三、新能源汽车发展现状简介
1.国外新能源汽车现状
由于气候变暖、环境污染、能源危机等原因,新能源汽车的开发早已引起了全球汽车生产厂家的关注,一些著名的汽车公司转向研究和开发新能源汽车。各国政府也相继发布新能源汽车发展战略和国家计划,加大政策支持力度,增加研发投入,全力推进新能源汽车产业化。随着新能源汽车技术瓶颈突破的预期大大加快,新能源汽车产业进入了快速发展的新阶段。
(1)国外纯电动汽车的状况 国外纯电动汽车的主要应用在小型乘用车、大型公交车、市政与邮政等特殊用途车辆。纯电动汽车已经有100多年的历史,但由于传统铅酸电池的续驶里程等使用性能指标不能满足纯电动汽车的要求,纯电动汽车的研发处于停滞不前的状态。随着高性能锂离子电池和一体化电力驱动系统等技术的发展应用,纯电动汽车再次受到各国政府和企业的重视。纯电动汽车已在续驶里程、动力性、快充技术等方面取得了可喜的进展,已经进入实用化阶段。
目前,纯电动汽车的技术攻关重点集中在提高动力蓄电池性能、降低成本方面。与传统的汽车性能、成本比较,要满足产业化要求,纯电动汽车动力蓄电池的质量能量密度需大幅度提高,成本也需大幅度下降。
(2)国外混合动力汽车的状况 日本最早研发混合动力汽车,并最先实现了产业化。丰田普锐斯(Prius)于1997年10月底问世,是世界上最早实现批量生产的混合动力汽车,全球累计销量已超过200万辆。早期的普锐斯采用氢镍电池、串并联控制方式,百公里油耗3.4L。目前,普锐斯已推出第三代产品,采用锂电池作为动力蓄电池,其性能得到大幅度改善。自1997年丰田首先在日本推出普锐斯混合动力汽车以来,其他各大汽车厂家纷纷推出混合动力汽车产品,如本田Insight、通用Saturn VUE、福特Escape等。随着技术的成熟和生产规模的扩大,成本大幅下降。欧洲混合动力汽车技术起步较晚,采取与美国合作方式,共享混合动力总成技术,主要应用于采用传统技术油耗较高的车型上。
国际上,混合动力商用车也取得了快速发展,已开发了混合动力公交车、市政用车和军用车等。美国在混合动力公交客车的开发和应用上取得了一定的成果,目前已有多个车型在运行。欧洲客车和货车生产商已将目光聚焦在混合动力技术上。德国奔驰、瑞典沃尔沃和波兰索拉丽斯等公司相继开发了混合动力商用车。混合动力技术是由单一发动机驱动向纯电动驱动转移的必经环节。合理采用混合动力技术可以较明显地节油减碳,并将成本控制在一定范围内。因此,混合动力汽车已成为世界各国汽车公司产业化的重点。随着电池技术的逐步成熟,逐渐提高混合度以实现传统能源向电气化转化,是混合动力技术发展的方向。前期主要为单电机并联、双电机并联和双电机混联等方案,后期将向插电式方案发展,实现向纯电动方案过渡。在动力系统结构方面,混合动力汽车将向更高的集成度发展。根据车用能源的发展情况,有发动机与电机集成、传动系统与电机集成两种趋势,从而实现向电动化转型。
(3)国外燃料电池汽车的状况 氢燃料电池汽车是使用液态氢作为汽车的动力蓄电池能源,与大气中的氧发生化学反应,从而产生电能来起动电动机,进而驱动汽车。由于燃料电池汽车技术的战略意义十分重大,发达国家都在潜心致力于燃料电池汽车的研究,美国通用与日本丰田、美国国际燃料电池公司与日本东芝、德国奔驰与西门子、法国雷诺与意大利De Nora公司等纷纷组成强大的跨国联盟,优势互补,联合开发并推出了一系列的燃料电池汽车。
近年来,燃料电池出现模块化趋势,单个燃料电池模块的功率范围被界定在一定的范围之内,通过提高产品性能实现模块化组装,以满足不同车辆对燃料电池功率等级的要求。通过采用混合动力技术,优化蓄电池和燃料电池的能量分配,以有效提高燃料电池的寿命、降低系统成本。燃料电池汽车技术攻关的焦点是提高可靠性、耐久性。目前,美国能源部正在支持几种新型锂离子化学电池的探索性研究。方案涉及对锂合金、高电压正极材料、锂硫电池、锂金属电池、锂聚合物电池的研究等。据悉,美国政府还向有技术优势的汽车厂商提供超过250亿美元的贷款,并对该国电池工业提供了20多亿美元的补贴。
2.国内新能源汽车的现状
2012年7月9日,国务院正式发布了《节能与新能源汽车产业发展规划(2012—2020年)》(以下简称《规划》),明确以纯电动汽车为新能源汽车发展和汽车工业转型的主要战略取向,《规划》内容明确以纯电驱动为汽车产业未来的重要方向,也是解决汽车普及过程带来的能源与环境问题的根本性措施,具有战略性意义。
自2014年9月1日至2017年年底,我国对获得许可在中国境内销售(包括进口)的纯电动以及符合条件的插电式(含增程式)、混合动力、燃料电池三类新能源汽车,免征车辆购置税。2014年7月,国务院办公厅发布《关于加快新能源汽车推广应用的指导意见》(以下简称《指导意见》),部署进一步加快新能源汽车推广应用。《指导意见》从总体要求、充电设施建设、积极引导企业创新商业模式、推动公共服务领域推广应用、进一步完善政策体系、坚决破除地方保护、加快创新能力建设、进一步加强组织领导8个方面提出30条具体政策措施,促进新能源汽车产业转型升级。
《中国制造2025》提出,将节能与新能源汽车作为重点发展领域,继续支持电动汽车、燃料电池汽车发展,掌握汽车低碳化、信息化、智能化核心技术,提升动力电池、驱动电机、高效内燃机、先进变速器、轻量化材料、智能控制等核心技术的工程化和产业化能力,形成从关键零部件到整车的完成工业体系和创新体系,推动自主品牌节能与新能源汽车与国际先进水平接轨,为我国节能与新能源汽车产业发展指明了方向。
2020年我国新能源汽车产销量分别达到136.6万辆和136.7万辆,同比分别增长7.5%和10.9%,其中,纯电动汽车和插电式混合动力汽车产销表现均好于上年。2021年我国新能源汽车产量达354.5万辆,较2020年增加了217.9万辆,同比增长159.52%,销量达352.1万辆,较2020年增加了215.4万辆,同比增长157.57%。我国新能源汽车2022年预计实现产销550万辆、保有量1000万辆,2030年产量将达到1200万辆,对汽车总产量的贡献率超过24%。
3.新能源汽车的发展趋势
随着科学技术的发展,新能源汽车的主要发展趋势如下:
1)突破动力蓄电池技术是关键。作为动力源,现在还没有任何一种电池能与石油相提并论,动力蓄电池已成为限制电动汽车发展的瓶颈。因此,研究和开发不污染环境、成本低廉、性能优良的动力蓄电池,是大量推广使用电动汽车的前提。
2)驱动电机呈多样化发展。美国倾向于采用交流感应电动机,其主要优点是结构简单、可靠,质量较小,但控制技术较复杂。日本多采用永磁无刷直流电动机,优点是效率高、起动转矩大、质量较小,缺点是成本高,且有高温退磁、抗震性较差。德国、英国等大力开发开关磁阻电动机,优点是结构简单、可靠、成本低,缺点是质量较大,易产生噪声。
3)纯电动汽车向超微型发展。由于受续驶里程的影响,纯电动汽车向超微型发展。超微型汽车降低了对动力性和续驶里程的要求,充电过程比较简单,车速不高,较适合于市内或社区内小范围使用。
4)采用混合动力汽车作为过渡产品。混合动力汽车是内燃机汽车和纯电动汽车之间的过渡产品,既充分发挥现有内燃机技术优势,又尽可能发挥电机驱动无污染的优势。
5)燃料电池汽车成为竞争的焦点。燃料电池汽车在成本和整体性能上,特别是续驶里程和补充燃料时间上明显优于其他电池的电动汽车,并且燃料电池所用的燃料来源广泛,又可再生,可实现无污染、零排放等环保标准。因此,燃料电池汽车已成为世界各大汽车公司21世纪激烈竞争的焦点。燃料电池及氢动力发动机车型被看作新能源汽车最终的解决方案。
6)开发新一代车用能源动力系统。开发新一代车用能源动力系统,发展新能源汽车。重点发展各种液态代用燃料发动机及其混合动力汽车,并逐步过渡到发展采用生物燃料的混合动力汽车和可充电的混合动力汽车;进一步发展以天然气为主体的气体燃料基础设施,分步建设长期可持续利用的气体燃料供应网络;以天然气发动机为基础,发展各种燃气动力,尤其是天然气或氢气内燃机及其混合动力;发展新一代燃料电池发动机及其混合动力;大力推进动力蓄电池的技术进步,发展适合我国国情的纯电动汽车尤其是微型纯电动汽车;以城市公交车辆为重点,以点带面,稳步推进新能源汽车的示范与商业化。
7)政府的政策和资金支持加大。政府对加快新能源汽车的发展起着至关重要的作用,政府要加大资金投入和政策引导,汽车企业要加大对新能源汽车研发力度;同时要加大示范运行范围和力度,为新能源汽车规模化、产业化发展做准备。