國(guó)內(nèi)外電動(dòng)汽車發(fā)展現(xiàn)狀

1、國(guó)內(nèi)外電動(dòng)汽車發(fā)展現(xiàn)狀摘要本文介紹了美國(guó)、歐洲及日本等國(guó)家和地區(qū)電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展歷程，對(duì)比我國(guó)電動(dòng)汽車的市場(chǎng)結(jié)構(gòu)、技術(shù)研發(fā)、產(chǎn)業(yè)政策及示范運(yùn)營(yíng)狀況，指出我國(guó)電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展過程中存在政策統(tǒng)籌、核心技術(shù)、基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)和產(chǎn)品認(rèn)可度等方面的不足；對(duì)電動(dòng)汽車相關(guān)技術(shù)，如電機(jī)驅(qū)動(dòng)技術(shù)、能量管理系統(tǒng)、鋰離子電池技術(shù)等的發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢(shì)等進(jìn)行了探討。0 引言隨著全球金融危機(jī)、生態(tài)環(huán)境惡化與能源、資源枯竭等問題的加劇，大力研究和利用電動(dòng)汽車相關(guān)技術(shù)及促進(jìn)產(chǎn)業(yè)發(fā)展已成為世界汽車工業(yè)競(jìng)爭(zhēng)的一個(gè)新焦點(diǎn)。美國(guó)、日本、德國(guó)等世界主要汽車制造強(qiáng)國(guó)紛紛加入搶占電動(dòng)汽車技術(shù)和市場(chǎng)制高點(diǎn)的行列，我國(guó)有關(guān)部門及各地政府也積極響應(yīng)

2、行業(yè)趨勢(shì)，將電動(dòng)汽車確定為國(guó)家7 大戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)之一，并先后推出了節(jié)能與電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃、電動(dòng)汽車“十二五”專項(xiàng)規(guī)劃等規(guī)劃措施，積極引導(dǎo)和鼓勵(lì)國(guó)內(nèi)電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。在各項(xiàng)政策的推動(dòng)下，國(guó)內(nèi)汽車企業(yè)不斷增加對(duì)電動(dòng)汽車及相關(guān)零部件的研發(fā)投入，在突破電池、電機(jī)、電控等關(guān)鍵技術(shù)、完善基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、推動(dòng)電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)化等方面取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步。1 國(guó)外電動(dòng)汽車的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)1.1 全球電動(dòng)汽車市場(chǎng)現(xiàn)狀及趨勢(shì)近年來(lái)，全球電動(dòng)汽車市場(chǎng)正以更快的速度成長(zhǎng)，電動(dòng)汽車產(chǎn)銷量均有明顯提升。2014年全球市場(chǎng)共銷售353 522 輛電動(dòng)汽車，同比增長(zhǎng)56.78%；其中，電動(dòng)乘用車323 864輛，占比91. 6

3、1% (電動(dòng)乘用車指“雙80”車，即最高時(shí)速80 km/h 以上，同時(shí)一次充電續(xù)航里程80 km以上)；電動(dòng)客車及電動(dòng)專用車29 658 輛，占比8. 39%1。美國(guó)、歐盟、中國(guó)、日本仍然在全球電動(dòng)汽車市場(chǎng)中位居前列。全球各主要國(guó)家電動(dòng)汽車2014年保有量及2020年預(yù)計(jì)保有量如表1所示2。美國(guó)的通用、福特、特斯拉公司，日本的豐田、日產(chǎn)及本田公司，歐洲的寶馬、奔馳、雪鐵龍公司等都在電動(dòng)汽車的研制與開發(fā)上呈現(xiàn)出很強(qiáng)的實(shí)力。表1 世界主要國(guó)家電動(dòng)汽車保有量年份中國(guó)法國(guó)德國(guó)印度英國(guó)美國(guó)日本2014120 00030 91224 4197 58421 425275 104108 2482020500萬(wàn)

4、200萬(wàn)100萬(wàn)700萬(wàn)150萬(wàn)150萬(wàn)200萬(wàn)從全球主要汽車生產(chǎn)廠家的銷量和發(fā)展計(jì)劃來(lái)看，目前，“低排放”汽車(主要指混合動(dòng)力汽車) 經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間的發(fā)展，技術(shù)最為成熟，已進(jìn)入快速增長(zhǎng)期，其銷量、增幅和占比都遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其他車型；隨著動(dòng)力電池性能的提升及充電基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的完善，“零排放”汽車(主要指純電動(dòng)汽車) 也逐漸走上產(chǎn)業(yè)化的道路，特別是小型的純電動(dòng)汽車更是發(fā)展迅速；燃料電池汽車在技術(shù)和經(jīng)濟(jì)方面仍存在諸多瓶頸，其大規(guī)模推廣還存在相當(dāng)?shù)木嚯x。目前，世界主要國(guó)家政府都制定了電動(dòng)汽車中長(zhǎng)期發(fā)展戰(zhàn)略規(guī)劃，預(yù)計(jì)電動(dòng)汽車市場(chǎng)會(huì)在未來(lái)10年內(nèi)持續(xù)增長(zhǎng)，成為拉動(dòng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的新的增長(zhǎng)點(diǎn)。1.2 國(guó)外電動(dòng)汽車發(fā)展歷程

5、1.2.1 美國(guó)(1)市場(chǎng)狀況。美國(guó)是全球規(guī)模最大的電動(dòng)汽車市場(chǎng)，2014年電動(dòng)乘用車的銷量達(dá)到119 710輛，較2013年增加22.7%3。目前，插電式混合動(dòng)力汽車是美國(guó)電動(dòng)汽車市場(chǎng)銷量和增幅最大的產(chǎn)品。(2)技術(shù)研發(fā)。美國(guó)電動(dòng)汽車發(fā)展以通用、福特和克萊斯勒三大汽車公司為主導(dǎo)，利用三大汽車公司雄厚的技術(shù)開發(fā)力量和先進(jìn)制造條件，通過汽車、機(jī)電、電子、控制和材料等行業(yè)的分工合作，開發(fā)出電動(dòng)汽車的各種總成和技術(shù)單元。1991 年，美國(guó)三大汽車公司達(dá)成協(xié)議，成立“先進(jìn)電池聯(lián)合體”，共同致力于純電動(dòng)汽車的研究。但經(jīng)過13年的探索，蓄電池技術(shù)還是未能獲得關(guān)鍵性突破，以通用為代表的汽車廠商不再積極鼓勵(lì)發(fā)

6、展純電動(dòng)汽車，轉(zhuǎn)向了對(duì)燃料電池車的研究。2009 年奧巴馬上臺(tái)后又轉(zhuǎn)向了率先實(shí)現(xiàn)混合動(dòng)力車商業(yè)化、燃料電池車作為遠(yuǎn)期目標(biāo)的電動(dòng)汽車發(fā)展戰(zhàn)略。在國(guó)家戰(zhàn)略的引導(dǎo)下，美國(guó)各類電動(dòng)汽車技術(shù)成果頗豐，先后提出了針對(duì)純電動(dòng)汽車與混合動(dòng)力汽車的四大類標(biāo)準(zhǔn)，并形成了世界上最完善的燃料電池汽車標(biāo)準(zhǔn)體系。截至2012年，在混合動(dòng)力汽車、燃料電池汽車等電動(dòng)汽車關(guān)鍵技術(shù)領(lǐng)域，美國(guó)獲得授權(quán)專利數(shù)量占據(jù)了全球?qū)＠倲?shù)的22%。1.2.2 歐洲(1)市場(chǎng)狀況。步入21世紀(jì)后，電動(dòng)汽車行業(yè)在歐洲迅速發(fā)展。在一些起步較晚的國(guó)家，如荷蘭、挪威等，電動(dòng)汽車發(fā)展尤其迅猛，電動(dòng)汽車保有量持續(xù)增加。據(jù)歐洲汽車制造商協(xié)會(huì)(ACEA)數(shù)據(jù)顯

7、示，2014年歐盟28個(gè)成員國(guó)加上自由貿(mào)易聯(lián)盟國(guó)家電動(dòng)車銷量達(dá)到97 791輛，同比增長(zhǎng)50.3%，挪威、英國(guó)等國(guó)家甚至實(shí)現(xiàn)成倍增長(zhǎng)。(2) 技術(shù)研發(fā)。與美國(guó)相比，歐洲更崇尚純電動(dòng)汽車。1990年，歐洲“城市電動(dòng)車”協(xié)會(huì)成立，旨在幫助各城市進(jìn)行電動(dòng)汽車可行性研究、安裝必要設(shè)備和指導(dǎo)其運(yùn)營(yíng)。1995年底，歐洲第1 批電動(dòng)汽車實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn)，1996年到2000年間，歐洲電動(dòng)汽車從5 890輛增長(zhǎng)到16 255 輛，其中法國(guó)、瑞士和德國(guó)處于前列4。進(jìn)入21世紀(jì)后，歐洲電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展，到2014年底歐盟各國(guó)電動(dòng)汽車保有量均大幅增長(zhǎng)，如圖1 所示。歐洲的汽車企業(yè)也紛紛在傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)汽車的技術(shù)優(yōu)勢(shì)的基

8、礎(chǔ)上推出了自己的插電式混合動(dòng)力和純電動(dòng)汽車品牌，如雷諾推出的雷諾ZOE、雷諾KangrooZOE、雷諾twizy 三款純電動(dòng)汽車，寶馬推出的純電動(dòng)跑車i3、插電式混合動(dòng)力跑車i8，大眾推出的插電式混合動(dòng)力車輛高爾夫“TwinDrive”等。雖然純電動(dòng)汽車在歐洲取得了一定的發(fā)展，但由于沒能成功地解決續(xù)航里程短的問題，商業(yè)化進(jìn)程相對(duì)緩慢，因而部分企業(yè)也開始致力于其他清潔能源車的開發(fā)和產(chǎn)業(yè)化。從銷量上看，近年來(lái)，混合動(dòng)力車型在歐洲的銷量大幅增長(zhǎng)，2013 年僅豐田公司一家企業(yè)的混合動(dòng)力車型就在歐洲銷售了15. 7 萬(wàn)輛。圖1 2014年底歐洲主要國(guó)家電動(dòng)汽車保有量1.2.3 日本(1)市場(chǎng)狀況。日本

9、是全球范圍內(nèi)最早開始發(fā)展電動(dòng)汽車的國(guó)家之一，也是世界上首個(gè)實(shí)現(xiàn)混合動(dòng)力汽車量產(chǎn)的國(guó)家，在實(shí)現(xiàn)混合動(dòng)力系統(tǒng)的低燃耗、低排放和改進(jìn)行駛性能方面穩(wěn)居世界領(lǐng)先地位。2013年，在日本全部新車330萬(wàn)輛的市場(chǎng)上，銷量位居前幾名的車型都是混合動(dòng)力產(chǎn)品。電動(dòng)汽車占日本國(guó)內(nèi)新車銷量的比例為17.7%，同比增長(zhǎng)1.5%5。(2)技術(shù)研發(fā)。一直以來(lái)，日本政府特別重視電動(dòng)汽車的研究和開發(fā)。早在1965年，日本政府就將電動(dòng)車研發(fā)正式列入國(guó)家項(xiàng)目，并隨后成立了日本電動(dòng)汽車協(xié)會(huì)。1996年，豐田公司成功研制出燃料電池汽車樣車，并于1997年開始混合動(dòng)力汽車普銳斯的批量生產(chǎn)。1999年本田首款混合動(dòng)力汽車INSIGHT上市

10、，隨后2001 年推出CIVIC 混合動(dòng)力，這兩款混合動(dòng)力在全球電動(dòng)汽車市場(chǎng)上占有較大份額。日產(chǎn)公司由于具有在鋰離子電池方面的優(yōu)勢(shì)，其主要研發(fā)方向集中于純電動(dòng)汽車方面，并于1997 年推出了全球第一輛鋰離子電池電動(dòng)汽車Prairie Joy。從國(guó)外電動(dòng)汽車發(fā)展歷程來(lái)看，各國(guó)政府采取的技術(shù)路線不同，在產(chǎn)業(yè)化方面除經(jīng)濟(jì)扶持、政策優(yōu)惠和法規(guī)強(qiáng)制外，還通過示范運(yùn)營(yíng)、加強(qiáng)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、優(yōu)惠租賃、政府采購(gòu)、節(jié)能環(huán)保宣傳等手段保證生產(chǎn)、研發(fā)、銷售等各環(huán)節(jié)協(xié)調(diào)發(fā)展。同時(shí)，各國(guó)扶持電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)的政策都根據(jù)不同經(jīng)濟(jì)階段的實(shí)際需求而動(dòng)態(tài)調(diào)整，使產(chǎn)業(yè)發(fā)展順利由政府推動(dòng)過渡到市場(chǎng)推動(dòng)，為我國(guó)電動(dòng)汽車發(fā)展提供了寶貴的經(jīng)驗(yàn)

11、。2 我國(guó)電動(dòng)汽車的發(fā)展現(xiàn)狀2.1 我國(guó)電動(dòng)汽車市場(chǎng)現(xiàn)狀中國(guó)作為全球第二大電動(dòng)汽車市場(chǎng)，近年來(lái)在中國(guó)政府的強(qiáng)力推動(dòng)下，電動(dòng)汽車的產(chǎn)量和銷量均實(shí)現(xiàn)了巨大的飛躍。2014年電動(dòng)汽車?yán)塾?jì)生產(chǎn)8. 39萬(wàn)輛，同比增長(zhǎng)近4倍，如表2所示6?？傮w來(lái)說，目前我國(guó)電動(dòng)汽車銷量的增長(zhǎng)以小型車為主，我國(guó)本土涉足電動(dòng)汽車領(lǐng)域的企業(yè)逐漸增多，包括北汽新能源、比亞迪、東風(fēng)日產(chǎn)等，市場(chǎng)上可供選擇的車型也開始豐富。表2 2014年我國(guó)電動(dòng)汽車產(chǎn)量類型產(chǎn)量/萬(wàn)輛同比增長(zhǎng)純電動(dòng)乘用車3.783倍插電式混合動(dòng)力乘用車1.6722倍純電動(dòng)商用車1.574倍插電式混合動(dòng)力商用車1.382倍總計(jì)8.394倍2.2 我國(guó)電動(dòng)汽車技術(shù)研發(fā)

12、現(xiàn)狀“十五”和“十一五”期間，我國(guó)從維護(hù)能源安全、改善大氣環(huán)境、提高汽車工業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力及實(shí)現(xiàn)我國(guó)工業(yè)的跨越式發(fā)展的戰(zhàn)略高度出發(fā)，先后啟動(dòng)了“863”計(jì)劃、“電動(dòng)汽車重大科技專項(xiàng)”、“節(jié)能與電動(dòng)汽車重大項(xiàng)目”等，投入科技經(jīng)費(fèi)近20 億元，形成了以純電動(dòng)、油電混合動(dòng)力、燃料電池3 條技術(shù)路線為“三縱”，以多能源動(dòng)力總成控制系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)電機(jī)及其控制系統(tǒng)、電力蓄電池及其管理系統(tǒng)3種共性技術(shù)為“三橫”的電動(dòng)汽車研發(fā)格局，共計(jì)200多家整車及零部件企業(yè)、高校和科研院所參與了電動(dòng)汽車專項(xiàng)研發(fā)。2012年7月，國(guó)務(wù)院發(fā)布的節(jié)能與電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃中指出以純電驅(qū)動(dòng)為電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展和汽車工業(yè)轉(zhuǎn)型的主要戰(zhàn)略取向，當(dāng)前

13、工作重點(diǎn)是純電動(dòng)汽車和插電式混合動(dòng)力汽車的產(chǎn)業(yè)化建設(shè)。在此方針的指導(dǎo)下，我國(guó)電動(dòng)汽車技術(shù)經(jīng)過“三縱三橫、整車牽頭”和“三縱三橫、動(dòng)力系統(tǒng)技術(shù)平臺(tái)為核心”兩階段攻關(guān)，繼續(xù)取得重大突破，逐步形成了整車零部件企業(yè)協(xié)同研發(fā)、標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)平臺(tái)和應(yīng)用示范為支撐載體的研發(fā)創(chuàng)新體系，并取得了豐碩的成果。如鋰離子動(dòng)力電池和燃料電池系統(tǒng)性能與耐久性穩(wěn)步提升，成本大幅下降；車用電機(jī)系統(tǒng)性能取得較大進(jìn)展，產(chǎn)業(yè)化能力大幅提升；高密度永磁電機(jī)功率密度達(dá)2.68 kW/kg，系統(tǒng)最高效率達(dá)到94%以上7。國(guó)內(nèi)汽車企業(yè)也紛紛增加對(duì)電動(dòng)汽車及相關(guān)零部件的研發(fā)投入。2008年，比亞迪一款型號(hào)為F3DM的電動(dòng)汽車獲準(zhǔn)批量生產(chǎn)和銷售，標(biāo)

14、志著我國(guó)電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)正式進(jìn)入產(chǎn)業(yè)化階段。2012年，我國(guó)累計(jì)發(fā)布60多項(xiàng)電動(dòng)汽車相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，涉及電動(dòng)汽車及動(dòng)力電池安全、能耗消耗量測(cè)量、充電接口及通信協(xié)議等多個(gè)領(lǐng)域，為實(shí)現(xiàn)電動(dòng)汽車規(guī)模產(chǎn)業(yè)化，尤其是純電驅(qū)動(dòng)汽車銷量達(dá)到同類車型總銷量1% 左右的重要門檻提供了重要的科技支撐8。3 我國(guó)電動(dòng)汽車技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢(shì)3.1 電機(jī)驅(qū)動(dòng)技術(shù)電動(dòng)機(jī)及其控制技術(shù)是電動(dòng)汽車系統(tǒng)的核心技術(shù)?，F(xiàn)代電動(dòng)汽車和電控與20 世紀(jì)40 年代開發(fā)的電瓶車技術(shù)有著本質(zhì)的不同?，F(xiàn)代電動(dòng)車一般采用新型的高效可靠的傳動(dòng)電機(jī)，如直流無(wú)刷永磁電機(jī)、開關(guān)磁阻電機(jī)及微電子調(diào)速控制技術(shù)，我國(guó)生產(chǎn)的適合車用動(dòng)力的永磁電機(jī)質(zhì)量很高，已形成出口能力。

15、因此，這部分技術(shù)已相對(duì)成熟，有實(shí)用價(jià)值9-10。3.2 能量管理系統(tǒng)能量管理系統(tǒng)是電動(dòng)汽車的智能核心。一輛設(shè)計(jì)優(yōu)良的電動(dòng)汽車，除了有良好的機(jī)械性能、電驅(qū)動(dòng)性能、適當(dāng)?shù)哪芰吭?即電池) 外，還應(yīng)該有一套維持電動(dòng)車所有蓄電池組件的工作，并使其處于最佳狀態(tài)；采集車輛的各個(gè)子系統(tǒng)的運(yùn)行數(shù)據(jù)，進(jìn)行監(jiān)控和診斷；控制充電方式和提供剩余能量顯示等職責(zé)的能量管理系統(tǒng)。能量管理系統(tǒng)研究與開發(fā)不僅要建立包括蓄電池在內(nèi)的電動(dòng)車的數(shù)學(xué)模型，而且要開發(fā)以微處理器為核心的電子控制單元。目前國(guó)內(nèi)比較成型的EMS 技術(shù)主要是針對(duì)某一動(dòng)力系統(tǒng)設(shè)計(jì)的，效果比較好，但是不同的電動(dòng)汽車動(dòng)力傳動(dòng)結(jié)構(gòu)有不同的系統(tǒng)配置，EMS 管理體系結(jié)構(gòu)

16、的多樣性及電動(dòng)汽車對(duì)于高效的實(shí)時(shí)性能的需求，大大增加了控制任務(wù)的復(fù)雜性。因此，研究新的動(dòng)力傳動(dòng)配置和控制器以及更具有通用性的EMS 已經(jīng)成為目前的發(fā)展方向。3.3 鋰離子電池技術(shù)當(dāng)前，制約電動(dòng)汽車尤其是PHEV 和EV 車型發(fā)展的核心問題在于續(xù)航里程偏短、車體偏重，存在安全隱患，并且價(jià)格居高不下，盡管這些問題短期可通過降低整車性能要求(如縮短行駛距離、延長(zhǎng)充電時(shí)間)來(lái)解決，然而長(zhǎng)期來(lái)看必須從提高電池能量密度、提升電池安全性能和降低電池成本等電池技術(shù)層面進(jìn)行根本性突破。其中，提升電池體系的能量密度以增長(zhǎng)續(xù)航里程，目前已成為各大汽車廠商和動(dòng)力鋰電池制造商共同努力方向。目前裝車應(yīng)用最廣泛的基于磷酸鐵

17、鋰和錳酸鋰正極的鋰離子動(dòng)力電池，其單體電池的能量密度只有130 Wh /kg；組合成電池組后，電池系統(tǒng)的能量密度不到90 Wh /kg11。為推動(dòng)我國(guó)動(dòng)力鋰離子電池產(chǎn)業(yè)技術(shù)突破，工信部和科技部提出了近期的規(guī)劃目標(biāo)，如表3 所示。表3 中國(guó)電池產(chǎn)業(yè)近期規(guī)劃目標(biāo)年份規(guī)劃能量密度/（Whkg-1）循環(huán)壽命/次成本/（元Wh-1）2015年底科技部：新能源汽車技術(shù)政策研究目標(biāo)工信部：電池工業(yè)十二五發(fā)展規(guī)劃目標(biāo)20020001.52020年底25030001總體來(lái)說，我國(guó)的電機(jī)驅(qū)動(dòng)技術(shù)與國(guó)際先進(jìn)水平已基本持平，但是電池能量管理系統(tǒng)與鋰離子電池在能量密度方面的差距限制了我國(guó)電動(dòng)汽車產(chǎn)品的續(xù)航里程，抑制了消

18、費(fèi)者的購(gòu)車熱情。我國(guó)政府已出臺(tái)促進(jìn)鋰離子電池技術(shù)發(fā)展的相關(guān)政策?？梢灶A(yù)計(jì)未來(lái)5 年內(nèi)，鋰離子電池產(chǎn)業(yè)會(huì)有持續(xù)大規(guī)模的投入并得到較快的發(fā)展。4 參考文獻(xiàn)1 肖何,楊陽(yáng). 2014年全球電動(dòng)汽車銷量突破35萬(wàn)輛同比增長(zhǎng)56.78% N.中國(guó)電池雜志,2015-03-25.2 International Energy Agency. Global-EV-Outlook 2015R.Paris: IEA,2015.3 劉重才.全球新能源車銷量激增國(guó)內(nèi)企業(yè)或受益N. 上海證券報(bào), 2014-10-10.4 程廣宇.國(guó)外車用充電基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)進(jìn)展及啟示J. 科技創(chuàng)新與生產(chǎn)力, 2012(4):11-145 亞洲汽車產(chǎn)業(yè)調(diào)查分析J. FOURIN世界汽車調(diào)查月,2015(80):