国内外电动汽车发展现状

国内外电动汽车发展现状摘要本文介绍了美国、欧洲及日本等国家和地区电动汽车产业的发展历程，对比我国电动汽车的市场结构、技术研发、产业政策及示范运营状况，指出我国电动汽车产业发展过程中存在政策统筹、核心技术、基础设施建设和产品认可度等方面的不足；对电动汽车相关技术，如电机驱动技术、能量管理系统、锂离子电池技术等的发展现状与趋势等进行了探讨。0引言随着全球金融危机、生态环境恶化与能源、资源枯竭等问题的加剧，大力研究和利用电动汽车相关技术及促进产业发展已成为世界汽车工业竞争的一个新焦点。美国、日本、德国等世界主要汽车制造强国纷纷加入抢占电动汽车技术和市场制高点的行列，我国有关部门及各地政府也积极响应行业趋势，将电动汽车确定为国家7大战略性新兴产业之一，并先后推出了《节能与电动汽车产业发展规划》、《电动汽车“十二五”专项规划》等规划措施，积极引导和鼓励国内电动汽车产业的发展。在各项政策的推动下，国内汽车企业不断增加对电动汽车及相关零部件的研发投入，在突破电池、电机、电控等关键技术、完善基础设施建设、推动电动汽车产业化等方面取得了长足的进步。1国外电动汽车的现状和发展趋势1.1全球电动汽车市场现状及趋势近年来，全球电动汽车市场正以更快的速度成长，电动汽车产销量均有明显提升。2014年全球市场共销售353522辆电动汽车，同比增长56.78%；其中，电动乘用车323864辆，占比91.61%(电动乘用车指“双80”车，即最高时速80km/h以上，同时一次充电续航里程80km以上)；电动客车及电动专用车29658辆，占比8.39%[1]。美国、欧盟、中国、日本仍然在全球电动汽车市场中位居前列。全球各主要国家电动汽车2014年保有量及2020年预计保有量如表1所示[2]。美国的通用、福特、特斯拉公司，日本的丰田、日产及本田公司，欧洲的宝马、奔驰、雪铁龙公司等都在电动汽车的研制与开发上呈现出很强的实力。表1世界主要国家电动汽车保有量年份中国法国德国印度英国美国日本201412000030912244197584214252751041082482020500万200万100万700万150万150万200万从全球主要汽车生产厂家的销量和发展计划来看，目前，“低排放”汽车(主要指混合动力汽车)经过长时间的发展，技术最为成熟，已进入快速增长期，其销量、增幅和占比都远远高于其他车型；随着动力电池性能的提升及充电基础设施建设的完善，“零排放”汽车(主要指纯电动汽车)也逐渐走上产业化的道路，特别是小型的纯电动汽车更是发展迅速；燃料电池汽车在技术和经济方面仍存在诸多瓶颈，其大规模推广还存在相当的距离。目前，世界主要国家政府都制定了电动汽车中长期发展战略规划，预计电动汽车市场会在未来10年内持续增长，成为拉动经济发展的新的增长点。1.2国外电动汽车发展历程1.2.1美国(1)市场状况。美国是全球规模最大的电动汽车市场，2014年电动乘用车的销量达到119710辆，较2013年增加22.7%[3]。目前，插电式混合动力汽车是美国电动汽车市场销量和增幅最大的产品。(2)技术研发。美国电动汽车发展以通用、福特和克莱斯勒三大汽车公司为主导，利用三大汽车公司雄厚的技术开发力量和先进制造条件，通过汽车、机电、电子、控制和材料等行业的分工合作，开发出电动汽车的各种总成和技术单元。1991年，美国三大汽车公司达成协议，成立“先进电池联合体”，共同致力于纯电动汽车的研究。但经过13年的探索，蓄电池技术还是未能获得关键性突破，以通用为代表的汽车厂商不再积极鼓励发展纯电动汽车，转向了对燃料电池车的研究。2009年奥巴马上台后又转向了率先实现混合动力车商业化、燃料电池车作为远期目标的电动汽车发展战略。在国家战略的引导下，美国各类电动汽车技术成果颇丰，先后提出了针对纯电动汽车与混合动力汽车的四大类标准，并形成了世界上最完善的燃料电池汽车标准体系。截至2012年，在混合动力汽车、燃料电池汽车等电动汽车关键技术领域，美国获得授权专利数量占据了全球专利总数的22%。1.2.2欧洲(1)市场状况。步入21世纪后，电动汽车行业在欧洲迅速发展。在一些起步较晚的国家，如荷兰、挪威等，电动汽车发展尤其迅猛，电动汽车保有量持续增加。据欧洲汽车制造商协会(ACEA)数据显示，2014年欧盟28个成员国加上自由贸易联盟国家电动车销量达到97791辆，同比增长50.3%，挪威、英国等国家甚纵”，以多能源动力总成控制系统、驱动电机及其控制系统、电力蓄电池及其管理系统3种共性技术为“三横”的电动汽车研发格局，共计200多家整车及零部件企业、高校和科研院所参与了电动汽车专项研发。2012年7月，国务院发布的《节能与电动汽车产业发展规划》中指出以纯电驱动为电动汽车产业发展和汽车工业转型的主要战略取向，当前工作重点是纯电动汽车和插电式混合动力汽车的产业化建设。在此方针的指导下，我国电动汽车技术经过“三纵三横、整车牵头”和“三纵三横、动力系统技术平台为核心”两阶段攻关，继续取得重大突破，逐步形成了整车零部件企业协同研发、标准检测平台和应用示范为支撑载体的研发创新体系，并取得了丰硕的成果。如锂离子动力电池和燃料电池系统性能与耐久性稳步提升，成本大幅下降；车用电机系统性能取得较大进展，产业化能力大幅提升；高密度永磁电机功率密度达2.68kW/kg，系统最高效率达到94%以上[7]。国内汽车企业也纷纷增加对电动汽车及相关零部件的研发投入。2008年，比亚迪一款型号为F3DM的电动汽车获准批量生产和销售，标志着我国电动汽车产业正式进入产业化阶段。2012年，我国累计发布60多项电动汽车相关标准，涉及电动汽车及动力电池安全、能耗消耗量测量、充电接口及通信协议等多个领域，为实现电动汽车规模产业化，尤其是纯电驱动汽车销量达到同类车型总销量1%左右的重要门槛提供了重要的科技支撑[8]。3我国电动汽车技术发展现状与趋势3.1电机驱动技术电动机及其控制技术是电动汽车系统的核心技术。现代电动汽车和电控与20世纪40年代开发的电瓶车技术有着本质的不同。现代电动车一般采用新型的高效可靠的传动电机，如直流无刷永磁电机、开关磁阻电机及微电子调速控制技术，我国生产的适合车用动力的永磁电机质量很高，已形成出口能力。因此，这部分技术已相对成熟，有实用价值[9-10]。3.2能量管理系统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、适当的能量源(即电池)外，还应该有一套维持电动车所有蓄电池组件的工作，并使其处于最佳状态；采集车辆的各个子系统的运行数据，进行监控和诊断；控制充电方式和提供剩余能量显示等职责的能量管理系统。能量管理系统研究与开发不仅要建立包括蓄电池在内的电动车的数学模型，而且要开发以微处理器为核心的电子控制单元。目前国内比较成型的EMS技术主要是针对某一动力系统设计的，效果比较好，但是不同的电动汽车动力传动结构有不同的系统配置，EMS管理体系结构的多样性及电动汽车对于高效的实时性能的需求，大大增加了控制任务的复杂性。因此，研究新的动力传动配置和控制器以及更具有通用性的EMS已经成为目前的发展方向。3.3锂离子电池技术当前，制约电动汽车尤其是PHEV和EV车型发展的核心问题在于续航里程偏短、车体偏重，存在安全隐患，并且价格居高不下，尽管这些问题短期可通过降低整车性能要求(如缩短行驶距离、延长充电时间)来解决，然而长期来看必须从提高电池能量密度、提升电池安全性能和降低电池成本等电池技术层面进行根本性突破。其中，提升电池体系的能量密度以增长续航里程，目前已成为各大汽车厂商和动力锂电池制造商共同努力方向。目前装车应用最广泛的基于磷酸铁锂和锰酸锂正极的锂离子动力电池，其单体电池的能量密度只有130Wh/kg；组合成电池组后，电池系统的能量密度不到90Wh/kg[11]。为推动我国动力锂离子电池产业技术突破，工信部和科技部提出了近期的规划目标，如表3所示。表3中国电池产业近期规划目标年份规划能量密度/（Wh·kg-1）循环寿命/次成本/（元·Wh-1）2015年底科技部：《新能源汽车技术政策研究》目标工信部：《电池工业十二五发展规划》目标≥200≥2000≤1.52020年底—≥250≥3000≤1总体来说，我国的电机驱动技术与国际先进水平已基本持平，但是电池能量管理系统与锂离子电池在能量密度方面的差距限制了我国电动汽车产品的续航里程，抑制了消费者的购车热情。我国政府已出台促进锂离子电池技术发展的相关政策。可以预计未来5年内，锂离子电池产业会有持续大规模的投入并得到较快的发展。4参考文献[1]肖何,杨阳.2014年全球电动汽车销量突破35万辆同比增长56.78%[N].中国电池杂志,2015-03-25.[2]InternationalEnergyAgency.Global-EV-Outlook2015[R].Paris:IEA,2015.[3]刘重才.全球新能源车销量激增国内企业或受益[N].上海证券报,2014-10-10.[4]程广宇.国外车用充电基础设施建设进展及启示[J].科技创新与生产力,2012(4):11-14[5]亚洲汽车产业调查分析[J].FOURIN世界汽车调查月,2015(80):34-35.[6]张冬明.新能源汽车推广应用相关政策及趋势分析[J].汽车工业研究,2015(1):19-23.[7]王嘉诚.中国新能源汽车产业发展分析[D].上海:上海师范大学,20