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电动汽车技术发展趋势及前景

作者: 来源: 时间:2020-09-01

作 者 :东风电动车辆股份有限公司  杨孝纶  刘晓康  汪 斌
 
摘 要 :本文对电动汽车技术发展趋势和前景作了概略介绍,并从技术—经济的角度出发,对纯电动汽车、混合动力汽车、燃料电池汽车以及动力电池、电机等关键零部件技术,作了综合评述,展望了电动汽车技术的未来发展前景。 
 
  
  1  引言

  上世纪70年代全球三次石油危机爆发后,各跨国汽车公司先后开始研发各种类型的电动汽车。我国经过“八五”、“九五”、“十五”三个五年计划,在研发电动汽车的专项上投入了大量的人力、物力和财力,并取得了一系列科研成果,但是,迄今为止,这些科研成果真正能转化为产品,并实现产业化生产的项目并不多。国外大汽车公司投入远比我国更多的资金和人力,已投入批量生产的电动汽车产品也寥寥无几。随着全球能源危机的不断加深,石油资源的日趋枯竭以及大气污染、全球气温上升的危害加剧,各国政府及汽车企业普遍认识到节能和减排是未来汽车技术发展的主攻方向,发展电动汽车将是解决这二个技术难点的最佳途径。

  现代电动汽车一般可分为三类:纯电动汽车(PEV)、混合动力汽车(HEV)、燃料电池电动汽车(FCEV)。但是近几年在传统混合动力汽车的基础上,又派生出一种外接充电式(Plug-In)混合动力汽车,简称PHEV。本文将电动汽车技术研发的若干问题和趋势,作简要的介绍和评述。

  2  纯电动汽车(PEV)

  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,虽然它已有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、充电时间长等严重缺点。目前采用的铅酸电池、镍氢电池和锂离子电池,它们已达到的实际性能指标和市场平均价格,如表1所示。根据实际装车时的循环寿命和市场价格,可估算出电动汽车从各种动力电池上每取出1kWh电能所必须付出的费用。计算时,假设电池最高可充电荷电状态(SOC)为0.9,放电SOC为0.2,即实际可用的电池容量仅占总容量的70%;由电网供电价为0.5元/kWh,电池的平均充放电效率为0.75。

  从表1的粗略计算中可知,虽然从电网取电仅需0.5元/kWh,但充入电池,再从电池取出,铅酸电池每提供1kWh电能,价格为3.05元左右,其中2.38元为电池折旧费,0.67元为电网供电费,而从镍氢电池中每提供1kWh电能,费用为9.6元,锂离子电池为10.2元,即后二种先进电池供电成本是铅酸电池的三倍多。

  目前国内市场上用柴油机发电,价格大致为3元/kWh,若用汽油机发电,供电价格估计为4元/kWh,即从铅酸电机提供电能的价格大致和柴油机发电价格相等,仅仅从取得能量的成本来考虑,采用铅酸电池比汽油机驱动有一定价格优势,但是由于它太过笨重,充电时间又长,因此只被广泛用于车速小于50km/h的各种场地车、高尔夫球车、垃圾车、叉车以及电动自行车上。实践证实铅酸电池在这一低端产品市场上有较强的竞争力和实用性。

  镍氢电池的主要优点是相对寿命较长,但是由于镍金属占其成本的60%,导致镍氢电池价格居高不下。锂离子电池技术发展很快,近10年来,其比能量由100Wh/kg增加到180Wh/kg,比功率可达2000W/kg,循环寿命达1000次以上,工作温度范围达-40~55℃。美国USABC在2002年制定的锂离子电池技术发展目标如表2所示。

  近年由于磷酸铁锂离子电池的研发有重大突破,又大大提高了电池的安全性。目前已有许多发达国家将锂离子电池作为电动汽车用动力电池的主攻方向。我国拥有锂资源优势,锂电池产量到2004年已占全球市场的37.1%,预计到2015年以后,锂离子电池的性/价比有望达到可以和铅酸电池竞争的水平,而成为未来电动汽车的主要动力电池。

  图1示出了国内外各种纯电动车辆数量/性能和价格/性能曲线,以电动自行车为代表的低性能车辆,由于其成本低廉,仅我国在2006年已达到年产2000万辆,美国通用汽车公司生产的冲击1号电动跑车,虽然已达到了很高的动力性,但是由于售价高昂,仅生产了区区50辆,由于没有市场而不得不停产。性能较低的场地车,在我国年产达7000~8000辆左右;天津清源电动车公司生产的微型电动车,最高车速仅50km/h,年产也可以达千辆以上,这可能是目前市场所能接受的纯电动车辆性能的上限。上述所有电动车辆均采用铅酸电池为动力。随着高性能锂离子电池的性/价比不断提升,未来5~10年内,市场上可能会出现最高车速≥100km/h,续驶里程≥250km的高性能纯电动汽车。


图1  各种纯电动车辆数量/性能和价格/性能曲线

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