新能源汽车关键技术
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第1章 概述

1.1 发展新能源汽车的意义

汽车在国民生产、生活及交通中扮演着极其重要的角色,汽车工业已成为国民经济的重要支柱产业。但是,汽车在给人们提供便捷、舒适的同时也带来了很多负面影响,如能源危机、环境污染等。为缓解资源与环境的双重压力,各国相继出台了一系列政策来支持新能源汽车的发展。从当今汽车工业的研究热点来看,新能源汽车已成为汽车工业的发展方向,而新能源汽车中作为传统汽车向纯电动汽车转变过程中的过渡产品——混合动力汽车,在现今电池技术发展受一定约束的背景下,具有更好的发展前景。

1.1.1 汽车与能源及环境的关系

英国工业革命开启了现代文明的帷幕,而汽车的出现则极大地推进了人类文明史的发展。自1886年世界上第一辆汽车诞生以来的100多年里,汽车改变的不仅是人类的交通工具,更改变了人类的生产生活方式。但是,汽车在给人类生活提供了便利的同时,也带来了很多负面影响。目前,世界汽车保有量远超过10亿,有数据称,到2050年世界汽车保有量将达25亿辆,其中主要增幅来自发展中国家。国际能源署(IEA)的统计数据显示,2001年交通领域消耗了全球57%的石油资源,并预计2020年的消耗量将占全球石油总消耗量的62%以上。2014年11月12日,国际能源署在《全球能源展望》中称,中国石油消耗将在20年内超过美国,成为全球最大的石油消费国。但是,现阶段我国已经面临着石油供给日益紧张的局面,因此,推行交通能源转型势在必行。而发展新能源汽车作为推进我国交通能源转型战略和建设生态文明的重要举措,对社会发展和环境保护都有积极作用。

近年来,在投资和消费的拉动下,我国汽车工业已步入快速发展阶段。2005年,我国汽车产销量均超过570万辆,分别居世界第三位和第二位。2009年我国首次超过美国,成为世界汽车产销第一大国。2011年,我国的汽车产销数据分别为1841.89万辆和1850.51万辆。2013年我国汽车产销量约占全球总产销量的1/4。2014年我国汽车产销数据分别为2372万辆和2349万辆,同比增长7.3%和6.9%,已连续6年稳居全球汽车产销量首位。可见,我国市场是最具发展潜力的汽车市场。

然而,我国目前的汽车人均保有量依然很低,截至2013年每千人汽车保有量为101辆,仅为美国的12.5%。预计2020年,我国汽车保有量将达到2亿辆,因此,我国是世界上汽车市场潜力最大的国家。但是,我国刚达到汽车社会门槛,车用石油消费在石油总消费中的比例(1/3以下)还远远低于世界平均水平(1/2以上),石油供应日益紧张。大量汽车的使用带来了两大突出问题:能源危机和环境恶化。其中,能源危机已经在国际上引发了多起战争;而汽车在运行时排放的大量一氧化碳、氮氧化物、碳氢化合物、二氧化硫等有害气体以及温室气体二氧化碳,会给人类的生存环境带来消极影响。从图1-1可以看到世界主要国家的二氧化碳排放情况,我国目前已成为世界上的二氧化碳排放大国。

图1-1 世界主要国家的CO2排放情况

因此,在汽车产业快速发展的同时,随之而来的能源危机和环境污染等问题也不容忽视。它们对人们生活,甚至国际环境都产生了重大影响。为使我国经济健康发展,必须尽快实现交通能源转型,以实现经济发展和环境保护双赢的局面。

1.1.2 汽车在社会发展中的地位

虽然汽车工业发展面临着能源危机和环境污染两大主要问题,但汽车在社会发展中的地位仍无法被撼动。汽车是“改变世界的机器”,是推动社会进步的车轮,汽车早已成为人们日常生活中不可或缺的重要组成部分。汽车的普遍使用,改变了经济社会结构,形成了一整套新的经济、文化、生活体系,更改善了人们的生活质量,推进了社会进步,促进了经济发展。对于蓬勃发展的我国来说,新型工业化过程中,汽车工业在我国经济发展中占据着重要的战略地位,其国民经济支柱产业的地位日益凸显。汽车工业的发展将大力推进高新技术的进步和创新。汽车工业必定在社会进程中起到积极的推动作用。

(1)汽车在人们现实生活中的作用

①汽车逐渐成为生活必需品 汽车从奢侈品变成了一件日常商品,人们的生活方式、生活观念和生活质量发生了巨大改变,使很多人对时间的概念不再局限于公共交通的时刻表。因此,汽车已经成为自由的象征,人们购买汽车更多是为了改变一种生活模式。

②汽车增加了劳动就业率 汽车工业的发展能够给社会创造大量的就业岗位。在我国,有数据显示,2002年末,汽车行业及直接相关就业职工总数约3345.4万人,占全国从业人数的4.5% (全国从业人数,2002年末按73740万人计算),即在我国从业人数当中,平均每22个人就有1个人从事与汽车产业有关的工作。因此,汽车工业的发展创造了大量的就业机会,极大促进了社会稳定。

③汽车加快了公路网和城市化进程 第二次世界大战后,各国快速投入到基础设施建设,高速公路的发展也迎来了快速发展阶段。高速公路网的迅速建立为汽车产业的快速发展提供了条件。汽车在联系城市、城镇中发挥着巨大作用,已成为一种最常见的交通工具。大量汽车的使用促进了公路的建设,而公路网的延伸又进一步增大了汽车需求量。

④汽车开拓了汽车服务贸易市场 汽车工业的每个环节,从市场、研发、采购、生产、销售、服务直至后勤,都已经超出了国家范围。由此而产生的贸易、法律、环保及产业经济影响已经远远超过了汽车工业本身。同时,与汽车产业发展密切相关的汽车服务贸易市场迅速发展,在发达国家已发展形成成熟的二手车置换、保险、信贷、维修、保养、租赁、物流、贸易和回收利用等业务。

⑤汽车产生了一系列新生事物 汽车产业的发展创造了多种衍生新事物,如汽车购置阶段的车贷业务、汽车使用阶段的车险业务,以及汽车租赁、汽车维修企业和二手车市场等。汽车展会、汽车艺术及汽车旅馆更是成为了发达国家人们日常生活中的一部分,改变了人们生活和思维方式。另外,汽车交通的便捷性也改变了城市结构,淡化了人们的区域观念。

(2)汽车在当代社会经济中的作用和地位

①汽车工业在国民经济增幅中的地位 汽车既是高价值的产品,又是批量大的产品,因而它能够创造巨大的产值。2007年我国汽车工业总产值达22425.48亿元,销售总产值为21937.99亿元。2008年我国汽车工业总产值为25887.14亿元,同比增长15.4%;销售总产值为25546.24亿元,同比增长16.4%。2009年我国汽车工业总产值为33423.45亿元,同比增长29.1%;销售总产值为32753.26亿元,同比增长28.2%。2010年我国汽车工业总产值为45473.95亿元,同比增长36.1%;销售总产值44721.7亿元,同比增长36.5%。2011年,全国汽车行业规模以上企业累计完成工业总产值49994.89亿元,同比增长16.82%;累计完成工业销售产值49219.96亿元,同比增长16.72%。2012年我国汽车工业总产值已达到52900亿元。

②汽车工业在工业化过程中的作用与地位 在工业化过程中,汽车工业作为龙头产业,不仅极大地促进了其上游产业的发展,如钢铁、有色金属和橡胶等产业;也对其下游产业起到了极大的促进作用,如汽车维修、销售、道路、运输、金融和保险等行业。

③汽车工业对国家综合经济实力的影响 汽车工业的繁荣是一个国家工业整体实力提升的综合体现,同时也是国家综合经济实力增长的重要表现。自新中国成立以来,我国的汽车工业经历了从无到有、从小到大的发展过程。随着我国经济的不断发展,汽车制造水平不断提高,汽车产业的市场占有率也在不断攀升。作为一个新兴的汽车大国,我国拥有全球第一大汽车市场。汽车工业的发展对于国民经济的增长具有重要意义,对于增强我国的国际核心竞争力也具有重要作用。在当前全面建成小康社会的背景下,大力发展汽车工业已成为拉动国家综合实力增长的重要途径。

(3)汽车在当代社会工业崛起中的作用

自19世纪世界上第一辆汽车诞生至今,汽车的发展已经有100多年的历史。在经济全球化的今天,汽车制造业也已经成为全球化的产业。人们的生活越来越依赖汽车,没有汽车,我们也许“寸步难行”。毫不夸张地说,汽车工业实际上就是现代工业的缩影。汽车作为各种高新技术集成的“艺术品”,其发展史实际上就是人类工业的发展史。每一次技术的进步,每一次生产的革新,都极大地促进了汽车行业的发展。现代信息技术、数控技术、纳米技术、涡轮增压技术等一系列现代高新技术已经在汽车制造业中得到了广泛的应用。通过合理运用这些高新技术,现代汽车动力性、经济性、操纵稳定性等得到了极大提升。例如,运用电子技术研究发展的汽车防抱死控制系统(ABS)、驱动力控制系统(TCS)以及稳定性控制系统(VSC)等车辆控制系统,大大提高了汽车的安全性与舒适性。在当前能源紧张与环境污染的背景下,节能减排是当今汽车技术发展创新的潮流。图1-2表示了各国制定的2015年或2016年车辆排放法定目标及各国2009年车辆实际排放量。可以看出,2009年的CO2实际排放量距离法定目标仍有一定的差距。只有通过新技术的运用,才能使汽车的燃油经济性和排放量达到标准的要求。

图1-2 各国汽车CO2减排目标

汽车作为各种高新技术结合的产物,其发展与进步要求当前工业水平相应地发展与进步。一个国家的汽车发展水平在一定程度上反映了国家的工业发展水平,一定程度上代表了其核心科学技术的竞争力。当前世界各国在汽车领域内的竞争,实际上就是各国核心科学技术的竞争。通过新技术、新工艺、新能源、新材料的综合运用,不断抢占科技创新的制高点,开发各种新车型,已经成为我国汽车工业迅速崛起的重要途径之一。

我国作为世界上最大的发展中国家,人口众多,对于汽车产品的需求量大,是世界上最大的汽车消费市场。市场需求作为汽车产业发展的强劲动力,也不断刺激推动汽车产业的发展。同时汽车产业的不断发展也为新技术的发展拓宽了空间。新技术的发展与汽车的生产规模有密不可分的联系。不具备一定的生产规模,就没有开发新技术的可能。国内外的经验表明,不到年产30万辆规模,开发车身就可能得不偿失;没有年产50万辆的规模,开发底盘件也养不起开发队伍。作为汽车消费的需求大国,从我国的汽车产量的变化便可以了解到市场的前景:用39年的时间实现了汽车生产的第一个百万辆,用8年的时间完成了第二个百万辆;用2年的时间完成了第三个百万辆。这种增长速度充分体现了我国汽车发展的广阔前景。充分利用日益增长的市场需求,利用已具规模的生产方式,采用新的技术,降低开发成本,提升产品的性能,并以新产品的优良品质和高的性价比刺激新的消费需求,使我国汽车工业健康、良性发展,是当务之急。