电动车的发展与展望.ppt

电驱动汽车的发展与展望 王秉刚 一 定义与术语二 发展电动汽车的重大意义三 国际电动汽车发展情况四 我国电动汽车产业发展现状五 我国发展电动汽车的战略目标措施 内容 关于节能与新能源汽车术语 来源于科技部863计划 节能与新能源汽车 重大项目 包括混合动力汽车 纯电动汽车 燃料电池汽车 混合动力汽车属于节能汽车 应该区分原始能源与燃料的概念 如果将汽车用非石油传统燃料 称为 新能源 包括的范围不只是电和氢 况且电和氢都不是原始能源 混合动力汽车 纯电动汽车 燃料电池汽车都使用电机驱动 或机电混合驱动 有别于传统汽车 统称 电驱动汽车 更贴切 电驱动车辆的分类示意 100 内燃机驱动 100 电驱动 微混合动力 纯电动与混合动力双模式 纯内燃机汽车 纯电动汽车 轻度混合动力 重度混合动力 中度混合动力 增程式电动汽车 从纯内燃机汽车到纯电动汽车 氢燃料电池汽车 串联式与并联式混合动力汽车 串联式 并联式 燃油箱 串联 与车轮直接机械连接的仅是电机 内燃机 蓄电池 电机 车轮 发电机 燃油箱 内燃机 蓄电池 电机 车轮 传动系 传动系 并联式 与车轮直接机械连接的有内燃机和电机 混合动力是一种节约燃料的先进驱动技术 混合动力车辆是指驱动车辆运动的能量来自至少两种不同的能量转换装置和储能装置 典型的两种能量转换装置是内燃机和电机 两种储能装置是燃油箱和动力蓄电池组 混合动力汽车节能的主要原理 停车停机 在交通拥堵的城市 停车怠速时间超过总行驶时间的30 以上 制动能量回收 在频繁加减速的城市行驶工况下 制动消耗的能量会占到车辆行驶能量消耗的50 减小发动机排量 传统汽车为满足加速性和最大车速要求 内燃机的峰值功率约为车辆巡航所需功率的3 5倍 优化发动机 传统汽车内燃机必须满足很大的速度和负载范围的油耗与排放要求 如乘用车15工况标准 混合动力汽车的主要类型 1 微混合 也称 启停 Start Stop 式 在交通拥堵的城市 可实现节油率5 10 优点是汽车结构改变很小 成本增加很少 易于实现 有可能成为乘用车的标准设置 主要缺点是 当停车需要空调时 不起作用 推广 启停式 结构 需要提高公众的节能意识 学术界有人认为 启停式 算不上 混合动力系统 奇瑞公司的 启停式 轿车已投放市场 混合动力汽车的主要类型 2 轻混合 平时主要使用内燃机动力 电池电机在汽车加速爬坡时提供辅助动力 同时具有制动能量回收和 启停 功能 发动机排量可减少10 20 电机的功率约为内燃机的10 节油率可达到10 15 技术难度相对小 成本增加不很多 长安公司的ISG电机混合动力汽车将投放市场 混合动力汽车的主要类型 3 重混合 电机和内燃机可以独立或联合驱动车辆 低速起步 倒车和低速行驶时可以纯电动驱动 同时具有制动能量回收和 启停 功能 电机的功率约为内燃机的50 节油率可达到30 50 技术难度较大 成本增加多 典型的例子是丰田的Pruis 在中国销售情况不佳 分析由于价格原因 一汽和东风正在开发的混合动力轿车介于轻混合与重混合之间 混合动力汽车的主要类型 4 可充电混合动力 Plug in 可以利用电网的电力进行充电 实现较长距离的纯电动行驶 同时具有制动能量回收功能 电机的功率接近内燃机 电池容量考虑纯电动行驶里程来选定 节油率 不计电能 最大可达到100 成本增加 与增加的动力电池容量相关 普遍认为是未来混合动力汽车的主要方向 比亚迪公司开发的 双模式 混合动力轿车已经少量下线 混合动力汽车是节油的有效途径 混合动力公交车节油途径举例 怠速时停机 可节油5 以上回收制动时能量 可节油约10 减少发动机排量 可节油10 以上重新优化发动机的设计 可节油5 以上以上共计30 以上 燃料电池示意图 一 定义与术语二 发展电动汽车的重大意义三 国际电动汽车发展情况四 我国电动汽车产业发展现状五 我国发展电动汽车的战略目标措施 内容 千人汽车保有量 依赖石油 中国人将不可能实现普及汽车的梦想 十几二十年之后 我国汽车的普及率完全可能接近发达国家的水平 如果按欧洲的一半 即每千人300辆计算 总保有量就是4 5亿辆 按每辆汽车年消耗燃油1吨计 目前欧洲的水平1 5吨 日本1吨 中国2 2吨 4 5亿辆车需要4 5吨燃油 有关专家预测 2020年国内的石油年产量可达到1 8亿吨 如进口2 7亿吨 共计4 5亿吨 如其中2 3给汽车用 炼成燃油约2亿吨 汽车燃油存在2亿吨以上巨大缺口 Reference http www oilposter org Discovery Production 60 50 40 30 20 10 0 1930 1950 1970 1990 2010 2030 Projection PeakProduction BillionBarrel Year Year 世界石油发现与生产形势 发展电动汽车是降低石油依赖 保障国家能源安全的战略措施 我国汽车保有量将快速增长车用汽柴油需求不断增大 石油供应安全面临严峻挑战 我国未来车用燃油消耗量预测 单位 万吨 我国未来石油进口依存度预测 单位 亿吨 我国未来汽车保有量预测 单位 万辆 机动车与大气污染 我国城市环境污染治理仍然严峻 环保总局副局长张力军介绍 年全国监测的 个城市中 空气质量达到三级标准的城市占 劣于三级标准的城市占 全国共有39个城市的空气质量低于三级 有数据表明 机动车排放越来越成为城市的主要大气污染源 2007年国际能源机构的一项调查结果表明 美国 中国 俄罗斯和日本的二氧化碳排放量几乎占全球总量的一半 调查表明 美国二氧化碳排放量居世界首位 年人均二氧化碳排放量约20吨 总量占全球的23 7 中国年人均二氧化碳排放量为2 51吨 总量约占全球的13 6 中国面临越来越大的CO2减排压力 汽 世界石油平均价格 FOB 欧美日汽车二氧化碳排放限值 2009年9月胡锦涛主席在联合国气候变化峰会上承诺 中国5年减排15亿吨CO2 发达国家汽车行业CO2排放量约占总排放量25 左右 我国在售轿车百公里油耗平均8 06升 相当汽车每公里二氧化碳排放量为161 2g 汽车工业发展也面临二氧化碳排放的巨大压力 能源效率与排放的全寿命周期评价 原料开采 燃料生产 燃料输送 燃料加注 车辆使用 车辆处置 从矿井到油箱WellToTank 从油箱到车轮TankToWheel 从矿井到车轮WellToWheel 各种车用燃料与相应技术的全寿命周期总能量消耗对比 KJ km 石油基 天然气基 煤基 生物质基 太阳能 来源 中国汽车研究中心研究报告 各种车用燃料与相应技术的全寿命周期温室气体排放对比 g km 石油基 天然气基 煤基 生物质基 太阳能 来源 中国汽车研究中心研究报告 16种主要驱动技术的总效率和CO2排放 总效率19 以上的 柴油混合动力 纯电动 燃料电池混合动力 汽油混合动力和压缩天然气 总效率低于11 M100 DME E85 CTL总排放低于200g km的 燃料电池混合动力 纯电动 压缩天然气 柴油混合动力 汽油混合动力 总排放高于400g km的 3种煤制燃料 几点启示 从整个寿命周期评价汽车能源及驱动技术更加全面和科学 一般来说 能量转换效率高的 CO2排放也低 混合动力技术是提高能源利用效率的有效措施 压燃式较点燃式总效率高约20 利用煤生产燃料有四种方式 其中 煤转化成电 驱动纯电动汽车是最佳途径 燃料电池汽车的总效率与氢的生产过程效率关系很大 小结 节能减排是汽车工业的紧迫任务 汽车能源与驱动技术多样化是节能减排的途径 电驱动汽车是实现节能减排的理想方案 电驱动汽车是汽车工业发展与创新的新机遇 一 定义与术语二 发展电动汽车的重大意义三 国际电动汽车发展情况四 我国电动汽车产业发展现状五 我国发展电动汽车的战略目标措施 目录 世界最早的电动车 1893 1899 国际电动汽车发展历程 四个阶段 电动汽车历次失败的主要原因 动力电池技术进步缓慢 电动汽车性价比不能满足市场的要求 1901年 1975年 电池能量密度只提高了0 8倍 仅为33瓦时 千克 1975年 1990年 电池能量密度提高了1 8倍 电池材料没有根本性改变 铅酸电池为主 1990年 2005年 镍氢电池在技术上为混合动力汽车产业化创造了条件 但仍不能满足纯电动汽车的要求 电动汽车再次兴起的背景 电池技术取得突破性进展 1990年到2005年之间 镍氢电池能量密度跨越性地提升到原来的5 2倍 电动汽车再次兴起的背景 电池技术取得突破性进展 功率密度 W kg 能量密度 Wh kg 10 000 1 000 100 10 0 250 200 100 50 150 铅酸电池 镍氢电池 锂离子电池 未来的电池 超级电容 各方面对动力电池技术持续突破的预期大大增强 日本车用动力蓄电池技术发展目标 美国插入式混合动力汽车电池技术发展目标 目前电动汽车再次兴起的背景 世界电驱动汽车整车发展现状 混合动力汽车技术不断优化提升 节油率最高达到40 以上混合动力汽车全球销量近200万辆 已经实现商业化插电式混合动力汽车成为研发与产业化的热点 HEV 纯电动汽车采用高性能锂离子电池和一体化电力驱动系统等各种高新技术 性价比得到提高 且呈现 小型化 趋势众多汽车公司加快新一代纯电动汽车上市步伐 纯电动汽车推广规模已达2万辆 BEV 燃料电池汽车在可靠性和成本控制等方面取得了长足的进步示范考核更加深入 全球投入商业化示范运行的燃料电池汽车数量累计超过800辆 FCEV 关键零部件发展现状 镍氢电池已被目前上市的混合动力汽车普遍采用 镍氢动力电池 锂离子动力电池具有能量密度高 循环寿命长 无记忆效应等优点 随着磷酸铁锂电池的出现 安全性能基本解决 将为新一代电动汽车普遍采用 锂离子动力电池 国际重要的汽车系统供应商都在加大对电动汽车特别是混合动力汽车电机驱动系统的投入力度 永磁化 数字化 集成化成为车用电机发展的趋势 电机 燃料电池 燃料电池性能提升 成本下降 但仍不能满足商品化要求 典型国家发展战略及政策动向 战略基点 美国要减少对石油的依赖 VehicleElectrification Ifwewanttoreduceourdependenceonoil putAmericansbacktoworkandreassertourmanufacturingsectorasoneofthegreatestintheworld wemustproducetheadvanced efficientvehiclesofthefuture PresidentObama 典型国家发展战略及政策动向 最新计划及政策 日本主要企业的锂离子动力电池性能水平 德国VARTA JCS公司开发的锂离子动力电池性能水平 美国Valence公司锂离子动力电池性能水平 国际主要企业的车用动力锂电池性能水平 整车和电池企业建立战略合作联盟 整车和电机企业建立战略合作联盟 丰田 通用 大众 标致雪铁龙等世界各大汽车集团都制定了能源动力发展战略 从根本上看 世界主要汽车集团对未来汽车能源动力发展的战略考虑非常相近 即动力系统电气化 但各个公司依据各自技术和产业特点制定各自特色的技术战略 主要汽车集团发展战略 对国际电动汽车发展形势的判断 发展电动汽车已经成为世界主要国家和汽车制造商的共同选择 成为未来汽车产业发展的方向和潮流 混合动力汽车率先实现商业化 以日本为代表的混合动力汽车已经具备了与传统汽车相竞争的实力 其技术 产品 市场全方位的激烈竞争即将展开 插入式混合动力汽车受到美国等主要汽车市场国家的重视 由于锂离子电池能量密度的提高 纯电动汽车的应用前景被看好 但产品性价比的提高和配套体系的完善仍然面临挑战 在未来3 5年内 纯电动汽车仍将处于起步阶段 燃料电池汽车仍处于研究示范阶段 商业化的预期有所降低 但仍被认为是面向未来的战略路线选择之一 一 定义与术语二 发展电动汽车的重大意义三 国际电动汽车发展情况四 我国电动汽车产业发展现状五 我国发展电动汽车的战略目标措施 研究报告框架 我国电驱动汽车研发取得重要进展我国电驱动汽车研发取得重要进展 国家科技项目引领 经过几个五年计划 开发出一批各类电驱动汽车 电池等零部件产业正在形成 制定了一批标准 形成了初步的测试体系 一批产品完成登录国家公告工作 在北京2008年奥运会上运行展示 在即将召开的上海世博会上运行展示 正在为20个示范城市准备产品 电动汽车整车 混合动力汽车技术不断提高 弱混 中混实现小批量生产 电动汽车整车 新一代锂离子电池纯电动汽车相继推出 形成系列产品并小规模投放市场 电动汽车整车 燃料电池汽车技术研发逐步深入 开展了小范围示范考核 电动汽车关键零部件 电机 自主开发的永磁无刷电机 交流异步电机和开关磁阻电机实现了整车小批量配套能力轿车用永磁电机比功率超过1300w kg 电机系统最高效率达93 以上 功率覆盖200kW以下民用电动车辆范围90kW车用永磁驱动电机技术指标接近国际先进水平 系统功率密度 1 36kW kg 电机峰值效率 97 高效区 系统效率 80 70 电动汽车关键零部件 燃料电池 燃料电池可靠性 寿命等方面取得较大进展 经受住奥运示范等一系列国际示范应用活动的考验低压燃料电池电堆动态寿命提升燃料电池发动机输出功率大幅提升整机运行的可靠性 耐久性和低温启动性能 以及环境适应性有较大提高我国已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 我国混合动力客车的开发举例 东风 一汽的并联式混合动力客车株洲时代集团的串联式混合动力客车深圳五洲龙公司的可充电式并联混合动力客车北汽福田伊顿系统并联混合动力厦门金旅超级电容并联混合动力 东风公司武汉示范车队 一汽长春示范运行 我国混合动力客车示范运行举例 武汉市50多辆已运行4年多 北京环保局5种10辆运行一年多 深圳 长春 株洲少量 节油率和可靠性普遍有待提高 成本有待减低 中国的电动汽车 中国电动自行车的保有量已达到2000多万辆 50辆纯电动公交车在2008年奥运会成功使用 天津清源电动车公司的纯电动汽车已小批量出口美国 发展纯电动汽车和Plug in混合动力汽车已列入国家汽车产业振兴规划 电动汽车关键零部件 动力电池 我国自主研发出镍氢和锂离子两种类型的6Ah 100Ah多个系列车用动力蓄电池 功率密度和能量密度等关键指标均有明显进步 国内锂离子动力电池功率密度大幅提高 国内镍氢动力电池功率密度稳步提高 锂离子动力电池功率密度从2002年的491W kg发展到2008年的2000W kg 上升了4倍多 电池模块的常规循环寿命达1000次左右 整车企业规划 主要整车企业逐步重视电动汽车的发展 不断加快电动汽车研制开发和上市步伐 国内主要整车企业均将电动汽车纳入企业产品规划 积极着手进行产业化布局和能力建设已有37家企业近百款自主品牌各类电动汽车产品 含底盘 进入国家汽车新产品公告 国家的政策环境 国家发展战略与目标 科技投入 国家863计划 准入制度 示范项目 车辆补贴 技术标准 地方政府的支持措施 新能源汽车示范 财政部 科技部 发改委 工信部负责组织 示范城市20个 已确定的13个城市 北京 上海 深圳 大连 昆明 武汉 南昌 长 株 潭 长春 合肥 杭州 济南 重庆 正在确定5个城市实施私人用新能源汽车补贴办法 乘用车和轻型商用车补贴4000元 25万元 纯电动乘用车6万元 公交车补贴5 60万元 国家节能与新能源汽车示范推广财政补助资金管理暂行办法 附表一 公共服务用乘用车和轻型商用车示范推广补助标准 单位 万元 辆 注 最大电功率比30 以上混合动力汽车补助标准均含plug in 电动汽车政策环境 标准法规与产品管理体系初步建立 为产业化奠定了基础已发布电动汽车相关标准38项 国家标准34项 行业标准4项 新能源汽车生产准入管理规则 将新能源汽车正式纳入国家汽车产品公告管理公众对电动汽车的认知度明显提高 舆论环境有利于电动汽车的发展 一 定义与术语二 发展电动汽车的重大意义三 国际电动汽车发展情况四 我国电动汽车产业发展现状五 我国发展电动汽车的战略目标措施 目录 我国发展新能源汽车有利条件与动力 示范城市开始 党和国家领导高度重视 新能源汽车研发成果 汽车工业基础 丰富的矿物资源 电力供应能力充足 巨大的潜在市场 成本优势 我国新能源汽车发展机遇与挑战 不利条件与阻力 2020年我国发电构成预测 我国的电力发展有充分能力提供汽车使用 2020年总发电量为7 5万亿度 2030年10 5万亿度 2020年5000万辆电动车 年耗电 0 5亿 20度 100公里 20000公里 2000亿度 2000 75000 2 27 2030年2亿辆电动车 年耗电 2亿 20度 100公里 20000公里 8000亿度 8000 105000 7 6 汽车可以主要利用夜间低谷电 北京电网峰谷差达40 有利于改善电网运行质量 减少电网为平衡峰谷差投入的费用 可以说基本上不增加电网的负荷 汽车和电网双赢 我国发展电动汽车的有利条件和比较优势 发展新能源汽车面临的挑战和机遇 诸多有利因素与驱动力 成本很高 技术成熟了吗 充电时间长 续驶里程短 对传统工业的冲击 基础设施 先有鸡 后有蛋 我国发展新能源汽车面临的问题与阻力 战略定位 纯电动汽车由于在使用阶段零排放 综合能源利用效率高 能够彻底摆脱对石油的依赖 是解决我国汽车能源和环境问题的根本途径 是我国道路交通能源动力系统转型的战略重点和主要方向 混合动力汽车结合电池和内燃机优点 能够实现显著的节能减排效果 是传统汽车技术升级的重要方案 是近中期市场竞争的重点产品 燃料电池汽车具有能量转化效率高 零排放 不污染环境等优点 由于技术开发难度大 商业化的预期有所降低 但仍是面向未来的战略制高点 应作为战略储备技术 动力电池 驱动电机和电子控制技术是决定我国电动汽车自主发展能否取得成功的技术关键 其中动力电池又是重中之重 对动力电池技术掌握程度的高低决定着未来电动汽车产业竞争优势的大小 大多数私人汽车每日行驶里程少于60公里 统计数据的启示 日行驶里程57 的概率低于40miles 64公里 日行驶里程低于100km的概率约66 改变电动汽车的设计理念 较少的电池 较低的成本 便宜的电费 使电动车的普及成为现实 家庭的第二辆汽车可以是纯电动汽车 设计续驶里程在150km之内 可能更适于美国 Plug in混