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新能源汽車

新能源汽車

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  電動汽車英文叫Blade electric vehicle或Electric Vehicle;英文縮寫BEV,國外一般稱為EV;也廣指純電動汽車。電動汽車是指以車載電源為動力,用電機驅動車輪行駛,符合道路交通、安全法規各項要求的車輛。由于對環境影響相對傳統汽車較小,其前景被廣泛看好。盡管我國純電動汽車技術已經非常成熟,但由于種種原因,純電動汽車要在短期內實現產業化仍有困難。業內專家指出,充電站的普及是純電動汽車產業化的關鍵。同時,國家產業政策應為純電動汽車提供一個良好的應用環境,促進其產業化的進程。
  混合電動汽車在進行低速行駛時,啟動EV模式,車輛可僅靠電池提供的電力工作,發動機沒有介入。車輛的噪音幾乎被消除,同時實現零排放。這也是完全油電混合動力系統與輕混(弱混)之間的顯著區別之一。當混合動力車型上的EV按鈕被按下時,系統將會限制發動機的啟動,也就是說只有電動機來驅動車輛,從而不會對周圍的環境產生噪音和尾氣污染。
電動汽車
一。主要類型
  電動汽車主要有純電動汽車(BEV)、混合動力汽車(PHEV)、燃料電池汽車(FCEV)三種類型。
 1.純電動汽車
  純電動汽車(Battery Electric Vehicle ,簡稱BEV)是完全由可充電電池(如鉛酸電池、鎳鎘電池、鎳氫電池或鋰離子電池)提供動力源的汽車。雖然它已有134年的悠久歷史,但一直僅限于某些特定范圍內應用,市場較小。主要原因是由于各種類別的蓄電池,普遍存在價格高、壽命短、外形尺寸和重量大、充電時間長等嚴重缺點。
  純電動汽車,相對燃油汽車而言,主要差別(異)在于四大部件,驅動電機,調速控制器、動力電池、車載充電器。相對于加油站而言,它由公用超快充電站。純電動汽車之品質差異取決于這四大部件,其價值高低也取決于這四大部件的品質。純電動汽車的用途也在四大部件的選用配置直接相關。
  純電動汽車時速快慢,和啟動速度取決于驅動電機的功率和性能,其續行里程之長短取決于車載動力電池容量之大小,車載動力電池之重量取決于選用何種動力電池如鉛酸、鋅碳、鋰電池等,它們體積,比重、比功率、比能量、循環壽命都各異。這取決于制造商對整車檔次的定位和用途以及市場界定、市場細分。
  純電動汽車的驅動電機有直流有刷、無刷、有永磁、電磁之分,再有交流步進電機等,它們的選用也與整車配置、用途、檔次有關。另外驅動電機之調速控制也分有級調速和無級調速,有采用電子調速控制器和不用調速控制器之分。電動機有輪轂電機、內轉子電機、有單電機驅動、多電機驅動和組合電機驅動等。
  優點:技術相對簡單成熟,只要有電力供應的地方都能夠充電。
  缺點:蓄電池單位重量儲存的能量太少,還因電動車的電池較貴,又沒形成經濟規模,故購買價格較貴,至于使用成本,有些使用價格比汽車貴,有些價格僅為汽車的1/3,這主要取決于電池的壽命及當地的油、電價格。
  工作原理:蓄電池——電流——電力調節器——電動機——動力傳動系統——驅動汽車行駛(Road)。
 2.混合動力汽車
  指能夠至少從下述兩類車載儲存的能量中獲得動力的汽車:
  可消耗的燃料或可再充電能/能量儲存裝置。
  根據動力系統結構形式可分為以下三類:
  串聯式混合動力汽車(SHEV):車輛的驅動力只來源于電動機的混合動力(電動)汽車。結構特點是發動機帶動發電機發電,電能通過電機控制器輸送給電動機,由電動機驅動汽車行駛。另外,動力電池也可以單獨向電動機提供電能驅動汽車行駛。
電動汽車
  并聯式混合動力汽車(PHEV):車輛的驅動力由電動機及發動機同時或單獨供給的混合動力(電動)汽車。結構特點是并聯式驅動系統可以單獨使用發動機或電動機作為動力源,也可以同時使用電動機和發動機作為動力源驅動汽車行駛。
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  混聯式混合動力汽車(CHEV):同時具有串聯式、并聯式驅動方式的混合動力(電動)汽車。結構特點是可以在串聯混合模式下工作,也可以在并聯混合模式下工作,同時兼顧了串聯式和并聯式的特點。
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  (注:隨著混合動力電動汽車技術的發展,其類型不局限于以上幾種,還可按照其它型式劃分。)
  那些通常采用傳統燃料的,同時配以電動機/發動機來改善低速動力輸出和燃油消耗。國內市場上,混合動力車輛的主流都是汽油混合動力,而國際市場上柴油混合動力車型發展也很快。
電動汽車
  優點:
  a.采用混合動力后可按平均需用的功率來確定內燃機的大功率,此時處于油耗低、污染少的優工況下工作。需要大功率內燃機功率不足時,由電池來補充;負荷少時,富余的功率可發電給電池充電,由于內燃機可持續工作,電池又可以不斷得到充電,故其行程和普通汽車一樣。
  b.因為有了電池,可以十分方便地回收制動時、下坡時、怠速時的能量。
  c.在繁華市區,可關停內燃機,由電池單獨驅動,實現“零”排放。
  d.有了內燃機可以十分方便地解決耗能大的空調、取暖、除霜等純電動汽車遇到的難題。
  e.可以利用現有的加油站加油,不必再投資。
  f.可讓電池保持在良好的工作狀態,不發生過充、過放,延長其使用壽命,降低成本。
  缺點:長距離高速行駛基本不能省油。
 3.燃料電池汽車
  以燃料電池作為動力電源的汽車。燃料電池的化學反應過程不會產生有害產物,因此燃料電池車輛是無污染汽車,燃料電池的能量轉換效率比內燃機要高2~3倍,因此從能源的利用和環境保護方面,燃料電池汽車是一種理想的車輛。
  單個的燃料電池必須結合成燃料電池組,以便獲得必需的動力,滿足車輛使用的要求。
  近幾年來,燃料電池技術已經取得了重大的進展。世界著名汽車制造廠,如戴姆勒-克萊斯勒、福特、豐田和通用汽車公司已經宣布,計劃在2004年以前將燃料電池汽車投向市場。當下,燃料電池轎車的樣車正在進行試驗,以燃料電池為動力的運輸大客車在北美的幾個城市中正在進行示范項目。在開發燃料電池汽車中仍然存在著技術性挑戰,如燃料電池組的一體化,提高商業化電動汽車燃料處理器和輔助部汽車制造廠都在朝著集成部件和減少部件成本的方向努力,并已取得了顯著的進步。
  與傳統汽車相比,燃料電池汽車具有以下優點:
  a.零排放或近似零排放。
  b.減少了機油泄露帶來的水污染。
  c.降低了溫室氣體的排放。
  d.提高了燃油經濟性。
  e.提高了發動機燃燒效率。
  f.運行平穩、無噪聲。
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二。電動汽車(BEV)主要車型
  純電動汽車發展至今,種類較多,通常按車輛用途、車載電源數目以及驅動系統的組成進行分類。按照用途不同分類,純電動汽車可分為電動轎車、電動貨車和電動客車三種。
(1)電動轎車是目前常見的純電動汽車。除了一些概念車,純電動轎車已經有了小批量生產,并已進入汽車市場。
(2)電動貨車用作功率運輸的電動貨車比較少,而在礦山、工地及一些特殊場地,則早已出現了一些大噸位的純電動載貨汽車。
(3)電動客車,純電動小客車也較少見;純電動大客車用作公共汽車,在一些城市的公交線路以及世博會、世界性的運動會上,已經有了良好的表現。
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三。系統結構
  電動汽車的結構布置各式各樣,比較靈活,概括起來分為純電動汽車電動機中央驅動和電動輪驅動兩種形式。電動機中央驅動形式借用了內燃機汽車的驅動方案,將內燃機換成電動機及其相關器件,用一臺電動機驅動左右兩側的車輪。電動輪驅動形式的機械傳動裝置的體積與質量較電動機中央驅動形式的大大減小,效率顯著提高,代價是增加了控制系統的復雜程度與成本。
  純電動汽車采用電動機中央驅動形式,直接借用了內燃機汽車的驅動方案,由發動機前置前驅發展而來,由電動機、離合器、變速箱和差速器責成。用電驅動裝置替代了內燃機,通過離合器將電動機動力與驅動輪進行連接或動力切斷,變速箱提供不同的傳動比以變更轉速—功率曲線匹配的需要,變速器實現轉彎時兩車輪不同車速的行駛。
  純電動汽車采用雙電動機電動輪驅動方式,機械差速器被兩個牽引電動機所代替,兩個電動機分別驅動各自車輪,轉彎時通過電子差速控制以不同車速行駛,省掉了機械變速器。
  純電動汽車所獨有的以蓄電池作能量源的一種結構,蓄電池可以布置在上的四周,也可以集中布置在車的尾部或者布置在底盤下面。所選用的蓄電池應該能提供足夠高的比能量和比功率,并且在車輛制動時能回收再生制動能量。具有高比能量和高比功率的動力電池對純電動汽車的加速性和爬坡能力。
  為了解決一種蓄電池不能同時滿足對比能量和比功率的要求這個問題,可以在純電動汽車同時采用兩種不同的蓄電池,其中一種能提供高比能量,另外一種提供高比功率。兩種電池作混合能量源的基本結構,這兩種結構不僅分開了對比能量和比功率的要求,而且在汽車下坡或制動時可利用蓄電池回收能量。
  燃料電池所需的氫氣不僅能以壓縮氫氣、液態氫或金屬氫化物的形式儲存,還可以由常溫的液態燃料如甲醇或汽油隨車產生。一個帶小型重整器的純電動汽車的結構,燃料電池所需的氫氣由重整隨車產生。
 1.電力驅動
  電動汽車是指以車載電源為動力,用電機驅動車輪行駛,符合道路交通、安全法規各項要求的車輛。它使用存儲在電池中的電來發動。在驅動汽車時有時使用12或24塊電池,有時則需要更多。  電動汽車的組成包括:電力驅動及控制系統、驅動力傳動等機械系統、完成既定任務的工作裝置等。電力驅動及控制系統是電動汽車的核心,也是區別于內燃機汽車的大不同點。電力驅動及控制系統由驅動電動機、電源和電動機的調速控制裝置等組成。電動汽車的其他裝置基本與內燃機汽車相同。
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  a.電源
  為電動汽車的驅動電動機提供電能,電動機將電源的電能轉化為機械能。應用廣泛的電源是鉛酸蓄電池,但隨著電動汽車技術的發展,鉛酸蓄電池由于能量低,充電速度慢,壽命短,逐漸被其他蓄電池所取代。正在發展的電源主要有鈉硫電池、鎳鎘電池、鋰電池、燃料電池等,這些新型電源的應用,為電動汽車的發展開辟了廣闊的前景。
  b.驅動電動機
  驅動電動機的作用是將電源的電能轉化為機械能,通過傳動裝置或直接驅動車輪和工作裝置。但直流電動機由于存在換向火花,功率小、效率低,維護保養工作量大;隨著電機控制技術的發展,勢必逐漸被直流無刷電動機(BLDCM)、開關磁阻電動機(SRM)和交流異步電動機所取代,如無外殼盤式軸向磁場直流串勵電動機。
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 2.調速控制
  電動機調速控制裝置是為電動汽車的變速和方向變換等設置的,其作用是控制電動機的電壓或電流,完成電動機的驅動轉矩和旋轉方向的控制。
早期的電動汽車上,直流電動機的調速采用串接電阻或改變電動機磁場線圈的匝數來實現。因其調速是有級的,且會產生附加的能量消耗或使用電動機的結構復雜,現已很少采用。應用較廣泛的是晶閘管斬波調速,通過均勻地改變電動機的端電壓,控制電動機的電流,來實現電動機的無級調速。在電子電力技術的不斷發展中,它也逐漸被其他電力晶體管(如GTO、MOSFET、BTR及IGBT等)斬波調速裝置所取代。從技術的發展來看,伴隨著新型驅動電機的應用,電動汽車的調速控制轉變為直流逆變技術的應用,將成為必然的趨勢。
在驅動電動機的旋向變換控制中,直流電動機依靠接觸器改變電樞或磁場的電流方向,實現電動機的旋向變換,這使得電路復雜、可靠性降低。當采用交流異步電動機驅動時,電動機轉向的改變只需變換磁場三相電流的相序即可,可使控制電路簡化。此外,采用交流電動機及其變頻調速控制技術,使電動汽車的制動能量回收控制更加方便,控制電路更加簡單。
 3.傳動裝置
  電動汽車傳動裝置的作用是將電動機的驅動轉矩傳給汽車的驅動軸,當采用電動輪驅動時,傳動裝置的多數部件常常可以忽略。因為電動機可以帶負載啟動,所以電動汽車上無需傳統內燃機汽車的離合器。因為驅動電機的旋向可以通過電路控制實現變換,所以電動汽車無需內燃機汽車變速器中的倒檔。當采用電動機無級調速控制時,電動汽車可以忽略傳統汽車的變速器。在采用電動輪驅動時,電動汽車也可以省略傳統內燃機汽車傳動系統的差速器。
 4.行駛裝置
  行駛裝置的作用是將電動機的驅動力矩通過車輪變成對地面的作用力,驅動車輪行走。它同其他汽車的構成是相同的,由車輪、輪胎和懸架等組成。
 5.轉向裝置
  轉向裝置是為實現汽車的轉彎而設置的,由轉向機、方向盤、轉向機構和轉向輪等組成。作用在方向盤上的控制力,通過轉向機和轉向機構使轉向輪偏轉一定的角度,實現汽車的轉向。多數電動汽車為前輪轉向,工業中用的電動叉車常常采用后輪轉向。電動汽車的轉向裝置有機械轉向、液壓轉向和液壓助力轉向等類型。
 6.制動裝置
  電動汽車的制動裝置同其他汽車一樣,是為汽車減速或停車而設置的,通常由制動器及其操縱裝置組成。在電動汽車上,一般還有電磁制動裝置,它可以利用驅動電動機的控制電路實現電動機的發電運行,使減速制動時的能量轉換成對蓄電池充電的電流,從而得到再生利用。國內電動汽車在大功率載客汽車,給提供空氣制動設備有耐力NAILI滑片式空氣壓縮機,主要是壓縮空氣的制動方式。
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 7.工作裝置
  工作裝置是工業用電動汽車為完成作業要求而專門設置的,如電動叉車的起升裝置、門架、貨叉等。貨叉的起升和門架的傾斜通常由電動機驅動的液壓系統完成。
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四。充電設備
  電動機的驅動電能來源于車載可充電蓄電池或其他能量儲存裝置。大部分車輛直接采用電機驅動,有一部分車輛把電動機裝在發動機艙內,也有一部分直接以車輪作為四臺電動機的轉子,其難點在于電力儲存技術。
  電動機的驅動電能,本身不排放污染大氣的有害氣體,即使按所耗電量換算為發電廠的排放,除硫和微粒外,其它污染物也顯著減少。
  電動汽車還可以充分利用晚間用電低谷時富余的電力充電,使發電設備日夜都能充分利用,大大提高其經濟效益。正是這些優點,使電動汽車的研究和應用成為汽車工業的一個“熱點”。
  類似于手機充電的ICM 階梯波六段式充電,具有較好的去硫化效果,可對電池首先激活,然后進行維護式快速充電,具有定時、充滿報警、電腦快充、密碼控制、自識別電壓、多重保護、四路輸出等功能,配套萬能輸出接口,可對所有的電動車快速充電。 商場、超市、醫院、停車場、小區門口、路邊小賣部等公共場所。
  汽車充電網絡建設模式,在充電設施推進過程中,亟待突破的難題就是充電服務網絡布點問題。電力部門依托現有的停車場設施,因地制宜地建設微電網、分布式、綜合化的可充、可換全功能充電站,可避免充電模式存在的兩個短板:一是充電時間長,二是停車環境有限。
 1.充電標準的發展和爭議:
  2011年10月,七家美國和德國的重要的汽車公司宣布他們的電動車將試用統一的充電插口標準,這七家公司分別是奧迪、寶馬、戴姆勒、福特、通用、保時捷和大眾。隨后,美國汽車工程師學會(SAE)宣布,該學會已設計出一種可以適用于一級和二級充電標準的插頭。三級直流快充可以在15分鐘內將你的電動車電池充滿電。而二級充電(在美國是110伏電壓)情況下,根據車型不同,充電時間大概是4-6個小時。這七家公司達成一致的充電插口標準,還和 SAE 的J1722充電標準相兼容,與歐洲的IEC 62196二類插口也同樣兼容。
  這七家歐美汽車公司同時一致同意將采用家用電力線網絡聯盟的HomePlug GP界面技術作為共用的傳輸規程,這就使得充電將來可融入未來的智能電網。HomePlug電力線聯盟由半導體公司、公共設施公司、市場推廣公司以及其他類型的公司組成。成員包括各類的國際公司,如思科(Cisco)、法國電信、中國華為等。這些公司共同合作開發、生產以及推廣可提升電力網絡及連接的新技術和新應用。
  Chademo標準直流快速充電站可在30分鐘充電至80%。這種快速充電裝置顯然比普通的二級充電樁更受歡迎,但是其運行需要電網瞬時功率能達到50千瓦,從而引發了電網壓力的擔憂,所以Chademo標準直流快速充電不是普通家庭充電的解決方案。而SAE充電標準則通過HomePlug GP技術對家庭用電進行合理分配,確保家庭電器不受干擾[3]  。無線輸電技術是一種利用無線電技術傳輸電力能量的技術,各個國家都在開發這種無線充電裝置。
 2.充電困擾
  在純電動汽車的發展過程中,充電問題一直都是消費者的一個“后顧之憂”。對于居住于城市之中的電動汽車消費者而言,建立一個私有的充電樁并非易事。首先,停車難早已成為城市發展中的一大難題,2014年,北京市機動車保有量超過500萬輛,但只有不到50%的汽車有固定停車位,停車尚且困難,建立私人充電樁更是奢侈。其次,充電樁在全功率使用時功耗十分驚人,大多數小區電網很難承受大量電動汽車同時充電,這也是很多小區拒絕私人安裝充電樁的主要理由。
  所以,在目前私人充電樁的全面普及還存在難度的時候,電動汽車的普及必須依仗建立大量公共充電樁,公共充電樁的普及程度將直接影響著消費者購買純電動車的熱情。
  然而,在純電動汽車市場的普及推廣還存在不少困難的時候,充電服務企業在投入充電樁建設時也有所顧忌。數據顯示,北京市目前共有充電站225座,合計充電樁1700多個,其中,70%是由政府連同國家電網先行投入建設。但這些已建成的充電站普遍存在盈利難的問題。記者了解到,國家電網已建成的400余座充電站幾乎全線虧損,缺乏盈利機制是重要原因。
  有業內人士認為,充電服務收費政策能夠在一定程度上吸引社會資本進入充電服務市場,從長遠看,服務供給的增加也將有利于充電服務市場的均衡,從而推動新能源汽車的普及推廣。
  充電站之憂,既有消費者對充電不便的擔心,也有充電服務企業對生存盈利的顧慮。在純電動汽車發展的過程中,這樣的“憂”不可避免。推行收取充電服務費并非壞事,有了透明的充電服務費價格,消費者可以對電動車的使用成本有一個基本的心理預期,從而作出消費決定;對于充電服務企業,則可以刺激其投入充電站建設。只是希望在收取充電服務費后,充電站能真正將充電服務提升上去,讓電動汽車的消費者不再有后顧之憂。
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五。充電技術
 1. 當前主要充電技術方案:
  a.接觸式:單相交流,三相交流,直流
  b.非接觸式:無線充電
不同的續駛里程對應的充電器功率一般如下:
 2. 充電技術的行業發展趨勢:
  單相充電技術向三相充電技術發展;
  單向充電技術向雙向充、放電技術發展;
  充電方式從有人手動向無人自動發展;
  充電系統的擴展功能和增值服務不斷豐富;

 3. 車載充電機(OBC)技術
  車載充電機主要功能是將交流AC220V市電轉換為高壓直流電(如DC400V)給動力電池進行充電,保證車輛正常行駛,該設備為AC/DC電源轉換設備。
  車載充電機與市面樁進行通訊對配,按國標要求完成通訊、功率調節等,實施國標為:GB/T20234。
  現有充電機開發電路拓撲:
  1) 非隔離型
   代表:比亞迪E6 (逆變充電系統)
   優點:電路控制簡單,可以和電機控制器共用電路結構;
   缺點:安全性相對較低。
 2) 隔離型
   整流橋+PFC+移相全橋---代表:聆風LEAF,90%
   整流橋+PFC+LLC---代表:特斯拉,93%
   優點:隔離安全性較高。LLC相比移相全橋的效率更高,電磁兼容性更好;
  缺點:元器件較多,控制算法復雜。
 4. 未來充電技術
  智能充電系統:以用戶充電感受為設計原點,結合車輛輔助駕駛技術,無線能量傳輸技術,互聯網技術,人工智能技術等前沿技術與充電系統相結合。
  提供在任何地點、任何供電狀態、任何使用情景下的充電支持
  兼容即時、預約、自適應的車輛充電方式
  隨著新能源汽車產業的蓬勃發展,各家車企都在電動汽車充電領域發力,相信充電難問題會很快得到解決,或者比汽油車加油還要方便。
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六。電池管理
  純電動汽車電池管理系統作為電池系統的重要組成部分,具有實時監控電池狀態、優化使用電池能量、延長電池壽命和保證電池的使用安全等重要作用。電池管理系統對整車的安全運行、整車控制策略的選擇、充電模式的選擇以及運營成本都有很大影響。電池管理系統無論在車輛運行過程中還是在充電過程中都要可靠地完成電池狀態的實時監控和故障診斷,并通過總線的方式告知車輛集成控制器或充電機,以便采用更加合理的控制策略,達到有效且高效使用電池的目的。
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  電池管理系統采用集散式系統結構,每套電池管理系統由1臺中央控制模塊(或稱主機)和10個電池測控模塊(或稱從機)組成。電池管理系統檢測模塊安裝在電池箱前面板內;電池管理系統主控模塊安裝在車輛尾部高壓設備倉內,電池管理系統的功能如下:
  1.電體電池電壓的檢測
  2.電池溫度的檢測
  3.電池組工作電流的檢測
  4.絕緣電阻檢測
  5.冷卻風機控制
  6.充放電次數記錄
  7.電池組SoC的估測
  8.電池故障分析與在線報警
  9. 各箱電池充放電次數記錄
  10.各箱電池離散性評價
  11.與車載設備通信,為整車控制提供必要的電池數據CAN1
  12.與車載監控設備通信,將電池信息送面板顯示CAN2
  13.與充電機通信,安全實現電池的充電RS—485 
  14.有簡易的設備實現純電動汽車電池管理系統的初始化功能,能滿足電池快速更換以及電池箱重新編組的需要。
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七。技術核心
  電動汽車有4個方面的關鍵技術:電池技術、電機驅動及其控制技術、電動汽車整車技術以及能量管理技術。
 1.電池技術
 電池是電動汽車的動力源泉,也是一直制約電動汽車發展的關鍵因素。電動汽車用電池的主要性能指標是比能量(E)、能量密度(Ed)、比功率(P)、循環壽命(L)和成本(C)等。要使電動汽車能與燃油汽車相競爭,關鍵就是要開發出比能量高、比功率大、使用壽命長的高效電池。
  到目前為止,電動汽車用電池經過了3代的發展,已取得了突破性的進展。第1代是鉛酸電池,主要是閥控鉛酸電池(VRLA),由于其比能量較高、價格低和能高倍率放電,惟一能大批量生產的電動汽車用電池。第2代是堿性電池,主要有鎳鎘(NJ-Cd)、鎳氫(Ni-MH)、鈉硫(Na/S)、鋰離子(Li-ion)和鋅空氣(Zn/Air)等多種電池,其比能量和比功率都比鉛酸電池高,因此大大提高了電動汽車的動力性能和續駛里程,但其價格卻比鉛酸電池高。第3代是以燃料電池為主的電池。燃料電池直接將燃料的化學能轉變為電能,能量轉變效率高,比能量和比功率都高,并且可以控制反應過程,能量轉化過程可以連續進行,因此是理想的汽車用電池,還處于研制階段,一些關鍵技術還有待突破問。
  動力電池是電動汽車的關鍵技術,決定了它的續行里程和成本。
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  1)純電動車所需的動力電池
  用于電動車的動力電池應有的功能指標和經濟指標包括:(1)安全性;(2)比能量;(3)比功率;(4)壽命;(5)循環價格;(6)能量轉換效率。這些因素直接決定了電動車的合用性、經濟性。
  2)超級電容器
  超級電容器的優勢是質量比功率高、循環壽命長,弱點是質量比能量低、購置價格貴,但是循環壽命長達50萬~100萬次,故單次循環價格不高,與鉛酸電池、能量型鋰離子電池并聯可以組成性能優良的動力電源系統。
  3)鉛酸電池
  鉛酸電池生產技術成熟,安全性好,價格低廉,廢電池易回收再生。近些年來,通過新技術,其比能量低、循環壽命短、充電時發生酸霧、生產中可能有鉛污染環境等缺點在不斷克服中,各項指標有很大提高,不僅可更好地用作電動自行車和電動摩托車的電源,而且在電動汽車上也能發揮很好的作用。
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  4)以磷酸鐵鋰為正極的鋰離子電池
  負極為碳、正極為磷酸鐵鋰的鋰電池綜合性能好:安全性較高,不用昂貴的原料,不含有害元素,循環壽命長達2000次,并已克服了電導率低的缺點。能量型電池的質量比能量可達120Wh/kg,與超級電容器并聯使用,可以組成性能全面的動力電源。功率型的質量比能量也有70~80Wh/kg,可以單獨使用而不必并聯超級電容器。
  5)以鈦酸鋰為負極的鋰離子電池
  鈦酸鋰在充電-放電中體積變化極小,保證了電機機構穩定和電池的長壽命;鈦酸鋰電極點位較高(相對于Li+/Li電極為1.5V),在電池充電時可以不生成鋰晶枝,保證了電池的高安全性。但也因鈦酸鋰電極電位較高,即使與電極電位較高的錳酸鋰正極配對,電池的電壓也僅約2.2V,所以電池的比能量只有約50~60Wh/kg。即使如此,這種電池高安全性,長壽命的突出優點,也是其他電池無可比擬的。
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 2.電力驅動及其控制技術
 電動機與驅動系統是電動汽車的關鍵部件,要使電動汽車有良好的使用性能,驅動電機應具有調速范圍寬、轉速高、啟動轉矩大、體積小、質量小、效率高且有動態制動強和能量回饋等特性。電動汽車用電動機主要有直流電動機(DCM)、感應電動機(IM)、永磁無刷電動機(PMBLM)和開關磁阻電動機(SRM)4類。
  近幾年來,由感應電動機驅動的電動汽車幾乎都采用矢量控制和直接轉矩控制。由于直接轉矩的控制手段直接、結構簡單、控制性能優良和動態響應迅速,因此非常適合電動汽車的控制。美國以及歐洲研制的電動汽車多采用這種電動機。永磁無刷電動機可以分為由方波驅動的無刷直流電動機系統(BLDCM)和由正弦波驅動的無刷直流電動機系統(PMSM),它們都具有較高的功率密度,其控制方式與感應電動機基本相同,因此在電動汽車上得到了廣泛的應用。PMSM類電機具有較高的能量密度和效率,其體積小、慣性低、響應快,非常適應于電動汽車的驅動系統,有極好的應用前景。由日本研制的電動汽車主要采用這種電動機。
  開關磁阻電動機(SRM)具有簡單可靠、可在較寬轉速和轉矩范圍內高效運行、控制靈活、可四象限運行、響應速度快和成本較低等優點。實際應用發現SRM存在轉矩波動大、噪聲大、需要位置檢測器等缺點,應用受到了限制。
  隨著電動機及驅動系統的發展,控制系統趨于智能化和數字化。變結構控制、模糊控制、神經網絡、自適應控制、專家控制、遺傳算法等非線性智能控制技術,都將各自或結合應用于電動汽車的電動機控制系統。
  純電動汽車以電動機代替燃油機,由電機驅動而無需自動變速箱。相對于自動變速箱,電機結構簡單、技術成熟、運行可靠。
  傳統的內燃機能把高效產生轉矩時的轉速限制在一個窄的范圍內,這是為何傳統內燃機汽車需要龐大而復雜的變速機構的原因;而電動機可以在相當寬廣的速度范圍內高效產生轉矩,在純電動車行駛過程中不需要換擋變速裝置,操縱方便容易,噪音低。
  與混合動力汽車相比,純電動車使用單一電能源,電控系統大大減少了汽車內部機械傳動系統,結構更簡化,也降低了機械部件摩擦導致的能量損耗及噪音,節省了汽車內部空間、重量。
  電機驅動控制系統是新能源汽車車輛行駛中的主要執行結構,驅動電機及其控制系統是新能源汽車的核心部件(電池、電機、電控)之一,其驅動特性決定了汽車行駛的主要性能指標,它是電動汽車的重要部件。電動汽車中的燃料電池汽車FCV、混合動力汽車HEV 和純電動汽車EV 三大類都要用電動機來驅動車輪行駛,選擇合適的電動機是提高各類電動汽車性價比的重要因素,因此研發或完善能同時滿足車輛行駛過程中的各項性能要求,并具有堅固耐用、造價低、效能高等特點的電動機驅動方式顯得極其重要。
電動汽車
 3.電動汽車整車技術
 電動汽車是高科技綜合性產品,除電池、電動機外,車體本身也包含很多高新技術,有些節能措施比提高電池儲能能力還易于實現。采用輕質材料如鎂、鋁、優質鋼材及復合材料,優化結構,可使汽車自身質量減輕30%-50%;實現制動、下坡和怠速時的能量回收;采用高彈滯材料制成的高氣壓子午線輪胎,可使汽車的滾動阻力減少50%;汽車車身特別是汽車底部更加流線型化,可使汽車的空氣阻力減少50%。
 4.能量管理技術
 蓄電池是電動汽車的儲能動力源。電動汽車要獲得非常好的動力特性,必須具有比能量高、使用壽命長、比功率大的蓄電池作為動力源。而要使電動汽車具有良好的工作性能,就必須對蓄電池進行系統管理。
  能量管理系統是電動汽車的智能核心。一輛設計優良的電動汽車,除了有良好的機械性能、電驅動性能、選擇適當的能量源(即電池)外,還應該有一套協調各個功能部分工作的能量管理系統,它的作用是檢測單個電池或電池組的荷電狀態,并根據各種傳感信息,包括力、加減速命令、行駛路況、蓄電池工況、環境溫度等,合理地調配和使用有限的車載能量;它還能夠根據電池組的使用情況和充放電歷史選擇佳充電方式,以盡可能延長電池的壽命。
  世界各大汽車制造商的研究機構都在進行電動汽車車載電池能量管理系統的研究與開發。電動汽車電池當前存有多少電能,還能行駛多少公里,是電動汽車行駛中必須知道的重要參數,也是電動汽車能量管理系統應該完成的重要功能。應用電動汽車車載能量管理系統,可以更加準確地設計電動汽車的電能儲存系統,確定一個佳的能量存儲及管理結構,并且可以提高電動汽車本身的性能。
  在電動汽車上實現能量管理的難點,在于如何根據所采集的每塊電池的電壓、溫度和充放電電流的歷史數據,來建立一個確定每塊電池還剩余多少能量的較精確的數學模型。
電動汽車
八。設備特點
 1.無污染,噪聲低
  電動汽車無內燃機汽車工作時產生的廢氣,不產生排氣污染,對環境保護和空氣的潔凈是十分有益的,幾乎是“零污染”。眾所周知,內燃機汽車廢氣中的CO、HC及NOX、微粒、臭氣等污染物形成酸雨酸霧及光化學煙霧。電動汽車無內燃機產生的噪聲,電動機的噪聲也較內燃機小。噪聲對人的聽覺、神經、心血管、消化、內分泌、免疫系統也是有危害的。
 2.能源效率高,多樣化
  電動汽車的研究表明,其能源效率已超過汽油機汽車。特別是在城市運行,汽車走走停停,行駛速度不高,電動汽車更加適宜。電動汽車停止時不消耗電量,在制動過程中,電動機可自動轉化為發電機,實現制動減速時能量的再利用。有些研究表明,同樣的原油經過粗煉,送至電廠發電,經充入電池,再由電池驅動汽車,其能量利用效率比經過精煉變為汽油,再經汽油機驅動汽車高,因此有利于節約能源和減少二氧化碳的排量。
  另一方面,電動汽車的應用可有效地減少對石油資源的依賴,可將有限的石油用于更重要的方面。向蓄電池充電的電力可以由煤炭、天然氣、水力、核能、太陽能、風力、潮汐等能源轉化。除此之外,如果夜間向蓄電池充電,還可以避開用電高峰,有利于電網均衡負荷,減少費用。
 3.結構簡單維修方便
  電動汽車較內燃機汽車結構簡單,運轉、傳動部件少,維修保養工作量小。當采用交流感應電動機時,電機無需保養維護,更重要的是電動汽車易操縱。
 4.動力本高續駛里程短
  當下電動汽車尚不如內燃機汽車技術完善,尤其是動力電源(電池)的壽命短,使用成本高。電池的儲能量小,一次充電后行駛里程不理想,電動車的價格較貴。但從發展的角度看,隨著科技的進步,投入相應的人力物力,電動汽車的問題會逐步得到解決。揚長避短,電動汽車會逐漸普及,其價格和使用成本必然會降低。
 5.支撐發展的電網技術
  電動汽車電池更換站運行特性,更換站作為分布式儲能單元接入電網的關鍵技術和控制策略;電池梯次利用的篩選原則、成組方法和系統方案;更換站多用途變流裝置;更換站與儲能站一體化監控系統;更換站與儲能站一體化示范工程。
  電動汽車充電需求特性和規模化電動汽車充電對電網的影響;電動汽車有序充電控制管理系統;電動汽車有序充電試驗系統。
  電動汽車與電網互動的控制策略和關鍵技術;電動汽車智能充放電機、智能車載終端和電動汽車與電網互動協調控制系統;電動汽車與電網互動實驗驗證系統;電動汽車充放電設施檢驗檢測技術。
  電動汽車新型充放電技術;電動汽車智能充放電控制策略及檢測技術;充電設施與電網互動運行的關鍵技術。
  規模化電動汽車電池更換技術、計量計費、資產管理技術;充電設施運營的商業模式;基于物聯網的智能充換電服務網絡的運營管理系統建設方案。
九。國家政策
  按照我國電動汽車充電設施標準化總體部署,在國家標準委協調和支持下,由工業和信息化部、國家能源局組織,全國汽標委牽頭,汽研中心、電力企業聯合會和電器科學研究院共同起草了《電動汽車傳導充電用連接裝置第1部分:通用要求》、《電動汽車傳導充電用連接裝置 第2部分:交流充電接口》、《電動汽車傳導充電用連接裝置第3部分:直流充電接口》三項國家標準;由國家能源局、工業和信息化部組織,電力企業聯合會和汽研中心共同起草了《電動汽車非車載傳導式充電機與電池管理系統之間的通信協議》國家標準。該四項標準已于2011年12月22日以“中華人民共和國國家標準公告2011年第21號”批準發布,2012年3月1日起實施。
  國家發政委“新能源汽車公告管理辦法和實施細則”已于2007年11月1日施行。“城鎮鄉村農用(專用)電動汽車通用技術條件”也在醞釀過程中,純電動汽車商業化在農村已經初現雛形,我們不該視而不見。
  將來符合國際和符合市場需求的純電動汽車必定遵守以下幾項:
  1、電動車輛研發制造運營必須符合國家各項相關法規。整車、零部件性能必須滿足國家技術標準和各項具體要求。
  2、電動車輛是以電為能源,由電動機驅動行駛的,不再產生新的污染,不再產生易燃、易爆之隱患。
  3、電動車輛儲能用的電池必須是無污染、環保型的。且具有耐久的壽命,具備超快充電(2-3C以上電流)的功能。車輛根據用途確定一次充電之續行里程,以此裝置夠用電量的電池組,充分利用公用充電站超快充電以延長續行里程。
  4、電動機組應有高效率的能量轉換。剎車、減速之能量的直接利用和回收,力求車輛之綜合能源利用的高效率。
  5、根據車輛用途和行駛場合設定高車速,且不得超過交通法規的限定值,以合理選擇電動機的功率和配置電池組容量。
  6、車輛駕駛操作,控制簡單有效、工作可靠,確保行車安全。
  7、機械、電氣裝置耐用少維修。車輛運營之費用低廉。
  8、以目標市場需求為依據,提供實用、合適車型滿足之,力求做到技術、經濟、實用、功能諸方面的綜合統一。
  將來產業化、商業化為用戶所歡迎的電動汽車,必定符合以下幾點特征:準確的定位、恰當的用途、宜駛的區域、佳的效能。合適的車型、經濟的配置。可靠的性能、便當的操控。環保的電池、耐久的壽命、夠用的電量、超快的充電、完善的網絡、到位的服務。低廉的費用、少的維修。
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十。困擾因素
  電動汽車的困難是目前蓄電池單位重量儲存的能量太少,還因電動車的電池較貴,又沒形成經濟規模,故購買價格較貴,至于使用成本,有些試用結果比汽車貴,有些結果僅為汽車的1/3,這主要取決于電池的壽命及當地的油、電價格。現階段電池的容量還達不到需要,續航能力還達不到全天候的應用。
  公用超快充電站是純電動汽車商業化的基礎設施,將它做完善到位了才能使前者暢行無憂,反之則是它的短腿,受其制約和影響,歐洲、美國電動汽之商業實踐充分說明了這點。
  另外,充電機與車載電池之電纜連接器問題必須規范,形成電池品種、電壓分檔、快慢(功率大小)諸要素的一致,否則純電動汽車及公用超快充電站無法有效無法對接。
  純電動汽車之四大部件及公用充電站之大型充電機,專用電纜、線纜連接器乃至計費、收費系統,這是汽車行業新的零部件,與此相關的零部件制造商應以此形成產業鏈。
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十一。發展歷史
  早在19世紀后半葉的1873年,英國人羅伯特·戴維森(Robert Davidson)制作了世界上早期的可供實用的電動汽車。這比德國人戴姆勒(Gottlieb Daimler)和本茨(Karl Benz)發明汽油發動機汽車早了10年以上。
  戴維森發明的電動汽車是一輛載貨車,長4800mm,寬1800mm,使用鐵、鋅、汞合金與硫酸進行反應的一次電池。其后,從1880年開始,應用了可以充放電的二次電池。從一次電池發展到二次電池,這對于當時電動汽車來講是一次重大的技術變革,由此電動汽車需求量有了很大提高。在19世紀下半葉成為交通運輸的重要產品,寫下了電動汽車在人類交通史上的輝煌一頁。1890年法國和英倫敦的街道上行駛著電動大客車,當時的車用內燃機技術還相當落后,行駛里程短,故障多,維修困難,而電動汽車卻維修方便。
  在歐美,電動汽車盛期是在19世紀末。1899年法國人考門·吉納駕駛一輛44kW雙電動機為動力的后輪驅動電動汽車,創造了時速106km的記錄。
  1900年美國制造的汽車中,電動汽車為15755輛,蒸汽機汽車1684輛,而汽油機汽車只有936輛。進入20世紀以后,由于內燃機技術的不斷進步,1908年美國福特汽車公司T型車問世,以流水線生產方式大規模批量制造汽車使汽油機汽車開始普及,致使在市場競爭中蒸汽機汽車與電動汽車由于存在著技術及經濟性能上的不足,使前者被無情的歲月淘汰,后者則呈萎縮狀態。
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十二。發展背景
 1.電動汽車電池發展
  電池是電動汽車發展的首要關鍵,汽車動力電池難在 “低成本要求”、“高容量要求”及“高安全要求”等三個要求上。氫鎳電池單位重量儲存能量比鉛酸電池多一倍,其它性能也都優于鉛酸電池。價格為鉛酸電池的4-5倍,正在大力攻關讓它降下來。鐵電池采用的是資源豐富、價格低廉的鐵元素材料,成本得到大幅度降低,也有廠家采用。鋰是輕、化學特性十分活潑的金屬,鋰離子電池單位重量儲能為鉛酸電池的3倍,鋰聚合物電池為4倍,而且鋰資源較豐富,價格也不很貴,是很有希望的電池。我國在鎳氫電池和鋰離子電池的產業化開發方面均取得了快速的發展。電動汽車其他有關的技術,有巨大的進步,如:交流感應電機及其控制,稀土永磁無刷電機及其控制,電池和整車能量管理系統,智能及快速充電技術,低阻力輪胎,輕量和低風阻車身,制動能量回收等等,這些技術的進步使電動汽車日見完善和走向實用化。我國大城市的大氣污染已不能忽視,汽車排放是主要污染源之一,我國已有16個城市被列入全球大氣污染嚴重的20個城市之中。我國現今人均汽車是每1000人平均10輛汽車,我國汽車持有量將成10倍地增加,石油進口就成為大問題。因此在我國研究發展電動汽車不是一個臨時的短期措施,而是意義重大的、長遠的戰略考慮。
 2.電動汽車行業發展
  美國在在全世界范圍內銷售了7931臺電動車,這一數字領先于其他所有市場,銷量環比上漲28%。其他市場的數字分別是日本4240臺,法國2056,德國1284。而在中國,僅有235臺電動汽車售出,比上一季度的343臺下降了31%。
  日本將會是這個產業的領頭羊,到2017年,日本將生產77.9萬輛電動車,占其汽車生產總量的9.7%。德國和美國也有可能將電動汽車的產量推升至21.83萬輛和36.23萬輛,分別占汽車市場總產量的3.55%和3%。在此期間,中國的產量可能會達到273150輛,僅為汽車總產量的1%。
  隨著電動汽車行業競爭的不斷加劇,大型電動汽車企業間并購整合與資本運作日趨頻繁,國內優秀的電動汽車企業愈來愈重視對行業市場的研究,特別是對企業發展環境和客戶需求趨勢變化的深入研究。正因為如此,一大批國內優秀的電動汽車品牌迅速崛起,逐漸成為電動汽車行業中的翹楚!
 3.中國汽車駛入“無油”時代
  新能源汽車的發展方向有多種,但其中之一的氫燃料電池技術不成熟,成本昂貴,是20年之后的技術。2007年1月,汽車和動力電池專家Menahem Anderman博士在美國參議院能源與資源委員會作證時下此結論。中國也沒有氫燃料電池反應所必需的鉑。雖然沒有公開申明,但據傳國家內部決策層曾明確表示中國不適宜發展氫燃料電池汽車,只作為科研跟蹤。
  從技術發展成熟程度和中國國情來看,純電動汽車應是大力推廣的發展方向,而混合動力作為大面積充電網絡還沒建立起來之前的過渡技術。
  但混合動力車動力系統復雜,成本昂貴。比亞迪F3DM有兩套動力系統,其公布的動力系統成本增加了5萬元,相當于每年要節省8千元的油費才能比傳統汽油車經濟。
  混合動力的優勢是保留了傳統汽油汽車的使用生活方式,根據汽油機和電動機混合程度,充電次數和傳統汽油汽車加油次數相當,或者不用充電。行駛距離也不受限制。
  純電動車省去了油箱、發動機、變速器、冷卻系統和排氣系統,相比傳統汽車的內燃汽油發動機動力系統,電動機和控制器的成本更低,且純電動車能量轉換效率更高。因電動車的能量來源——電,來自大型發電機組,其效率是小型汽油發動機甚至混合動力發動機所無法比擬的。純電動汽車因此使用成本在下降。按比亞迪F3e純電動車公布的數據,百公里行駛耗電12度,依照0.5元的電價算,百公里使用成本才6元。而其原形車F3汽油車百公里耗油7.6升,按6.2元的油價,成本是46.5元。相比之下,電動車的使用成本才是傳統汽油汽車的八分之一。
  純電動車的缺點是它改變了傳統汽車的使用生活方式,需要每天充電。傳統的汽車使用習慣是大致一到兩周加一次油。而且每次出行也有幾百公里的距離限制,雖然一個家庭遠距離出行可能一年就這么幾次。
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十三。發展歷程
  電池是電動汽車發展的首要關鍵,汽車動力電池難在 “低成本要求”、“高容量要求”及“高安全要求”等三個要求上。鋰聚合物電池。氫鎳電池單位重量儲存能量比鉛酸電池多一倍,中國在鎳氫電池和鋰離子電池的產業化開發方面均取得了快速的發展。中國已有10個城市被列入全球大氣污染嚴重的20個城市之中。中國現今人均汽車是每1000人平均10輛汽車,但石油資源不足,每年已進口幾千萬噸石油,隨著經濟的發展,中國人均汽車持有量達到現在全球水平---每1000人有110輛汽車,中國汽車持有量將成10倍地增加,石油進口就成為大問題。因此在中國研究發展電動汽車不是一個臨時的短期措施,而是意義重大的、長遠的戰略考慮。不死的經歷了長期發展,純電動汽車技術逐步成熟,并在美、日、歐等國家得到商業化的推廣應用。世界上有近4萬輛純電動汽車在運行,其中法國8000輛,美國7000輛,在日本7400輛。主要用在公共運輸系統。
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十四。發展狀況
 1.中國
  中國電動汽車雖然沒有歐美等國家起步早, 但國家從維護能源安全, 改善大氣環境, 提高汽車工業競爭力, 實現我國汽車工業的跨越式發展的戰略高度考慮,電動汽車研究一直是國家計劃項目, 并在2001 年設立了“電動汽車重大科技專項”。通過組織企業、高等院校和科研機構, 集中各方面力量進行聯合攻關, 現正處于研發勢頭強勁階段, 部分技術已經趕上甚至超過世界先進水平。“電動汽車重大科技專項”實施以來, 已成功開發出燃料電池汽車樣車, 累計運行數千公里; 混合動力客車已在武漢等地公交線路上試驗運行超過百萬公里; 純電動汽車已通過國家有關認證試驗。
  中國電動汽車重大科技項目的研發開始于2001年,經過兩個五年計劃的科技攻關以及奧運、世博、“十城千輛”示范平臺的應用拉動,中國電動汽車從無到有,技術處于持續進步狀態,建立起了具有自主知識產權的電動汽車全產業鏈技術體系。
  到2010底,全國共有25個城市加入“十城千輛”節能與新能源汽車示范推廣工程,50多家企業的184個車型進入《節能與新能源汽車示范推廣應用工程推薦車型目錄》,各地示范運行各類電動汽車超過1萬輛,示范運行里程超過2億公里,累計載客90億人次以上。電動汽車關鍵技術總體水平和應用規模位于國際前列,部分領域實現突破性進展。同時,中國的電動汽車在產品研發及示范推廣方面已經取得了舉世矚目的成績。截至2012年6月底,共有83家企業的454款節能與新能源汽車產品進入《節能與新能源汽車示范推廣推薦車型目錄》。截至2012年3月底,25個示范城市累計推廣節能與新能源汽車超過1.9萬輛。其中,公共服務領域1.68萬輛,建成充(換)電站170座,充電樁6400余個,載客超過90億人次。
經過十年一劍的歷程,中國的電動汽車已經開始從研究開發的階段進入了產業化的階段,冉冉升起的中國電動汽車產業正在呈現出蓬勃的生機。
  當前,在各種新能源汽車的技術路線中,以混合動力、純電動汽車和燃料電池汽車為代表的電動汽車被普遍認為是未來汽車能源動力系統轉型發展的主要方向,已經成為世界汽車強國和主要汽車制造商發展重點。中國已經是世界汽車產業大國,但“大而不強”,中國未來的汽車工業必須探求新的思路。電動汽車產業有望為中國汽車工業開拓新的增長點。
  未來10年是中國新能源汽車發展的戰略機遇期,中國高度重視電動汽車的發展,在2011年3月出臺的“十二五”規劃綱要中,中國把新能源汽車列為戰略性新興產業之一,提出要重點發展插電式混合動力汽車、純電動汽車和燃料電池汽車技術,開展插電式混合動力汽車、純電動汽車研發及大規模商業化示范工程,推進產業化應用。未來中國電動汽車將迎來新一輪的高速發展。
  2010 年年初國際氣候組織曾對40 名電動汽車相關行業專家進行訪談,結果表明充電基礎設施建設的重要程度在電動汽車發展眾多影響因素中排名第2,超過了購買價格因素,僅次于排名第1的電池技術提高因素。充電設施的基礎性、關鍵性作用各方已達成共識。
  從國外發展情況來看,盡管國外主要發達國家的充電設施建設還處于起步階段,但是政府支持力度非常大。從國內發展情況來看,中國充電設施建設主要參與者包括國家電網公司、南方電網公司、普天海油、中石化、比亞迪等企業。近幾年來,中國已經投產了一定數量的充電站與充電樁,充電方式有快充、慢充、換電池等多種,先期的工作為后續建設提供了寶貴經驗。當下,國家電網公司、南方電網公司、普天海油、中石化等企業已經與多數地方政府簽訂了戰略合作協議,制定了較為明確的建設目標和計劃,充電站建設開始呈現加速發展的勢頭。
  盡管充電基礎設施建設在國內外普遍得到高度重視,但是當下世界各國都面臨著相關技術標準與運營模式不明確等一系列問題,中國亟待在試點基礎上加大研究和創新力度,探索一條適合中國國情的充電基礎設施發展道路。
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 2.國外
  國外著名汽車公司都十分重視研究開發電動汽車, 世界發達國家不惜投入巨資進行研究開發, 并制定了一些相關的政策、法規來推動電動汽車的發展。
  美國正在大力研制和推廣使用燃料電池電動汽車和純電動汽車, 政府能源部與通用、福特和戴- 克三大汽車制造商聯合開發燃料電池電動汽車。美國已有7 個州加入了零排放計劃, 到規定年限后這些地區銷售的汽車必須為零排放, 即只能為純電動汽車和燃料電池電動汽車。
  英國已有數萬輛電動汽車在使用;
  法國是世界上推廣應用純電動汽車成功的國家之一, 成立了電動汽車推廣應用國家部際協調委員會,巴黎和拉羅舍爾已經建立了比較完善的純電動汽車充電站網基礎設施, 制定了優惠的支持和激勵使用電動汽車的政策, 且已經初步形成了純電動汽車運行體系。
  國際性大型運動會上, 電動汽車也成為各國展示其科技實力和環保意識的工具之一。亞特蘭大奧運會使用了純電動客車作為公務和電視轉播車,悉尼奧運會購買了英國近400 輛電動客車作為運動員接送車輛。混合動力電動汽車領域,
  歐洲各大汽車廠商爭先恐后地推出了本公司研制的混合動力電動汽車, 甚至德國的博世等著名的零部件公司也積極與大汽車公司聯手開發混合動力電動汽車技術。美國已有近20 個城市試驗使用混合動力電動公交車,瑞典、法國、德國、意大利、比利時等國計劃在9 個歐洲城市開通混合動力電動公共汽車線路。燃料電池電動汽車斬露頭角, 國外企業界紛紛組成強大的跨國聯盟, 以期達到優勢互補的目的。
  世界各國著名的汽車廠商都在加緊研制各類電動汽車,并且取得了一定程度的進展和突破。
  第一,日本一直以來,出于對能源危機和環境保護的關注及占領未來世界汽車市場的考慮,日本十分重視電動汽車的研制與開發。從當下世界范圍內的整個形勢來看,日本是電動汽車技術發展速度快的少數幾個國家之一,特別是在混合動力汽車的產品發展方面,日本居世界領先地位。企業,只有日本的豐田和本田兩家汽車公司。1997年12月,豐田汽車公司首先在日本市場上推出了世界上第一款批量生產的混合動力轎車PRIUS。該轎車于2000年7月開始出口北美,同年9月開始出口歐洲,已經在全世界20多個國家上市銷售。當下推出的產品已經是多次改進后的第二代產品,其生產工藝更為成熟。根據豐田汽車公司的測試,PRIUS轎車在城市工況下比同等排量的花冠轎車節油44.4%;在市郊節油29.7%,綜合節油40.5%。有關統計數據顯示,豐田汽車公司已占有全球混合動力汽車市場90%的份額。2004年9月15日,一汽集團與日本豐田汽車公司在北京舉行了混合動力汽車合作項目簽字儀式,宣布雙方在2005年內。共同生產豐田PRIUS混合動力轎車。PRIUS混合動力轎車將在同年進入中國市場。
  繼PRIUS混合動力轎車之后,豐田汽車公司還推出了ESTIMA混合動力汽車和搭載軟混合動力系統的CROWN轎車。豐田汽車公司在普及混合動力系統的低燃耗、低排放和改進行駛性能方面已經走在了世界的前列。此外。本田汽車公司開發的Insight混合動力電動汽車也已投放市場.供不應求。2002年4月,本田汽車公司在美國市場上投放了Civic混合動力汽車。日產汽車公司宣布,將于2006年向美國市場銷售Ahima牌混合動力汽車,這是其于2002年與豐田汽車公司簽署聯合生產混合動力汽車協議的第一個產品。
  第二,美國。美國的汽車公司在電動汽車產業化方面比來自日本的同行遜色不少,三大汽車公司僅僅小批量生產、銷售過純電動汽車,而混合動力和燃料電池電動汽車還未能實現產業化,來自日本的混和動力電動汽車在美國市場上占據了主導地位。
  第三,挪威。2012年挪威電動汽車銷量達到了1萬輛,占當年新車銷量的比例達到5.2%,這對人口僅500萬人口的挪威來講頗引人矚目。挪威市場的電動汽車多為日產Leaf車型,2012年日產Leaf型車在挪威汽車銷售市場上排名第13位,其他品牌的電動汽車有Revas和KewetBuddies等。
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十五。發展前景
  氣候變化、能源和環境問題是人類社會共同面對的長期問題。隨著美國表示回歸COP15(《聯合國氣候變化框架公約》締約方第15次會議)和以中國、印度為代表的新興國家被納入到其中,以及主要國家積極實施能源和環境保護戰略,全球進入了真正解決人類社會共同問題的時代。交通運輸領域的溫室氣體排放、能源消耗和尾氣排放三大問題是否有效解決直接影響人類共同問題能夠有效解決,為此,全球主要國家政府、組織、汽車生產商、能源供應商、風險投資企業共同行動起來,推動全球汽車工業產業結構升級和動力系統電動化戰略轉型,促進具有多層次結構的電動汽車社會基礎產業形成和相應的政策、組織保障體系建設,助推可持續發展電動汽車社會的形成。
  作為世界能源消耗大國和環境保護重要力量,中國積極實施電動汽車科技戰略,促進汽車工業產業結構升級和動力系統電動化轉型,培育和發展電動汽車社會,并取得了一定效果,但仍然面臨著政策環境亟需完善、工業基礎薄弱、國際競爭力弱、開放協同創新環境差、知識產權保護和標準化意識低、個別關鍵技術有待加強、車輛成本高、商業模式探索不充分等問題。本報告在簡要分析國外電動汽車社會發展現狀和階段特點基礎上,著重總結中國電動汽車社會的發展歷程,構成中國電動汽車社會的基礎產業結構特點,電動汽車社會建設所需的政策、標準、組織保障體系發展現狀,并結合新能源汽車戰略性新興產業培育和發展,提出完善中國電動汽車社會發展的建議。
  降低交通領域溫室氣體排放是解決全球氣候變化重要手段,是建設可持續發展電動汽車社會前提條件。世界主要國家政府、組織都制定了嚴格的汽車尾氣排放標準,旨在減少交通領域對全球氣候和環境造成的影響。
  此外,美國洛杉磯光化學煙霧、世界石油危機、中東局勢動亂、北京陰霾天氣等一些事件對注重環境保護、保證國家石油安全提出了迫切要求,推動了世界范圍內汽車技術進步,加速電動汽車社會建設。
  早在2000年時,在環境保護和國家石油安全戰略的推動下,建設電動汽車社會被提到日程,中國進入了電動汽車社會“科技引導”初期發展階段。該階段(“十五”時期和“十一五”前期)以電動汽車關鍵技術研發為主要特征,著重開展電動汽車關鍵技術原始創新和系統集成創新、測試環境建設、專業技術人才培養、技術標準體系搭建、開放協同創新環境建設、科技成果轉化活動等一系列活動[3]  。
  “十五”期間,以攻克電動汽車科技問題為切入點,在充分考慮到中國工業基礎薄弱、科研實力不強、企業R&D投入有限等現狀,發揮中國集中力量辦大事的社會主義制度優越性,科技部創造性提出了“三縱三橫”電動汽車研發戰略規劃布局,全面部署電動汽車關鍵技術攻關,從而完成了中國電動汽車關鍵技術的原始創新和系統集成創新。“十一五”期間,在認真總結前期研究成果基礎上,聚焦電動汽車動力系統技術平臺和關鍵零部件研發,加強規模產業化技術攻關。

【頂層設計】
  產業及鼓勵政策:
  1.工信部牽頭,科技部、發改委等多部委參與,制定《節能與新能源汽車產業規劃》;
  2.國家和地方政府研究制定新能源汽車示范推廣鼓勵政策,鼓勵免除車牌拍賣、搖號、先行等限制措施,鼓勵出臺停車費、電價、道路通行費等扶持政策,將新能源汽車納入政府采購目錄;
  3.國務院《“十二五”節能減排綜合性工作方案》明確指出:
   1)要推進交通運輸節能減排,積極推廣節能與新能源汽車;
   2)到2015年,非化石能源占一次能源消費總量比重達到11.4%。
   3)到2015年,戰略性新興產業增加值占國內生產總值比重達到8%左右;
  產業化推進:
  1.《國務院關于加快培育和發展戰略性新興產業的決定》明確指出將新能源汽車作為7大戰略性新興產業進行培育和發展;
  2.發改委和商務部聯合發布《外商投資產業指導目錄(2011年修訂)》,鼓勵外資投資新能源汽車用能量型動力電池單體,考慮到防止技術淪陷,要求外資投資股本不超過50%;  3.發改名審批新建汽車生產工廠時,對企業提出必需有新能源汽車產品的要求;
  4.結合當地資源分布、產業特色等,全國范圍內設立了多個與新能源汽車相關的產業化基地;
  技術路線、產品R&D、試驗及研發中心:
  1.《國家中長期科學和技術發展規劃綱要(2006~2020)》將低能耗與新能源汽車列入優先發展主題;
  2.充分考慮中國工業基礎薄弱,研發能力不強,采用過渡與轉型互動,科技部戰略性提出“三縱三橫”研發戰略布局;
  3.科技部制定《電動汽車科技發展“十二五”專項規劃》,設立電動汽車重大項目,開展技術攻關;
  4.中國境內注冊的、具有獨立法人資格的企業、科研院所、高等院校均可承擔國家高科技發展計劃項目;
  5.地方政府積極籌措資金,設立新能源汽車研發、產業化及示范推廣專項資金;
  6.科技部、發改委先后設立多個節能與新能源汽車國家級工程技術中心、工程實驗室;
  示范推廣與市場培育:
  1.適時地啟動研發與示范相結合的“兩條腿”走路新能源汽車發展模式;
  2.制定《節能與新能源汽車示范推廣財政補貼資金管理暫行辦法》;
  3.制定《私人購買新能源汽車試點財政補助資金管理暫行辦法》;
  4.科技部、財政部、發改委、工信部《關于進一步做好節能與新能源汽車示范推廣試點工作的通知》強調建立公平競爭的市場秩序,促進生產企業發揮技術、質量、價格、服務優勢,有序參與市場競爭;
  5.國家部委及地方政府高度重視電動汽車示范推廣工作安全性;
  6.國家、地方政府、整車企業、基礎設施運營商建立分層式新能源汽車示范推廣監控及數據采集平臺。

 【組織保障】
  1.科技部、財政部、工信部、發改委基于各自職能分工建立聯動協調機制,指導“十城千輛”節能與新能源汽車示范推廣試點工作;
  2.發改委和商務部基于聯動協調機制,提出外商投資新能源汽車零部件企業的股本要求;
  3.能源局、科技部、工信部等委局建立聯動協調機制,開展電動汽車標準建設工作;4.各地方科技廳(委、局)結合地方城市轉型發展、產業培育、地理特點和重大活動需求,設立工作領導小組,積極承擔國家科技項目,推動節能與新能源汽車在當地示范推廣;
 【商業&服務】
  1.探索充電、換電、充換兼容等不同基礎設施配套形式,規避電池成本高、電池性能不足等因素,推動電動汽車普及和發展;
  2.探索“融資租賃”、“社會捐贈”、“合同能源管理”等新型商業模式,減輕地方財政壓力,加速電動汽車普及和發展;
  3.探索全價值鏈內各利益方在電動汽車全生命周期內實現經濟效益提高的商業模式,實現電動汽車示范推廣工作可持續進行;
 【應用產品】
  1.統籌國內資源,集中優勢力量,開展節能與新能源汽車技術創新,提高企業創新能力,提高新能源汽車國際競爭力,累計開發300余款節能與新能源汽車產品;
  2.開發電動汽車充/換電基礎設備,為電動汽車規模示范和普及提供支撐;
  3.探索全釩液流儲存和太陽能電池發電的聯合供給及儲存系統、風光電聯合發電儲能系統,燃料電池通訊及家用備用電源等產品,支撐電力分配優控制;
 【優化控制】
  1.聯合考慮基礎能源生產企業、應用產品實際使用工況的智能電力分配優控制系統;
 【能源基礎設施】
  1.國家電網、南方電網、普天等公司結合企業戰略規劃和“十城千輛”工程,在長三角、珠三角等區域建設適合城市節能與新能源汽車示范推廣需要的基礎設施;
 【智能和信息化公路交通運輸系統】
  1.充分發揮航空、鐵路軌道、水路和公路交通運輸各自優勢,建立點-線-面結合的國家綜合交通運輸體系;
  2.充分利用信息技術、智能控制技術,實現公路交通系統智能化和信息化,提高系統效率;
  3.考慮電動汽車智能化和信息化特點,利用車聯網技術,將電動汽車納入到整個交通運輸體系;
  4.利用智能交通、智能車輛技術和GPSGPRS技術,提供車輛額外附加的智能化服務,提高車輛使用額外附加值。
  問題及建議
  “十二五”時期是中國電動汽車社會快速發展戰略機遇期,電動汽車社會的基礎產業結構發展的好壞決定中國搶占未來全球經濟新增長點的質量,決定中國汽車工業產業結構升級、動力系統轉型是否順利實現,是實現汽車工業由大變強的一個重要戰略機遇。
  中國電動汽車社會發展態勢總體良好,但面臨著無發展經驗和模式可借鑒、電動汽車制造價值鏈不完整、價值鏈體系內利益方利益爭斗不止、技術基礎和創新能力相對弱、企業知識產權和標準戰略意識不夠、開放協同創新機制不暢、政策導向與技術戰略需優化、示范推廣普及發力點不明確等問題,因此建議在“十二五”關鍵時期,加強以下方面研究和部署:
   (一)開展電動汽車社會內涵研究,積極探索、規劃電動汽車社會發展路線圖
  中國在電動汽車技術研發活動及示范推廣工作上走在了世界的前列,尤其是電動汽車的示范推廣,沒有國外成功經驗可以借鑒,為避免走錯路,貽誤時機,中國應加強國內外政治、經濟、社會和技術環境變化趨勢研究,情景分析不同變化趨勢對中國電動汽車的優勢/弱勢、機會/威脅的影響(SWOT分析法),指導電動汽車社會發展過程中的決策。
   (二)消化吸收國外有關電動汽車制造商價值鏈,結合中國電動汽車社會發展過程,形成分工合理、利益均衡、科技與金融有效結合的水平分工式電動汽車制造商價值鏈
  相比傳統整車企業主導、零部件附屬的垂直整合型傳統汽車價值鏈,電動汽車制造商價值鏈具有水平分工特點。為完善水平分工的電動汽車制造商價值鏈,中國應建立相應引導政策,指導整車制造商應與關鍵零部件、系統總成單位在產品研發和生產環節的分工,實現將部分高額附加價值轉移給零部件,如APU單元的集成設計與控制、電池包集成設計與管理等,終達成全產業鏈內各企業利益合理分配,從而提高所有企業的積極性。
  此外,中國應積極引導、吸引大型國有企業資本、風險資本、民間資本進入到電動汽車產業價值鏈中,實現電動汽車科技與金融資本的深度結合。
   (三)堅持有所為,有所不為,致力于突破面向普通消費者全天候環境使用的電動汽車產品的短板技術
  電動汽車社會成熟度的重要衡量指標是電動汽車保有量占全社會汽車保有量的比例,中國電動汽車保有量占全國汽車保有量比例不到1/5000,仍然處在電動汽車社會快速發展初期。究其原因,主要由于常規混合動力汽車的發動機控制技術、電動車用發動機快速起停技術、電池成本控制技術、電池材料制備技術、電池高壓電安全器件制造技術、高功率大電流IGBT技術、電池的低溫環境適應性技術、避免電池熱失控技術、整車高壓電安全防護技術、整車能量管理與主動安全控制等技術仍然無法滿足整車性能要求,而電動汽車總體性能必須遵循“木桶原理”,因此,上述任何一個關鍵技術成為短板都將影響電動汽車普及,阻礙電動汽車社會形成。
   (四)調整新能源汽車補貼標準,將新能源汽車科技發展技術戰略和補貼標準有效掛鉤
  “純電驅動”技術戰略是順應全球汽車動力系統電動化變革趨勢,是中國“十二五”時期電動汽車科技發展的重要技術戰略。為落實“純電驅動”技術戰略,科技部制定了“技術平臺一體化”、“車型開發兩頭擠”、“市場推進三步走”具體實施戰略。
   (五)深化技術創新聯盟、產學研合作、聯合開發等合作形式的內涵,建立電動汽車開放式協同創新機制
  當前,開放式創新、組織網絡式發展、更大范圍地利用協作技術成為全球企業商業模式創新的重要趨勢。電動汽車社會的形成依賴高科技、材料、能源、通信等多產業聯合推動,需要多學科技術交叉融合,因此,開放式協同創新機制是當前中國電動汽車技術研發分散和核心技術競爭力弱等實際情況下的必然選擇。為此,在中國電動汽車社會發展過程中,應深化技術創新聯盟、產學研合作等形式的內涵,調動全國優勢資源,形成一個能真正代表國家水平的、開放的、相互尊重的電動汽車技術創新“國家聯盟”。
  (六)加速國家標準制定,積極主導或參與國際標準制定,一方面,嚴防國際公司采用標準化戰略,降低中國產品國際競爭力;另一方面通過主導或參與國際標準制定,采用事實標準等策略,突破國際市場壁壘,培育中國電動汽車國際市場競爭力
  在可持續發展電動汽車社會建設過程中,中國如何積極應對、引導標準化趨勢,是形成中國電動汽車國際競爭優勢的重要因素,因此中國應從以下三個方面開展標準化工作:
  1)平衡中國企業差異化需求和技術標準化總體趨勢,推動國內標準化活動,并積極參與國際標準化活動。
  2)積極應對國際對中國具備競爭力的部分乃至全部核心技術實施標準化活動,制定確保中國產品競爭力的實質性優勢戰略;對對中國造成發展障礙的國外技術,在ISO、ITC等范圍內實施標準化行動。
  3)戰略上思考如何應對標準化趨勢,對于技術鏈上非附加價值高的技術,采用類似德國寶馬汽車等相關企業所用的戰略,利用外銷以促進技術的廣泛應用,利用規模經濟實現大幅降低成本
  復旦大學教授吳宇平課題組的一項重磅研究成果。這項關于水溶液鋰電池體系的新研究,可將鋰電池性能提高80%。電動汽車只需充電10秒即可行駛400公里,這種電池成本低廉,安全不易爆炸。
電動汽車
十六。社會評價
 1.中國電力科學研究院工程師莊童
  電動汽車電池的研發工作經歷了從鉛酸電池、鎳氫電池到鋰電池的發展過程,每一種電池各有利弊。
  鉛酸電池出現得早,使用的時間也長,屬于蓄電池系列。鉛酸電池的安全性能好,很少出現爆炸、著火等現象,只是儲能效果不太理想。后來,人們研制出了鎳氫電池,存儲電能和功率的效果都比鉛酸電池理想,但是由于鎳氫電池在充電過程中產生的氫氣容易發生爆炸,所以企業對鎳氫電池處在可用可不用的狀態。
  到了2000年前后,人們研制成功了鋰電池。鋰電池存儲的電能是鉛酸電池的2~3倍,但是由于它含有的鋰離子活躍在金屬層表面,在空氣中容易出現自燃、爆炸等情況,危險性更高。所以各國對鋰電池的研發主要是控制它的安全性和穩定性。
  “一塊鋰電池大概能循環充電1000次左右,其中磷酸鐵鋰電池的儲能效果比鈷酸鋰電池和錳酸鋰電池的效果差一些,但是它的安全性能好,儲能比鉛酸電池要高很多,所以現在磷酸鐵鋰電池被看好。”莊童說。
 2.中國汽車工程學會電動汽車分會主任陳全世
  陳全世表示,國家對鋰電池的研究工作高度重視,‘863’計劃項目中,國家共投資6600萬元,全部用于鋰電池的研發工作。我們與日本、美國等走在鋰電池研發前列的發達國家相比,中國在鋰電池的制造精度、設備、標準等研發細節上存在一定差距。”
  國內鋰電池研究存在三大問題。首先是制造的一致性問題。由于在鋰電池的制造工藝和設備上存在差距,使得國內鋰電池的生產工藝參差不齊,制造標準還達不到一致性。電動汽車所用的鋰電池都是串聯或并聯在一起,如果一致性問題解決不好,那么所生產的鋰電池也就無法大規模應用于電動汽車。
  其次是知識產權問題。國內在磷酸鐵鋰電池的研究上已經取得突破,但是由于美國在這方面有專利,所以雖然我們在一些環節上能夠自主研發,但是在知識產權問題上,還不知如何應對。
  第三是原材料的篩選問題。用于鋰電池生產的原材料不可能全部進口,主要還是取自國內,但是國內的原材料要通過國際認證,生產出的鋰電池才能被國際認可,所以在原材料認證環節上還存在一些問題。
 3.中國國際經濟合作學會經濟合作部副主任楊金貴
  中國80%的二氧化碳排放來自燃煤,超過50%的煤炭消費用于火力發電,而同時,火力發電量占到總發電量的70%以上。加之中國煤炭發電平均效率只有35%,在這樣的情況下,發展電動汽車,無異于增加電力消耗,同時也就意味著增加碳排放量。隨著中國城鎮化、工業化步伐的加快,電力資源將更為緊張。而在風能、核能發電尚在發展階段的中國而言,大力發展電動汽車,勢必將增加能源供需緊張形勢,相反不利于低碳產業的發展布局。 對于政府來說,在不遺余力地支持電動汽車發展、支持相關企業開發新產品的同時,更需要解決源頭問題。以電動汽車為例,用煤炭替換石油的作為并不可取,電動汽車成為低碳經濟時代先鋒的前提是解決電力資源問題,否則,前景并不樂觀。
 4.電動汽車前途渺茫
  豐田汽車副會長內山田武(TakeshiUchiyamada),內山田武被譽為“普銳斯之父”。
  他表示:“因為存在行駛距離、成本和充電時間等問題,電動汽車不是大多數傳統汽車切實可行的替代品。我們需要一些全新的東西,”
  日本大的兩家汽車廠商近的舉動暗示,開發了超過100年的電動汽車雖有過數次短暫的復蘇,但仍未迎來巔峰期,或許永遠都做不到。同時,亞洲、歐洲和北美的汽車行業高管們開始關注新的替代能源:氫,氫汽車盡管不常見,卻大有前途。現實情況是消費者仍對電動汽車不感興趣。盡管打出“綠色”出行概念,以及數十億美元的投資,電動汽車仍面臨很多問題,包括成本高昂、行駛距離短和缺乏充電站等。公眾對電動汽車缺乏興趣導致奧巴馬政府上周放棄2015年美國電動汽車保有量達到100萬輛的宏偉計劃。消費者對電動汽車不溫不火的態度引發日產汽車首席執行官CarlosGhosn1宣布重大戰略調整,針對更加主流的混合動力汽車。Ghosn可能是汽車行業公開支持電動汽車的人。
  外界廣泛認為,Ghosn此舉是心照不宣地承認在電動汽車上的數十億美元押注未能達到銷售數十萬輛日產聆風的目標。日產汽車計劃追隨競爭對手豐田汽車。豐田汽車是全球大的混合動力汽車生產商,料跳過純電動汽車,直接進軍下一個可能的綠色科技突破--氫汽車。氫汽車是一種燃料電池汽車,無污染,不消耗石油,將氫轉化為電力。豐田汽車副會長內山田武(TakeshiUchiyamada)表示,相信燃料電池汽車比電動汽車更有前途。
電動汽車
十七。改革措施
  2014年7月31日,國家發改委網站掛出《關于電動汽車用電價格政策有關問題的通知》,明確對電動汽車充換電設施實行扶持性價格。電動汽車用電價格政策,明確經營性集中式充換電設施的用電將執行大工業電價,并且在2020年前免收基本電費;居民家庭住宅、住宅小區等充電設施用電,則執行居民電價。此外,電動汽車充換電設施用電執行峰谷分時電價政策,鼓勵用戶降低充電成本。
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