电动汽车及动力蓄电池产业链的发展

1、电动汽车及动力蓄电池产业链 的发展电动汽车及动力蓄电池产业链的发展2011-10-102011汽车与配件-平安证券新能源汽车研讨会系列报告 （一）陈全世 男，汉族，1945年4月生，清华大学电动汽车研究室主任，教授， 博士生导师。现任：中国汽车工程学会理事 电动汽车分会主任，全国汽车标准化标委会 电动汽车分委会副主任。研究领域：电动汽车、混合动力汽车、燃料电池电动汽车关键技术；承担 了国家“八五”、“九五”电动汽车科技攻关项目，以及“十五”863电动汽车重大专项和“十一五”国家 863节能与新能源汽车重大项目-燃料电池城市 客车研究开发课题。出版专著2本：燃料电池电动汽车（第一作者），2005

2、年;先进电动汽车 技术（第一作者），2007年。获奖情况：电动汽车研究项目获2010年国家发明2等奖，北京市科技进步一 等奖。世界人口和全球汽车保有量逐年上升。汽车带来的三个主要问题是能源、 温室气体CO告口空气质量。能源和动力技术的进步实质是脱碳加氢的过程。从最 初的燃煤汽车，到油电混合动力汽车，到气电混合动力汽车，再到最终的电电 混合动力汽车。路线图解读国家“十五”电动汽车重大专项：产业化取向，三纵三横布局，整车和关 键零部件取得重要进展。所谓“三纵”就是混合动力汽车、纯电动汽车、燃料 电池汽车；“三横”就是混合动力整车控制系统、电机及其控制系统和蓄电池 及其管理系统。现在多了一条公共支撑

3、平台，这非常之关键。一个是标准，标 准后面是检测、实验、法规、示范运营、产业融资、知识产权、技术信息。世博和奥运会相比，世博是最大的新能源汽车的展示场。提出了两个战略 方向：过渡战略与转型战略并重。过渡就是提高现有车动力的效率，以及提高 发动机的效率，发展混合动力汽车和发展替代燃料。另外是转型，发展新能源 汽车包括插电式混合动力车、纯电动汽车和燃料电池汽车。这在即将颁布的新 能源汽车十年规划里是一个比较正确的方针。到2015年前以过渡战略为主，为转型战略做准备。但是目前还有几个槛没有迈过去，现在如果盲目地进行纯电 动汽车的推广运用，增加规模，可能后患无穷，造成大家投诉，反而影响了它 的推广。这

4、里对节能与新能源汽车的路线图作简要解读：1. 节能与新能源汽车并重，将节能减排放在首位；2. 注重传统内燃机汽车的节能减排潜力：制定并实施节能小排量汽车的鼓 励政策；3. 鼓励推广各种节能减排的技术措施：例如，整车轻量化、流线型造型降低风阻系数、AMT双离合器变速器、超级子午线轮胎、发动机起-停装置、电动转向助力系统等。4. 积极鼓励发展各种形式的混合动力汽车，并予以鼓励和推广。5. 将纯电动汽车（EV）、插电式混合动力汽车（PHEV）和燃料电池汽车（FCEV） 作为终极目标重点予以支持。其中理由有以下几点：（1）从我国能源结构看：与煤炭为主，石油资源相对短缺，电网晚间低谷电、 风能、太阳能等

5、清洁能源的充分利用-通过建设智能电网来实现。（2）我国发展混合动力汽车在发动机和变速器等传统汽车技术方面缺乏关 键技术；“跨越式”或“弯道超车”思维的诱惑。（3）我国发展电动汽车的相对优势：政府在推动充电站等方面的力度、稀土、 锂资源不受外国制约等。纯电动汽车的发展方向：小型化、轻量化、低配置。低配置不是低速，低 速没有普遍意义。车是一个代步工具，可以解决这个问题。大三电、小三电和三充从近期来看，纯电动汽车从技术路线上来说，要选小型车，以铅酸蓄电池 为动力源的低速电动汽车，作为非道路用车的辅助交通工具还有一定市场，但 是变为主要交通车辆可能性不大。纯电动汽车的支撑技术是动力锂离子蓄电池 及其管

6、理系统、稀土永磁电机，及其整车通信和控制技术；但是，用原先传统 内燃机汽车的整车结构进行改装，这不是电动车的原型车，也不可能实现纯电 动车的优化。这是目前纯电动汽车发展的瓶颈。国外跨国公司的技术路线值得我们借鉴。日本丰田和本田在推广混合动力， 而日产、三菱公司重点推广的是纯电动汽车。戴姆勒-奔驰公司向市场重点推 出的是纯电动小型车一Smart;宝马（BMW向市场推出的是纯电动汽车 Mini-E 。 美国则重点推广应用插电式混合动力，如通用的Volt插电式混合动力车。丰田公司的Prius结构是目前最为完善的系统，但是，其结构复杂（行星齿轮），且有最为系 统的专利保护，我们无法切入；本田的 In

7、sight系统（中度混和）也有相当的技 术难度和专利保护。比较有前景的是混合动力公交客车，推广难度相对较小， 且国外基本很少专利保护，是我国推广应用的重点。而外充电式混合动力汽车 具有较为全面的纯电动汽车功能，是混合动力向纯电动过渡的最佳选择，且国 外正在开发，应该重点发展。而且，其系统结构要简单、性能实用可靠。谈到纯电动汽车技术的发展，电动汽车定义为以电机驱动，从车载电源获 得动力，并且满足道路交通安全法规的车辆。其优势为“零排放”，电动汽车在运行中无废气排放，即使将发电厂的排放等效换算，也是低排放；解除汽车 对石油资源的依赖，电可以从多种途径获得煤、水、风、太阳能、生物质能、 核能等，其中

8、许多为可再生能源；系统效率高；利用晚间电网的低谷电充电， 提高电网的能量效率；噪声低、振动小。然后是蓄电池问题。电动汽车、混合动力汽车和燃料电池汽车都与蓄电池 的关系密切，蓄电池的安全性、环境适应性、比能量、比功率、循环寿命、价 格等综合因素决定电动汽车的发展前途。蓄电池生产商不但要研制生产出合格 的电池芯（单体电池），而且要按照电动汽车的使用要求，组成包含管理系统 （包 括热管理）、合适的电压等级和尺寸的电池模块或电源系统，经过产品的可靠性、耐久性、系列化和标准化检测和考验后，才能在电动汽车上应用。我国将纯电动汽车作为今后汽车动力发展的战略目标是正确的。以下介绍 纯电动汽车的关键技术：大三电

9、动力电池系统、驱动电机及其控制器、整 车（中央）控制器；小三电一一电动空调、电动助力转向、电动 （助力）制动系统； 充电充电机、充电桩、充电站；整车重新设计：以动力电池为核心的整车 平台包括车身和底盘。1. 动力蓄电池系统：蓄电池成组技术包括单体电池（电化学）、蓄电池箱（机械设计）、信号检测（微电子）、通风散热（热流体）、动力线束（电力电路）。 例如，蓄电池箱中的温度分布，温差必须控制在土 2C以内；在遇到紧急事故时， 蓄电池系统应该能自动分解成48V以下（安全电压）的模块，避免高压触电危险。 此外，蓄电池箱还要具备一定的强度、刚度一一在振动试验中不会发生损坏和 大的塑性变形，以及不会对蓄电池

10、模块产生损伤。2. 小三电：科技部“十二五”“ 863”项目（第一期）将小三电的技术研发和 产业化列入攻关课题：其问题在于产业化，质量、价格、批量供应能力都不足。3. 整车按照纯电动汽车特点的设计：例如蓄电池组的安全防护，安装、维 护、更换方便，整车质量分布、乘坐空间的舒适性、轻量化等。这是传统汽车 所无法满足的。4. 充电系统基础设施的建设。国外电动汽车的成功充电模式：上世纪90年代，法国、德国、美国、日本等国家先后在不少大城市进行过纯电动汽车的示 范运行，其经验可供参考。（1）集中充电模式：一些拥有数量较多的电动汽车单位和部门，例如，公交 公司、环卫部门、电力公司、政府部门等，集中建设专用

11、的充电站。（2）分散充电模式：针对社会上应用电动汽车的个人或小团体一常规充电：车载充电机一充电桩，应急快速充电一地面直流充电机一车载电池组（管理系统）。充电站、换电站的建设，充电机包括车载充电机和当面直流充电机、充电 桩的研制和产业化成为热点。国家高技术研究发展计划“十二五”（863计划）：现代交通技术与电动汽车关键技术与系统集成（一期）有两个课题支持充电、换电系统、充电机的研发。但是目前蓄电池组、蓄电池模块、蓄电池管理系统， 蓄电池通信系统标准都不健全，各行其是，这样不可能采用换电，否则后患无 穷。混合动力电动汽车的发展混合动力电动汽车（Hybrid Electric Vehicle ，简称

12、 HEV是将电力驱动与 内燃机动力驱动结合起来，充分发挥两者各自的优势及两者相结合产生的优势 的车辆。根据国际能源组织（IEA）定义，根据能量与功率传送路线，具有如下特点的 车辆称为混合动力车辆：传送到车轮推进车辆运动的能量，至少来自两种不同的能量转换装置，（例如：内燃机、燃气涡轮、斯特林发动机、电动机、液压电机、燃料电池等）。这些能量转换装置至少要从两种不同的能量储存装置（例如：燃油箱、蓄电池、飞轮、超级电容、高压储氢罐等）吸取能量。从储能装置流向车轮的这些通道，至少有一条是可逆的。如果可逆的储能装置供应的是电能时，贝U称作混合动力电动车。与纯电动汽车比较，混合动力车具有整车重量小 （由于蓄

13、电池的容量减小）; 续驶里程和动力性可达到内燃机的水平；保证驾车和乘坐的舒适性（空调、暖风、 动力转向的使用）等特性。与内燃机汽车比较，其可使原动机在最佳的工况区稳 定运行，从而降低排污和油耗；在人口密集的商业区、居民区等地可用纯电动 方式驱动车辆，实现“零排放”；通过电动机回收汽车减速和制动时的能量， 进一步降低汽车的能量消耗和排放污染。插电式混合动力汽车是指可以使用普通电源插座 （例如220V电源）对车载动 力蓄电池充电的混合动力汽车。其优点是这种汽车纯电动行驶里程较长，具备 纯电动汽车的所有优点。但需要时仍然可以像通常的混合动力汽车一样工作。 行驶里程可以与混合动力汽车和内燃机汽车相媲美

14、。目前由于动力蓄电池尺寸、 重量、价格、充电设施等因素导致纯电动汽车大面积推广有一定困难。插电式 混合动力车可能会成为由混合动力汽车向纯电动汽车过渡的一种最佳选择。 电动汽车产业化前景电动汽车产业即将进入成长期。纵观历史，一个事物、一个大的产业的发 展，都要经历孕育一一成长一一发展一一衰亡 4个阶段，电动汽车无论是作为一 个大产业或者作为一项事业，同样如此。当前电动汽车产业从国内外的大形势 看，处于孕育期和成长期之间，其标志是有3个方面的问题已经初步获得了共识。 其一，确定了电动汽车的未来：在今后 50年左右地球上石油资源将逐渐枯竭， 电动汽车可作为燃油汽车走向终结的替代者，支撑汽车产业的可持

15、续发展。其 二，基本明确了汽车动力系统的发展路线。由燃油汽车一油电混合动力汽车 （HEV）-插电式混合动力汽车（HEV）-纯电动汽车（完全充电式一一BEV）和氢燃 料电池汽车（FCEV）。其三，明确了电动汽车的共性关键技术。以动力蓄电池（及其管理系统）、燃料电池发电系统和充电（或加氢）网络为核心的能源系统；以驱 动电机（及其控制器）和传动系为核心的动力系统；以协调控制各个系统，保证 整车安全、高效、舒适运行为核心的整车控制系统。日本在电动汽车以及动力蓄电池方面一直走在世界的前列。据日本经济新 闻报道，日本将以经济产业省的外围团体为中心制订方案，将丰田、日产、本 田、铃木、三菱、马自达、富士重工

16、、大发、雅马哈9家汽车、摩托车生产企业和三洋电机、日立制作所、松下电池工业、GS-YUASA公司等电池生产商，再加上东京电力公司、日本汽车研究所、经济产业省、国土交通省等单位，组织 起来，合力开发统一规格的新一代汽车锂离子蓄电池，将共同参与试验，制定 统一的锂电池规格和安全标准。并计划在 2010年后实现量产。日本企业还力争 在安全标准和充电方式等方面获得国际标准机构的认可，以期在该领域抢夺先 机。提问环节Q :您认为燃料电池要多长时间才能够开发出来给汽车用？A :燃料电池关键是要面向实验室，目前技术仍没有突破。如膜没有突破， 全世界能够产业化的只有一家，而且这个膜的价格比较贵。再就是催化剂，

17、催 化剂现在还是用白金，没有完全替代。有人说年产 4t白金全部制成膜，全部做 成混合动力轿车能产50万辆。催化剂非白金化的话就不能产业化。氢的纯度需 要99.9999%,这个价格非常贵，多一个9价格就翻一倍。这些问题不解决要去推 广是不可能的。但是这个问题也有希望，现在市场推出了新的膜，这样就不需 要白金催化剂了。Q :陈教授，专家解读里都讲到2015年新能源汽车的保有量只有50万辆，等 于到目前为止，我国新能源汽车只有1万辆，私人购买汽车不到1000辆，我认为 这个规划是冒进的，不可能达到，但是现在还没有改变，我想问一下您对这个 问题怎么看？A : 50万辆的问题是一个规划，并不一定达不到，

18、是一个爆发的时间。2009年国家汽车产能达到135万辆，去年达到1800万辆，能不能达到一个爆发点的时 间，我认为这是事在人为，不是完全达不到。今年可能合肥就能推广电动轿车 3000辆，去年是585辆，我认为方法得当是可能的。把这个技术做好，解决充电 问题。电动车还不能作为出租车，因为蓄电池能量不够，续驶里程不够。合肥 上下班最长路程20km来回40km。单位有充电桩，家里有充电桩。只要把政策 扶持得当，还是有可能达到50万辆新能源汽车。Q :我想问一下陈教授对于低速电动车的市场前景和技术目前是怎么样的看 法，是不是成熟了？如果没有成熟的话，什么地方还有冋题？A :我国有一个低速的货车，没有低速电动汽车的概念。在农村偏僻的地方 还有市场，但绝对进不了我国汽车的主流。研发低速车的话技术需要升级。电 机、蓄电池等技术仍要研发。农民没有回收的经验，没有环保的意识会把土地 资源浪费掉。一旦土地铅污染是无法往回走的，所以我国要下很大工夫来治理 它。现在非法制的，没有生产资质的生产车不能挂牌，这种三无情况是无法容 忍的。我认为要正规起来，应该要很好地去研究，不应该去遍地开花地做这个。Q :现在国内大部分整车企业，新能源都涉及到创新，但是很多创新化会面 临很多失败。如果创新成功的话也许得到利益跟付出不匹配，现在很多传统零 部件中国做不出来，现在提到新能源汽车，全世界很多技术都没有涉及过，我