国内外电动汽车发展史电动汽车从动力技术上来讲主要包括混合动力汽车_混合动力电动汽车现状

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电动汽车及电池储能报告

微电子与固体电子学院

集成电路设计与集成系统二班

高昆

201003202001

1国内外电动汽车发展史电动汽车从动力技术上来讲主要包括混合动力汽车、燃料电池汽车和纯电动汽车。近年来,随着环境污染和能源危机的加剧, 世界各国电动汽车的研发方兴未艾。在电动汽车研发布局中,出现了纯电动车和燃料电池车、混合动力车“三驾马车”并行齐驱的局面, 电动汽车正在朝产业化方向一步步迈进。

国外电动汽车发展现状

美国政府至今已出资数百亿美元支持汽车厂商和相关厂商进行电动汽车技术的开发研究。美国三大汽车公司1991年联合成立了美国先进电池联合体, 投入了415亿美元, 其中政府拨款2125亿美元, 共同开发镍镉、镍氢、锌空气电池、燃科电池等各种高性能蓄电池。日、法、德等国各大公司也投入巨资研究开发高性能电池。

国内电动汽车发展现状

我国电动汽车的研发与国外在技术水平与产业化方面差距较小。“十五”期间, 在国家863计划电动汽车重大专项连续两期的滚动支持下,我国在纯电动汽车的核心部件研发、总成集成以及整车系统设计上实现了技术创新和跨越。自主研发的55辆纯电动铿电池汽车、25辆混合动力客车、75辆混合动力轿车、20辆燃料电池轿车,以及41辆纯电动场地车等各种新能源汽车。中国汽车产业调整和振兴规划正式发布, 规划中称, 将实施新能源汽车战略。规划中称, 推动纯电动汽车、充电式混合动力汽车及其关键零部件的产业化。掌握新能源汽车的专用发动机和动力模块(电机、电池及管理系统等)的优化设计技术、规模生产工艺和成本控制技术。建立动力模块生产体系, 形成10亿安时(Ah)车用高性能单体动力电池生产能力。发展普通型混合动力汽车和新燃料汽车专用部件。另外, 启动国家节能和新能源汽车示范工程, 由中央财政安排资金给予补贴, 支持大中城市示范推广混合动力汽车、纯电动汽车、燃料电池汽车等节能和新能源汽车。

我国电动汽车发展所存在问题

制约电动汽车发展的技术瓶颈尚待突破;

电动汽车的价格过高阻碍了电动汽车的普及和产业化;

我国发展电动汽车的配套设施不够完善。

电动汽车发展趋势

与其它两种新能源车相比, 纯电动车无论是在技术还是企业参与度上都更有优势, 其零排放、零污染的环保优势和相对其他新能源车而言的价格优势也更容易被公众认可。这主要是因为, 我国在电动汽车关键技术的电池、电机发展基础好,在纯电动汽车方面的研发实力亦不亚于日韩, 我国的小功率锂离子电池早已经产业化, 形成了上下游结合的完整产业链, 电池产品超过世界市场的三分之一, 锂离子动力电池技术已经达到国际先进水平, 产业化条件也基本成熟, 我国的高功率型动力蓄电池发展也很迅速, 与国外相比有很大价格优势。

此外, 我国是永磁同步电机中永磁材料—稀土资源的大国, 稀土储量世界第一将有利于未来降低电动汽车的制造成本。混合动力电动车是我国目前可以小批量生产、替代燃油汽车、减少废气排放的较现实的电动车。

混合动力电动车的发展也依赖于动力电池的发展, 在未来10年, 混合式电动车在其特定市场范围内的商业化生产将持续增长, 增长速度取决于价格因素。

总之, 从长远发展趋势来看, 我国混合动力电动车将有长远的市场前景, 不过, 纯电动汽车和燃料电池汽车在产业化上的优势可能会更大。

混合动力汽车在目前的高油价时期虽然具有更好的燃油经济性, 并且能满足高排放标准的要求,但是由于其只是对现有汽车技术的相对改进, 所以只能作为一种过渡路线。

而纯电动汽车和氢燃料电池汽车在使用过程中能够实现零排放, 并完全摆脱了对石油资源的依赖, 将成为我国电动汽车发展的最终目标。

充电系统技术研究现状

电动汽车的发展包括电动汽车以及能源供给系统的研究和开发, 其中能源供给系统是指充电基础设施, 供电、充电和电池系统及能源供给模式。电动汽车充电技术作为一个新的科技领域,世界各国都置身于充电技术的研究, 并拟制作充电技术标准, 为未来企业发展占据先机。

因为目前电动汽车充电站建设的规模小、数量少, 所以电动汽车充电站相关技术大部分还处在实际应用的初级阶段。

国际上电动汽车充电系统的标准主要是IEC发布的IEC61851: 2001, 该标准包括三个部分, 分别为: 一般要求(partl)、电动车辆与交流/直流电源的连接要求(part2-1)、电动车辆与交流/直流充电站(part28小时,甚至长达10至20多个小时。

优缺点: 因为所用功率和电流的额定值并不关键, 因此充电器和安装成本比较低;可充分利用电力低谷时段进行充电, 降低充电成本;可提高充电效率和延长电池的使用寿命。常规充电模式的主要缺点为充电时间过长, 有紧急运行需求时难以满足。

快速充电

概念: 常规蓄电池的充电方法一般时间较长, 给实际使用带来许多不便。快速充电电池的出现, 为纯电动汽车的商业化提供了技术支持。

优缺点: 充电时间短;充电电池寿命长(可充电2000 次以上);没有记忆性, 可以大容量充电及放电, 在几分钟内就可充70% ～80%的电;由于充电在短时间内(约为1090% , 与加油时间相仿, 因此, 建设相应充电站时可不配备大积停车场。但是, 相对常规充电模式, 快速充电也存在一定的缺点: 充电器充电效率较低, 且工作和安装成本较高;由于采用快速充电,充电电流大, 这就对充电技术方法以及充电的安全性提出了更高的要求, 同时计量收费设计也需特别考虑。

快速充电又称应急充电, 是以较大电流短时因为目前电动汽车充电站建设的规模小、数量少, 所以电动汽车充电站相关技术大部分还处在实际应用的初级阶段。

国际上电动汽车充电系统的标准主要是IEC发布的IEC61851: 2001, 该标准包括三个部分, 分别为: 一般要求(partl)、电动车辆与交流/直流电源的连接要求(part2-1)、电动车辆与交流/直流充电站(part2-2)。

我国根据国内电动汽车的发展状况, 于2001年制定了3 个标准, 这3 个国家标准分别

等同(或等效)采用了IEC61851 的3 个部分。

近年来, 电动汽车以及电力技术的快速发展, 这些标准己不能完全满足当前的发展需求, 而且这些标准中缺乏通信协议、监控系统等方面的内容。目前国家电网公司为了规范内部电动汽车的应用,已经颁布了6项与电动汽车充电站相关的企业标准。目前供电、充电和电池系统应用集成技术和相关标准及规范研究的缺乏, 仍然是电动汽车推广应用的主要薄弱环节, 给电动汽车下一步的发展和充电设施的统一规划带来了很大的困难。能够保证大规模充电站正常运营的充电站监控系统尚无成熟产品, 充电站监控系统和充电机间的通信协议和通信接口尚无统一的标准可以遵循, 各充电站之间也无信息联系。

机械充电

概念: 即电池组快速更换系统。通过直接更换电动汽车的电池组来达到为其充电的目的。由于电池组重量较大, 更换电池的专业化要求较强, 需配备专业人员借助专业机械来快速完成电池的更换、充电和维护。

优缺点: 电动汽车用户可租用充满电的蓄电池, 更换已经耗尽的蓄电池, 有利于提高车辆使用效率, 也提高了用户使用的方便性和快捷性;对更换下来的蓄电池可以利用低谷时段进行充电,降低了充电成本, 提高了车辆运行经济性;解决了充电时间乃至蓄存电荷量、电池质量、续驶里程长及价格等难题;可以及时发现电池组中单电池的问题, 进行维修工作, 对于电池的维护工作将具有积极意义, 电池组放电深度的降低也将有利于提高电池的寿命。电动车电池概况及发展前景1

国内电动车电池发展简况及市场前景铅酸蓄电池铅酸蓄电池

已有100多年历史的老产品，比能量较低，因此很多人认为铅酸蓄电池在电动车上应用的前途不大，进一步开发的必要性不大。

笔者认为这种观点不一定正确。实际上，铅酸蓄电池在100多年的历史中一直不断地在改进提高，有的是革命性的飞跃式提高，如从开口式流动电解液的铅酸蓄电池发展到密封式无流动电解液的阀控铅酸蓄电池：比能量从不到10Wh／kg提高到50—60Wh／kg。

我国北京世纪千网公司已收购了Electrosource公司，专业生产铅布和铅布水平电池。另外，中船总公司712所、武汉银泰、湖南丰日、广东佳力等公司正在研制开发比能量高的铅布水平电池；已开发出可象汽车加油一样在几分钟内对铅酸蓄电池实现充电的快速充电技术。我国在“八·五”期间就安排了电动车铅酸蓄电池的研制工作，最后分别由山东淄博481厂研制出管式、轻工业化学电源研究所研制出椭圆管式、河北保定482厂研制出板式12 V150 Ah的电动车用开口富液式铅酸蓄电池，它们的5 h率比能量达到38～41Wh／kg和80一82wh／L，循环寿命按牵引蓄电池标准GB7403．1-87可达到750次以上(管式)和400次以上(板式)，并在我国研制的几辆概念车上试用。在试用中反映出来的问题是：电池间的均匀一致性不够好和补加水维护麻烦等问题。

因此，笔者认为：①铅酸蓄电池因其价格便宜、材料来源丰富、技术和制造工艺较成熟等综合因素将是商业化电动车主要采用的电池，事实上目前实际使用和己商业化的各种电动车，90％以上都采用铅酸蓄电池；②随着电池性能不断地改进提高，在现阶段，铅酸蓄电池很难被完全取代，要重视对它的研究和改进提高。．⑨在实际使用中，应根据使用对象、维护条件和专业化程度，选择使用寿命长、成本低的品种，不必盲目追求最新的品种和单项性能指标。金属氢化物一镍蓄电池(MH-Ni)MH

．Ni蓄电池的比能量高(60—70 Wh／kg)，有较高的比功率(150—250 W／kg)，寿命长(500-1000次循环)，材料来源丰富(特别是我国有丰富的稀土资源)，无污染等优点，被认为是应提倡的电动车用蓄电池。

我国投入巨资研究开发电动车用MH．Ni蓄电池。有色金属研究院己研制出150Ah的电动车用MH．Ni蓄电池，并装车进行了试验，此车成功地跑完了北京到天津的往返路程：春兰集团投入巨资研制电动车用MH．Ni蓄电池，研制的20 Ah蓄电池已通过国家经贸委组织的鉴定。沈阳三普、上海友申、天津和平海湾、广东南海新力、深圳格瑞普、深圳德力普等公司(厂家)都有5-25Ah的电动助力车用的MH．Ni蓄电池产品。湖南神舟科技公司着力开发混合电动车用MH．Ni蓄电池。湖南长沙力远公司是世界上连续化带状泡沫镍的最大生产基地，最近，在此基础上成立湖南科力远公司，计划建成l x 108VAh MH．Ni蓄电池生产能力的基地。并要生产装MH—Ni蓄电池的电动助力车。

虽然，MH．Ni蓄电池有许多优点，并有很多单位在研制开发，但在商业化的电动车上使用还只占很小的比例。这主要是由于MH．Ni蓄电池的价格贵(每VAh 4元人民币，为铅酸蓄电池的6倍)；电池的均匀一致性较差，限制了蓄电池组实际使用寿命。还有，锂离子电池的迅速发展对MH—Ni蓄电池在电动车上应用的地位造成强大的威胁。

因此，笔者认为：MH．Ni蓄电池价格比铅酸蓄电池贵，而且将逐渐贵于锂离子电池，而性能不如后者，在电动车上应用的地位是过渡性的，将来的市场份额是有限的。

3Zn—Ni蓄电池

Zn—Ni蓄电池的比能量高(55～65 Wh／kg)，有较高的比功率(150～250 W／kg)，寿命较长(400．600次循环)，材料来源丰富，无污染等优点，被认为是应提倡的电动车用蓄电池。

我国厦门三圈益尔希公司用美国ERC公司技术，开发电动车用Zn—Ni蓄电池。虽然，Zn—Ni蓄电池有许多优点，但在商业化的电动车上使用还很少。这主要是由于Zn—Ni蓄电池的价格贵(每伏安时2．5—4元，为铅酸蓄电池的4～6倍)；循环过程中，初期容量衰减率大，限制了蓄电池组实际使用寿命：综合性能不如MH．Ni蓄电池。同样还有锂离子电池的迅速发展对Zn—Ni蓄电池在电动车上应用的地位造成强大的威胁。

因此，笔者认为：Zn—Ni蓄电池在电动车上应用的地位是暂短的，市场份额小于MH—Ni蓄电池。锂离子电池

锂离子电池的比能量更高(120—150 Wh／kg)，有较高的比功率(250．350 W／kg)，寿命长(500．1000次循环)，无污染等优点，被认为是有希望的电动车用电池。

我国有不少单位对电动车用锂离子电池进行研究开发。天津电源研究所在“九·五”期间接受国家科技部的研制电动车用锂离子电池的任务，最近与天津力神公司合作研制出95Ah圆柱形电动车用锂离子电池及6个单体的单元电池组，即将装车试验。深圳雷天公司开发了10 Ah、50 Ah、100 Ah的电动车用锂离子电池，并在电动自行车、电动摩托车、电动轿车、电动中巴车上进行了试验，电动轿车的1次充电行驶里程达300—400 km，其价格只有2—2．5元厂vAh。另外，北京太极、中信国安的盟固利、北京星恒、深圳比亚迪、深圳华粤宝、深圳桑群、遵义梅岭、武汉力兴、浙江万向集团的埃泰克、浙江无限公司等单位也积极参与电动车用锂离子电池的开发，有10—150 Ah产品。

笔者认为：锂离子电池比能量高：摇椅机理使其应该会有较长的寿命；这些是它的突出优点。目前影响锂离子电池在电动车上商业化使用的关键是安全性和价格。如果能做到电池本身绝对安全可靠，外部有可靠的保护电路及电池组管理系统，即使性能衰退和损坏也不会伤害人身和产生灾害性危害：采用价廉正极材料等措施降低价格，使性能价格比上可与铅酸蓄电池媲美：那么锂离子电池在电动车上将受到欢迎，可进入商业化使用。锂聚合物蓄电池

锂聚合物蓄电池有更高的比能量(120—150Wh／kg)，有较高的比功率(250—350 W／kg)，寿命长(500～1000次循环)，安全性好、无污染等优点，也被认为是有希望的电动车用电池。

我国研制电动车用锂聚合物蓄电池的单位较少。厦门宝龙公司已有手机用的商业化产品；最近苏州吴江全友能源科技公司已研制出25 All的锂聚合物蓄电池；上海的南都瑞宝已有15 Ah的锂聚合物蓄电池。影响锂聚合物蓄电池在电动车上商业化使用的关键仍然是安全性和价格及成熟程度。随着锂聚合物蓄电池技术的进步和成熟，锂聚合物蓄电池发挥其安全性好的优点，克服锂离子电池安全性上的缺点，再加上采用廉价正极材料等措施降低价格，锂聚合物蓄电池就会在电动车上成为受欢迎的电池，进入商业化使用。燃料电池燃料

电池是一种电化学发电器，它相当于1个内燃机一发动机组的功能，它利用空气中的氧为氧化剂，用氢(或碳氢化合物转换来的氢)为燃料，将化学能直接转换成电能供给电动机来驱动车辆。

它的主要优点是：效率高，可节省燃料；零排放或少排放；噪音小等，特别适合于做车辆动力源。因此，人们认为燃料电池车将最终取代以石油产品为燃料的汽车。

我国的燃料电池研制工作在上世纪末停顿了约20年，因此落后于一些先进的国家。从九·五开始，国家对燃料电池研制工作做了重点安排，使我国的燃料电池研究水平逐渐跟上国际的步伐。大连化学物理研究所是我国从事燃料电池研究较早的单位之一，研制了航天和潜艇用碱性燃料电池。1995年开始研究质子交换膜燃料电池(PEIdFC)，现在已研制出5 kW、15 kW和30 kw的燃料电池，并与二汽合作将30 kw燃料电池装在中巴车上试验运行。北京富原新技术开发总公司出资引进加拿大新能源公司的技术，现在已有50W、100W、750W、1500W和5 kw的成套燃料电池可以出售。1999年底，他们与清华大学研制成我国第一辆装有5 kW氢／氧燃料电池系统的游览车。后来又为小羚羊电动车公司开发了电动自行车用燃料电池。上海神力科技公司是从事燃料电池开发研究的公司。现研制出5kW氢／氧燃料电池装置，在2000年上海国际工业博览会上展出了装有5kW氢一空气燃料电池系统的游览车。完成了“九五”重大科技攻关项目“30kW质子交换膜燃料电池动力系统”的研制，并通过了中国科学院组织的专家验收。

燃料电池虽然有许多优点，被认为是未来汽车的理想动力源。但受价格、铂资源、氢源、服务配套系统因素制约，燃料电池车的推广应用和商业化不是近期能实现的，还要有相当一段时间。