纯电动汽车及动力电池技术发展现状

纯电动汽车及动力电池发展现状调研

一、纯电动汽车发展现状

所谓纯电动汽车，是指完全由可充电电池作为动力源、以驱动电机及其控制系统驱动行驶的汽车。纯电动汽车（Battery Electric Vehicle，BEV）与混合动力汽车（Hybrid Electric Vehicle，HEV）和燃料电池汽车（Fuel Cell Electric Vehicle，FEV）是目前主要的新能源汽车类型。

1.1 发展纯电动汽车的必要性

（1）促进节能减排。与传统汽车相比，纯电动汽车具有更高的能源利用效率，同时也具有二氧化碳减排的潜力。机动车污染排放是城市空气污染的主要来源之一，2013年春季北京出现多次大面积雾霾天气，机动车尾气是主要原因之一。在上海，中心城区的主要大气污染物可吸入颗粒物、氮氧化物、挥发性有机物分别有66%、90%和26%来自机动车尾气。大力推广纯电动汽车是交通领域实现低碳的最佳方案，纯电动汽车行驶过程中不产生二氧化碳，即使考虑到中国目前电力生产过程中的二氧化碳排放，纯电动汽车仍然具有13%~68%的减排能力。随着我国能源结构和电力生产方式的转变，纯电动汽车必将在未来发挥更大的减排作用。

图1.1 传统汽车与纯电动汽车综合能量效率比较（单位：%）（2）降低石油对外依存度。汽车保有量的迅速增加为我国能源安全带来严峻挑战。我国汽车保有量与原油对外依存度变化趋势见图1.2。最新数据显示，截止到2012年底，中国汽车保有量已达2.4亿辆，与此相对应的是2012年中国原油对外依存度达到56.4%，创下历史新高。如果不采取措施，“十二五”中将原油依存度控制在61%的计划将很难实现。在此背景下，如何满足未来汽车的能源需求，是关系到我国能源安全的关键问题。电动汽车由于其电力来源多样化，不仅更加适合中国以煤炭为主的资源禀赋，而且能够与中国大力发展可再生能源

的战略紧密衔接，对降低石油对外依存度、保障能源安全具有重要意义。

图1.2 中国汽车保有量与原油对外依存度上升情况（3）平衡电网峰谷负荷。近年来，随着城市用电量的日益增加，全国累计发电装机容量逐年上升。与此同时，城市电网也面临着严重的峰谷差问题，特别是北京、上海等大城市峰谷差率达40%以上。大城市日间用电高峰持续增长，迫使电力企业不断投资新建发电机组，以满足一年中极少出现的用电高峰的需求；夜间的用电低谷则会导致大量谷电的浪费，电力企业的各种调峰填谷技术方案也往往面临着设备损耗大、能源效率低或投资高等问题。建设蓄能电站是实现调峰填谷的有效方法，但较为经济的抽水蓄能电站，其能源效率仅有70%左右，而且对地理位置要求较高；而蓄能效率较高的电池蓄能电站（锂离子电池、钠硫电池等）不仅技术尚未完全成熟，且投资规模巨大。电动汽车在规模化使用后，将可能在未来有效平衡电网峰谷负荷，间接降低社会的碳排放。不过目前该应用的推广还取决于车辆到电网（Vehicle to Grid，V2G）技术的进步以及相关政策的支持。

图1.3 全国发电装机容量发展情况

（4）带动经济发展。电动汽车技术将能够带动整个相关产业链发展。电动汽车产业链包括零部件供应、整车制造和基础设施建设三个方面。其中，汽车零部件制造业本身就是机械制造业的重要组成部分，并且中国也是纯电动汽车主要零部件——动力电池和驱动电机的重要生产国。其次，整车制造业是我国国民经济的支柱产业，我国早在2009年即成为世界第一大汽车产销国。再次，为配合电动汽车推广运营，需要新建充电站等一系列配套设施，又可带动基建等相关产业的发展。总之，纯电动汽车产业对国民经济的带动效应是大力发展纯电动汽车的重要推力之一。

1.2 国外纯电动汽车产业发展现状

（1）第一代纯电动汽车阶段。该阶段电力电子技术尚不成熟，并且没有完善的科学理论作指导，可供选择的动力电池也只有铅酸电池一种。截止到1998年底，全世界9个大型汽车厂10款纯电动汽车产品进入小批量生产阶段。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-Ⅰ、EXE-Ⅱ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1.1 第一代10款纯电动汽车基本情况

（2）第二代纯电动汽车阶段。该阶段参与研发活动的企业不仅有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。2001年，法国电力公司和博洛尔集团（Group BOLL ORE）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，。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30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——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动力电池为锂离子蓄电池组，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。美国通用公司2009年推出的Volt插电式电动汽车，纯电动模式下可以行使64km。

表1.2 第二代几款代表性纯电动汽车产品基本情况