一定的距离， 但与第一代纯电动汽车相比， 它已经在充电时间、续驶里程、动力性、快速充放电能力等方面取得了可喜的进展。与 传统内燃机汽车及混合动力汽车、氢燃料汽车相比，第二代纯电动汽车也显示出了一定 的“比较优势”：控制精确度高于混合动力车，风阻系数可降至 0.19，整车质量大大低 于燃料电池车，CO2 排放量低于同级别汽油车，使用过程的能耗费用低于汽油车。当然 还存在技术瓶颈和若干问题。 二、地区发展 二、地区发展 在新能源汽车的发展战略中，各个国家、地区和世界各大汽车公司都依据自己的评估作 了不同的选择，对纯电动汽车的研究采用了不同的策略。从当前整体情况看，重视混合 动力汽车和燃料电池汽车技术的国家与企业较多， 选择重点研发与产业化纯电动汽车的 较少。 1、美国1、美国 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，并且与 美国能源部签订协议在19911995年间投资 2.26 亿美元来资助电动汽车用高能电池的 研究。20 世纪 90 年代中期，美国克林顿政府曾制订了发展电动车的“新一代汽车伙伴 (PNGV)计划”，集中研究电池驱动的纯电动汽车。但鉴于当时蓄电池技术还未能获得关 16 键性突破，纯电动汽车一次充电后的续驶里程短，充电时间长，降低电池造价困难，在 技术上也难以解决处理废旧电池二次污染、回收困难的问题，而且电池价格昂贵，商业 化进展缓慢。美国加州经过 13 年在环保及环保车辆的探索实践，表示不再积极鼓励发 展纯电动汽车，而转向了燃料电池。EV1、Chrysler EPIC 等相继停产，通用曾经也宣布 不再继续加大对纯电动汽车研究的投入，只是对已经在路上使用的电动汽车进行维护。 不过美国国家实验室还在继续进行纯电动汽车先进驱动系统、 先进电池及其管理系统等 的深入研究。2002 年，美国能源部批准经费 l500 万美元，用于“工业研究、开发和演 示使用电池的电动汽车”的费用共担项目，包括使用效率和动力储存、供电质量等。小 型、低速、特种用途的纯电动汽车不断发展。 2、欧洲2、欧洲 与美国相比，欧洲更崇尚追求完美零污染的纯电动汽车。成立于 1990 年的欧洲“城市 电动车”协会至今在欧共体组织内已有 60 座城市参与，帮助各城市进行电动汽车可行 性的研究和安装必要的设备，并指导城市的电动汽车运营。其中最为成功和著名的就是 电动标致 106 车型，这种以镍镉电池为动力的电动汽车已经在欧洲各国，尤其是在政府 部门当中拥有大量的用户。这与法国政府给予纯电动汽车高度重视和支持，出台了许多 鼓励研发和生产产业化的优惠、支持、补贴和扶持政策密切相关。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， 共同合资组建了电动汽车的电池公司萨夫特（SAFT）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。但它终究还是没有能成功地解决一次充 电后的续驶里程短的问题，因此也没有进行更大规模的扩张，而是更多地转向清洁柴油 车的产业化。目前，还有一些机构继续在做纯电动汽车的研究开发，例如体现法国政府 意向的法国重要的国营企业， 法国电力公司与达索集团签约了纯电动汽车的合作开发项 目。追随法国进行理论研究和产品开发的是比利时，主要集中在高等院校之中，例如布 鲁塞尔和列日（Liege）大学。但是比利时没有自己的汽车工业，没有很多的企业投资， 只有有限的政府资助，缺乏实际运用效果。此外还有意大利着重两轮纯电动车的研发和 运营，瑞士则侧重研究超级电容器，尤其是电动城市轻轨方面的研究。 3、日本3、日本 日本从 70 年代开始开发纯电动车，许多汽车企业都陆续进行了一些产品发布与销售运 行，但坚持下来进行研发和销售的只有大发和铃木两家。到了 90 年代之后，由于环境 等问题，一些大汽车企业重新开始研发第二代纯电动车，丰田、本田、日产等陆续进行 了一些产品发布与销售运行。然而由于技术与价格等方面的原因，在新能源汽车研发战 略中，更多的日本汽车企业选择了混合动力汽车作为重点发展方向，坚持纯电动汽车蓄 电池技术研发的重点落在三菱重工、富士重工等动力装备类企业。纯电动汽车的产品开 发向小型化发展，单人和 2 人车型成为主力车型，车辆技术、零部件技术、充电设施技 术都已相对成熟。截止到 2002 年，日本纯电动汽车的保有量为 2696 台。目前，日本电 动车辆协会、汽车协会、汽车电子协会等部门已经初步建立了一些纯电动汽车共同利用 系统，进行实用化试运行和试运营。 17 4、中国4、中国 我国纯电动汽车的研究开始于 20 世纪 60 年代，到了 90 年代掀起了一股电动汽车热， 部分高校、汽车研究所以及生产企业联合开发充电电池和纯电动汽车，并取得了一些成 果。2001 年，我国确立“十五”国家高新技术研究发展计划（863 计划）电动汽车重大 专项项目，明确了我国的电动汽车战略发展基本原则，即燃料电池汽车发展居首位、第 二为混合动力电动汽车、纯电动汽车兼顾一下，提出“三横三纵”研发布局，并招标确 定纯电动轿车由上汽奇瑞、 天津汽车来牵头研制。 2006 年开始实施的国家中长期科技规 划对电动汽车研发战略也大体相同。按照项目规定进程，纯动力电动汽车功能样车已经 实现， 纯电动轿车和纯电动客车在国家质检中心的型式认证试验中各项指标均满足有关 国家标准和企业标准的规定，关键零部件高功率镍氢电池、锂离子电池性能有了较大提 高。因此，虽然在传统汽车的开发上，我国与世界先进水平相比有 30 年以上的差距， 但在纯电动汽车技术开发上的差距并不大，几乎站在同一起跑线上，而且关键零部件技 术平台相同，有专家认为研发水平最大差距不超过 5 年。甚至在某些领域，如锌-空气 电池和锂电池研究方面，已经达到世界领先水平 18 第四章 纯电动汽车面临的瓶颈问题 目前第二代纯电动汽车在技术、运行经济、基础设施配套、政府政策支持等方面还 存在着产业化发展的瓶颈，在轿车领域的发展还没有达到预期目的，大部分产品集中于 短途低速、城区公共交通及旅游区交通等特定用途，包括高尔夫球场场地车、公园游览 车、工厂内的牵引车或两轮电动自行车等。纯电动汽车的产业化进程才刚刚起步，要能 够大批量生产，并且质量稳定、符合标准，还有较长的路要走。 一、技术争议 一、技术争议 这几年， 通过实施 863 计划， 我国纯电动车的研发能力大大提高， 技术难点正逐步克服， 检测手段也不断增强，整车技术已能够达到或非常接近国际水平，部分技术能够达到国 际先进水平。比如双 CAN 总线控制器网络系统，交流感应电机和永磁电机的全数字四象 限矢量控制技术，分布式、网络化电池管理系统，以及智能化高压电安全管理系统等， 都基本上已是当前国际上最先进的技术。因此，有专家认为我国纯电动汽车的产业化已 不存在近期难以克服的重大技术问题。 但是，也有专家认为当前的纯电动汽车技术还存在不少问题，如蓄电池的使用寿命不长 而更换成本高；国产零部件尚未完全过关，关键元器件均需进口；低温条件下电池超快 充电技术未根本解决等。而且，当前纯电动汽车开发还基本以实验室研发为主，各项关 键技术指标在实际复杂运行环境下缺乏批量化的质量控制， 不能保证达到测试时的数据 值一致性。此外，虽然目前某些关键技术有所突破，但关键技术的突破并不意味着市场 化的可能性，汽车是一个完整的、复杂的大系统，纯电动车更是由计算机控制，对电动 机、变速器等零部件的要求很高。只有关键技术和传统技术、关键部件和传统配件的全 面发展，才能开发出先进的、可以市场化的纯电动汽车。而且这种换掉整个能源体系、 不要燃油机的方式将会给汽车产业链带来巨大变化， 无论发达国家还是发展中国家都不 是几年内能够接受得了的，因此存在很多争议。 二、运行经济性 二、运行经济性 纯电动汽车不使用燃油，不受油价飞涨的影响。但是由于纯电动汽车需要改变整个动力 体系，要花一部分额外的成本来装电机、电池，而电机控制系统的成本较高，带动整车 销售价格也提高。从目前各国试运行和部分产业化的情况来看，包括低性能两轮电动车 在内的小型纯电动汽车产业化情况较好， 而高性能较大型纯电动汽车的设计目的本就有 较远距离、较大速度的需求，直接的后果的就是加大车身重量、对电机功率和电池容量 要求比较大、成本加重、经济性下降。在这种情况下，与同时也在不断进步的内燃机节 能技术相比，如果没有政府的政策鼓励性经济补贴，用户选择购买价格昂贵的纯电动汽 车并不见得划算。这也成为纯电动汽车产业化的瓶颈之一。当然，随着电池价格下降和 纯电动车产量增大，购买价格会逐渐降低。日本经产省制定计划，与日本汽车产业、电 机产业、各大学和研究所共同研发高性能、低价格的充电电池技术，在 2015 年将装配 19 高性能电池的电动汽车成本降低到目前微型车的水平。 届时可以大大提高纯电动汽车的 运行经济性。 三、基础设施装备 三、基础设施装备 纯电动汽车商业化的基础设施包括充电站网络、车辆维修服务网络、多种形式的电池营 销、 服务网络等。 建立一定数量的公用充电站、 配备专用电缆及插座等是延长行驶里程、 实现纯电动汽车产业化的关键。这些公用设施，由当地政府规划，由发电厂和当地城市 供电公司共同投资建设，由充电站企业来独立经营，利润不会低于加油站。在一个城市 内建设十几个或数十个公用充电站，市区内的出租汽车、私家车、商务车均可在公用充 电站快速充电。公交公司也可在终点站、始点站自行建设充电站，为本线路公交车提供 充电服务，环卫车辆可在本企业的停车场内充电，同时私家车还可在晚上回家充电。 这里就有一个电力供应问题。有专家认为近几年电力建设突飞猛进，国内装机容量大幅 增加，未来 1-2 年内在建电力项目均可形成发电，电力盈余局面即将出现。如果将城市 公交车、出租车、私家车、市内环卫车、企业商务车等在市区内行驶的原燃油车辆改为 纯电动汽车，利用夜间电网的廉价谷电来进行充电，既省电又可平抑电网的峰谷差。目 前已有汽车企业与电网公司探讨由电网公司制作标准化电瓶，利用波谷电将电蓄到电 瓶，再将电瓶租给电动车、公交公司的方式。2006 年，上海比亚迪研发中心建成第一个 电动汽车充电站并通过检测，随后在北京、深圳、西安等三个基地也完成了内部电动汽 车充电站的建设。还有国家电网公司除了进行纯电动汽车电池技术研发、电动汽车改装 和示范应用之外，在奥运会和世博会中心区域投资建设电动汽车充电站，对充电站的建 设进行统一规范，实现充电机生产和充电接口的标准化，建成公司内部充电网络，完成 社会用公交车、出租车以及其他社会用车配套的供、充电系统建设。按照其“十一五” 车辆替换和运行计划，将以北京、上海、天津、山东、浙江、湖北、湖南等省（市）为 试点区域，按照试点省（市）电力公司现有公用车 5%的比例，其他省（市）电力公司现 有公用车