新能源汽车的发展 前路漫漫

时间:2013-10-23
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分类:专题
在中国汽车业“十二五”规划中,新能源汽车被列为中国汽车行业今后五年发展的重中之重,提出到2015年,中国国内新能源汽车的年销量达到百万辆的目标。在2013年9月17日工信部发布的《关于继续开展新能源汽车推广应用工作的通知》中,新能源汽车推广补贴新政策落地了,个人购买纯电动乘用车最高补贴6万元,补贴力度明显下降了,再加上售价偏高、安全性有待提高、宣传力度不足等原因,新能源汽车的发展前路漫漫啊!

按照发改委公告定义,新能源汽车是指采用非常规的车用燃料作为动力来源(或使用常规的车用燃料、采用新型车载动力装置),综合车辆的动力控制和驱动方面的先进技术,形成的技术原理先进、具有新技术、新结构的汽车。

 

新能源汽车包括纯电动汽车(BEV,包括太阳能汽车)、混合动力电动汽车(HEV)、燃料电池电动汽车(FCEV)、其他新能源(如超级电容器、飞轮等高效储能器)汽车等。

纯电动汽车(BEV)

混合动力电动汽车(HEV)

燃料电池电动汽车(FCEV)

纯电动汽车是指完全由动力蓄电池提供电力驱动的电动汽车,虽然它有134年的悠久历史,但一直仅限于某些特定范围内应用,市场较小。主要原因是由于各种类别的蓄电池,普遍存在价格高、寿命短、外形尺寸和重量大、充电时间长等严重问题。 

混合动力是指那些采用传统燃料的,同时配以电动机/发动机来改善低速动力输出和燃油消耗的车型。按混合方式不同,可分为串联式、并联式和混联式三种;按混合度(电机功率与内燃机功率之比)的不同,又可分为微混合、轻度混合和全混合三种。

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。其电池的能量是通过氢气和氧气的化学作用产生,过程中不会产生有害产物,燃料电池的能量转换效率比内燃机要高2~3倍,因此燃料电池汽车是一种理想的车辆。

优点:技术相对简单成熟,只要有电力供应的地方都能够充电。

缺点:蓄电池单位重量储存的能量太少,且电动车的电池较贵,又没形成经济规模,故购买价格较贵,至于使用成本,有些试用结果比汽车贵,有些结果仅为汽车的1/3,这主要取决于电池的寿命及当地的油、电价格。

优点:1、可按平均需用的功率来确定内燃机的最大功率,使其处于油耗低、污染少的最优工况下工作;2、方便回收能量;3、实现“零”排放;4、可利用现有的加油站加油,不必再投资;5、可让电池保持在良好的工作状态,延长其使用寿命,降低成本。

缺点:长距离高速行驶基本不能省油。

优点:1、零排放或近似零排放。2、减少了机油泄露带来的水污染。3、降低了温室气体的排放。4、提高了燃油经济性。5、提高了发动机燃烧效率。6、运行平稳、无噪声。

缺点:燃料电池电动汽车存在发动机使用寿命短、制造成本高、环境适应很差和燃料使用成本大等的技术、经济问题。

 

国家新能源汽车生产准入强调三大核心技术:电机及电机控制器、电池及电池管理系统、整车控制系统。其中动力电池技术是全球新能源汽车所面临的一个共同技术难题,从铅酸电池、镍氢电池到锂电池,电池的比能量阶梯型提升,但纯电动车的续时里程仍然无法与传统汽车相比(从比能量和比功率的角度看)。因此,动力电池技术是新能源汽车面临的技术瓶颈。即使人们可以接受目前的纯电动车续时里程,充电站布局、数量等基础建设也需要配套到位。同时充电时间的问题,充电接口标准化的问题等都需要解决。

●电池三大分类

汽车所使用的电池主要分为三大类,即为物理电池、生物电池以及化学电池。

◎物理电池是利用光、热、物理吸附等物理能量发电的电池,如太阳能电池、超级电容器和飞轮电池等。

◎生物电池是利用生物化学反应发电的电池,如微生物电池、酶电池和生物太阳电池等等。

◎化学电池是利用物质的化学反应发电的电池系统,其中主要分为原电池、蓄电池、燃料电池和储备电池四种。

原电池

蓄电池

燃料电池

储备电池

原电池就是一次性电池,是指电池放电后不能用一般的充电方法使活性物质复原而继续使用的电池,如锌-二氧化锰干电池、锂锰电池、锌空气电池以及一次锌银电池等。

蓄电池又称二次电池,是指电池在放电后可以通过充电的方法使活性物质复原而继续使用的电池,也是目前最常见的充电电池,如铅酸蓄电池、镍氢电池和锂离子电池等。

燃料电池又称联系电池,是指参加反映的活性物质从电池外部连续不断的输入电池,如质子交换膜燃料电池、碱性染料电池、磷酸燃料电池等。

储备电池是指电池正负极与电解质在储存期间不直接接触,使用前注入电解溶液使正负极接触,此后电池进入待放电状态,如镁电池、热电池等。

 

●新能源车对于电池系统的要求

就像对于内燃机车对于发动机的各种要求,新能源车对于电池组也有着苛刻的要求,而这几项对于电池组的要求则直接关系到了新能源车在电动驱动方面的效能等问题。

◎比能量:为了提高电驱动的续航里程,要求汽车上动力电池需要最大限度的存储能量,但其前提是不能过多的增加车体自重、占用空间,所以需要电池组需要有很高的比能量。

◎比功率:为了能使电驱动的加速性能。爬坡性能以及负载性能与内燃机车相提并论,所以对于电池组的比功率会有很高的要求。

◎充放电效率:电池中能量必须经过充电-放电-充电的循环,高的充放电效率对于电驱动的行驶效率有着至关重要的作用。

◎稳定性:电池组应当在快速充电和放电的往复工况中保持性能的稳定性,使其在动力系统使用条件下能达到足够的放电循环次数。

◎成本:除了降低电池的初始购买成本,还要提高电池的使用寿命。

◎安全性:电池不能引起自燃或者燃烧,同时在发生车辆碰撞的时候,不会对驾乘人员造成人身伤害。

●电池的发展

铅酸蓄电池

镍氢电池

锂离子电池

燃料电池

铅酸蓄电池是一种电极主要由铅及其氧化物制成,电解液是硫酸溶液的蓄电池。自1958年发明以来,其使用和发展已经有了100多年的历史,其广泛应用于内燃机车的动力端,铅酸蓄电池是最成熟的新能源电池系统,且可靠性好、原材料价格低廉,同时比功率也基本上可以满足电动驱动的动力要求,所以在新能源汽车中广泛应用。

镍氢电池是20世纪90年代发展起来的一种新型电池,它的正极活性物质主要由镍制成,负极活性物质则由氢合金支撑,属碱性电池。镍氢电池具有高比能量、高功率,适合大电流放电、可循环充放电、无污染,属于一种绿色能源,目前很多新能源动力车型所使用的电池组都会选择镍氢电池。

锂离子电池是主要依靠锂离子在正极和负极之间移动来工作。一般采用含有锂元素的材料作为电极的电池,是现代高性能电池的代表。最早在1990年由日本的索尼公司推向市场,是目前世界上最新一代的充电电池系统,相比镍氢电池,混合动力汽车采用锂离子电池,可使电池系统重量下降40%~50%、体积减小20%~30%,能源效率也有提升。

燃料电池是一种化学电池,它直接把物质发生化学反应时释放的能量转化为电能,工作时需要连续地向其供给活物质燃料和氧化剂。燃料电池的发展是以电化学、电催化、电极过程动力学、材料科学、化工过程和自动化等学科为基础的,而最早的燃料电池在1839年格洛夫使用电解水产生的氢气和氧气而制造出了最早的燃料电池。

优点:1、除锂离子电池外,在常用蓄电池中,铅酸蓄电池的电压最高,为2.0V;2、制造成本低;3、可做成各种尺寸和结构的蓄电池;4、高倍率放电性能良好;5、电能效率可以达到60%;6、高低温性能良好,可以在-40℃~60℃条件下工作;7、易于浮充使用,没有“记忆”效应,且易于识别荷电状态。

缺点:1、比能量低,在新能源车重所需要占用的整体质量以及体积比较大,一次充电可行驶的历程比较短;2、使用寿命短,且后期使用成本高;3、充电时间长;4、铅是重金属,存在污染,与新能源动力车的概念背道。

特点:镍氢电池具有无污染、高比能、大功率、快速充放电、耐用等诸多特性:1、比功率高,目前商业化的镍氢电池功率可以达到1350W/kg;2、循环次数多,目前应用在电动车辆上的镍氢动力电池组,80%放点深度循环可以达到1000次以上,为铅酸电池的三倍以上,100%DOD循环寿命也在500次以上,在混合动力的汽车上可以使用五年以上;3、无污染,镍氢电池不含铅、镉等对人体有害的金属;4、耐过充过放,无记忆效应;5、使用温度范围大,正常使用温度范围在-30~50℃,存储温度范围-40~70℃;6、安全,可以抵抗短路、挤压、针刺、跌落、加热、震动等情况,且不会发生爆炸或者燃烧现象。

优点:1、工作电压高,其工作电压为3.6V,是镍氢、镍镉电池工作电压的3倍;2、比能量高,其比能量达到150Wh/kg,是镍镉电池三倍,镍氢电池1.5倍;3、循环寿命长,其循环寿命可以达到千次以上,在低放电深度下可以达到几万次,超过了其它几种二次电池;4、自放电率低,锂离子电池的自放电率仅为6~8%,远低于镍镉电池和镍氢电池。5、无记忆性、无污染、随意塑形。

缺点:1、成本高,主要是正极材料的LiCoO 的成本高,但按单位瓦时的价格来计算的话,其实已经低于镍氢电池,与镍镉电池持平,但高于铅酸蓄电池。2、必须有特殊的保护电路,以防止过充现象。

优点:1、它的能量转换的效率更高。2、无污染。3、结构简单。4、氢能源来源充分。

缺点:其成本与其它新能源动力一样会非常高,同时对氢的纯净度要求非常高,以及因为氢属于活性物质,所以对于其储存器具的要求也颇为严苛,致使其在科技含量以及成本上都不会比其它新能源动力低,而这些也正是制约燃料电池发展的主要瓶颈,虽然奔驰汽车在燃料电池方面有着不错的发展,但是其瓶颈则依然卡在了电池能量密度、制造成本等问题之上。

 

●新能源汽车的技术路线

●各种技术路线对比

 

普通混合动力

(HEV)

插电式混合动力

(PHEV)

纯电动汽车

(PEV)

燃料电池汽车

(FCEV)

驱动方式

内燃机为主,电机为辅

电机为主,内燃机为辅

电机驱动

电机驱动

能量系统

内燃机,蓄电池

内燃机,蓄电池

蓄电池

燃料电池

蓄电池种类

镍氢,铅酸

锂电

锂电

——

基础设施

加油站

充电站

充电站

氢气

排放量

较高排量

低排量

零排量

零排量

优势

技术成熟,成本低,无需新增配套设施

节能减排效果好,续航里程长

节能减排效果好

能源效率高,节能减排效果好,续航里程长

不足

混合程度低,节能减排效果有限

成本高,蓄电池技术待突破,需充电站等配套设施

成本高,蓄电池技术待突破,续航里程短,需充电站等配套设施

成本高,技术尚不成熟

商业化进程

已规模化量产

有销售,但未规模化

有销售,但未规模化

仍处于研发阶段

 

2013年9月17日正式公布的新能源汽车补贴政策进一步扩大了补贴范围,增加了对燃料电池车的补贴,资金拨付方式由中央政府直接划拨至企业。新一轮补贴政策以纯电续航里程为补贴标准,相比2010年的根据动力电池组能量标准补贴,给车企带来了更严苛的挑战。

★新旧新能源车补贴政策对比

内容

2010年新能源补贴政策

2013年新能源车补贴政策

补贴范围

1.6L以下节能型乘用车、符合要求的纯电动汽车、插电式混合动力汽车

符合要求的纯电动汽车、插电式混合动力汽车和燃料电池汽车

补贴标准

补助标准根据动力电池组能量确定

乘用车以纯电行驶里程为标准

补贴金额

1、1.6L以下节能型乘用车:每辆3千元
2、插电式混合动力车:按3000元/千瓦时给予补贴。每辆最高补贴5万元。
3、纯电动车:按3000元/千瓦时给予补贴。每辆最高补贴6万元。

1、插电式混合动力乘用车(含增程式)R≥50,每车补贴3.5万元;
2、纯电动乘用车80≤R<150每车3.5万、150≤R<250每车5万、R≥250每车6万。
3、燃料电池乘用车补贴20万,燃料电池商用车补贴50万。

补贴对象

中央财政对试点城市私人购买、登记注册和使用的新能源汽车给予一次性补助。

补助对象是消费者,消费者按销售价格扣减补贴后支付。

资金拨付

财政部通过省级财政部门将补助资金预拨给试点城市。

中央财政将补贴资金拨付给新能源汽车生产企业,实行按季预拨,年度清算。

推广城市

全国25个新能源试点城市

重点在京津冀、长三角、珠三角等细颗粒物治理任务较重的区域

奖励措施

只提出对基础设施建设给予补助

对示范城市充电设施建设给予财政奖励

政府采购

未提及

政府机关、公共机构等领域车辆采购要向新能源汽车倾斜,新增或更新的公务、环卫车辆中新能源汽车比例不低于30%。

地方保护

未提及

推广应用的车辆中外地品牌数量不得低于30%,不得设置或变相设置障碍限制采购外地品牌车辆。

淘汰机制

未提及

相关城市须接受年度考核评估,未能完成年度推广目标的将予以淘汰。

 

★新能源地方规划

全国各省市的新能源汽车发展规划以各种形式、从不同渠道陆续出炉。到2015年,中国新能源汽车保有量将发展到100万辆以上;到2020年,我国新能源汽车市场规模将达到千万辆级。但如果把各地新能源汽车发展规划中的数字加起来,100万辆显得实在太保守。

城市

地方规划

车企

北京

北京规划2012年达3万辆。同时建设熊猫环岛、航天桥、小营、四惠、马家楼等充(换)电站;100座专供私人使用的快速充电站、3.6万个慢速充电桩,以及2座电池回收处理站。

北汽

上海

上海市副市长艾宝俊透露,上海市2012年新能源产业发展规划已经出炉,届时将形成10万辆新能源汽车的产能和300亿元产值规模,其中乘用车要占到80%以上。

上汽

广州

2015年,广东要初步建立适应电动汽车发展要求的配套设施网络、产业支撑体系和政策环境,形成电动汽车地方性标准规范,实现电动汽车在城市公交系统的规模应用,电动轿车开始走入家庭,形成20万辆以上电动汽车综合生产能力,争取全省电动汽车销售量占新车销售总量的3%到5%,产量占汽车总产量5%左右。

广汽

深圳

深圳市将在国家补贴基础上对插电式混合动力乘用车再追加3万元地方补贴,而对纯电动汽车追加6万元的地方补贴,将直接补贴给企业。

比亚迪

河南

郑州公交混合动力示范线路,在市区新开辟2条混合电动汽车公交示范线路,投入30台车辆运营;在新乡市推出城市公交、出租车和民用电动汽车示范运营。

宇通

吉林

吉林省计划到2012年,将依托一汽集团等企业形成5万辆纯电动、充电式混合动力和普通型混合动力等新能源汽车产能,并基本具备电动汽车的研发能力,形成电动汽车配套体系。

一汽

重庆

根据规划,"十二五"期间,重庆市将重点发展新能源汽车等战略性新兴产业。到2012年,重庆市混合动力乘用车生产能力将达到24万辆,2015年达到46万辆。

长安

武汉

根据规划,"十二五"期间,武汉市将加大新能源汽车研发力度,力争在2015年达到生产20万辆、产值400亿元的总体目标。目前,武汉市节能与新能源汽车配套基础设施建设已全面启动。

 

安徽

根据《安徽省新能源汽车产业技术路线图》的规划,到2015年,安徽省新能源汽车产业初步实现产业化,整车产能达到20万辆以上。

 

 

★部分城市建成/规划充电站概况一览

城市

建成时间

投资规模

承建单位

简介

上海

2009年10月

508万元

国家电网

占地面积400平方米,设有包括4个临街路边充电车位在内的9个充电车位。充电站能够满足可插电混合动力电动汽车和纯电动汽车等各类电动车辆充电需求。这是国内首座充电站。

深圳

2009年12月

1051.5万元

南方电网

占地1092平方米,共启用2个充电站、134个充电桩。两个充电站内设置9台充电柜,可同时容纳18台电动车驶入。这是目前国内规模最大的充电站。

西安

预计2010年

1000万元

国家电网

计划投资兴建4个电动汽车充电站和200个充电桩。其中,每个充电站设有4个充电装置。

天津

预计2010年

--

国家电网

年内将建成5座电动汽车充电站,同时完成100个交流充电桩建设,满足电动公交车、小型电动轿车就近充电需求。

临沂

预计2010年

3000万元

国家电网

计划建2座电动汽车充电站。建成后,该站将成为国内占地面积和投资规模最大的充电站,可满足20辆电动汽车实时不间断、安全可靠充电。

北京

预计2012年

--

--

在《“绿色北京”行动计划(2010—2012年)》中指出,北京将陆续建立新的充电站供各种车辆使用。充电站应该像加油站一样普遍而方便,并有可能通过租赁电池等方法便于私家新能源汽车在充电站内快速更换电池。

重庆

预计2013年

--

中石油、中石化

中石油、中石化正计划与重庆市合作,在部分加油站增设电动车充电站。中石化的加油站网络系统,在布点充电站上有着天然优势,对加油站现有电力系统进行相关改造和投资即可。

 

我国从2001年开始,国家“863”项目投入20亿元主要做电动汽车研发,形成了以纯电动、油电混合动力、燃料电池三条技术路线为“三纵”,以动力蓄电池、驱动电机、动力总成控制系统三种共性技术为“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,以及3000多名科技人员直接参加了电动汽车专项研发。目前共有160余款各类电动汽车进入我国汽车产品公告,建成30多个电动车国家重点实验室等国家级技术创新平台,制定电动汽车相关标准42项。  

我们国家发展电动汽车有相当好的基础。生产电动汽车关键的三个组成部分:电池、电机、电控。首先我国电池是仅次于日本和韩国的全球第三大锂电池生产国,占全球25%的份额。但目前主要用于手机、电动工具、电动自行车等领域,很多企业已经开始转向动力电池的生产。我国也是锂资源储量大国,锂离子动力电池生产已经形成了一个比较完整的产业链。动力电池的主要性能明显进步,初步具备产业化能力,锂离子动力电池功率密度从2001年的491瓦/千克提高到2008年的2500瓦/千克,增加了5倍多,循环寿命达1000次左右。

动力电池企业的投入也大大加强,2009年底国内车用镍氢和锂离子动力电池的年生产能力分别超过1.4亿瓦时和9亿瓦时,2010年底有望分别提高到3.6亿瓦时和40亿瓦时以上。 

在车用电机方面,我国是工业电机生产大国,有较强的电机技术基础,节能汽车整车已进入到规模化应用阶段,前期是城市公交,现在乘用车产品也越来越多,比如比亚迪、郑州日产、奇瑞、长安等都有混合动力性汽车生产上市。我国的电动汽车的基础设施建设得到初步发展,部分城市已形成网络雏形。在北京、上海、广州、深圳等试点城市建设充电站、充电桩也初具规模。像国家电网公司、中石油、中石化等大企业积极介入,尤其电网公司主要负责规划的制定,到2020年左右要建1万座充电站,部分省市也在做充电桩建设规划。

新能源汽车发展技术路线发展 新能源汽车发展重点和方向

1、车用能源结构调整与汽车能源动力系统战略转型相结合

以插电式混合动力汽车、纯电动汽车等新型动力系统汽车为发展重点,逐步扩大插电式混合动力汽车、纯电动汽车的应用规模。降低汽车工业对石油资源的依赖,实现汽车能源动力系统的转型。

2、大力推广混合动力汽车

以先进内燃机技术为基础,大力发展各种油电、气电混合动力汽车。重点推进轻度与中度混合动力乘用车、串联式混合动力和并联式混合动力城市公交客车的产业化应用;加快重度混合动力汽车的研发和产业化。

3、积极发展插电式混合动力及纯电动汽车

以电池、驱动电机及控制系统为方向,掌握插电式混动及纯电动的技术。

4、加强燃料电池汽车技术研究

以提高燃料电池动力系统的寿命、可靠性和降低成本为核心,继续加强燃料电池汽车技术的研发与小规模示范。

 

◆技术问题

电动汽车分为插电式混合动力汽车和纯电动汽车,而动力电池是新能源汽车的重中之重,它不但是技术核心,也是技术门槛最高、利润最集中的部分。因此电池就成了需要解决的首要问题。我国拥有生产电池的丰富的材料资源,但是像磷酸铁锂,碳酸锂等材料还是需要从国外进口,因为由于我国的技术问题,无法提炼出质量很高的能够用于电池生产的产品。还有就是电池中起着防止正、负极短路的作用的隔膜,它是技术含量最高的部件,但是我国在生产技术方面缺乏自主知识产权,在生产隔膜的关键技术方面特别是产业化技术方面较为欠缺,再加上我国的精密加工设备基础又比较薄弱。 

◆配套设施

电动汽车顾名思义就是需要用电,因此它的运作就必须依托于整个供应链和应用体系完善的配套工作。而就目前新能源汽车研发最热门的纯电动汽车来说,在供应链方面的最大障碍就是电池/电池组、电控等技术瓶颈,电池的安全性、可靠性、使用寿命等还不能满足整车要求;应用体系方面,充电网络基础设施的不完善是最大的障碍,配套设施建设如果不能达到同步,那么新能源汽车市场就很难顺利发展。 

◆人们的消费观念的约束

虽然新能源汽车对环保的贡献巨大,但是作为购车者来说,新能源汽车的价格、性能、使用成本、是否便捷,这些才是消费者最关心的问题。也许新能源汽车的购买价格比一般的车价要高,但是能降低油耗,从经济的角度来说,它的使用成本会降低,但是如果消费者没有考虑这个问题,那么他就不会购买新能源汽车,这就影响了新能源汽车的销售。另外,大部分消费者对新能源的认识不够深,因此在购买车的时候,他们不会考虑购买新能源汽车。 

◆环保问题 

电动车的电车回收成为环保最关心的问题。目前很多人都会使用电动自行车,但是在使用几年过后,电池不能用了,这时,电池的回收就成了问题。电动汽车也一样,当电池不能使用过后,那么电池的处理就成了一个非常严重的问题,因为电池对环境的污染巨大,它的污染可以持续几十年甚至上百年,这对我们的环境是一个巨大的威胁。

 

德国:汽车充电站免费用地

美国:电动汽车免收停车费

韩国:减税优惠调动购买热情

德国柏林市政府09年宣布,将免费提供土地用于在市区繁华地段建立550个汽车充电站,并对各大汽车生产商提供的电动车进行测试。

美国在对新能源车补贴之余,各州政府对驾驶新能源车的车主也提供一些驾驶及停车方面的便利,如电动汽车免收停车费,过桥费等。

韩国企划财政部决定自2009年7月起对混合动力汽车实行减税优惠,消费者在购买混合动力车时,将享受个人消费税、登记税、取得税、教育税等方面的减税优惠,购买一辆车最多可节省330万韩元(约合1.9万元)。

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