电动汽车在我国的发展现状及其研究报告

2023年11月24日发(作者：北京车展2022)

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1 引言

在拉闸限电、关停并转等行政手段的强制作用下,“十一

五〞节能减排任务终于困难收官。2011年,是“十二五〞规划

的开局之年,也是中国转变经济开展方式的关键年份。作为

国家节能减排的重要组成局部,新能源汽车被列为加快培育

和开展的七大战略性新兴产业之一,而汽车电动化和动力混

合化成为新能源汽车的开展重点。电动汽车在沉睡了100多

年后,再一次进入了人们的视野。

从海关总署公布的数据显示,2010年中国进口原油2.39

亿吨,对外依存度超过50%。而据国务院开展研究中心估计,

到2020年,中国石油消耗的76%要依赖进口,汽车的石油消耗

将占国内石油总需求的57%。能源的紧*使我们不得不为汽车

消费的增长找出一条新的思路。

另一方面,汽车的大量使用加剧了环境污染。城市大气

中CO的82%、NO*的48%、HC的58%和微粒的8%来自汽车尾气。

此外,汽车排放的大量CO2加剧了温室效应。而我国国内汽车

水平与国外差距很大,平均油耗高出10%～30%,排放约为

15～20倍,因此,汽车工业面临减排的压力更大。

随着能源危机和环保问题的日益突出,传统汽车工业将

面临越来越严峻的挑战。电动汽车,作为新能源汽车家族的

重要成员之一,将发挥出不可替代的作用。

2 电动汽车在我国的开展现状

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2.1 纯电动汽车

我国在纯电动汽车方面开展了不少研究,也取得了一批

成果。**清源电动车辆股份**与天汽集团等单位联合研发的

纯电动轿车示*运行累计行程超过20万km。通过产学研结合,

理工大学、京华客车厂等单位已经建成多家纯电动客车的研

发和产业化基地,小批量研发生产的4种车型、近40辆公交车

已投入奥运会电动示*车队的运行。

2.2 燃料电池电动汽车

“十五〞期间,在“863〞电动汽车重大专项以及各地方政府

的自主下,我国车用燃料电池技术取得实质性进展,成功开

发出轿车和客车用燃料电池系统。同济大学和**神力科技公

司先后共同开发了3代“超越〞系列燃料电池电动汽车,并进

展了示*运行,其电控水平已进入国际前列。另外,在电催化

剂、复合膜等关键材料,双极板、增湿器等关键部件以及系

统集成方面,拥有了自主知识产权的技术体系,核心部件性

能已接近国际先进水平。

2.3 混合动力电动汽车

我国在混合动力汽车技术方面取得了重要技术突破。一

汽、东风、长安等汽车公司竞相开发出混合动力汽车性能样

车,节油30%以上,排放减少30%,轿车和客车最高车速分别超

过160km/h和80km/h。由东风电动车辆股份**自主研发的东

风混合动力城市公交车,其整车水平与国际先进技术相当,*

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些关键技术处于国际领先水平。

虽然成果颇丰,但与国外电动汽车的研究技术相比,国

内的技术仍有不少差距。具体说来,对于纯电动汽车,最大的

困难是电池的性能、重量、尺寸以及对充放电的要求等难以

满足当代汽车的需求;对于燃料电池电动汽车,氢气的制取、

储藏是一个十分关键又不易解决的问题;对于混合动力电动

汽车,由于仍需起动内燃机,因此也达不到零排放的要求并

且也无法摆脱对石油的依赖。

而且,国内很多电动汽车仍然停留在大学或科研机构的

实验室阶段,真正要进入规模化生产和制造,尚需时日。

3 电动汽车关键技术及其研究

3.1 纯电动汽车

3.1.1 动力电池技术

镍氢蓄电池是碱性电池,其根本特性与镍镉电池相似。

但不含重金属,回收一般不构成问题,故有“绿色电池〞之

称。近年来受到国际上的普遍关注。

镍氢蓄电池的技术关键是确立一种可以无数次反复使

用的能够储存氢的合金材料。目前,有两种材料可用于镍氢

电池:一种是基于斓镍的稀土合金,称为AB5类合金;另一种

是由钛镐等构成的稀土合金,称为AB2类合金。前者的容量比

后者小,但它的充电特性和稳定性比后者优,故在镍氢电池

上应用较多。我国的稀土资源丰富,开发此类材料具有很大

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的前景。

相对于传统的镍氢电池,锂离子电池的历史很短,但它

号称“终极电池〞,受到市场的广泛青睐。首先,作为电池材

料的锂,便具有质轻、电极产生电子的能力强等先天优势,这

使得锂离子电池比能量、比功率均较高,循环寿命长,充电时

间较短,并且原材料丰富,使用平安。但目前价格较高,相信

随着技术的提升和产业化的开展,锂离子电池将成为电动汽

车动力电池的主要方向。

3.1.2 充电技术

传统的恒流恒压充电方式充电速度慢、时间长,可考虑

采用脉冲充电方式。这种方式的最大特点是利用脉冲充电截

止时,为电池提供了休息时间,让电池的电化学反响能获得

充分的中和,延长了电池的使用寿命。由于电池有了充电休

息时间,使得充电时可以提供接近电池可承受的最大脉冲峰

值电流,从而加快了充电速度,缩短了充电时间。

此外,还可考虑在汽车行驶时充电,即所谓的移动式充

电(MAC)。MAC系统埋设在一段路面之下、即充电区,不需要

额外的空间,汽车在行驶过程中可以通过道路或护栏进展充

电。关于这方面的应用,我们可以向国外借鉴。比方在美国

洛杉矶,科学家在一条公路上铺设了一段300m的充电公路,

电动汽车在进入这段公路时,只要放下一块带有连线的金属

板在路面上滑行,就会吸取埋在路面上高压电缆中的电力,

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为汽车上的蓄电池充电,速度很快,只需几分钟。这为充电站

提供了一种新的思路,即通过沿公路铺设充电线路对行驶中

的电动汽车随时提供电能补充。

无线快速充电技术,可以随时随地利用各种新的清洁能

源进展充电,例如风能、太阳能等。这种充电站装有太阳能

发电系统或风能发电系统和蓄电设备,可与商用电力连接。

能将清洁能源所发的电储存在蓄电设备中,然后利用蓄电设

备的电力为车辆充电。蓄电设备的电力用完时,可用商用电

力为车辆充电,因此能够不受天气和时间的影响稳定充电。

除了对充电技术进展改良以外,还可以采用在电池更换

站更换电池组的方式。电池更换站同时具备正常充电站和快

速充电站的优点,它可以用低谷电给蓄电池充电,同时又能

在很短的时间内完成充电过程。通过使用机械设备,整个电

池更换过程可以在10min内完成,与现有的燃油车加油时间

大致相当。

3.2 燃料电池电动汽车

就燃料电池车的应用而言,将燃料供给给车载燃料电池

是其主要的难题。氢,是应用于燃料电池车的理想燃料。因

此,制氢及其储存技术是十分关键的。目前,有两种途径向燃

料电池供给氢:一是在地面供给站生产氢气,而在车上储存

纯氢;另一是在车上,从易于含氢的承载装置中生产氢,并直

接供给燃料电池。

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3.2.1 储氢技术

纯氢可用车载方式在加压状态下储存在罐内。但是,在

几百标准大气压力下储存气体要求有很高强度的储气罐。为

了使得罐的重量尽可能轻,而其容积合理,目前应用于汽车

的储氢罐的制造采用了复合材料如碳纤维材料。因而,压缩

储氢罐的本钱可能会较高。此外,由于氢气属于易燃性气体

并且容易渗透和扩散,在罐体的制作上,还必须考虑车载压

缩氢的易燃性。

另一可供选择的储氢方法是在低温(-259.2℃)条件下

使之液化,如此储存的氢被称为“LH2〞。通常的方法是构造

一个高度绝热的储罐,且使之巩固地足以承受因液氢气化所

产生的相当的压力,而过量的压力则通过平安阀释放至大气

中。但这一储罐的绝热、高强度和平安设置也显着地增加了

LH2储存的重量和本钱。但假设能将液态作为氢气的运输手

段,则就能充分利用目前加油站的根底设施,顺利实现向氢

气社会的过渡。

作为固体的氢气储藏技术,新型储氢合金的开发如今进

展得如火如荼。在标准的温度和压力条件下,金属氢化物是

稳定的,而仅当需要时,可以释放氢。碱金属氢化物是可供选

择的金属氢化吸收材料。这类氢化物剧烈地与水反响,释放

氢气和氢氧化物。其主要缺点是在同一车辆中必须承载高活

性的氢化物和腐蚀性的氢氧化物溶液,但相比于其他许多储

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氢技术,其储氢密度是适宜的。在1991年发现的碳纳米管因

其潜在的对氢的高吸收容量,以及重量轻等优点,是储氢系

统中很有前景的方法。

3.2.2 制氢技术

目前,氢大局部由碳氢化合物燃料通过重整生成。重整

是一种由碳氢化合物提取氢的化学反响。在这一反响期间,

燃料的能量值从碳—氢键被转换成氢气。如汽油、甲烷或甲

醇这类的碳氢化合物,由于很容易予以重整,故为最有希望

的选择对象,但是在反响过程中会产生局部CO2。

通过加热氨,可防止这个问题:2NH3N2+3H2。由于反响是

可逆的,故它的能量需求是极小的。并且氨在低压(约10个标

准大气压)或轻度低温(-33℃)时就能液化,因此就储存而论,

氨呈现了巨大的优越性。但是氨有一个缺点即其毒性,这使

得将其作为燃料有一定的困难。

3.3 混合动力电动汽车

由于电动汽车在价格和技术等方面存在一定问题,使其

尚未普及,但内燃机汽车技术经过100多年来的开展已经很

成熟,而且随着电子控制燃油喷射、多气门进/排气等技术的

开展,内燃机汽车的性能也有了很大的提高。在这种情况下,

混合动力汽车作为一个折中的方案应运而生。目前,内燃机/

蓄电池混合动力汽车应用前景较广,其中又以串/并联混合

式较为优先。

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3．3.1 动力切换系统

动力切换系统用于在串联驱动和并联驱动间切换。当在

市区低负荷行驶时,放开离合器采用串联方式驱动;在高速

行驶时,由于发动机需要持续工作在大功率区域,而驱动负

荷较大时串联系统的工作效率比拟低,因此离合器接合,汽

车采用并联方式驱动。

3.3.2 动力分配系统

该系统通过一种行星齿轮机构组成的动力分配装置,将

整个系统耦合在一起,根据行驶工况灵活采取各种工作方式,

以到达热效率最高、排放污染最低的效果:起步或低速、低

负荷工况时,关闭发动机由蓄电池电能驱动;一般行驶工况

时,动力系统以串/并联混合方式工作;大节气门加速或重负

荷工况时,蓄电池也提供能量参与驱动;制动和减速时,通过

能量回收系统向蓄电池充电;停车时,发动机自动关机;蓄电

池充电时,由计算机控制其维持在一个稳定的充电状态。

4 我国电动汽车开展的政策性建议

电动汽车产业的开展,除了技术上的突破外,还需要国

家政策上的支持。

4.1 对企业的生产、研发和市场化进展政策性的指导和

推动

国家应制定明确的电动汽车开展目标,让企业真正看到

政府长期开展电动汽车的决心,真正看到市场。电动汽车过

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去没有规模,相关零部件配套体系不健全。要建立完善的配

套体系,我国可以采取以市场为导向,整车和零部件企业严

密合作,政府积极扶持的三位一体方式予以推动,尽快实现

电动汽车的产业化。另外,政府还可以建立一套综合的、可

操作的经济奖励与惩罚制度,对企业生产电动汽车给予财政

补贴,在交通领域给电动汽车一定特权等。

4.2 采用税收优惠、财政补贴等措施调节消费者的消费

行为

对于一个普通消费者来说,价格是决定是否购置电动汽

车的关键因素。在这种情况下,就需要发挥政府行为的主导

作用,引导和鼓励电动汽车的消费。对于购置电动汽车者,我

国政府可以在车辆购置税等方面有所减免。地方政府和环保

局可按照车辆大小,给每辆电动汽车实施一定的奖励。此外,

实施差异化的燃油税,降低车辆的使用本钱,也能刺激消费

者购置和使用电动汽车。

4.3 对制定的政策进展监视和反响

我国电动汽车产业化的政策相对滞后,一些部门之间工

作的协调和衔接上不够顺畅,导致了政策没有连续性。因此,

政府有必要对相关政策的实施情况进展监视,并对结果进展

及时的反响。

5 制订切实可行的国家电动汽车开展战略

我国的电动汽车开展战略,必须要着眼于解决实际问题,

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力求取得实效。既要有利于能源平安和环境友好,还要在经

济上有竞争力。可分成下述三个战略阶段。

第一阶段(2015年前):实现混合动力电动汽车规模商业

化,形成氢能燃料电池和蓄电池动力系统成熟成套技术。

第二阶段(2020年前):燃料电池电动汽车和纯电动汽车

具备商业竞争力,开场规模化商业应用。

第三阶段(2020年后):以氢能燃料电池为核心的电动汽

车逐步上升为主导型,制氢方式逐步多元化和便利化,并向

可再生能源制氢转化,实现新能源的电气化。

6 我国电动汽车开展的前景展望

随着现代化科学技术进步与自然资源供给能力和生态

环境承载能力的矛盾日益加剧,按照传统的大量消耗不可再

生自然资源和破坏生态环境的经济增长方式将难以为继。与

此同时,在交通能源的战略领域中,一些关键核心技术如电

动汽车已经开场取得革命性突破。面对巨大的汽车市场,我

国电动汽车技术与产业研究人员,应抓住机遇、迎难而上,做

危机时代的弄潮儿,做创新篇章的谱写者。

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