新能源汽车现状及发展前景

新能源汽车现状及发展前景绪论目前汽车业是我国经济发展的重要支柱，交通运输业的影响力系数排位第三。但是我国的石油资源仅占世界石油资源的2%，人口数量却占世界总量的22%。据交通部统计到2009年底我国机动车保有量为1.86亿，其中汽车保有量为7619万辆，而且还在不断增加。汽车业发展给我国环境保护带来了很大的压力，废气、噪音时刻影响着城市的环境。所以我国的汽车排放法规也日趋严格。而近十几年来，全球石油资源却日趋紧张、价格屡创新高，更糟糕的是严重的大气污染和地球温室效应的加剧，已经对我们的生活及其环境造成了严重的危害，这促使人类不断探索新的技术，新的能源来替代或者减缓对传统石油资源的依赖，特别日新月异的科技，以及电力驱动技术得到不断发展完善，新能源汽车将作为未来汽车的主要发展方向。新能源汽车分类及其特点所谓新能源汽车，即使用新型清洁型能源作为动力，来代替通常使用的高污染类可燃油质，以汽油和柴油为主。清洁替代燃料汽车清洁替代燃料汽车指使用非石油提炼的液化天然气、压缩天然气、醇类燃料（甲醇及乙醇）、醚类燃料（二甲醚）、生物柴油、煤制油及氢气等作为直接燃料的汽车。清洁替代燃料汽车的特点是依然使用内燃机作为驱动装置，汽车在进行技术和结构改装后，使用性能与普通汽、柴油车相当。使用清洁替代燃料可以减少对石油的消耗，同时，降低空气污染，减少一氧化碳、氮氧化物和有害颗粒物的排放，达到欧Ⅲ或欧Ⅳ排放标准。混合动力汽车混合动力汽车指装有2种动力源，采用复合方式驱动的汽车。车载动力源有多种:内燃机机组、蓄电池、燃料电池、太阳能电池等。当前的混合动力汽车一般由内燃机和蓄电池共同驱动。混合动力汽车的特点是实现了内燃机与车载动力电源的有效互补。由于有发动机的辅助作用，现阶段蓄电池的性能水平已经可以满足使用要求。由于将刹车、减速时的能量损耗转化为电能，混合动力汽车能量利用率由传统汽车的50%～60%提高到90%左右，节油率可达20%～40%，尾气污染也减少近一半。电动汽车纯电动汽车纯电动汽车是指以车载电源（高性能蓄电池）为动力，用电机驱动行驶的车辆。目前，车用蓄电池主要有铅酸电池、镍氢电池、锂离子电池等，锂离子电池因能量密度大、自放电小、无记忆效应等优点，是现阶段开发的重点。纯电动汽车的特点是动能来源广泛，可利用现行常规电源为蓄电池充电，可以实现使用时真正的零排放和低噪音，即使按所耗电量换算为发电厂的排放，除硫和微粒外，其他污染物排放量显著减少，且有利于污染物的集中处理。燃料电池汽车燃料电池汽车是指以氢气、甲醇等为燃料，通过化学反应产生电流，依靠电机驱动的汽车。燃料电池的种类有碱性燃料电池、质子交换膜燃料电池、磷酸型燃料电池、熔融碳酸盐燃料电池和固体氧化物燃料电池等。质子交换膜燃料电池具有小型、轻量化的特点,最适合在汽车上应用。燃料电池汽车不存在续驶里程短的问题，但需要用少量电池或超级电容器来提高加速性能。直接以氢气为燃料，燃料电池汽车的排放物是水;以甲醇为燃料，排放物中有少量的二氧化碳。燃料电池汽车具有高效、无污染或低污染等特点，应用范围较为广泛。新能源汽车技术与应用现状清洁替代燃料汽车目前，采用压缩天然气（CNG）和液化石油气（LPG）的替代燃料汽车从技术角度已经完全满足使用要求，在世界各国得到了广泛应用。我国上海80％的出租车使用LPG燃料，北京建成世界上数量最多的CNG公交车队，在运行的CNG公交车约有4200辆。我国煤基甲醇汽车已进入产业化示范和推广阶段。低比例甲醇掺烧技术（M15:在汽油中掺15%的甲醇）已经成熟，在动力性、冷启动、腐蚀性、溶胀性、经济性、尾气排放、安全、油箱清洗、抗相分离等9个方面与E10（在汽油中掺10%乙醇）和天然气燃料车辆相比稳定可靠、运行良好。现有车辆只更换部分零部件就可以使用M15。高比例甲醇（M85-M100）在毒性、腐蚀性、耐久性方面的问题已经解决，低温启动、冷机排放方面还需进一步改善，需对汽车进行一定的结构改装。甲醇汽车是我国新能源汽车战略的重要组成部分，山西、陕西、河南等18个省、市、地区开展了燃料甲醇与甲醇汽车的研发推广工作。国内奇瑞、华普汽车、重庆长安、东风雪铁龙已经研制出甲醇汽车;上汽荣威750明确标明:该款汽车适应M15甲醇汽油;大众公司的燃油系统部件上也标明适应M15甲醇汽油。醚类燃料正处于产业化前期阶段。二甲醚汽车发动机效率和热效率较高，噪声明显低于柴油机，可实现超低氮氧化物排放、无烟、无硫燃烧和无可见微粒排放。二甲醚作为车用燃料替代柴油，还需加强可靠性、耐久性和经济性研究。在欧洲，VOLVO等汽车公司已进行二甲醚客车试车与示范应用;二甲醚城市客车在我国上海、山东等省市也有小规模应用。以液化天然气为例，简介其发展状况。天然气汽车的基本原理与汽油动力汽车的原理一样。也就是说，天然气在四冲程发动机的气缸中与空气混合，通过火花塞点火，推动活塞上下移动。尽管天然气与汽油相比，可燃性和点火温度存在一些差别。但采用的是与汽油动力汽车基本理念一致的运行方式。使用天然气的最大优势就是它们可以减少对环境有害气体的排放。与汽油动力汽车相比，天然气汽车可以减少多达93%的一氧化碳排放量、减少33%的氮氧化物和50%活性烃气的排放量。在颗粒物排放的评测中，天然气汽车的效果更为明显。内燃机排放微粒可通过空气传播并可蓄积有毒物质。采用柴油引燃的天然气汽车可以将碳烟颗粒的排放量减少十倍，但改装件的结构较为复杂。在中国大多数是将传统的汽油动力汽车改装成使用天然气作为动力行驶。这种方式，技术要求不高，改装费用也不算很高，但车辆性能会下降很多，汽油汽车在改用天然气后功率往往会下降10%～20%左右，这就是司机所说的爬坡没劲、加速响应慢等现象。要想使天然气汽车达到较好的性能，并不仅仅是将现有的汽油动力汽车改装一下，这需要完全重新设计制造。所以在国外一辆全新的天然气汽车售价比同等的汽油动力汽车高很多。优点如下所示：①天然气的费用比汽油低，有较高的经济效益。在相同的当量热值时，世界各国一般将1立方米天然气的价格控制为1升汽油柴油的一半。天然气储量比石油丰富很多，与汽油价格相比，天然气的价格非常稳定。这使得正确进行长期成本规划更为容易。如果各类发动机的热效率比较近，则天然气汽车的燃料费用大约是汽油车或柴油车的一半。这不仅弥补了由于汽车数量不断增加而引起的液体燃料供应不足，而且使汽车的运行费用大幅度降低。②有较好的环保效益，这是它最大的优势。与石油燃料相比，气体燃料在制备过程中能量损失较小，而且对大气的有害排放污染物少。从燃料来源及使用考虑，对环境保护是更有利的。③就汽车发动机而言，天然气容易扩散，在发动机中容易和空气均匀混合，燃烧比较完全、干净，不容易产生积碳，抗爆性能好，不会稀释润滑油，因而使发动机气缸内的零件磨损大大减少，使发动机的寿命和润滑油的使用期限大幅度增长。这些都会降低汽车的保养和运行费用，提高汽车使用的经济性。缺点如下所示：①由于天然气燃料的能量密度低，天然气汽车携带的燃料量较少，一般行驶距离较汽油车短。由于气体燃料在气缸中的可燃混合气里占有一定的容积(汽油机气缸中流体燃料所占容积忽略不计)，在同样的气缸工作容积下，用天然气作燃料时作的功少。②由于目前的天然气汽车是在原来的汽油车或柴油车的基础上改装的，原来汽油机或柴油机的燃料系统大多保留。这样，要在原汽车上增加天然气燃料系统，特别是气瓶使原来汽车的有效空间减少，本身的自重也增加了。③天然气是气态燃料，不容易储存和携带。为此，需要加压或液化以便装瓶，还需要建造比汽油、柴油加油站投资都大的加气站，并形成一定的网络，投资较大。④对减少二氧化碳的排放没有任何益处，仍然无法从根本上降低地球二氧化碳的排放。⑤应该注意的是，天然气与汽油一样，都是矿物燃料，不能将其视为可再生资源。尽管美国的天然气储量相当大，但它们也不是取之不尽的，如果大量使用，也许会走石油资源越来越昂贵的老路，这样它目前的价格优势将不复存在。最后还有一点，在我国，政府似乎对大量使用这种带有高压易燃性气体燃料储存罐的车辆是否会危害社会公共安全心存疑虑，所以，目前基本上只在城市公交，部分出租车等易于管控行业使用。虽然有以上的不足之处，但从总的经济和社会效益分析，用天然气作为汽车燃料还是利大于弊。在当前汽车排放还无法进入零碳时代，如果在国家政策导向、能源开采、汽车制造商、管控等环节都具备条件的话，还是很有发展的。混合动力汽车丰田Prius是混合动力汽车最早实现商业化的代表,1997年实现批量生产。2003年起使用第二代混合动力系统THSⅡ，排量为1496ml，采用最大功率53kW/4500r/min，以发动机供给动力为主，蓄电池为辅，采用镍氢电池，串并联控制方式，平均百公里油耗4L左右。截止2008年底，丰田混合动力汽车全球销量累计已突破100万，自2006年1月在中国上市，销售约2500辆。2005年，我国长春一汽在自主品牌车辆上应用丰田混合动力系统技术，成为国内首家混合动力车生产厂商。同年，《国家混合动力汽车标准》正式实施。2008年，国家发展和改革委员会新车目录上，有大批混合动力车型获批，包括上海通用君越、一汽奔腾和长安杰勋，以及东风、北汽福田的混合动力客车等。2008年12月15日，我国比亚迪双模电动汽车（电动模式+混合动力模式）投入市场，其技术水平已达到世界领先水平。该双模电动汽车使用原料丰富、环保且安全性好的磷酸铁锂蓄电池为汽车提供动力，以蓄电池供给动力为主，电力不足时才利用发动机，更加节能环保，最大输出功率达125kW，相当于3.0L发动机的动力性能。上汽荣威750混合动力轿车最高时速达205km/h，最大续驶里程达500km，可实现综合节油率20％左右，预计2010年底上市。混合动力汽车在中国已经开始摆脱“概念”阶段。电动汽车纯电动汽车铅酸电池发展成熟，性能较差。铅酸蓄电池时应用历史最长、技术最成熟、成本最低廉的蓄电池，已实现大规模商业化应用；但它比能量低，自放电率高（放电时电压和性能下降），循环寿命低，铅的重量大，而且铅作为重金属在生产和回收过程中可能产生环境污染。目前铅酸电池主要用于汽车启动时的点火装置，以及电动自行车等小型设备的动力电池；用作汽车动力电池的可能性基本被排除。镍氢电池是动力电池的主要类型，但其潜力有限。相对于之前的电池（铅酸电池、镉镍电池等），镍氢电池具有充电快速、使用寿命长、安全性好等优点，所以被广泛用于动力电池，如著名的丰田Pruis使用的就是镍氢动力电池。但镍氢电池的能量密度低、“记忆效应”等缺陷严重遏制了该技术路线在汽车领域的进一步发展，其前景十分有限。锂离子电池应用前景好，将逐渐取代铅酸电池和镍氢电池。锂电池具有体积小、能量密度和功率密度高、电压高、环保性好和无污染性等优点，锂电池的能量密度是镍氢电池的近2倍。在成本近年显著降低后，锂电池在动力电池领域获得越来越多的应用。当然，锂电池还存在过充放电保护和安全性等问题，但随着电池管理系统技术的进步，已逐步得到解决。超级电容器能量密度过低，或可用作辅助电源。超级电容器是一种电容量可达数千法拉的电容器，与蓄电池相比有充放电寿命长、充电快速等优势。尽管超级电容器能量密度是蓄电池的5%或更少，但是这种能量的储存方式可以应用在蓄电池不足之处与短时高峰值电流之中，作为辅助电源使用。车用电池的性能指标是影响纯电动汽车发展的关键因素，早期开发使用的铅酸、镍氢蓄电池，能量密度较低，使得电动汽车在爬坡、加速和续驶里程方面难以满足使用要求。近期以锰酸锂、磷酸铁锂为正极材料的锂离子电池车在提高性能方面取得了重大进展:车辆一次充电续驶里程最高达到300km以上（燃油汽车一次加油续驶里程为400～500km），最高时速达200km/h，快速充电需20min左右的时间。我国纯电动汽车与世界先进水平相近，纯电动客车最大时速可达80km/h，续驶里程达180km;比亚迪开发纯电动轿车一次充电续驶里程已达到400km，最高时速160km/h，可充电2000次，蓄电池寿命预计为8～10年。截至2007年底，已建立北京、上海、武汉、天津等7个电动汽车商业化示范城市。北京研发生产的4种车型、近40辆电动公交客车和旅游客车于2005年6月投入示范区运营，至2008年底已累计可靠运行超过100万km。北京奥运会期间，由50辆纯电动客车组成的世界上规模最大的锂离子无障碍电动客车车队在奥运中心区顺利运营，累计运行12万km，载客14万人。纯电动汽车普及还需解决的问题主要有:（1）动力电池的性能，包括提高容量、充放电次数，缩短充电时间，以及提高各种环境下的适应性和安全性。（2）电池成本，开发出性能优越又价格便宜的动力电池，降低整车价格。（3）配套充电基础设施，建立比较方便快捷的充电网络或电池租赁体系。燃料电池汽车通用和奔驰汽车公司的燃料电池汽车技术比较先进。奔驰氢燃料电池轿车已批量生产60辆，在欧洲、日本、新加坡和美国等地进行运行试验，该车采用质子交换膜氢燃料电池，应用65kW异步电动机加以驱动，时速最高可至140km/h，行程达162km。在我国，由清华大学为主承担的“燃料电池城市客车整车技术”等有关研究课题，已研制出12辆16座中巴燃料电池轻型客车样车投入运行，该车额定功率18kW，驱动电机额定功率35kW，最高车速80km/h，最大爬坡度15%，0～40km/h的加速时间不大于15s，一次加氢续驶里程大于165km。2007年，我国第四代燃料电池轿车研制成功，该车最高时速达150km/h，最大续驶里程319km。奥运会期间，上海大众制造的20辆帕萨特领驭氢燃料电池轿车，作为公务用车在奥运中心区投入示范运营，成功完成了运送任务。比较项目替代燃料车混合动力车纯电动车燃料电池车所处阶段商品化实用初级产业化示范应用研发试用尾气排放低于传统汽车传统汽车的1/2左右使用时零排放零排放或超低排放动力来源较广广广较窄能量转换率略高于传统汽车较高较高高成本略高于传统汽车1.5-2倍2倍及以上10倍及以上燃料电池汽车要实现推广应用，还需解决下列问题:（1）氢气来源与安全储运，成本适中、安全性好的制氢、储氢技术还在研发中。（2）降低燃料电池成本，开发廉价的催化剂替代价格高涨的铂催化剂。（3）加氢装置及加氢站建设，开发高效、安全的加氢装置，建立加氢站。（4）提高燃料电池使用寿命和可靠性。目前，燃料电池堆寿命约为2000h;北京市示范运行的燃料电池公共汽车平均完好率为92%，而柴油车达到99.16%。国内外发展状况中国新能源汽车产业发展趋势新能源汽车产后发展主要集中在纯电动汽车和油/电混合动力汽车上。因这两种汽车在节能与环保方面的较高可行性，有望成为下一阶段新能源汽车的主流。届时世界汽车将摆脱依靠石油能源的时代，进入单一的新能源汽车时代。1、我国新能源汽车产业刚刚起步，并没有具备明显优势的技术方向，所以国家有关部委在选择具体的新能源汽车道路时采取了多管齐下的策略，对各种可行的技术都予以一定的支持。2、但这并不意味着国家在新能源汽车开发上没有侧重点。2008年11月上旬，科技部部长万钢、国家863节能与新能源汽车重大项目总体组组长欧阳明高、国家发改委产业协调司副司长陈建国先后对中国新能源汽车的发展发表看法，他们都表示混合动力是比较合适的过渡方案。我国新能源汽车战略道路已逐渐走向清晰，而混合动力车将成为下一步开发重点。3、插电式混合动力车是混合动力向纯电动的过渡技术，将成为混合动力汽车的重点。欧洲新能源汽车发展现状重视生物燃料的开发应用欧洲历来重视节能和减排。欧盟委员会于2007年公布了“新欧洲能源政策”。目标2020年将温室效应气体排放量降低20％将可再生能源的比例提高到20％；同时将今后7年欧盟能源领域的研究开发预算提高50％。清洁柴油车发展迅速凭借欧洲汽车厂商在柴油发动机上强大的技术优势，欧洲在清洁柴油乘用车方面发展最为迅速。目前，柴油车在乘用车总销量中的比重已超过50%。欧洲各国政府大力支持除欧盟委员会外，欧洲各国政府也根据本国情况制定了大量的政策和措施，旨在推动新能源汽车的开发和消费。美国新能源汽车发展现状以生物乙醇汽车为核心2007公布的可再生燃料标准要求美国汽车能耗的4%必须是可再生燃料，总量大约为47亿加仑。这一标准值至2012年将达到75亿加仑。鼓励混合动力汽车的使用2007美国规定消费者购买符合条件的混合动力车，可以享受到250美元至2600美元不等的税款抵免优惠。政府制定优惠政策近年来美国燃料乙醇生产和消费量都处于快速上升中，其主要需求就来自于替代汽车燃料。日本新能源汽车发展现状日本新能源汽车发展迅速日本地域狭小，资源贫乏，因此异常重视新能源汽车的开发。2006年5月日本政府制定了“新国家能源战略”，战略提出到2030年将目前近50％的石油依赖度进一步降低到40％。混合动力汽车领域独树一帜日本混合动力车已形成产业化，鼓励燃料电池和生物燃料的发展。目前，丰田、本田、日产等日本厂商的混合动力汽车不仅在国内热销，在国际市场上也令其他国家厂商望其项背。重视燃料电池和生物燃料等技