淺談電動汽車技術(shù)論文(2)
淺談電動汽車技術(shù)論文
淺談電動汽車技術(shù)論文篇二
電動汽車發(fā)展趨勢及其電池技術(shù)分析
【摘要】在能源短缺和環(huán)境污染嚴重的今天，節(jié)能減排已成為各國政府高度重視的戰(zhàn)略課題。電動汽車由于其能耗降低與排放減少方面的突出優(yōu)勢，得到了各級政府的大力支持，在廣東省發(fā)展尤為迅速。本文從電動汽車發(fā)展趨勢出發(fā)，分析其經(jīng)濟優(yōu)勢，并分析電池等核心部件的技術(shù)指標，希望能為從事電動汽車技術(shù)研究人員提供參考。
【關(guān)鍵詞】電動汽車;趨勢;技術(shù)分析
為落實國務(wù)院、各部委與廣東省政府的相關(guān)政策，充分利用電網(wǎng)企業(yè)的自身優(yōu)勢，助力低碳經(jīng)濟建設(shè)，推動電動汽車乃至節(jié)能減排事業(yè)的快速發(fā)展，廣東電網(wǎng)公司對電動汽車的發(fā)展趨勢與技術(shù)路線展開研究，力求為政策制定者及技術(shù)人員提供一份以事實為依據(jù)、以量化分析為主要方法的分析材料，幫助電動汽車管理部門找出可行的商業(yè)運行模式并進行優(yōu)先排序，全面推動充電設(shè)施建設(shè)、運營模式與營銷服務(wù)。
1 電動車自身發(fā)展趨勢
1.1 電動汽車類別
目前，全球電動汽車主要分為插電式混合動力汽車與純電動汽車兩種，具體特點如下表所示：
電動汽車
特點比較 插電式混合動力汽車
(PHEV) 純電動汽車
(EV)
驅(qū)動及
能量系統(tǒng) • 內(nèi)燃機+電機驅(qū)動
• 采用蓄電池 • 電機驅(qū)動
• 采用蓄電池
能源/基礎(chǔ)設(shè)施 • 加油站/電網(wǎng)充電設(shè)備 • 電網(wǎng)充電設(shè)備
產(chǎn)業(yè)化進程 • 已規(guī)?；慨a(chǎn) • 有銷售但未規(guī)模化
代表車型 • BYD F3DM
• GM Volt • BYD E6
• Mitsubishi MiEV
表 1.各種電動汽車特點比較
1.2 電動汽車技術(shù)經(jīng)濟性
純電動車具備經(jīng)濟優(yōu)勢。從經(jīng)濟性方面探究，在政府補貼的作用下，電動車五年總擁有成本比相似的汽車占有優(yōu)勢。筆者對比亞迪生產(chǎn)的F3汽油動力汽車和F3DM插電式混合動力汽車在深圳市5年的總擁有成本進行比較，并對比亞迪生產(chǎn)的M6汽油車和E6純電動汽車在深圳市5年的總擁有成本進行比較，發(fā)現(xiàn)在政府補貼下，插電式混合動力汽車的總擁有成本比同等汽油車低10%，純電動車低4%，如下圖所示：
圖 1.純電動車5年總擁有成本(2011至2015年)對比 � 深圳(元)
小型電動汽車更具競爭力。當(dāng)使用成本優(yōu)勢明顯時，電動車在小型車市場更具競爭力,隨著油價的上漲，在該細分市場的份額將逐漸升高，幅度大于其他細分市場。
表2.電動車在小型車市場更具競爭力
1.3 電動汽車技術(shù)發(fā)展
面對機遇與挑戰(zhàn)，汽車行業(yè)積極投入電動汽車的技術(shù)研發(fā)，關(guān)鍵技術(shù)得到不斷突破。2005年，純電動汽車的續(xù)駛里程不足55英里，充電時間在6到8小時，電池容量不到16KWh，馬達動力不到70KW。到了2010年，純電動汽車續(xù)駛里程達到125英里，充電可以在1小時內(nèi)完成，電池容量達到50KWh，馬達動力達到250KW。預(yù)計在2015年，純電動汽車可以達到190英里，只需在15分鐘內(nèi)就可以充滿電，電池容量達到75KWh以上。
在2004至2008年間，純電動汽車的續(xù)駛里程在50英里/80km左右，只適合于城市地區(qū)駕駛。在2009年至2010年間，純電動汽車的續(xù)駛里程達到100英里/160km左右，適合于城市和郊區(qū)駕駛，并可以用于長途駕駛。到2011年至2015年間，純電動汽車的續(xù)駛里程達到500英里/240km左右，適合于城市、郊區(qū)、鄉(xiāng)村，并適合一切用途。
一系列關(guān)鍵技術(shù)的突破，促使全球主流汽車制造商正不斷推出新的產(chǎn)品。如下圖所示。
圖2.純電動/插電式混合動力電動汽車
中國汽車廠家不甘落后，紛紛推出了一批商業(yè)化的純電動/混合動力汽車的產(chǎn)品發(fā)布計劃。包括比亞迪，吉利，北汽，奇瑞等主要汽車廠商均計劃在2010至2012年間推出包括公交車和小轎車在內(nèi)的純電動汽車和混合動力汽車：
2電池技術(shù)發(fā)展
2.1 動力電池是電動汽車技術(shù)和成本的核心
動力電池負責(zé)儲存并為電動機提供電能，電池的容量(能量密度)決定了汽車的續(xù)駛能力。電動汽車的研發(fā)焦點集中在動力電池的材料、性能、參數(shù)上。動力電池的性能、成本和安全性將在很大程度上決定純電動/混合動力汽車的發(fā)展進程。在產(chǎn)業(yè)化初期，先進的動力電池廠商，必將成為眾多汽車制造商競相爭奪的焦點。目前，動力電池占PHEV成本約30%~50%，占EV成本約60%。
2.2 高效長壽電池發(fā)展迅速
電池制造廠商正全力開發(fā)高效長壽的電池技術(shù)來滿足電動汽車的發(fā)展需要。隨著動力電池技術(shù)的發(fā)展，動力電池的壽命以及能量密度不斷提高。下圖比較了不同電池技術(shù)在壽命以及能量密度的性能特點，并顯示了電池技術(shù)的發(fā)展趨勢。
圖3.電池動力技術(shù)
2.3 主要電池對比分析
目前適合作為電動汽車動力源的電池主要有鉛酸蓄電池、鎳氫動力電池以及鋰離子動力電池，而鋰電池是目前動力電池的發(fā)展主流。筆者對鋰電池與鎳氫電池性能進行比較，如下表所示:
項目 鎳氫電池 鋰電池
現(xiàn)狀 長期
能量密度 (Wh/kg) 70-80 150-200 >300
功率密度 (W/kg) 230 500 >600
成本 0/kwh 0/kwh <0/kwh
充電壽命 500-700次 1000-2000次 >3000次以上
充放電效率 65% 90% >95%
充電速度 較快 中 快
記憶效應(yīng) 較嚴重 很低 幾乎沒有
工作性能 一般 工作電壓更高，電流特性比鎳氫電池好
安全性 較好 較差 磷酸鋰鐵應(yīng)用后將大為收善
污染性 有一些 有一些 磷酸鋰鐵應(yīng)用后污染性很低
資源豐富程度 一般 較好，中國儲量尢其豐富
表4.電池性能比較
鎳氫電池目前的優(yōu)勢是安全性較好且成本較低，鎳氫電池混合動力汽車短期內(nèi)仍是主流。鋰電池在電池容量、充電壽命、工作電壓、工作電流等性能上均大大優(yōu)于鎳氫電池，且無記憶效應(yīng)。隨著鋰電池技術(shù)的發(fā)展，鋰電池的能量密度和比能量都將繼續(xù)提升，在性能上保持優(yōu)勢，同時隨著產(chǎn)量規(guī)模的擴大和技術(shù)的不斷進步，鋰電池成本也不斷降低。如下圖所示。
圖 4.電池發(fā)展趨勢
2010年，鋰電池的市場價格在550美元/KWh左右。根據(jù)對鋰電池的市場的預(yù)測，到2015年，鋰電池價格會降至350美元/KWh;到2020年，鋰電池價格會降至250美元/KWh，較2010年下降50%以上。隨著鋰電池性能日益提高，相對于鉛酸蓄電池和鎳氫電池優(yōu)勢愈發(fā)明顯。3-5年后，筆者認為鋰電池在EV和PHEV將取得廣闊發(fā)展。
3. 中國電動汽車電池市場
2009年中國鋰電池市場(包括整個鋰電池市場，如手機電池)中，比亞迪在中國鋰電池市場擁有21%的份額;排在第二的是深圳比克，擁有19%的市場份額;排名三至五的分別為天津力神(6%)，光宇電池(4%)和盟固利(3%)。由此帶來的結(jié)果是：
3.1 生產(chǎn)能力迅速提升
比亞迪2009年在惠州投資50億元，并預(yù)期再投資100億元。深圳比克預(yù)計投資24億元在天津建造具備3000萬電池產(chǎn)能的生產(chǎn)廠。天津力神預(yù)期投資2億元。光宇電池預(yù)期投資9000萬元。這些投資積極地促使電池生產(chǎn)的能力迅速提升。
3.2 激進地向純電動/混合動力汽車電池市場擴張
深圳比克決定進入電動汽車電池市場。天津力神與邁爾斯汽車集團建立合資公司出口電動汽車電池。光宇與哈飛合作研發(fā)電動汽車電池。盟固利成為2008年北京奧運會指定為純電動公交大巴鋰電池提供商。
3.3 汽車制造商的供給簡單有限
比亞迪除了電池生產(chǎn)外，還進行純電動/混合電動汽車的研發(fā)制造。此外的大多數(shù)本地電池供應(yīng)商專注于電池生產(chǎn)供應(yīng)，沒有進入整車制造領(lǐng)域。
然而目前，動力電池在插電式混合動力汽車成本中所占的比例仍然非常驚人。電池容量越大，電池占到總車成本的比重就越大。動力電池占插電式混合動力汽車成本約在30%到50%，占純電動汽車成本約60%。
由此可見，電池技術(shù)的突破，對于電動車的整體發(fā)展至關(guān)重要。
電動汽車行業(yè)順應(yīng)了我國可持續(xù)發(fā)展中降低能耗與減少排放的必然要求，獲得了各級政府資金與政策方面的有力支持，由此在成本上與傳統(tǒng)燃油汽車相比取得優(yōu)勢，發(fā)展前景十分廣闊。隨著汽車廠商對電動汽車整體開發(fā)投入的增大與電池技術(shù)的不斷進步，社會充電設(shè)施的不斷完善，電動汽車的市場接受程度將逐漸提高，并逐步成為占據(jù)重要市場地位的主流車型。
作者簡介：紀涵(1980)，男，廣東人，工程師，從事電動汽車發(fā)展及其技術(shù)研究等工作，Email: jihan.省略
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