浙江新能源汽车产业现状与发展模式.doc

20112011年杭州市科技计划项目调研报告年杭州市科技计划项目调研报告 计 划 编 号 20110634M24 项 目 名 称 浙江新能源汽车产业现状与发展模式调研 计 划 类 别 科技情报调研专项 委 托 单 位 甲方 杭州市科学技术局 承 担 单 位 乙方 杭州职业技术学院 项 目 执 行 期 2011年8 月 至 2012年4月23日 2012 4 23 浙江新能源汽车产业现状与发展模式调研 课题组成员和分工 姓名姓名职称职称专业专业工作单位工作单位在本项目中分工在本项目中分工 叶峥讲师产业经济 杭州职业技术 学院 项目负责人 郑健壮教授 产业集群与技 术创新 浙江大学城市 学院 新能源汽车产 业研究 龙艳讲师汽车营销 杭州职业技术 学院 汽车市场分析 周鸿波工程师汽车技术研究 中国青年汽车 集团研究院 新能源汽车技 术分析 严峻讲师市场营销 杭州职业技术 学院 汽车企业调研 浙江新能源汽车产业现状与发展模式调研 目 录录 1 1 引引 言言 1 1 1 11 1 项目背景与意义项目背景与意义 1 1 1 21 2 国内外相关研究述评国内外相关研究述评 1 1 1 31 3 项目组织与实施项目组织与实施 2 2 2 2 调研内容调研内容 3 3 2 12 1 新能源汽车产业分析新能源汽车产业分析 3 3 2 1 1 新能源汽车概念与类型 3 2 1 2 新能源汽车技术 6 2 1 3 新能源汽车产业链 14 2 22 2 浙江新能源汽车产业现状及发展障碍调研浙江新能源汽车产业现状及发展障碍调研 1818 2 2 1 汽车厂商和产业链相关者 18 2 2 2 消费市场 20 2 2 3 产业政策及相关配套 25 2 2 4 产业发展障碍 29 2 32 3 新能源汽车发展模式研究新能源汽车发展模式研究 3131 2 3 1 新兴产业发展模式分析 31 2 3 2 浙江新能源汽车产业发展模式 32 3 3 结束语结束语 3737 参考文献参考文献 3737 附录附录 3838 浙江新能源汽车产业现状与发展模式调研 1 1 1 引引 言言 1 1 项目背景与意义项目背景与意义 随着中国经济持续发展 中国汽车产业不断壮大 机动车保有量急剧增长 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 2020年我国的 汽车保有量将达到 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 传统汽车在改变人们出行方式的同时也带来了 严重的环境污染和大量的原油消耗 发展节能环保的新能源汽车成为解决当前交通能源和 环境问题的一项重要手段 在美国 日本 欧洲等国 随着汽车产业领域各大公司对新能 源汽车的资金与技术投入 政府也制定了一系列配套政策和法规积极鼓励和推动其产业化 和商业化进程 对比发达国家 我国的新能源汽车产业仍处于发展初期 作为战略性新兴 产业之一的新能源汽车产业 对浙江经济社会的和谐发展具有重要意义 目前我国新能源 汽车产业的发展主要存在以下问题 一是在生产供给方面 由于新能源汽车的关键技术尚 未完全成熟 无法实现批量生产 导致单位成本较高以及产品售价较高 二是在市场需求 方面 由于配套设施建设相对滞后 消费需求难以真正形成 阻碍了产品进一步走向市场 综上所述 我国新能源汽车产业发展和市场扩大间的反馈机制仍未形成 因此 调研新 能源汽车产业的现状 对比国内外新能源汽车产业发展的过程 提出适合浙江新能源汽车 产业的发展模式 并针对现阶段发展的瓶颈提出产业发展的关键任务和解决途径 具有重 要的理论和现实意义 1 2 国内外相关研究述评国内外相关研究述评 1 新能源汽车产业发展 欧盟在其 2005年推广战略和进展报告 中提出一种新的商业化模式 该模式将新能 源汽车的商业化分为技术驱动 成本驱动和市场驱动三个阶段 在不同的阶段 车辆 基 础设施 新能源供应和财政支持的策略不同 周家高 2003 从新能源电池汽车的工作原 理角度论述了新能源汽车的应用前景 并对生产的关键技术进行了分析 胡冬雪 胡志根 2009 采用市场德尔菲法 在对新能源汽车领域技术专家 社会专家和国内相关企业 科研院所和高校技术专家发放的问卷进行回收 处理和分析的基础上 得到新能源汽车领 域关键技术清单 并对关键技术对我国新能源汽车产业发展的重要度 预期实现时间 我 国目前的研发水平 能否形成自主知识产权 能否形成产业化 技术对生活质量的影响 技术发展的制约因素 技术课题的发展路径进行了分析 陈黎 陈翌 许思传 2009 在 对国内外新能源汽车促进政策和激励措施进行了对比分析后得出 在其商品化过程中 政 府的支持起到了不可替代的作用 政府的鼓励政策主要分为支持基础设施建设 加强对共 性技术的支持 开展示范运行项目和进行消费补贴等方面 徐鹏 2009 从政策 体系和 市场三方面对我国新能源汽车产业进行了分析 提出我国新能源汽车产业体系基本形成 但在标准制定企业间协作和整体系统规划等方面还有待完善 对于对价格敏感的消费者占 主体地位的中国新能源汽车潜在消费人群 市场的跨越式发展的关键在于汽车价格的降低 和补贴政策的完善带来的新能源汽车购置成本和使用成本的降低 因此政策是新能源汽车 健康发展的关键 此外 李佳霖等 2010 马钧等 2009 沈玲 2009 等人从市场 分析层面入手 对新能源汽车的市场预测方法 营销模式 市场导入策略等进行了研究 2 新兴产业发展模式 路径 影响因素 2 Krugman 1979 在分析了20世纪50年代以来日本的汽车 电子 家电等产业的崛起与 特定时期的科技革命的联系后 提出主导产业在全球范围内是随着科技革命的兴衰而演变 科技革命决定了新兴产业或战略产业的发展和演变 Mark 2005 结合19 20世纪德国高技术产业的发展 提出了高技术产业发展中的技术推动和市场拉动 两种发展模式 Park等 2008 Blonigen 2000 结合产业案例从R D密度和技术吸收能力 跨产业技术能力溢出等维度分析了高技术 产业的发展 Ansari等 2009 结合移动通信产业从2G到3G技术平台发展的案例 探讨了 高技术产业发展中多种社会因素和技术互动的影响机制 陈刚 2004 认为新兴产业的形成与发展有其自身的内在逻辑和规律 这种逻辑和规律就是新兴 产业形成与发展的机理 它集中表现在新兴产业形成与发展的动因 路径和影响因素三个 方面 娄勤俭 2008 路风 2006 柳卸林 2008 等结合TD SCDMA等大量产业和企业案例分析了我国高技术产业发展和自主创新的内在机制和规律 李 拓晨 2009 从历史演进 产业规模 产业结构 产业布局 产业技术水平和进出口状况 等角度分析我国高新技术产业的发展并提出对策 黄南 2008 对世界各国和地区产业发 展的历程概括分析后得出 新兴产业的发展建立在对先进技术的掌握和应用基础之上 高 峰 唐家龙 2011 认为需求和市场决定了新兴产业的发展方向和技术方向 从新兴产业 技术进化的途径看 不同的市场需求会导致新兴产业技术发展侧重点不同 进而衍生出不 同的技术发展路径 陈洪涛 2008 等通过总结新兴产业发展的一般路径 发展现状和战略方向 全面分析发展新兴产 业中政府作用的必要性 原则和领域 探索政府在促进新兴产业发展中的地位和作用机制 进而针对性地提出加速新兴产业发展的政府行为导向和措施 为宏观经济决策提供参考 依据 万钢 2010 提出高新技术产业化 自主创新技术的进步 产品的推广应用和自主 创新政策的落实是培育和发展战略性新兴产业的前提条件 上述研究表明 在新兴产业的一般发展规律中 技术 市场和政策是主要的影响因素 其决定了新兴产业的发展模式选择 在新兴产业发展路径的不同阶段 由于产业发展的 关键问题不同 上述影响因素的作用效果有所差异 新能源汽车产业作为新兴产业 其发 展需要技术 市场和政策三方面的保证 1 3 项目组织与实施项目组织与实施 1 研究的技术路线 3 浙江新能源汽车产业的发展模式浙江新能源汽车产业的发展模式 浙江新能源汽车产业的现状及发展障碍调研浙江新能源汽车产业的现状及发展障碍调研 新能源汽车厂商与产业链 相关者调研 技术 产业链 国内外典型新兴产业发展规律 技术 市场 政策 新能源汽车协同发展模式 政府 企业 市场 新能源汽车产业分析新能源汽车产业分析 技术结构 产业链形态 新能源汽车消费市场调研 发展基础 前景 新能源汽车发展政策 调研 战略 规划 图图1 1 课题研究的技术路线课题研究的技术路线 2 调查组织与实施 本课题组以浙江新能源汽车产业技术 市场和政策现状为调查目标 主要调查以下内 容 1 新能源汽车厂商与产业链现状 2 新能源汽车消费市场现状 3 新能源汽车发展政策 战略与规划 为保证调查数据的可靠性 提高调查效率 本次调查综合运用了问卷调查 典型调查 相结合的方式进行 如表1所示 调查从2011年7月至2011年12月 问卷调查主要针对新 能源汽车消费市场 共发放问卷500份 主要包括浙江省的杭州 宁波 金华 温州 台州 和湖州六个地级市的500名消费者 同时组织了4名教师和研究生走访了5个省内典型的汽车 生产厂商 3个产业链典型企业 同时 以座谈会 咨询会等形式向相关职能部门和单位调 查了新能源汽车发展政策 表表1 1 课题组的调查安排课题组的调查安排 时间时间研究内容研究内容调查对象调查对象地点地点 2011年6月 7月新能源汽车产业分析 技术结构 产业链 形态 新能源汽车示范项目北京 上海 杭州 2011年8月对汽车厂商进行访谈 了解产业情况 众泰控股集团 康迪汽车 青年汽车 永源汽车 吉利汽车 金华 台州 2011年8月对新能源汽车产业链相关者进行调研万向集团 浙江省电力公 司 天能集团 杭州 湖州 2011年10采用问卷对汽车消费市场进行调查 了解 消费市场差异 消费需求 使用成本与相 关配套 收集新能源汽车产业发展面临 的市场现状与问题 500名消费者杭州 宁波 金华 温州 台州和湖州 2011年10月 12月 政府相关部门进行调研 了解新能源汽车 政策 战略与规划 现状 浙江省 4 2 2 调研内容调研内容 2 1 新能源汽车产业分析新能源汽车产业分析 2 1 1 新能源汽车概念与类型 新能源汽车是指采用非常规的车用燃料作为动力来源 或使用常规的车用燃料 但采 用新型车载动力装置 综合车辆的动力控制和驱动方面的先进技术 形成的技术原理先 进 具有新技术 新结构的汽车 新能源汽车包括混合动力汽车 HEV 纯电动汽车 BEV 燃料电池汽车 FCEV 氢发动机汽车 其他新能源汽车等产品1 本课题的研究重点是 前三类新能源汽车 1 混合动力汽车 混合动力是指采用传统燃料的 同时配以电动机 发动机来改善低速动力输出和燃油消 耗的车型 按照燃料种类的不同 主要又可以分为汽油混合动力和柴油混合动力两种 目 前国内市场上 混合动力车辆的主流都是汽油混合动力 而国际市场上柴油混合动力车型 发展也较快 混合动力汽车的优点是采用混合动力后可按平均需用的功率来确定内燃机的 最大功率 此时处于油耗低 污染少的最优工况下工作 需要大功率内燃机功率不足时 由电池来补充 负荷少时 富余的功率可发电给电池充电 由于内燃机可持续工作 电池 又可以不断得到充电 故其行程和普通汽车一样 在使用中可以利用现有的加油站加油 不必再投资 其电池可以十分方便地回收制动时 下坡时 怠速时的能量 在繁华市区关 停内燃机而由电池单独驱动 实现 零 排放 可让电池保持在良好的工作状态 不发生 过充 过放 延长其使用寿命 降低成本 内燃机可以十分方便地解决耗能大的空调 取 暖 除霜等纯电动汽车遇到的难题 其缺点是长距离高速行驶基本不能省油 2 纯电动汽车 电动汽车是主要采用电力驱动的汽车 大部分车辆直接采用电机驱动 有一部分车辆 把电动机装在发动机舱内 也有一部分直接以车轮作为四台电动机的转子 其难点在于电 力储存技术 其本身不排放污染大气的有害气体 即使按所耗电量换算为发电厂的排放 除硫和微粒外 其它污染物也显著减少 由于电厂大多建于远离人口密集的城市 对人类 伤害较少 而且电厂是固定不动的 集中的排放 清除各种有害排放物较容易 也已有了 相关技术 此外 电力可以从多种一次能源获得 如煤 核能 水力 风力 光 热等 解除人们对石油资源日见枯竭的担心 电动汽车还可以充分利用晚间用电低谷时富余的电 力充电 使发电设备日夜都能充分利用 大大提高其经济效益 有关研究表明 同样的原 油经过粗炼 送至电厂发电 经充入电池 再由电池驱动汽车 其能量利用效率比经过精 炼变为汽油 再经汽油机驱动汽车高 因此有利于节约能源和减少二氧化碳的排量 正是 这些优点 使电动汽车的研究和应用成为汽车工业的一个 热点 纯电动汽车的优点是 技术相对简单成熟 只要有电力供应的地方都能够充电 其缺点是目前蓄电池单位重量储 存的能量太少 且没有形成经济规模 故电池购买价格较贵 在使用成本方面 部分试用 结果表明其使用成本比传统汽车贵 而有些仅为传统汽车的1 3 主要取决于电池的寿命及 当地的油 电价格 对于电动车而言 目前最大的障碍就是基础设施建设以及电池价格影 响了产业化的进程 与混合动力相比 电动车更需要基础设施的配套 这不是一家企业能 解决的 需要各企业联合起来与当地政府部门一起建设 才会有大规模推广的机会 1 资料来源 新能源汽车生产企业及产品准入管理规则 5 3 燃料电池汽车 燃料电池汽车是指以氢气 甲醇等为燃料 通过化学反应产生电流 依靠电机驱动的 汽车 其电池的能量是通过氢气和氧气的化学作用 而不是经过燃烧 直接变成电能的 燃料电池的化学反应过程不会产生有害产物 因此燃料电池车辆是无污染汽车 燃料电池 的能量转换效率比内燃机要高2至3倍 因此从能源的利用和环境保护方面 燃料电池汽车 是一种理想的车辆 单个的燃料电池必须结合成燃料电池组 以便获得必需的动力 满足 车辆使用的要求 近几年来 燃料电池技术已经取得了重大的进展 世界著名汽车制造厂 如戴姆勒 克莱 斯勒 福特 丰田和通用汽车公司都制定了专门的燃料电池汽车推广计划 目前 燃料电 池轿车的样车正在进行试运行 以燃料电池为动力的运输大客车在我国的北京和上海进行 示范项目运行 与传统汽车相比 燃料电池汽车的优点是零排放或近似零排放 减少了机 油泄露带来的水污染 降低了温室气体的排放 提高了燃油经济性 提高了发动机燃烧效 率 运行平稳 无噪声 但在开发燃料电池汽车中仍然存在着技术性挑战 如燃料电池组 的一体化及成本的降低 4 氢动力汽车 氢动力汽车是一种真正实现零排放的交通工具 排放出的是纯净水 其具有无污染 零排放 储量丰富等优势 因此 氢动力汽车是传统汽车最理想的替代方案 与传统动力 汽车相比 氢动力汽车成本至少高出20 中国长安汽车在2007年完成了中国第一台高效 零排放氢内燃机点火 并在2008年北京车展上展出了自主研发的中国首款氢动力概念跑车 氢程 在新能源汽车中 电曾经被认为是汽车的未来动力 但蓄电池漫长的充电时间 和重量使得其存在商业化障碍 而电与汽油合用的混合动力车只能暂时性地缓解能源危机 只能减少但无法摆脱对石油的依赖 氢具有很高的能量密度 释放的能量足以使汽车发 动机运转 而且氢与氧气在燃料电池中发生化学反应只生成水 没有污染 因此 以氢为 能源的燃料电池是21世纪汽车的核心技术 其优点是排放物是纯水 行驶时不产生任何污 染物 其缺点是氢燃料的存储和运输按照目前的技术条件来说非常困难 因为氢分子非常 小 极易透过储藏装置的外壳逃逸 另外最致命的问题 氢气的提取需要通过电解水或者 利用天然气 如此一来同样需要消耗大量能源 除非使用核电来提取 否则无法从根本上 降低二氧化碳排放 5 其他新能源汽车 燃气汽车 燃气汽车是指用压缩天然气 CNG 液化石油气 LPG 和液化天然气 LNG 作为燃料的 汽车 近年来 世界上各国政府都积极寻求解决这一难题 开始纷纷调整汽车燃料结构 燃气汽车由于其排放性能好 可调正汽车燃料结构 运行成本低 技术成熟 安全可靠 所以被世界各国公认为当前最理想的替代燃料汽车 目前 燃气仍然是世界汽车代用燃料 的主流 在我国代用燃料汽车中占到90 左右 替代燃料的作用是减轻并最终消除由于石 油供应紧张带来的各种压力以及对经济发展产生的负面影响 近期 中国仍将主要用压缩 天然气 液化气 乙醇汽油作汽车的替代燃料 汽车代用燃料能否扩大应用 取决于中国 替代燃料的资源 分布 可利用情况 替代燃料生产与应用技术的成熟程度以及减少对环 境污染等 替代燃料的生产规模 投资 生产成本 价格决定着其与石油燃料的竞争力 汽车生产结构与设计改进必须与燃料相适应 生物乙醇汽车 6 生物乙醇是指通过微生物的发酵将各种生物质转化为燃料酒精 它可以单独或与汽油 混配制成乙醇汽油作为汽车燃料 使用乙醇 俗称酒精 为燃料的汽车即乙醇汽车 用乙 醇代替石油燃料的活动历史已经很长 无论是从生产上和应用上的技术都已经很成熟 近 来由于石油资源紧张 汽车能源多元化趋向加剧 乙醇汽车又提到议事日程 目前世界上已有40多个国家 不同程度应用乙醇汽车 有的已达到较大规模的推广 乙醇 汽车的地位日益提升 目前世界上使用乙醇汽油的国家主要是美国 巴西等国 在汽车上 使用乙醇 可以提高燃料的辛烷值 增加氧含量 使汽车缸内燃烧更完全 可以降低尾气 的有害物的排放 目前的工业化生产的燃料乙醇绝大多数是以粮食作物为原料的 从长远 来看具有规模限制和不可持续性 经合组织 OECD 2认为发展生物燃料得不偿失 呼吁美 国和欧洲国家取消对当前生物液体燃料的补贴政策 针对燃料乙醇的能源投入产出比 经 济性 社会和环境影响问题 支持和反对生物燃料的两派展开了激烈辩论 08年6月 我国 发改委全面叫停粮食乙醇的开发 要求今后生物燃料的发展必须满足不占用耕地 不消耗 粮食和不破坏生态环境为前提 因此 以木质纤维素为原料的第二代生物燃料乙醇是决定 未来大规模替代石油的关键 我国的河南天冠 安徽丰原等公司的纤维素燃料乙醇的研发 和示范走在全国前列 2 1 2 新能源汽车技术 从全球新能源汽车的总体发展情况看 混合动力汽车技术基本完善 已经进入商业化 规模销售阶段 特别是插电式混合动力汽车已成为市场关注的新热点 纯电动汽车技术取 得较大进展 全新结构纯电动汽车和增程式纯电动汽车开始进入市场 燃料电池汽车技术 处于新的技术突破前期 其关键技术的研发是抢占制高点的重要战略 而从国内范围来看 目前动力电池 永磁电机及其驱动控制系统已经具备一定的产业规模 纯电动汽车小批 量示范运行已在特定区域展开 混合动力汽车已经开始规模化应用 燃料电池汽车研究工 作也取得了较大的进展 部分成果已经获得示范验证 截至2011年6月 国内累计超过1500 0辆节能与新能源汽车投入运行 根据 电动汽车科技发展 十二五 专项规划 摘要 发展电气化程度比较高的 纯电驱动 电动汽车是我国新能源汽车技术的发展方向和重中之重 在技术路线上 如图2 所示 近期 2010 2015 将尽快推进混合动力技术的应用 发展小型纯电动汽车和插电式混合动力电动车 中 期 2015 2020 将在混合动力技术得到广泛应用的基础上 加大小型纯电动汽车和插电式混合动力汽 车推广力度 在2020年之后 纯电驱动技术将逐步占据主导地位 通过发展纯电动汽车和 燃料电池汽车 实现大幅度降低排放 到2015年左右 在20个以上示范城市和周边区域建 成由40万个充电桩 2000个充换电站构成的网络化供电体系 2 2007年9月 经合组织 OECD 生物燃料 是比疾病还要糟糕的治疗方案吗 7 图图2 2 新能源汽车发展技术路线新能源汽车发展技术路线 根据新能源汽车整车 系统及关键总成技术成熟程度 国家和行业标准完善程度以及 产业化程度的不同 将其分为起步期 发展期 成熟期三个不同的技术阶段 如表2所示 起步期产品是指技术原理的实现路径尚处于前期研究阶段 缺乏国家和行业有关标准 尚未具备产业化条件的产品 发展期产品是指技术原理的实现路径基本明确 国家和行业 标准尚未完善 初步具备产业化条件的产品 成熟期产品是指技术原理的实现路径清晰 产品技术和生产技术成熟 国家和行业标准基本完备 可以进入产业化阶段的产品 对处 于不同技术阶段的产品采取不同的管理方式 起步期产品只能进行小批量生产 且只在批 准的区域 范围 期限和条件下进行示范运行 并对全部产品的运行状态进行实时监控 发展期产品允许进行批量生产 只能在批准的区域 范围 期限和条件下销售 使用 并 至少对20 的销售产品的运行状态进行实时监控 成熟期产品与常规汽车产品的 车辆生产 企业及产品公告 管理方式相同 在销售 使用上与常规汽车产品相同 表表2 2 新能源汽车技术阶段划分表新能源汽车技术阶段划分表3 3 序号序号产品类别产品类别储能装置种类储能装置种类技术阶段技术阶段 1 锂离子动力蓄电池发展期 2 金属氢化物镍动力蓄电池成熟期 3 铅酸蓄电池成熟期 4 锌空气蓄电池起步期 5 混合动力乘用车 超级电容器发展期 3 注 2010年12月31日前适用 1 技术阶段的划分主要以储能装置种类为依据 2 采用电 电混合方案的汽车 其技术阶段的确定以储能装置中技术阶段较低的一种为准 如 采用锂离子动力蓄电 池与超级电容器电 电混合方案的纯电动商用车 其技术阶段确定为起步期 采用燃料电池与超级电容器电 电混合方案的乘用车 商用车 其技术阶段确定为起步期 3 目前表中所列的锂离子动力蓄电池包括锰酸锂型锂离子动力蓄电池和磷酸铁锂型锂离子动力蓄电池两种 类型 如果有企业申报采用其它锂离子动力蓄电池的产品 需临时提请专家委员会确定技术阶段 8 6 液压 气压储能装置发展期 7 锂离子动力蓄电池发展期 8 金属氢化物镍动力蓄电池发展期 9 铅酸蓄电池发展期 10 锌空气蓄电池起步期 11 超级电容器发展期 12 混合动力商用车 液压 气压储能装置发展期 13 锂离子动力蓄电池发展期 14 金属氢化物镍动力蓄电池起步期 15 铅酸蓄电池成熟期 16 锌空气蓄电池起步期 17 纯电动乘用车 超级电容器起步期 18 锂离子动力蓄电池起步期 19 金属氢化物镍动力蓄电池起步期 20 铅酸蓄电池成熟期 21 锌空气蓄电池起步期 22 纯电动商用车 超级电容器起步期 23 燃料电池乘用车 商用车燃料电池起步期 24 氢发动机汽车起步期 25 二甲醚汽车起步期 在新能源汽车重大项目的不断推动下 在汽车行业及相关产学研单位共同努力下 我 国建立起节能与新能源汽车 三纵三横 燃料电池汽车 混合动力汽车 纯电动车三种整 车技术为 三纵 多能源动力总成系统 驱动电机 动力电池三种关键技术为 三横 的研发布局 如图3 采取了整车企业牵头 关键零部件配合 第三方监理 产学研结 合 政策法规技术标准同步研究 基础设施协调发展的创新研发体制 全国共有200多家大 型汽车企业和相关零部件企业 高等院校和科研院所 以及3000多名中高级科技人员直接 参加了电动汽车专项研发 图图3 节能与新能源汽车节能与新能源汽车 三纵三横三纵三横 研发布局研发布局 课题组基于市场德尔菲法 通过对浙江新能源汽车厂商与产业链相关者 科研机构 政府部门 高等院校等对象发放调查问卷和专家座谈 对问卷和座谈结果进行整理 处理 和分析 根据技术重要性排名选出以下8项关键技术的预期实现时间 见表3 其中 共 9 性技术包括四项 混合动力汽车技术两项 纯电动汽车技术 燃料电池汽车技术各一项 混合动力汽车 纯电动汽车 燃料电池汽车的结构差异 图4 和技术性能比较分析如以下 图表 表4 所示 表表3 3 新能源汽车领域关键技术预期实现情况表新能源汽车领域关键技术预期实现情况表 序号序号技术编号技术编号技术适用类别技术适用类别技术内容技术内容预期实现时间 年 预期实现时间 年 1J11 混合动力汽车混合动力汽车变速器及动力耦合系统 2015 2J12 混合动力汽车混合动力汽车发动机电控系统 2015 3J21 纯电动汽车纯电动汽车电池系统 2014 4J31 燃料电池汽车代用燃料汽车发动机系统 2014 5GJ1 共性技术整车与关键零部件标准 2012 6GJ2 共性技术电动助力转向系统 2014 7GJ3 共性技术动力总成控制系统 2014 8GJ4 共性技术高功率蓄电系统关键技术 2014 图图4 4 混合动力汽车 纯电动汽车 燃料电池汽车的结构差异混合动力汽车 纯电动汽车 燃料电池汽车的结构差异 表表4 混合动力汽车 纯电动汽车 燃料电池汽车的技术性能比较混合动力汽车 纯电动汽车 燃料电池汽车的技术性能比较 现状现状 名称名称 优点优点缺点缺点 市场前景市场前景 混合动力汽车低排放 低能耗 节能在5 50 之间 成本高 比同类传统车型成 本增加30 40 很好 尤其是城市公 交 出租 环卫 机 场等公共服务领域 纯电动汽车零排放 低能耗 噪音低 结构简单 节能在50 以 上 成本比同类传统车型增加40 50 续驶里程短 电池寿命 短 充电时间长 很好 尤其是以日常 代步工具为主的微型 电动汽车市场和公共 服务领域 燃料电池汽车零排放 低能耗 低噪音 能量转化率高 无需充 电 无需化石燃料 氢气 来源广泛 燃烧热力学效 率最高 燃料电池制造成本高 氢的 存储携带困难 加氢站等基 础设施缺乏 适应性 可靠 性和安全性有待提高 很好 目前尤其是在 城市公共服务领域 以下针对三种新能源汽车技术进行详细分析 1 混合动力汽车 HEV 电池技术 在混合动力汽车的核心即电池技术研发方面 我国已自主研制出容量为6Ah 100Ah的镍氢和锂离子动力电池系列产品 能量密度和功率密度接近国际水平 同时突破了 安全技术瓶颈 在世界上首次规模应用于城市公交大客车 自主开发的200kW以下永磁无刷 10 电机 交流异步电机和开关磁阻电机 电机重量比功率超过1300w kg 电机系统最高效率 达到93 自主开发的燃料电池发动机技术先进 效率超过50 成为世界上少数几个掌握 车用百千瓦级燃料电池发动机研发 制造以及测试技术的国家之一 与此同时 混合动力 汽车关键零部件的产业化全面跟进 生产配套能力显著增强 近来 力神 比亚迪 比克 万向等动力电池企业投入数十亿资金加快产业化建设 上海电驱动 大郡 湘潭电机 南车时代等电机企业加强与上下游企业合作 积极完善产业链建设 在未来2 3年内 预计将形成20亿Ah以上的动力电池和全系列驱动电机生产能力 能够满足100万辆 混合动力及电动汽车的配套要求 整车开发 在整车开发关键技术方面 我国混合动力汽车在系统集成 可靠性 节油性能等方面 进步显著 不同技术方案可实现节油10 40 同时 各汽车企业对混合动力汽车的研发和产业化投入显著增强 产业化步伐不断加 快 目前 国内汽车企业已将混合动力汽车作为未来主流竞争型产品在战略上高度重视 一汽 东风 上汽 长安 奇瑞 比亚迪等都已投入了大量的人力 物力 混合动力车型 已完成样车开发 并有部分车型已经实现小批量上市 动力架构 混合动力车的动力架构主要有串联 并联 混联三种方式 如图5 串联式的优点是 只用电能驱动可以实现 0 排放 发动机运行状态能够保持稳定 高效 低污染 其缺点 是电池组容量要求大 中小型车空间难以满足 驱动电机对功率要求高 能量转换次数多 损耗大 效率低 发动机 发电机和电池组匹配度要求高 并联式的优点是基本为发动机 驱动 总能源转换效率高 发动机功率要求不高 成本较低 驱动电机体积较小 空间适 应性好 其缺点是动力系统结构复杂 空间布置和相关控制复杂 难以实现真正的 0 排 放 混联式的优点是有独立电驱动模式实现 0排放 发动机要求功率小 提高燃油利用 经济性 各动力总成的功率和体积小 有害气体排放小 综合能量转化率高 其缺点是需 要两套驱动系统 结构复杂 需要配套多能源动力总成控制系统 空间布置困难 成本高 图图5 5 混合动力车的动力架构方式混合动力车的动力架构方式 2 纯电动汽车 BEV 纯电动汽车的关键技术主要包括电池技术 充电技术 电机驱动及控制技术 电动汽 车整车技术以及电池管理系统技术 11 图图6 6 整车控制系统网络结构示意图整车控制系统网络结构示意图 电池技术 在蓄电池技术领域 具有重量轻 储能大 功率大 无污染 也无二次污染 寿命 长 自放电系数小 温度适应范围宽泛等优点的锂离子电池技术逐渐取代铅和镍氢电池 成为纯电动汽车中的核心技术之一 我国在锂离子电池方面的研究水平 有多项指标超过 了 USABC 提出的 2010 年长期指标所规定的目标 超级电容具有充电快 无记忆充放电 充放电循环次数高 无 二次污染等优异特性 但有放电快的缺点 锂离子电池具有储电量大 储存时间长的优点 但充电时间比较长 取两者之长 结合起来使用在电动汽车上 除了可以具有传统纯电 动汽车的 电代油 和 零排放 主要优点外 还具有一次充电行驶距离长 可达 300 公里 速度快 可达 100 公里 小时 行使过程中能量回收效率高等优点 代表了纯电动汽车的最新发展方向之一 如富士重工和 NEC 联合开发 锂离子电容器 能量密度达 30 瓦时 千克 为先前电容器的 4 倍 达到了用于纯电动汽车的实用水平 超快充电技术 采用传统的慢速充电法 纯电动汽车充满一次电要好几个小时 这虽然能够保证相对 较长的续驶里程 但由于要安装许多电池 增加了车辆的重量和成本 对电池一致性的要 求也较高 现在 快速充电电池技术出现 具有寿命长 可充电 2000 次以上 没有记忆性 可以大容量充电及放电等特点 在几分钟内就可充 70 80 的电 电力驱动及其控制技术 电动机与驱动系统是电动汽车的关键部件 驱动电机应具有调速范围宽 转速高 启 动转矩大 体积小 质量轻 效率高且有动态制动强和能量回馈等待性 目前电动汽车用 电动机主要有直流电动机 感应电动机 永磁无刷电动机和开关磁阻电动机四类 电动汽车整车技术 整车轻量化始终是汽车技术重要的研究内容 纯电动汽车由于布置了电池组 整车重 量增加较多 轻量化问题更加突出 通常通过对整车实际使用工况和使用要求分析 对电 池电压 容量 驱动电机功率 转速和转矩 整车性能等车辆宏观参数总体优化 合理选 择电池和电机参数 通过结构优化和集成化 模块化优化设计 减轻动力总成 车在能源 系统的重量 此外 积极采用轻质材料和利用CAD技术对车身承载结构件进行有限元分析研 究 用计算和试验结合的方式实现结构最优化 电池管理系统 电池管理系统 BMS 管理的对象是电动汽车动力系统的电池 面对动力电池在电动汽车 上工作时的苛刻的充放电状况 防止过充电与过放充 避免深度放电 SOC 12 和剩余行驶里程的预测 电池在大功率充放电时 电池组发热 在电池箱内形成一定的温 度梯度 使得各个单体电池工作时的环境温度不一致 将会削弱各单体电池间的均衡性 降低电池组的充放电能力 针对这样的情况 BMS 必须具备先进的热量管理能力 维持电池模块间温度的平衡 并控制电池的工作温度在合 理范围内 电动汽车的动力电池的高达数百伏的高压电 可能危及生命及车辆安全 为了 确保电动汽车高压电安全 BMS 需要实时监控高压电路的电气状态 通断状态及高压电路的接通过程 在发现异常状况后 能立即通过状态线输出故障状态并做出相应的动作 在危险的情况下能自动切断高压电的 输出 BMS 作为电动汽车的一个子系统 在监控电池组的同时 通过总线 必须实时的将电池状态告 知车载动力总成系统和其他相关分系统 实现信息共享 BMS 作为汽车电子部件 需要满足十分严格的汽车电磁兼容性要求 3 燃料电池汽车 FCEV 燃料电池汽车与其它类型汽车的最大差异在于动力系统结构与工作原理 传统汽车是 将化学能转化为热能 再转化为机械能的动力装置 而燃料电池是一种原电池 借助于电 化学过程 其内部的燃料的化学能直接转换为电能 一般来说 燃料电池由多个平板状叠 在一起的电池组成 每个电池中间夹有高分子电解质膜 从燃料电极供氢 空气电极供氧 氢在燃料电极催化剂的作用下分解成氢离子和电子 氢离子通过电解质膜移到空气极 电子通过外部回路 负荷 流到空气极 通过向燃料电极和空气电极连续供给氢和氧 电 极间形成电位差 持续向外部回路供电 见图7 图图7 7 燃料电池的工作原理燃料电池的工作原理 一般而言技术的发展需要经过4个阶段 第一阶段为技术孕育期 这个阶段企业进入意 愿低 专利申请数量和申请人数量均很少 第二阶段为技术成长期 这一阶段产业技术有 突破或厂商对于市场价值有了认知 竞相投入发展 专利申请量与专利权人数急速上升 第三阶段为技术成熟期 厂商投资于研发的资源不再扩张 只剩少数继续发展此类技术 且其他厂商进入此市场意愿低 专利申请量与专利权人数成长逐渐减缓 第四阶段为技术 瓶颈期 产业技术研发遭遇瓶颈难以突破或此类产业已过于成熟 专利申请量与专利人数 呈现负成长 从图8可以看出 1990年至2005年间 燃料电池汽车技术的专利数量持续增长 13 但申请人开始减少 显示有进入第三阶段技术成熟期的迹象 专利数量仍在高速增长 但专利申请人数量开始较少 反映竞争趋于激烈 市场进入门槛提高 图图8 8 燃料电池汽车技术生命周期图燃料电池汽车技术生命周期图 燃料电池 虽然燃料电池的工作原理和普通的电化学原电池和充电电池类似 但是后者是一个封 闭系统 封装后与外界只存在能量交换而没有物质交换 当电池内部的化学物质耗尽或反 应条件发生变化时 系统就无法继续输出能源 而燃料电池是由外部的供气系统供给的 只要保证物质供应的持续性 就可保证能量输出的连续性 从这一来看燃料电池是开放的 发电装置 燃料电池存在不同类型 按照工作温度可分为高 500 C以上 中 100 C 300 C 低 100 C以下 三类 按照燃料来源 分为直接式燃料电池 燃料直接使用氢 气 间接式燃料电池 提供其它烃类化合物转化为氢或富含氢的混合气后再供给 再 生燃料电池 燃料电池产生水再分解发电 等 目前主要按照电解质进行分类 正在开发 以下5类商用燃料电池 其主要特征比较如表5所示 其中以质子交换膜燃料电池为最有前 途的汽车动力源 表表5 5 主要燃料电池特征比较主要燃料电池特征比较 电池类型电池类型工作温度 工作温度 C C 典型电解质典型电解质优点优点缺点缺点效率 效率 碱性燃料电池 80KOH H2O 启动快 室温常压下 工作 需要以纯氧为氧化 剂 成本高 70 磷酸燃料电池 200H3PO4 对CO2不敏感对CO敏感 工作温 度高 低于峰值功 率输出时性能下降 40 固体氧化物燃 料电池 1000ZrO2 Y2O3 可以用空气作氧化剂 可用天然气或甲烷 作燃料 工作温度高 60 熔融碳酸盐燃 料电池 650Na2CO2 可以用空气作氧化剂 可用天然气或甲烷 作燃料 工作温度高 60 质子交换膜燃 料电池 80 100 全氟磺酸膜寿命长 可以用空气 作氧化剂 工作温度 低 启动迅速 对CO敏感 反应物 需要加湿 成本高 60 14 据课题组调查统计得 国内著名燃料电池企业武汉理工新能源公司 江苏华源氢能公 司 北京金能燃料电池公司 北京飞驰绿能电源公司 上海攀业氢能源科技公司分别仅公 开相关专利1件 3件 5件 9件 10件 上市公司如佛山塑料集团股份有限公司 上海同 济科技实业股份有限公司分别公开相关专利仅14件 20件 香港上市的山东东岳集团虽然 突破了国外技术壁垒 在核心技术上取得了重大突破 但是公开的相关专利也很少 在燃 料电池领域 我国仅有少数企业公开的专利接近或者超过100件 例如 辽宁新源动力公司 上海燃料电池汽车动力系统公司 上海神力科技公司公开的相关专利分别为91件 97件 310件 辅助能源系统 辅助电池及其管理系统是混合型燃料电池汽车动力系统中的重要组成部分 在汽车起 动 加速 爬坡等工况下 需要驱动功率大于燃料电池可以提供的功率时 释放存储的电 能 从而降低燃料电池的峰值功率需求 使燃料电池工作在一个稳定的工况下 而在汽车 怠速 低速或减速等工况下 燃料电池功率大于驱动功率时 存储动力系统富余的能量 或在回馈制动时 吸收存储制动能量 从而提高整个动力系统的能量效率 目前应用于电 动汽车的动力电池主要有如铅酸电池 镍镉电池 镍氢电池和锂离子电池等 见表6 为 解决燃料电池商业化问题 一方面需进一步完善电池 另一方面 从使用的角度 需优化 电池管理系统 优化电池使用 充分发挥现有电池的性能 并提高寿命 表表6 6 各种电池性能比较各种电池性能比较 铅酸电池铅酸电池镍镉电池镍镉电池镍氢电池镍氢电池锂离子电池锂离子电池 商业化时间1890年1956年1990年1992年 能量密度差中良优 功率密度中良良优 使用寿命差良中良 经济性优优良中 环保性差差良良 技术成熟度优优良中 优点技术成熟 价 格低 安全性 好 可快速充电 价格低 循环 寿命长 可快速充电 高功率放电 循环寿命长 能密度高 循环寿命长 环保性好 缺点不可快速充电 能量密度低 寿命短 污 染环境 能力密度低 污染环境 高温下性能差 充放电效率 差 价格高 安全性未完全 了解决 高功率放电性 能差 驱动电机及控制系统 驱动电机及控制系统是燃料电池汽车的心脏 它的功能是使电能转变为机械能 并通 过传统系统将能量传递到车轮驱动车辆行驶 其基本构成为电机和控制器 电机由控制器 控制 是一个将电能转变为机械能的装置 控制器的作用是将动力源的电能转变为适合于 电机运行的另一种形式的电能 所以控制器本质上是一个电能变换控制装置 目前燃料电 池汽车驱动系统主要考虑以下问题 1 感应电机的效率优化控制 2 提高电驱动系 统的鲁棒稳定性 3 无传感器化 15 2 1 3 新能源汽车产业链 从全球范围来看 混合动力汽车 纯电动汽车 燃料电池汽车已初步形成了产业链 整车制造企业与关键零部件的电池厂商合作广泛 如图9所示 三类新能源汽车的产业链 包括上游资源 核心零部件 整车 使用配套与设备四部分 图10 图图9 汽车厂商与电池厂商协作状况汽车厂商与电池厂商协作状况 图图 1010 新能源汽车产业链示意图新能源汽车产业链示意图 1 混合动力汽车产业链分析 整个混合动力汽车行业产业链大致分为 3个部分 即金属原材料 电池材料 汽车用动力电池 混合动力汽车企业 上游原材料 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 从碳酸锂的下游分布来看 电池行业的需求大 致占 16 25 左右 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 而国内来看 目前上市公司中的中信国安和西藏矿业 2008 年合计产量不超过 4000 吨 关键零部件 电池及电池材料生产 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 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 整车制造 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 比亚迪是同时具备车载电力蓄电池与整车生产能力的企业 2 纯电动汽车产业链分析 图11 上游原材料 国内锂电池材料 正极 供应商主要有北京当升 中信国安 湖南衫衫 湖南瑞祥 北大先行 无锡博节能 沈阳北泰集团 西安荣华 美特 钨业 博杰 深圳振华 河南 思维 重庆普瑞格斯 天骄 恒力电源 新乡创佳 浙江黄岩江口 冀州远新 盐光科技 青岛乾运高科 广州洪森 深圳源源 余姚金和 烟台卓能 西安铁虎能源新材料有限 公司 新乡华鑫能源材料股份有限公司 国内锂电池材料 负极 供应商主要有杉杉 BTR 长沙海容 汕头诚翔 湖南辉宇 青岛大华 远东 弘光 红顶 金卡本 瑞富特 华 容 斯诺 湖南星光 余姚宏远 北京创亚 佛山三高 国内锂电池材料 电解液 供应 商主要有张家港国泰华荣化工新材料有限公司 东莞市杉杉电池材料有限公司 深圳宙邦 化工有限公司 广州天赐高新材料股份公司 汕头金光高科有限公司 北京创亚恒业新材 料科技有限公司 北京化学试剂厂 天津金牛电源材料有限责任公司 福禄 苏州 新型 材料有限公司 Ferro 美资企业 河北香河昆仑 上海图尔实业 珠海赛维等 关键零部件 锂离子动力电池厂商主要有深圳比亚迪 天空能源 洛阳 苏州星恒 深圳雷天 河南环宇 青岛澳柯玛 武汉力兴 天津力神 北京盟固利 TCL 金能 北京中润恒动 浙江兴海 山西光宇 天津航力源 苏州迪耐特 双一力 天津 新能源 深圳兴科特 江西美亚能源 天津蓝天双环 湖南海星高科 深圳德朗能电池等 整车制造 纯电动汽车制造厂商主要包括福田 一汽 江淮 吉利 大众 长城 上汽 北汽 天津清源 奇瑞 比亚迪 众泰 双环 江苏益茂等 17 图图1111 纯电动汽车产业链详解纯电动汽车产业链详解 3 燃料电池汽车产业链 图12 上游原材料 目前我国燃料电池行业缺少成型的上游产业链 大部分关键材料和零部件都依赖进口 具体说来 在燃料电池即电堆方面 主要就有质子交换膜 催化剂 碳扩散层材料和双 极板等等 比如隔膜 很多企业就需要向美国的杜邦公司购买 而国内的贵研铂业则主要 提供金属材料铂 关键零部件 上海神力科技有限公司 上海中科同力化工材料有限公司 大连新源动力股份有限公 司 上汽是国内主要的燃料电池生产企业 另外 春兰清洁能源研究院是国内主要的新能 源动力电池及管理系统供应商 其他关键零部件则包括空气压缩机 高效散热器 特种阀 件以及高压储氢罐等 18 图图1212 燃料电池汽车产业链示意图燃料电池汽车产业链示意图 整车制造 在燃料电池汽车及加氢基础设施领域有了良好的起步 上汽 一汽 奇瑞 长安等整 车厂与同济大学 清华大学 上燃动力 新源动力 神力科技等产学研联合 形成了具有 自主知识产权的燃料电池乘用车和商用车动力系统技术平台 分别开发出相应的燃料电池 汽车产品投入实际示范运行考核 其中 在2015年 上汽争取做到1000辆左右的规模化量 产 主要燃料电池汽车厂商及车型特点如表7所示 表表7 7 我国主要燃料电池汽车厂商及其产品我国主要燃料电池汽车厂商及其产品 车型及特点车型及特点汽车厂商汽车厂商合作单位合作单位 客车客车轿车轿车技术优势技术优势 北汽福田清华大学2001 欧V燃 料电池 客车 2001 燃料电池出租车全承载车身技术 CAN总线技术 底盘控制技术 氢气瓶置顶增强安 全性 混合动力配置增强续航力 上汽集团上海燃料 电池动力 系统有限 公司 同济大学 2008 混合动 力型燃 料电池 公共汽 车 2003 搭载 超越 系 列燃料电池的桑塔纳 东方之子轿车和搭载新 一代燃料电池的上海牌 荣威 帕萨特 东方 之子轿车 燃料电池最佳效率控制 动力蓄电 池恒SOC管理 最高车速150km h 百公里加速时间15 7秒 百公里氢 能消耗为1 139kg 回馈能量最大 限度利用控制 辅助系统最小功耗 控制 东风汽车公 司 武汉