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1、-第 1 页国内外电动汽车国内外电动汽车发展现状发展现状-第 2 页国内外电动汽车发展现状国内外电动汽车发展现状摘要摘要本文介绍了美国、欧洲及日本等国家和地区电动汽车产业的发展历程，对比我国电动汽车的市场结构、技术研发、产业政策及示范运营状况，指出我国电动汽车产业发展过程中存在政策统筹、核心技术、基础设施建设和产品认可度等方面的不足；对电动汽车相关技术，如电机驱动技术、能量管理系统、锂离子电池技术等的发展现状与趋势等进行了探讨。0 0 引言引言随着全球金融危机、生态环境恶化与能源、资源枯竭等问题的加剧，大力研究和利用电动汽车相关技术及促进产业发展已成为世界汽车工业竞争的一个新焦点。美国、日本、
2、德国等世界主要汽车制造强国纷纷加入抢占电动汽车技术和市场制高点的行列，我国有关部门及各地政府也积极响应行业趋势，将电动汽车确定为国家 7 大战略性新兴产业之一，并先后推出了节能与电动汽车产业发展规划、电动汽车“十二五”专项规划等规划措施，积极引导和鼓励国内电动汽车产业的发展。在各项政策的推动下，国内汽车企业不断增加对电动汽车及相关零部件的研发投入，在突破电池、电机、电控等关键技术、完善基础设施建设、推动电动汽车产业化等方面取得了长足的进步。1 1 国外电动汽车的现状和发展趋势国外电动汽车的现状和发展趋势1.11.1 全球电动汽车市场现状及趋势全球电动汽车市场现状及趋势近年来，全球电动汽车市场正
3、以更快的速度成长，电动汽车产销量均有明显提升。2014 年全球市场共销售 353 522 辆电动汽车，同比增长 56.78%；其中，电动乘用车 323 864 辆，占比 91.61%(电动乘用车指“双 80”车，即最高时速80 km/h 以上，同时一次充电续航里程 80 km 以上)；电动客车及电动专用车 29658 辆，占比 8.39%1。美国、欧盟、中国、日本仍然在全球电动汽车市场中位居前列。全球各主要国家电动汽车 2014 年保有量及 2020 年预计保有量如表 1所示2。美国的通用、福特、特斯拉公司，日本的丰田、日产及本田公司，欧洲的宝马、奔驰、雪铁龙公司等都在电动汽车的研制与开发上呈
4、现出很强的实力。表 1世界主要国家电动汽车保有量年份中国法国德国印度英国美国日本2014120 00030 91224 4197 58421 425275 104108 2482020500 万200 万100 万700 万150 万150 万200 万-第 3 页从全球主要汽车生产厂家的销量和发展计划来看，目前，“低排放”汽车(主要指混合动力汽车)经过长时间的发展，技术最为成熟，已进入快速增长期，其销量、增幅和占比都远远高于其他车型；随着动力电池性能的提升及充电基础设施建设的完善，“零排放”汽车(主要指纯电动汽车)也逐渐走上产业化的道路，特别是小型的纯电动汽车更是发展迅速；燃料电池汽车在技术
5、和经济方面仍存在诸多瓶颈，其大规模推广还存在相当的距离。目前，世界主要国家政府都制定了电动汽车中长期发展战略规划，预计电动汽车市场会在未来 10 年内持续增长，成为拉动经济发展的新的增长点。1.21.2 国外电动汽车发展历程国外电动汽车发展历程1.2.11.2.1 美国美国(1)市场状况。美国是全球规模最大的电动汽车市场，2014 年电动乘用车的销量达到 119 710 辆，较 2013 年增加 22.7%3。目前，插电式混合动力汽车是美国电动汽车市场销量和增幅最大的产品。(2)技术研发。美国电动汽车发展以通用、福特和克莱斯勒三大汽车公司为主导，利用三大汽车公司雄厚的技术开发力量和先进制造条件
6、，通过汽车、机电、电子、控制和材料等行业的分工合作，开发出电动汽车的各种总成和技术单元。1991 年，美国三大汽车公司达成协议，成立“先进电池联合体”，共同致力于纯电动汽车的研究。但经过 13 年的探索，蓄电池技术还是未能获得关键性突破，以通用为代表的汽车厂商不再积极鼓励发展纯电动汽车，转向了对燃料电池车的研究。2009 年奥巴马上台后又转向了率先实现混合动力车商业化、燃料电池车作为远期目标的电动汽车发展战略。在国家战略的引导下，美国各类电动汽车技术成果颇丰，先后提出了针对纯电动汽车与混合动力汽车的四大类标准，并形成了世界上最完善的燃料电池汽车标准体系。截至 2012 年，在混合动力汽车、燃料
7、电池汽车等电动汽车关键技术领域，美国获得授权专利数量占据了全球专利总数的 22%。1.2.21.2.2 欧洲欧洲(1)市场状况。步入 21 世纪后，电动汽车行业在欧洲迅速发展。在一些起步较晚的国家，如荷兰、挪威等，电动汽车发展尤其迅猛，电动汽车保有量持续增加。据欧洲汽车制造商协会(ACEA)数据显示，2014 年欧盟 28 个成员国加上自由贸易联盟国家电动车销量达到 97 791 辆，同比增长 50.3%，挪威、英国等国家甚至实现成倍增长。(2)技术研发。与美国相比，欧洲更崇尚纯电动汽车。1990 年，欧洲“城市电动车”协会成立，旨在帮助各城市进行电动汽车可行性研究、安装必要设备和指导其运营。
8、1995 年底，欧洲第 1 批电动汽车实现批量生产，1996 年到 2000年间，欧洲电动汽车从 5 890 辆增长到 16 255 辆，其中法国、瑞士和德国处于-第 4 页前列4。进入 21 世纪后，欧洲电动汽车产业快速发展，到 2014 年底欧盟各国电动汽车保有量均大幅增长，如图 1 所示。欧洲的汽车企业也纷纷在传统内燃机汽车的技术优势的基础上推出了自己的插电式混合动力和纯电动汽车品牌，如雷诺推出的雷诺 ZOE、雷诺 KangrooZOE、雷诺 twizy 三款纯电动汽车，宝马推出的纯电动跑车 i3、插电式混合动力跑车 i8，大众推出的插电式混合动力车辆高尔夫“TwinDrive”等。虽然
9、纯电动汽车在欧洲取得了一定的发展，但由于没能成功地解决续航里程短的问题，商业化进程相对缓慢，因而部分企业也开始致力于其他清洁能源车的开发和产业化。从销量上看，近年来，混合动力车型在欧洲的销量大幅增长，2013 年仅丰田公司一家企业的混合动力车型就在欧洲销售了 15.7万辆。图 12014 年底欧洲主要国家电动汽车保有量1.2.31.2.3 日本日本(1)市场状况。日本是全球范围内最早开始发展电动汽车的国家之一，也是世界上首个实现混合动力汽车量产的国家，在实现混合动力系统的低燃耗、低排放和改进行驶性能方面稳居世界领先地位。2013 年，在日本全部新车 330 万辆的市场上，销量位居前几名的车型都
10、是混合动力产品。电动汽车占日本国内新车销量的比例为 17.7%，同比增长 1.5%5。(2)技术研发。一直以来，日本政府特别重视电动汽车的研究和开发。早在1965 年，日本政府就将电动车研发正式列入国家项目，并随后成立了日本电动汽车协会。1996 年，丰田公司成功研制出燃料电池汽车样车，并于 1997 年开始混合动力汽车普锐斯的批量生产。1999 年本田首款混合动力汽车 INSIGHT 上市，随后 2001 年推出 CIVIC 混合动力，这两款混合动力在全球电动汽车市场上占有较大份额。日产公司由于具有在锂离子电池方面的优势，其主要研发方向集中于纯电动汽车方面，并于 1997 年推出了全球第一辆
11、锂离子电池电动汽车 Prairie Joy。从国外电动汽车发展历程来看，各国政府采取的技术路线不同，在产业化方面除经济扶持、政策优惠和法规强制外，还通过示范运营、加强基础设施建设、优惠租赁、政府采购、节能环保宣传等手段保证生产、研发、销售等各环节协调发展。同时，各国扶持电动汽车产业的政策都根据不同经济阶段的实际需求而动态调整，使产业发展顺利由政府推动过渡到市场推动，为我国电动汽车发展提供了宝贵的经验。2 2 我国电动汽车的发展现状我国电动汽车的发展现状2.12.1 我国电动汽车市场现状我国电动汽车市场现状中国作为全球第二大电动汽车市场，近年来在中国政府的强力推动下，电动汽车的产量和销量均实现了
12、巨大的飞跃。2014 年电动汽车累计生产 8.39 万辆，-第 5 页同比增长近 4 倍，如表 2 所示6。总体来说，目前我国电动汽车销量的增长以小型车为主，我国本土涉足电动汽车领域的企业逐渐增多，包括北汽新能源、比亚迪、东风日产等，市场上可供选择的车型也开始丰富。表 22014 年我国电动汽车产量类型产量/万辆同比增长纯电动乘用车3.783 倍插电式混合动力乘用车1.6722 倍纯电动商用车1.574 倍插电式混合动力商用车1.382 倍总计8.394 倍2.22.2 我国电动汽车技术研发现状我国电动汽车技术研发现状“十五”和“十一五”期间，我国从维护能源安全、改善大气环境、提高汽车工业竞争
13、力及实现我国工业的跨越式发展的战略高度出发，先后启动了“863”计划、“电动汽车重大科技专项”、“节能与电动汽车重大项目”等，投入科技经费近 20 亿元，形成了以纯电动、油电混合动力、燃料电池 3 条技术路线为“三纵”，以多能源动力总成控制系统、驱动电机及其控制系统、电力蓄电池及其管理系统 3 种共性技术为“三横”的电动汽车研发格局，共计 200 多家整车及零部件企业、高校和科研院所参与了电动汽车专项研发。2012 年 7 月，国务院发布的 节能与电动汽车产业发展规划中指出以纯电驱动为电动汽车产业发展和汽车工业转型的主要战略取向，当前工作重点是纯电动汽车和插电式混合动力汽车的产业化建设。在此方
14、针的指导下，我国电动汽车技术经过“三纵三横、整车牵头”和“三纵三横、动力系统技术平台为核心”两阶段攻关，继续取得重大突破，逐步形成了整车零部件企业协同研发、标准检测平台和应用示范为支撑载体的研发创新体系，并取得了丰硕的成果。如锂离子动力电池和燃料电池系统性能与耐久性稳步提升，成本大幅下降；车用电机系统性能取得较大进展，产业化能力大幅提升；高密度永磁电机功率密度达 2.68 kW/kg，系统最高效率达到 94%以上7。国内汽车企业也纷纷增加对电动汽车及相关零部件的研发投入。2008 年，比亚迪一款型号为 F3DM 的电动汽车获准批量生产和销售，标志着我国电动汽车产业正式进入产业化阶段。2012
15、年，我国累计发布 60 多项电动汽车相关标准，涉及电动汽车及动力电池安全、能耗消耗量测量、充电接口及通信协议等多个领域，为实现电动汽车规模产业化，尤其是纯电驱动汽车销量达到同类车型总销量 1%左右的重要门槛提供了重要的科技支撑8。3 3 我国电动汽车技术发展现状与趋势我国电动汽车技术发展现状与趋势-第 6 页3.13.1 电机驱动技术电机驱动技术电动机及其控制技术是电动汽车系统的核心技术。现代电动汽车和电控与20 世纪 40 年代开发的电瓶车技术有着本质的不同。现代电动车一般采用新型的高效可靠的传动电机，如直流无刷永磁电机、开关磁阻电机及微电子调速控制技术，我国生产的适合车用动力的永磁电机质量
16、很高，已形成出口能力。因此，这部分技术已相对成熟，有实用价值9-10。3.23.2 能量管理系统能量管理系统能量管理系统是电动汽车的智能核心。一辆设计优良的电动汽车，除了有良好的机械性能、电驱动性能、适当的能量源(即电池)外，还应该有一套维持电动车所有蓄电池组件的工作，并使其处于最佳状态；采集车辆的各个子系统的运行数据，进行监控和诊断；控制充电方式和提供剩余能量显示等职责的能量管理系统。能量管理系统研究与开发不仅要建立包括蓄电池在内的电动车的数学模型，而且要开发以微处理器为核心的电子控制单元。目前国内比较成型的 EMS 技术主要是针对某一动力系统设计的，效果比较好，但是不同的电动汽车动力传动结
17、构有不同的系统配置，EMS 管理体系结构的多样性及电动汽车对于高效的实时性能的需求，大大增加了控制任务的复杂性。因此，研究新的动力传动配置和控制器以及更具有通用性的 EMS 已经成为目前的发展方向。3.33.3 锂离子电池技术锂离子电池技术当前，制约电动汽车尤其是 PHEV 和 EV 车型发展的核心问题在于续航里程偏短、车体偏重，存在安全隐患，并且价格居高不下，尽管这些问题短期可通过降低整车性能要求(如缩短行驶距离、延长充电时间)来解决，然而长期来看必须从提高电池能量密度、提升电池安全性能和降低电池成本等电池技术层面进行根本性突破。其中，提升电池体系的能量密度以增长续航里程，目前已成为各大汽车
18、厂商和动力锂电池制造商共同努力方向。目前装车应用最广泛的基于磷酸铁锂和锰酸锂正极的锂离子动力电池，其单体电池的能量密度只有 130 Wh/kg；组合成电池组后，电池系统的能量密度不到 90 Wh/kg11。为推动我国动力锂离子电池产业技术突破，工信部和科技部提出了近期的规划目标，如表 3 所示。表 3中国电池产业近期规划目标年份规划能量密度/（Whkg-1）循环寿命/次成本/（元Wh-1）2015 年底科技部：新能源汽车技术政策研究目标工信部：电池工业十二五发展规划目标20020001.5-第 7 页2020 年底25030001总体来说，我国的电机驱动技术与国际先进水平已基本持平，但是电池能
19、量管理系统与锂离子电池在能量密度方面的差距限制了我国电动汽车产品的续航里程，抑制了消费者的购车热情。我国政府已出台促进锂离子电池技术发展的相关政策。可以预计未来 5 年内，锂离子电池产业会有持续大规模的投入并得到较快的发展。4 4 参考文献参考文献1 肖何,杨阳.2014 年全球电动汽车销量突破 35 万辆同比增长 56.78%N.中国电池杂志,2015-03-25.2International Energy Agency.Global-EV-Outlook 2015R.Paris:IEA,2015.3 刘重才.全球新能源车销量激增国内企业或受益N.上海证券报,2014-10-10.4 程广宇
20、.国外车用充电基础设施建设进展及启示J.科技创新与生产力,2012(4):11-145 亚洲汽车产业调查分析J.FOURIN 世界汽车调查月,2015(80):34-35.6 张冬明.新能源汽车推广应用相关政策及趋势分析J.汽车工业研究,2015(1):19-23.7 王嘉诚.中国新能源汽车产业发展分析D.上海:上海师范大学,2012.8 文凯.借鉴国际经验发展我国新能源汽车产业研究D.大连:东北财经大学,2010.9 林琳.我国新能源汽车发展的现状、瓶颈及对策分析J.黑龙江科技信息,2011(3):102-102.10罗少文.我国新能源汽车产业发展战略研究D.上海:复旦大学,2008.11陈泓舟,褚晓东.动力电池正极材料 LiFePO4 的产业化应用展望J.当代化工,2014(11):55.