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新能源汽车

新能源汽车

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  电动汽车英文叫Blade electric vehicle或Electric Vehicle;英文缩写BEV,国外一般称为EV;也广指纯电动汽车。电动汽车是指以车载电源为动力,用电机驱动车轮行驶,符合道路交通、安全法规各项要求的车辆。由于对环境影响相对传统汽车较小,其前景被广泛看好。尽管我国纯电动汽车技术已经非常成熟,但由于种种原因,纯电动汽车要在短期内实现产业化仍有困难。业内专家指出,充电站的普及是纯电动汽车产业化的关键。同时,国家产业政策应为纯电动汽车提供一个良好的应用环境,促进其产业化的进程。
  混合电动汽车在进行低速行驶时,启动EV模式,车辆可仅靠电池提供的电力工作,发动机没有介入。车辆的噪音几乎被消除,同时实现零排放。这也是完全油电混合动力系统与轻混(弱混)之间的显著区别之一。当混合动力车型上的EV按钮被按下时,系统将会限制发动机的启动,也就是说只有电动机来驱动车辆,从而不会对周围的环境产生噪音和尾气污染。
电动汽车
一。主要类型
  电动汽车主要有纯电动汽车(BEV)、混合动力汽车(PHEV)、燃料电池汽车(FCEV)三种类型。
 1.纯电动汽车
  纯电动汽车(Battery Electric Vehicle ,简称BEV)是完全由可充电电池(如铅酸电池、镍镉电池、镍氢电池或锂离子电池)提供动力源的汽车。虽然它已有134年的悠久历史,但一直仅限于某些特定范围内应用,市场较小。主要原因是由于各种类别的蓄电池,普遍存在价格高、寿命短、外形尺寸和重量大、充电时间长等严重缺点。
  纯电动汽车,相对燃油汽车而言,主要差别(异)在于四大部件,驱动电机,调速控制器、动力电池、车载充电器。相对于加油站而言,它由公用超快充电站。纯电动汽车之品质差异取决于这四大部件,其价值高低也取决于这四大部件的品质。纯电动汽车的用途也在四大部件的选用配置直接相关。
  纯电动汽车时速快慢,和启动速度取决于驱动电机的功率和性能,其续行里程之长短取决于车载动力电池容量之大小,车载动力电池之重量取决于选用何种动力电池如铅酸、锌碳、锂电池等,它们体积,比重、比功率、比能量、循环寿命都各异。这取决于制造商对整车档次的定位和用途以及市场界定、市场细分。
  纯电动汽车的驱动电机有直流有刷、无刷、有永磁、电磁之分,再有交流步进电机等,它们的选用也与整车配置、用途、档次有关。另外驱动电机之调速控制也分有级调速和无级调速,有采用电子调速控制器和不用调速控制器之分。电动机有轮毂电机、内转子电机、有单电机驱动、多电机驱动和组合电机驱动等。
  优点:技术相对简单成熟,只要有电力供应的地方都能够充电。
  缺点:蓄电池单位重量储存的能量太少,还因电动车的电池较贵,又没形成经济规模,故购买价格较贵,至于使用成本,有些使用价格比汽车贵,有些价格仅为汽车的1/3,这主要取决于电池的寿命及当地的油、电价格。
  工作原理:蓄电池——电流——电力调节器——电动机——动力传动系统——驱动汽车行驶(Road)。
 2.混合动力汽车
  指能够至少从下述两类车载储存的能量中获得动力的汽车:
  可消耗的燃料或可再充电能/能量储存装置。
  根据动力系统结构形式可分为以下三类:
  串联式混合动力汽车(SHEV):车辆的驱动力只来源于电动机的混合动力(电动)汽车。结构特点是发动机带动发电机发电,电能通过电机控制器输送给电动机,由电动机驱动汽车行驶。另外,动力电池也可以单独向电动机提供电能驱动汽车行驶。
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  并联式混合动力汽车(PHEV):车辆的驱动力由电动机及发动机同时或单独供给的混合动力(电动)汽车。结构特点是并联式驱动系统可以单独使用发动机或电动机作为动力源,也可以同时使用电动机和发动机作为动力源驱动汽车行驶。
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  混联式混合动力汽车(CHEV):同时具有串联式、并联式驱动方式的混合动力(电动)汽车。结构特点是可以在串联混合模式下工作,也可以在并联混合模式下工作,同时兼顾了串联式和并联式的特点。
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  (注:随着混合动力电动汽车技术的发展,其类型不局限于以上几种,还可按照其它型式划分。)
  那些通常采用传统燃料的,同时配以电动机/发动机来改善低速动力输出和燃油消耗。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很快。
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  优点:
  a.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。
  b.因为有了电池,可以十分方便地回收制动时、下坡时、怠速时的能量。
  c.在繁华市区,可关停内燃机,由电池单独驱动,实现“零”排放。
  d.有了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。
  e.可以利用现有的加油站加油,不必再投资。
  f.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。
  缺点:长距离高速行驶基本不能省油。
 3.燃料电池汽车
  以燃料电池作为动力电源的汽车。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2~3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已经宣布,计划在2004年以前将燃料电池汽车投向市场。当下,燃料电池轿车的样车正在进行试验,以燃料电池为动力的运输大客车在北美的几个城市中正在进行示范项目。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,提高商业化电动汽车燃料处理器和辅助部汽车制造厂都在朝着集成部件和减少部件成本的方向努力,并已取得了显著的进步。
  与传统汽车相比,燃料电池汽车具有以下优点:
  a.零排放或近似零排放。
  b.减少了机油泄露带来的水污染。
  c.降低了温室气体的排放。
  d.提高了燃油经济性。
  e.提高了发动机燃烧效率。
  f.运行平稳、无噪声。
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二。电动汽车(BEV)主要车型
  纯电动汽车发展至今,种类较多,通常按车辆用途、车载电源数目以及驱动系统的组成进行分类。按照用途不同分类,纯电动汽车可分为电动轿车、电动货车和电动客车三种。
(1)电动轿车是目前最常见的纯电动汽车。除了一些概念车,纯电动轿车已经有了小批量生产,并已进入汽车市场。
(2)电动货车用作功率运输的电动货车比较少,而在矿山、工地及一些特殊场地,则早已出现了一些大吨位的纯电动载货汽车。
(3)电动客车,纯电动小客车也较少见;纯电动大客车用作公共汽车,在一些城市的公交线路以及世博会、世界性的运动会上,已经有了良好的表现。
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三。系统结构
  电动汽车的结构布置各式各样,比较灵活,概括起来分为纯电动汽车电动机中央驱动和电动轮驱动两种形式。电动机中央驱动形式借用了内燃机汽车的驱动方案,将内燃机换成电动机及其相关器件,用一台电动机驱动左右两侧的车轮。电动轮驱动形式的机械传动装置的体积与质量较电动机中央驱动形式的大大减小,效率显著提高,代价是增加了控制系统的复杂程度与成本。
  纯电动汽车采用电动机中央驱动形式,直接借用了内燃机汽车的驱动方案,由发动机前置前驱发展而来,由电动机、离合器、变速箱和差速器责成。用电驱动装置替代了内燃机,通过离合器将电动机动力与驱动轮进行连接或动力切断,变速箱提供不同的传动比以变更转速—功率曲线匹配的需要,变速器实现转弯时两车轮不同车速的行驶。
  纯电动汽车采用双电动机电动轮驱动方式,机械差速器被两个牵引电动机所代替,两个电动机分别驱动各自车轮,转弯时通过电子差速控制以不同车速行驶,省掉了机械变速器。
  纯电动汽车所独有的以蓄电池作能量源的一种结构,蓄电池可以布置在上的四周,也可以集中布置在车的尾部或者布置在底盘下面。所选用的蓄电池应该能提供足够高的比能量和比功率,并且在车辆制动时能回收再生制动能量。具有高比能量和高比功率的动力电池对纯电动汽车的加速性和爬坡能力。
  为了解决一种蓄电池不能同时满足对比能量和比功率的要求这个问题,可以在纯电动汽车同时采用两种不同的蓄电池,其中一种能提供高比能量,另外一种提供高比功率。两种电池作混合能量源的基本结构,这两种结构不仅分开了对比能量和比功率的要求,而且在汽车下坡或制动时可利用蓄电池回收能量。
  燃料电池所需的氢气不仅能以压缩氢气、液态氢或金属氢化物的形式储存,还可以由常温的液态燃料如甲醇或汽油随车产生。一个带小型重整器的纯电动汽车的结构,燃料电池所需的氢气由重整随车产生。
 1.电力驱动
  电动汽车是指以车载电源为动力,用电机驱动车轮行驶,符合道路交通、安全法规各项要求的车辆。它使用存储在电池中的电来发动。在驱动汽车时有时使用12或24块电池,有时则需要更多。
  电动汽车的组成包括:电力驱动及控制系统、驱动力传动等机械系统、完成既定任务的工作装置等。电力驱动及控制系统是电动汽车的核心,也是区别于内燃机汽车的最大不同点。电力驱动及控制系统由驱动电动机、电源和电动机的调速控制装置等组成。电动汽车的其他装置基本与内燃机汽车相同。
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  a.电源
  为电动汽车的驱动电动机提供电能,电动机将电源的电能转化为机械能。应用最广泛的电源是铅酸蓄电池,但随着电动汽车技术的发展,铅酸蓄电池由于能量低,充电速度慢,寿命短,逐渐被其他蓄电池所取代。正在发展的电源主要有钠硫电池、镍镉电池、锂电池、燃料电池等,这些新型电源的应用,为电动汽车的发展开辟了广阔的前景。
  b.驱动电动机
  驱动电动机的作用是将电源的电能转化为机械能,通过传动装置或直接驱动车轮和工作装置。但直流电动机由于存在换向火花,功率小、效率低,维护保养工作量大;随着电机控制技术的发展,势必逐渐被直流无刷电动机(BLDCM)、开关磁阻电动机(SRM)和交流异步电动机所取代,如无外壳盘式轴向磁场直流串励电动机。
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 2.调速控制
  电动机调速控制装置是为电动汽车的变速和方向变换等设置的,其作用是控制电动机的电压或电流,完成电动机的驱动转矩和旋转方向的控制。
早期的电动汽车上,直流电动机的调速采用串接电阻或改变电动机磁场线圈的匝数来实现。因其调速是有级的,且会产生附加的能量消耗或使用电动机的结构复杂,现已很少采用。应用较广泛的是晶闸管斩波调速,通过均匀地改变电动机的端电压,控制电动机的电流,来实现电动机的无级调速。在电子电力技术的不断发展中,它也逐渐被其他电力晶体管(如GTO、MOSFET、BTR及IGBT等)斩波调速装置所取代。从技术的发展来看,伴随着新型驱动电机的应用,电动汽车的调速控制转变为直流逆变技术的应用,将成为必然的趋势。
在驱动电动机的旋向变换控制中,直流电动机依靠接触器改变电枢或磁场的电流方向,实现电动机的旋向变换,这使得电路复杂、可靠性降低。当采用交流异步电动机驱动时,电动机转向的改变只需变换磁场三相电流的相序即可,可使控制电路简化。此外,采用交流电动机及其变频调速控制技术,使电动汽车的制动能量回收控制更加方便,控制电路更加简单。
 3.传动装置
  电动汽车传动装置的作用是将电动机的驱动转矩传给汽车的驱动轴,当采用电动轮驱动时,传动装置的多数部件常常可以忽略。因为电动机可以带负载启动,所以电动汽车上无需传统内燃机汽车的离合器。因为驱动电机的旋向可以通过电路控制实现变换,所以电动汽车无需内燃机汽车变速器中的倒档。当采用电动机无级调速控制时,电动汽车可以忽略传统汽车的变速器。在采用电动轮驱动时,电动汽车也可以省略传统内燃机汽车传动系统的差速器。
 4.行驶装置
  行驶装置的作用是将电动机的驱动力矩通过车轮变成对地面的作用力,驱动车轮行走。它同其他汽车的构成是相同的,由车轮、轮胎和悬架等组成。
 5.转向装置
  转向装置是为实现汽车的转弯而设置的,由转向机、方向盘、转向机构和转向轮等组成。作用在方向盘上的控制力,通过转向机和转向机构使转向轮偏转一定的角度,实现汽车的转向。多数电动汽车为前轮转向,工业中用的电动叉车常常采用后轮转向。电动汽车的转向装置有机械转向、液压转向和液压助力转向等类型。
 6.制动装置
  电动汽车的制动装置同其他汽车一样,是为汽车减速或停车而设置的,通常由制动器及其操纵装置组成。在电动汽车上,一般还有电磁制动装置,它可以利用驱动电动机的控制电路实现电动机的发电运行,使减速制动时的能量转换成对蓄电池充电的电流,从而得到再生利用。国内电动汽车在大功率载客汽车,给提供空气制动设备有耐力NAILI滑片式空气压缩机,主要是压缩空气的制动方式。
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 7.工作装置
  工作装置是工业用电动汽车为完成作业要求而专门设置的,如电动叉车的起升装置、门架、货叉等。货叉的起升和门架的倾斜通常由电动机驱动的液压系统完成。
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四。充电设备
  电动机的驱动电能来源于车载可充电蓄电池或其他能量储存装置。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。
  电动机的驱动电能,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。
  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。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”。
  类似于手机充电的ICM 阶梯波六段式充电,具有较好的去硫化效果,可对电池首先激活,然后进行维护式快速充电,具有定时、充满报警、电脑快充、密码控制、自识别电压、多重保护、四路输出等功能,配套万能输出接口,可对所有的电动车快速充电。 商场、超市、医院、停车场、小区门口、路边小卖部等公共场所。
  汽车充电网络建设模式,在充电设施推进过程中,亟待突破的难题就是充电服务网络布点问题。电力部门依托现有的停车场设施,因地制宜地建设微电网、分布式、综合化的可充、可换全功能充电站,可避免充电模式存在的两个短板:一是充电时间长,二是停车环境有限。
 1.充电标准的发展和争议:
  2011年10月,七家美国和德国的重要的汽车公司宣布他们的电动车将试用统一的充电插口标准,这七家公司分别是奥迪、宝马、戴姆勒、福特、通用、保时捷和大众。随后,美国汽车工程师学会(SAE)宣布,该学会已设计出一种可以适用于一级和二级充电标准的插头。三级直流快充可以在15分钟内将你的电动车电池充满电。而二级充电(在美国是110伏电压)情况下,根据车型不同,充电时间大概是4-6个小时。这七家公司达成一致的充电插口标准,还和 SAE 的J1722充电标准相兼容,与欧洲的IEC 62196二类插口也同样兼容。
  这七家欧美汽车公司同时一致同意将采用家用电力线网络联盟的HomePlug GP界面技术作为共用的传输规程,这就使得充电将来可融入未来的智能电网。HomePlug电力线联盟由半导体公司、公共设施公司、市场推广公司以及其他类型的公司组成。成员包括各类的国际公司,如思科(Cisco)、法国电信、中国华为等。这些公司共同合作开发、生产以及推广可提升电力网络及连接的新技术和新应用。
  Chademo标准直流快速充电站可在30分钟充电至80%。这种快速充电装置显然比普通的二级充电桩更受欢迎,但是其运行需要电网瞬时功率能达到50千瓦,从而引发了电网压力的担忧,所以Chademo标准直流快速充电不是普通家庭充电的解决方案。而SAE充电标准则通过HomePlug GP技术对家庭用电进行合理分配,确保家庭电器不受干扰[3]  。无线输电技术是一种利用无线电技术传输电力能量的技术,各个国家都在开发这种无线充电装置。
 2.充电困扰
  在纯电动汽车的发展过程中,充电问题一直都是消费者的一个“后顾之忧”。对于居住于城市之中的电动汽车消费者而言,建立一个私有的充电桩并非易事。首先,停车难早已成为城市发展中的一大难题,2014年,北京市机动车保有量超过500万辆,但只有不到50%的汽车有固定停车位,停车尚且困难,建立私人充电桩更是奢侈。其次,充电桩在全功率使用时功耗十分惊人,大多数小区电网很难承受大量电动汽车同时充电,这也是很多小区拒绝私人安装充电桩的主要理由。
  所以,在目前私人充电桩的全面普及还存在难度的时候,电动汽车的普及必须依仗建立大量公共充电桩,公共充电桩的普及程度将直接影响着消费者购买纯电动车的热情。
  然而,在纯电动汽车市场的普及推广还存在不少困难的时候,充电服务企业在投入充电桩建设时也有所顾忌。数据显示,北京市目前共有充电站225座,合计充电桩1700多个,其中,70%是由政府连同国家电网先行投入建设。但这些已建成的充电站普遍存在盈利难的问题。记者了解到,国家电网已建成的400余座充电站几乎全线亏损,缺乏盈利机制是最重要原因。
  有业内人士认为,充电服务收费政策能够在一定程度上吸引社会资本进入充电服务市场,从长远看,服务供给的增加也将有利于充电服务市场的均衡,从而推动新能源汽车的普及推广。
  充电站之忧,既有消费者对充电不便的担心,也有充电服务企业对生存盈利的顾虑。在纯电动汽车发展的过程中,这样的“忧”不可避免。推行收取充电服务费并非坏事,有了透明的充电服务费价格,消费者可以对电动车的使用成本有一个基本的心理预期,从而作出消费决定;对于充电服务企业,则可以刺激其投入充电站建设。只是希望在收取充电服务费后,充电站能真正将充电服务提升上去,让电动汽车的消费者不再有后顾之忧。
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五。充电技术
 1. 当前主要充电技术方案:
  a.接触式:单相交流,三相交流,直流
  b.非接触式:无线充电
不同的续驶里程对应的充电器功率一般如下:
 2. 充电技术的行业发展趋势:
  单相充电技术向三相充电技术发展;
  单向充电技术向双向充、放电技术发展;
  充电方式从有人手动向无人自动发展;
  充电系统的扩展功能和增值服务不断丰富;

 3. 车载充电机(OBC)技术
  车载充电机主要功能是将交流AC220V市电转换为高压直流电(如DC400V)给动力电池进行充电,保证车辆正常行驶,该设备为AC/DC电源转换设备。
  车载充电机与市面桩进行通讯对配,按国标要求完成通讯、功率调节等,实施国标为:GB/T20234。
  现有充电机开发电路拓扑:
  1) 非隔离型
   代表:比亚迪E6 (逆变充电系统)
   优点:电路控制简单,可以和电机控制器共用电路结构;
   缺点:安全性相对较低。
 2) 隔离型
   整流桥+PFC+移相全桥---代表:聆风LEAF,90%
   整流桥+PFC+LLC---代表:特斯拉,93%
   优点:隔离安全性较高。LLC相比移相全桥的效率更高,电磁兼容性更好;
  缺点:元器件较多,控制算法复杂。
 4. 未来充电技术
  智能充电系统:以用户充电感受为设计原点,结合车辆辅助驾驶技术,无线能量传输技术,互联网技术,人工智能技术等前沿技术与充电系统相结合。
  提供在任何地点、任何供电状态、任何使用情景下的充电支持
  兼容即时、预约、自适应的车辆充电方式
  随着新能源汽车产业的蓬勃发展,各家车企都在电动汽车充电领域发力,相信充电难问题会很快得到解决,或者比汽油车加油还要方便。
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六。电池管理
  纯电动汽车电池管理系统作为电池系统的重要组成部分,具有实时监控电池状态、优化使用电池能量、延长电池寿命和保证电池的使用安全等重要作用。电池管理系统对整车的安全运行、整车控制策略的选择、充电模式的选择以及运营成本都有很大影响。电池管理系统无论在车辆运行过程中还是在充电过程中都要可靠地完成电池状态的实时监控和故障诊断,并通过总线的方式告知车辆集成控制器或充电机,以便采用更加合理的控制策略,达到有效且高效使用电池的目的。
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  电池管理系统采用集散式系统结构,每套电池管理系统由1台中央控制模块(或称主机)和10个电池测控模块(或称从机)组成。电池管理系统检测模块安装在电池箱前面板内;电池管理系统主控模块安装在车辆尾部高压设备仓内,电池管理系统的功能如下:
  1.电体电池电压的检测
  2.电池温度的检测
  3.电池组工作电流的检测
  4.绝缘电阻检测
  5.冷却风机控制
  6.充放电次数记录
  7.电池组SoC的估测
  8.电池故障分析与在线报警
  9. 各箱电池充放电次数记录
  10.各箱电池离散性评价
  11.与车载设备通信,为整车控制提供必要的电池数据CAN1
  12.与车载监控设备通信,将电池信息送面板显示CAN2
  13.与充电机通信,安全实现电池的充电RS—485 
  14.有简易的设备实现纯电动汽车电池管理系统的初始化功能,能满足电池快速更换以及电池箱重新编组的需要。
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七。技术核心
  电动汽车有4个方面的关键技术:电池技术、电机驱动及其控制技术、电动汽车整车技术以及能量管理技术。
 1.电池技术
 电池是电动汽车的动力源泉,也是一直制约电动汽车发展的关键因素。电动汽车用电池的主要性能指标是比能量(E)、能量密度(Ed)、比功率(P)、循环寿命(L)和成本(C)等。要使电动汽车能与燃油汽车相竞争,关键就是要开发出比能量高、比功率大、使用寿命长的高效电池。
  到目前为止,电动汽车用电池经过了3代的发展,已取得了突破性的进展。第1代是铅酸电池,主要是阀控铅酸电池(VRLA),由于其比能量较高、价格低和能高倍率放电,惟一能大批量生产的电动汽车用电池。第2代是碱性电池,主要有镍镉(NJ-Cd)、镍氢(Ni-MH)、钠硫(Na/S)、锂离子(Li-ion)和锌空气(Zn/Air)等多种电池,其比能量和比功率都比铅酸电池高,因此大大提高了电动汽车的动力性能和续驶里程,但其价格却比铅酸电池高。第3代是以燃料电池为主的电池。燃料电池直接将燃料的化学能转变为电能,能量转变效率高,比能量和比功率都高,并且可以控制反应过程,能量转化过程可以连续进行,因此是理想的汽车用电池,还处于研制阶段,一些关键技术还有待突破问。
  动力电池是电动汽车的关键技术,决定了它的续行里程和成本。
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  1)纯电动车所需的动力电池
  用于电动车的动力电池应有的功能指标和经济指标包括:(1)安全性;(2)比能量;(3)比功率;(4)寿命;(5)循环价格;(6)能量转换效率。这些因素直接决定了电动车的合用性、经济性。
  2)超级电容器
  超级电容器的优势是质量比功率高、循环寿命长,弱点是质量比能量低、购置价格贵,但是循环寿命长达50万~100万次,故单次循环价格不高,与铅酸电池、能量型锂离子电池并联可以组成性能优良的动力电源系统。
  3)铅酸电池
  铅酸电池生产技术成熟,安全性好,价格低廉,废电池易回收再生。近些年来,通过新技术,其比能量低、循环寿命短、充电时发生酸雾、生产中可能有铅污染环境等缺点在不断克服中,各项指标有很大提高,不仅可更好地用作电动自行车和电动摩托车的电源,而且在电动汽车上也能发挥很好的作用。
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  4)以磷酸铁锂为正极的锂离子电池
  负极为碳、正极为磷酸铁锂的锂电池综合性能好:安全性较高,不用昂贵的原料,不含有害元素,循环寿命长达2000次,并已克服了电导率低的缺点。能量型电池的质量比能量可达120Wh/kg,与超级电容器并联使用,可以组成性能全面的动力电源。功率型的质量比能量也有70~80Wh/kg,可以单独使用而不必并联超级电容器。
  5)以钛酸锂为负极的锂离子电池
  钛酸锂在充电-放电中体积变化极小,保证了电机机构稳定和电池的长寿命;钛酸锂电极点位较高(相对于Li+/Li电极为1.5V),在电池充电时可以不生成锂晶枝,保证了电池的高安全性。但也因钛酸锂电极电位较高,即使与电极电位较高的锰酸锂正极配对,电池的电压也仅约2.2V,所以电池的比能量只有约50~60Wh/kg。即使如此,这种电池高安全性,长寿命的突出优点,也是其他电池无可比拟的。
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 2.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,要使电动汽车有良好的使用性能,驱动电机应具有调速范围宽、转速高、启动转矩大、体积小、质量小、效率高且有动态制动强和能量回馈等特性。电动汽车用电动机主要有直流电动机(DCM)、感应电动机(IM)、永磁无刷电动机(PMBLM)和开关磁阻电动机(SRM)4类。
  近几年来,由感应电动机驱动的电动汽车几乎都采用矢量控制和直接转矩控制。由于直接转矩的控制手段直接、结构简单、控制性能优良和动态响应迅速,因此非常适合电动汽车的控制。美国以及欧洲研制的电动汽车多采用这种电动机。永磁无刷电动机可以分为由方波驱动的无刷直流电动机系统(BLDCM)和由正弦波驱动的无刷直流电动机系统(PMSM),它们都具有较高的功率密度,其控制方式与感应电动机基本相同,因此在电动汽车上得到了广泛的应用。PMSM类电机具有较高的能量密度和效率,其体积小、惯性低、响应快,非常适应于电动汽车的驱动系统,有极好的应用前景。由日本研制的电动汽车主要采用这种电动机。
  开关磁阻电动机(SRM)具有简单可靠、可在较宽转速和转矩范围内高效运行、控制灵活、可四象限运行、响应速度快和成本较低等优点。实际应用发现SRM存在转矩波动大、噪声大、需要位置检测器等缺点,应用受到了限制。
  随着电动机及驱动系统的发展,控制系统趋于智能化和数字化。变结构控制、模糊控制、神经网络、自适应控制、专家控制、遗传算法等非线性智能控制技术,都将各自或结合应用于电动汽车的电动机控制系统。
  纯电动汽车以电动机代替燃油机,由电机驱动而无需自动变速箱。相对于自动变速箱,电机结构简单、技术成熟、运行可靠。
  传统的内燃机能把高效产生转矩时的转速限制在一个窄的范围内,这是为何传统内燃机汽车需要庞大而复杂的变速机构的原因;而电动机可以在相当宽广的速度范围内高效产生转矩,在纯电动车行驶过程中不需要换挡变速装置,操纵方便容易,噪音低。
  与混合动力汽车相比,纯电动车使用单一电能源,电控系统大大减少了汽车内部机械传动系统,结构更简化,也降低了机械部件摩擦导致的能量损耗及噪音,节省了汽车内部空间、重量。
  电机驱动控制系统是新能源汽车车辆行驶中的主要执行结构,驱动电机及其控制系统是新能源汽车的核心部件(电池、电机、电控)之一,其驱动特性决定了汽车行驶的主要性能指标,它是电动汽车的重要部件。电动汽车中的燃料电池汽车FCV、混合动力汽车HEV 和纯电动汽车EV 三大类都要用电动机来驱动车轮行驶,选择合适的电动机是提高各类电动汽车性价比的重要因素,因此研发或完善能同时满足车辆行驶过程中的各项性能要求,并具有坚固耐用、造价低、效能高等特点的电动机驱动方式显得极其重要。
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 3.电动汽车整车技术
 电动汽车是高科技综合性产品,除电池、电动机外,车体本身也包含很多高新技术,有些节能措施比提高电池储能能力还易于实现。采用轻质材料如镁、铝、优质钢材及复合材料,优化结构,可使汽车自身质量减轻30%-50%;实现制动、下坡和怠速时的能量回收;采用高弹滞材料制成的高气压子午线轮胎,可使汽车的滚动阻力减少50%;汽车车身特别是汽车底部更加流线型化,可使汽车的空气阻力减少50%。
 4.能量管理技术
 蓄电池是电动汽车的储能动力源。电动汽车要获得非常好的动力特性,必须具有比能量高、使用寿命长、比功率大的蓄电池作为动力源。而要使电动汽车具有良好的工作性能,就必须对蓄电池进行系统管理。
  能量管理系统是电动汽车的智能核心。一辆设计优良的电动汽车,除了有良好的机械性能、电驱动性能、选择适当的能量源(即电池)外,还应该有一套协调各个功能部分工作的能量管理系统,它的作用是检测单个电池或电池组的荷电状态,并根据各种传感信息,包括力、加减速命令、行驶路况、蓄电池工况、环境温度等,合理地调配和使用有限的车载能量;它还能够根据电池组的使用情况和充放电历史选择最佳充电方式,以尽可能延长电池的寿命。
  世界各大汽车制造商的研究机构都在进行电动汽车车载电池能量管理系统的研究与开发。电动汽车电池当前存有多少电能,还能行驶多少公里,是电动汽车行驶中必须知道的重要参数,也是电动汽车能量管理系统应该完成的重要功能。应用电动汽车车载能量管理系统,可以更加准确地设计电动汽车的电能储存系统,确定一个最佳的能量存储及管理结构,并且可以提高电动汽车本身的性能。
  在电动汽车上实现能量管理的难点,在于如何根据所采集的每块电池的电压、温度和充放电电流的历史数据,来建立一个确定每块电池还剩余多少能量的较精确的数学模型。
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八。设备特点
 1.无污染,噪声低
  电动汽车无内燃机汽车工作时产生的废气,不产生排气污染,对环境保护和空气的洁净是十分有益的,几乎是“零污染”。众所周知,内燃机汽车废气中的CO、HC及NOX、微粒、臭气等污染物形成酸雨酸雾及光化学烟雾。电动汽车无内燃机产生的噪声,电动机的噪声也较内燃机小。噪声对人的听觉、神经、心血管、消化、内分泌、免疫系统也是有危害的。
 2.能源效率高,多样化
  电动汽车的研究表明,其能源效率已超过汽油机汽车。特别是在城市运行,汽车走走停停,行驶速度不高,电动汽车更加适宜。电动汽车停止时不消耗电量,在制动过程中,电动机可自动转化为发电机,实现制动减速时能量的再利用。有些研究表明,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。
  另一方面,电动汽车的应用可有效地减少对石油资源的依赖,可将有限的石油用于更重要的方面。向蓄电池充电的电力可以由煤炭、天然气、水力、核能、太阳能、风力、潮汐等能源转化。除此之外,如果夜间向蓄电池充电,还可以避开用电高峰,有利于电网均衡负荷,减少费用。
 3.结构简单维修方便
  电动汽车较内燃机汽车结构简单,运转、传动部件少,维修保养工作量小。当采用交流感应电动机时,电机无需保养维护,更重要的是电动汽车易操纵。
 4.动力本高续驶里程短
  当下电动汽车尚不如内燃机汽车技术完善,尤其是动力电源(电池)的寿命短,使用成本高。电池的储能量小,一次充电后行驶里程不理想,电动车的价格较贵。但从发展的角度看,随着科技的进步,投入相应的人力物力,电动汽车的问题会逐步得到解决。扬长避短,电动汽车会逐渐普及,其价格和使用成本必然会降低。
 5.支撑发展的电网技术
  电动汽车电池更换站运行特性,更换站作为分布式储能单元接入电网的关键技术和控制策略;电池梯次利用的筛选原则、成组方法和系统方案;更换站多用途变流装置;更换站与储能站一体化监控系统;更换站与储能站一体化示范工程。
  电动汽车充电需求特性和规模化电动汽车充电对电网的影响;电动汽车有序充电控制管理系统;电动汽车有序充电试验系统。
  电动汽车与电网互动的控制策略和关键技术;电动汽车智能充放电机、智能车载终端和电动汽车与电网互动协调控制系统;电动汽车与电网互动实验验证系统;电动汽车充放电设施检验检测技术。
  电动汽车新型充放电技术;电动汽车智能充放电控制策略及检测技术;充电设施与电网互动运行的关键技术。
  规模化电动汽车电池更换技术、计量计费、资产管理技术;充电设施运营的商业模式;基于物联网的智能充换电服务网络的运营管理系统建设方案。
九。国家政策
  按照我国电动汽车充电设施标准化总体部署,在国家标准委协调和支持下,由工业和信息化部、国家能源局组织,全国汽标委牵头,汽研中心、电力企业联合会和电器科学研究院共同起草了《电动汽车传导充电用连接装置第1部分:通用要求》、《电动汽车传导充电用连接装置 第2部分:交流充电接口》、《电动汽车传导充电用连接装置第3部分:直流充电接口》三项国家标准;由国家能源局、工业和信息化部组织,电力企业联合会和汽研中心共同起草了《电动汽车非车载传导式充电机与电池管理系统之间的通信协议》国家标准。该四项标准已于2011年12月22日以“中华人民共和国国家标准公告2011年第21号”批准发布,2012年3月1日起实施。
  国家发政委“新能源汽车公告管理办法和实施细则”已于2007年11月1日施行。“城镇乡村农用(专用)电动汽车通用技术条件”也在酝酿过程中,纯电动汽车商业化在农村已经初现雏形,我们不该视而不见。
  将来符合国际和符合市场需求的纯电动汽车必定遵守以下几项:
  1、电动车辆研发制造运营必须符合国家各项相关法规。整车、零部件性能必须满足国家技术标准和各项具体要求。
  2、电动车辆是以电为能源,由电动机驱动行驶的,不再产生新的污染,不再产生易燃、易爆之隐患。
  3、电动车辆储能用的电池必须是无污染、环保型的。且具有耐久的寿命,具备超快充电(2-3C以上电流)的功能。车辆根据用途确定一次充电之续行里程,以此装置够用电量的电池组,充分利用公用充电站超快充电以延长续行里程。
  4、电动机组应有高效率的能量转换。刹车、减速之能量的直接利用和回收,力求车辆之综合能源利用的高效率。
  5、根据车辆用途和行驶场合设定最高车速,且不得超过交通法规的限定值,以合理选择电动机的功率和配置电池组容量。
  6、车辆驾驶操作,控制简单有效、工作可靠,确保行车安全。
  7、机械、电气装置耐用少维修。车辆运营之费用低廉。
  8、以目标市场需求为依据,提供实用、合适车型满足之,力求做到技术、经济、实用、功能诸方面的综合统一。
  将来产业化、商业化为用户所欢迎的电动汽车,必定符合以下几点特征:准确的定位、恰当的用途、宜驶的区域、最佳的效能。合适的车型、经济的配置。可靠的性能、便当的操控。环保的电池、耐久的寿命、够用的电量、超快的充电、完善的网络、到位的服务。低廉的费用、最少的维修。
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十。困扰因素
  电动汽车的困难是目前蓄电池单位重量储存的能量太少,还因电动车的电池较贵,又没形成经济规模,故购买价格较贵,至于使用成本,有些试用结果比汽车贵,有些结果仅为汽车的1/3,这主要取决于电池的寿命及当地的油、电价格。现阶段电池的容量还达不到需要,续航能力还达不到全天候的应用。
  公用超快充电站是纯电动汽车商业化的基础设施,将它做完善到位了才能使前者畅行无忧,反之则是它的短腿,受其制约和影响,欧洲、美国电动汽之商业实践充分说明了这点。
  另外,充电机与车载电池之电缆连接器问题必须规范,形成电池品种、电压分档、快慢(功率大小)诸要素的一致,否则纯电动汽车及公用超快充电站无法有效无法对接。
  纯电动汽车之四大部件及公用充电站之大型充电机,专用电缆、线缆连接器乃至计费、收费系统,这是汽车行业新的零部件,与此相关的零部件制造商应以此形成产业链。
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十一。发展历史
  早在19世纪后半叶的1873年,英国人罗伯特·戴维森(Robert Davidson)制作了世界上最初的可供实用的电动汽车。这比德国人戴姆勒(Gottlieb Daimler)和本茨(Karl Benz)发明汽油发动机汽车早了10年以上。
  戴维森发明的电动汽车是一辆载货车,长4800mm,宽1800mm,使用铁、锌、汞合金与硫酸进行反应的一次电池。其后,从1880年开始,应用了可以充放电的二次电池。从一次电池发展到二次电池,这对于当时电动汽车来讲是一次重大的技术变革,由此电动汽车需求量有了很大提高。在19世纪下半叶成为交通运输的重要产品,写下了电动汽车在人类交通史上的辉煌一页。1890年法国和英伦敦的街道上行驶着电动大客车,当时的车用内燃机技术还相当落后,行驶里程短,故障多,维修困难,而电动汽车却维修方便。
  在欧美,电动汽车最盛期是在19世纪末。1899年法国人考门·吉纳驾驶一辆44kW双电动机为动力的后轮驱动电动汽车,创造了时速106km的记录。
  1900年美国制造的汽车中,电动汽车为15755辆,蒸汽机汽车1684辆,而汽油机汽车只有936辆。进入20世纪以后,由于内燃机技术的不断进步,1908年美国福特汽车公司T型车问世,以流水线生产方式大规模批量制造汽车使汽油机汽车开始普及,致使在市场竞争中蒸汽机汽车与电动汽车由于存在着技术及经济性能上的不足,使前者被无情的岁月淘汰,后者则呈萎缩状态。
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十二。发展背景
 1.电动汽车电池发展
  电池是电动汽车发展的首要关键,汽车动力电池难在 “低成本要求”、“高容量要求”及“高安全要求”等三个要求上。氢镍电池单位重量储存能量比铅酸电池多一倍,其它性能也都优于铅酸电池。价格为铅酸电池的4-5倍,正在大力攻关让它降下来。铁电池采用的是资源丰富、价格低廉的铁元素材料,成本得到大幅度降低,也有厂家采用。锂是最轻、化学特性十分活泼的金属,锂离子电池单位重量储能为铅酸电池的3倍,锂聚合物电池为4倍,而且锂资源较丰富,价格也不很贵,是很有希望的电池。我国在镍氢电池和锂离子电池的产业化开发方面均取得了快速的发展。电动汽车其他有关的技术,有巨大的进步,如:交流感应电机及其控制,稀土永磁无刷电机及其控制,电池和整车能量管理系统,智能及快速充电技术,低阻力轮胎,轻量和低风阻车身,制动能量回收等等,这些技术的进步使电动汽车日见完善和走向实用化。我国大城市的大气污染已不能忽视,汽车排放是主要污染源之一,我国已有16个城市被列入全球大气污染最严重的20个城市之中。我国现今人均汽车是每1000人平均10辆汽车,我国汽车持有量将成10倍地增加,石油进口就成为大问题。因此在我国研究发展电动汽车不是一个临时的短期措施,而是意义重大的、长远的战略考虑。
 2.电动汽车行业发展
  美国在在全世界范围内销售了7931台电动车,这一数字领先于其他所有市场,销量环比上涨28%。其他市场的数字分别是日本4240台,法国2056,德国1284。而在中国,仅有235台电动汽车售出,比上一季度的343台下降了31%。
  日本将会是这个产业的领头羊,到2017年,日本将生产77.9万辆电动车,占其汽车生产总量的9.7%。德国和美国也有可能将电动汽车的产量推升至21.83万辆和36.23万辆,分别占汽车市场总产量的3.55%和3%。在此期间,中国的产量可能会达到273150辆,仅为汽车总产量的1%。
  随着电动汽车行业竞争的不断加剧,大型电动汽车企业间并购整合与资本运作日趋频繁,国内优秀的电动汽车企业愈来愈重视对行业市场的研究,特别是对企业发展环境和客户需求趋势变化的深入研究。正因为如此,一大批国内优秀的电动汽车品牌迅速崛起,逐渐成为电动汽车行业中的翘楚!
 3.中国汽车驶入“无油”时代
  新能源汽车的发展方向有多种,但其中之一的氢燃料电池技术不成熟,成本昂贵,是20年之后的技术。2007年1月,汽车和动力电池专家Menahem Anderman博士在美国参议院能源与资源委员会作证时下此结论。中国也没有氢燃料电池反应所必需的铂。虽然没有公开申明,但据传国家内部决策层曾明确表示中国不适宜发展氢燃料电池汽车,只作为科研跟踪。
  从技术发展成熟程度和中国国情来看,纯电动汽车应是大力推广的发展方向,而混合动力作为大面积充电网络还没建立起来之前的过渡技术。
  但混合动力车动力系统复杂,成本昂贵。比亚迪F3DM有两套动力系统,其公布的动力系统成本增加了5万元,相当于每年要节省8千元的油费才能比传统汽油车经济。
  混合动力的优势是保留了传统汽油汽车的使用生活方式,根据汽油机和电动机混合程度,充电次数和传统汽油汽车加油次数相当,或者不用充电。行驶距离也不受限制。
  纯电动车省去了油箱、发动机、变速器、冷却系统和排气系统,相比传统汽车的内燃汽油发动机动力系统,电动机和控制器的成本更低,且纯电动车能量转换效率更高。因电动车的能量来源——电,来自大型发电机组,其效率是小型汽油发动机甚至混合动力发动机所无法比拟的。纯电动汽车因此使用成本在下降。按比亚迪F3e纯电动车公布的数据,百公里行驶耗电12度,依照0.5元的电价算,百公里使用成本才6元。而其原形车F3汽油车百公里耗油7.6升,按6.2元的油价,成本是46.5元。相比之下,电动车的使用成本才是传统汽油汽车的八分之一。
  纯电动车的缺点是它改变了传统汽车的使用生活方式,需要每天充电。传统的汽车使用习惯是大致一到两周加一次油。而且每次出行也有几百公里的距离限制,虽然一个家庭远距离出行可能一年就这么几次。
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十三。发展历程
  电池是电动汽车发展的首要关键,汽车动力电池难在 “低成本要求”、“高容量要求”及“高安全要求”等三个要求上。锂聚合物电池。氢镍电池单位重量储存能量比铅酸电池多一倍,中国在镍氢电池和锂离子电池的产业化开发方面均取得了快速的发展。中国已有10个城市被列入全球大气污染最严重的20个城市之中。中国现今人均汽车是每1000人平均10辆汽车,但石油资源不足,每年已进口几千万吨石油,随着经济的发展,中国人均汽车持有量达到现在全球水平---每1000人有110辆汽车,中国汽车持有量将成10倍地增加,石油进口就成为大问题。因此在中国研究发展电动汽车不是一个临时的短期措施,而是意义重大的、长远的战略考虑。不死的经历了长期发展,纯电动汽车技术逐步成熟,并在美、日、欧等国家得到商业化的推广应用。世界上有近4万辆纯电动汽车在运行,其中法国8000辆,美国7000辆,在日本7400辆。主要用在公共运输系统。
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十四。发展状况
 1.中国
  中国电动汽车虽然没有欧美等国家起步早, 但国家从维护能源安全, 改善大气环境, 提高汽车工业竞争力, 实现我国汽车工业的跨越式发展的战略高度考虑,电动汽车研究一直是国家计划项目, 并在2001 年设立了“电动汽车重大科技专项”。通过组织企业、高等院校和科研机构, 集中各方面力量进行联合攻关, 现正处于研发势头强劲阶段, 部分技术已经赶上甚至超过世界先进水平。“电动汽车重大科技专项”实施以来, 已成功开发出燃料电池汽车样车, 累计运行数千公里; 混合动力客车已在武汉等地公交线路上试验运行超过百万公里; 纯电动汽车已通过国家有关认证试验。
  中国电动汽车重大科技项目的研发开始于2001年,经过两个五年计划的科技攻关以及奥运、世博、“十城千辆”示范平台的应用拉动,中国电动汽车从无到有,技术处于持续进步状态,建立起了具有自主知识产权的电动汽车全产业链技术体系。
  到2010底,全国共有25个城市加入“十城千辆”节能与新能源汽车示范推广工程,50多家企业的184个车型进入《节能与新能源汽车示范推广应用工程推荐车型目录》,各地示范运行各类电动汽车超过1万辆,示范运行里程超过2亿公里,累计载客90亿人次以上。电动汽车关键技术总体水平和应用规模位于国际前列,部分领域实现突破性进展。同时,中国的电动汽车在产品研发及示范推广方面已经取得了举世瞩目的成绩。截至2012年6月底,共有83家企业的454款节能与新能源汽车产品进入《节能与新能源汽车示范推广推荐车型目录》。截至2012年3月底,25个示范城市累计推广节能与新能源汽车超过1.9万辆。其中,公共服务领域1.68万辆,建成充(换)电站170座,充电桩6400余个,载客超过90亿人次。
经过十年一剑的历程,中国的电动汽车已经开始从研究开发的阶段进入了产业化的阶段,冉冉升起的中国电动汽车产业正在呈现出蓬勃的生机。
  当前,在各种新能源汽车的技术路线中,以混合动力、纯电动汽车和燃料电池汽车为代表的电动汽车被普遍认为是未来汽车能源动力系统转型发展的主要方向,已经成为世界汽车强国和主要汽车制造商发展重点。中国已经是世界汽车产业大国,但“大而不强”,中国未来的汽车工业必须探求新的思路。电动汽车产业有望为中国汽车工业开拓新的增长点。
  未来10年是中国新能源汽车发展的战略机遇期,中国高度重视电动汽车的发展,在2011年3月出台的“十二五”规划纲要中,中国把新能源汽车列为战略性新兴产业之一,提出要重点发展插电式混合动力汽车、纯电动汽车和燃料电池汽车技术,开展插电式混合动力汽车、纯电动汽车研发及大规模商业化示范工程,推进产业化应用。未来中国电动汽车将迎来新一轮的高速发展。
  2010 年年初国际气候组织曾对40 名电动汽车相关行业专家进行访谈,结果表明充电基础设施建设的重要程度在电动汽车发展众多影响因素中排名第2,超过了购买价格因素,仅次于排名第1的电池技术提高因素。充电设施的基础性、关键性作用各方已达成共识。
  从国外发展情况来看,尽管国外主要发达国家的充电设施建设还处于起步阶段,但是政府支持力度非常大。从国内发展情况来看,中国充电设施建设主要参与者包括国家电网公司、南方电网公司、普天海油、中石化、比亚迪等企业。近几年来,中国已经投产了一定数量的充电站与充电桩,充电方式有快充、慢充、换电池等多种,先期的工作为后续建设提供了宝贵经验。当下,国家电网公司、南方电网公司、普天海油、中石化等企业已经与多数地方政府签订了战略合作协议,制定了较为明确的建设目标和计划,充电站建设开始呈现加速发展的势头。
  尽管充电基础设施建设在国内外普遍得到高度重视,但是当下世界各国都面临着相关技术标准与运营模式不明确等一系列问题,中国亟待在试点基础上加大研究和创新力度,探索一条适合中国国情的充电基础设施发展道路。
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 2.国外
  国外著名汽车公司都十分重视研究开发电动汽车, 世界发达国家不惜投入巨资进行研究开发, 并制定了一些相关的政策、法规来推动电动汽车的发展。
  美国正在大力研制和推广使用燃料电池电动汽车和纯电动汽车, 政府能源部与通用、福特和戴- 克三大汽车制造商联合开发燃料电池电动汽车。美国已有7 个州加入了零排放计划, 到规定年限后这些地区销售的汽车必须为零排放, 即只能为纯电动汽车和燃料电池电动汽车。
  英国已有数万辆电动汽车在使用;
  法国是世界上推广应用纯电动汽车最成功的国家之一, 成立了电动汽车推广应用国家部际协调委员会,巴黎和拉罗舍尔已经建立了比较完善的纯电动汽车充电站网基础设施, 制定了优惠的支持和激励使用电动汽车的政策, 且已经初步形成了纯电动汽车运行体系。
  国际性大型运动会上, 电动汽车也成为各国展示其科技实力和环保意识的工具之一。亚特兰大奥运会使用了纯电动客车作为公务和电视转播车,悉尼奥运会购买了英国近400 辆电动客车作为运动员接送车辆。混合动力电动汽车领域,
  欧洲各大汽车厂商争先恐后地推出了本公司研制的混合动力电动汽车, 甚至德国的博世等著名的零部件公司也积极与大汽车公司联手开发混合动力电动汽车技术。美国已有近20 个城市试验使用混合动力电动公交车,瑞典、法国、德国、意大利、比利时等国计划在9 个欧洲城市开通混合动力电动公共汽车线路。燃料电池电动汽车斩露头角, 国外企业界纷纷组成强大的跨国联盟, 以期达到优势互补的目的。
  世界各国著名的汽车厂商都在加紧研制各类电动汽车,并且取得了一定程度的进展和突破。
  第一,日本一直以来,出于对能源危机和环境保护的关注及占领未来世界汽车市场的考虑,日本十分重视电动汽车的研制与开发。从当下世界范围内的整个形势来看,日本是电动汽车技术发展速度最快的少数几个国家之一,特别是在混合动力汽车的产品发展方面,日本居世界领先地位。企业,只有日本的丰田和本田两家汽车公司。1997年12月,丰田汽车公司首先在日本市场上推出了世界上第一款批量生产的混合动力轿车PRIUS。该轿车于2000年7月开始出口北美,同年9月开始出口欧洲,已经在全世界20多个国家上市销售。当下推出的产品已经是多次改进后的第二代产品,其生产工艺更为成熟。根据丰田汽车公司的测试,PRIUS轿车在城市工况下比同等排量的花冠轿车节油44.4%;在市郊节油29.7%,综合节油40.5%。有关统计数据显示,丰田汽车公司已占有全球混合动力汽车市场90%的份额。2004年9月15日,一汽集团与日本丰田汽车公司在北京举行了混合动力汽车合作项目签字仪式,宣布双方在2005年内。共同生产丰田PRIUS混合动力轿车。PRIUS混合动力轿车将在同年进入中国市场。
  继PRIUS混合动力轿车之后,丰田汽车公司还推出了ESTIMA混合动力汽车和搭载软混合动力系统的CROWN轿车。丰田汽车公司在普及混合动力系统的低燃耗、低排放和改进行驶性能方面已经走在了世界的前列。此外。本田汽车公司开发的Insight混合动力电动汽车也已投放市场.供不应求。2002年4月,本田汽车公司在美国市场上投放了Civic混合动力汽车。日产汽车公司宣布,将于2006年向美国市场销售Ahima牌混合动力汽车,这是其于2002年与丰田汽车公司签署联合生产混合动力汽车协议的第一个产品。
  第二,美国。美国的汽车公司在电动汽车产业化方面比来自日本的同行逊色不少,三大汽车公司仅仅小批量生产、销售过纯电动汽车,而混合动力和燃料电池电动汽车还未能实现产业化,来自日本的混和动力电动汽车在美国市场上占据了主导地位。
  第三,挪威。2012年挪威电动汽车销量达到了1万辆,占当年新车销量的比例达到5.2%,这对人口仅500万人口的挪威来讲颇引人瞩目。挪威市场的电动汽车多为日产Leaf车型,2012年日产Leaf型车在挪威汽车销售市场上排名第13位,其他品牌的电动汽车有Revas和KewetBuddies等。
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十五。发展前景
  气候变化、能源和环境问题是人类社会共同面对的长期问题。随着美国表示回归COP15(《联合国气候变化框架公约》缔约方第15次会议)和以中国、印度为代表的新兴国家被纳入到其中,以及主要国家积极实施能源和环境保护战略,全球进入了真正解决人类社会共同问题的时代。交通运输领域的温室气体排放、能源消耗和尾气排放三大问题是否有效解决直接影响人类共同问题能够有效解决,为此,全球主要国家政府、组织、汽车生产商、能源供应商、风险投资企业共同行动起来,推动全球汽车工业产业结构升级和动力系统电动化战略转型,促进具有多层次结构的电动汽车社会基础产业形成和相应的政策、组织保障体系建设,助推可持续发展电动汽车社会的形成。
  作为世界能源消耗大国和环境保护重要力量,中国积极实施电动汽车科技战略,促进汽车工业产业结构升级和动力系统电动化转型,培育和发展电动汽车社会,并取得了一定效果,但仍然面临着政策环境亟需完善、工业基础薄弱、国际竞争力弱、开放协同创新环境差、知识产权保护和标准化意识低、个别关键技术有待加强、车辆成本高、商业模式探索不充分等问题。本报告在简要分析国外电动汽车社会发展现状和阶段特点基础上,着重总结中国电动汽车社会的发展历程,构成中国电动汽车社会的基础产业结构特点,电动汽车社会建设所需的政策、标准、组织保障体系发展现状,并结合新能源汽车战略性新兴产业培育和发展,提出完善中国电动汽车社会发展的建议。
  降低交通领域温室气体排放是解决全球气候变化重要手段,是建设可持续发展电动汽车社会前提条件。世界主要国家政府、组织都制定了严格的汽车尾气排放标准,旨在减少交通领域对全球气候和环境造成的影响。
  此外,美国洛杉矶光化学烟雾、世界石油危机、中东局势动乱、北京阴霾天气等一些事件对注重环境保护、保证国家石油安全提出了迫切要求,推动了世界范围内汽车技术进步,加速电动汽车社会建设。
  早在2000年时,在环境保护和国家石油安全战略的推动下,建设电动汽车社会被提到日程,中国进入了电动汽车社会“科技引导”初期发展阶段。该阶段(“十五”时期和“十一五”前期)以电动汽车关键技术研发为主要特征,着重开展电动汽车关键技术原始创新和系统集成创新、测试环境建设、专业技术人才培养、技术标准体系搭建、开放协同创新环境建设、科技成果转化活动等一系列活动[3]  。
  “十五”期间,以攻克电动汽车科技问题为切入点,在充分考虑到中国工业基础薄弱、科研实力不强、企业R&D投入有限等现状,发挥中国集中力量办大事的社会主义制度优越性,科技部创造性提出了“三纵三横”电动汽车研发战略规划布局,全面部署电动汽车关键技术攻关,从而完成了中国电动汽车关键技术的原始创新和系统集成创新。“十一五”期间,在认真总结前期研究成果基础上,聚焦电动汽车动力系统技术平台和关键零部件研发,加强规模产业化技术攻关。

【顶层设计】
  产业及鼓励政策:
  1.工信部牵头,科技部、发改委等多部委参与,制定《节能与新能源汽车产业规划》;
  2.国家和地方政府研究制定新能源汽车示范推广鼓励政策,鼓励免除车牌拍卖、摇号、先行等限制措施,鼓励出台停车费、电价、道路通行费等扶持政策,将新能源汽车纳入政府采购目录;
  3.国务院《“十二五”节能减排综合性工作方案》明确指出:
   1)要推进交通运输节能减排,积极推广节能与新能源汽车;
   2)到2015年,非化石能源占一次能源消费总量比重达到11.4%。
   3)到2015年,战略性新兴产业增加值占国内生产总值比重达到8%左右;
  产业化推进:
  1.《国务院关于加快培育和发展战略性新兴产业的决定》明确指出将新能源汽车作为7大战略性新兴产业进行培育和发展;
  2.发改委和商务部联合发布《外商投资产业指导目录(2011年修订)》,鼓励外资投资新能源汽车用能量型动力电池单体,考虑到防止技术沦陷,要求外资投资股本不超过50%;  3.发改名审批新建汽车生产工厂时,对企业提出必需有新能源汽车产品的要求;
  4.结合当地资源分布、产业特色等,全国范围内设立了多个与新能源汽车相关的产业化基地;
  技术路线、产品R&D、试验及研发中心:
  1.《国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006~2020)》将低能耗与新能源汽车列入优先发展主题;
  2.充分考虑中国工业基础薄弱,研发能力不强,采用过渡与转型互动,科技部战略性提出“三纵三横”研发战略布局;
  3.科技部制定《电动汽车科技发展“十二五”专项规划》,设立电动汽车重大项目,开展技术攻关;
  4.中国境内注册的、具有独立法人资格的企业、科研院所、高等院校均可承担国家高科技发展计划项目;
  5.地方政府积极筹措资金,设立新能源汽车研发、产业化及示范推广专项资金;
  6.科技部、发改委先后设立多个节能与新能源汽车国家级工程技术中心、工程实验室;
  示范推广与市场培育:
  1.适时地启动研发与示范相结合的“两条腿”走路新能源汽车发展模式;
  2.制定《节能与新能源汽车示范推广财政补贴资金管理暂行办法》;
  3.制定《私人购买新能源汽车试点财政补助资金管理暂行办法》;
  4.科技部、财政部、发改委、工信部《关于进一步做好节能与新能源汽车示范推广试点工作的通知》强调建立公平竞争的市场秩序,促进生产企业发挥技术、质量、价格、服务优势,有序参与市场竞争;
  5.国家部委及地方政府高度重视电动汽车示范推广工作安全性;
  6.国家、地方政府、整车企业、基础设施运营商建立分层式新能源汽车示范推广监控及数据采集平台。

 【组织保障】
  1.科技部、财政部、工信部、发改委基于各自职能分工建立联动协调机制,指导“十城千辆”节能与新能源汽车示范推广试点工作;
  2.发改委和商务部基于联动协调机制,提出外商投资新能源汽车零部件企业的股本要求;
  3.能源局、科技部、工信部等委局建立联动协调机制,开展电动汽车标准建设工作;4.各地方科技厅(委、局)结合地方城市转型发展、产业培育、地理特点和重大活动需求,设立工作领导小组,积极承担国家科技项目,推动节能与新能源汽车在当地示范推广;
 【商业&服务】
  1.探索充电、换电、充换兼容等不同基础设施配套形式,规避电池成本高、电池性能不足等因素,推动电动汽车普及和发展;
  2.探索“融资租赁”、“社会捐赠”、“合同能源管理”等新型商业模式,减轻地方财政压力,加速电动汽车普及和发展;
  3.探索全价值链内各利益方在电动汽车全生命周期内实现经济效益提高的商业模式,实现电动汽车示范推广工作可持续进行;
 【应用产品】
  1.统筹国内资源,集中优势力量,开展节能与新能源汽车技术创新,提高企业创新能力,提高新能源汽车国际竞争力,累计开发300余款节能与新能源汽车产品;
  2.开发电动汽车充/换电基础设备,为电动汽车规模示范和普及提供支撑;
  3.探索全钒液流储存和太阳能电池发电的联合供给及储存系统、风光电联合发电储能系统,燃料电池通讯及家用备用电源等产品,支撑电力分配最优控制;
 【优化控制】
  1.联合考虑基础能源生产企业、应用产品实际使用工况的智能电力分配最优控制系统;
 【能源基础设施】
  1.国家电网、南方电网、普天等公司结合企业战略规划和“十城千辆”工程,在长三角、珠三角等区域建设适合城市节能与新能源汽车示范推广需要的基础设施;
 【智能和信息化公路交通运输系统】
  1.充分发挥航空、铁路轨道、水路和公路交通运输各自优势,建立点-线-面结合的国家综合交通运输体系;
  2.充分利用信息技术、智能控制技术,实现公路交通系统智能化和信息化,提高系统效率;
  3.考虑电动汽车智能化和信息化特点,利用车联网技术,将电动汽车纳入到整个交通运输体系;
  4.利用智能交通、智能车辆技术和GPSGPRS技术,提供车辆额外附加的智能化服务,提高车辆使用额外附加值。
  问题及建议
  “十二五”时期是中国电动汽车社会快速发展战略机遇期,电动汽车社会的基础产业结构发展的好坏决定中国抢占未来全球经济新增长点的质量,决定中国汽车工业产业结构升级、动力系统转型是否顺利实现,是实现汽车工业由大变强的一个重要战略机遇。
  中国电动汽车社会发展态势总体良好,但面临着无发展经验和模式可借鉴、电动汽车制造价值链不完整、价值链体系内利益方利益争斗不止、技术基础和创新能力相对弱、企业知识产权和标准战略意识不够、开放协同创新机制不畅、政策导向与技术战略需优化、示范推广普及发力点不明确等问题,因此建议在“十二五”关键时期,加强以下方面研究和部署:
   (一)开展电动汽车社会内涵研究,积极探索、规划电动汽车社会发展路线图
  中国在电动汽车技术研发活动及示范推广工作上走在了世界的前列,尤其是电动汽车的示范推广,没有国外成功经验可以借鉴,为避免走错路,贻误时机,中国应加强国内外政治、经济、社会和技术环境变化趋势研究,情景分析不同变化趋势对中国电动汽车的优势/弱势、机会/威胁的影响(SWOT分析法),指导电动汽车社会发展过程中的决策。
   (二)消化吸收国外有关电动汽车制造商价值链,结合中国电动汽车社会发展过程,形成分工合理、利益均衡、科技与金融有效结合的水平分工式电动汽车制造商价值链
  相比传统整车企业主导、零部件附属的垂直整合型传统汽车价值链,电动汽车制造商价值链具有水平分工特点。为完善水平分工的电动汽车制造商价值链,中国应建立相应引导政策,指导整车制造商应与关键零部件、系统总成单位在产品研发和生产环节的分工,实现将部分高额附加价值转移给零部件,如APU单元的集成设计与控制、电池包集成设计与管理等,最终达成全产业链内各企业利益合理分配,从而提高所有企业的积极性。
  此外,中国应积极引导、吸引大型国有企业资本、风险资本、民间资本进入到电动汽车产业价值链中,实现电动汽车科技与金融资本的深度结合。
   (三)坚持有所为,有所不为,致力于突破面向普通消费者全天候环境使用的电动汽车产品的短板技术
  电动汽车社会成熟度的重要衡量指标是电动汽车保有量占全社会汽车保有量的比例,中国电动汽车保有量占全国汽车保有量比例不到1/5000,仍然处在电动汽车社会快速发展初期。究其原因,主要由于常规混合动力汽车的发动机控制技术、电动车用发动机快速起停技术、电池成本控制技术、电池材料制备技术、电池高压电安全器件制造技术、高功率大电流IGBT技术、电池的低温环境适应性技术、避免电池热失控技术、整车高压电安全防护技术、整车能量管理与主动安全控制等技术仍然无法满足整车性能要求,而电动汽车总体性能必须遵循“木桶原理”,因此,上述任何一个关键技术成为短板都将影响电动汽车普及,阻碍电动汽车社会形成。
   (四)调整新能源汽车补贴标准,将新能源汽车科技发展技术战略和补贴标准有效挂钩
  “纯电驱动”技术战略是顺应全球汽车动力系统电动化变革趋势,是中国“十二五”时期电动汽车科技发展的重要技术战略。为落实“纯电驱动”技术战略,科技部制定了“技术平台一体化”、“车型开发两头挤”、“市场推进三步走”具体实施战略。
   (五)深化技术创新联盟、产学研合作、联合开发等合作形式的内涵,建立电动汽车开放式协同创新机制
  当前,开放式创新、组织网络式发展、更大范围地利用协作技术成为全球企业商业模式创新的重要趋势。电动汽车社会的形成依赖高科技、材料、能源、通信等多产业联合推动,需要多学科技术交叉融合,因此,开放式协同创新机制是当前中国电动汽车技术研发分散和核心技术竞争力弱等实际情况下的必然选择。为此,在中国电动汽车社会发展过程中,应深化技术创新联盟、产学研合作等形式的内涵,调动全国优势资源,形成一个能真正代表国家水平的、开放的、相互尊重的电动汽车技术创新“国家联盟”。
  (六)加速国家标准制定,积极主导或参与国际标准制定,一方面,严防国际公司采用标准化战略,降低中国产品国际竞争力;另一方面通过主导或参与国际标准制定,采用事实标准等策略,突破国际市场壁垒,培育中国电动汽车国际市场竞争力
  在可持续发展电动汽车社会建设过程中,中国如何积极应对、引导标准化趋势,是形成中国电动汽车国际竞争优势的重要因素,因此中国应从以下三个方面开展标准化工作:
  1)平衡中国企业差异化需求和技术标准化总体趋势,推动国内标准化活动,并积极参与国际标准化活动。
  2)积极应对国际对中国具备竞争力的部分乃至全部核心技术实施标准化活动,制定确保中国产品竞争力的实质性优势战略;对对中国造成发展障碍的国外技术,在ISO、ITC等范围内实施标准化行动。
  3)战略上思考如何应对标准化趋势,对于技术链上非附加价值高的技术,采用类似德国宝马汽车等相关企业所用的战略,利用外销以促进技术的广泛应用,利用规模经济实现大幅降低成本
  复旦大学教授吴宇平课题组的一项重磅研究成果。这项关于水溶液锂电池体系的最新研究,可将锂电池性能提高80%。电动汽车只需充电10秒即可行驶400公里,这种电池成本低廉,安全不易爆炸。
电动汽车
十六。社会评价
 1.中国电力科学研究院工程师庄童
  电动汽车电池的研发工作经历了从铅酸电池、镍氢电池到锂电池的发展过程,每一种电池各有利弊。
  铅酸电池出现得最早,使用的时间也最长,属于蓄电池系列。铅酸电池的安全性能最好,很少出现爆炸、着火等现象,只是储能效果不太理想。后来,人们研制出了镍氢电池,存储电能和功率的效果都比铅酸电池理想,但是由于镍氢电池在充电过程中产生的氢气容易发生爆炸,所以企业对镍氢电池处在可用可不用的状态。
  到了2000年前后,人们研制成功了锂电池。锂电池存储的电能是铅酸电池的2~3倍,但是由于它含有的锂离子活跃在金属层表面,在空气中容易出现自燃、爆炸等情况,危险性更高。所以各国对锂电池的研发主要是控制它的安全性和稳定性。
  “一块锂电池大概能循环充电1000次左右,其中磷酸铁锂电池的储能效果比钴酸锂电池和锰酸锂电池的效果差一些,但是它的安全性能最好,储能比铅酸电池要高很多,所以现在磷酸铁锂电池最被看好。”庄童说。
 2.中国汽车工程学会电动汽车分会主任陈全世
  陈全世表示,国家对锂电池的研究工作高度重视,‘863’计划项目中,国家共投资6600万元,全部用于锂电池的研发工作。我们与日本、美国等走在锂电池研发前列的发达国家相比,中国在锂电池的制造精度、设备、标准等研发细节上存在一定差距。”
  国内锂电池研究存在三大问题。首先是制造的一致性问题。由于在锂电池的制造工艺和设备上存在差距,使得国内锂电池的生产工艺参差不齐,制造标准还达不到一致性。电动汽车所用的锂电池都是串联或并联在一起,如果一致性问题解决不好,那么所生产的锂电池也就无法大规模应用于电动汽车。
  其次是知识产权问题。国内在磷酸铁锂电池的研究上已经取得突破,但是由于美国在这方面有专利,所以虽然我们在一些环节上能够自主研发,但是在知识产权问题上,还不知如何应对。
  第三是原材料的筛选问题。用于锂电池生产的原材料不可能全部进口,主要还是取自国内,但是国内的原材料要通过国际认证,生产出的锂电池才能被国际认可,所以在原材料认证环节上还存在一些问题。
 3.中国国际经济合作学会经济合作部副主任杨金贵
  中国80%的二氧化碳排放来自燃煤,超过50%的煤炭消费用于火力发电,而同时,火力发电量占到总发电量的70%以上。加之中国煤炭发电平均效率只有35%,在这样的情况下,发展电动汽车,无异于增加电力消耗,同时也就意味着增加碳排放量。随着中国城镇化、工业化步伐的加快,电力资源将更为紧张。而在风能、核能发电尚在发展阶段的中国而言,大力发展电动汽车,势必将增加能源供需紧张形势,相反不利于低碳产业的发展布局。 对于政府来说,在不遗余力地支持电动汽车发展、支持相关企业开发新产品的同时,更需要解决源头问题。以电动汽车为例,用煤炭替换石油的作为并不可取,电动汽车成为低碳经济时代先锋的前提是解决电力资源问题,否则,前景并不乐观。
 4.电动汽车前途渺茫
  丰田汽车副会长内山田武(TakeshiUchiyamada),内山田武被誉为“普锐斯之父”。
  他表示:“因为存在行驶距离、成本和充电时间等问题,电动汽车不是大多数传统汽车切实可行的替代品。我们需要一些全新的东西,”
  日本最大的两家汽车厂商最近的举动暗示,开发了超过100年的电动汽车虽有过数次短暂的复苏,但仍未迎来巅峰期,或许永远都做不到。同时,亚洲、欧洲和北美的汽车行业高管们开始关注新的替代能源:氢,氢汽车尽管不常见,却大有前途。现实情况是消费者仍对电动汽车不感兴趣。尽管打出“绿色”出行概念,以及数十亿美元的投资,电动汽车仍面临很多问题,包括成本高昂、行驶距离短和缺乏充电站等。公众对电动汽车缺乏兴趣导致奥巴马政府上周放弃2015年美国电动汽车保有量达到100万辆的宏伟计划。消费者对电动汽车不温不火的态度引发日产汽车首席执行官CarlosGhosn1宣布重大战略调整,针对更加主流的混合动力汽车。Ghosn可能是汽车行业最公开支持电动汽车的人。
  外界广泛认为,Ghosn此举是心照不宣地承认在电动汽车上的数十亿美元押注未能达到销售数十万辆日产聆风的目标。日产汽车计划追随竞争对手丰田汽车。丰田汽车是全球最大的混合动力汽车生产商,料跳过纯电动汽车,直接进军下一个可能的绿色科技突破--氢汽车。氢汽车是一种燃料电池汽车,无污染,不消耗石油,将氢转化为电力。丰田汽车副会长内山田武(TakeshiUchiyamada)表示,相信燃料电池汽车比电动汽车更有前途。
电动汽车
十七。改革措施
  2014年7月31日,国家发改委网站挂出《关于电动汽车用电价格政策有关问题的通知》,明确对电动汽车充换电设施实行扶持性价格。电动汽车用电价格政策,明确经营性集中式充换电设施的用电将执行大工业电价,并且在2020年前免收基本电费;居民家庭住宅、住宅小区等充电设施用电,则执行居民电价。此外,电动汽车充换电设施用电执行峰谷分时电价政策,鼓励用户降低充电成本。