新能源汽车电池研究

1、新能源汽车动力电池1.入门篇：电动车电池大浪潮来临1.1比一般引擎更环保的电动车是近几年全球关注的焦点，也许20年内，各种电动车将汇集成庞大的一股潮流，创新的电动车相关产业，也变成经济新势力。1.2工业革命的发迹源国家英国，正进行全球最大规模的绿能电动车试行活动，把我们原来只会在新闻报道或杂志报道中看到的高科技电动车，在英国重要城市的街头上路。这象征的意义很大，英国让伦敦（London）、新堡（Newcastle）、考文垂（Coventry）、格拉斯哥（Glasgow）、伯明翰（Birmingham）等八个城市地区，提供340辆包括绿能电动车，这些车辆都有各国车厂、当地的电力公司与研究机构共同

2、组队来执行，并通过GPS与卫星监控追踪，测量电动车实际效益。目前，车辆每公里的CO2排放量都在180200公斤或者更多，而欧洲已经有多国立法建立新标准，要求在2021年排放量减少到140千克以下。几种电动车的比较如下图所示：英文及缩写工作原理及市场情况优点缺点油电混合车HEV Hybrid Electric Vehicle1. 采用汽油或柴油等传统燃料为动力来源的引擎，同时搭配马达来改善低速动力和油耗。2. 目前国际市场上，汽油油电混合车与柴油油电混合车都有很好的发展3. 以日本市场最为积极，丰田（Toyota）与本田（Honda）旗下的油电混合车目前在全球电动车市场的占有率超过一半以上。由于

3、油电混合车需要传统引擎搭配电动马达，传统汽车大厂在引擎方面的技术实力比新兴电动车厂还要纯熟，产能比较大不需要特别的燃料，续航力长，技术最为成熟，解决单车成本问题后容易普及仍旧是汽油当主要动力，但已经比传统汽车的油耗少一半以上插电式油电混合车PHEV Plug-in Electric Vehicle1. 针对纯电动车续航里程严重不足的现状，有汽车公司提出制造双模电动车，即PHEV。不同于现阶段的HEV仅能透过汽油来提供动力来源，另外也可以通过充电方式提供动力来源，可以大量减少汽油的使用量。这种汽车是在油电混合车上增加了纯电动行驶模式，并且加大了车用电池容量，使车辆在纯电动状况下可行驶50公里到9

4、0公里，超过这一里程则启动引擎工作。2. 特别适合于日均行驶里程有限且基本固定的上班族使用3. 概念最早产生于美国，并早已有了一些改装车、试验车问世。介于油电混合车与电动车之间的一种过渡性产品，采用“短途用电，长途用油”的工作模式，离不开传统马达技术，因此和传统马达一样要面对能源挑战纯电动车 EV Electric Vehicle主要采用电力来驱动马达，技术困难之处在于储存电的技术，也就是电动车用电池，因为没有像油电混合车一样采用汽油动力，所以电池的容量、效率要够，才能有足够的续航力。人类的马达技术已经很成熟，充电、电池的技术也发展了很长时间，只要有电力供应的地方就能够充电可充电电池的重量、体

5、积、容量、充电时间、稳定安全性与昂贵的成本，这些部分需要继续改善。氢燃料电池车HV Hydrogen Vehicle原理及市场：目前氢燃料电池的使用主要有两种途径，一种是直接导入氢动力引擎燃烧，另一种透过燃料电池的化学反应，把能量转化为电能来驱动马达。优点：不会造成环境污染，燃烧过后的排放物是纯水，氢动力车行驶时不产生任何污染物缺点：成本过高，而且氢燃料的储存和运输需要很好的技术，否则氢分子容易逸失。另外，氢动力车最大问题就是氢气怎么来的呢？需要电解水或利用天然气分解出来，如此一来同样需要消耗大量能源，除非使用核能来分解水分子取得氢气，否则并不能降低二氧化碳排放量太阳能动力车SV Solor

6、Vehicle原理及市场：太阳能电动车也算是纯电动车，但是取得电的方式增加为太阳能。把太阳能光电板暴露在阳光下，就能将太阳能转化为电能驱动马达，让车辆行驶优点：有阳光的地方就能补充电能，行驶时不产生任何污染物缺点：必须打造出很创新的汽车外形，一般车型是无法吸收足够太阳能的。这种车辆受天气及云的影响高。还有造价问题，比前述几种电动车要高，离真正能实用于市场上还需要很长一段时间。1.4 车用电池与绿能环保车的绝妙搭配推动电动车相关技术最积极的公司，并不是大车厂，也不是新兴车厂，或者是电池零部件厂商、马达厂商这些电动车相关产业，而是电力产业的核心电力公司。在未来，油电混合车与电动车大量被采用后，车辆

7、平均消耗的石油将减少40%，这对油价会造成一定的下滑影响，我们可以相信，随着全球有越来越多的车辆，从目前的8亿台汽车，在2021年可能成长到14亿台车，包括中国、印度等开发中国家对汽车的需求大增，而如果没有油电混合车、纯电动车，对全球石油的消耗将相当惊人，油价势必很可观。随着电动车的导入，石油的消耗可维持在一个平衡点，不至于爆增。绿能电动车特点油电混合车纯电动汽车燃料电池汽车驱动方式引擎+马达驱动马达驱动马达驱动能量系统引擎、蓄电池蓄电池燃料电池能源和基础设备加油站/电网充电设备电网充电设备加氢气设备排放量低排量零排量超低排量或零排量主要特点续航里程长/仍部分依赖汽柴油续航里程短/初始成本高能

8、源效率高/续航里程长/成本高商业化过程已规模化量产有销售，但未规模化仍处于研发阶段主要问题蓄电池效率/电池管理系统电池安全性及效率/充电网点成本高昂/制氢技术有待突破2.3 G8已经决议在2050年时，发达国家温室气体排放总量将减降80%以上。依据新能源CO2排放系数，燃烧车用汽油1万公秉（1公秉=1000公升）油当量约排放2.59万公吨二氧化碳。如果绿能汽车得到快速发展，到2021年，中国可以节省3300万吨油。英国政府已经用车辆的二氧化碳排量决定“车辆执照费”，费率从70英镑到155英镑，汽油车费率比柴油车高，使用“替代燃料”的车型税率最低。德、法两国也确认2021年的新车二氧化碳排放标准

9、为120130g/km，而到了2021年，标准更将降至95至110g/km。各国奖励电动车产业政策一览国家 奖励政策中国购买燃料电池公车，补助金额每辆达到60万元人民币13个大城市开始推广，油电混合车可以获得4000元到42万元人民币补助不等，纯电动车还有燃料电池车可获补助6万到60万元人民币补贴110亿元人民币，发展电动车以及关键零组件向消费者提供补贴金额，4年内预计提供500亿人民币2021到2021年间，只要消费者在上海购买、注册省用率15%以上的电动车，就可以获得最高20%的买车补助款。美国对购买电动车车主实施税收减免，幅度2500到7500美元。能源部拨款数十亿美元补助车厂生产电动车

10、，各州政府也提供土地兴建车厂能源部特别成立20亿美元的补助计划，以促进电动车电池以及相关零部件发展奥巴马约8000亿美元的刺激经济方案，其中有1500亿美元用于新能源发展，在税额抵扣优惠方面，可再生能源的优惠额度由100亿美元提升到200亿美元。2021年时，美国联邦政府的车辆中，有一半需为电动车。日本实施绿色税制，让购买纯电动车、油电混合车、天然气车、柴油车的消费者可以少付税设立低排放车认定制度，只要通过认定标准，可以享有不同的税负减免优惠，排放二氧化碳超低的，赋税减免越多。平均每台电动车可获20万日圆税负减免。南韩实施燃油税改革，调涨燃油税，下调液化石油税，拉大两者之间的价差，鼓励民众使用

11、环保能源。补助每辆新购的CNG公车22500美元，CNG垃圾运输卡车补贴60000美元，提供每座加气站最高达70万美元的低息贷款，年利率4.5%。购买每辆CNG公车减免1万美元购买税，每座加气站则减少1万5000美元的企业税。欧盟欧洲议会通过法案，要求政府机关以后采购车辆时，不仅需要考虑汽车价格，还必须注重环保节能，以排放低污染、低二氧化碳的车款为优先。英国投入总额约3亿英镑，进行低碳排放计划。投入2.5亿英镑，加速低碳排放车辆普及。购买电动车可获得2000到5000英镑奖励。法国制定二氧化碳排放标准，排放介于100克到130克之间，可获得200到1000欧元的奖金，如果排放量在60克以下，可

12、得到最高奖金5000欧元，但是二氧化碳排放量超过标准，将会被多课200到2600欧元的税。从2021年起，陆续投入4亿欧元，帮助汽车厂研发、制造电动车德国实施石油税收法，针对电动车实施税收优惠，目标是到2021年每年税收优惠约30亿欧元，2050年时一年税收优惠50亿欧元，且对于油电混合车2021年起已经投入5亿欧元补贴。2.4 纯电动车就是完全采用电来担任动力，其车身安装了有马达的配置，以及提供马达电力的电池。这种纯电动车舍弃了传统燃油引擎，也把存放燃油的油箱取消，省去的空间与重量，转由重量不轻的电池来取代和使用。纯电动车完全依赖电池动力，使用马达与电机控制系统驱动驱动。它不使用液体燃料，没

13、有轰鸣的引擎，也没有冒烟的排放管，具备最佳的环保诉求。纯电动车与燃油引擎在某种程度上是类似的，那就是越轻越环保、燃油引擎车是越轻越省油、越能减少二氧化碳排放量并省钱。纯电动车则是越轻越省电、越环保（减少使用的电可以帮助电厂减排），提高续航力。但由于电池本身有一定的重量与体积，目前各家厂商的努力方向是设法减轻纯电动车整体的车重。当然，纯电动车车型的改变时很重要的部分，电池位置的适当配置，车重的拿捏，都考验纯电动车厂车的智慧。同时，电动车上路，需要很多配套措施才跑的顺，特别是充电设备方面，不能只有住家充电设备，工作地点也要，而马路上需要设置充电站，或者是加油站增加充电设备，这些都会是纯电动车普及的

14、关键。纯电动车之所以没能普及的原因除了基础设施需要强化外，根本的原因在于成本，纯电动车最大的成本支出在于昂贵的可充电电池，约占纯电动车约40%50%的成本，不论是采用镍氢电池或锂铁电池，电池的价格要进一步下降，纯电动车的成本才能够降低，提高普及率。预估，2021年全球纯电动车市场率达到50万辆，2021年可达200万辆。各品牌车厂投入纯电动车状况在2002年，通用汽车（GM）曾经召回并销毁了该公司打造的全部EV1系列电动车，原因是过高的成本与极低的市场接受度，使得纯电动车在美国市场几乎扼杀在襁褓之中。但是到了2007年底，日本车厂日产汽车（Nissan）于该年东京车展上宣示将于2021年大量生

15、产电动车，将于日本、欧洲市场等地推出。日产采取的方式是两路并进，他们除了设法从电池、车身结构、传动结构上改善纯电动车的生产成本与效能，也积极与各国政府合作进行纯电动车需要的充电设备基础建设。比如说日本东京都政府，就与日产方面合作在大东京地区设置数百个充电站。双管齐下来解决纯电动车的问题，未来的纯电动车普及之路就会比较顺达。由于各国政府的支持，包括日产（Nissan）、雷诺（Renault）、斯巴鲁（subaru）、三菱（Mistubishi）、宝狮（Peugeot）、奔驰（Mercedes-Benz）与BMW等车厂，已经积极切入纯电动车的开发设计与制造，更有Ecotricity公司Westfi

16、eld、Delta Motorsport、Lightning等较小独立车厂进行纯电动车的打造。台湾的裕隆汽车业投资了纳智捷（Luxgen）这个自创品牌，由华创负责关键设计，也即将进军纯电动车市场。产业链改变，电动车小厂出头天目前市场上各家厂商为了快速让纯电动车普及，正努力减轻充电电池重量，并降低成本，还得提高电池的能量密度，这是因为要减少电池的体积，放在纯电动车身内才不会太占据空间。厂商们为了使成本继续减少到目前的一半，甚至是四分之一，纯电动车厂与汽车厂商、系统供应商正进行合作来加速开发速度，这是有效减少研发成本的方法。 纯电动车的研发、生产与制造，和传统车厂的方法有很大的不同，如果从头到尾自

17、己来开发纯电动车，厂商会面临的是各种不同领域科技的整合。这些科技包括了高效能电池、机电控制系统、马达、传动装置系统、热处理系统、车身结构等多项技术，如果是小厂商，很难面面俱到，而即便是极具规模的传统车厂，要整合这么多技术也是需要很大的努力。但是，纯电动车的制造几乎可以完全分工，有的厂商可以专门只进行纯电动车的设计，赚取设计费，有的则是专门生产电池、马达、传动装置系统、车身等部分。这样一来，专门进行组装纯电动车的公司可就方便了，需要哪些东西，就和合作的供应商购买即可，特别是这当中有相当多的零组件，如马达、车身等等已经很成熟。在这种情况下，纯电动车的开发与制造，会偏向于不同厂商合作的态势，非常类似

18、个人电脑工业的情况。当前的全球电脑工业，就是很明显的分工产业，任何有志要打造一台电脑的厂商，可以从各种供应商获得需要的零组件，在进行组装即可。固然传统厂商已经运作了数十年，供应链体系已经很成熟，正如电脑产业一样，而纯电动车产业则是新兴的，还不能算是成熟产业。因此，纯电动车的打造需要各方合作，而这给了很多小厂商机会，形成这几年来的特殊商机，除了发达国家外，也受到许多没有孕育出重要传统车厂的发展中国家重视，因此在这个运输车辆产业革命的浪潮上，是有机会选择切入点来投资电动车产业的，给了这些国家提升国内产业水准，加入国际运输车辆市场竞争的可能性，也将是这几年全球纯电动车产业的现象之一。短程运输将是纯电

19、动车未来的主力市场小型的纯电动车，现阶段比较适合在短程的运输用途，比方说都市内短程代步、机场、科学或工业园区、游乐度假区等等，行驶不过100公里的短程用途。大型的纯电动车，如电动巴士，适合由政府单位率先支持，提高大众运输工具的环保诉求，减少都会区的二氧化碳排放量。 energy .tw预估2021年全球的纯电动车市场可达到50万辆，2021年可达200万辆。未来的纯电动车，将不限于我们较为熟悉的环保电动双人或四人小车，而是有电动巴士这种由政府高度投资与鼓励的车辆出现，也会有车体较大的纯电动休旅车、纯电动豪华大轿车等。至于当前已经很常出现的纯电动车，还不是运输主力，自然是轻型通勤用纯电动车（LE

20、V）、纯电动机车、电动轮椅、电动高尔夫球车等等。其中，LEV是印度、中国等发展中国家，重点培植的车重，希望能够减少发展中国家未来汽车大增后产生的环保需求，并为本土纯电动车产业扎根。2.5 HEV、PHEV区别 目前，市面上销售的油电混合车（HEV）系统，以引擎发电和回收车辆刹车时的能量对电池组充电；插电式油电混合车系统则是能用110或220伏特的一般市电，给高能量电池组充电，在都会区短程行驶时，其电能足可供应纯电动模式行驶约13公里，完全不排放废气，达到目的地或回家时，再以市电辅充高能量电池组电量，引擎之动力只在电池电量偏低、长程行驶或须全动力输出时启动，可使都会区之车辆大量减少废气排放。 预

21、估插电式油电混合车在市区行驶模式下，还可比纯油电混合车车种更节省5070%的燃油消耗量，且车辆在行驶同距离状况下，所耗之电费较油价便宜约四分之三，据说，丰田研发实验中之插电式油电混合车Prius油耗已达79.5MPG（Mile Per Gallon）。而美国通用汽车（GM）之插电式油电混合车2021 Saturn Vue Green Line，其锂离子充满电之电力，可以纯电动行驶16公里。瑞典车厂Volvo亦将与Saab车厂、瑞典ETC电池以及瑞典政府合作研发插电式油电混合车款。另外，通用汽车业推出了插入式串联油电混合车的概念车Chevrolet Volt Concept，此模式与丰田的串、并

22、联的插电式混合车不同。该款概念车采用锂离子电池，以电池电力作纯电动模式行驶，可以通过家用电源充电，或用引擎带动发电机，通过发电；来驱动马达行驶，引擎不直接驱动车辆，而是只作串联方式发电，换算油耗约为一公升可跑21公里。根据通用汽车所提供的资料显示，其锂离子电池在充满电力以后，不使用引擎发电状况下，约可以电动模式行驶约64公里。该引擎还可使用85%的乙醇和15%的汽油混合的燃料E85，并规划改用柴油引擎，以便使用生质柴油，更进一步将以燃料电池代替引擎。柴油油电混合车相同体积的柴油内含的能量高于汽油，加上柴油引擎效率亦高于汽油引擎，可比汽油引擎省油2540%，在现代科技把柴油引擎变干净后，车厂开始

23、在高油价时代开发柴油油电混合车来节能；法国雪铁龙汽车之C4即为柴油油电混合车。具备超级电容的油电混合车德国BMW则有油电混合车概念的Efficient Dynamiscs，该车配备用于回收能量与用于辅助蓄电的大容量电容器，其电容器能释放约10秒左右的能量，可提供缓慢起步时，先以电动马达驱动之电能，待车速上升至设定值，或大力踩油门时，引擎才开始启动，而在停车时，引擎则停止运转。油电混合车技术取决于国际大厂油电混合车需要非常好的引擎与马达技术配合，车身结构与电池系统也是关键，现阶段仍是以汽车大厂具备技术、产量优势，使得它比纯电动车更快普及到市场上。目前量产之油电混合车，以日本丰田之汽油与电力油电混

24、合车的技术与销量居世界领先地位，其以行星齿轮组为动力输出设备，可将一体式启动发电机、引擎以及驱动马达之输出结合在一起，具有串、并联运转之模式。所谓串联运转，简单来说就是引擎持续运转在高效率区，动力不传至车轮，纯粹只用来发电给驱动马达，由马达以电动模式驱动整车；而并联运转即是引擎动力驱动马达动力同时传到车轮驱动车辆，一体式启动发电机并依电池充电状况决定是否发电，以对电池发电。目前市面上的油电混合车，主要有丰田Prius、丰田Camry Hybrid、Lexus RX400h、本田Accord Hybrid Civic Hybrid、本田insight、福特Escape Hybrid等。在洁净交通

25、工具科技领域中，目前以油电混合车成效最为显着，近几年内，将可见到各车厂量产之油电混合车大量上市。太阳能电动车市场最先在日内瓦车展现身的Quant太阳能概念车，动力规格512匹马力，极速将达到每小时275公里，并号称有500公里的续航能力，能在20分钟内完成充电，开发出这台车的瑞典跑车公司Koenigsegg，采用瑞士公司NLV Solar提供的太阳能模组打造，最近正与美国车厂通用（GM）洽谈收购通用旗下亏损的瑞典SAAB汽车事业，打算用SABB的生产线生产太阳能车。另外，日本车厂丰田在2021年5月18日发布的第3代Prius则在车顶采用了太阳能模组，通过这个模组提供的电力进行换气，并结合了空

26、调的遥控操作，可在不启动引擎的情况下通过充电电池的电力运转，降低汽车停在大太阳底下时不断增高的车内温度，提高燃油效率与舒适性。2.7燃料电动车燃料电池类型，大致分为氢燃料电池、甲烷燃料电池、甲醇燃料电池和汽油燃料电池。也就是采用不同的燃料在电池内进行化学反应，产生电力，然后通过电力来带动马达，使车辆行走。燃料电池车是另一种被重视的环保车，其设计理念相当环保，如果是氢燃料电池的车辆，其行驶的过程能跟空气中的氧结合，只会排放出水蒸气，噪音非常低，且氢这个元素几乎取之不尽，用之不竭，而且除了通过电解水或分解甲烷取得外，很多任务业的衍生产物就有氢。但燃料电池车的缺点是需要很好的技术整合，而且生产燃料电

27、池需要的氢，要耗掉电来分解水才行，这些电能需要火力发电厂、核能电厂或水力电厂，成本和效益也是必须要考虑的地方，预期未来如果发电方式更为洁净与低廉，燃料电池的氢原料来源取得才不会是个环保问题。另外，氢燃料电池还有密度、储存、压力与安全性问题，特别是抗撞击、震动等等，这些都需要高成本来解决，即便是通过甲烷、汽油和乙醇为主的燃料电池来转换出氢来，仍旧需要石化燃料，不论是开采取得或生质能源均然，但好处是这种运用石化燃料的方式几乎不会产生空气污染，能量转换效率比单纯把燃料送到引擎去烧要高。全球各国投入资金发展燃料电池技术2021年欧洲议会通过“氢能源和燃料电池联合技术发展计划”，提供10亿欧元科研经费，

28、用于加速推进燃料电池的研发规模。至于美国，则有能源部制定“氢计划”，希望在未来五年内投入三十多亿美元开发氢燃料技术，打算提高燃料电池汽车的比重，未来期望在2021年能有25%的比例。实际的市场上，以氢能为主的燃料电池汽车已经开始销售。2021年6月，全球第一款大规模生产氢燃料电池汽车由日本本田开始量产上市。2021年10月，美国通用汽车也开始销售氢燃料电池汽车。印度著名的塔塔汽车则依靠购买全球最新技术，建立燃料电池汽车产业生产聚落，其中包括收购韩国大宇商用车及美国福特旗下的捷豹（Jaguar）、路宝（Rover）这两个知名品牌。中日美韩竞争专利技术新能源产业链核心主要是燃料电池技术。在专利竞争

29、方面，日本、美国、韩国处于领先地位，中国、加拿大、德国则紧追其后。世界化学品生产制造商塞拉尼斯、杜邦、巴斯夫、Methanex,燃料电池开发商Ballard 动力系统、国际燃料电池及汽车生产商MercedesBenz、福特汽车、现代汽车、福斯汽车等都纷纷联手开发燃料电池和燃料电池汽车。燃料电池巴士目前由Mercedes-Benz生产的燃料电池巴士，已经陆续在欧洲、中国等地上路，这类型的车辆需要能够辅充氢的加氢设施，一般是设置在巴士总站与中继站。燃料电池油电混合车燃料电池（Fuel Cell）是由燃料与电池组合而成，包含甲醇、乙醇、天然气、以及汽油等，均可分解出氢作为电池燃料，其以特殊催化剂使燃

30、料与氧发生化学反应产生电能，只排放二氧化碳和水，无排放废气的污染。 美国通用汽车已经开发出全世界第一个以汽油为动力的燃料电池，宣称其电力效率可达80%。日本丰田之燃料电池油电混合车为全球首辆商业运转之燃料电池复合动力车，其利用氢吸藏合金箱作高压氢氧罐，提供燃料电池之氢氧来源，充填一次2公斤的氢氧可行驶250公里，且只排放水，是为清洁动力。插电式燃料电池概念车美国通用于2021年拉斯维加斯消费性电子展（CES）上，展示插电式燃料电池概念车Cadillac Provoq，目前先以小型马达代替燃料电池使发电机运转发电，以串联式油电混合车模式，同事充电至电池组并驱动马达行驶，待燃料电池能商业量产时，即

31、可取代专用之小型马达。许多国家致力于降低都会区之汽车排放污染，因此有众多使用燃料电池之油电混合车巴士正在欧、美、日市区进行示范运行，累积测试资料，以作为未来产量之依据。燃料电池车的未来展望由于燃料电池车还不能算是成熟的产业，我们预估2021年所有的车辆中大约不到1%是燃料电池车。预估至2021年以后，燃料电池车的市占率才会有明显的增加。2.8电动车动力系统电动车是目前市面上可见的、有机会取代传统汽、机车的新型交通工具。传统车辆的动力来源是汽油或柴油引擎，除引擎本体外，还需要有油箱、油泵、滤油器、空气滤清器、化油器、喷嘴与点火装置等组件，同事排气管装有消音器与触媒转化器，而且水冷式引擎还需要冷却

32、水系统。相比较之下，电动车的动力系统显得较为单纯。目前市面上常见的电动车，其动力系统分为两种，一种是采用铅酸电池、镍氢电池、或锂电池等蓄电池系统的电动车、主要的动力组件是电池组、充电器、电力控制器与马达等，因此动力系统较为简单。另外还有以燃料电池（使用最广的是氢-空气或氢-氧气型燃料电池）为动力系统的电动车。蓄电电池系统蓄电池系统的电动车较为简单，虽然电池材料有许多种，目前常见的就有锂电池、铅酸、和镍氢等多种，由于汽车需要大电流来带动，所以锂电池的特性较为适合，不过由于锂电池在安全性上的考虑，如果制程有瑕疵会有预热起火等问题，所以现在也有许多新产品如磷酸铁锂电池或是东芝开发的SCiB电池等，就

33、是希望从安全上与锂电池竞争。不过，这类蓄电电池不论材质为何，都是需要与外部电力连接充电，然后再以通过电力控制器带动马达来运作。燃料电池系统燃料电池虽然号称电池，但其实是一种发电机。使用燃料电池的电动车，是将电池组、储氢罐、马达与其他相关组件加以整合，便可组成燃料电池引擎系统，以作为燃料电池电动车的动力来源。这种系统可分为水冷式与气冷式两种，水冷式动力系统能源效率较高，但较为复杂，适合应用于较大型的汽、机车中。气冷式动力系统能源效率较低，但是结构单纯，适合装设于小型的自行车与代步车中。由于燃料电池组的反应物需要由外界供应，所以要有提供氢氧与空气的系统，同时要装设电池组冷却系统，因此燃料电池电动车

34、的动力系统比一般电池电动车较为复杂。电机类型由原来的日系永磁电机、北美系交流感应电机、欧系永磁和感应电机并存的状况，发展为均向永磁电机靠拢的态势。在在新有的电机驱动系统参展商中仅有一家坚持交流感应系统，认为永磁电机在实际使用过程中没有交流感应电机稳定可靠，几乎所有的驱动系统商带来的产品均为功率不同、转速不同的永磁电机系统。电机转速有向高速化发展的趋势。各电机驱动系统的设计制造商为了满足整车制造商，纷纷提高电机转速，过去常用的4,000rpm（转数/分钟）和6，000rpm，已有比较显着的成长，而较新的技术开始往10，000rpm、12,000rpm和14,000rpm发展。这些高速电机为了满足

35、车辆的要求又纷纷加装了减速装置。据了解，这些新型的电机其综合的功率较单电机的要高，成本相当，而电机的冷却方向往液冷却装置发展。2.9电动车热管理议题电动车的性能表现依赖作为能量储存系统的动力蓄电池组。电池组性能直接影响整车的加速特性、续航能力以及制动能量回收的效率等，电池的成本和使用寿命直接影响车辆的成本和可靠性，所有影响电池的参数必须得到优化。控制温度，维持效能及安全性电动车的电池在使用中发热量很大，电池温度影响电池的电化学系统的运行、使用寿命和充电可接受性、功率和能量、安全性和可靠性。所以，为了达到最佳的性能和寿命，需将电池包的温度控制在一定范围内。减小保内不均匀的温度分布以避免模组间的潜

36、在危险。由于电池包的设计既要，密封、防水、防尘、绝缘等，又要考虑空气流场分布、均匀散热。电池包的散热通风设计、成为电动车研究的一个重要领域。在新型纯电动车的研发中加强电池均衡及热管理系统研究的力度，采用专用流体分析软体FLUENT和通用大型有限元分析软体ANSYS对电池包内流动情况进行分析，同事进行了大量的实物验证试验，在考虑各种因素的情况下对电池包的尺寸、电池布置、甚至箱体材料等进行优化。马达热管理电动车与一般汽车一样都需要热管理的技术支持，什么是马达热管理系统？马达热管理系统用一个形象的比喻来讲，就是给马达装了一台变频空调，使马达在工作的时候保持在最佳的冷却水温度90度。研究人员在研究时发

37、现，只有在最佳温度下工作，马达才最省油。为了保证这个马达的正常运转，他们就给它安装了一台变频空调，变频空调内就是一个主要的控制器，也就是说温度越高，这个风扇的专属也就越大，从而保证马达工作在最佳的温度内。这个热管理技术主要有两个系统组成：一个是冷却智能控制模式；第二个是风扇智能控制模式。马达的冷却智慧控制系统是为了维持马达在一个最佳的温度下工作，通过精确控制马达冷却水的温度，使马达不过冷也不过热，始终保持在90度左右的合理范围内，使马达工作在一个最佳的曲线下，这样就可以使马达发挥它最大的能量，这就是智慧空调，让它保持在90度的温度下，在这个温度下，就可以发挥出最高的效益。除了发挥最大的效益外，

38、还要精确地控制散热，给马达加装了风扇智慧控制系统，在马达散热的过程中，决定转动的时候，需要它高速的时候它就高速，不需要的时候它就停止。这个原因是风扇在一般的情况下，高速运转的时候，会消耗10千瓦左右的能量，这个会占马达10%左右的功率。如果能够合理地控制风扇的运转，就能节约一部分能源，这个变频空调的理论。一方面让它在合适的温度下运转；另一方面让风扇在不需要的时候不转，来保证马达不冷不热的状态。电动车市场推广的阻碍与挑战能源危机的日益加剧和汽车保有量的与日俱增，使得传统引擎汽车面临严峻挑战，特别是经济正处于高速发展中的中国，石油消耗和进口量不断攀升，给油耗大户汽车工业的发展造成了前所未有的压力。

39、在此情况下，发展电动车的呼声迅速升温，不少知名的整车厂商都已经宣布将很快推出自己的电动车产品，电动车的时代已经离我们越来越近。电动车的发展瓶颈近几年对电动车的研发投入不断加大，一些技术难点正逐步克服，但是仍有很多业内专家对当前的电动车技术及其产业化前景存有疑虑，归纳起来电动车的发展瓶颈主要有以下几个方面：一、 电动车电池电动车对电池的要求极高，必须有高能量密度、高电力密度、快速充电和深度放电的性能，而且要求成本尽量低、使用寿命尽量长。目前，铅酸电池发展最久且成本最低。但是铅酸电池的特性，并不适合应用于车用电池领域。而其他较为成熟的电池，如镍氢电池，性能优于铅酸电池，但在快速充放电能力、电力密度

40、与能量密度等条件仍有改善的空间。目前，越来越多的研究人员考虑采用锂离子电池作为电动车的车用电池。锂离子电池有以下几个优点：1. 工作电压高（是镍氢电池、镍镉电池的3倍）、2. 体积小、3. 品质轻、4. 使用寿命长、5. 自放电率低、6. 无记忆效应、7. 无污染等。在锂离子电池中，锂铁电池较被看好，这种电池虽然能量密度不及锂钴电池，但是安全性高，单体电池的循环次数达到2000次，放电稳定，价格相对便宜（相对于锂钴电池），可能成为未来电动车动力的新选择。然而，即使是这种比较便宜的锂铁电池，其成本依然十分高昂。假如一款成熟的电动车重量高达1.5吨，最高时速130公里，一次充电续航里程200公里（

41、时速60公里）来计算，所需的锂铁电池（76AH、工作电压320V）将重达350公斤。总之，目前尚无一种高价格性价比的电池能够同时满足电动车产业化的性能与成本需要。二、 其它技术瓶颈：1电池使用寿命短而更换成本高：现在国内多是锂电池生产厂家提出免费保质期限只有1年，如前所述。即使是一辆性能相当普通的电动车，电池成本也要约30至40万元。如果一年或者两年后消费者要自费更换电池，其费用将是多么巨大。 2、电池适应性差：除了快速充电问题很难解决外，电池在低温条件下容量将明显降低，在高温条件下（50）又需要冷却才能正常工作，而这也是消耗自身能量的。此外，随着使用时间的延长，电池的各种性能将逐渐下降，其结

42、果将造成电动车整车性能（车速、加速性、一次充电的续航里程）不断下降。 3、充电便利性问题：对于无车库的城市车主，在家充电并不方便，即便可以用家用220伏电压充电，安全上也存在一定隐患。为根本解决这一问题，唯一的办法是在社区、停车场设置充电站，类似网路的普及不是短期内能够实现的。 4、电量耗尽问题：目前凭借电压判断电量的方式并不准确，这也是世界性的技术难题。一旦误判导致电量耗尽而抛锚，电动车将比汽车麻烦的多。 5、电动车空调问题：电动车空调的耗电功率在34KW，一般开启空调，电动车的续航里程至少要减少三分之一，换言之，原来能行驶90公里的电动车，当使用空调时最多只能行驶60公里。 6、能量回收困

43、难：在考虑行车安全的前提下，电动车在减速及制动时可以回收的能量有限，目前最多只能回收这部分能量的20%。这对于不断启停的城市路况，会对续驶里程造成很大影响。三、运行经济性纯电动车不使用燃油，不受油价飞涨的影响，电力相对燃油较为便宜。但是由于电动车需要改变整个动力体系，这就需要承担额外的成本来换装电机、电池、特别是电池和电机控制系统的成本很高，必将带动整车销售价格的提高。为了满足车速和续驶里程的需要，又必须增加电池容量，这样整台车的重量和成本还要增加。与此同时，现有引擎的节能技术也在不断进步，如果没有政府的特殊政策扶植或一定数额的经济补贴，用户选择购买价格昂贵的电动车就不见得划算了。2.11电池

44、效率参差不齐用于电动车（EV）和油电混合车（HEV）的电池技术已经获得了显着进步，不但电池能量密度已稳步提高，而且电池还能可靠地充电和放电数千次。如果设计工程师能有效利用这些技术进步，那么就成本、可靠性和寿命而言，电动车和油电混合电动车就有潜力与传统汽车竞争。一个电池规定的容量是指电池从100%充电状态到零充电状态所能提供的能量。充电到100%充电状态或放电到零充电状态会迅速缩短电池寿命，因此应该仔细管理电池以避免完全充电或完全放电状态。与工作在3070%的充电（利用40%的容量）状态之间相比，工作在10%充电状态到90%充电状态之间（利用80%的规定容量）可以将电池的充电循环总次数减少到原来

45、的三分之一或更低。在有效电池容量和电池寿命之间进行平衡，给电池系统设计工程师带来了挑战。考虑前文提到的利用40%容量与利用80%容量的情况，如果系统将电池限制为仅使用其40%容量，以便使电池寿命延长到原来的三倍，那么电池尺寸必须增大一倍以获得与利用80%容量情况下一样多的可用容量。但这会使电池系统的重量和体积增大一倍，从而提高成本并降低效率。汽车制造商一般要求电池寿命超过10年，且对必需的可用电池容量做了规定。电池系统设计工程师面对的挑战是必须竭尽所能用最小的电池组实现最大的容量。为达到这个目标，电池系统必须采用精密的电子电路仔细控制和监视电池。电动车电池组系统电动车电池组由多个电池串联叠置组

46、成。一个典型的电池组大约有96个电池，充电到4.2V的锂离子电池而言，这样的电池组可产生超过400V的总电压。尽管汽车电源系统将电池组看做单个高压电池，每次都对整个电池组进行充电和放电，但电池控制系统必须独立考虑每个电池的情况。如果电池组中的一个电池容量稍微低于其它电池，那么经过多个充电/放电周期后，其充电状态将逐渐偏离其它电池。如果这个电池的充电状态没有周期性地与其他电池平衡，那么它最终将进入深度放电状态，从而导致损坏，并最终形成电池组古装。为防止这种情况发生，每个电池的电压都必须监视，以确定充电状态。此外，必须有一个装置让电池单独充电或放电，以平衡这些电池的充电状态。电池监视系统对于电池厂

47、商而言，有好的电池仍须要有好的电池监视系统（Battery Management System，简称BMS）才能够使车用电池模组顺利运转，这也是现阶段各大电池厂与车厂积极投入的领域。由于台湾厂商在电机领域具有相当的经验，这个领域也是很适合台湾厂商切入。在电池监视系统架构之间做抉择时，至少有五个需要平衡的主要要求。它们的相对重要性取决于最终客户的需求和期望。1、 准确性：为了利用可能的最大电池容量，电池监视器需要准确。不过，汽车是一种离讯系统，在很大的频率范围记忆体在电磁干扰。任何的准确性降低都会对电池组寿命和性能造成有害影响。2、 可靠性：不管采用何种电源，汽车制造商必须满足极高的可靠性标准。

48、此外，高能量容量以及有些电池技术潜在的不稳定性是人们担心的主要安全问题。相对于严重的电池事故，在保守性条件下，执行断开操作的故障安全系统更加可取，尽管它有可能使乘客不幸滞留。因此，必须仔细监视和控制电池系统，已在系统中确保整个电池寿命期的全面控制。为了最大限度减少假和真的故障，一个设计良好的电池组系统必须有完善的资料传输，最大限度地减少故障模式以及故障检测。3、 可制造性：现代的汽车已大量采用复杂的电子产品。就汽车制造而言，增加复杂的电子电路和配线以支援电动车/油电混合电动车电池系统，会使复杂性更高。总的组件和连接数量必须尽量地满足严格的尺寸和重量限制，并确保量产切实可行。4、 成本：复杂的电

49、子控制系统可能很昂贵，最大限度减少入微控制器、接口控制器、电流隔离器和晶体振荡器等成本相对高昂的组件数量可大大降低系统的总成本。5、 功率：电池监视器本身也是电池的负载，其较低的工作电流可提高系统效率，较低的备用电流可在汽车熄火后防止电池过渡放电。2.12 车厂竞相与电池制造商签约新能源汽车市场越来越得到欧美汽车巨头的认可。福斯（Volkswagen）汽车集团原来的技术命门是高效清洁柴油车，但当前，他们正被油电混合车的强大市场前景“吸附”过来。福斯汽车向外界透露，福斯汽车集团与世界领先的充电电池开发商日本三洋（Sanyo）公司缔结合作协定，两家公司将携手开发基于锂离子技术的新型高效高性能电池系

50、统。并准备在2021年正式投入环保汽车的使用。2021年福斯步入锂电时代在锂电池领域市场占有率居全球首位的日本三洋电机5月28日宣布，将加强对车用锂电池研发及生产领域的投资，并从2021年开始量产。从2006年初开始，三洋就与德国福斯集团携手开发新一代镍氢电池系统。该电池已进入试制阶段，今后的主要任务将是进一步提高其安全性能等品质保证系数。福斯集团则表示计划最早在2021年开始，将锂离子电池技术应用于汽车。在2021年日内瓦车展上，福斯汽车集团展示了Golf TDI（柴油）油电混合车的养车，显示出高科技柴油油电混合车系统与7速DSG技术相结合所具有的强大节能潜力。奥迪（Audi）也有代号为A1

51、的概念车，采用这项创新技术，续航里程已经可以达到100公里。戴姆勒汽车也与德国Evonik公司合资生产汽车锂离子电池，按照双方签订的合作意向书，戴姆勒汽车将持有作为开发和生产合作方的Evonic公司旗下的Li-Tec Battery公司近50%的股份，Evonic公司仍对该公司具有控股权。但如果与建第二家生产高效能锂离子电池的合资工厂，届时戴姆勒汽车将拥有新工厂90%的股份，剩余股份由Evonic公司持有。电池技术主要由Li-Tec Battery公司来提供。戴姆勒汽车将从2021年起量产电动车，并已经量产电动车和燃料电池油电混合汽车。日本加快锂电开发技术预计到2021年，全球市场油电混合车电

52、池的需求与现在相比增加三倍，市场规模将达23亿美元，将于2021年首次应用在油电混合车上的锂离子电池很可能会占据整个电池市场的半壁江山。日美欧汽车大厂预计2021年前后将正式在车用车上搭载锂离子电池。丰田（Toyota）也在加快研究开发锂离子电池技术。丰田与松下共同出资建立的电池生产企业Panasonic EV能源将投资新建一间生产下一代锂离子电池的工厂，并加强现有工厂的镍氢电池产能，公司车载电池产能有望从2007年的50万个左右增加到2021年的100万个。日产和NEC共同斥资1.94亿美元在全球首次量产油电混合车及电动车等环保型汽车专用的锂离子电池。新合资工厂产品可提供10000辆油电混合

53、车或电动车使用，未来产量将提高5倍。日产同时向雷诺（Renault）公司提供这种锂电池。并计划2021年开始向美日市场推出电动车。三洋在这几年将投资800亿日圆，力争到2021年使新型车用锂电池产能达到每月1000万个模组，满足170万至200万辆油电混合车的需求，还将根据市场需求动向考虑于2021年建设新的车用锂电池工厂。同时，三菱重工（Mitsubishi）、东芝（Toshiba）也表示2021量产或投资车用锂电池。车用电池厂的运营分析电池厂应用车种主要客户产能规划AESCHEV、EV日产、雷诺、富士重工2021年年产量约30万个电池组Panasonic EV EnergyHEV、PHEV

54、丰田2021年可望供应100万台电动车锁需的车用电池三洋HEV福斯、奥迪2021年年产量12万个电池组东芝EV2021年月产值达到2000亿日圆。2021年单月产能1000万颗。比亚迪EV、PHEV比亚迪供应旗下车厂使用，预估2021年年产能80万辆车。A123 SystemsPHEV、EV通用、上海汽车2021年产能可供应500万辆HEVSB LiMotiveHEV、PHEV2021年目标市占率30%LG ChemHEV、PHEV通用、现代、起亚2021年前市占率20%2.13电动车充电地点普及议题一直以来，电池的一次充电续航里程、充电时间、使用寿命等被认为是阻碍电动车商业化的最大瓶颈。但目

55、前很多业内专家都认为，充电站的布网建设，欲成为制约电动车发展的一个瓶颈。据悉，在电动车充电站10分钟即可充满70%的电，而在家庭或停车场使用普通电源充电，220伏大约要10小时左右才能完全充满。不过，据了解，目前建议价充电站多花成本大约在100万至150万元之间。这么大的投入，单靠一家企业去建设充电站显然不大可能。此外，当许多电动车同事需要充电时，瞬间电量将会非常大，对于电厂来说如何负荷瞬间的大电量也是技术上的一大考验。各国积极建设充电网东京电力公司是一家为日本首都地区供电的公共事业集团。日本东京电力公司已经带头参与有关的基础建设，2021年东京将率先建成两百多个充电站，三年后将增加到一千个以

56、上，为电动车解决路上充电的困扰，为后续的绿能新车型上市做好基础准备。东京电力公司已经开发出了一种充电设备，能在5分钟的停车时间内提供足够让一辆小型电动车行驶40公里的电量，比目前的实验系统有极大的改进。汽车企业也没有放松对电动车的研发。本田、丰田、三菱等公司纷纷表示，要在一两年内上市跟多电动车型。在此之前，通用汽车业宣布将与非营利性机构美国电力研究协会（EPRI）及三十多家电力企业展开大规模合作，以加速推动电动车的商业化进程。据悉，这是迄今为止，汽车制造商与电力行业就电动车的商业化推广展开的规模最大、范围最广的一次合作。建立全球统一充电标准除了建构充电网外，汽车产业也正在协调出一个业界标准，德

57、国第二大能源企业莱茵斯韦斯特法伦电力股份（RWE）在汉诺威展示了与戴姆勒集团合作制定的电动车充电插头标准的原型样品。世界几大主要汽车制造商与顶尖的能源企业也已经针对标准达成共识，确定了具体方案。该标准将对所有的汽车制造商开放以确保未来电动车在世界范围内可以使用统一的方法充电而无需添加各自的调整系统。这个计划强调，未来一辆电动车在意大利的充电方法必须和在丹麦、德国好法国一样。吸取笔记型电脑和刮胡刀在异国充电困扰的教训，在汽车界，电动车充电问题必须提前获得解决。2.14 电动车市场燃气车市明灯，掌握关键技术抢占市场先机电动车市场已经成为各家汽车大厂逐鹿的战地，日本大厂早在1990年代就已经专注发展这方面的技术，而欧美车厂则是因为油价、能源等议题逐渐发烧，才意识到环保节能车种的重要性。日系车厂投入时间早，价格具有竞争力具有前瞻性眼光的日系车厂目前已经生产出价格亲民的油电混合车，丰田的Prius几个从2.2万美元起跳，不仅与一般轿车的价格拉近，性能方面也受到消费者喜爱