电动汽车发展文献综述

福州大学本科生毕业设计文献综述 1 电动汽车发展文献综述电动汽车发展文献综述 摘要 本文从环境污染 能源短缺等问题对我国形成的挑战 指出我国汽车制造业发 展电动汽车的必要性和重要性 阐述了电动汽车发展的技术问题及研究进展 探讨 了国内电动汽车业存在的问题 提出了发展电动汽车是我国汽车制造企业实现跨越 发展的必由之路 同时也是实现可持续发展的必经之路 1 引言 汽车制造业是一个国家综合实力与科技水平的象征 近年来 在我国政府重点 扶持与政策引导下 汽车制造行业成为了我国经济结构中的 支柱型产业 至 2013 年 我国汽车销量已突破 2000 万辆 达 2198 万辆 在该年底 全国机动车 数量突破 2 5 亿辆 其中 汽车达 1 37 亿辆 汽车保有量的不断攀升 导致我国石油消耗量日益升高 石油对外依存度也不 断升高 根据 能源发展 十二五 规划 的目标 至 2015 年我国石油对外依存 度需要控制在 61 以内 然而目前的数字正在逼近这一红线 数据显示 早在 2009 年 我国原油对外依存度就已突破 50 的警戒线 至 2012 年 该数据升至 56 4 2013 年更是高达 58 1 汽车保有量的持续攀升 不仅给能源带来危机 同时传统汽车排放的尾气给环 境带来了巨大的危害 去年及今年 全国大面积持续长时间被雾霾笼罩 空气质量 已经达到了严重污染程度 如何控制和降低汽车尾气排放带来的污染也是亟需解决 的一大课题 1 节能 环保 安全 是汽车发展的主要趋势 为此 我国提出了 发展清洁汽 车 调整能源结构 减小环境污染 改善大气质量 的政策 电动汽车使用成本非 常低 将其百公里的用电成本进行换算 电的成本仅是油的 20 即使用电动汽车仅 需花 1 5 的钱就可以行驶与原来相当的公里数 普通汽车 不论是手动档还是自动 档 都用变速器变速 电动车变速是电机驱动 没有变速器 而且非常强劲 此外 电 动车的四轮驱动原理简单 且不用换机油 电动汽车的上述特点 决定了它具有强大 的生命力和广阔的市场发展前景 发展电动汽车是降低环境污染的有效途径 是缓 解石油短缺的重要措施 福州大学本科生毕业设计文献综述 2 2 电动汽车研究现状综述 2 12 1 何为电动汽车 电动汽车是电动车辆的一种 也是汽车的一种 即全部或部分用车载电源为动 力 用电动机驱动车轮行驶 符合交通规则 安全法规各项要求的汽车 电动汽车 应具有汽车的性能和属性 但动力线路与原内燃机动力线路不同 又具有电力车辆 的基本特征 其车载电源一般采用高效充电电池或燃料电池 其驱动电动机相当于 传统汽车的发动机 蓄电池或燃料电池相当于原来的油箱 电动汽车通常被分为蓄 电池电动汽车 BEV 混合动力电动汽车 HEV 和燃料电池电动汽车 FCEV 三 大类 2 2 22 2 国外研究现状 受 20 世纪 70 年代全球爆发石油危机影响 欧美日等汽车产业发达国家开始加 强对电动汽车的各项研究 经过多年的逐步积累 建立起了包括政策法律研究 战 略研究 技术研究等方面的几大研究体系 在电动汽车研究方面起到示范作用 引 领了电动汽车发展观念的重大变革 3 1 政策法律研究 在政策法律研究领域 国外汽车产业发达国家将研究重心主要集中在实现电动 汽车行业市场规模化 产业深度化与持续化利用电动汽车三个方面 从政策上加以 引导 推进电动汽车的发展 同时 各国依据长期深入的研究成果 制订了各类促 进电动汽车产业发展的法律 法规和法令 为电动汽车产业的成长提供了基础依据 与法律保障 4 2 战略规划研究 国外的战略规划研究立足两大核心点 国家能源战略与市场发展战略 目前的经济对石油为代表的石化能源存在巨大的需求 而石化资源具备分布 不均 环境污染 资源产地动荡因素 国际资源炒家等众多不安定因素 尤其是最 近几年 石油价格的高企以及需求的巨大缺口更坚定了各国发展电动汽车的心 5 日本早在 2004 年就公布了电动汽车产业化远景构想 计划在 2030 年以前 石 油占能源总量的比重将由 50 降到 40 电动将上升到 20 且每年拨款 570 多亿 日元 其中约 360 多亿日元用于研究电动技术 该计划将延续到 2020 年 除此之 外 美国 德国 法国等发达国家也都在紧锣密鼓地谋划电动汽车全球战略 6 不 久前 美国总统奥巴马就高调宣布支持新型动力汽车发展战略 计划至 2015 年使 美国新型动力汽车保有量达到 100 万辆以上 另外 金融危机对全球传统汽车业造成重创 汽车产业格局正在发生转变 国 福州大学本科生毕业设计文献综述 3 外车企将未来发展重点锁定电动汽车看中的正是不可多得的行业转型契机与市场空 间 围绕这方面的战略规划成为了 2010 年的一大研究热点 3 技术路线研究 在电动汽车技术领域的研究 是欧美日等汽车发达国家极为重视的核心内容 不同程度的采用了政府 企业和研究机构相结合的研发体系 但由于各国汽车工业 基础的区别 产业优势的不同以及发展理念的差异 最终形成了不同的技术侧重路 线 日系企业以混合动力为主力车型 已经开发出了可以大规模应用的油电混合动 力技术 欧洲在混合动力技术 纯电动汽车技术和氢燃料汽车领域都有涉及 氢燃 料汽车是欧洲研发的重点 其中既有氢燃料电池汽车也包括氢内燃机汽车 此外欧 洲在生物柴油汽车产业化应用领域处于世界领先地位 美国在电动技术在技术研发 和产业实践方面 主要集中在氢能源和燃料电池汽车领域 4 理论研究 在理论研究领域 由于电动汽车技术和产业化尚处于初级阶段 并且通常都是 由政府主导 企业和研究机构共同参与的研究和推广项目 因此目前对电动汽车相 关理论研究主要表现为政府 企业和研究机构所的产业分析 技术分析 项目成果 与评估报告等形式 其成果一般发表在电动汽车相关的国际会议上 美国方面 主要理论研究围绕美国电动汽车发展路线集中在氢能源和燃料电池 汽车产业化领域 Griffin Burgh 2003 在氢能源研究报告中通过对氢能源的制取 运输 氢能来源等内容的研究 分析了氢能源在美国能源独立方面的作用 认为尽 管氢能源是不会直接造成有害气体和温室气体排放的清洁能源 具有的潜力成为石 油燃料替代品 但是大规模应用氢能源将会面临技术 热动力损失 规模和安全等 多方面的问题 而且氢能源配套技术和基础设施的发展严重滞后于氢燃料汽车技术 因此美国发展氢能源还需要克服许多技术和经济上的困难 7 8 9 欧盟委员会 2003 公布了 1999 2020 年欧洲燃料电池和氢能项目发展情况 从 燃料电池网络 氢能生产与存储 可再生氢能 氢能基础设施网络等多方面分析了 欧洲在氢能与燃料电池方面的进展 在 2007 年 10 月欧洲氢能协会慕尼黑会议上 Andre Martin 发布了关于欧洲企业集团建立燃料电池和氢能共同技术计划 JTI 的研究 Johannes Topler Jozsef Ma Itfalvi 和 Antonio Gonzalez 分别总结 了德国 西班牙与匈牙利氢能与燃料电池研发 应用及相关组织的发展情况 在 2008 年 1 月欧洲可持续发展周 EUSEW 布鲁塞尔会议上 Volker Blandow 与 Ludwig Boelkow 总结了欧洲氢能源交通示范项目的发展情况 既包括了欧盟委员 会支持的示范项目也包括欧盟成员国进行的示范项目 Linde Gas 公司总结了氢能 生产的主要技术 包括传统制氢方法和可再生制氢方法 并预测了未来氢能产量发 展趋势 AndrMarti 总结了目前氢能和燃料电池汽车技术的主要进展和欧盟委员会 福州大学本科生毕业设计文献综述 4 主导下的联合技术计划的发展战略 组织结构 实施阶段与时间表等内容 Heichin Genberg 总结了欧洲氢燃料电池公共交通系统示范运行中的主要经验和教 训 并对未来市场导入进行了计划 日本方面 Yoichi Kaya 2006 在评估了氢能和燃料电池的环保效果 能量效 率后认为 未来随着全球变暖问题的加剧 世界对于氢能源的需求将会更加迫切 氢能作为清洁能源在未来具有很大的发展潜力 关键问题是要提高初级能源转化为 氢能的效率和加强氢能源基础设施建设 Masonori Mond 2007 总结了日本 JHFC 氢 能加气站的建设运营情况 证实了氢能的环保性能 并提出了下一阶段日本发展氢 能和燃料电池基础设施的建议 Hasishi Ishitani 2007 总结了日本在混合动力汽 车特别是可充电式混合动力汽车和纯电动汽车研发和产业化方面的政策体系 企业 组织关系 总体战略和未来政策目标等方面内容 强调社会参与电动汽车发展体系 10 11 2 32 3 国内研究现状 1 实践研究 中国电动汽车研究历史最早可以追溯到上世纪 90 年代初 那时我国开始了对 替代能源汽车的研发 2001 年电动汽车研究被列入 十五 国家 863 计划重大专 项 我国开始加大对电动汽车的研发投入 科技部在 十五 期间投资 9 5 亿元 组织实施国家 863 计划电动汽车重大专项和国家科技攻关计划 清洁汽车关键技术 研究与示范应用 专项 并在 十一五 时期投资 11 亿元启动国家 863 计划节能 与新能源汽车重大项目 十五 期间 电动汽车重大专项经过 3 轮技术研发 共 安排课题 160 多个 除去国家的投入 地方及课题单位的投入超过了 20 亿元 参与 的企业 大专院校 研究院所总数超过了 200 家 十一五 期间 科技部组织实 施了 电动汽车重大科技专项 国家投入 8 8 亿元 是最大的科技专项之一 全 国 200 余家单位 2000 多名骨干科技人员直接参与实施 初步形成了官 产 学 研合作机制 按照国家 863 节能与电动汽车 重大项目规划 我国的电动汽车技 术研发体系为 3 3 2 格局 即由整车 动力和燃料组成的纵向 3 维体系 和由混合 动力 燃料电池和电动车组成的横向 3 维体系 加上研发支撑平台建设和产业化支 撑平台建设 标准 法规 融资等 组成的 2 维支撑平台共同形成的电动汽车技术体 系 据悉 工信部牵头制定的 汽车与新能源汽车产业发展规划 2011 2020 年 已经制定完成 目前正向有关部委征求意见 通过后将上报国务院批准 成为中国 电动汽车产业发展提纲挈领的政策 规划 显示 未来十年 中央财政将投入巨 资支持节能与新能源汽车核心技术的研发和推广 支持资金数额达到上千亿元 福州大学本科生毕业设计文献综述 5 规划 包括节能与电动汽车发展形势分析 目标 任务 保障措施等方面 涉及 节能与电动汽车关键技术的研发 推广 基础设施建设 标准制定 税收政策支持 关键零部件发展 准入管理等内容 2 理论研究 欧阳明高教授 2010 通过研究认为 交通能源与环境问题是 21 世纪全球面临的 重大挑战 对我国尤为严峻 我国应该大力发展电动汽车产业 应对我国所面临的 石油安全与交通能源问题与调整 同时 他认为 我国汽车能源动力系统发展目标 应当是立足转型 尽快转型 但是 新型汽车能源动力系统与现有汽车能源动力系 统存在着千丝万缕的联系 同时 我国当前汽车产业发展和节能环保问题还要靠现 有汽车能源动力技术解决 为此 应当选择一种 过渡 和 转型 并行互动 协 调发展的战略 一方面 发展节能汽车解决紧迫的能源安全问题 另一方面 开展 电动汽车研究 瞄准未来汽车竞争制高点和实现汽车能源动力系统的可持续发展 18 全国政协副主席 科技部部长万钢 2009 认为 国家将进一步加大对于电动汽 车的支持 一是集中产学研优势 攻克共性关键技术和系统集成 形成一批自主创 新的汽车产品 二是营造市场环境 发挥政策效应 通过应用示范 促进产品质量 产能建设和用户服务的整体优化 三是充分利用技术改造贴息政策 促进企业与资 本市场的对接 适时扩大产业和市场规模 2 42 4 国内外电动汽车技术发展问题 从国内外电动汽车研发进展来看 许多没有完全解决的技术问题影响了电动汽 车的整体性能 如驱动系统 电池供电系统等 从三种类型电动汽车的技术特点看 阻碍纯电动汽车 燃料电池汽车和混合动力汽车产业化发展的主要原因也有所不同 其中最大的技术障碍是纯电动汽车的动力蓄电池 燃料电池汽车的燃料电池 以及 混合动力汽车的动力复合系统的优化配置与控制 从环保节能角度看 电动汽车的 节能减排具有相对性 并没有完全达到所设想的理念 12 我国电动汽车发展所存在的问题 技术方面与国外还有一定的差距 技术瓶 颈有待突破 我国电动汽车发展较国外而言 发展还是比较缓慢的 这几年我国电 动汽车研发领域是以孤军奋战 各自为政的模式开展 这造成了社会资源的极大浪 费 而且不利于攻克关键技术 汽车研发重点方向不明确 有的观点认为传统燃 料汽车与电动汽车同步研发 坚持两条腿走路 有的观点认为应该把精力和资金放 在电动汽车研发上 这造成了目标的不统一 制度的不完善 发展电动汽车的配 套设施不够完善 大规模基础配套设施需要系统的筹划和巨额投资 电能并不是 一次能源 我国电源结构以火电为主 电动汽车所用的能源实质上来自煤炭 同时 福州大学本科生毕业设计文献综述 6 间接也产生温室气体排放 也会造成资源危机 这就违背了电动汽车的理念 零排 放 无污染 低能耗 所以 电动汽车的环保效益并不明显 国外电动汽车发展所存在的问题 日本目前还面临一些技术难题 而在日本 普及程度最好的电动汽车就是油电式混合动力汽车 如果改成插电式混合动力汽车 就会有成本和重量的增加 还有纯电动汽车存在电池成本问题 性能问题 行驶距 离问题等 这些难题都需要加以解决 美国电动汽车发展面临一些挑战 电池及 其他相关技术尚未达到商业化的要求 美国不拥有高能电池所必需一些重金属和稀 土元素 如铬 镍和锂等 这就有可能使美国从石油进口依赖走向对其他物资的进 口依赖 电动汽车带来新的安全和污染问题 还有汽车更新换代的速率相对较低 2 52 5 我国电动汽车业存在的问题 目前 我国已基本形成混合动力 纯电动和燃料电池三类电动汽车动力系统技 术平台和产学研合作研发体系 以及电动汽车技术标准体系框架和测试评价能力 可以说我国电动汽车产业步入了一个新的发展阶段 但是从电动汽车市场的供给和 需求方面考虑 我国的电动汽车想要规模化 产业化地走向市场还面临着一系列的 瓶颈难题 1 电动汽车产业发展战略不明晰 电动汽车产业的发展是一个战略问题 不仅事关中国汽车产业的未来 也是决定我国能源和环境可持续发展的关键问题之 一 13 目前 中国出台了 新能源汽车生产准入管理规则 在 汽车产业调整 和振兴规划 中也涉及到了电动汽车产业的短期目标和任务 然而 这些政策都没 有足够的战略高度 缺少一个整体的中国电动汽车产业发展规划 没有发展重点 没有发展路线 遍撒胡椒面儿 这样势必会分散有限资源 让整个产业的发展 都找不到方向 14 2 电动汽车技术标准不完善 目前出台的电动汽车标准主要是针对电动汽 车的测试 性能和安全方面做了基本的规定 需要完善的地方还有很多 比如 电 池的寿命应该如何考核评定 是推广该电动汽车的一个关键问题 15 没有统一的 标准和集体的鼓励政策 企业投入资金研发电动车技术会缺乏具体的指导而无法适 从 3 电动汽车核心技术水平仍然不高 从 20 世纪 90 年代起 国内的汽车生 产企业就已经开始着手研发电动汽车 到目前为止 应该说电动汽车技术水平有了 很大提高 个别领域 比如锂电池开发还处于国际先进水平 然而整体来看 我国 电动汽车核心技术水平还是落后于国际先进水平 3 结论 福州大学本科生毕业设计文献综述 7 我国发展电动汽车对整个汽车行业 对建设资源节约型 环境友好型社会意义 重大 发展电动汽车是汽车制造企业实现可持续发展的必然选择 可以预见 随着 人们环保意识的增强 以及国家补贴标准的出台 电动汽车的价格将更接近于普通 消费者的可承受范围 电动汽车的销售量将大幅度提高 然而电动汽车的普及不是 短期可以完成的 据工信部副部长苗圩预测 2020 年 中国电动汽车销售最多 占总销售 15 剩下 85 仍然是以石油为主要能源 可见 电动汽车产业的发展 还将有很长一段路要走 期间必定存在众多不确定因素 我们应当认清形势 抓住 机遇 完成中国汽车产业从传统汽车到电动汽车的升级换代 实现中国汽车工业的 腾飞 4 参考文献 1 2013 年我国新能源汽车发展现状 汽车