电动车的发展与展望.ppt
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1、电驱动汽车的发展与展望电驱动汽车的发展与展望王秉刚王秉刚一、定一、定义与与术语二、二、发展展电动汽汽车的重大意的重大意义三、国三、国际电动汽汽车发展情况展情况四、我国四、我国电动汽汽车产业发展展现状状五、我国五、我国发展展电动汽汽车的的战略目略目标措施措施内容内容关于节能与新能源汽车术语来源于科技部863计划“节能与新能源汽车”重大项目,包括混合动力汽车、纯电动汽车、燃料电池汽车。混合动力汽车属于节能汽车。应该区分原始能源与燃料的概念。如果将汽车用非石油传统燃料,称为“新能源”,包括的范围不只是电和氢,况且电和氢都不是原始能源。混合动力汽车、纯电动汽车、燃料电池汽车都使用电机驱动(或机电混合驱
2、动),有别于传统汽车,统称“电驱动汽车”更贴切。能源(原始形态)能源(原始形态)燃料(应用形态)燃料(应用形态)动力系统动力系统汽车汽车类型类型石油汽油汽油机及传动系统汽油车混合动力系统汽油HEV节能(电驱动)柴油柴油机及传动系统柴油车混合动力系统柴油HEV节能(电驱动)天然气CNG点燃式NG发动机点燃式CNGV新能源压燃式NG发动机压燃式CNGV新能源LNG点燃式NG发动机点燃式LNGV新能源压燃式NG发动机压燃式LNGV新能源煤M85甲醇汽油点燃式M85发动机M85甲醇车新能源M15甲醇汽油汽油机及传动系统汽油车部分新能源DME压燃式DME发动机DME车新能源煤制汽油汽油机及传动系统汽油车
3、新能源煤制柴油柴油机及传动系统柴油车新能源生物质E10乙醇汽油机及传动系统汽油车部分新能源B5柴油柴油机及传动系统柴油车部分新能源煤、铀、水力、风力、太阳能电电池电机系统EV新能源(电驱动)?氢燃料电池蓄电池混合动力系统FCV新能源(电驱动)电驱动车辆的分类示意100%内内燃燃机机驱驱动动100%电驱动电驱动微微混混合合动动力力纯电动与混合纯电动与混合动力双模式动力双模式纯纯内内燃燃机机汽汽车车纯电动汽车纯电动汽车轻轻度度混混合合动动力力重重度度混混合合动动力力中中度度混混合合动动力力增程式电增程式电动汽车动汽车从纯内燃机汽车到纯电动汽车从纯内燃机汽车到纯电动汽车氢燃料电氢燃料电氢燃料电氢燃料
4、电池汽车池汽车池汽车池汽车串联式与并联式混合动力汽车串联式与并联式混合动力汽车串联式并联式燃油箱串联:与车轮直接机械连接的仅是电机:内燃机蓄电池电机车轮发电机燃油箱内燃机蓄电池电机车轮传动系传动系并联式:与车轮直接机械连接的有内燃机和电机:混合动力是一种节约燃料的先进驱动技术混合动力车辆是指驱动车辆运动的能量来自至少两种不同的能量转换装置和储能装置。典型的两种能量转换装置是内燃机和电机;两种储能装置是燃油箱和动力蓄电池组。混合动力汽车节能的主要原理停车停机:在交通拥堵的城市,停车怠速时间超过总行驶时间的30%以上;制动能量回收:在频繁加减速的城市行驶工况下,制动消耗的能量会占到车辆行驶能量消耗
5、的50%;减小发动机排量:传统汽车为满足加速性和最大车速要求,内燃机的峰值功率约为车辆巡航所需功率的3-5倍;优化发动机:传统汽车内燃机必须满足很大的速度和负载范围的油耗与排放要求(如乘用车15工况标准)。混合动力汽车的主要类型(1)微混合,也称“启停(Start-Stop)”式;在交通拥堵的城市,可实现节油率5-10%;优点是汽车结构改变很小,成本增加很少,易于实现;有可能成为乘用车的标准设置;主要缺点是:当停车需要空调时,不起作用;推广“启停式”结构,需要提高公众的节能意识;学术界有人认为“启停式”算不上“混合动力系统”;奇瑞公司的“启停式”轿车已投放市场。混合动力汽车的主要类型(2)轻混
6、合,平时主要使用内燃机动力,电池电机在汽车加速爬坡时提供辅助动力,同时具有制动能量回收和“启停”功能;发动机排量可减少10-20%,电机的功率约为内燃机的10%,节油率可达到10-15%;技术难度相对小,成本增加不很多;长安公司的ISG电机混合动力汽车将投放市场。混合动力汽车的主要类型(3)重混合,电机和内燃机可以独立或联合驱动车辆,低速起步、倒车和低速行驶时可以纯电动驱动,同时具有制动能量回收和“启停”功能;电机的功率约为内燃机的50%,节油率可达到30-50%;技术难度较大,成本增加多;典型的例子是丰田的Pruis,在中国销售情况不佳,分析由于价格原因;一汽和东风正在开发的混合动力轿车介于
7、轻混合与重混合之间。混合动力汽车的主要类型(4)可充电混合动力(Plug-in),可以利用电网的电力进行充电,实现较长距离的纯电动行驶,同时具有制动能量回收功能;电机的功率接近内燃机,电池容量考虑纯电动行驶里程来选定,节油率(不计电能)最大可达到100%;成本增加,与增加的动力电池容量相关;普遍认为是未来混合动力汽车的主要方向;比亚迪公司开发的“双模式”混合动力轿车已经少量下线。混合动力汽车是节油的有效途径混合动力汽车是节油的有效途径混合混合动力公交力公交车节油途径油途径举例:例:n n怠速时停机,可节油怠速时停机,可节油5以上以上n n回收制动时能量,可节油约回收制动时能量,可节油约10n
8、n减少发动机排量,可节油减少发动机排量,可节油10以上以上n n重新优化发动机的设计,可节油重新优化发动机的设计,可节油5以上以上n n以上共计以上共计30以上以上燃料电池示意图一、定一、定义与与术语二、二、发展展电动汽汽车的重大意的重大意义三、国三、国际电动汽汽车发展情况展情况四、我国四、我国电动汽汽车产业发展展现状状五、我国五、我国发展展电动汽汽车的的战略目略目标措施措施内容内容千人汽车保有量 依赖石油,依赖石油,中国人将不可能实现普及汽车的梦想。中国人将不可能实现普及汽车的梦想。十几二十年之后,我国汽车的普及率完全可能接十几二十年之后,我国汽车的普及率完全可能接近发达国家的水平。如果按欧
9、洲的一半,即每近发达国家的水平。如果按欧洲的一半,即每千人千人300辆计算,总保有量就是辆计算,总保有量就是4.5亿辆。亿辆。按每辆汽车年消耗燃油按每辆汽车年消耗燃油1吨计(目前欧洲的水平吨计(目前欧洲的水平1.5吨,日本吨,日本1吨,中国吨,中国2.2吨),吨),4.5亿辆车需亿辆车需要要4.5吨燃油。吨燃油。有关专家预测,有关专家预测,2020年国内的石油年产量可达年国内的石油年产量可达到到1.8亿吨,如进口亿吨,如进口 2.7亿吨,共计亿吨,共计4.5亿吨。亿吨。如其中如其中2/3给汽车用,炼成燃油约给汽车用,炼成燃油约2亿吨。汽车亿吨。汽车燃油存在燃油存在2亿吨以上巨大缺口。亿吨以上巨
10、大缺口。Reference:Reference:Reference:http:/www.oilposter.orghttp:/www.oilposter.orghttp:/www.oilposter.orgDiscoveryProduction606050504040303020201010 0 0193019301950195019701970199019902010201020302030ProjectionProjectionPeak Peak ProductionProductionBillion Barrel/YearBillion Barrel/YearYearYear世界石油世界
11、石油世界石油世界石油发现发现与生与生与生与生产产形形形形势势发展电动汽车是降低石油依赖、保障国家能源安全的战略措施发展电动汽车是降低石油依赖、保障国家能源安全的战略措施我国汽我国汽车保有量将快速增保有量将快速增长车用汽柴油需求不断增大用汽柴油需求不断增大,石油石油供供应安全面安全面临严峻挑峻挑战 年份年份汽油汽油消耗量消耗量柴油柴油消耗量消耗量燃油燃油总消耗量消耗量201078448133159772012908793341842120151080111277220792020153921514630538我国未来车用燃油消耗量预测(单位:万吨)我国未来车用燃油消耗量预测(单位:万吨)我国未来
12、石油进口依存度预测(单位:亿吨)我国未来石油进口依存度预测(单位:亿吨)我国未来汽车保有量预测(单位:万辆)我国未来汽车保有量预测(单位:万辆)机动车与大气污染我国城市环境污染治理仍然严峻。环保总局副局长张力军介绍,年全国监测的个城市中,空气质量达到三级标准的城市占、劣于三级标准的城市占。全国共有39个城市的空气质量低于三级。有数据表明,机动车排放越来越成为城市的主要大气污染源。2007年国际能源机构的一项调查结果表明,美国、中国、俄罗斯和日本的二氧化碳排放量几乎占全球总量的一半。调查表明,美国二氧化碳排放量居世界首位,年人均二氧化碳排放量约 20 吨,总量占全球的 23.7%。中国年人均二氧
13、化碳排放量为 2.51 吨,总量约占全球的 13.6%。中国面临越来越大的CO2减排压力。汽世界石油平均价格(世界石油平均价格(FOB)欧美日汽车二氧化碳排放限值欧美日汽车二氧化碳排放限值2009年年9月胡锦涛月胡锦涛主席在联合国气候主席在联合国气候变化峰会上承诺,变化峰会上承诺,中国中国5年减排年减排15亿亿吨吨CO2。发达国家汽车行业发达国家汽车行业CO2排放量约占总排放量约占总排放量排放量25%左右。左右。我国在售轿车百公我国在售轿车百公里油耗平均里油耗平均8.06升,升,相当汽车每公里二相当汽车每公里二氧化碳排放量为氧化碳排放量为161.2g。汽车工业发展也面临二氧化碳排放的巨大压力汽
14、车工业发展也面临二氧化碳排放的巨大压力能源效率与排放的全寿命周期评价原料开采燃料生产燃料输送燃料加注车辆使用车辆处置从矿井到油箱从矿井到油箱 Well To Tank从油箱到从油箱到车轮车轮 Tank To Wheel从矿井到车轮从矿井到车轮 Well To Wheel各种车用燃料与相应技术的全寿命周期 总能量消耗对比(KJ/km)石油基天然气基煤基生物质基太阳能来源:中国汽车研究中心研究报告各种车用燃料与相应技术的全寿命周期温室气体排放对比(温室气体排放对比(g/km)石油基天然气基煤基生物质基太阳能来源:中国汽车研究中心研究报告16种主要驱动技术的总效率和CO2排放燃料驱动技术 能力转化效
15、率%温室气体排放g/kmWTTTTWWTWWTTTTWWTW汽油点燃式7518.914.263.3159222.3柴油压燃式7622.817.362.993.1165CNG点燃式8622.219.133108.7141.7LPG点燃式7418.91462142204E10点燃式72.518.913.762.8158221E85点燃式53.818.91060160220M100点燃式39.8218.4375.3138.7514DME压燃式37.722.88.6376.3123.7500CTL压燃式45.622.810.4270135405电锂电池38.16022.91430143氢(压缩)燃料电
16、池33.646.115.51400140氢(液化)燃料电池26.546.112.23560356汽油混合动力7525.919.452134186柴油混合动力7630.42345112157氢(压缩)燃料电池混合动力33.657.919.51145119氢(液化)燃料电池混合动力26.557.915.32965301总效率19%以上的:柴油混合动力、纯电动、燃料电池混合动力、汽油混合动力和压缩天然气;总效率低于11%:M100,DME,E85,CTL总排放低于200 g/km的:燃料电池混合动力、纯电动、压缩天然气、柴油混合动力、汽油混合动力;总排放高于400 g/km的:3种煤制燃料。几点启示
17、从整个寿命周期评价汽车能源及驱动技术更加全面和科学;一般来说,能量转换效率高的,CO2排放也低;混合动力技术是提高能源利用效率的有效措施;压燃式较点燃式总效率高约20%;利用煤生产燃料有四种方式,其中,煤转化成电,驱动纯电动汽车是最佳途径;燃料电池汽车的总效率与氢的生产过程效率关系很大。小结节能减排是汽车工业的紧迫任务;汽车能源与驱动技术多样化是节能减排的途径;电驱动汽车是实现节能减排的理想方案。电驱动汽车是汽车工业发展与创新的新机遇。一、定一、定义与与术语二、二、发展展电动汽汽车的重大意的重大意义三、国三、国际电动汽汽车发展情况展情况四、我国四、我国电动汽汽车产业发展展现状状五、我国五、我国
18、发展展电动汽汽车的的战略目略目标措施措施目目 录录世界最早的世界最早的电动车电动车18931899国际电动汽车发展历程:四个阶段国际电动汽车发展历程:四个阶段阶段阶段阶段阶段阶段阶段1 1 1 11 11973年以前,电动汽车技术进步缓慢,传统汽车据主导地位阶段阶段阶段阶段阶段阶段2 2 2 22 21973年-1990年,石油危机催生电动汽车第一次发展热潮阶段阶段阶段阶段阶段阶段4 4 4 44 42005年以来,交通能源战略转型推动电动汽车进入第三次热潮阶段阶段阶段阶段阶段阶段3 3 3 33 31990年-2005年,排放法规驱动电动汽车迎来第二次热潮电动汽车历次失败的主要原因电动汽车历
19、次失败的主要原因动力力电池技池技术进步步缓慢,慢,电动汽汽车性价比不能性价比不能满足足市市场的要求。的要求。1901年-1975年,电池能量密度只提高了0.8倍,仅为33瓦时/千克;1975年-1990年,电池能量密度提高了1.8倍,电池材料没有根本性改变(铅酸电池为主)。1990年-2005年,镍氢电池在技术上为混合动力汽车产业化创造了条件,但仍不能满足纯电动汽车的要求。电动汽车再次兴起的背景电动汽车再次兴起的背景电池技术取得突破性进展。1990年到2005年之间,镍氢电池能量密度跨越性地提升到原来的5.2倍。电动汽车再次兴起的背景电动汽车再次兴起的背景电池技池技术取得突破性取得突破性进展。
20、展。功率密度(W/kg)能量密度(Wh/kg)10,0001,00010010025020010050150铅酸电池镍氢电池锂离子电池未来的电池超级电容各方面各方面对动力力电池技池技术持持续突破的突破的预期大大增期大大增强电池性能电池性能 目前水平目前水平目标水平(目标水平(2014年)年)成本1000美元以上/千瓦时300美元/千瓦时循环寿命(EV模式)1000以上3000-5000循环寿命(HEV模式)300000300000使用寿命3年以上10年以上电池系统重量80 千克120 千克电池系统体积70 升80 升日本车用动力蓄电池技术发展目标日本车用动力蓄电池技术发展目标 美国插入式混合动
21、力汽车电池技术发展目标美国插入式混合动力汽车电池技术发展目标 目前电动汽车再次兴起的背景目前电动汽车再次兴起的背景世界电驱动汽车整车发展现状世界电驱动汽车整车发展现状混合动力汽车技术不断优化提升,节油率最高达到混合动力汽车技术不断优化提升,节油率最高达到40%以以上上混合动力汽车全球销量近混合动力汽车全球销量近200万辆,已经实现商业化万辆,已经实现商业化插电式混合动力汽车成为研发与产业化的热点。插电式混合动力汽车成为研发与产业化的热点。HEV纯电动汽车采用高性能锂离子电池和一体化电力驱动系统纯电动汽车采用高性能锂离子电池和一体化电力驱动系统等各种高新技术,性价比得到提高,且呈现等各种高新技术
22、,性价比得到提高,且呈现“小型化小型化”趋趋势势众多汽车公司加快新一代纯电动汽车上市步伐。纯电动汽众多汽车公司加快新一代纯电动汽车上市步伐。纯电动汽车推广规模已达车推广规模已达2万辆万辆 BEV燃料电池汽车在可靠性和成本控制等方面取得了长足的进燃料电池汽车在可靠性和成本控制等方面取得了长足的进步步示范考核更加深入,全球投入商业化示范运行的燃料电池示范考核更加深入,全球投入商业化示范运行的燃料电池汽车数量累计超过汽车数量累计超过800辆辆FCEV关键零部件发展现状关键零部件发展现状镍氢电池已被目前上市的混合动力汽车普遍采用 镍氢动力电池锂离子动力电池具有能量密度高、循环寿命长、无记忆效应等优点,
23、随着磷酸铁锂电池的出现,安全性能基本解决,将为新一代电动汽车普遍采用 锂离子动力电池锂离子动力电池国际重要的汽车系统供应商都在加大对电动汽车特别是混合动力汽车电机驱动系统的投入力度。永磁化、数字化、集成化成为车用电机发展的趋势 电机 燃料电池燃料电池性能提升、成本下降,但仍不能满足商品化要求 典型国家发展战略及政策动向典型国家发展战略及政策动向 -战略基点战略基点美美国国长长期期以以来来侧侧重重降降低低石石油油依依赖赖,确确保保能能源源安安全全的的能能源源战战略略,将将发发展展电电动动汽汽车车作作为为在在交交通通领领域域实实现现在在根根本本上上摆摆脱脱依依赖赖石石油油进进口口的的重重要要措措施
24、施,并并以以法法律律法法规规的的形形式式确确立立其战略地位。其战略地位。欧盟更加强调欧盟更加强调温室气温室气体减排体减排战略,满足日战略,满足日益严格的益严格的CO2CO2排放限值排放限值要求成为欧洲电动汽要求成为欧洲电动汽车发展的主要驱动力。车发展的主要驱动力。日日本本长长期期坚坚持持确确保保能能源源安安全全与与提提升升产产业业竞竞争争力力的的双双重重战战略略,通通过过制制定定国国家家目目标标引引导导电电动动汽汽车车产产业业发发展展,同同时时高高度度重视技术创新。重视技术创新。美国美国欧洲欧洲日本日本美国要减少对石油的依赖Vehicle ElectrificationIf we want t
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