電動車未來走向

暑期生態(tài)文明實踐活動立項課題

低碳出行篇新能源車關鍵技術—動力電池》調研報告常州工學院新能源汽車是以電、氫、二甲醚等非常規(guī)車用燃料為動力來源，采用先進的動力控制技術、驅動技術和新型結構的汽車。新能源電動汽車以電代石油，減少溫室氣體排放，達到節(jié)能減排，即是實現(xiàn)低碳經(jīng)濟戰(zhàn)略目標，也是對能源戰(zhàn)略的考慮。我國現(xiàn)在電來源主要用煤，還有水電，核電，太陽能發(fā)電，風電，在一次性能源用完之后，我們只能靠電來成為我們主要的能源，這是人類發(fā)展的終極能源，現(xiàn)在的地鐵，高鐵都是電來驅動，以電驅動的汽車是我們必然選擇據(jù)最新報導：我國已經(jīng)超過美國成為全球最大的石油消費國，面對石油的日益枯竭，油價的不斷上漲，環(huán)保的壓力與低碳呼聲，尋找替代汽柴油作為車用動力源顯得日益迫切。純電動汽車最適合我國缺少石油而內(nèi)燃機技術水平不高的國情，最能減少城市空氣污染和二氧化碳排放，且結構簡單，使用、維修方便。我們12名同學在老師的指導下，利用署假對新能源車的關鍵技術—動力電池的發(fā)展情況進行調研，主要內(nèi)容是：對家用汽車需求情況，購車與使用成本承受能力，國家及省市對新能源車的政策、現(xiàn)在新能源車動力發(fā)展現(xiàn)狀，并從化學專業(yè)的角度試提出改進建議，現(xiàn)報告如下：一、 調研過程6月初組建社會實踐小分隊，確定了網(wǎng)上調查和現(xiàn)場考查相結合的調研方案，并與相關企業(yè)進行了初步聯(lián)系。6月下旬印刷了100份《純電動汽車的需求問卷調查表》，在常州街頭隨機抽樣進行調查問卷，通過問卷反饋情況大概了解純電動車的需求情況，并進行了匯總分析。7月上旬在常州實地考察了兩家車用電池生產(chǎn)廠和兩家整車生產(chǎn)企業(yè)。7月中下旬全隊十二名成員分為四組對各類電池進行網(wǎng)絡調研。1組組長是郭冠軍，該組負責調研燃料電池；2組組長王禮君，該組負責調研鉛蓄電池；3組組長楊冬玲，該組負責調研鋰電池；4組組長陳升伯，該組負責調研超級電容等新興電池。7.11-7.20網(wǎng)絡調研，并撰寫相應電池調研的專題報告（內(nèi)容包括電池的利弊及性價比等，并附上網(wǎng)絡鏈接）。7月中下旬各小組成員每人獨立遞交一份調研報告。組長將各組的進行匯總。7底進行網(wǎng)上交流，總負責人進行匯總，并完成本調研報告。二、 我國電動車產(chǎn)業(yè)政策國務院發(fā)布的《汽車產(chǎn)業(yè)調整和振興規(guī)劃》，提出至2011年形成50萬輛純電動、充電式混合動力和普通型混合動力等新能源汽車產(chǎn)能，新能源汽車銷量占乘用車銷售總量的5%左右。 /zwgk/2009-03/20/content1264324.htm《節(jié)能與新能源汽車發(fā)展規(guī)劃（2011年至2020年）》詳細列出了中國節(jié)能與新能源汽車的發(fā)展目標，即到2020年，新能源汽車產(chǎn)業(yè)化和市場規(guī)模達到全球第一，其中新能源汽車（插電式混合動力汽車、純電動汽車、氫燃料電池汽車等）保有量達到500萬輛；以混合動力汽車為代表的節(jié)能汽車銷量達到世界第一，年產(chǎn)銷量達到1500萬輛。http://blog.si.cn/s/blog_48ad37c20100lb4r.html常州將大力培育和發(fā)展新能源車輛、新能源車輛產(chǎn)業(yè)專題園將依托科教城清華大學汽車安全與節(jié)能國家重點實驗室，以麥科卡、益茂純電動汽車、黃?？蛙嚨绕髽I(yè)為龍頭，重點發(fā)展整車結構設計、電池、電驅動控制系統(tǒng)、電機等，建成大客車、微型轎車的整車生產(chǎn)基地，帶動新能源汽車關鍵零部件產(chǎn)業(yè)集群化發(fā)展，力爭到2015年，實現(xiàn)銷售收入500億元。/zhxwdetails.asp?id=1485以電動汽車為首的新能源汽車成為“十二五”期間的重點扶持對象。2010年，中央財政、各地方財政紛紛明確拿出“重金補貼+政府扶持”的雙重刺激措施。按照初步規(guī)劃，未來中國將投資1000億元支持新能源汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。http://www.3158.cn/news/20110114/13/87-58907974_1.shtml財政部、科技部、工業(yè)和信息化部、國家發(fā)展改革委聯(lián)合發(fā)布了《關于開展私人購買新能源汽車補貼試點的通知》確定在上海、長春、深圳、杭州、合肥等5個城市啟動私人購買新能源汽車補貼試點工作。《節(jié)能與新能源汽車示范推廣財政補助資金管理暫行辦法》對每輛純電動車的補貼達到6萬。 /11/0803/10/7AHCK0LT00084TV1.html北京私人購買純電動車不搖號不限行不納稅。http://auto.qq.eom/a/20110406/000048.htm三、 純電動汽車的需求調査問卷結論1．現(xiàn)出行的交通工具 34%是公交； 42%是電動車。2．如果您選購汽車您會選擇58%是燃油汽車42%純電動汽車3．選購純電動汽車您最注重的依次是續(xù)航能力和速度、價格、充電時間您能接受的純電動汽車的價位51%的人選擇5?10萬元。從調研數(shù)據(jù)分析；公交出行與電動車出行者都是潛在的家用汽車客戶，每家擁有1臺車并不遙遠；消費者極為看重的續(xù)航能力，最好能從常州開到上海再開回來，還有充電時間，電池成本，特別是安全問題等。市場是無情的。雖然電動汽車耗電費用遠低于燃油費用，購車費用遠高于燃油車，還有價格不菲的更換電池的費用，阻礙了電動汽車的普及，只有電源的壽命長于車壽命，或者說電源是免維護的，且電動車購車費用+終身電費W燃油車購置費用+終身油費，純電動汽車才能得到普及與推廣。四、 從常州電動車龍頭企業(yè)看我國電動車發(fā)展的現(xiàn)狀據(jù)“中國（常州）電動汽車高層論壇”報導：常州純電動整車研發(fā)企業(yè)有3家，電池、電機、電控等關鍵零部件企業(yè)有20多家，基本形成了以麥科卡、黃海汽車、江蘇益茂等企業(yè)為龍頭，以易控汽車電子、今創(chuàng)集團、遠宇集團、華日升凱晟能源、伊思達電池等一批生產(chǎn)企業(yè)為支撐的新能源電動汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展格局。麥科卡電動車輛科技有限公司：是清華大學‘節(jié)能與新能源汽車工程中心'設在常州的基地，核心技術是電機、電控。黃海汽車是國內(nèi)最大的客車生產(chǎn)廠之一，核心技術是車輛生產(chǎn)，以燃油車為主，燃氣車為輔。江蘇益茂的核心技術是鋰電池。這三家企業(yè)經(jīng)營情況如何？我們進行了調研。在常州市區(qū)有時能見到上路行駛的小型電動汽車，是位于常州科教城的常州麥科卡電動車輛科技公司生產(chǎn)的。該公司常務副總裁王磊告訴記者，當前在市區(qū)上路的小型電動汽車有50輛左右，是“示范運行”（暫無牌照）。但這次提前與老總聯(lián)系時，卻意外被拒絕，糾其原因，坦誠告之目前經(jīng)營情況不太好，不愿被外界看到，但歡迎情況好轉時再來。去年9月江蘇益茂陳總接受采訪時坦言：“迄今已先后投入上億元自有資金!然而，去年一年基本沒有銷售；今年1-8月銷售也只有千余萬元”。這次江蘇益茂多次沒能與老總聯(lián)系上，多次被告之在出差，但市場部隨時有人，人事部經(jīng)常外出招聘，在科教城我們巧遇一輛公司的純電動車，開車的是一位工程師，聽說來意后，熱情地邀請我們上車，乘車直達工廠，見到許多種樣車，并一一介紹這些車的性能。該廠有8條鋰電池生產(chǎn)線在生產(chǎn)，產(chǎn)品主要銷往海外，據(jù)《常州日報》20105.21報導：20輛純電動客車將在常州投運，是由黃?？蛙囇兄?，目前常州只有這家公司具備汽車生產(chǎn)資質江蘇益茂有兩個型號的整車正在工信部申請備案。我們認為：電源、電控、電機是電動汽車的核心技術，電源又是核心中的核心。沒有好的電源，電控、電機又有什么用？誰擁有這個核心技術，誰就有了主動權。蘇益茂純電動汽車公司負責人陳恒龍告訴記者，益茂汽車生產(chǎn)的純電動汽車，目前時速能達到120—130公里，充電一次行駛500公里，充電時間大約五六個小時。他說，目前他們正和黃海汽車公司在商談合作，“他們公司提供車輛，我們提供純電動汽車技術，共同生產(chǎn)純電動大巴，計劃在省運會期間亮相，到年底的時候計劃能達到50輛左右?！币婷驹?008年10月便完成了8條動力鋰電池生產(chǎn)線的建設并開始小規(guī)模生產(chǎn)。同時，在電動汽車三大核心技術及整車集成技術上投入2000多萬，研制了從公交大巴、旅游車、商務車、皮卡車、小轎車到微型轎車20多輛樣車，并成功進行各種工況運營20多萬公里。從我們掌握的數(shù)據(jù)來看，經(jīng)營最好的是黃海汽車，但主營不是純電動，麥科卡雖有幾十臺示范運行，卻難有下文，益茂生存沒有問題，主要靠鋰電池，并依靠引進的退休汽車廠人員，解決了整車質量不穩(wěn)定問題，開發(fā)出眾多樣車卻又形不成批量。近年來，全國各地常有純電動車研制成功示范運行的報導，但鮮有以“百”為單位的批量生產(chǎn)，一部分是當?shù)卣I單，一部分是企業(yè)賠錢賺吆喝，難有靠經(jīng)濟規(guī)律獲得市場的。我們是學化學專業(yè)的，從專業(yè)的角度分析其原因，就是電源性能不夠，價格太高。現(xiàn)在所有電源全是化學電源，是靠化學反應轉化為電能的，所有的化學電動勢都不高，所有的化學反應都需要時間，化學反應太快都要出問題，是任何改進都不可能突破的，這是由原理決定的。現(xiàn)許多車企推出雙模車、增程車，國電系統(tǒng)力推的換電模式，都是在車載電源達不到要求的一種無奉選擇，不僅進一步推高使用成本，甚至缺乏可操作性。五、 現(xiàn)有電動車常用化學電池性能比較與不足電池類型電壓v能量W?h/kg功率W/kg能量密度W?h/L循環(huán)壽命（次）快充性能安全性2.03513090500差較好低鎳氫電池1.25802251431000較差較好較高鋰離子電池3.71201803601200一般高磷酸鐵鋰電池3.2120902102000一般較差高燃料電池>1.050060中長無一般極高鉛酸電池：因工藝成熟、成本低，現(xiàn)廣泛應用在電動自行車。通用第一代EV1用32塊鉛酸電池作為主能源,用兩臺42kW三相感應電機驅動o1350kg的車身質量中，有533kg是來自鉛酸電池組。充電后的行駛里程為90-120公里，0-100公里/小時加速成績僅為8秒，為平衡最佳的功率輸出，最高時速因此被限定在120公里。/others/20101227/1105268763.html現(xiàn)在山東還在用鉛酸電池生產(chǎn)純電動車，因電池成本低，整車售價不到4萬。磷酸鐵鋰：優(yōu)點是循環(huán)壽命比較長，是目前各高校和研究所研究最多，各廠應用最多的一種電源，但是磷酸鐵鋰它有不少缺點，導電性能比較差，像北京這種天，磷酸鐵鋰如果夏天充一次電能跑兩百公里，這個天只能跑一百公里，因為很多電放不出來，溫度是一個限制。/others/20101227/1105268763.html磷酸鐵鋰電池作為1千瓦時及以下的動力電源，現(xiàn)已經(jīng)進行實用化階段，在電動自行車中能否打開市場，關鍵在性能價格比，從淘寶網(wǎng)中的數(shù)據(jù)來分析，48V20AH的鉛蓄電池價格500元左右，使用一年半，同等容量的鋰電為2500元左右，使用3?5年。1．成本昂貴，壽命大短。汽油車一般為80?100馬力，約70千瓦，如果純電動車也配上70千瓦時的磷酸鐵鋰電池，目前2.50?3.50/瓦，按3.00/瓦計算，已經(jīng)超過20萬元了，比亞迪F3每臺17萬。磷酸鐵鋰電池理論上1000?2000次充放，這是在實驗室標準充電條件下的數(shù)據(jù)，快速充電時壽命大幅度下降，還以比亞迪F3為例，新能源車購置時可補貼6萬，兩年就要更換電池，每次卻需5萬。上表中的循環(huán)壽命是在實驗室標準條件下的，實際使用中的條例要惡劣得多，壽命要短得多。按國標QC/T743-2006《電動汽車用鋰離子蓄電池》循環(huán)壽命應不少于500次某200Ah鋼殼鋰電池標稱循環(huán)壽命：大于600次。/showroom/emotorssuzy/product-detailqeGmIlSoXgWV/200Ah%E9%92%A2%E5%A3%B3%E9%94%82%E7%94%B5%E6%B1%A0.htmlZREM6492H2S-EVA型純電動車主要性能/price/show-2098441-1.html單價320000元/輛電池組容量(Ah)200乘坐人數(shù)5人電池組總電壓(V)220最咼車速130Km/h電機額定功率(Kw)30單次充電續(xù)駛里程三300（50km/h勻速）充電時間(h)4?6整車整備質1825Kg0?80km/h加速時間<22sZREM6492H2S-EVA的性能與QQ車相當，但價格卻是QQ車的n倍，成本一半是電源。鋰電池還有壽命問題，過了兩三年就要換了，誰換得起??？http://forum.eet-c/BLOG_ARTICLE_4980.HTM對于公交運營模式，能量密度還不夠，所以要裝載很多電池，至少兩噸以上，才能滿足空調等等這樣舒適性的要求。長時間運營，電池的一致性，不一致導致這個汽車可能頭三個月還能跑兩百公里，后三個月它的距離越來越短。http://forum.eet-c/BLOG_ARTICLE_4980.HTM2005年4月1日，杭州在國內(nèi)首先推出以無污染的鋰電池為動力的4輛純電動旅游公交汽車，同時在西湖的周邊地區(qū)及市中心專門建立充電站，然而一年后電動車悄悄擱淺。開空調后，原本設計最大續(xù)駛里程可達280公里，實際每天只能跑100多公里。將一輛普通公交車一次性改裝成電動車的全部成本要80萬元，而且電池不到兩年就得更換一次，需50多萬元。 .en/c/2006-07-20/00159513011s.shtml續(xù)航里程太短。汽油車加一次油續(xù)航500km左右，因成本原因，目前配用的電池容量不足，所以大部分家用純電動汽車續(xù)航里程均不超150km。希望純電動車充滿電能跑到上海，還能再跑回來。充電時間長。汽車加油的時間只有幾分鐘，而磷酸鐵鋰電池標準充電時間為2?4小時，雖然也有號稱為15min充到80%，但快充是以縮短電池壽命為代價的。安全性不好。鋰離子電池和磷酸鐵鋰電池都有一定的安全隱患，目前筆記本電腦配套的電池都不能隨計算機發(fā)航空快件。4月11日發(fā)生在杭州的電動出租車自燃事件，更引發(fā)了民眾對于電動汽車“安全性”的拷問。/cn/viewnews/20110712/2011712142056.htm現(xiàn)在有些廠研發(fā)出40?60km/h低速電動車車，常州2012年起每年將量產(chǎn)10萬臺低速微型車（見常州日報2010/05/20），這些電動汽車與油車擠在同一機動車道上，要么是造成人為的擁堵，要么有可能被追尾。鋰電池在充放電，特別是大電流充放時都會明顯發(fā)熱，一旦鋰電池發(fā)熱嚴重又散熱不良，電解液中的六氟磷酸鋰分解放出劇毒的氟化氫氣體而導致電池內(nèi)壓力猛增，最終鋰電池炸裂。負極沉積的金屬鋰和氟化氫會劇烈反應放出氫氣而爆炸，并且引燃有機電解質。近幾年報道的手機和電腦鋰電池爆炸事故，都是因為充放電發(fā)熱造成的，升溫嚴重是大功率化學電池天生的缺陷，雖說磷酸鐵鋰電池是目前最被看好的電源之一，但安全隱患仍沒有完全消除。功率密度不足，加速性和爬坡性能能不好。這由兩個原因造成的：一主要是電機功率太小，主要原因是電池容量不夠，大部分電動車電機功率小于15千瓦，而最小的0.8升汽車QQ的功率是36千瓦，如果純電動車也配這么大的電機是可以做得到的，難的是沒有合適的電池進行配套。二是功率密度不足，這是所有化學電源的通病，由工作原理決定的，導至“暴發(fā)力”不足。個別單元損壞，將引起剩余單元加速損壞。離子電池每個單元電壓為3.7V,磷酸鐵鋰電池更低，只有3.2V，一臺車要多個單體串聯(lián)到600V以上，數(shù)百個串接單元，只要有一個單元損壞，必然把整體電壓按損壞單元電壓2倍的關系拉低，總電壓拉低后，必然造成剩余單元的負荷增大，加速損壞，縮短壽命。生產(chǎn)中的不一致性、快充、大電流放電和過放電是造成單元早期損壞的最重要的原因。低溫性能不好。冬季電池中的電解質活性不足，造成容量下降，在北方冬天可達－30?一40°C，化學電池幾乎不能使用。鋰資源有限，價格可能猛漲。鋰資源總量有限，最近價格已經(jīng)暴漲。鋰又是活潑材料，提純困難。理論上磷酸鐵鋰電池的能量密度是0.170千瓦時/kg,用國產(chǎn)碳酸鋰很難超過0.150千瓦時/kg，其它關鍵材料如隔膜和電解液主要也是從國外進口，加上生產(chǎn)中對的環(huán)境要求，生產(chǎn)成本難大幅下降。綜上所述，盡管近來對磷酸鐵鋰電池的呼聲很高，但我們始終認為磷酸鐵鋰電池不可能成為未來的動力電池。比亞是世界上最大的鋰電池生產(chǎn)商，到現(xiàn)在為止，也只售出200余臺純電動車，去年五一在常州會展中心舉辦的車展上，比亞迪一臺純電動車也沒帶來，倒是全推汽油車，難道這是巧合嗎？為了緩解電池容量不足的茅盾，現(xiàn)又提出搞雙模電動車，兩套動力系統(tǒng)，肯定比單模成本要高得多，會有市場嗎？六、 “夢”想中動力電源性能1.高電壓單元電壓至少220V、380V、600V或更高。原因一：同樣功率電壓越高，電流越小，可有效降低電源內(nèi)阻和導線中的損耗，提高電源利用率，例如動車使用的是2.7萬V原因二：可避免使用眾多低壓串聯(lián)時的均壓保護電路，降低損耗、降低成本。原因三：可避免生產(chǎn)中的不一致性帶來的個別早期失效帶來的全局崩盤的危險。原因三：有效可借鑒、利用現(xiàn)有成熟工業(yè)電機技術。2．能快充在充電站或充電樁幾分鐘充滿，與加油時間相近。當然也要能在家用插座進行慢充。3．能快放能大電流放電，以滿足起步、爬坡時瞬間大功率要求。4．長壽命壽命長于整車，以1天充電2次，15年壽命計，不少于10000次充放。5．安全性能好不爆炸、不燃燒。6．低成本不用或少用貴金屬、稀土元素。7．環(huán)境友好七、 高壓物理電源或將是動力電源最佳選擇高壓物理電源實質就是高壓大容量電容，其容量達到“法拉”級，又稱做高壓超級電容。是電容的一種，充放電時只有物理過程，不發(fā)生化學變化，不存在化學電源的所有弊病，是車載電源的徹底革命。也許有人會說，世博園、上海26路公交不也是用超級電容嗎？這是兩類原理不同的產(chǎn)品，這是雙極性超級電容，其原理是利用活性碳做電極材料，巧妙的利用活性碳大比表面積，在有限空間內(nèi)，得到極大的面積，又利用與水系或有機系電解質雙電層間nm級距離，制成法拉級電容，正是有電解液的存在，電壓不能超過2.7V,否則電解液將被電解，同樣由于電解液的存在，漏電大，所帶電量不多，且晚上充滿，半天后所剩無幾，只能用于公交車、掃地車、叉車等短距離用車?，F(xiàn)充現(xiàn)用，與高壓超級電容根不是一回事。高壓超級電容工作原