电动汽车调研报告初稿学士学位论文.doc

电动汽车充电设施调研报告（初稿）中国电力工程顾问集团公司国家电网公司中国南方电网有限责任公司中国石油化工股份有限公司2010年6月目录引言11、电动汽车的发展情况11.1 电动汽车概述11.2 电动汽车与传统燃油汽车的比较41.3 世界电动汽车的技术水平现况51.3.1 美国61.3.2 日本81.4 我国电动汽车的技术水平101.4.1 我国电动汽车行业的发展历程101.4.2 我国电动汽车的关键技术水平111.5 电动汽车的发展趋势142、动力电池的发展情况152.1 动力电池技术152.1.1 铅酸电池162.1.2 镍氢电池162.1.3 锂离子电池172.2 超级电容技术192.3 我国动力电池的技术水平232.4 动力电池与充电设施的兼容242.5 动力电池的发展趋势243、电动汽车充电设施的发展情况253.1 充电设施的建设的重要性253.2 国外充电设施的发展情况263.3 我国充电设施示范工程293.3.1 国内充电设施发展历程概述293.3.2 国内主要的示范运行城市303.3.3 大型企业充电设施示范工程333.4电动汽车充电设施的主要技术路线343.4.1 交流充电353.4.2 直流充电353.4.3 电池更换363.5 充电设施的建设运行模式分析383.5.1 充电设施的建设运行模式分类383.5.2 我国充电设施运行模式分析394、电动汽车充电设施对电网的影响404.1 不同充电方式对电网电能质量的影响404.1.1 集中充换电站404.1.2 交流充电桩414.2 充电设施规模化发展对电网的影响424.2.1 随意快速充电424.2.2 有序定时充电434.2.3 对电网规划的影响435、充电设施的相关产业政策456、充电设施的标准化工作467、存在的问题488、主要的措施建议50引言根据国家能源局统一安排，由国家能源局电力司、中国电力工程顾问集团公司、国家电网公司、南方电网公司、中国石油化工股份有限公司等部门和单位的十余名同志组成了专题调研组，于2010年4月13日至6月2日走访了全国3个省地市，考查调研了7个电动汽车充电设施的相关产业项目，召开了4次座谈会。在实地调查研究的基础上，认真总结了目前国内、外电动汽车充电设施发展的情况，深入分析了当前面临的形势和存在的问题，初步研究并提出了今后一段时期我国电动汽车充电设施发展的建议。有关调研情况如下：1、电动汽车的发展情况1.1 电动汽车概述进入二十一世纪，能源短缺和环境污染成为世界各国亟需解决的难题，低能耗、低排放的新一代节能环保汽车是未来汽车工业发展的必然趋势。电动汽车（Electric Vehicle，简称EV）以电代油，能够有效的减少对石油资源的消耗，其使用过程能够实现零排放，是目前环保汽车领域最具潜力的发展方向之一，并已成为全球研究的热点。电动汽车是集汽车技术、电子及计算机技术、电化学技术、能源及新材料技术于一体的高新技术产品，一般指以全部或部分车载电源为动力，用电机驱动车轮行驶，符合道路交通、安全法规要求的车辆，目前主要分为纯电动汽车（Battery Electric Vehicle，简称BEV）、混合动力汽车（Hybrid Electric Vehicle，简称HEV）和燃料电池汽车（Fuel Cell Vehicle，简称FCV）等类型，其中混合动力汽车又可分为传统混合动力汽车与插电式混合动力汽车（Plug-in Hybrid Electric Vehicle，简称PHEV）。纯电动汽车：纯电动汽车是指完全由可充电电池（如铅酸电池、镍镉电池、镍氢电池或锂离子电池）提供动力源的汽车。它利用蓄电池作为储能动力源，通过电池向电机提供电能，驱动电动机运转，从而推动汽车前进。从外形上看，纯电动汽车与日常见到的汽车并没有什么区别，区别主要在于动力源及其驱动系统，即纯电动汽车的电动机相当于传统汽车的发动机，蓄电池相当于原来的油箱。纯电动汽车本身不排放污染大气的有害气体，即使按所耗电量换算为发电厂的排放，除硫和微粒外，其它污染物也显著减少。由于电力可以从多种一次能源获得，如煤、核能、水力、风力、光、热等，解除了人们对石油资源日见枯竭的担心。纯电动汽车还可以充分利用夜间负荷低谷时段电力，降低电网峰谷差，提高发电及电网设备利用效率。另外，有关研究表明，同样的原油经过粗炼，送至电厂发电，经充入电池，再由电池驱动汽车，其能量利用效率比经过精炼变为汽油，再经汽油机驱动汽车高：纯电动汽车的效率=重油精炼89%发电38%送电91%电池充放电70%汽车驱动80%=18.1%；汽油车的效率=汽油精炼70%输油95%汽车驱动14.7%=10.3%。数据来源：汽车节能技术因此，纯电动汽车有利于节约能源和减少二氧化碳的排放。优点：技术相对简单成熟，节能环保，不依赖不可再生的化石能源。缺点:基于目前车用动力电池技术经济性能，比能量较低导致电动汽车单次充满电后续驶里程较短，使用方便性较差；车用动力电池价格昂贵、循环寿命短，导致电动汽车购置及折旧成本较高，使用经济性较差。混合动力汽车：混合动力是指那些采用传统燃料的，同时配以电动机/发动机来改善低速动力输出和燃油消耗的车型。在混合动力汽车中，目前得到最为广泛应用的是插电式混合动力车PHEV，插电式混合动力系统通过低压交流电源为车载电池充电，充电后可仅凭车载电池作纯电动模式行驶。另外，在充电电池的剩余电量用完后，并不是切换至发动机行驶模式，而是通过发动机旋转发电机，利用由此产生的电力为车载电池充电，继续用电动机行驶，这种插电式混合动力汽车比普通混合动力汽车有较长的纯电动行驶里程。混合动力汽车的优点是：一、采用混合动力后可按平均需用的功率来确定内燃机的最大功率，此时处于油耗低、污染少的最优工况下工作。需要大功率内燃机功率不足时，由电池来补充；负荷少时，富余的功率可发电给电池充电，由于内燃机可持续工作，电池又可以不断得到充电，故其行程和普通汽车一样。二、因为有了电池，可以十分方便地回收制动时、下坡时、减速时的能量。三、在繁华市区，可关停内燃机，由电池单独驱动，实现“零”排放。四、有了内燃机可以十分方便地解决耗能大的空调、取暖、除霜等纯电动汽车遇到的难题。五、可以利用现有的加油站加油，不必再投资。六、可让电池保持在良好的工作状态，不发生过充、过放，延长其使用寿命，降低成本。缺点：有两套动力系统，再加上两套动力系统的管理控制系统，结构复杂，技术较难，目前的价格较高，仍然消耗一部分化石能源。燃料电池汽车：燃料电池汽车的特点是：其动力电池的能量是通过氢气和氧气的化学作用，而不是经过燃烧，直接变成电能。燃料电池的化学反应过程不会产生有害物质，燃料电池的能量转换效率比内燃机要高23倍。优点：零排放或近似零排放，减少了机油泄露带来的水污染，降低了温室气体的排放，提高了燃油经济性，提高了发动机燃烧效率，运行平稳、无噪声。缺点：单个的燃料电池必须结合成燃料电池组，以便获得必需的动力，而目前燃料电池组的一体化技术成本较高，实现比较困难。1.2 电动汽车与传统燃油汽车的比较电动汽车与传统的燃油汽车比较，有以下特点：（1）无污染，噪声低：电动汽车在运行阶段具有尾气排放的显著优势，可以将污染物从数量众多的流动污染源（以千万辆计的汽车）转移到数量有限的固定污染源（大型发电厂），便于对污染物进行集中减排处理；电动汽车在行驶中噪声很低，不产生噪声污染。（2）能源来源多样化、利用率高，节能环保：电动汽车采用电力驱动，而电力是唯一能够大规模利用煤炭、水力、核能和各种再生能源的清洁、便利的二次能源消费方式，可有效降低对石油资源的依赖；纯电动汽车的能源利用效率，总能量消耗和温室气体排放情况都大大优于传统燃油汽车，其中总能量消耗仅为传统燃油车的50%，温室气体排放能够降低30%以上。（3）结构简单，使用维修方便：电动汽车较内燃机汽车结构简单，运转、传动部件少，维修保养工作量小。（4）目前电动汽车尚不如传统燃油汽车技术完善，当前电动汽车的价格比传统燃油汽车高，同时动力电池的成本较高，使用寿命较短，造成电动汽车的购置及折旧成本较高，使得电动汽车使用经济性仍然较传统燃油汽车差。表1 电动大巴车与传统燃油大巴车使用经济性比较项目分项目原型车奥运电动大巴车辆折旧车辆售价(不含电池)(万元)90110总行驶里程(万公里)3030车辆折旧费用(元/百公里)300 367 能耗费用百公里能耗(千瓦时、升)40140能耗单价(元/千瓦时、元/升)6.60.766百公里能耗费用(元/百公里)264 107.24 电池使用费百公里电池使用费（元/百公里）0560维护费用合计(元/百公里)564 1034.24 注：1、电池使用费，根据实际与电池厂商的租赁结算价，为每千瓦时4元。2、电动汽车维护保养费用目前仍然包含在车价中，尚无法统计，因此维护费用部分不参与比较。3、电价采用峰谷电价，根据实际运行计算所得电价，为每千瓦时0.766元。1.3 世界电动汽车的技术水平现况随着动力电池、电机等关键技术的不断突破，电动汽车的诸多优势越来越被人们所关注，成为近些年世界各国竞相发展的重点，一些国家的政府和企业联合制定各种计划，围绕相关的关键技术研究和示范运行开展工作。在推动电动汽车发展的过程中，世界各国根据本国的实际情况，目前重点的发展方向纯电动汽车或可充电混合动力汽车。1.3.1 美国美国是世界上相对较早研发电动汽车的国家，但在早期，政府支持电动汽车的政策还比较零星化。2005年以来，随着政府对电动汽车的战略定位逐步明晰，政策支持力度明显加大。目前美国已经形成了“总体战略+一揽子政策”的电动汽车行动体系。在战略上，一是将发展插电式电动汽车（包括插电式混合动力汽车和纯电动汽车）确定为主要技术路线；二是明确提出到2015年实现美国道路上行驶的插电式电动汽车达到100万辆的目标。在政策上，已经形成了包括激励类政策、保障类政策、限制类政策在内的一揽子政策体系。一系列的产业鼓励政策，促使美国各大汽车生产商纷纷开始加大电动汽车的研发力度，加快推出主打车型。通用汽车公司在2008年北美车展上展示了“土星Vue”插电式混合动力汽车，并于2010年实现了雪佛兰沃尔特(Volt)增程型电动车的量产化。福特汽车公司于2009年1月推出了“熔金(Fusion)”和“水星米兰”两种混合动力车型，根据福特的计划，2010年将投放电动式商用面包车，2011年将投放小型电动汽车，2012年将投放包括插电式混合动力车在内的新一代锂电池混合动力车。此外，新兴的电动汽车厂商也不甘落后。美国ZAP（Zero Air Pollution）公司已经累计生产和销售了各种纯电动车辆（包括三轮电动摩托车、微轿、小卡车、轿车等）10万辆，2007年该公司开发出一款名为ZAP-X的新概念纯电动5座紧凑型SUV，该车最高时速150英里/时，060英里/时加速时间为4.8秒，续驶里程达350英里，快速充电时间仅为10分钟，如图1所示。道奇公司推出的纯电动概念车ZEO配置一组64千瓦时的锂离子电池组，一次充电可行驶里程402公里。从静止加速到97公里/小时所需要的时间不超过5.7秒，最高车速209公里/小时，如图2所示。图1 新概念纯电动紧凑型SUV（ZAP-X）图2 道奇纯电动概念车ZEO美国电动汽车的研究和开发，得到了美国政府的大力支持，政府投入了大量的资金和科研力量，使资金和技术来源有了可靠的保证。此外，美国的各大汽车公司与配件生产商之间有着紧密的相互协商与合作，共同促进了电动汽车的开发和研究。美国的电动汽车产业以大型的汽车公司为主导，利用大型汽车公司雄厚的技术开发力量和先进制造条件，开发出不同特点的电动汽车，同时充分利用了汽车、机电、电子、控制和材料等相关配件行业的优势，分工开发电动汽车的各种总成和技术单元，推动了电动汽车技术的不断改进提高。1.3.2 日本从世界范围的电动汽车产业化发展现状看，日本是最早开始发展电动汽车的国家之一。日本国土狭小，石油资源匮乏，几乎完全依赖进口，油价很高。日本工业发达，人口密度很大，城市污染严重。因此，日本政府特别重视电动汽车的研究和开发。日本自上世纪70年代起就开始了纯电动汽车的研发，许多汽车企业都陆续进行了一些产品发布与销售运行，其中关西电力和大发公司联合开发的电动汽车“hijet”在1970年大阪世博会发布，到1996年共销售了1500余辆。但是由于价格高、续驶里程短等造成纯电动汽车销售情况不理想，日本大多数企业都终止了纯电动汽车的研发。到了二十世纪90年代之后，由于环境等问题，各大汽车企业重新开始研发第二代纯电动汽车，丰田、本田、日产等陆续推出了装载镍氢、锂离子电池的纯电动汽车，如丰田RAV4 EV、丰田e-com、本田EV-Plus、日产Hyper Mini等。近日，由于日本最大的电力公司东京电力公司的介入，日本推广电动汽车进入了新的阶段。东京电力公司宣布，将带头参与普及纯电动汽车的基础设施建设，2009年到2012年将在东京地区建设累计1000个充电站。日本汽车业界认为，纯电动汽车适合都市型驾驶，预计只要充电基础设备齐全，很快就会被一般消费者接受。三菱、日产、丰田、及本田等日本的主要汽车公司最近也陆续宣布，将在近两年内把纯电动汽车推向市场。三菱汽车已于2009年开始在日本销售纯电动汽车i MiEV，2010年后将出口美国和欧洲。日产公司将集中力量研发纯电动汽车，最近先后推出了纯电动汽车PIVO、Denki Cube Concept、Mixim、Nunu等车型，并将于2010年在日本和美国市场推出一款装备锂离子电池的纯电动轿车Leaf。丰田汽车公司也推出了Toyota FT-EV II电动概念车，这款纯电动小车专为城市设计，由锂离子电池驱动，该款车将于2011年实现量产。 图3 日本近期推出的纯电动汽车此外，日本政府的重视及资金财力和税收政策的支持，也是日本电动车得以快速发展的动力之一。日本政府从2009年4月1日起实施了新的“绿色税制”，对包括纯电动汽车、混合动力车等低排放且燃油消耗量低的车辆给予税赋优惠，一年的减税规模约为2100亿日元，是现行优惠办法减税额的10倍。1.4 我国电动汽车的技术水平1.4.1 我国电动汽车行业的发展历程“八五”期间，国家计委和国家科委将纯电动汽车项目正式列入国家研究和攻关计划。“九五”期间，国家科技部把纯电动汽车列入国家重大产业工程项目，完成了纯电动轿车先导车的研制和全新纯电动轿车概念车的开发，建成了我国唯一的国家电动汽车运行试验示范区。“十五”期间，科技部组织实施了“电动汽车重大科技专项”，国家投入8.8亿元，是最大的科技专项之一。小型纯电动车辆已经开始小规模产业化，燃料电池汽车已进入示范运行阶段。“十一五”期间，北京纯电动汽车、混合动力电动汽车的应用已经达到千辆。在2008年北京奥运期间，集中投入了595辆自主研发的混合动力、纯电动及燃料电池汽车，累计运行370多万公里，运送乘客440多万人次，实现奥运史上最大规模的电动汽车示范运行。国家电网公司自2006年开始，以北京、上海、天津、山东、浙江、湖北和湖南等7省市公司为示范试点，在经营区域内全面推广应用电动汽车。截止2009年底，国家电网公司系统内部应用电动汽车112辆,推动建设电动公交线路15条，电动公交等乘用车676辆，有力地推动我国电动汽车发展。2009年1月23日，财政部、科技部发布了关于开展节能与新能源汽车示范推广工作试点工作的通知（简称“十城千辆”工程），在13个试点城市公交、出租等公共服务领域推广使用节能与新能源汽车。2009年12月9日，温家宝总理主持国务院常务会议，会议决定将节能与新能源汽车示范推广试点城市由13个扩大到20个，选择5个城市进行对私人购买节能与新能源汽车给予补贴试点。在国家节能与新能源汽车示范推广的带动下，预计2012年底需要外接充电的电动汽车保有量将接近20万辆。目前，我国具有相对比较成熟的纯电动汽车产品的企业有：比亚迪、奇瑞、长安、一汽、万向、天津清源等企业；有相对比较成熟纯电动客车产品的企业有：京华客车、中通客车、北方华德尼奥普兰客车等企业。汽车企业将电动汽车作为未来主流竞争型产品在战略上高度重视，一汽、东风、上汽、长安、奇瑞、比亚迪等都已制定了电动汽车产品研发和产业化规划。与此同时，电动汽车关键零部件的产业化全面跟进，生产配套能力显著增强。近来，力神、比亚迪、比克、万向等动力电池企业投入数十亿资金加快产业化建设，上海电驱动、大郡、湘潭电机、南车时代等电机企业加强与上下游企业合作，积极完善产业链建设。在未来23年内，预计将形成20亿Ah以上的动力电池和全系列驱动电机生产能力，能够满足100万辆电动汽车的配套要求。1.4.2 我国电动汽车的关键技术水平近年来，我国电动汽车产量迅速增加，汽车质量快速提升，研发步伐明显加快，具备了实现产业化发展的基本条件。但从总体来看，我国电动汽车产业仍然处于起步阶段，在一些关键技术问题上，尚有许多问题亟待解决，主要可以概括为以下几个方面：电动汽车整车技术：电动汽车是高科技综合性产品，车体本身包含了很多高新技术，有些节能措施比提高电池储能能力还易于实现，如车体材质，车型设计，轮胎技术等。目前国内的一些汽车生产企业已基本掌握了电动汽车的整车生产技术，并开发出相应的产品，如：比亚迪的E6纯电动车（图4），奇瑞的瑞麒M1纯电动汽车，长安的奔奔mini纯电动车，哈飞赛豹纯电动汽车等。在电动客车方面，北京京华客车公司、北理工联合研制的纯电动客车能量消耗率达到83.8kWh/100km，并在国际上率先使用大容量锂离子动力电池，成功在奥运期间进行了小规模应用，代表了当前国际纯电动大客车的先进水平。另外，我国东风、一汽、上汽、长城等汽车公司近来纷纷涉足电动汽车的研发，并相继推出了一批整车样车，进入产业化准备阶段，预计在未来2-3年内将陆续投放市场。图4 比亚迪 E6电动机技术：要使电动汽车有良好的使用性能，驱动电动机应具有调速范围宽、转速高、启动转矩大、体积小、质量小、效率高且有动态制动强和能量回馈等特性。目前国内从事电动汽车电机技术研究和产品开发的企业有：清华大学、中科院电工研究所、启特动力(上海)有限公司、兰州环电科技有限公司、深圳市大地和电气有限公司、北京三环新材料高技术公司等，所开发的车用电机驱动系统的性能已基本能够满足目前国内整车生产的要求。我国自主开发的永磁无刷电机、交流异步电机和开关磁阻电机实现了整车小批量配套能力。轿车用永磁电机重量比功率超过1300W/kg，电机系统最高效率达到93%以上，功率覆盖了200kW以下民用电动车辆的使用范围。然而从长远发展来看，我国电机技术中的“轮毂电机”技术及其在电动汽车上的应用，仍有待进一步的研究。电动汽车驱动控制系统：驱动控制系统直接关系到电动汽车运行性能，目前国内从事电动汽车驱动技术研究和产品开发的高校和研究所有：清华大学、吉林大学、北京理工大学、同济大学、武汉理工大学、哈尔滨工业大学、合肥工业大学、广东省电动汽车研究重点实验室等。随着我国电力电子技术的发展，目前国内研发的驱动模块的集成化程度越来越高，体积越来越小，控制也更趋智能化，功率密度、系统效率和可靠性得到了不断的提高。目前国产电动汽车驱动系统主要面临的问题是关键元器件（如IGBT模块，CPU芯片）仍依靠进口，驱动控制系统的研发周期相对较长，产品的设计制造成本较高，这些方面都将是今后国产化驱动技术的研究方向。电池技术:电池是电动汽车的动力源泉，也是一直制约电动汽车发展的关键因素。要使电动汽车能与燃油汽车相竞争，关键就是要开发出比能量高、比功率大、使用寿命长的高效电池。我国的电池技术现况将在第2章中详细介绍。能量管理技术：能量管理系统是电动汽车的智能核心，它的作用是检测单个电池或电池组的荷电状态，并根据各种传感信息，包括力、加减速命令、行驶路况、蓄电池工况、环境温度等，合理地调配和使用有限的车载能量；它还能够根据电池组的使用情况和充放电历史选择最佳充电方式，以尽可能延长电池的寿命。能量管理系统研究与开发不仅要建立包括蓄电池在内的电动车的数学模型，而且要开发以微处理器为核心的电子控制单元。在当前电池技术暂时没有重大突破的情况下，对动力电池有限的能量加以合理地利用则显得尤为重要。尽管车载能源管理系统作为电动汽车上的一项关键技术，已引起业界高度重要，目前产学研结合从事相关研究的也很多，但截至目前，国内、外还暂时没有成熟的解决方案，都处于摸索与试验阶段。同时，由于电动汽车整体没有达到产业化程度，没有批量上市，因而缺少实车试用数据，也制约了该项技术的进一步完善与成熟。能源管理系统(BMS)目前虽然有不少装车试用的案例，但在技术、性能上都还不是很稳定，而且各个生产厂家做的产品标准都不一样，从业界专家介绍的情况看，国内、外目前都没有达到产业化水平。1.5 电动汽车的发展趋势在节能环保背景下，电动汽车成为我国汽车工业优先发展对象，“十五”期间，国家设立了电动汽车重大科技专项，专项确定了“三纵三横”的研发布局，以燃料电池汽车、混合动力电动汽车、纯电动汽车三种车型为“三纵”，多能源动力总成控制系统、驱动电机及其控制系统、动力蓄电池及其管理系统三种共性技术为“三横”。同时，根据汽车研发和产业化规律，整车研发以整车牵头，关键零部件紧密配合，政策、法规、技术标准同步研究，基础设施协调发展。三种车型发展方向分别是，燃料电池汽车主要在公共交通领域，混合动力车在商用车和家用轿车领域占主体，纯电动汽车是中国的特色产业，也是政府最大力扶持与推动的车型。发展电动汽车已经成为政府和汽车生产企业的共同选择，将为我国汽车产业从大国迈向强国提供难得的机遇。未来5年将是我国电动汽车产业发展的关键时期，混合动力汽车将实现商业化，纯电动汽车和插电式混合动力汽车将实现产业化。从发展趋势来看，从现在至2015年，我国电动汽车的发展将仍需要依赖政府的推动，以公共领域和示范性运营为主，预计2015年以后我国电动汽车将进入高速发展时期，成为汽车交通的重要组成部分。2、动力电池的发展情况2.1 动力电池技术电池对电动汽车的发展起着至关重要的作用，目前电动汽车用电池的种类主要包括铅酸电池、镍氢电池、锂离子电池和燃料电池等。其中铅酸电池由于寿命短、笨重等原因，作为电动汽车用动力电池的发展前景并不为业界所看好；镍氢电池技术相对成熟，国外已成功商业化应用；锂离子电池以其出色的综合性能成为各国研发重点，目前正处于研发试用试产阶段；燃料电池由于技术尚难以突破，因此目前暂被视为远期目标。表2 各种电池性能比较技术能量密度(Wh/kg)功率密度(W/kg)循环次数铅酸35150200阀控式铅酸45250500镍氢70150-300500-1000锂离子85-150400-1300600-30002.1.1 铅酸电池铅酸电池是目前应用最广泛、技术最成熟，唯一大批量生产和应用的动力电池，主要用于汽车和电动自行车。缺点：用于电动自行车，仅能使用1.52年；比能量、比功率和能量密度都比较低，充电时间长；笨重，重量是同等容量锰酸锂电池的3倍。优点：单价最低，可高倍率放电。应用范围：三分之一用于电力、交通、信息等产业备用电源，在汽车、叉车等运输工具和大型不间断供电电源系统中处于控制地位。我国95%以上的电动自行车电池采用铅酸蓄电池。铅酸电池技术虽然最为成熟，但其比能量、比功率和能量密度都比较低，且充电慢，需要分多组轮流使用，其在电动汽车上的应用前景并不被看好。2.1.2 镍氢电池镍氢电池已成功应用于丰田Prius混合动力汽车，目前应用较为成熟的动力电池，搭载镍氢电池的混合动力汽车全球销量已超过170 万辆。缺点：续航能力差，低温性能差，技术提升空间不大；适合大电流快速充放电、耐过充放电能力强；只能用于汽车的辅助动力，纯电动车必须选用更高比能量的动力电池；自放电率高，常温下放置30 天，损失额定容量30%35%；比能量较小。优点：安全性高，耐过充过放性能优秀。适用范围：混合动力车、电动工具等对电池容量要求不高的工具。截至09年1月底，混合动力车在全球累计销量已超过170万辆，其中丰田100 万辆，本田30 万辆。2000年丰田普Prius 混合动力车首次登陆北美市场。丰田用了7年使镍氢混合动力车销量突破50万辆，而从50万到100 万辆只用了约2年时间，混合动力车逐渐为为市场所接受。2.1.3 锂离子电池锂离子电池具有重量轻、储能容量大、功率大、无污染、寿命长、自放电系数小、温度适应范围广等优点，已开始逐渐取代铅酸和镍氢电池，成为目前世界上大多数汽车企业的首选目标和主攻方向，全球已有20余家主流企业进行车载锂离子动力电池研发，如富士重工、三洋电机、NEC、东芝、美国江森自控公司等。缺点：耐过充过放能力差，有安全隐患。优点：高能量密度，可达150Wh/kg：体积小，重量轻，单位重量的能量密度是镍氢的2倍。适用范围：纯电动汽车、储能电站等对电池容量、使用寿命要求较高的场合。目前车用锂离子电池以其高比能量、高比功率、高电压、自放电小等优势成为各国电池厂家竞相研发的热点产品。锂离子电池中正极材料、电解液和隔膜是最核心的3种材料，占锂离子动力电池成本的70%。其中，市场容量最大、附加值最高的是正极材料，大约占锂电池成本30%，毛利率低则15%，高则70%以上。正极材料也是对电池性能影响最大的部分，目前已批量应用于锂电池的正极材料主要有钴酸锂、锰酸锂、三元材料以及磷酸铁锂。表3 锂离子电池用正极材料性能比较磷酸铁锂锰酸锂钴酸锂镍钴锰三元材料克容量（mAh/g）130-140100-115135-140155-165电压3.23.8-3.93.63.5电池能量密度（Wh/kg）100-120100-120130-140170-190循环性能1500次1200次300次800次过渡金属丰富丰富贫乏贫乏原料成本（万元/吨）12-155-726-2715-18环保性无毒无毒钴放射性含镍、钴适用温度-20到70-20到50-20到55-20到55数据来源：锂离子二次电池钴酸锂：最先得到大规模应用的是钴酸锂，主要用于手机等便携式电子产品。但钴酸锂电池充放电存在安全隐患，不适合大型电池。因此开发出很多安全性优良的锂电池正极材料，替代钴酸锂，应用于大型动力电池。三元材料：三元材料融合了钴酸锂和锰酸锂的优点，在小型低功率电池和大功率动力电池上都有应用。钴是一种贵金属，价格波动大，对钴酸锂的价格影响较大。钴酸处于价格高位时，三元材料减少了钴用量，具有较强的市场竞争力，成本较低。但钴处于低位时，三元材料优势大大减小。锰酸锂：锰酸锂最便宜，锰酸锂安全性比钴酸锂好很多，但高温环境的循环寿命相对较差，充放电过程中结构会逐渐改变，导致容量衰减，寿命降低。磷酸铁锂：磷酸铁锂因为高放电功率、成本相对低、可快速充电且循环寿命长（1500次以上），在高温高热环境下的稳定性高（300度高温以上才有安全隐患），具有很好的安全边际，是目前市场上应用最广泛的电池正极材料。由于磷酸铁锂有着巨大的商业价值，也引起各厂商展开对专利权的控制与反控制。磷酸铁锂的专利尚未在中国申请，因此国内销售短期内也不存在专利官司，但如果需要批量化生产或出口至国外时，可能存在被诉侵权的风险。表4 锂离子电池成本构成和利润分布电池构成价格（万元/吨）锂电池成本占比毛利率正极材料磷酸铁锂12-1530%40%-70%锰酸锂5-730%30%-50%钴酸锂26-2730%20%负极材料改性石墨6-1010%25%-30%电解液4012%30%-40%隔膜10-20元/平米25%-30%70%钢箔8-105%18%-25%2.2 超级电容技术超级电容器（Super Capacitor或Ultra Capacitor）也被称作电化学电容器（Electrochemical Capacitors），它具有优良的脉冲充放电和大容量储能性能，单体的容量目前已经做到万法拉级，是一种介于静电电容器与电池之间的新型储能元件。以前由于超级电容的比能量过低，放电时间太短，价格昂贵，难以大范围的实用化。然而，随着超级电容技术的迅速发展及其价格的下降，目前已成为电力机车和高效储能等领域研究的新热点。与蓄电池相比，超级电容具有诸多优点：（1）具有非常高的功率密度。超级电容的功率密度可为蓄电池的10100倍，可达到5kW/kg左右，可以在短时间内放出几百到几千安培的电流，这个特点使得超级电容非常适合用于短时间高功率输出的场合。（2）充电速度快，超级电容器充电是双电层充放电的物理过程或电极物质表面的快速、可逆的电化学过程，可以采用大电流充电，能在几十秒到数分钟内完成充电过程，是真正意义上的快速充电。汽车在行驶过程中至少有30%的能量因热量散发和制动而消耗掉，特别是在城市行驶，经常遇到红灯，这样不仅造成能源浪费，而且增加环境污染。如能把制动所消耗的能量回收起来用于汽车起动、加速，可谓一举两得。由于蓄电池充电是通过化学反应来完成的，所需时间较长，但制动时间较短，因而回收能量效果不佳。超级电容器独有的高比功率特性非常适合用于制动过程中能量回收。（3）使用寿命长，超级电容器充放电过程中发生的电化学反应具有很好的可逆性，不易出现类似蓄电池中活性物质那样的晶型转变、脱落、枝晶穿透隔膜等引起的寿命终止的现象，碳基电容器的理论循环寿命为无穷，实际可达10万次以上，比电池高10100倍。（4）低温性能优越，超级电容充放电过程中发生的电荷转移大部分都在电极活性物质表面进行，所以容量随温度的衰减非常小，而蓄电池在低温下容量衰减幅度却可高达70%。（5）辅助性能，超级电容器除了可以用做混合能源电动汽车的辅助动力系统外，还可用在车载空调、车锁、车窗和车灯等电器的自动开关使用上。在复合电源系统中，超级电容器的存在减少了主电池的功率负荷、避免了大电流冲击电池、延长了电池寿命。表5 蓄电池与超级电容的性能比较元器件参数蓄电池超级电容充电时间15 (h)130 (s)放电时间0.33 (s)130 (s)能量密度20100(Wh/kg)110(Wh/kg)功率密度0.050.2(kW/kg)12(kW/kg)循环寿命5002000次大于10万次目前在我国，北京有色金属研究总院、锦州电力电容器有限责任公司、北京科技大学、北京化工大学、北京理工大学、北京金正平公司、解放军防化院、国家电网公司、哈尔滨巨容公司、上海奥威公司等也在开展电动车用超级电容器的开发研究工作，国家“十五”计划“863”电动汽车重大专项攻关中已将电动车用超级电容器的开发列入发展计划。随着超级电容模块组的不断发展，超级电容已被广泛的应用于各类电力驱动技术中，超级电容与各类动力电池配合使用组成的电池-电容混合储能系统在电动汽车的领域已经进入实用化阶段。图5（a）就是一款48V/165F的车载用超级电容模块组。图5（b）是2006年11月我国自主研制的纯超级电容公交车（上海11路公交车），10辆超级电容车上路2个多月，共计行驶6万多公里，经电表跟踪测量，每辆超级电容电车每公里耗电0.88度，比普通车辆(1.6度)节能60%，每百公里收益也比普通电车提高了70%。哈工大也已经研制并通过验收了单纯以超级电容为电源的电动车，该种公交车一次充电15分钟，可以行驶25公里，最高时速52公里。（a）48V/165F电动汽车用模块组（b）纯超级电容供电的公交车图5 超级电容在电动汽车领域的应用以超级电容器为唯一能源的电动公交客车有其独特的性能：（1）充电时间短，超级电容车一次充电时间只需要1215min；（2）循环使用寿命长，其充电循环次数可达50万次；（3）适用温度范围宽，可以在低温条件下使用，温度范围为-4050，超级电容车尤其适合在我国北方寒冷地区使用；（4）能量回收效率高，在需要频繁制动的城市交通条件下，其能量回收率可达70%；（5）续驶里程短，超级电容器比能量低，导致超级电容电动公交车续驶里程较短，一般为2030km。 超级电容电动公交车的缺点是续驶里程短、跑不远，而且目前市场上超级电容的价格较为昂贵，使其推广应用遇到一定的困难。综合考虑来看，超级电容重要的应用方向之一是将其与高比能量的电池连用，在车辆加速、制动或爬坡的时候提供车辆所需的高功率，在车辆正常行驶时则由电池充电或由车辆制动时所产生的电能充电，减少汽车对电池大电流放电的要求，达到减少电池的体积和延长电池寿命的目的。超级电容的价格十分昂贵2.3 我国动力电池的技术水平目前车用锂离子电池以其高比能、高比功、高电压、自放电小等优势成为各国电池厂家竞相研发的热点产品。锂离子电池应用于汽车的难点在于一致性，电池寿命，电池低温性能，过热过载，电池成本（材料筛选开发，低成本制造）。据了解，国际先进水平对锂电池的控制已经取得一定进展，并有望突破稳定性的瓶颈。而国内的锂电池在原料、电池单体/组件的加工工艺、电池控制等一些关键技术上还有待突破，我国锂离子电池所需隔膜材料仍基本依赖进口，此外电池生产一致性的问题也并没有完全解决，尚不具备量产能力。在电池制造装备方面，我国生产装备技术水平落后于日本和韩国，国内主要企业的先进装备主要依赖进口。目前我国的电池测试标准、安全标准、产品规格、充放电接口等也正在加紧制定。近来，在国家政策的引导下，动力电池企业对产业化的投入极具加强，生产配套能力显著增强，我国初步具备了动力电池产品研发能力，包括基本生产装备设计制造能力，一些较大型具有竞争潜力的电池企业正在快速成长。“十一五”863计划“节能与新能源汽车”重大项目下，参与锂电池研发的企业和科研机构有：北京有色金属研究总院、深圳比亚迪、苏州星恒、天津力神和北京中信国安盟固利等公司。经过科研、工程技术和管理人员的共同努力，预期未来几年在材料、技术、工艺和装备等方面将会取得突破性进展，“国产化汽车级”的锂离子电池将批量进入市场，服务于即将快速发展的电动汽车行业。2.4 动力电池与充电设施的兼容根据调研情况来看，目前的电动汽车用的动力电池基本都是为配合充电设施而设计的，动力电池本身的适应性比较好，只要充电站或充电桩能够在一定范围内调节电压电流，动力电池都能够与充电设施很好的配合，不会出现兼容性问题。另一方面，从动力电池技术的发展来看，无论是电池寿命的增加，还是电池性能的提升，改进的都是电池内部材料的属性