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文檔簡介
緒論1.1新能源汽車的定義和分類1.2發展新能源汽車的必要性1.3新能源汽車發展現狀與趨勢1.4新能源汽車技術路線及關鍵技術
第1
頁1.1.1新能源汽車的定義新能源汽車英文為“Newenergyvehicles”,我國2009年7月1日正式實施了《新能源汽車生產企業及產品準入管理規則》,明確指出:新能源汽車是指采用非常規的車用燃料作為動力來源(或使用常規的車用燃料、采用新型車載動力裝置),綜合車輛的動力控制和驅動方面的先進技術,形成的技術原理先進、具有新技術、新結構的汽車。非常規的車用燃料指除汽油、柴油、天然氣(NG)、液化石油氣(LPG)、乙醇汽油(EG)、甲醇等之外的燃料。
第2
頁1.1.2新能源汽車的分類
新能源汽車包括的范圍較廣,各國分類也不相同,沒有統一標準。目前,我國的新能源汽車主要包括純電動汽車、增程式電動汽車、混合動力電動汽車、燃料電池電動汽車、其他新能源汽車等。1.電動汽車純電動汽車(BladeElectricVehicles,BEV)是一種采用單一蓄電池作為儲能動力源的汽車,它利用蓄電池作為儲能動力源,通過電池向電動機提供電能,驅動電動機運轉,從而推動汽車行駛。
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頁1.1.2新能源汽車的分類2.增程式電動汽車增程式電動汽車是一種配有地面充電和車載供電功能的純電驅動的電動汽車,其運行模式可以根據需要處于純電動模式、增程模式或混合動力模式,是介于純電動汽車和混合動力電動汽車之間的一種過渡車型,具有純電動汽車和混合動力電動汽車的特征,有人把它劃分為純電動汽車范疇,也有人把它劃分為混合動力電動汽車范疇,認為它是一種插電式串聯混合動力電動汽車。
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頁1.1.2新能源汽車的分類3.混合動力電動汽車混合動力電動汽車是指驅動系統由兩個或多個能同時運轉的單個驅動系聯合組成的車輛,車輛的行駛功率依據實際的車輛行駛狀態由單個驅動系單獨或多個驅動系共同提供。因各個組成部件、布置方式和控制策略的不同,混合動力電動汽車有多種形式。混合動力電動汽車一般又分為常規混合動力電動汽車和插電式混合動力電動汽車,后面不做特殊說明的混合動力電動汽車主要是指常規混合動力電動汽車。
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頁1.1.2新能源汽車的分類4.燃料電池電動汽車燃料電池電動汽車是利用氫氣和空氣中的氧在催化劑的作用下,在燃料電池中經電化學反應產生的電能作為主要動力源驅動的汽車。燃料電池電動汽車實質上是純電動汽車的一種,主要區別在于動力電池的工作原理不同。一般來說,燃料電池是通過電化學反應將化學能轉化為電能,電化學反應所需的還原劑一般采用氫氣,氧化劑則采用氧氣,因此最早開發的燃料電池電動汽車多是直接采用氫燃料,氫氣的儲存可采用液化氫、壓縮氫氣或金屬氫化物儲氫等形式。
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頁1.1.2新能源汽車的分類5.其他新能源汽車其他新能源汽車類型很多,沒有統一標準。生物燃料汽車、氫發動機汽車、太陽能汽車以及使用超級電容器、飛輪等高效儲能器的汽車都屬于其他新能源汽車。有人把天然氣汽車、液化石油氣汽車、乙醇燃料汽車、甲醇燃料汽車等也劃分為新能源汽車。目前在我國大力支持和財政補貼的新能源汽車主要是指純電動汽車、增程式電動汽車、插電式混合動力電動汽車和燃料電池電動汽車。常規混合動力電動汽車被劃分為節能汽車。
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頁1.2發展新能源汽車的必要性
1.2.1石油短缺1.2.2環境污染1.2.3氣候變暖
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頁1.2.1石油短缺據石油巨頭英國石油公司(BP)發布的《世界能源統計年鑒2014》顯示,截至2013年底,全球已探明可采剩余石油儲量為1.6879億桶,比2012年底略增6億桶,2013年世界石油儲采比(石油儲量/石油產量)為53.3年,與2012年基本持平。中國石油探明儲量為25億噸(181億桶),占世界石油探明儲量的1.1%,儲采比為11.9年。
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頁1.2.1石油短缺2013年,世界一次能源消耗結構中,石油占32.9%,煤炭占30.1%,天然氣占23.7%,核能占4.4%,水利發電占6.7%,再生能源占2.2%。隨著時間的推移,能源消費結構會發生變化,新型能源消耗的比例將不斷增加。我國一次能源消耗結構中,石油占17.79%,煤炭占67.5%,天然氣占5.1%,核能占0.88%,水利發電占7.23%,再生能源占1.5%。我國一次能源消耗結構有待進一步優化。
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頁1.2.1石油短缺2013年,國際能源機構(IEA)公布了世界石油儲量的最新排名。世界上已探明石油儲量排前10名的國家依次是:委內瑞拉,2976億桶;沙特阿拉伯,2679.1億桶;加拿大,1731.05億桶;伊朗,1545.8億桶;伊拉克,1413.5億桶;科威特,1040億桶;阿聯酋,978億桶;俄羅斯,800億桶;利比亞,480.1億桶;尼日利亞,372億桶。
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頁1.2.1石油短缺石油在交通領域的消費逐年增長。據預測,到2020年交通用油占全球石油總消耗的62%以上。2020年以后,全球石油需求與常規石油供給之間將出現凈缺口,2050年的供需缺口幾乎相當于2000年世界石油總產量的兩倍。而中國預測到2020、2030年,中國的機動車燃料消耗量需求將分別達到2.3億噸和3.7億噸,分別占當年全國石油總需求的57%和87%。
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頁1.2.1石油短缺我國是一個石油短缺的國家,但卻是一個石油消費大國。2013年,我國石油消費量達到507.4百萬噸,比2012年增加3.8%,占全球石油消費的12.1%,成為世界第二大石油消費國。目前,我國人均石油消費量為世界平均水平的60%,石油占一次能源消費比重僅為18%左右,低于世界平均水平(33%),預計未來我國石油消費仍將持續穩定增長,處于上升通道。2014年,世界汽車保有量達到12億輛,預計到2030年全球汽車保有量將突破20億輛,主要增量來自發展中國家,其中中國增速全球第一。
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頁1.2.1石油短缺我國汽車產銷量逐年增加。2013年,汽車產銷2211.68萬輛和2198.41萬輛,同比增長14.76%和13.87%,比2012年分別提高10.2%和9.6%,增速大幅提升。產銷突破2000萬輛創歷史新高,再次刷新全球記錄,已連續五年蟬聯全球第一。我國汽車保有量增加迅速。2013年,我國汽車保有量已達1.4億輛,居世界第2位。預計到2020年,全國汽車保有量將達到2.7億輛,由此帶來的能源安全問題將更加突出。
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頁1.2.1石油短缺汽車消費的快速增長導致石油消耗加速增長。中國機動車燃油消耗量約占全國總油耗的1/3以上,這也使得中國石油對外依存度每年都在不斷攀升。據統計,目前汽車用汽柴油消費占全國汽柴油消費的比例已經達到了55%左右,每年新增石油消費量的70%以上被新增汽車所消耗。我國經濟持續快速發展,對石油資源的需求激增,能源供需矛盾日益突出,對進口石油的依賴度不斷提高。2013年我國石油對外依存度達到58.1%。國際能源機構預測,隨著越來越多中國消費者購買汽車,到2030年,中國石油消耗量的80%需要依靠進口。
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頁1.2.2環境污染世界衛生組織(WHO)指出,全球大多數城市的空氣質量指數未能達到該組織的建議標準,全世界90%的城市居民所呼吸空氣的污染程度都明顯高于其設定的極限值。城市空氣的主要污染源是汽車尾氣以及煤、石油和天然氣的燃燒。2013年發布的《中國環境分析》報告數據顯示,世界上污染最嚴重的10城市有7個在中國,全國500個城市中,空氣質量達到世衛組織推薦標準的不足5個。
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頁1.2.2環境污染燃油汽車在行駛過程中會產生大量的有害氣體,不但污染環境,還大大地影響人類健康。汽車尾氣排放的主要污染物為一氧化碳(CO)、碳氫化合物(HC)、氮氧化物(NOX)、鉛(Pb)、細微顆粒物及硫化物等。這些一次污染物還會通過大氣化學反應生成光化學煙霧、酸沉降等二次污染物。據統計,全球大氣污染42%源于交通車輛產生的污染。隨著城市機動車數量的快速增長,機動車排氣污染已成為城市大氣污染的主要貢獻者。一些城市機動車排放的污染物對多項大氣污染指標的貢獻率已達到70%以上。機動車排放污染已對城市大氣污染構成了嚴重威脅,是霧霾形成的重要因素之一,因此,必須研究改善城市機動車排放污染的對策和措施。
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頁1.2.2環境污染降低和控制機動車排放污染物的主要措施有:(1)不斷完善和升級汽車油耗標準。通過制定和實施汽車油耗標準法規,逐步提高汽車油耗水平。近年來,我國汽車行業相關油耗標準不斷升級,隨著汽車油耗標準法規水平升級,到2015年,當年生產的乘用車平均燃料消耗量降至6.9L/100km,節能型乘用車燃料消耗量降至5.9L/100km以下。到2020年,當年生產的乘用車平均燃料消耗量降至5.0L/100km,節能型乘用車燃料消耗量降至4.5L/100km以下;商用車新車燃料消耗量將接近國際先進水平。
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頁1.2.2環境污染(2)不斷完善和升級汽車排放標準。通過制定和實施汽車排放標準法規,逐步提高汽車排放技術水平,降低汽車尾氣排放。近年來,我國汽車行業排放標準不斷升級。輕型汽油車單車碳氫化合物(HC)和氮氧化物(NOx)國IV排放限值較國I下降81%;重型柴油車單車碳氫化合物國IV排放限值較國I下降58%,氮氧化物下降56%,顆粒物(PM)下降94%。北京市制定嚴格的地方標準加強對機動車尾氣排放的控制,排放水平要求明顯高于全國大部分地區。2013年2月1日率先實施京Ⅴ排放標準,以盡快降低機動車尾氣排放。例如,輕型汽油車、重型柴油車單車氮氧化物排放均將下降43%左右,從而降低廢氣污染物和PM2.5。
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頁1.2.2環境污染(3)提高燃油品質。燃油品質在很大程度上限制了機動車排放污染物的水平,推遲了汽車排放法規的實施,因此,應盡快提高我國的燃油品質。(4)積極開展先進節能減排技術的研發和創新。汽車行業應大力發展混合動力技術,柴油機高壓共軌、汽油機缸內直噴、均質燃燒以及渦輪增壓等高效內燃機技術和先進電子控制技術,先進傳動系統技術(包括六檔及以上機械變速器、雙離合器式自動變速器、商用車自動控制機械變速器等)。開展高效控制氮氧化物等污染物排放技術研究等,積極推進有關先進技術應用。
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頁1.2.2環境污染(5)大力發展節能與新能源汽車。國家出臺了《節能與新能源汽車產業發展規劃(2012~2020年)》,基本建立了節能與新能源汽車技術研發體系,積極推廣示范運行,初步形成節能與新能源汽車產業化能力,并取得積極進展。(6)改善城市交通環境。在城市的環境保護中,即使是每一輛機動車都達到了國家規定的排放法規要求,也不能保證城市的交通污染就一定達到環保標準要求。這是由于大量機動車在一定時間、空間內的相對集中,從而造成城市的某一地區在排放污染物總量上超標。因此,從機動車管理的角度來考慮,就是要疏導交通,提高機動車運行速度,優化路網布局,合理分配車流,減少城市中心區的車流密度,改善汽車運行工況,降低機動車污染物排放。
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頁1.2.3氣候變暖能源的大量消耗帶來溫室氣體排放問題。二氧化碳是全球最重要的溫室氣體,是造成氣候變化的主要原因,而它主要來自化石燃料的燃燒。中國的二氧化碳年排放量在8.3億噸以上,僅次于美國列世界第2位。國務院公布的《2014-2015年節能減排低碳發展行動方案》中,要求2014-2015年,中國單位GDP二氧化碳排放量兩年分別下降4%和3.5%以上。據世界上許多科學家預測,未來50~100年人類將完全進入一個變暖的世界。由于人類活動的影響,溫室氣體和硫化物氣溶膠的濃度增加過快,未來100年全球平均地表溫度將上升1.4~5.8℃,到2050年我國平均氣溫將上升2.2℃。
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頁1.2.3氣候變暖越來越多的證據足以證明,人類活動是造成氣候變暖的原因,而氣候變暖又是由于大氣中聚集了大量溫室氣體,主要是二氧化碳。氣候變化風險加劇。交通領域二氧化碳排放成為關注重點。據IEA估計,汽車二氧化碳總排放量將從1990年的29億噸增加到2020年的60億噸。汽車對地球環境造成了巨大影響。控制消費和節約能源是減少二氧化碳排放量的重要途徑。僅在工業發達國家,人均能源的消費指數在1~3不等,這就表明,節約能源的余地是極大的。當然,還可以考慮保持適當的消費水平,同時用那些不會產生溫室效應的替代品來取代那些會造成污染的能源。
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頁1.2.3氣候變暖為了減少汽車對全球氣候變暖的影響,削減溫室氣體二氧化碳的排放,汽車應盡量采用小排量發動機和稀薄燃燒發動機,最大限度地提高能源利用效率,從而減少汽車對全球氣候變暖的影響。為了減少汽車二氧化碳的排放量,汽車二氧化碳排放法規開始實施。最近,歐盟設定了一項當今全球最嚴格的汽車碳排放控制目標,從2020年1月1日起,歐盟將開始銷售獨特的新型汽車,這些汽車的二氧化碳平均排放量為95g/km,而2015年汽車二氧化碳排放量為130g/km,如果超過95g/km這一標準,汽車制造廠家將會受到經濟處罰。
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頁1.2.3氣候變暖如果我國采用一系列先進技術,包括電動汽車、天然氣汽車和以天然氣為燃料的內燃機技術,到2030年,中國汽車二氧化碳的排放總量有可能降低45%。在能源和環境的壓力下,新能源汽車無疑將成為未來汽車的發展方向。大力推進傳統汽車節能減排和新能源汽車產業化,成為我國汽車產業亟須解決的重大課題。
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頁1.3新能源汽車發展現狀及趨勢
2008年經濟危機之后,面對全球范圍日益嚴峻的能源形勢和環保壓力,世界主要汽車生產國都把發展新能源汽車作為提高產業競爭能力、保持經濟社會可持續發展的重大戰略舉措,新能源汽車產業成為全球各國競相追逐的戰略性新興產業之一。目前,新一輪的新能源汽車研發、示范和產業化已經開始,而且得到各國政府和企業的高度重視,新能源汽車正處于產業爆發前期的階段。
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頁1.3.1國外新能源汽車發展現狀從國際上看,隨著技術的不斷創新與突破,面對石油短缺、環境污染和氣候變暖等多重壓力影響,2008年以來,以美國、日本、歐盟為代表的國家和地區相繼發布實施了新的電動汽車發展戰略,進一步明確了產業發展方向,明顯加大了研發投入與政策扶持力度。美國以能源安全為首要任務,強調插電式混合動力電動汽車發展;日本以產業競爭力為第一目標,全面發展混合動力、純電動、燃料電池三種電動汽車,研發和產業化均走在世界前列;歐盟以二氧化碳排放法規為主驅動力,重視發展純電動汽車。
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頁1.3.1國外新能源汽車發展現狀從技術層面看,常規混合動力電動汽車技術逐步成熟,已進入產品市場競爭期,率先實現了產業化,正成為汽車市場銷售新的增長點,其中,日本市場混合動力電動汽車已達到汽車銷量的10%左右;純電動汽車電池技術進步加速,整車產品更加接近消費者需求;插電式混合動力電動汽車作為一種具有純電動和混合動力雙重特征的電動汽車技術成為全球新的研發熱點;以電池租賃為代表的純電動汽車商業模式創新取得進展,世界主要汽車制造商加快了純電動汽車量產步伐;車用燃料電池技術取得重大進展,通用汽車公司轎車燃料電池發動機貴金屬催化劑Pt的用量從上一代的80g降低到30g,并計劃2015年降至10g,燃料電池轎車在動力性、安全性、續航里程、低溫啟動等性能指標方面已接近汽油車水平,燃料電池電動汽車整車成本顯著下降,豐田公司宣布,2015年將實現燃料電池車零售價格為5萬美元/輛的目標。
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頁1.3.1國外新能源汽車發展現狀經多年探索實踐,國際汽車產業界達成了電動汽車產業化戰略共識:在技術路線上,近期(2010-2015年),在依靠內燃機汽車技術改進和推進車輛小型化實現降低油耗和排放的同時,為滿足更為嚴格的節能減排法規目標要求,應盡快推進混合動力技術的應用,并發展小型純電動汽車和插電式混合動力電動汽車;中期(2015-2020年),在混合動力技術得到廣泛應用的基礎上,提高汽車動力系統電氣化程度,加大小型純電動汽車和插電式混合動力電動汽車推廣力度;中遠期(2020年以后),各種純電驅動技術將逐步占據主導地位,通過進一步發展純電動汽車和燃料電池電動汽車,實現大幅度降低石油消耗和二氧化碳排放。在車型應用方面,純電動、混合動力和燃料電池等不同類型的電動汽車技術各自具有最優的交通出行適用范圍。對于城市短途出行需求,小型純電動汽車具有優勢;對長途出行需求,適合采用混合動力電動汽車、插電式混合動力電動汽車或者燃料電池電動汽車。
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頁1.3.1國外新能源汽車發展現狀據某國際咨詢機構資料統計,2013年,全球共銷售新能源汽車(含純電動汽車、插電式混合動力電動汽車)接近15萬輛,銷量排在前10位的國家分別是:美國、日本、法國、中國、荷蘭、德國、英國、挪威、加拿大和瑞典。下面重點介紹美國、日本、法國和德國有關新能源汽車及其產業的發展。
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頁1.3.1國外新能源汽車發展現狀1.美國美國通過政府立法、財政補貼、減免稅收和政府投資項目研發以及建立產業聯盟等措施,促進新能源汽車發展。2005年,美國政府出臺了《能源政策法》,按純電動汽車總重劃分為四檔:小于且等于8000磅;大于8000磅且小于等于14000磅;大于14000磅且小于等于26000磅;大于26000磅。根據重量的不同確定不同的減稅幅度,購買總重不超過8500磅的純電動汽車減3500美元,若這種純電動汽車一次充電續駛里程達到100英里的或有效荷載容量達到1000磅的,可以增大減稅幅度到6000美元,支持純電動汽車的發展。
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頁1.3.1國外新能源汽車發展現狀美國政府也鼓勵以混合動力電動汽車為代表的其它新能源汽車的使用。2007年5月初,美國國內收入局(IRS)調整針對環保車輛的稅收優惠措施,規定消費者購買通用汽車、福特、豐田、日產等公司生產的符合條件的混合動力電動汽車,可以享受到250~2600美元不等的稅款抵免優惠。2007年11月,美國能源部再斥資2000萬美元增強對插電式混合動力電動汽車的研發,其中與美國先進電池聯盟(USABC)對5個PHEV電池研發項目合作投資1720萬美元,并為密歇根大學提供近200萬美元PHEV研究經費;加上USABC的匹配資金,項目總投入達到3800萬美元。
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頁1.3.1國外新能源汽車發展現狀美國能源部2008年6月12日宣布將撥款3000萬美元,資助通用汽車公司、福特汽車公司、通用電氣公司研究項目。美國能源部的目標是到2014年制造出有成本競爭力的、充電一次就可行駛40英里的插電式混合動力電動汽車,并到2016年實現批量生產。2008年12月,14家美國電池和先進材料企業,在美國阿岡國家實驗室(ArgonneNationalLaboratory)的支持下,成立了先進交通運輸用電池生產國家聯盟,以提高美國車用鋰離子電池制造實力。
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頁1.3.1國外新能源汽車發展現狀2009年2月,總統奧巴馬簽署的《美國復蘇與再投資法案》生效,混合動力電動汽車、動力電池、風電和太陽能等新能源技術成為政府發展重點。并且,美國政府通過減稅、補貼消費者等政策加快新能源汽車的推廣和應用,并設立了一個總量為250億美元的基金,通過低息貸款方式,大力支持廠商對新能源汽車的研發和生產。
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頁1.3.1國外新能源汽車發展現狀
2010年5月,美國政府出臺了2012~2016車型年乘用車溫室氣體和燃油經濟性標準。該標準相當于降低40%的燃油消耗及50%的碳排放,并提出自2017~2025年,小型汽車每年提高5%燃油效率。同年8月,美國政府又出臺首個重型車輛溫室氣體和燃油經濟性法規(2014~2018車型年)。這一法規規定,與2010年基準相比,到2017年長途拖車卡車二氧化碳排放量要減少9%~27%。美國政府提高氣體排放新標準就是一個有劃時代意義的措施。美國政府估計這一標準將耗費汽車制造業520億美元,但政府提供的補助新能源汽車買主每人7500美元抵稅的辦法,可為汽車制造業帶來2400億美元生意。
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頁1.3.1國外新能源汽車發展現狀美國除了通用、福特和克萊斯勒公司等汽車巨頭開始制造或計劃推出電動汽車外,美國硅谷的創投企業表現更為耀眼,全電動汽車廠TeslaMotors獲美國能源部4.65億美元貸款,研發ModelS四門新型電動汽車。2013年特斯拉美國銷售達18650輛,與2012年銷量的2620輛相比,激增611%。
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頁1.3.1國外新能源汽車發展現狀在國外,成立聯盟已成為發展新能源產業的重要途徑之一,2009年,美國電動汽車產業鏈上的各方發起成立了美國電動汽車聯盟(TheElectrificationCoalition,即EC),成員涵蓋雷諾汽車、江森自控、太平洋燃氣和電力公司、A123電池系統公司、聯邦快遞公司等企業。美國電動汽車聯盟主要致力于從政策和行動上推動大規模實施電動汽車計劃,最終改變美國經濟、環境和對化石能源嚴重依賴的現狀,實現美國電動汽車運輸的革命性變化。
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頁1.3.1國外新能源汽車發展現狀美國電動汽車聯盟提出的電動汽車發展目標和行動計劃,主要內容有:①到2040年美國將擁有2.5億輛電動汽車,其中3/4的輕型汽車需求由電動汽車提供,屆時美國輕型汽車耗油量將減少75%,美國基本上擺脫進口石油依賴;②爭取到2020年,全美擁有電動汽車1400萬輛,近1/4的輕型汽車需求由純電動汽車或插入式電動汽車提供;③呼吁聯邦政府撥款1300億美元,資助電動汽車電池開發生產和傳統汽車廠商的轉型;呼吁出臺有吸引力的鼓勵民眾使用電動汽車和建設電動汽車基礎設施的稅收激勵或財務補助政策措施,先行在美國33個重點城市展開,到2013年,全美有75萬輛電動汽車上路,到2018年全美初步形成良好的電動汽車生態系統。
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頁1.3.1國外新能源汽車發展現狀2012年,美國電動汽車的年銷售量已經突破45萬輛,占整個乘用車市場的3%。其中,混合動力電動汽車銷量達到了40萬輛,占整個電動汽車銷量的90%,與2010年相比增長了42.2%,日本豐田公司生產的普銳斯系列車型占到了總銷售量的一半,插電式混合動力電動汽車成為了市場的新焦點。
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頁1.3.1國外新能源汽車發展現狀2013年,在美國銷售的電動汽車、插電式混合動力電動汽車共計9.6萬余輛,占全球銷量一半以上。當年在美國銷售的電動汽車、插電式混合動力電動汽車車型多樣化,銷售的車型有18種之多,其中包括雪佛蘭Volt、日產Leaf、豐田Prius、特斯拉ModelS等知名車型,其中銷售最好的車型為雪佛蘭Volt,2013年全年在美銷售2.3萬余輛,而日產Leaf則以銷售了2.2萬多輛車在美銷量排名第2,特斯拉ModelS銷售18650輛位居第3名。
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頁1.3.1國外新能源汽車發展現狀2.日本日本新能源汽車的產業化成果在全球范圍內是最好的。在新能源汽車方面,日本主要走混合動力電動汽車的技術路線。日本在混合動力電動汽車技術領域,領先世界。以豐田普銳斯為代表的日本混合動力電動汽車,在世界低污染汽車開發銷售領域已經占據了領頭地位,截止2014年6月,累計銷量突破700萬輛。與此同時,日本還快速發展燃料電池電動汽車技術,豐田和本田汽車公司已成為當今世界燃料電池電動汽車市場上的重要企業。
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頁1.3.1國外新能源汽車發展現狀豐田還將未來的汽車動力劃分為3大類:第1類是用于近距離移動的小型家庭車輛,為純電動汽車;第2類是一般家庭用乘用車,為混合動力和插入式混合動力電動汽車,包括用汽油、輕型燃油、生物燃料、天然氣以及合成燃料等;第3類是用于長途運輸的商用車,為燃料電池電動汽車。在這些動力中,豐田汽車所認為的終極燃料將是利用電力和水取得的。除豐田外,其它幾家日本汽車企業也在開發新一代的新能源汽車,如本田的InsightIMG混合動力電動汽車、日產Leaf和三菱i-MiEV純電動汽車等。日本新能源汽車快速發展的主要原因是政策扶持和先進的技術。
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頁1.3.1國外新能源汽車發展現狀日本國內逐漸形成了一種以“新一代汽車戰略”為主線,以稅收優惠、購車補貼、貸款支持等財稅政策為支撐的電動汽車發展體系。2009年,日本開始實施“綠色稅制”,它的適用對象包括純電動汽車、混合動力電動汽車、清潔柴油汽車、天然氣汽車以及獲得認定的低排放且燃油消耗量低的車輛。前3類車被日本政府定義為“下一代汽車”,購買這類車可享受免除多種稅賦優惠。
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頁1.3.1國外新能源汽車發展現狀在技術方面,日本占據了混合動力電動汽車和電動汽車技術的前沿。日本鋰電池產業占據全球的大半江山,并引領鋰電池產業技術的發展。在全球鋰電池產業鏈上占據重要地位的材料供應商,幾乎都是日本的一些化工和資源領域的知名企業。從電動汽車核心技術的專利情況看,全球超過90%的專利技術來自日本。
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頁1.3.1國外新能源汽車發展現狀在日本政府的積極扶持下,日本新能源汽車得到快速發展。目前,日本已成為全球最大的新能源汽車市場。2012年新能源汽車銷量達到812944輛,其中混合動力電動汽車銷量為799612輛,純電動汽車銷量為13332輛。2009~2012年新能源汽車銷量復合增長率達到23%。2013年,在日本銷售的純電動汽車、插電式混合動力電動汽車共計16582輛。其中,日產Leaf車在日本銷量超過1.3萬輛。在日本銷售的車型共有10款,包括了豐田IQ、豐田第3代Prius、日產Leaf、本田飛度(Jazz)、本田Accord、本田FCX,以及三菱的四款車型:i-MiEV、Outlander、小轎車Minicab-MiEV、敞篷Minicab-MiEV。
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頁1.3.1國外新能源汽車發展現狀3.法國法國是石油缺少的國家,汽油昂貴,油價約為美國的4倍,每年從國外進口大量的石油。20世紀70年代石油危機成為法國開發電動汽車的轉折點,1973年雷諾汽車集團已研制出電動汽車。標致-雪鐵龍與雷諾兩大汽車公司一直在積極研制電動汽車,1990年標致-雪鐵龍公司的J-5和C-25電動貨車投入生產,該公司1995年正式將標致106和雪鐵龍AX電動轎車投入生產。從1995年7月1日開始,政府給購買電動汽車的用戶提供5000法郎補貼,法國電力公司從自身利益考慮,向電動汽車制造廠生產的電動汽車每輛提供一萬法郎的補助。這些措施給電動汽車在法國發展創造了良好的環境。
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頁1.3.1國外新能源汽車發展現狀20世紀90年代中期,法國開始推廣電動汽車和天然氣汽車。1999年,政府要求所有市政部門的電動汽車及天然氣汽車比例必須占市政部門擁有車輛總數的20%以上,以此帶動整個社會選擇環保車型。近兩年來,作為環保車型中的“佼佼者”,純電動汽車和混合動力電動汽車在法國市場上具有獨特的優勢,這與政府推出的政策密不可分。
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頁1.3.1國外新能源汽車發展現狀法國政府規定,自2008年1月1日起,政府按所購買新車的尾氣二氧化碳排放量多少,對車主給予相應的現金“獎罰”,以鼓勵購買低排量環保車型。按規定,凡購買尾氣二氧化碳排放量介于100~130g的新車,車主可獲得現金200~1000歐元不等的環保獎勵。若購買超低能耗、低排放的新能源汽車如電動汽車,獎勵金額則高達5000歐元。反之,如果尾氣二氧化碳排放量在160g以上,將按遞增方式向車主征收環保稅,稅額從200~2600歐元不等。此外,法國政府還鼓勵報廢能耗大的舊車,并給予一定數額的現金獎勵。
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頁1.3.1國外新能源汽車發展現狀在這些補貼、征稅等政策的指導下,眾多汽車商和消費者都將目光投向了更為環保的小排量汽車和新能源汽車。2009年,二氧化碳排量在140g/100km以下的汽車占了法國新車銷售市場63%的份額。在政府優惠政策的帶動下,汽車生產商們也都聞風而動,雷諾-日產聯盟、標致-雪鐵龍與日本三菱汽車公司合作,推出環保電動汽車。2013年,在法國銷售的純電動汽車、插電式混合動力電動汽車共計8300多輛。
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頁1.3.1國外新能源汽車發展現狀3.德國德國在新能源汽車方面也作出了重要貢獻。寶馬也是氫動力發動機車型研究的先行者。
德國政府表示,到2020年,可再生能源要占全部能源消耗的47%,因此,2020年德國境內的新能源汽車要超過100萬輛。在2009年年初德國政府通過的500億歐元的經濟刺激計劃中,很大一部分用于電動汽車研發、“汽車充電站”網絡建設和可再生能源開發。
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頁1.3.1國外新能源汽車發展現狀2013年,在德國銷售的純電動汽車、插電式混合動力電動汽車共計3200多輛。當年銷售車型分別為:雪佛蘭Volt、通用Ampera、日產Leaf、尼桑ZOE、標致C-ZERO、標致iOn、寶馬i3、三菱i-MiEV,共計8款車型。其中,銷售最好的是尼桑ZOE,銷售量接近1100輛。目前,國外各大汽車公司紛紛制訂新的新能源汽車開發計劃。在這個“環保競技場”上,包括通用、奔馳、大眾、寶馬、豐田、本田、福特、克萊斯勒、日產等先行者,更是當仁不讓地扮演了新能源車的主角。
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頁1.3.2國內新能源汽車發展現狀我國高度重視電動汽車技術的發展。“十五”期間,啟動了“863”計劃電動汽車重大科技專項,確立了“三縱三橫”(三縱:純電動汽車、混合動力電動汽車、燃料電池電動汽車;三橫:電池、電機、電控)的研發布局,取得了一大批電動汽車技術創新成果。“十一五”以來,提出“節能和新能源汽車”戰略,政府高度關注新能源汽車的研發和產業化。
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頁1.3.2國內新能源汽車發展現狀2006年6月,“十一五”的“863”計劃節能與新能源汽車重大項目通過論證。其重點任務是推進燃料電池汽車研發和示范運行,實現混合動力汽車規模產業化,拓展純電動汽車的應用范圍,進一步擴大代用燃料汽車的推廣應用;促進節能與新能源汽車產業政策、法規和相關標準的研究與制訂,完善相關檢測評價能力,形成知識產權保護和投融資服務體系,構建節能與新能源汽車公共服務平臺,建立中國節能與新能源汽車產業聯盟;把握交通能源動力系統轉型的重大機遇,建立以企業為主體的產學研結合的自主研發創新體系。
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頁1.3.2國內新能源汽車發展現狀2006~2007年,我國新能源汽車產業取得了重大的發展,自主研制的純電動、混合動力和燃料電池三類新能源汽車整車產品相繼問世;混合動力和純電動客車實現了規模示范;純電動汽車實現批量出口;燃料電池轎車研發進入世界先進行列。2008年7月11日,科技部和北京市舉行了奧運新能源汽車示范運行交車儀式。交車儀式上,各類車型共計595輛交付使用,為官員、運動員、教練員、媒體記者以及社會觀眾等提供服務。
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頁1.3.2國內新能源汽車發展現狀據統計,北京奧運會、殘奧會期間,這595輛汽車累計運行371.4萬km,載客441.7萬人次,執行公務用車970次。我國自主研發的新能源車輛通過了這次規模化、集中化、高強度的運行考核,用科技成果和實際行動實現了奧林匹克中心區域交通“零排放”,在中心區域的周邊地區和奧林匹克交通優先路線上的“低排放”。2009年1月14日國務院常務會議原則通過汽車產業調整振興規劃,決定實施新能源汽車發展戰略,重點強調將以新能源汽車為突破口,加強自主創新,形成新的競爭優勢。這一決定將推動中國新能源汽車盡快實現產業化,也將為中國在新能源汽車領域走在世界前列、形成競爭優勢奠定基礎。
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頁1.3.2國內新能源汽車發展現狀為推動節能與新能源汽車規模化、產業化,促進我國汽車產業加快結構調整、實現跨越式發展,奧運會后,財政部、科技部發出了《關于開展節能與新能源汽車示范推廣工作試點工作的通知》,決定在北京、上海、重慶、長春、大連、杭州、濟南、武漢、深圳、合肥、長沙、昆明、南昌等25個城市開展節能與新能源汽車示范推廣試點工作。鼓勵試點城市率先在公交、出租、公務、環衛和郵政等公共服務領域推廣使用節能與新能源汽車。《通知》明確中央財政重點對試點城市購置混合動力汽車、純電動汽車和燃料電池等節能與新能源汽車給予一次性定額補助。補助標準主要依據節能與新能源汽車與同類傳統汽車的基礎差價,并適當考慮規模效應、技術進步等因素確定。
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頁1.3.2國內新能源汽車發展現狀2010年上海世博會期間,也有超過1000輛新能源汽車在世博場館和周邊運行。其中世博會園區以新能源汽車實現公共交通的零排放,包括120輛純電動客車、36輛超級電容客車和6輛燃料電池電動汽車通過公交車形式示范運行,140輛純電動場地車和100輛燃料電池觀光車通過特定形式滿足公共需求,可減少二氧化碳排放1.3萬噸;園區周邊則以符合國Ⅳ標準的混合動力電動汽車實現低排放。
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頁1.3.2國內新能源汽車發展現狀2010年8月18日,國務院國資委在北京召開由16家中央企業發起的“中央企業電動汽車產業聯盟”成立大會,旨在有效發揮中央企業在我國經濟結構調整、產業轉型中的帶頭和引領作用,形成合力加快推動我國電動汽車產業的發展,以聯盟的方式,促進企業間的合作與協同發展,快速、有效的突破電動汽車產業核心技術,盡快形成規模化發展態勢。2010年9月8日,國務院常務會議審議并原則通過了《國務院關于加快培育和發展戰略性新興產業的決定》。其中,節能環保、新一代信息技術、生物、高端裝備制造、新能源、新材料和新能源汽車等7個產業,被確定為我國的戰略性新興產業并將在今后加快推進。
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頁1.3.2國內新能源汽車發展現狀2012年5月30日,國務院常務會議通過了《“十二五”國家戰略性新興產業發展規劃》,規劃中明確提出新能源汽車產業要加快高性能動力電池、電機等關鍵零部件和材料核心技術研發及推廣應用,形成產業化體系。從2012年起國家每年將安排10-20億元人民幣資金,支持具備量產條件的新能源汽車產業化,支持節能汽車技術研發和產業鏈建設。繼續加大25個城市公共服務領域新能源汽車示范推廣力度,特別要擴大公務、物流、租賃等行業使用規模。同時要求試點城市盡快取消新能源汽車的車牌拍賣、搖號、限行等限制措施,出臺停車費、電價、道路通行費等扶持政策,加快充電站等基礎設施建設步伐。
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頁1.3.2國內新能源汽車發展現狀2012年7月9日,由工信部牽頭制訂的《節能與新能源汽車發展規劃(2011—2020年)》正式發布。規劃提出,到2015年,純電動汽車和插電式混合動力電動汽車累計產銷量力爭達到50萬輛;到2020年,純電動汽車和插電式混合動力電動汽車生產能力達200萬輛、累計產銷量超過500萬輛,燃料電池電動汽車、車用氫能源產業與國際同步發展。規劃提出的主要目標還包括:新能源汽車、動力電池及關鍵零部件技術整體上達到國際先進水平,掌握混合動力、先進內燃機、高效變速器、汽車電子和輕量化材料等汽車節能關鍵核心技術,形成一批具有較強競爭力的節能與新能源汽車企業。規劃明確了業內關注的新能源汽車技術路線:以純電驅動為新能源汽車發展和汽車工業轉型的主要戰略取向,當前重點推進純電動汽車和插電式混合動力電動汽車產業化,推廣普及常規混合動力電動汽車、節能內燃機汽車,提升我國汽車產業整體技術水平。
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頁1.3.2國內新能源汽車發展現狀2013年,財政部、科技部和工業和信息化部等又下發了《關于繼續開展新能源汽車推廣應用工作的通知》,2013~2015年繼續開展新能源汽車推廣應用工作,對消費者購買新能源汽車給予補貼,對示范城市充電設施建設給予財政獎勵。2013年12月,確認28個城市或區域為第一批新能源汽車推廣應用城市。2014年1月,又確定12個城市或區域為第二批新能源汽車推廣應用城市
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頁1.3.2國內新能源汽車發展現狀2014年2月,國家發改委等單位聯合發布了《關于進一步做好新能源汽車推廣應用工作的通知》,確定了新能源汽車補貼范圍和標準。2014年7月,國務院辦公廳印發了《關于加快新能源汽車推廣應用的指導意見》,對充電設施建設、財政稅收政策支持、政府采購、準入政策等提出指導方向,助推新能源汽車商業化、市場化進程提速。自2014年9月1日起,所有中國境內銷售的電動汽車以及燃料電池、混合動力的新能源汽車將取消車輛購置稅。國家機關事務管理局、財政部等聯合公布了《政府機關及公共機構購買新能源汽車實施方案》,明確政府機關和公共機構公務用車“新能源化”的時間表和路線圖。
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頁1.3.2國內新能源汽車發展現狀國家發改委下發了《關于電動汽車用電價格政策有關問題的通知》,明確了經營性和自用性充電設施電價收取標準。對經營性集中式充換電設施用電實行價格優惠,執行大工業電價,并且2020年前免收基本電費;對居民家庭住宅、住宅小區等充電設施用電執行居民電價。受益政策頻頻推出,新能源汽車即將駛入發展快車道。
2013年,在中國銷售的純電動汽車和插電式混合動力電動汽車6500多臺中,深圳比亞迪公司生產的BYDe6電動汽車成為銷售冠軍,銷售了1500多臺。排名第2的是銷量為1400多輛的北汽E150EV,排名第3的是銷量為1300多輛的江淮同悅(J3)電動汽車。
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頁1.3.2國內新能源汽車發展現狀當前,我國電動汽車發展已進入關鍵時期,既面臨重大的發展機遇,也面臨著嚴峻的挑戰。我國電動汽車發展中還存在很多需要解決的問題,例如核心技術還不具競爭優勢,企業投入不足,政府的協調統籌潛力還沒有充分發揮等。總體看,我國電動汽車研發起步不晚,發展不慢,但由于傳統汽車及相關產業基礎相對薄弱、投入不足,差距仍在,中高端技術競爭壓力越來越大。因此,必須加大攻堅力度,推動我國汽車工業向創新驅動轉型,搶占技術制高點,培育新能源汽車戰略性新興產業,引領產業變革,確保我國汽車行業可持續發展。
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頁1.3.3新能源汽車發展戰略和發展趨勢1.新能源汽車發展戰略我國以電動汽車為代表的新能源汽車,發展的總體戰略是:(1)戰略定位:發展電動汽車,是在中國以煤為主的能源結構下,煤基能源交通應用的最佳方式,是我國汽車工業應對能源、環境和氣候變化挑戰、保持可持續發展的最佳途徑;是我國應對金融危機、培育新興產業和新的經濟增長點的戰略選擇;是在國際汽車業“轉移”與“轉型”的大背景下,實現我國汽車產業從大國向強國轉型、實現自主發展的最佳選擇。
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頁1.3.3新能源汽車發展戰略和發展趨勢(2)戰略目標:把握電動汽車的歷史機遇,實施電動汽車國家戰略,全面掌握電動汽車核心技術,帶動汽車共性技術的全面提升,形成具有國際競爭力的電動汽車及關鍵零部件工業體系,加快汽車動力系統電氣化轉型,構建可持續發展的交通能源體系,實現我國由汽車大國向汽車強國的轉變。
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頁1.3.3新能源汽車發展戰略和發展趨勢(3)自主創新目標:建立完善的自主創新開發體系,全面掌握電動汽車核心技術,形成具有國際先進水平的產品開發能力,自主開發的各類產品具有國際競爭力;整車、動力系統和電子控制等共性技術達到國際先進水平;先進動力電池、驅動電機、燃料電池及發動機、多能源動力總成控制系統等關鍵技術達到國際領先水平。(4)產業發展目標:建立起電動汽車整車及關鍵零部件的產品開發、生產、供應和售后服務保障體系,電動汽車規模化生產能力和網絡化服務能力滿足市場需要。小型純電動汽車、大型純電動商用車、輕度混合動力汽車和PLUG-IN混合動力汽車形成比較優勢;先進動力電池、驅動電機等關鍵零部件及其核心材料產業化規模和競爭力保持領先。
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頁1.3.3新能源汽車發展戰略和發展趨勢(5)市場環境目標:完善電動汽車消費和使用環境,各類電動汽車大規模進入市場,緩解能源和環境形勢緊張的局面;混合動力汽車成為市場主導產品,純電動汽車得到大規模應用,燃料電池汽車小批量進入市場,充電站、加氫站等基礎設施基本滿足電動汽車應用需求。(6)政策法規目標:發揮標準引領作用,建立健全完善的電動汽車標準體系,積極參與國際標準化研究和制定工作,爭取在優勢產品和技術領域發揮主導作用;充分利用政策法規的激勵和約束機制,系統規劃、超前部署,建立有利于電動汽車發展的政策法規環境。
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頁1.3.3新能源汽車發展戰略和發展趨勢(7)戰略途徑:大力實施汽車產業轉型戰略;堅持自主創新,積極開發新一代能源動力系統,加快電動汽車的發展,瞄準未來汽車競爭制高點,加速車用能源動力系統向電氣化“轉型”;利用國際汽車業“轉移”的機遇,全面提升汽車共性關鍵技術水平,滿足當前汽車節能和排放法規不斷升級的需要,同時服務于我國汽車產業轉型戰略。
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頁1.3.3新能源汽車發展戰略和發展趨勢2.新能源汽車發展趨勢(1)突破電池技術是關鍵。作為動力源,現在還沒有任何一種電池能與石油相提并論,動力電池已成為限制電動汽車發展的瓶頸。(2)驅動電機呈多樣化發展。美國傾向于采用交流感應電機,其主要優點是結構簡單、可靠,質量較小,但控制技術較復雜。日本多采用永磁無刷直流電機,優點是效率高,起動轉矩大,質量較小,但成本高,且有高溫退磁、抗振性較差等缺點。德國、英國等大力開發開關磁阻電機,優點是結構簡單、可靠,成本低,缺點是質量較大,易于產生噪聲。
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頁1.3.3新能源汽車發展戰略和發展趨勢(3)由于受續駛里程的影響,純電動汽車向超微型發展。這種汽車降低了對動力性和續駛里程的要求,充電過程比較簡單,車速不高,較適合于市內或社區小范圍內使用。(4)混合動力汽車是內燃機汽車和純電動汽車之間的過渡產品,既充分發揮了現有內燃機技術優勢,又盡可能發揮電機驅動無污染的優勢。發展混合動力汽車有兩條技術路線值得重視:一是轎車混合動力的模塊化。通過功能模塊的發展與組合逐步推進汽車動力的電氣化。二是城市客車混合動力系統的平臺化。發電機組+驅動電機+儲能裝置構成了混合動力系統的基本技術平臺。混合動力汽車可以大幅度降低油耗,減少污染物排放,且技術成熟。
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頁1.3.3新能源汽車發展戰略和發展趨勢(5)燃料電池汽車成為競爭的焦點。燃料電池汽車在成本和整體性能上,特別是續駛里程和補充燃料時間上明顯優于其它電池的電動汽車,并且燃料電池所用的燃料來源廣泛,又可再生,并可實現無污染、零排放等環保標準。因此,燃料電池汽車已成為世界各大汽車公司21世紀激烈競爭的焦點。燃料電池及氫動力發動機車型被看作是新能源汽車最終的解決方案。
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頁1.3.3新能源汽車發展戰略和發展趨勢(6)開發新一代車用能源動力系統,發展新能源汽車。重點發展各種液體代用燃料發動機及其混合動力汽車,逐步過渡到采用生物燃料的混合動力汽車和可充電的混合動力汽車;進一步發展以天然氣為主體的氣體燃料基礎設施,分步建設長期可持續利用的氣體燃料供應網絡;以天然氣發動機為基礎,發展各種燃氣動力,尤其是天然氣/氫氣內燃機及其混合動力;發展新一代燃料電池發動機及其混合動力;大力推進動力電池的技術進步,發展適合中國國情的純電動汽車尤其是微型純電動汽車。以城市公交車輛為重點,以點帶面,穩步推進新能源汽車示范與商業化。
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頁1.4新能源汽車技術路線及關鍵技術在電動汽車科技發展“十二五”專項規劃中,明確提出了我國電動汽車發展的技術路線和需要突破的關鍵技術。
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頁1.4.1新能源汽車技術路線電動汽車按動力系統電氣化水平分為兩類:一類是全部或大部分工況下主要由電機提供驅動功率的電動汽車(稱為“純電驅動”電動汽車,例如純電動汽車、插電式混合動力電動汽車、增程式電動汽車以及燃料電池電動汽車);另一類是動力電池容量較小,大部分工況下主要由內燃機提供驅動功率的電動汽車(稱為常規混合動力電動汽車)。從培育戰略性新興產業角度看,發展電氣化程度比較高的“純電驅動”電動汽車是我國新能源汽車技術的發展方向和重中之重。要在堅持節能與新能源汽車“過渡與轉型”并行互動、共同發展的總體原則指導下,規劃電動汽車技術發展戰略。
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頁1.4.1新能源汽車技術路線(1)確立“純電驅動”的技術轉型戰略。順應全球汽車動力系統電動化技術變革總體趨勢,發揮我國的有利條件和比較優勢,面向“純電驅動”實施汽車產業技術轉型戰略,加快發展“純電驅動”電動汽車產品。實施這一技術轉型戰略,要依靠自主創新,堅持自主發展,突破電動汽車核心瓶頸技術;同時要充分利用國際資源,進一步提升我國汽車共性基礎技術水平,服務于“純電驅動”的技術轉型戰略。
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頁1.4.1新能源汽車技術路線(2)堅持“三縱三橫”的研發布局。我國電動汽車研發在“三縱三橫”的技術創新戰略指導下,經過“十五”“三縱三橫、整車牽頭”和“十一五”“三縱三橫、動力系統技術平臺為核心”兩階段技術攻關,取得了重大技術突破,形成了中國特色的電動汽車研發體系。“十二五”期間,繼續堅持“三縱三橫”的基本研發布局,根據“純電驅動”技術轉型戰略,進一步突出“三橫”共性關鍵技術。在“三縱”方面,純電動汽車、增程式電動汽車和插電式混合動力電動汽車作為純電驅動汽車的基本類型歸為一個大類;燃料電池電動汽車作為純電驅動汽車的特殊類型繼續獨立作為一“縱”;混合動力電動汽車主要為常規混合動力電動汽車。在“三橫”方面,“電池”包括動力電池和燃料電池;“電機”包括電機系統及其與發動機、變速器總成一體化技術等;“電控”包括“電轉向”、“電空調”、“電制動”和“車網融合”等在內的電動汽車電子控制系統技術。
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頁1.4.2新能源汽車關鍵技術1.電池以動力電池模塊為核心,實現我國以能量型鋰離子動力電池為重點的車用動力電池大規模產業化突破。以車用能量型動力電池為主要發展方向,兼顧功率型動力電池和超級電容器的發展,全面提高動力電池輸入輸出特性、安全性、一致性、耐久性和性價比等綜合性能。強化動力電池系統集成與熱-電綜合管理技術,促進動力電池模塊化技術發展;實現車用動力電池模塊標準化、系列化、通用化,為支撐純電驅動電動汽車的商業化運營模式提供保障。
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頁1.4.2新能源汽車關鍵技術瞄準國際前沿技術,深入開展下一代新型車用動力電池自主創新研究,為電動汽車產業中長期發展進行技術儲備。重點研究新型鋰離子動力電池。研究新型鋰離子動力電池設計、性能預測、安全評價及安全性新技術。新體系動力電池方面,重點研究金屬空氣電池、多電子反應電池和自由基聚合物電池等,并通過實驗技術驗證,建立動力電池創新發展技術研發體系。到2015年,為我國車用動力電池產業提升市場競爭能力提供科技支撐。通過新型鋰離子動力電池和新體系電池的探索,確立我國下一代車用動力電池的主導技術路線。
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頁1.4.2新能源汽車關鍵技術突破燃料電池關鍵技術和系統集成,推進工程實用化,為新一代燃料電池電動汽車研發與產業化奠定核心技術基礎。重點推進燃料電池的工程實用化,建立小批量生產線,進一步提升燃料電池性能,降低成本,強化電堆與系統的壽命考核,改進提高燃料電池系統控制策略與關鍵部件性能,提升燃料電池系統可靠性與耐久性,為燃料電池電動汽車示范運行提供可靠的車用燃料電池系統。加強燃料電池基礎材料和系統集成科技創新,研發高穩定性、高耐久性、低成本的關鍵材料和部件。保證電堆在高電流密度下的均一性,提高功率密度,進一步增強系統的環境適應能力,為下一代燃料電池電動汽車研發奠定核心技術基礎。
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頁1.4.2新能源汽車關鍵技術2.電機面向混合動力大規模產業化需求,開發混合動力發動機/電機總成和機電耦合傳動總成,形成系列化產品和市場競爭力,為混合動力電動汽車大規模產業化提供技術支撐。面向純電驅動大規模商業化示范需求,開發純電動汽車驅動電機及其傳動系統系列,同步開發配套的發動機發電機組系列,為實現純電動汽車大規模商業示范提供技術支撐。面向下一代純電驅動系統技術攻關,從新材料/新結構/自傳感電機、IGBT芯片封裝和驅動系統混合集成、新型傳動結構等方面著手,開發高效率、高材料利用率、高密度和適應極限環境條件的電力電子、電機與傳動技術,探索下一代車用電機驅動及其傳動系統解決方案,滿足電動汽車可持續發展需求。
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頁1.4.2新能源汽車關鍵技術3.電控重點開發混合動力專用發動機先進控制算法、混合動力系統先進實時控制網絡協議、多部件間的轉矩耦合和動態協調控制算法,研制高性能的混合動力系統控制器,滿足混合動力電動汽車大規模產業化技術需求。重點開發先進的純電驅動汽車分布式、高容錯和強實時控制系統,高效、智能和低噪音的電動化總成控制系統,電動汽車的車載信息、智能充電及其遠程監控技術,滿足純電動汽車大規模示范需要。重點開發基于新型電機集成驅動的一體化底盤動力學控制、高性能的下一代整車控制器及其專用芯片、電動汽車智能交通系統與車網融合技術,為下一代純電驅動汽車開發提供技術支撐。
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頁1.4.2新能源汽車關鍵技術4.混合動力電動汽車針對常規混合動力電動汽車大規模產業化需求,開展系列化混合動力系統總成開發,協調控制、能量管理等關鍵技術攻關和整車產品的產業化技術研發,將節能環保發動機開發與電動化技術有機結合,重點突破產品性價比,形成市場競爭優勢。突破混合動力電動汽車產業化關鍵技術,構建混合動力電動汽車零部件配套保障體系,開展批量化生產裝備與工藝、質量管理體系以及配套的維修檢測設備開發,建成混合動力電動汽車專用的裝配、檢測、檢驗生產線。
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頁1.4.2新能源汽車關鍵技術中度混合動力方面,突破混合動力電動汽車關鍵技術,深化發動機控制技術研究,解決動力源工作狀態切換和動態協調控制,以及能源優化管理,掌握整車故障診斷技術,進一步提高整車的可靠性、耐久性、性價比,開發出高性價比、具有市場競爭力、可大規模產業化的混合動力電動汽車系列產品。深度混合動力方面,突破混合動力系統構型技術,能量管理協調控制技術,開發深度混合動力新構型。開發出高性價比、可大規模批量生產的深度混合動力轎車和商用車產品。
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頁1.4.2新能源汽車關鍵技術5.純電動汽車(含插電式/增程式電動汽車)以小型純電動汽車關鍵技術研發作為純電動汽車產業化突破口,開發純電動小型轎車系列產品(包括增程式),并實現大規模商業化示范;開發公共服務領域純電動商用車并大規模商業示范推廣;加強插電式混合動力電動汽車研發力度,開發系列化插電式混合動力轎車和商用車系列產品。小型純電動汽車方面,針對大規模商業化示范需求,開發系列化特色純電驅動車型及其能源供給系統,并探索新型商業化模式。實現小型純電動汽車(含增程式)關鍵技術突破,重點掌握電氣系統集成、動力系統匹配和整車熱-電綜合管理等技術。開發出舒適、安全、性價比高的小型純電動轎車系列產品。
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頁1.4.2新能源汽車關鍵技術純電動商用車方面,重點研究整車NVH、輕量化、熱管理、故障診斷、容錯控制與電磁兼容及電安全技術。插電式混合動力電動汽車方面,掌握插電式混合動力構型及專用發動機系統研發技術;突破高效機電耦合技術、輕量化、熱管理、故障診斷、容錯控制與電磁兼容技術、電安全技術;開發出高性價比、可滿足大規模商業化示范需求的插電式混合動力轎車和商用車系列產品。
第86
頁1.4.2新能源汽車關鍵技術6.燃料電池電動汽車面向高端前沿技術突破需求,基于高功率密度、長壽命、高可靠性的燃料電池發動機技術,突破新型氫-電-結構耦合安全性等關鍵技術,攻克適應氫能源供給的新型全電氣化底盤驅動系統平臺技術,研制出達到國際先進水平的燃料電池電動轎車和客車,并進行示范考核;掌握車載供氫系統技術,實現關鍵部件的自主開發,掌握下一代燃料電池電動汽車動力系統平臺技術,研制下一代燃料電池電動轎車和客車產品,并進行運行考核。
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頁1.4.2新能源汽車關鍵技術為了加速推進新能源汽車產業市場化進程,科技部已經啟動了“十三五”電動汽車科技規劃的制定。“十三五”電動汽車科技規劃將緊跟電動汽車產業和新能源新材料等新型經濟發展,把握關鍵重點,在下一代電機電控系統、新能源汽車的智能化技術和安全等重點領域開展技術攻關。在動力電池方面,要加強新材料的研究與應用,如開展高電壓材料、副離層材料,硅碳負極板等多元新材料的研究和電極、電解質的研究來提高電池性能;要研發高功率極片、芯結構的電池組,盡早實現專利布局;在正負極、鋰離子生產方面提質量、降成本進行基礎關鍵技術的研發。
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頁1.4.2新能源汽車關鍵技術在電機方面,要聚焦驅動電機,研發高性能電力電池裝置,開發出高效量輕的電池系統,提升電機系統的核心競爭力。在整車控制和信息系統上面,要瞄準電動汽車與信息化技術相互融合的新趨勢,鼓勵企業將互聯網技術與新能源汽車技術結合,將智能電網、移動互聯、物聯網、大數據等信息技術深深地融入到新能源汽車技術創新和推廣應用上,大力開展智能化電動汽車、充電設施的研發與應用。此外,重視新型的鋁鎂核心技術材料、碳纖維材料等新材料在電動汽車中的應用。
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頁新能源汽車類型2.1純電動汽車2.2增程式電動汽車2.3混合動力電動汽車2.4燃料電池電動汽車2.5其他新能源汽車
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頁2.1純電動汽車2.1.1純電動汽車的類型2.1.2純電動汽車的結構原理2.1.3純電動汽車驅動系統布置形式2.1.4純電動汽車的特點2.1.5電動汽車的關鍵技術2.1.6純電動汽車主要技術指標2.1.7純電動汽車車型實例
第91
頁2.1.1純電動汽車的類型純電動汽車是指以車載電源為動力,用電機驅動車輪行駛,符合道路交通、安全法規各項要求的車輛。一般采用高效率充電蓄電池為動力源。純電動汽車無需再用內燃機,因此,純電動汽車的電動機相當于傳統汽車的發動機,蓄電池相當于原來的油箱,電能是二次能源,可以來源于風能、水能、熱能、太陽能等多種方式。純電動汽車可分為2種類型,即用純蓄電池作為動力源的純電動汽車和裝有輔助動力源的純電動汽車。
第92
頁2.1.1純電動汽車的類型1.用純蓄電池作為動力源的純電動汽車用單一蓄電池作為動力源的純電動汽車,只裝置了蓄電池組,它的電力和動力傳輸系統如圖所示。
第93
頁2.1.1純電動汽車的類型2.裝有輔助動力源的純電動汽車用單一蓄電池作為動力源的純電動汽車,蓄電池的比能量和比功率較低,蓄電池組的質量和體積較大。因此,在某些純電動汽車上增加輔助動力源,如超級電容器、發電機組、太陽能等,由此改善純電動汽車的啟動性能和增加續駛里程。裝有輔助動力源的純電動汽車的電力和動力傳輸系統如圖所示。
第94
頁2.1.2純電動汽車的結構原理燃油汽車主要由發動機,底盤、車身和電氣四大部分組成,純電動汽車的結構與燃油汽車相比,主要增加了電力驅動控制系統,而取消了發動機,電力驅動控制系統的組成與工作原理如圖2.4所示,它由電力驅動主模塊、車載電源模塊和輔助模塊三大部分組成。當汽車行駛時,由蓄電池輸出電能(電流)通過控制器驅動電動機運轉,電動機輸出的轉矩經傳動系統帶動車輪前進或后退。電動汽車續駛里程與蓄電池容量有關,蓄電池容量受諸多因素限制。要提高一次充電續駛里程,必須盡可能地節省蓄電池的能量。
第95
頁2.1.2純電動汽車的結構原理
第96
頁2.1.2純電動汽車的結構原理1.電力驅動主模塊電力驅動主模塊主要包括中央控制單元、驅動控制器、電機、機械傳動裝置和車輪等。它的功用是將存儲在蓄電池中的電能高效地轉化為車輪的動能,并能夠在汽車減速制動時,將車輪的動能轉化為電能充入蓄電池。中央控制單元根據加速踏板和制動踏板的輸入信號,向驅動控制器發出相應的控制指令,對電動機進行啟動、加速、減速、制動控制。驅動控制器是按中央控制單元的指令和電動機的速度、電流反饋信號,對電動機的速度、驅動轉矩和旋轉方向進行控制。驅動控制器必須和電動機配套使用。電機在電動汽車中被要求承擔電動和發電的雙重功能,即在正常行駛時發揮其主要的電動機功能,將電能轉化為機械能;在減速和下坡滑行時又被要求進行發電,將車輪的慣性動能轉化為電能。機械傳動裝置是將電動機的驅動轉矩傳輸給汽車的驅動軸,從而帶動汽車車輪行駛。
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頁2.1.2純電動汽車的結構原理2.車載電源模塊電源電源模塊主要包括蓄電池電源、能量管理系統和充電控制器等。它的功用是向電動機提供驅動電能、監測電源使用情況以及控制充電機向蓄電池充電。純電動汽車的常用電源有鉛酸電池、鎳鎘電池、鎳氫電池、鋰離子電池等。純電動汽車的能量管理主要是指電池管理系統,它的主要功用是對電動汽車用電池單體及整組進行實時監控、充放電、巡檢、溫度監測等。充電控制器是把交流電轉化為相應電壓的直流電,并按要求控制其電流。
第98
頁2.1.2純電動汽車的結構原理輔助系統主要包括輔助動力源、動力轉向系統、駕駛室顯示操縱臺和各種輔助裝置等。輔助系統除輔助動力源外,依據不同車型而不同。輔助動力源主要由輔助電源和DC/DC功率轉換器組成,其功用是供給電動汽車其它各種輔助裝置所需要的動力電源,一般為12V或24V的直流低壓電源,它主要給動力轉向、制動力調節控制、照明、空調、電動窗門等各種輔助裝置提供所需的能源。動力轉向系統是為實現汽車的轉彎而設置的,它由轉向盤、轉向器、轉向機構和轉向輪等組成。作用在轉向盤上的控制力,通過轉向器和轉向機構使轉向輪偏轉一定的角度,實現汽車的轉向。
第99
頁2.1.2純電動汽車的結構原理駕駛室顯示操縱臺類同于傳統汽車駕駛室的儀表盤,不過其功能根據電動汽車驅動的控制特點有所增減,其信息指示更多地選用數字或液晶屏幕顯示。輔助裝置主要有照明、各種聲光信號裝置、車載音箱設備、空調、刮水器、風窗除霜清洗器、電動門窗、電控玻璃升降器、電控后視鏡調節器、電動座椅調節器、車身安全防護裝置控制器等。它們主要是為提高汽車的操控性、舒適性、安全性而設置的,根據需要進行選用。
第100
頁2.1.3純電動汽車驅動系統布置形式
電動汽車的驅動系統是電動汽車的核心部分,其性能決定著電動汽車運行性能的好壞。電動汽車的驅動系統布置取決于電機驅動系統的方式,可以有多種多樣。常見的驅動系統布置形式如圖所示。
第101
頁2.1.3純電動汽車驅動系統布置形式(1)傳統的驅動模式。圖(a)與傳統汽車驅動系統的布置方式一致,帶有變速器和離合器,只是將發動機換成電動機,屬于改造型電動汽車。這種布置可以提高電動汽車的起動轉矩,增加低速時電動汽車的后備功率。(2)電動機-驅動橋組合式驅動模式。圖(b)和(c)取消了離合器和變速器,但具有減速差速機構,由1臺電動機驅動兩車輪旋轉。優點是可以繼續沿用當前發動機汽車中的動力傳動裝置,只需要一組電動機和逆變器。這種方式對電動機的要求較高,不僅要求電動機具有較高的起動轉矩,而且要求具有較大的后備功率,以保證電動汽車的起動、爬坡、加速超車等動力性。
第102
頁2.1.3純電動汽車驅動系統布置形式(3)電動機-驅動橋整體式驅動模式。圖(d)是將電動機裝到驅動軸上,直接由電動機實現變速和差速轉換。這種傳動方式同樣對電動機有較高的要求,大起動轉矩和后備功率,不僅要求控制系統有較高的控制精度,而且要具備良好的可靠性,從而保證電動汽車行駛的安全、平穩。(4)輪轂電機驅動模式。圖(e)和(f)同圖(d)布置方式比較接近,將電動機直接裝到了驅動輪上,由電動機直接驅動車輪行駛。
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頁2.1.4純電動汽車的特點
(1)無污染,噪聲低。純電動汽車不產生排氣污染,對環境保護和空氣的潔凈是十分有益的,有“零污染”的美稱;電動汽車無內燃機產生的噪聲,電動機噪聲小。(2)能源效率高,多樣化。電動汽車
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