新能源汽车历史起源及未来发展趋势

主讲人：张瑞锋先进电池材料产业集群大讲堂新能源汽车历史起源及未来发展趋势目录新能源汽车历史起源新能源汽车发展趋势深圳汽航院1新能源汽车历史起源电池出现，从萌芽到最早的辉煌（萌芽期）内燃机车，早期电动汽车的陨落（失落期）石油危机，唤醒电动汽车新时代（唤醒期）电池滞后，汽车等厂商失望退出（失望期）电池突破，新能源汽车茁壮成长（茁壮期）二落三起深圳汽航院0电池起源，电动汽车的“零号特工”BaghdadcellBenjaminFranklin

first

used

theword"battery"AnimalelectricityVoltaicpileDaniellcellGrovecellLead-acidbatteryGravitycellLeclanchécellZinc-carboncellNickel-cadmiumbatteryNickel-ironbatteryAlkaline-manganesebatteryFirstlithiumbatteriesLithium-ionbatteryNickel-metalhydrideLi-ionbatteryLithium-ionpolymerNanophosphatelithium-ionSilicon

Ironpyritenanowire

quantumdotsZincoxidenanorodsThebatterymadebyAlessandro

Volta

is

credited

asthe

firstelectrochemicalcellCommercializationInventionthefirst

drycellInventionthefirstalkalinebatteryCommercializationCommercialization1780

1800

1836

1844

1859

1860s1886

1887

1899

1903

1949

1970s1980

1989

1991

1996

2001

2010

20152000

BC

1748ThefirstrechargeablebatteryHunan

UniversityLuigiGalvaniSolve

the“hydrogenbubble”problem深圳汽航院0电池起源，电动汽车的“零号特工”19世纪30年代，人们提出了燃料电池的初步构想。随着技术的发展，不同级别的燃料电池问世，并逐步由军用推广至民用领域。自20世纪后半段开始，各大汽车厂商纷纷开展了燃料电池汽车的研究，其中尤其以日本最为领先。深圳汽航院1.1电池出现，从萌芽到最早的辉煌（萌芽期）1834~1920年1834年，美国的铁匠托马斯·达文波特Thomas

Davenport，建造了一个在轨道运行的电动车模型，至此，全球第一辆直流电动机驱动的电动机车诞生了。电动汽车的出现比内燃汽车的出现要早近半个世纪！随后的几年内出现了一系列一次性电池驱动的电动汽车，以安德森的“底特律电动车”为代表。1834~1920年1859年法国物理学家Plante.Gaston成功研制出了铅酸电池。1881年法国工程师以此电池为动力，世界上第一辆电动汽车就此诞生了。铅酸电池是第一代动力电池，优点是放电性能优异和价格低廉，缺点是能量小、充电慢及续航能力弱。1.1电池出现，从萌芽到最早的辉煌（萌芽期）1834~1920年19世纪末，电动汽车开始走向“辉煌”1881年，法国工程师G.Trouve对电池、电动机等技术不断完善，成功制造出一辆搭载铅酸蓄电池的电动汽车。1897年，伦敦电动出租车公司成立。1899年，比利时公司“La

Jamais

Contente

”（意为永无止境）制造的一辆电动汽车，创造了105.88km/h的极速，还刷新了当时由汽油车保持的最高车速的世界记录。1.1电池出现，从萌芽到最早的辉煌（萌芽期）1834~1920年在20世纪初，电动汽车的发展进入“黄金鼎盛”时期，据当时的数据，1900年，美国的汽车销售市场中，电动车销售了共33842辆，占据当时38%的市场份额，而汽油车的市场份额只有22%，蒸汽动力车为40%。1911年的《纽约时报》也

曾这样评论电动汽车：“它经济，不排放废气，是理想的交通工具。”因为电动汽车具有无气味、无震荡、无噪音、不用换挡和价格低廉等优势，汽车市场形成了以蒸汽、电动和内燃机三分天下的格局。1.1电池出现，从萌芽到最早的辉煌（萌芽期）卡尔·本茨和他发明的世界上第一辆三轮汽车(1886)无轨电车福特T型车1920~1970年市场上大功率发动机的出现，内燃机技术不断完善，性能提高的同时制造成本不断下降，使得汽油车的发展速度加快。（在1912年，一辆电动汽车售价1750美元，而汽油车只要650美元。）续航里程、充电时间过长等瓶颈始终没有实质性突破。公路的快速发展和加油站的普及，使人们梦想更遥远的旅行。石油公司的垄断。石油开采技术和加工技术的不断改善，汽油的价格大幅度下滑。随着人们的出行欲望愈加强烈，电动汽车很快失去了市场地位，大约在1935年，基本退出了汽车市场。1.2内燃机车，早期电动汽车的陨落（失落期）1.3石油危机，唤醒电动汽车新时代（唤醒期）1970~1980年上世纪70年代石油危机的爆发，石油资源面临枯竭威胁、城市大气污染日趋严重，又给了电动汽车第二次机遇，又一次被人瞩目，让人们重新关注电动汽车。从20世纪70年代起，世界发达国家均投入巨资进行电动汽车商业化开发和应用。到20世纪

90年代，欧美发达国家纷纷制定了汽车尾气排放标准并严格执行。1956年，英国国会通过《清洁空气法案》1968年，英国又出台一系列的空气污染防控法案1970年，美国制定和颁布了《清洁空气法案》1976年，美国国会又通过了电动和混合动力汽车研究开发和示范法案1.4电池滞后，汽车等厂商失望退出（失望期）1980~1995年美国通用EV1，整车结构采用玻璃纤维制成,32块铅酸电池作为主能源,车体自重1000kg,两台42kW三相感应电机驱动。EV1的最高时速可达到128km/h,从静止加速到96km/h的时间小于9s,一次充电可以行驶144km,称得上是90年代电动车工艺的代表作之一。通用EV1充电技术上仍不完备，行驶80英里要充电数小时。以埃克森美孚、雪佛龙德士古和康菲等为主的世界顶级石油巨头们反对，使得他们蒙受每年1000多亿加仑汽油近上万亿美元的损失。1.5电池突破，新能源汽车茁壮成长（茁壮期）1995年至今正极：

LiCoO2负极：石墨钴酸锂186501.5电池突破，新能源汽车茁壮成长（茁壮期）1995年至今Li-ion

batteriesEnergy

Density

100

Wh/kgPower

Density 300

W/kgCharging/discharging

efficiency

95%1996年世界第一辆使用锂电池的电动车1.5电池突破，新能源汽车茁壮成长（茁壮期）Prairie

Joy

EV98串352.8V(500V-400A)1.5电池突破，新能源汽车茁壮成长（茁壮期）1.5电池突破，新能源汽车茁壮成长（茁壮期）1995年福特公司燃料电池系统3个子系统：空气供应系统氢气供应系统供冷系统最早的燃料电池系统1.5电池突破，新能源汽车茁壮成长（茁壮期）Wang

G,

Yu

Y,

Liu

H,

et

al.

Progress

on

design

and

development

of

polymer

electrolyte

membrane

fuel

cell

systems

for

vehicle

applications:

A

review[J].

Fuel

Processing

Technology,

2018,

179:

203-228.4个子系统：空气供应系统氢气供应系统水管理系统热管理系统3个子系统：空气供应系统氢气供应系统供冷系统增加：两个加湿器、一个引射器去离子水箱2000年福特公司P2000

FCEV燃料电池系统1.5电池突破，新能源汽车茁壮成长（茁壮期）Wang

G,

Yu

Y,

Liu

H,

et

al.

Progress

on

design

and

development

of

polymer

electrolyte

membrane

fuel

cell

systems

for

vehicle

applications:

A

review[J].

Fuel

Processing

Technology,

2018,

179:

203-228.增加：消声器氢气循环泵2002年丰田公司FCHV燃料电池系统丰田公司最早开发的燃料电池系统系统包括：储氢罐、氢气循环泵、空压机、加湿器、控制阀、空气过滤器、消声器、换流器1.5电池突破，新能源汽车茁壮成长（茁壮期）Wang

G,

Yu

Y,

Liu

H,

et

al.

Progress

on

design

and

development

of

polymer

electrolyte

membrane

fuel

cell

systems

for

vehicle

applications:

A

review[J].

Fuel

Processing

Technology,

2018,

179:

203-228.2016年丰田公司FCHV燃料电池系统首次实现商业化114kW500km新能源汽车之争本质上是电池和石油之争1新能源汽车历史起源新能源汽车二落三起深圳汽航院目录新能源汽车历史起源新能源汽车发展趋势深圳汽航院2.1新能源汽车基本知识介绍深圳汽航院2.1新能源汽车基本知识介绍深圳汽航院CellModulePackVehicleBMW

i3Samsung

SDIPrismatic

cell12

cells

per

module8modules,96

prismatic

cellsAESCPouch

cell4

cells

per

module48modules,192

pouchcellsNissanLeafPanasonic18650

cylindrical

cell69

cells

per

’brick’9

‘brick’

per

‘sheet’/module11

‘sheet’/module,6831

cylindrical

cellsTesla

RoadsterLithium-ion

battery

cell-,module-,

and

pack-level

demonstrated

by

two

vehicleexamples:

Tesla

Roadster,

Nissan

Leaf

and

BMW

i3

[106]2.1新能源汽车基本知识介绍深圳汽航院2.1新能源汽车基本知识介绍对比传统燃油发动机氢燃料电池发动机能量转化核心部件汽缸盖总成、气缸体总成、曲柄连杆系统（曲轴、飞轮、齿轮、连杆、缸套、活塞、活塞环、活塞销）电堆：双极板、膜电极（催化剂、质子交换膜、碳布/碳纸）燃料系统燃油系统：喷油泵总成、喷油器总成、高压油管总成、低压油管总成氢气供应及循环系统：减压阀、电磁阀、氢气回流泵、氢传感器、管路空气系统进排气系统：进气管总成、排气管总成空气循环系统：空气滤清器、空压机、增湿器散热系统散热系统：节温器总成、水泵、风扇、散热器水热管理系统：水泵、温度传感器电控系统ECU、各种传感器、各种控制器、线束发动机控制器（FCU）、各种传感器、线束其它部件带轮室总成、离合器总成、凸轮轴总成、发电机总成、起动机总成、机油滤清器总成、机油泵总成、油底壳总成、链条、齿轮数据采集系统氢燃料电池发动机与传统燃油发动机的核心部件对比深圳汽航院2.2新能源汽车市场及产业发展趋势2019年新能源汽车市场回顾市场逐渐平缓，呈现逐月复苏纯电动与插电混动双轨并行自主品牌遥遥领先低价产品销售模式值得关注私人消费占比稳中有升2020年新能源车政策环境展望宏观经济下行承压，区域两极分化政策多维利好，新能源车风口依旧补贴退坡影响：市场定价影响较小，企业盈利影响较大多技术路线并存，纯电动仍占据主导深圳汽航院2.2新能源汽车市场及产业发展趋势全球氢燃料电池汽车产业发展概况截止至今，全球共生产了30000辆氢燃料电池汽车，中国生产了4000+辆，占全球的1/6；国外燃料电池汽车中3/4是轿车；国外以轿车为主，国内以商用车（客车、物流车）为主。日本韩国北美欧洲中国典型企业丰田、本田、日产现代UTC、Ballard、通用、福特戴姆勒、大众、宝马上汽集团、福田欧辉、宇通客车基础设施（加氢站）2016年100座，2017年11座，2016年68座，2016年50座，2016年5座，20202025年建成800座2022年建成300座2018年建成100座2017年建成100座年建成100座代表产品丰田Mirai轿车、ix35、途胜雪佛兰Equinox轿奔驰B级F-CELL轿上汽荣威950轿车、本田Ciarity轿车车、UTC客车车、戴姆勒大通FCV80客车CitaroFC客车深圳汽航院2.2新能源汽车市场及产业发展趋势原材料：镍、铜、钴、铝、锂、石墨等化学供应：正极、负极、电解液、隔膜电池单体生产商：单体电池封包：封包、电池管理系统、热控电动汽车代加工：装配、销售和市场营销分配SQM、SYR、嘉可、自由港、淡水河谷公司LG化学、三星SDL、国轩高科优美科、当升科技、XTC宁德时代、力神宇通、中通汽车经销商特斯拉日产

宝马、北汽、

（AESC）大众松下和其他电池公司比亚迪新能源汽车行业产业链整合情况深圳汽航院2.3新能源汽车技术发展趋势深圳汽航院2.3新能源汽车技术发展趋势多技术路线并存，纯电动仍占据主导纯电动车仍占主导地