淺談電動(dòng)汽車技術(shù)論文(2)
淺談電動(dòng)汽車技術(shù)論文
淺談電動(dòng)汽車技術(shù)論文篇二
電動(dòng)汽車發(fā)展趨勢(shì)及其電池技術(shù)分析
【摘要】在能源短缺和環(huán)境污染嚴(yán)重的今天，節(jié)能減排已成為各國(guó)政府高度重視的戰(zhàn)略課題。電動(dòng)汽車由于其能耗降低與排放減少方面的突出優(yōu)勢(shì)，得到了各級(jí)政府的大力支持，在廣東省發(fā)展尤為迅速。本文從電動(dòng)汽車發(fā)展趨勢(shì)出發(fā)，分析其經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)，并分析電池等核心部件的技術(shù)指標(biāo)，希望能為從事電動(dòng)汽車技術(shù)研究人員提供參考。
【關(guān)鍵詞】電動(dòng)汽車;趨勢(shì);技術(shù)分析
為落實(shí)國(guó)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(shì)，助力低碳經(jīng)濟(jì)建設(shè)，推動(dòng)電動(dòng)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(duì)電動(dòng)汽車的發(fā)展趨勢(shì)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(shí)為依據(jù)、以量化分析為主要方法的分析材料，幫助電動(dòng)汽車管理部門找出可行的商業(yè)運(yùn)行模式并進(jìn)行優(yōu)先排序，全面推動(dòng)充電設(shè)施建設(shè)、運(yùn)營(yíng)模式與營(yíng)銷服務(wù)。
1 電動(dòng)車自身發(fā)展趨勢(shì)
1.1 電動(dòng)汽車類別
目前，全球電動(dòng)汽車主要分為插電式混合動(dòng)力汽車與純電動(dòng)汽車兩種，具體特點(diǎn)如下表所示：
電動(dòng)汽車
特點(diǎn)比較 插電式混合動(dòng)力汽車
(PHEV) 純電動(dòng)汽車
(EV)
驅(qū)動(dòng)及
能量系統(tǒng) • 內(nèi)燃機(jī)+電機(jī)驅(qū)動(dòng)
• 采用蓄電池 • 電機(jī)驅(qū)動(dòng)
• 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(jìn)程 • 已規(guī)模化量產(chǎn) • 有銷售但未規(guī)?；?/p>
代表車型 • BYD F3DM
• GM Volt • BYD E6
• Mitsubishi MiEV
表 1.各種電動(dòng)汽車特點(diǎn)比較
1.2 電動(dòng)汽車技術(shù)經(jīng)濟(jì)性
純電動(dòng)車具備經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)。從經(jīng)濟(jì)性方面探究，在政府補(bǔ)貼的作用下，電動(dòng)車五年總擁有成本比相似的汽車占有優(yōu)勢(shì)。筆者對(duì)比亞迪生產(chǎn)的F3汽油動(dòng)力汽車和F3DM插電式混合動(dòng)力汽車在深圳市5年的總擁有成本進(jìn)行比較，并對(duì)比亞迪生產(chǎn)的M6汽油車和E6純電動(dòng)汽車在深圳市5年的總擁有成本進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)在政府補(bǔ)貼下，插電式混合動(dòng)力汽車的總擁有成本比同等汽油車低10%，純電動(dòng)車低4%，如下圖所示：
圖 1.純電動(dòng)車5年總擁有成本(2011至2015年)對(duì)比 � 深圳(元)
小型電動(dòng)汽車更具競(jìng)爭(zhēng)力。當(dāng)使用成本優(yōu)勢(shì)明顯時(shí)，電動(dòng)車在小型車市場(chǎng)更具競(jìng)爭(zhēng)力,隨著油價(jià)的上漲，在該細(xì)分市場(chǎng)的份額將逐漸升高，幅度大于其他細(xì)分市場(chǎng)。
表2.電動(dòng)車在小型車市場(chǎng)更具競(jìng)爭(zhēng)力
1.3 電動(dòng)汽車技術(shù)發(fā)展
面對(duì)機(jī)遇與挑戰(zhàn)，汽車行業(yè)積極投入電動(dòng)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(dòng)汽車的續(xù)駛里程不足55英里，充電時(shí)間在6到8小時(shí)，電池容量不到16KWh，馬達(dá)動(dòng)力不到70KW。到了2010年，純電動(dòng)汽車?yán)m(xù)駛里程達(dá)到125英里，充電可以在1小時(shí)內(nèi)完成，電池容量達(dá)到50KWh，馬達(dá)動(dòng)力達(dá)到250KW。預(yù)計(jì)在2015年，純電動(dòng)汽車可以達(dá)到190英里，只需在15分鐘內(nèi)就可以充滿電，電池容量達(dá)到75KWh以上。
在2004至2008年間，純電動(dòng)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(dòng)汽車的續(xù)駛里程達(dá)到100英里/160km左右，適合于城市和郊區(qū)駕駛，并可以用于長(zhǎng)途駕駛。到2011年至2015年間，純電動(dòng)汽車的續(xù)駛里程達(dá)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(dòng)/插電式混合動(dòng)力電動(dòng)汽車
中國(guó)汽車廠家不甘落后，紛紛推出了一批商業(yè)化的純電動(dòng)/混合動(dòng)力汽車的產(chǎn)品發(fā)布計(jì)劃。包括比亞迪，吉利，北汽，奇瑞等主要汽車廠商均計(jì)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(dòng)汽車和混合動(dòng)力汽車：
2電池技術(shù)發(fā)展
2.1 動(dòng)力電池是電動(dòng)汽車技術(shù)和成本的核心
動(dòng)力電池負(fù)責(zé)儲(chǔ)存并為電動(dòng)機(jī)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(dòng)汽車的研發(fā)焦點(diǎn)集中在動(dòng)力電池的材料、性能、參數(shù)上。動(dòng)力電池的性能、成本和安全性將在很大程度上決定純電動(dòng)/混合動(dòng)力汽車的發(fā)展進(jìn)程。在產(chǎn)業(yè)化初期，先進(jìn)的動(dòng)力電池廠商，必將成為眾多汽車制造商競(jìng)相爭(zhēng)奪的焦點(diǎn)。目前，動(dòng)力電池占PHEV成本約30%~50%，占EV成本約60%。
2.2 高效長(zhǎng)壽電池發(fā)展迅速
電池制造廠商正全力開發(fā)高效長(zhǎng)壽的電池技術(shù)來(lái)滿足電動(dòng)汽車的發(fā)展需要。隨著動(dòng)力電池技術(shù)的發(fā)展，動(dòng)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(diǎn)，并顯示了電池技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)。
圖3.電池動(dòng)力技術(shù)
2.3 主要電池對(duì)比分析
目前適合作為電動(dòng)汽車動(dòng)力源的電池主要有鉛酸蓄電池、鎳氫動(dòng)力電池以及鋰離子動(dòng)力電池，而鋰電池是目前動(dòng)力電池的發(fā)展主流。筆者對(duì)鋰電池與鎳氫電池性能進(jìn)行比較，如下表所示:
項(xiàng)目 鎳氫電池 鋰電池
現(xiàn)狀 長(zhǎng)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(yán)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(guó)儲(chǔ)量尢其豐富
表4.電池性能比較
鎳氫電池目前的優(yōu)勢(shì)是安全性較好且成本較低，鎳氫電池混合動(dòng)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(wú)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(shì)，同時(shí)隨著產(chǎn)量規(guī)模的擴(kuò)大和技術(shù)的不斷進(jìn)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(shì)
2010年，鋰電池的市場(chǎng)價(jià)格在550美元/KWh左右。根據(jù)對(duì)鋰電池的市場(chǎng)的預(yù)測(cè)，到2015年，鋰電池價(jià)格會(huì)降至350美元/KWh;到2020年，鋰電池價(jià)格會(huì)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(duì)于鉛酸蓄電池和鎳氫電池優(yōu)勢(shì)愈發(fā)明顯。3-5年后，筆者認(rèn)為鋰電池在EV和PHEV將取得廣闊發(fā)展。
3. 中國(guó)電動(dòng)汽車電池市場(chǎng)
2009年中國(guó)鋰電池市場(chǎng)(包括整個(gè)鋰電池市場(chǎng)，如手機(jī)電池)中，比亞迪在中國(guó)鋰電池市場(chǎng)擁有21%的份額;排在第二的是深圳比克，擁有19%的市場(chǎng)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(lái)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(jì)投資24億元在天津建造具備3000萬(wàn)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(wàn)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(jìn)地向純電動(dòng)/混合動(dòng)力汽車電池市場(chǎng)擴(kuò)張
深圳比克決定進(jìn)入電動(dòng)汽車電池市場(chǎng)。天津力神與邁爾斯汽車集團(tuán)建立合資公司出口電動(dòng)汽車電池。光宇與哈飛合作研發(fā)電動(dòng)汽車電池。盟固利成為2008年北京奧運(yùn)會(huì)指定為純電動(dòng)公交大巴鋰電池提供商。
3.3 汽車制造商的供給簡(jiǎn)單有限
比亞迪除了電池生產(chǎn)外，還進(jìn)行純電動(dòng)/混合電動(dòng)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(jìn)入整車制造領(lǐng)域。
然而目前，動(dòng)力電池在插電式混合動(dòng)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(dòng)力電池占插電式混合動(dòng)力汽車成本約在30%到50%，占純電動(dòng)汽車成本約60%。
由此可見，電池技術(shù)的突破，對(duì)于電動(dòng)車的整體發(fā)展至關(guān)重要。
電動(dòng)汽車行業(yè)順應(yīng)了我國(guó)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(jí)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(shì)，發(fā)展前景十分廣闊。隨著汽車廠商對(duì)電動(dòng)汽車整體開發(fā)投入的增大與電池技術(shù)的不斷進(jìn)步，社會(huì)充電設(shè)施的不斷完善，電動(dòng)汽車的市場(chǎng)接受程度將逐漸提高，并逐步成為占據(jù)重要市場(chǎng)地位的主流車型。
作者簡(jiǎn)介：紀(jì)涵(1980)，男，廣東人，工程師，從事電動(dòng)汽車發(fā)展及其技術(shù)研究等工作，Email: jihan.省略
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