电动汽车及动力蓄电池产业链的发展

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1、电动汽车及动力蓄电池产业链的发展 2011-10-10 2011汽车与配件-平安证券新能源汽车研讨会系列报告 (一) 陈全世 男，汉族，1945年4月生，清华大学电动汽车研究室主任，教授，博士生导师。 现任：中国汽车工程学会理事 电动汽车分会主任，全国汽车标准化标委会电动汽车分委会副主任。 研究领域：电动汽车、混合动力汽车、燃料电池电动汽车关键技术；承担了国家“八五”、“九五” 电动汽车科技攻关项目，以及“十五”863电动汽车重大专项和“十一五”国家863节能与新能源汽车重大项目燃料电池城市客车研究开发课题。 出版专著2本：燃料电池电动汽车(第一作者)，2005年；先进电动汽车技术(第一作者)

2、，2007年。 获奖情况：电动汽车研究项目获2010年国家发明2等奖，北京市科技进步一等奖。 世界人口和全球汽车保有量逐年上升。汽车带来的三个主要问题是能源、温室气体CO2和空气质量。能源和动力技术的进步实质是脱碳加氢的过程。从最初的燃煤汽车，到油电混合动力汽车，到气电混合动力汽车，再到最终的电电混合动力汽车。路线图解读 国家“十五”电动汽车重大专项：产业化取向，三纵三横布局，整车和关键零部件取得重要进展。所谓“三纵”就是混合动力汽车、纯电动汽车、燃料电池汽车；“三横”就是混合动力整车控制系统、电机及其控制系统和蓄电池及其管理系统。现在多了一条公共支撑平台，这非常之关键。一个是标准，标准后面是

3、检测、实验、法规、示范运营、产业融资、知识产权、技术信息。 世博和奥运会相比，世博是最大的新能源汽车的展示场。提出了两个战略方向：过渡战略与转型战略并重。过渡就是提高现有车动力的效率，以及提高发动机的效率，发展混合动力汽车和发展替代燃料。另外是转型，发展新能源汽车包括插电式混合动力车、纯电动汽车和燃料电池汽车。这在即将颁布的新能源汽车十年规划里是一个比较正确的方针。到2015年前以过渡战略为主，为转型战略做准备。但是目前还有几个槛没有迈过去，现在如果盲目地进行纯电动汽车的推广运用，增加规模，可能后患无穷，造成大家投诉，反而影响了它的推广。 这里对节能与新能源汽车的路线图作简要解读： 1.节能与

4、新能源汽车并重，将节能减排放在首位； 2.注重传统内燃机汽车的节能减排潜力：制定并实施节能小排量汽车的鼓励政策； 3.鼓励推广各种节能减排的技术措施：例如，整车轻量化、流线型造型降低风阻系数、AMT、双离合器变速器、超级子午线轮胎、发动机起-停装置、电动转向助力系统等。 4.积极鼓励发展各种形式的混合动力汽车，并予以鼓励和推广。 5.将纯电动汽车(EV)、插电式混合动力汽车(PHEV)和燃料电池汽车(FCEV)作为终极目标重点予以支持。其中理由有以下几点： (1)从我国能源结构看：与煤炭为主，石油资源相对短缺，电网晚间低谷电、风能、太阳能等清洁能源的充分利用-通过建设智能电网来实现。 (2)我

5、国发展混合动力汽车在发动机和变速器等传统汽车技术方面缺乏关键技术；“跨越式”或“弯道超车”思维的诱惑。 (3)我国发展电动汽车的相对优势：政府在推动充电站等方面的力度、稀土、锂资源不受外国制约等。 纯电动汽车的发展方向：小型化、轻量化、低配置。低配置不是低速，低速没有普遍意义。车是一个代步工具，可以解决这个问题。大三电、小三电和三充 从近期来看，纯电动汽车从技术路线上来说，要选小型车，以铅酸蓄电池为动力源的低速电动汽车，作为非道路用车的辅助交通工具还有一定市场，但是变为主要交通车辆可能性不大。纯电动汽车的支撑技术是动力锂离子蓄电池及其管理系统、稀土永磁电机，及其整车通信和控制技术；但是，用原先

6、传统内燃机汽车的整车结构进行改装，这不是电动车的原型车，也不可能实现纯电动车的优化。这是目前纯电动汽车发展的瓶颈。 国外跨国公司的技术路线值得我们借鉴。日本丰田和本田在推广混合动力，而日产、三菱公司重点推广的是纯电动汽车。戴姆勒奔驰公司向市场重点推出的是纯电动小型车Smart；宝马(BMW)向市场推出的是纯电动汽车Mini-E。美国则重点推广应用插电式混合动力，如通用的Volt插电式混合动力车。 丰田公司的Prius结构是目前最为完善的系统，但是，其结构复杂(行星齿轮)，且有最为系统的专利保护，我们无法切入；本田的Insight系统(中度混和)也有相当的技术难度和专利保护。比较有前景的是混合动

7、力公交客车，推广难度相对较小，且国外基本很少专利保护，是我国推广应用的重点。而外充电式混合动力汽车具有较为全面的纯电动汽车功能，是混合动力向纯电动过渡的最佳选择，且国外正在开发，应该重点发展。而且，其系统结构要简单、性能实用可靠。 谈到纯电动汽车技术的发展，电动汽车定义为以电机驱动，从车载电源获得动力，并且满足道路交通安全法规的车辆。其优势为“ 零排放”，电动汽车在运行中无废气排放，即使将发电厂的排放等效换算，也是低排放；解除汽车对石油资源的依赖，电可以从多种途径获得煤、水、风、太阳能、生物质能、核能等，其中许多为可再生能源；系统效率高；利用晚间电网的低谷电充电，提高电网的能量效率；噪声低、振

8、动小。 然后是蓄电池问题。电动汽车、混合动力汽车和燃料电池汽车都与蓄电池的关系密切，蓄电池的安全性、环境适应性、比能量、比功率、循环寿命、价格等综合因素决定电动汽车的发展前途。蓄电池生产商不但要研制生产出合格的电池芯(单体电池)，而且要按照电动汽车的使用要求，组成包含管理系统(包括热管理)、合适的电压等级和尺寸的电池模块或电源系统，经过产品的可靠性、耐久性、系列化和标准化检测和考验后，才能在电动汽车上应用。 我国将纯电动汽车作为今后汽车动力发展的战略目标是正确的。以下介绍纯电动汽车的关键技术：大三电动力电池系统、驱动电机及其控制器、整车(中央)控制器；小三电电动空调、电动助力转向、电动(助力)

9、制动系统；充电充电机、充电桩、充电站；整车重新设计：以动力电池为核心的整车平台包括车身和底盘。 1.动力蓄电池系统：蓄电池成组技术包括单体电池(电化学)、蓄电池箱(机械设计)、信号检测(微电子)、通风散热(热流体)、动力线束(电力电路)。例如，蓄电池箱中的温度分布，温差必须控制在2以内；在遇到紧急事故时，蓄电池系统应该能自动分解成48V以下(安全电压)的模块，避免高压触电危险。此外，蓄电池箱还要具备一定的强度、刚度在振动试验中不会发生损坏和大的塑性变形，以及不会对蓄电池模块产生损伤。 2.小三电：科技部“十二五”“863”项目(第一期)将小三电的技术研发和产业化列入攻关课题：其问题在于产业化，

10、质量、价格、批量供应能力都不足。 3.整车按照纯电动汽车特点的设计：例如蓄电池组的安全防护，安装、维护、更换方便，整车质量分布、乘坐空间的舒适性、轻量化等。这是传统汽车所无法满足的。 4.充电系统基础设施的建设。国外电动汽车的成功充电模式：上世纪90年代，法国、德国、美国、日本等国家先后在不少大城市进行过纯电动汽车的示范运行，其经验可供参考。 (1)集中充电模式：一些拥有数量较多的电动汽车单位和部门，例如，公交公司、环卫部门、电力公司、政府部门等，集中建设专用的充电站。 (2)分散充电模式：针对社会上应用电动汽车的个人或小团体常规充电：车载充电机充电桩，应急快速充电地面直流充电机车载电池组(管

11、理系统)。 充电站、换电站的建设，充电机包括车载充电机和当面直流充电机、充电桩的研制和产业化成为热点。国家高技术研究发展计划“十二五”(863计划)：现代交通技术与电动汽车关键技术与系统集成(一期)有两个课题支持充电、换电系统、充电机的研发。但是目前蓄电池组、蓄电池模块、蓄电池管理系统，蓄电池通信系统标准都不健全，各行其是，这样不可能采用换电，否则后患无穷。混合动力电动汽车的发展 混合动力电动汽车(Hybrid Electric Vehicle，简称HEV)是将电力驱动与内燃机动力驱动结合起来，充分发挥两者各自的优势及两者相结合产生的优势的车辆。 根据国际能源组织(IEA)定义，根据能量与功率

12、传送路线，具有如下特点的车辆称为混合动力车辆： 传送到车轮推进车辆运动的能量，至少来自两种不同的能量转换装置，(例如：内燃机、燃气涡轮、斯特林发动机、电动机、液压电机、燃料电池等)。 这些能量转换装置至少要从两种不同的能量储存装置(例如：燃油箱、蓄电池、飞轮、超级电容、高压储氢罐等)吸取能量。 从储能装置流向车轮的这些通道，至少有一条是可逆的。 如果可逆的储能装置供应的是电能时，则称作混合动力电动车。 与纯电动汽车比较，混合动力车具有整车重量小(由于蓄电池的容量减小)；续驶里程和动力性可达到内燃机的水平；保证驾车和乘坐的舒适性(空调、暖风、动力转向的使用)等特性。与内燃机汽车比较，其可使原动机

13、在最佳的工况区稳定运行，从而降低排污和油耗；在人口密集的商业区、居民区等地可用纯电动方式驱动车辆，实现“零排放”；通过电动机回收汽车减速和制动时的能量，进一步降低汽车的能量消耗和排放污染。 插电式混合动力汽车是指可以使用普通电源插座(例如220V电源)对车载动力蓄电池充电的混合动力汽车。其优点是这种汽车纯电动行驶里程较长，具备纯电动汽车的所有优点。但需要时仍然可以像通常的混合动力汽车一样工作。行驶里程可以与混合动力汽车和内燃机汽车相媲美。目前由于动力蓄电池尺寸、重量、价格、充电设施等因素导致纯电动汽车大面积推广有一定困难。插电式混合动力车可能会成为由混合动力汽车向纯电动汽车过渡的一种最佳选择。

14、电动汽车产业化前景 电动汽车产业即将进入成长期。纵观历史，一个事物、一个大的产业的发展，都要经历孕育成长发展衰亡4个阶段，电动汽车无论是作为一个大产业或者作为一项事业，同样如此。当前电动汽车产业从国内外的大形势看，处于孕育期和成长期之间，其标志是有3个方面的问题已经初步获得了共识。其一，确定了电动汽车的未来：在今后50年左右地球上石油资源将逐渐枯竭，电动汽车可作为燃油汽车走向终结的替代者，支撑汽车产业的可持续发展。其二，基本明确了汽车动力系统的发展路线。由燃油汽车油电混合动力汽车(HEV)插电式混合动力汽车(HEV)纯电动汽车(完全充电式BEV)和氢燃料电池汽车(FCEV)。其三，明确了电动汽

15、车的共性关键技术。以动力蓄电池(及其管理系统)、燃料电池发电系统和充电(或加氢)网络为核心的能源系统；以驱动电机(及其控制器)和传动系为核心的动力系统；以协调控制各个系统，保证整车安全、高效、舒适运行为核心的整车控制系统。 日本在电动汽车以及动力蓄电池方面一直走在世界的前列。据日本经济新闻报道，日本将以经济产业省的外围团体为中心制订方案，将丰田、日产、本田、铃木、三菱、马自达、富士重工、大发、雅马哈家汽车、摩托车生产企业和三洋电机、日立制作所、松下电池工业、GS-YUASA公司等电池生产商，再加上东京电力公司、日本汽车研究所、经济产业省、国土交通省等单位，组织起来，合力开发统一规格的新一代汽车

16、锂离子蓄电池，将共同参与试验，制定统一的锂电池规格和安全标准。并计划在2010年后实现量产。日本企业还力争在安全标准和充电方式等方面获得国际标准机构的认可，以期在该领域抢夺先机。提问环节 Q：您认为燃料电池要多长时间才能够开发出来给汽车用？ A：燃料电池关键是要面向实验室，目前技术仍没有突破。如膜没有突破，全世界能够产业化的只有一家，而且这个膜的价格比较贵。再就是催化剂，催化剂现在还是用白金，没有完全替代。有人说年产4t白金全部制成膜，全部做成混合动力轿车能产50万辆。催化剂非白金化的话就不能产业化。氢的纯度需要99.9999%，这个价格非常贵，多一个9价格就翻一倍。这些问题不解决要去推广是不

17、可能的。但是这个问题也有希望，现在市场推出了新的膜，这样就不需要白金催化剂了。 Q：陈教授，专家解读里都讲到2015年新能源汽车的保有量只有50万辆，等于到目前为止，我国新能源汽车只有1万辆，私人购买汽车不到1000辆，我认为这个规划是冒进的，不可能达到，但是现在还没有改变，我想问一下您对这个问题怎么看？ A：50万辆的问题是一个规划，并不一定达不到，是一个爆发的时间。2009年国家汽车产能达到135万辆，去年达到1800万辆，能不能达到一个爆发点的时间，我认为这是事在人为，不是完全达不到。今年可能合肥就能推广电动轿车3000辆，去年是585辆，我认为方法得当是可能的。把这个技术做好，解决充电

18、问题。电动车还不能作为出租车，因为蓄电池能量不够，续驶里程不够。合肥上下班最长路程20km，来回40km。单位有充电桩，家里有充电桩。只要把政策扶持得当，还是有可能达到50万辆新能源汽车。 Q：我想问一下陈教授对于低速电动车的市场前景和技术目前是怎么样的看法，是不是成熟了？如果没有成熟的话，什么地方还有问题？ A：我国有一个低速的货车，没有低速电动汽车的概念。在农村偏僻的地方还有市场，但绝对进不了我国汽车的主流。研发低速车的话技术需要升级。电机、蓄电池等技术仍要研发。农民没有回收的经验，没有环保的意识会把土地资源浪费掉。一旦土地铅污染是无法往回走的，所以我国要下很大工夫来治理它。现在非法制的，

19、没有生产资质的生产车不能挂牌，这种三无情况是无法容忍的。我认为要正规起来，应该要很好地去研究，不应该去遍地开花地做这个。 Q：现在国内大部分整车企业，新能源都涉及到创新，但是很多创新化会面临很多失败。如果创新成功的话也许得到利益跟付出不匹配，现在很多传统零部件中国做不出来，现在提到新能源汽车，全世界很多技术都没有涉及过，我想问一下这样的体制下怎么样来保证全新的创新在中国实现？ A：这是一个政治体制的问题，我也有同感。如果把我放在国企老总位置上，我的想法是一样的，这是政府考核目标的问题。但是新能源汽车会引起汽车行业的大洗牌。为什么要创建央企联盟，要把新能源汽车作为对干部的一个考核指标列进去，我觉

20、得这反而是好办的。我认为新能源汽车是对汽车行业最大的冲击。蒸汽机变成燃油汽车，电动汽车是很大的革命。现在的汽车是由汽车厂说了算，以后有可能是关键汽车零部件和蓄电池厂说了算。虽然现在的体制有问题，但是还是很有希望的，企业在睁大眼睛到处在学蓄电池厂、电机厂，在寻找商机。 Q：您在提到混合动力汽车，还有电动汽车关键技术的时候提到大三电，蓄电池、电机，还有电控，能不能介绍一下对于电机方面的技术有什么关键的提升或者是革新，甚至是对它的材料方面有没有什么新的要求和挑战？ A：电机等于是电动系统很关键的东西。辅助的电机很多，目前我国电机，包括小电机，中等电机都在向永磁方面发展，体积小、重量轻，还有一个是永磁材料，真正做高级电机的永磁片是从国外进口的。电机后面的位置检测器也是进口的，最重要的是控制器的水平有相当大的差距，电机的机组材料有差别，为什么说不能这么快地大跃进，我国还是要认真地从基础的原材料做起，包括开关、限速、连接器，传感器，元器件，只有这些技术过关，我们产业链才是全的，因此叫产业链。我国总产值超过日本，但并不是第二经济强国，尤其是工业上还差很远。