电动车的发展与展望

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。能源（原始形态）燃料（应用形态）动力系统汽车类型石油汽油汽油机及传动系统汽油车混合动力系统汽油HEV节能（电驱动）柴油柴油机及传动系统柴油车混合动力系统柴油HEV节能（电驱动）天然气CNG点燃式NG发动机点燃式CNGV新能源压燃式NG发动机压燃式CNGV新能源LNG点燃式NG发动机点燃式LNGV新能源压燃式NG发动机压燃式LNGV新能源煤M85甲醇汽油点燃式M85发动机M85甲醇车新能源M15甲醇汽油汽油机及传动系统汽油车部分新能源DME压燃式DME发动机DME车新能源煤制汽油汽油机及传动系统汽油车新能源煤制柴油柴油机及传动系统柴油车新能源生物质E10乙醇汽油机及传动系统汽油车部分新能源B5柴油柴油机及传动系统柴油车部分新能源煤、铀、水力、风力、太阳能电电池电机系统EV新能源（电驱动）???氢燃料电池蓄电池混合动力系统FCV新能源（电驱动）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:

Discovery

Production6050403020100193019501970199020102030Projection

PeakProductionBillionBarrel/YearYear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

年份汽油消耗量柴油消耗量燃油总消耗量201078448133159772012908793341842120151080111277220792020153921514630538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，２００６年全国监测的５５９个城市中，空气质量达到三级标准的城市占２８．５％、劣于三级标准的城市占９．１％。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排放燃料驱动技术

能力转化效率%

温室气体排放g/kmWTTTTWWTWWTTTTWWTW汽油点燃式7518.914.263.3159222.3柴油压燃式7622.817.362.993.1165CNG点燃式8622.219.133108.7141.7LPG点燃式7418.91462142204E10点燃式72.518.913.762.8158221E85点燃式53.818.91060160220M100点燃式39.8218.4375.3138.7514DME压燃式37.722.88.6376.3123.7500CTL压燃式45.622.810.4270135405电锂电池38.16022.91430143氢（压缩）燃料电池33.646.115.51400140氢（液化）燃料电池26.546.112.23560356汽油混合动力7525.919.452134186柴油混合动力7630.42345112157氢（压缩）燃料电池混合动力33.657.919.51145119氢（液化）燃料电池混合动力26.557.915.32965301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18931899国际电动汽车发展历程：四个阶段阶段11973年以前，电动汽车技术进步缓慢，传统汽车据主导地位阶段21973年-1990年，石油危机催生电动汽车第一次发展热潮阶段42005年以来，交通能源战略转型推动电动汽车进入第三次热潮阶段31990年-2005年，排放法规驱动电动汽车迎来第二次热潮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)10,0001,00010010025020010050150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电池性能目前水平目标水平（2014年）成本1000美元以上/千瓦时300美元/千瓦时循环寿命(EV模式)1000以上3000-5000循环寿命(HEV模式)300000300000使用寿命3年以上10年以上电池系统重量80千克120千克电池系统体积70升80升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---战略基点美国长期以来侧重降低石油依赖，确保能源安全的能源战略，将发展电动汽车作为在交通领域实现在根本上摆脱依赖石油进口的重要措施，并以法律法规的形式确立其战略地位。欧盟更加强调温室气体减排战略，满足日益严格的CO2排放限值要求成为欧洲电动汽车发展的主要驱动力。日本长期坚持确保能源安全与提升产业竞争力的双重战略，通过制定国家目标引导电动汽车产业发展，同时高度重视技术创新。美国欧洲日本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

美国提出2015年普及100万辆PHEV的目标；出台对PHEV的税收优惠：2500-15000美元/台PHEV；安排24亿美元支持PHEV研发与产业化，对锂离子动力电池研发与生产的支持资金占15亿美元欧盟欧盟将发放70亿欧元贷款支持制造商生产清洁与节能汽车；德国政府提出2020普及100万辆BEV和PHEV的目标；英国颁布未来五年的电动汽车计划，购买BEV和PHEV奖励2000-5000英镑日本

2009年提出了“低碳革命”计划，发展电动汽车是该计划核心内容之一经产省安排245亿日元用于下一代汽车电池的开发（2007-2011财年），安排210亿日元针对电池创新的先进基础科学研究（2009-2015财年）

加大对纯电动汽车、混合动力车、清洁柴油车、天然气车以及获得认定的低排放且燃油消耗量低的车辆的税收优惠力度。日立ENAX三菱重工容量(安时)82096平均电压(伏)3.83.83.7能量密度(瓦时/千克)90133125功率密度(瓦/千克)--2500900循环寿命（次）>200>500测试中U1-12XPU24-12XPU27-12XPUEV-18XP容量(安时)4011013869平均电压(伏)12.812.812.819.2能量密度(瓦时/千克)79899189循环寿命（次>1000>1000>1000>1000VL45EVL41MVL22MVL30PVL6P容量（安时）454122307额定电压（伏）3.63.63.63.63.6能量密度（瓦时/千克）1511361209769功率密度（瓦/千克）663794107613812027应用方向（瓦）EVPHEVHEV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节能与新能源汽车类型节油率最大电功率比BSG车型10%-20%20%-30%30%-100%混合动力汽车5%-10%0.4――――――10%-20%2.83.2――20%-30%――3.23.64.230%-40%――――4.24.540%以上――――――5.0纯电动汽车100%――――――6.0燃料电池汽车100%――――――25.0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

巨大的多元化市场锂离子动力电池价格为3-4元/Wh，远低于欧美日（约14元/Wh）稀土永磁电机价格约为目前国际价格的60%15324政策向好，体制优势电力盈余，削峰填谷产业雄厚，资源丰富市场需求巨大，成本优势明显设施后发优势，运营模式灵活电动汽车发展的宏观政策导向基本形成集中力量办大事的社会主义经济体制仅通过提高现有火电装机的利用小时数即可满足30年推算供给。充电过程谐波可解决，还可对电网起到“削峰填谷”作用电动自行车、摩托车产业迅猛发展，保有量超过5000万辆，世界最大生产国。锂资源储量380多万吨，世界第二位稀土资源储量6588万吨，世界最大的轻型电动车生产国和市场城市化建设发展空间巨大多种灵活的充电运行模式消费者调查结果：在3400名被访的普通消费者中接近70%的人可以接受最高车速60-80km/h、一次充电行驶里程100-160km的小型、中低速纯电动汽车

消费者调查结果：阻碍消费者购买电动轿车的主要因素仍在于对充电管理困难程度的担心条件优势

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