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企业新闻
【转】关于混合动力汽车及汽车动力电池发展趋势的研究
发布日期:2014-03-24

    随着世界经济的发展,国际石油价格近几年波动剧烈,加之未来石油资源的预期减少,石油已经成为世界经济发展的瓶颈,新能源汽车成为汽车行业新的发展方向,各大汽车生产商大力开发电动汽车和混合动力汽车,车载动力电池行业正在起步。
       目前电动/混合动力汽车行业已初露峥嵘,作为汽车动力能源的电池种类主要有铅酸蓄电池、镍氢动力电池和锂离子动力电池,其中以铅酸蓄电池和大功率镍氢动力电池技术及应用较为成熟。汽车动力电池行业的发展一方面要依赖国家的产业政策,另一方面是需要依靠技术进步解决行业生产成本高,工作效率偏低等问题。动力电池行业壁垒较高,近年来行业技术进步较快,巴菲特参股比亚迪也表明行业的成长性开始显现,关注具备技术和产能优势的汽车动力电池企业。

一、新能源汽车是汽车行业发展的方向

1、石油价格和环保因素是新能源汽车发展的契机
       世界经济的发展已经和石油的供应密不可分,国际石油价格近两年涨势迅猛,加之未来石油资源的预期减少,随着人类环保意识的不断增强,降低汽车污染和节约能源已成为世界各国政府面临的严峻问题。作为交通工具的汽车行业开发应用节能、环保的新型动力源成为全球汽车发展的必然趋势。根据联合国开发计划署的预计,未来20年大部分的石油需求的增长几乎完全由依赖石油产品作为燃料的汽车造成,而到2020年,在城市地区的汽车数量将比1995年增长1.2亿到1.5亿辆。越来越严重的能源和污染问题,加快了各大汽车汽车开发新一代新能源企业的步伐。

 2、混合动力汽车市场相对成熟,动力电池成为汽车行业发展的重要因素。
       近十年来,世界诸多国家发展新能源汽车已经做了很多探索,涉及领域包括洁净燃油技术、生物替代能源技术、燃料电池、混合动力、纯电动等领域。?由于洁净燃油技术和生物替代能源技术虽然可以缓解石油能源短缺、缓解城市大气环境恶化等危机,但是也相应地带来粮食、环保等其他问题,却不能彻底解决问题。?燃料电池是将燃料的化学能转变为电能的装置。但燃料电池在产生电能时,参加反应的反应物质在经过反应后,不断地消耗且不再重复使用,因此,要求不断地输入反应物质。燃料电池的技术性能确定后,只要源源不绝地供给燃料,就可以源源不绝地产生电能,其放电特性是连续进行的,但是燃料电池不可以反复充电,燃料电池以氢燃料为主,氢燃料虽然没有任何污染,技术也相对成熟,发动机特性优于现有的内燃机,但成本很高,另外在增加续驶时间等方面还要进一步加强,而且需要有庞大的基础设施配合,这些技术性工作相当长时间内很能达到预期的效果,商业化比较困难。 电动汽车优点在于本身无污染物排放,缺点在于续驶时间短,功率低(即速度不高和加速性能不好),此外充电也需要较长的时间。由于目前的蓄电池技术很难突破寿命短、充电次数多后性能下降的问题,回收阶段处理费用高,纯电动汽车发展受到一定的制约。 混合动力汽车则是将电动机与现有内燃机装设在一起的汽车。目前混合动力汽车产业化比较现实,原因是混合动力结合电动车的蓄电池技术,与发动机配合运行,在城市工况下应可使用蓄电池缓解污染,车在路上排队等候时可以关掉发动机,起到省油的效果,刹车时能量可以储存成电能,实现能源再利用。因此目前混合动力汽车已经成为大部分企业认同的代新能源汽车,国家发改委近期也出台了相关法规规范这一技术在国内投产。 另外从成本上看,根据福特汽车今年公布的一份资料,目前氢燃料电池技术成本是汽车成本的20倍,氢气内燃机是目前汽车成本的5倍,混合动力汽车是目前汽车成本的2倍,而电动汽车是目前汽车成本的1.5倍到2倍。高昂的成本正是目前很多新能源技术短期内无法被普遍采用的一道障碍。 总体而言,新能源汽车最终的发展方向是纯电动汽车和混合动力汽车,目前的诸多因素决定了作为过渡产品的混合动力汽车成为目前具有经济性和技术成熟的选择,未来随着技术的进步,纯电动汽车将是汽车行业的最终发展方向,发展的核心技术就是车载动力电池。

3、混合动力汽车市场发展迅速  
       混合动力汽车(HEV )为将来相当长时间里最可行、最经济、最环保的汽车。传统燃油汽车存在常用工况热效率不高和较严重的环境污染问题;电动汽车(EV)受其电池技术的制约,从性能、价格、使用方便上还不够理想。HEV 把传统燃油汽车和电动汽车的优点有机结合起来,既提高了燃油经济性,又降低了排放污染。 根据美国能源部调查结果表明,混合动力汽车(HEV)将成为未来清洁能源汽车市场的主流产品,估计2020 年HEV 将占世界汽车市场总数的25%,产量将达到2500 万辆的巨大市场规模,15 年的年复合增长率接近30%,HEV 将呈爆发式增长趋势。 全球各大汽车厂商不约而同的纷纷加速研产混合动力车:自从在1995 年丰田公司成功开发了世界款实用型混合动力轿车后,本田、通用、福特、日产等各大汽车制造厂商都开始相继推出或准备推出自己的混合动力车型。 美国通用公司在EVS-16 上展出串联式混合动力电动汽车,在关闭APU 的情况下,可以电动方式行驶65Km,在高速公路上可以使汽车拥有560Km 的续驶里程;福特汽车展出的P2000混合动力家用型轿车,百公里油耗为3.8 升;丰田公司展出的Prius 汽车为混联式混合动力电动汽车,使用密封的镍氢电池,在日本10-15 工况下燃油经济性达到了3.57L/100Km,CO、NO 和HC 的排放水平仅相当于日本现行法规的1/10,CO2 的排量相当于普通汽车的1/2,超过5?万辆,被认为是最成功的混合动力电动汽车之一。
       我国政府也加快了混合动力汽车的推进步伐。随着“十一五”期间国家“863”电动汽车专项的实施,制约我国混合动力汽车发展的关键技术已经基本解决。新能源汽车正式进入发改委的鼓励产业目录,国家将从消费环节、生产环节、税收政策、优惠政策、审批等方面给予支持。
       今年以来,从上汽、一汽、长安、奇瑞、比亚迪到力帆、中兴、吉利等国内汽车企业无一不在宣传各自即将上市的混合动力汽车计划。奇瑞A5、奔腾、别克君越和长安杰勋等均推出了量产的混合动力汽车。特别是上海通用汽车君越混合动力汽车价格仅比普通君越高出2万元左右,具备了一定的性价比。?随着HEV销量的成倍增长,汽车动力电池正迎来一个划时代的发展机遇,在国内尽管电动汽车工业蓬勃发展,但业界尚没有形成规模产业化的动力电池制造商,汽车用动力电池成为限制电动汽车发展的瓶颈。电池在电动汽车中担任储能部件的作用,突破电池的储能瓶颈问题是全世界公认的发展电动汽车的核心技术问题。混合电动汽车是目前新能源汽车领域中技术成熟度和产业化的产品,而其所用的动力电池是其中最关键的组件,目前中国境内尚没有形成规模产业化的动力电池制造商。
 
二、动力电池行业种类及应用
1、汽车动力电池的原理
       汽车动力电池采用蓄电池原理,蓄电池是一种能量储存装置,不产生电能。蓄电池的活性物质随蓄电池的充电和放电反复进行可逆性化学变化,活性物质并不消耗,一般只需要适当地添加一些电解液等。普通蓄电池的技术性能确定后,必须先充电,将电能储存到电池中,才能在工作时输出电能,而且在电能消耗完后,必须在重复充电后才可能重复使用,其放电特性是循环进行的。?在混合动力汽车中,由于采用了高功率的能源储存装置(蓄电池、超级电容等)能向汽车提供瞬时的能量而可减小发动机尺寸,提高效率,降低排放和燃油消耗,且可在进行制动和减速时回收能量。
       动力电池一般指具有较高的容量和输出功率能力,可用作电动车辆驱动电源的两次电池。一般情况下,混合动力汽车车用动力电池进行的是频率次数多的充放电循环。在充放电过程中,电压、电流都有较大的变化。针对这种使用特点,混合动力汽车对动力电池以下特别要求:
1)大功率充放电能力:质量比功率和体积比功率是衡量蓄电池快速充放电能力的指标,相对、于比能量要求,混合动力汽车对比功率要求更高。
 
2)充放电效率:动力电池中能量的循环必须经过充电-放电-充电的循环,高的充放电效率对保证整车效率具有至关重要的作用。  

3)相对稳定性:动力电池应当在快速充放电和充放电过程变工况的条件下保持性能的相对稳定,使其在动力系统使用条件下能达到足够的充放电循环次数。   

 2、汽车动力电池的种类及特性   
     汽车用动力电池主要有铅酸电池、镍镉电池、镍氢电池、锂离子电池等几类。 从实际应用中看,混合动力汽车车用动力电池技术质量的高低主要取决于以下几个指标 :
(1)质量比功率(W/kg):电池的质量比功率代表每千克质量的电池能提供的功率。它的大小决定电池所能输出的功率,标志着汽车的加速性能和车速,对电动汽车的动力性能等有直接影响。在混合动力汽车中,电池的质量比功率是最关键的因素,因为电池的电耗尽后可以在内燃机工况下重新进行充电。  
(2)质量比能量(Wh/kg):标志着纯电动模式下的续驶能力。  
(3)循环次数:动力电池的工作是充电-放电的反复循环过程,每充电和放电一次,动力电池中的阳极、阴极就要发生一次可逆性的化学反应。随着充电和放电次数的增加,动力电池中的化学活性物质会发生老化,化学功能逐渐削弱,动力电池的充电和放电的效率随着使用次数增加逐渐减弱,最后部分或完全丧失其充电和放电功能。动力电池的工作循环次数是衡量动力电池寿命的重要指标,决定着动力电池使用时间。
(4)成本:电池的成本与电池的新技术含量、材料、制作工艺和生产规模有关,目前新开发的高比功率的动力电池成本较高,今后随着新技术的采用,生产成本将会逐渐降低。
(文章来源于网络)

 

 

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