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深度解讀新能源汽車(chē)中的純電動(dòng)汽車(chē)(定義 行情 環(huán)境影響和未來(lái))

電子工程師 ? 2017-11-24 09:07 ? 次閱讀
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2017年年中以來(lái),媒體陸續(xù)披露歐盟多個(gè)國(guó)家已經(jīng)設(shè)置了傳統(tǒng)能源汽車(chē)退出的時(shí)間表,我國(guó)工信部在2017年9月初亦指出,已經(jīng)啟動(dòng)我國(guó)傳統(tǒng)能源車(chē)退出時(shí)間表的相關(guān)研究工作,新能源汽車(chē)越來(lái)越受到各方的關(guān)注。我國(guó)工信部定義的新能源汽車(chē),包括純電動(dòng)汽車(chē)、插電式混合動(dòng)力汽車(chē)及燃料電池汽車(chē);《綠色債券支持項(xiàng)目目錄(2015年版)》新能源汽車(chē)的界定條件則為電動(dòng)汽車(chē)、燃料電池汽車(chē)、天然氣燃料汽車(chē)。

在國(guó)家出臺(tái)包括免征購(gòu)置稅以及消費(fèi)補(bǔ)貼的政策推動(dòng)下,結(jié)合部分城市限購(gòu)政策的影響,我國(guó)新能源汽車(chē)市場(chǎng)快速發(fā)展。2016年,我國(guó)新能源汽車(chē)產(chǎn)量51.7萬(wàn)輛,銷(xiāo)量50.7萬(wàn)輛,基本實(shí)現(xiàn)了國(guó)家前期規(guī)劃所設(shè)定的新能源汽車(chē)市場(chǎng)2015年達(dá)到50萬(wàn)輛的發(fā)展目標(biāo),但這一細(xì)分市場(chǎng)在全部汽車(chē)市場(chǎng)的占比尚不足2%。

本研究主要針對(duì)新能源汽車(chē)市場(chǎng)中的純電動(dòng)汽車(chē)展開(kāi),并整理了我國(guó)境內(nèi)生產(chǎn)的主要純電動(dòng)汽車(chē)產(chǎn)品的技術(shù)數(shù)據(jù),合計(jì)5,110個(gè)車(chē)型,包括純電動(dòng)乘用車(chē)、客車(chē)、專(zhuān)用車(chē)、貨車(chē)和牽引車(chē)。整體上看,在續(xù)駛里程(km)、動(dòng)力電池能量密度(Wh/kg)以及百公里電耗(kWh/100km)等指標(biāo)上,現(xiàn)階段大部分車(chē)型可以基本滿(mǎn)足各類(lèi)型車(chē)輛的基本應(yīng)用需求。

純電動(dòng)汽車(chē)的環(huán)境效益主要體現(xiàn)在能源節(jié)約效益和大氣污染物減排效益,尤其在其使用階段無(wú)大氣污染物的直接排放。以乘用車(chē)為例,結(jié)合市場(chǎng)主流技術(shù)數(shù)據(jù),測(cè)算純電動(dòng)汽車(chē)在能耗水平、大氣污染物和溫室氣體的間接排放水平,結(jié)果表明上述指標(biāo)除二氧化硫間接排放之外,其他基本均顯著優(yōu)于傳統(tǒng)燃油汽車(chē),環(huán)境效益較為顯著。此外,純電動(dòng)汽車(chē)在動(dòng)力電池的生產(chǎn)和最終處理處置等環(huán)節(jié)的潛在環(huán)境影響,亦需要重點(diǎn)關(guān)注。

后續(xù)圍繞純電動(dòng)汽車(chē)的間接排放、全生命周期的綜合評(píng)價(jià)、不同城市的政策影響,我們將開(kāi)展進(jìn)一步的研究。

據(jù)公安部交管局統(tǒng)計(jì),截至2016年底,全國(guó)機(jī)動(dòng)車(chē)保有量達(dá)2.9億輛,其中汽車(chē)1.94億輛;私家車(chē)總量達(dá)1.46億輛,每百戶(hù)家庭擁有36輛。與此同時(shí),城市擁堵日趨嚴(yán)重,而機(jī)動(dòng)車(chē)尾氣中的氮氧化物、揮發(fā)性有機(jī)物等一次污染物的直接排放,對(duì)于灰霾污染的高發(fā)亦有可觀的貢獻(xiàn)。機(jī)動(dòng)車(chē)通常直接使用汽油、柴油、天然氣等化石燃料,而我國(guó)又是貧油少氣的國(guó)家,2016年中國(guó)原油產(chǎn)量跌破2億噸,而原油表觀消費(fèi)量已達(dá)5.78億噸,原油對(duì)外依存度已達(dá)65.44%;同時(shí),2016年汽油表觀消費(fèi)量1.20億噸,柴油表觀消費(fèi)量1.65億噸,粗略看,成品油(汽煤柴合計(jì))表觀消費(fèi)量占原油表觀消費(fèi)量的56.48%,很大一部分原油產(chǎn)品僅作為燃料燃燒也在一定程度上是種資源的浪費(fèi)。

同時(shí),我國(guó)目前正在大力推動(dòng)碳減排工作,并爭(zhēng)取2030年碳排放達(dá)峰。推廣使用新能源汽車(chē),亦是交通方式向著低碳化、環(huán)境友好化和能源節(jié)約化轉(zhuǎn)變的重要手段之一,但現(xiàn)階段受限于技術(shù)和經(jīng)濟(jì)性等多方面掣肘,因此總體上新能源汽車(chē)發(fā)展仍存在多方面的不足。

2017年7月~8月間,媒體陸續(xù)報(bào)道了歐盟多個(gè)國(guó)家已經(jīng)設(shè)置了傳統(tǒng)能源汽車(chē)退出的時(shí)間表,比如荷蘭、德國(guó)、英國(guó)等國(guó)已經(jīng)將退出時(shí)間定在了2025年、2030年和2040年。同時(shí),我國(guó)工信部副部長(zhǎng)在2017年9月的中國(guó)汽車(chē)產(chǎn)業(yè)發(fā)展國(guó)際論壇上亦指出,已經(jīng)啟動(dòng)我國(guó)傳統(tǒng)能源車(chē)退出時(shí)間表的相關(guān)研究工作。作為傳統(tǒng)能源汽車(chē)未來(lái)的替代產(chǎn)品,新能源汽車(chē)越來(lái)越受到關(guān)注。

一、新能源汽車(chē)與電動(dòng)汽車(chē)的定義

(一)概念的發(fā)展演變

新能源汽車(chē)和電動(dòng)汽車(chē)的定義,我國(guó)在歷年出臺(tái)的相關(guān)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和政策文件中均有提及,并呈現(xiàn)一定的發(fā)展變化。政策定義的梳理,詳見(jiàn)表1。

結(jié)合上述政策的梳理,總體上新能源汽車(chē)可定義為:采用新型動(dòng)力系統(tǒng),完全或者主要依靠新型能源驅(qū)動(dòng)的汽車(chē);通常新能源汽車(chē)具體包括:純電動(dòng)汽車(chē)、插電式混合動(dòng)力汽車(chē)及燃料電池汽車(chē)。

(二)新能源汽車(chē)與綠色債券支持范疇的一致性

中國(guó)人民銀行2015年12月發(fā)布的公告第39號(hào)的附件《目錄》中,在第四大類(lèi)“清潔交通”中,列出了“4.6新能源汽車(chē)”,包括“4.6.1零部件生產(chǎn)及整車(chē)制造”以及“4.6.2配套設(shè)施建設(shè)運(yùn)營(yíng)”。

國(guó)際上的綠色債券準(zhǔn)則(GBP)及氣候債券標(biāo)準(zhǔn)(CBS)的支持項(xiàng)目類(lèi)別里亦都有與新能源汽車(chē)相匹配的領(lǐng)域。GBP體系下,支持項(xiàng)目類(lèi)型中有一大項(xiàng)為清潔交通項(xiàng)目。CBS體系下,其支持的項(xiàng)目中有一大類(lèi)為低碳陸地交通項(xiàng)目。

工信部《規(guī)定》、《車(chē)型目錄》與人民銀行《目錄》對(duì)于新能源汽車(chē)的界定略有差異:(1)插電式(含增程式)混合動(dòng)力汽車(chē)已納入工信部《規(guī)定》和《車(chē)型目錄》的范圍內(nèi),但《目錄》中未明確;(2)天然氣燃料汽車(chē)包含在《目錄》內(nèi),但在工信部《規(guī)定》與《車(chē)型目錄》中均未納入。

由于新能源汽車(chē)包含了三種技術(shù)特點(diǎn)迥異的典型汽車(chē)類(lèi)型,本研究現(xiàn)就新能源汽車(chē)下的“純電動(dòng)汽車(chē)”,進(jìn)行相關(guān)的梳理、分析和研究,后續(xù)其他類(lèi)型的新能源汽車(chē)研究將陸續(xù)開(kāi)展。

二、我國(guó)純電動(dòng)汽車(chē)發(fā)展現(xiàn)狀

(一)新能源汽車(chē)行業(yè)發(fā)展概況

1、相關(guān)政策梳理

除了宏觀層面國(guó)家對(duì)于新能源汽車(chē)產(chǎn)業(yè)發(fā)展和消費(fèi)引導(dǎo)的政策推動(dòng)之外,近年來(lái)一些城市因治理?yè)矶潞痛髿馕廴径瞥龅南拶?gòu)政策,以及同時(shí)對(duì)新能源汽車(chē)的鼓勵(lì),無(wú)形中成為了新能源汽車(chē)發(fā)展的政策利好。

2011年1月起,北京市實(shí)行小客車(chē)限購(gòu)政策--《北京市小客車(chē)數(shù)量調(diào)控暫行規(guī)定》,通過(guò)控制每年的新增小客車(chē)的數(shù)量(小客車(chē)為新增機(jī)動(dòng)車(chē)的主要增長(zhǎng)點(diǎn))控制市內(nèi)機(jī)動(dòng)車(chē)保有量。加上1994年起以拍賣(mài)方式獲取小客車(chē)上牌資格的上海市,及采取類(lèi)似北京的小客車(chē)搖號(hào)政策的廣州、深圳、天津、杭州和貴陽(yáng),截至2017年11月,我國(guó)共有7個(gè)城市實(shí)施了小客車(chē)限購(gòu)政策。具體情況梳理可參見(jiàn)表2。

新能源汽車(chē)相對(duì)更高的中簽幾率或可以直接上牌的便利,讓一部分購(gòu)車(chē)需求較為迫切的消費(fèi)者轉(zhuǎn)向購(gòu)買(mǎi)新能源汽車(chē),這在一定程度上推動(dòng)了新能源汽車(chē)的購(gòu)買(mǎi)需求。上述城市中,有配額限制的新能源汽車(chē)配置指標(biāo)每年合計(jì)有10.2萬(wàn)個(gè),加上部分城市符合要求的新能源汽車(chē)可以直接申請(qǐng)其他指標(biāo),因而新能源汽車(chē)的總體需求比較可觀。

另一方面,工信部等三部委聯(lián)合發(fā)布的《公告》規(guī)定,自2014年9月1日至2017年12月31日,對(duì)購(gòu)置的新能源汽車(chē)免征車(chē)輛購(gòu)置稅,這也是通過(guò)稅收的減免手段,推動(dòng)新能源汽車(chē)市場(chǎng)的發(fā)展;同時(shí)中央財(cái)政補(bǔ)貼和部分地方政府的補(bǔ)貼,可以一定程度讓目前價(jià)格較高的新能源汽車(chē)更容易被廣大消費(fèi)者所接受。目前,國(guó)家對(duì)純電動(dòng)汽車(chē)和插電式混合動(dòng)力汽車(chē)的補(bǔ)貼以每年20%的平均速度退坡,燃料電池汽車(chē)補(bǔ)貼目前仍保持較大力度,并將一直持續(xù)到2020年之后。

2、成熟應(yīng)用程度

目前來(lái)看,技術(shù)較為成熟且具有商業(yè)化應(yīng)用能力的新能源汽車(chē),主要為純電動(dòng)汽車(chē)和混合動(dòng)力汽車(chē),事實(shí)上新能源汽車(chē)的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)基本也圍繞這兩型車(chē)開(kāi)展。而燃料電池汽車(chē)目前因受限于燃料獲取和存儲(chǔ)、車(chē)輛技術(shù)成熟程度等方面的實(shí)際限制,目前的實(shí)際應(yīng)用非常少。

前期新能源汽車(chē)的快速發(fā)展,除了限購(gòu)城市的購(gòu)車(chē)剛性需求支撐以外,國(guó)家的減稅和補(bǔ)貼政策帶來(lái)的積極影響特別顯著。然而,補(bǔ)貼退坡后的純電動(dòng)和插電式混合動(dòng)力汽車(chē)行業(yè),能否繼續(xù)保持車(chē)輛的技術(shù)經(jīng)濟(jì)可行,同時(shí)產(chǎn)品價(jià)格上能否得到消費(fèi)者的持續(xù)認(rèn)可,將成為行業(yè)持續(xù)穩(wěn)定增長(zhǎng)的必要條件。在價(jià)格和成本因素之外,充電樁等配套設(shè)施的便利程度則特別受消費(fèi)者關(guān)注。據(jù)中國(guó)電動(dòng)汽車(chē)充電基礎(chǔ)設(shè)施促進(jìn)聯(lián)盟披露的信息,截止到2016年底,公共類(lèi)充電樁建設(shè)、運(yùn)營(yíng)數(shù)量14.1萬(wàn)個(gè),相較于2015年末4.9萬(wàn)個(gè)凈增2倍以上,中國(guó)充電基礎(chǔ)設(shè)施公共類(lèi)充電設(shè)施保有量全球第一。截至2017年9月,我國(guó)公共類(lèi)充電樁建設(shè)、運(yùn)營(yíng)數(shù)量共19.06萬(wàn)個(gè),其中交流充電樁74,783個(gè)、直流充電樁49,717個(gè)、交直流一體充電樁66,059個(gè),比2016年底共計(jì)新增44,253個(gè)。截止到2017年9月,省級(jí)行政區(qū)域內(nèi)所擁有的公共類(lèi)充電樁數(shù)量超過(guò)2萬(wàn)的分別為:北京26,990個(gè)、廣東26,340個(gè)、上海23,516個(gè)和江蘇20,417個(gè)。國(guó)內(nèi)新能源汽車(chē)的消費(fèi)需求目前主要來(lái)源于限購(gòu)城市,普通城市則需要更多配套的基礎(chǔ)設(shè)施支持。

3、新能源汽車(chē)市場(chǎng)發(fā)展概況

我國(guó)的新能源汽車(chē)從2006年開(kāi)始有統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù),根據(jù)《節(jié)能與新能源汽車(chē)年鑒》所披露的2006~2010年統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù),這五年間全國(guó)年均產(chǎn)量不足7,000輛,市場(chǎng)規(guī)模非常小。

由于新能源汽車(chē)所受到的政策傾斜、財(cái)政補(bǔ)貼和優(yōu)先配置等實(shí)際便利,從2014年開(kāi)始,特別以一線(xiàn)城市對(duì)新能源汽車(chē)的需求增長(zhǎng)為契機(jī),我國(guó)新能源汽車(chē)市場(chǎng)開(kāi)始快速增長(zhǎng)。如圖1和圖2所示的新能源汽車(chē)的產(chǎn)銷(xiāo)情況,2011~2013年市場(chǎng)規(guī)模非常小,發(fā)展較慢;從2014年開(kāi)始明顯增快,到2016年,我國(guó)新能源汽車(chē)產(chǎn)量51.7萬(wàn)輛,銷(xiāo)量50.7萬(wàn)輛,基本實(shí)現(xiàn)了前述《規(guī)劃》所設(shè)定的2015年新能源汽車(chē)市場(chǎng)達(dá)到50萬(wàn)輛的發(fā)展目標(biāo),但相比同期我國(guó)汽車(chē)市場(chǎng)總體2,811.88萬(wàn)輛和2,802.82萬(wàn)輛的總產(chǎn)銷(xiāo)量規(guī)模,新能源汽車(chē)這一細(xì)分市場(chǎng)的依然十分微小,占比不足2%。

4、純電動(dòng)汽車(chē)市場(chǎng)發(fā)展概況

新能源汽車(chē)中,純電動(dòng)汽車(chē)的產(chǎn)銷(xiāo)占據(jù)絕對(duì)主體,2016年,純電動(dòng)汽車(chē)的產(chǎn)銷(xiāo)分別占新能源汽車(chē)產(chǎn)銷(xiāo)總量的80.66%和80.67%。

本研究將主要關(guān)注純電動(dòng)汽車(chē)。從不同的純電動(dòng)汽車(chē)類(lèi)型看,如圖3所示,純電動(dòng)乘用車(chē)的市場(chǎng)占有率最大,同時(shí)以部分城市大力推廣電動(dòng)公交、電動(dòng)環(huán)衛(wèi)車(chē)等舉措的推動(dòng),純電動(dòng)客車(chē)和專(zhuān)用車(chē)的增幅也十分明顯。到2016年,純電動(dòng)乘用車(chē)產(chǎn)量接近25萬(wàn)輛,占據(jù)新能源汽車(chē)市場(chǎng)的半壁江山;電動(dòng)客車(chē)突破11萬(wàn)輛的產(chǎn)量,同時(shí)電動(dòng)專(zhuān)用車(chē)超過(guò)了6萬(wàn)輛。

此外,中美兩國(guó)的電動(dòng)汽車(chē)市場(chǎng)銷(xiāo)量情況對(duì)比也可以一定程度上反映中外新能源汽車(chē)市場(chǎng)發(fā)展的狀態(tài)。根據(jù)可獲得的從2012年開(kāi)始的美國(guó)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù),美國(guó)的插入式電動(dòng)汽車(chē)經(jīng)歷著較為快速的增長(zhǎng),年均增長(zhǎng)幅度34.5%,2016年銷(xiāo)量15.7萬(wàn)輛;同時(shí)期中國(guó)純電動(dòng)汽車(chē)的年均增長(zhǎng)幅度,達(dá)到了171.1%,2016年銷(xiāo)量40.9萬(wàn)輛。由于兩國(guó)統(tǒng)計(jì)口徑和汽車(chē)類(lèi)型定義的差異,此對(duì)比僅作參考,如圖4所示。

(二)純電動(dòng)汽車(chē)技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀概述

工信部自2014年起,至今一共發(fā)布了十二批次的《車(chē)型目錄》。目錄中涵蓋了:純電動(dòng)汽車(chē)、插電式混合動(dòng)力汽車(chē)和燃料電池汽車(chē)。本研究主要關(guān)注披露的純電動(dòng)汽車(chē)的主要技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀。

《車(chē)型目錄》基本涵蓋了我國(guó)境內(nèi)生產(chǎn)的純電動(dòng)汽車(chē)產(chǎn)品,以及少量進(jìn)口純電動(dòng)乘用車(chē)(十二批次《車(chē)型目錄》合計(jì)僅有3款進(jìn)口乘用車(chē)),因此根據(jù)《車(chē)型目錄》所反映出來(lái)的核心技術(shù)指標(biāo),可以反映出我國(guó)純電動(dòng)汽車(chē)產(chǎn)品的主要技術(shù)發(fā)展?fàn)顩r。十二批次《車(chē)型目錄》中,純電動(dòng)汽車(chē)共涉及了純電動(dòng)乘用車(chē)、客車(chē)、專(zhuān)用車(chē)、貨車(chē)和牽引車(chē)共五個(gè)大類(lèi),計(jì)5,110個(gè)型號(hào),涉及廠(chǎng)家數(shù)量共計(jì)332家。其中,電動(dòng)客車(chē)的型號(hào)數(shù)量最多,共計(jì)3,112型;而專(zhuān)用車(chē)的廠(chǎng)家數(shù)量最多,共計(jì)124家企業(yè)。市場(chǎng)銷(xiāo)量最大的電動(dòng)乘用車(chē)方面,車(chē)型共有422型,來(lái)自67家企業(yè)。《車(chē)型目錄》提及的純電動(dòng)專(zhuān)用車(chē),主要是指運(yùn)輸車(chē)、垃圾車(chē)、郵政車(chē)、物流車(chē)、工程車(chē)等有專(zhuān)門(mén)用途的純電動(dòng)車(chē)輛。

表征純電動(dòng)汽車(chē)最主要的技術(shù)指標(biāo),主要包括:續(xù)駛里程(km)、動(dòng)力電池能量密度(Wh/kg)以及百公里電耗(kWh/100km)。前述各類(lèi)型的純電動(dòng)汽車(chē)的主要指標(biāo)的統(tǒng)計(jì)結(jié)果,如圖5~16所示。這也是反映作為旅客或貨物運(yùn)輸?shù)能?chē)輛,所需要關(guān)注的核心要點(diǎn)。

前述的國(guó)務(wù)院《規(guī)劃》提出,到2015年,純電動(dòng)乘用車(chē)最高車(chē)速不低于100公里/小時(shí),純電驅(qū)動(dòng)模式下綜合工況續(xù)駛里程不低于150公里;動(dòng)力電池模塊比能量達(dá)到150瓦時(shí)/公斤以上,成本降至2元/瓦時(shí)以下,循環(huán)使用壽命穩(wěn)定達(dá)到2000次或10年以上。到2020年,動(dòng)力電池模塊比能量達(dá)到300瓦時(shí)/公斤以上。

1、乘用車(chē)

乘用車(chē)方面,現(xiàn)階段422型車(chē)的續(xù)駛里程從80km~450km不等,最多數(shù)的車(chē)型續(xù)航里程眾數(shù)值155km,中數(shù)值160km,基本能達(dá)到《規(guī)劃》的發(fā)展目標(biāo);僅有48型車(chē)的續(xù)駛里程在300km及以上。其中,有2型車(chē)?yán)m(xù)駛里程達(dá)到450km,該2型車(chē)的質(zhì)量均為2,450kg,動(dòng)力電池質(zhì)量730kg,能量密度124.7Wh/kg。從動(dòng)力電池的能量密度角度看,目前主要分布在50.5Wh/kg~199.4Wh/kg范圍內(nèi),眾數(shù)值94.4Wh/kg,中數(shù)值101.3Wh/kg,同時(shí)僅有7款車(chē)型的能量密度達(dá)到《規(guī)劃》關(guān)于2015年達(dá)到150Wh/kg的目標(biāo),大多數(shù)車(chē)型的能量密度集中在80~120Wh/kg的范圍。

2、客車(chē)

客車(chē)方面,現(xiàn)階段3,112型車(chē)中,有3型客車(chē)采用超級(jí)電容作為動(dòng)力來(lái)源,續(xù)駛里程分別僅有22km、10.3km和3km,基本不具備實(shí)際應(yīng)用能力,其他車(chē)型的續(xù)駛里程從50km~892km不等,大多數(shù)的車(chē)型續(xù)航里程集中在250km左右;有48型車(chē)的續(xù)駛里程在500km及以上,782型車(chē)的續(xù)駛里程在300km及以上;眾數(shù)值250km,眾數(shù)值255km。

其中,最長(zhǎng)續(xù)駛里程車(chē)型達(dá)到892km,該車(chē)整車(chē)質(zhì)量14,900kg,動(dòng)力電池質(zhì)量達(dá)4,310kg,僅次于所有車(chē)型中4,500kg的動(dòng)力電池最高質(zhì)量,電池能量密度91.4Wh/kg。從動(dòng)力電池的能量密度角度看,目前乘用車(chē)選用的動(dòng)力電池分布在13.8Wh/kg~237.9Wh/kg范圍內(nèi)(不含采用超級(jí)電容的3型客車(chē)),同時(shí)僅有4款車(chē)型的能量密度超過(guò)150Wh/kg,眾數(shù)值100.0Wh/kg,中數(shù)值92.0Wh/kg;大多數(shù)車(chē)型的能量密度集中在80~120Wh/kg的范圍。由于客車(chē)可以容納更大質(zhì)量的動(dòng)力電池,因而客車(chē)對(duì)于電池能量密度需求的范圍彈性較大。

此外,3,112型客車(chē)中針對(duì)部分電池類(lèi)型有專(zhuān)門(mén)備注,其中有96型車(chē)采用鈦酸鋰電池,平均續(xù)駛里程148km,電池平均能量密度46.9Wh/kg;有11型車(chē)采用磷酸鐵鋰快充電池,平均續(xù)駛里程127km,電池平均能量密度79.0Wh/kg;指標(biāo)表現(xiàn)均低于客車(chē)整體情況。另有3型車(chē)采用超級(jí)電容作為動(dòng)力來(lái)源。

3、專(zhuān)用車(chē)

專(zhuān)用車(chē)方面,車(chē)型多樣,用途不一,類(lèi)似環(huán)衛(wèi)車(chē)、運(yùn)輸車(chē)等車(chē)輛亦可以容納較大質(zhì)量的動(dòng)力電池。現(xiàn)階段1,483型車(chē)中,續(xù)駛里程從80km~543km不等,眾數(shù)值200km,中數(shù)值201km;有20型車(chē)的續(xù)駛里程在400km及以上,165型車(chē)的續(xù)駛里程在300km及以上。其中,最長(zhǎng)續(xù)駛里程車(chē)型達(dá)到543km,該車(chē)整車(chē)質(zhì)量2,980kg,動(dòng)力電池質(zhì)量達(dá)670kg,電池能量密度138.8Wh/kg。從動(dòng)力電池的能量密度角度看,目前乘用車(chē)選用的動(dòng)力電池分布在43.7Wh/kg~162.5Wh/kg范圍內(nèi),眾數(shù)值100.0Wh/kg,中數(shù)值106.5Wh/kg;同時(shí)僅有31款車(chē)型的能量密度超過(guò)150Wh/kg,大多數(shù)車(chē)型的能量密度集中在80~120Wh/kg的范圍。

4、貨車(chē)

貨車(chē)方面,現(xiàn)階段90型車(chē)中,續(xù)駛里程從100km~385km不等,眾數(shù)值170km,中數(shù)值200km;有12型車(chē)的續(xù)駛里程在300km及以上,48型車(chē)的續(xù)駛里程在200km及以上。其中,最長(zhǎng)續(xù)駛里程車(chē)型達(dá)到385km,該車(chē)整車(chē)質(zhì)量3,450kg,動(dòng)力電池質(zhì)量達(dá)866kg,電池能量密度95.8Wh/kg。從動(dòng)力電池的能量密度角度看,目前乘用車(chē)選用的動(dòng)力電池分布在71.4Wh/kg~136.4Wh/kg范圍內(nèi),眾數(shù)值100.7Wh/kg,中數(shù)值104.0Wh/kg;無(wú)車(chē)型的能量密度超過(guò)150Wh/kg。

5、各類(lèi)型車(chē)的能耗

從各型車(chē)的百公里能量消耗的角度,以中數(shù)評(píng)估主要的車(chē)型整體的評(píng)價(jià)表現(xiàn)情況,乘用車(chē)為14.6kWh/100km,客車(chē)為46.9kWh/100km,專(zhuān)用車(chē)為24.3kWh/100km,貨車(chē)為27.8kWh/100km。

此外,12批《車(chē)型目錄》中還有3型電動(dòng)牽引車(chē),由于車(chē)型數(shù)量少,尚不具有典型代表意義,本研究暫不作分析。

總體上看,現(xiàn)階段市場(chǎng)上大部分純電動(dòng)汽車(chē)的技術(shù)水平上處于基本可以滿(mǎn)足各種車(chē)型初步應(yīng)用的狀態(tài)。例如,國(guó)務(wù)院《規(guī)劃》對(duì)純電動(dòng)乘用車(chē)提出的技術(shù)指標(biāo)目標(biāo),現(xiàn)階段眾多車(chē)型的整體狀態(tài)僅僅是基本達(dá)到續(xù)航目標(biāo),能量密度目標(biāo)僅7款車(chē)型達(dá)到;而遠(yuǎn)期目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)需要依賴(lài)更多的技術(shù)研發(fā)和突破。

2017年7月~8月間,媒體陸續(xù)報(bào)道了歐盟多個(gè)國(guó)家已經(jīng)設(shè)置了傳統(tǒng)能源汽車(chē)退出的時(shí)間表,比如荷蘭、德國(guó)、英國(guó)等國(guó)已經(jīng)將退出時(shí)間定在了2025年、2030年和2040年。同時(shí),我國(guó)工信部副部長(zhǎng)在2017年9月的中國(guó)汽車(chē)產(chǎn)業(yè)發(fā)展國(guó)際論壇上亦指出,已經(jīng)啟動(dòng)我國(guó)傳統(tǒng)能源車(chē)退出時(shí)間表的相關(guān)研究工作。而作為傳統(tǒng)能源汽車(chē)未來(lái)的替代產(chǎn)品,新能源汽車(chē)越來(lái)越受到各方的關(guān)注。

由于新能源汽車(chē)包含了三種技術(shù)特點(diǎn)迥異的典型汽車(chē)類(lèi)型,本研究現(xiàn)就新能源汽車(chē)下的“純電動(dòng)汽車(chē)”,進(jìn)行相關(guān)的梳理、分析和研究,后續(xù)其他類(lèi)型的新能源汽車(chē)研究將陸續(xù)開(kāi)展。

三、純電動(dòng)汽車(chē)的環(huán)境效益及環(huán)境影響

現(xiàn)階段公眾面臨純電動(dòng)汽車(chē)和傳統(tǒng)能源汽車(chē)產(chǎn)品的消費(fèi)選擇時(shí),主要關(guān)注的要點(diǎn)包括:純電動(dòng)汽車(chē)的續(xù)航能力、充電的便捷程度、額外的安全性考慮(即通常汽車(chē)安全性之外的考慮,特別是電池面臨撞擊、燃燒、穿刺、極端高溫或低溫等極端情況下的安全性)、產(chǎn)品售價(jià)等方面。目前純電動(dòng)汽車(chē)在上述各方面,相比傳統(tǒng)能源汽車(chē),均沒(méi)有表現(xiàn)出特別顯著的優(yōu)勢(shì)。除去部分一線(xiàn)城市為了治理?yè)矶潞痛髿馕廴径扇×讼拶?gòu)傳統(tǒng)能源汽車(chē)、鼓勵(lì)新能源汽車(chē)的政策以及地方政府的購(gòu)車(chē)補(bǔ)貼等方面的實(shí)際影響,普通消費(fèi)者選購(gòu)純電動(dòng)汽車(chē)的積極性并不高。

純電動(dòng)汽車(chē)受到國(guó)家層面的大力推動(dòng),其實(shí)也與其存在客觀的環(huán)境效益密切相關(guān),這主要體現(xiàn)在能源節(jié)約和無(wú)直接大氣污染物排放。然而另外一方面,純電動(dòng)汽車(chē)相比傳統(tǒng)汽車(chē),除了傳統(tǒng)的汽車(chē)物料資源消耗之外,其以動(dòng)力電池為代表的儲(chǔ)能裝置的生產(chǎn)和報(bào)廢環(huán)節(jié)的環(huán)境負(fù)面影響同樣不能被忽視。

(一)能源節(jié)約效益

純電動(dòng)汽車(chē)使用電能直接驅(qū)動(dòng)電機(jī)推動(dòng)車(chē)輛運(yùn)動(dòng),這與傳統(tǒng)能源車(chē)先由熱機(jī)將燃油或燃?xì)獾幕瘜W(xué)能轉(zhuǎn)為內(nèi)能、再最終轉(zhuǎn)化為機(jī)械能相比,一次能源轉(zhuǎn)化效率明顯要高。電力生產(chǎn)環(huán)節(jié)中,不考慮清潔能源發(fā)電,最主要的發(fā)電主體——火電在將煤等化石燃料轉(zhuǎn)變?yōu)殡娏Φ纳a(chǎn)環(huán)節(jié),能源轉(zhuǎn)化效率也優(yōu)于機(jī)動(dòng)車(chē)燃油熱機(jī),運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)高的火電機(jī)組優(yōu)勢(shì)更為明顯。單純從熱效率角度看,汽油發(fā)動(dòng)機(jī)典型的熱效率基本在33%到36%,柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的熱效率大約是40%到45%,超臨界機(jī)組熱效率約41%,超超臨界機(jī)組熱效率約45%。

本研究以純電動(dòng)乘用車(chē)和傳統(tǒng)燃油乘用車(chē)為例,對(duì)比兩者單位里程的直接能源輸入,初步分析純電動(dòng)乘用車(chē)與燃油乘用車(chē)的能源消耗水平。國(guó)務(wù)院發(fā)布《節(jié)能與新能源汽車(chē)產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃(2012-2020年)》設(shè)定,2020年乘用車(chē)新車(chē)平均燃料消耗量達(dá)到5.0L/100km;而目前大多數(shù)乘用車(chē)的實(shí)際使用油耗高于此目標(biāo)值。作為對(duì)比,本研究前述統(tǒng)計(jì)中純電動(dòng)乘用車(chē)能耗中位數(shù)為14.6kWh/100km。以純電動(dòng)乘用車(chē)的當(dāng)前平均表現(xiàn)技術(shù)數(shù)值,對(duì)比2020年新車(chē)的目標(biāo)油耗值,可以看出,純電動(dòng)乘用車(chē)的節(jié)能效應(yīng)明顯。以熱當(dāng)量對(duì)比的熱值,純電動(dòng)乘用車(chē)能耗僅為燃油車(chē)能耗的29.3%~33.4%;如考察火力發(fā)電的熱消耗,以等價(jià)值計(jì)算,純電動(dòng)乘用車(chē)也比燃油車(chē)的能耗低12~15%。同時(shí),不考慮充電與加油的便利程度,若僅考察燃油和充電的物價(jià),充電的直接能源使用成本亦明顯低于燃油。具體對(duì)比如表1所示。因而從能源使用的角度看,純電動(dòng)乘用車(chē)確實(shí)有明顯的節(jié)能效益。

(二)大氣污染物減排效益

純電動(dòng)汽車(chē)在使用過(guò)程中沒(méi)有尾氣排放,沒(méi)有直接大氣污染物產(chǎn)生。這也是相比傳統(tǒng)能源汽車(chē)而言最大的優(yōu)點(diǎn)。如果城市交通系統(tǒng)中的純電動(dòng)汽車(chē)能提高到可觀的比例,確實(shí)可以有效地減少城市交通源大氣污染物的排放,這對(duì)于沒(méi)有或者較少工業(yè)污染源的部分城市而言,對(duì)于城市空氣質(zhì)量的改善將很起到很重要的作用。這也是發(fā)達(dá)國(guó)家和我國(guó)部分城市重點(diǎn)推動(dòng)包括純電動(dòng)汽車(chē)在內(nèi)的新能源汽車(chē)發(fā)展的重要考慮因素。

若不考慮純電動(dòng)汽車(chē)的間接排放,使用純電動(dòng)汽車(chē)作為出行方式或者交通運(yùn)輸部門(mén)的運(yùn)營(yíng)車(chē)輛,在滿(mǎn)足相同運(yùn)輸周轉(zhuǎn)量情況下,其替代傳統(tǒng)能源車(chē)輛達(dá)到同樣周轉(zhuǎn)目標(biāo)前提下的機(jī)動(dòng)車(chē)尾氣排放量,即為其大氣污染物的減排效益。

若考慮純電動(dòng)汽車(chē)的間接排放,則需要考察城市所處的電網(wǎng)的上網(wǎng)能源結(jié)構(gòu)。我國(guó)基本上仍以火電為主,2016年我國(guó)火電發(fā)電量占全部的74.36%。用電作為車(chē)輛的能源輸入,同樣將產(chǎn)生一定的大氣污染物間接排放。在火電占主體的電力生產(chǎn)環(huán)節(jié)中仍有大氣污染物排放,但火電廠(chǎng)集中處理大氣污染物的有效程度,通常優(yōu)于傳統(tǒng)燃油車(chē)分散使用三元催化器等尾氣處理方式。

本研究通過(guò)初步測(cè)算,評(píng)估純電動(dòng)汽車(chē)的間接污染的排放水平。假設(shè)純電動(dòng)汽車(chē)使用的電力,分別為100%、75%以及50%來(lái)源于滿(mǎn)負(fù)荷運(yùn)行的百萬(wàn)千瓦裝機(jī)規(guī)模的火電機(jī)組,并分別達(dá)到國(guó)標(biāo)《火電廠(chǎng)大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)GB13223-2011》和達(dá)到燃煤電廠(chǎng)超低排放水平的機(jī)組大氣污染物排放水平,電力中的其他比例來(lái)源于清潔能源。燃油車(chē)輛則設(shè)定為達(dá)到國(guó)Ⅵ機(jī)動(dòng)車(chē)排放標(biāo)準(zhǔn)。GB13223-2011為現(xiàn)行的火電廠(chǎng)大氣污染物的國(guó)家強(qiáng)制排放標(biāo)準(zhǔn),超低排放目前為政策鼓勵(lì)性的標(biāo)準(zhǔn),但部分省份已作為地區(qū)強(qiáng)制標(biāo)準(zhǔn);2016年底,全國(guó)已累計(jì)完成超低排放改造4.5億千瓦,占全部火電裝機(jī)規(guī)模10.54億千瓦的42.7%。國(guó)Ⅵ機(jī)動(dòng)車(chē)排放標(biāo)準(zhǔn)將自2020年1月1日起執(zhí)行,目前現(xiàn)行國(guó)Ⅴ標(biāo)準(zhǔn)從2017年1月1日起執(zhí)行。

這里需要說(shuō)明的是,燃煤火電機(jī)組的主要污染物為二氧化硫、氮氧化物和煙塵,而機(jī)動(dòng)車(chē)尾氣的主要污染物為一氧化碳、氮氧化物、揮發(fā)性有機(jī)物、二氧化硫、顆粒物等,大氣污染物的主要結(jié)構(gòu)并不完全一致。本研究選取主要污染物指標(biāo)作為示例,說(shuō)明兩者大致的污染排放水平。后續(xù)可通過(guò)更深入的研究,詳細(xì)分析對(duì)比兩者的污染排放差異。

測(cè)算結(jié)果示意圖如圖1所示。按照行駛10萬(wàn)千米的里程測(cè)算,按前述技術(shù)統(tǒng)計(jì)值測(cè)算,純電動(dòng)汽車(chē)需要消耗電能14,600kWh。對(duì)應(yīng)兩種大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)下,電力來(lái)源結(jié)構(gòu)的三種不同情景下,氮氧化物(NOx)和顆粒物或煙塵(PM)排放方面,純電動(dòng)乘用車(chē)均顯著低于燃油車(chē)輛,燃油車(chē)的排放水平基本在純電動(dòng)乘用車(chē)的2.3倍及更多;而二氧化硫(SO2)排放方面,汽油車(chē)則顯著低于純電動(dòng)汽車(chē),即便火電達(dá)到超低排放水平(100%電力來(lái)源清景),汽油車(chē)的二氧化硫貢獻(xiàn)仍低出約35%;若僅有50%的電力來(lái)源于僅達(dá)到國(guó)標(biāo)的火電機(jī)組時(shí),二氧化硫的間接排放水平仍高于國(guó)Ⅵ標(biāo)準(zhǔn)的汽油車(chē)9.5%;僅有50%的電力來(lái)源于達(dá)到超低排放標(biāo)準(zhǔn)的火電機(jī)組時(shí),則此時(shí)二氧化硫的間接排放水平則可低于國(guó)Ⅵ標(biāo)準(zhǔn)的汽油車(chē)23.4%。而柴油車(chē)的二氧化硫排放仍顯著高于汽油車(chē)以及純電動(dòng)汽車(chē)的間接排放,為4.6倍及更多。

不同情景下的能源結(jié)構(gòu)顯示,進(jìn)一步提高我國(guó)清潔能源生產(chǎn)結(jié)構(gòu)的占比,有利于進(jìn)一步減少純電動(dòng)汽車(chē)的間接排放,特別可以顯著減少二氧化硫的間接排放。

測(cè)算結(jié)果也一定程度反映出,火電廠(chǎng)采用高標(biāo)準(zhǔn)的污染集中治理,其效率遠(yuǎn)高于單個(gè)燃油機(jī)動(dòng)車(chē)的污染控制,純電動(dòng)汽車(chē)對(duì)于氮氧化物和顆粒物的控制均顯著較優(yōu);但受限于燃料本身屬性的差異,比如煤中的硫分遠(yuǎn)高于燃油,因而純電動(dòng)汽車(chē)的二氧化硫間接排放仍高于汽油車(chē)。此外,傳統(tǒng)燃油車(chē)最重要的污染組分如揮發(fā)性有機(jī)物(VOC)和一氧化碳(CO),由于火電廠(chǎng)幾乎沒(méi)有排放,因此本研究未作對(duì)比分析,但此類(lèi)組分仍對(duì)城市灰霾和臭氧等二次污染產(chǎn)生很大的貢獻(xiàn),因而減少機(jī)動(dòng)車(chē)尾氣的排放仍然是治理城市大氣污染的重要環(huán)節(jié)。

另外一個(gè)方面,從溫室氣體排放的角度測(cè)算,火電機(jī)組分別按照2016年全國(guó)供電煤耗312g/kWh和最新國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《常規(guī)燃煤發(fā)電機(jī)組單位產(chǎn)品能源消耗限額GB21258-2017》中現(xiàn)役1,000MW機(jī)組一級(jí)指標(biāo)273g/kWh進(jìn)行測(cè)算。測(cè)算結(jié)果如圖2所示,純電動(dòng)汽車(chē)的二氧化碳間接排放,亦顯著低于燃油車(chē)輛的直接排放,這與火電廠(chǎng)能源利用效率高于普通車(chē)輛的燃油發(fā)動(dòng)機(jī)有關(guān),而柴油車(chē)比汽油車(chē)更高的熱效率也反映在柴油車(chē)更低的二氧化碳排放水平上。

(三)全生命周期的環(huán)境影響

純電動(dòng)汽車(chē)在使用環(huán)節(jié)沒(méi)有直接的大氣污染物排放,也沒(méi)有直接碳排放,因此其運(yùn)營(yíng)和使用環(huán)節(jié)是環(huán)保友好的。然而從全生命周期的角度評(píng)價(jià),生產(chǎn)環(huán)節(jié)中,除了跟普通汽車(chē)一樣對(duì)于金屬、非金屬等材料的需求外,純電動(dòng)汽車(chē)特別需要相當(dāng)比例的動(dòng)力電池,而電池在生產(chǎn)環(huán)節(jié)存在較大的污染;后續(xù)報(bào)廢及處理處置環(huán)節(jié),除了常規(guī)可回收的資源和材料之外,需要重點(diǎn)關(guān)注廢棄的動(dòng)力電池的妥善處理處置和無(wú)害化。

1、動(dòng)力電池

從動(dòng)力電池的應(yīng)用角度,由于其直接關(guān)乎純電動(dòng)汽車(chē)的續(xù)駛能力、能耗水平、充電便利使用程度,因此是純電動(dòng)汽車(chē)的核心部件。汽車(chē)業(yè)內(nèi)常見(jiàn)傳統(tǒng)的鎳氫、鎳鎘、鉛酸等電池,因?yàn)榇嬖谳^大的記憶效應(yīng)、自放電等問(wèn)題,在動(dòng)力電池領(lǐng)域的應(yīng)用漸漸變少。現(xiàn)階段主流的動(dòng)力電池基本為鋰離子動(dòng)力電池,可從正極材料加以區(qū)分,目前成功商用的正極材料主要有錳酸鋰、鈷酸鋰、磷酸鐵鋰以及三元材料,其中三元材料又分為鎳鈷錳酸鋰和鎳鈷鋁酸鋰兩種,此外還有鈦酸鋰電池。不同電池在安全性、能量密度、單體標(biāo)稱(chēng)電壓、壽命、成本價(jià)格、抗低溫衰減能力、電池一致性等方面表現(xiàn)各有優(yōu)劣,對(duì)于不同類(lèi)型車(chē)輛的適用性亦有差異。比如客車(chē)等商用車(chē),就可適裝能量密度稍低的電池;但對(duì)于乘用車(chē)而言,市場(chǎng)對(duì)于穩(wěn)定安全的高能量密度電池的需求則越來(lái)越顯著。

純電動(dòng)汽車(chē)對(duì)動(dòng)力電池的要求理論上包括:能量密度與功率密度較髙,可大電流充放電,還要求具有良好的安全性、耐高溫低溫、循環(huán)壽命長(zhǎng)而且成本較低,但到目前尚沒(méi)有任意一種電池能夠滿(mǎn)足上述所有要求。

一般地,鋰離子動(dòng)力電池生產(chǎn)環(huán)節(jié)工藝主要包括:制漿工藝、涂布工藝、裝配工藝、化成工藝。從攪拌制漿至檢驗(yàn)入庫(kù),其中經(jīng)歷了連續(xù)涂布、連續(xù)輥壓、連續(xù)分條制片、連續(xù)卷繞、焊集流體、滾槽焊底、注液封口、化成分容等工藝環(huán)節(jié)。電池漿料中除了直接參加電化學(xué)反應(yīng)的正極漿料和負(fù)極漿料還包括黏結(jié)劑、導(dǎo)電劑和溶劑等,其中黏結(jié)劑一般為聚偏氟乙烯(PVDF),導(dǎo)電劑為炭黑SuperP,溶劑為有機(jī)揮發(fā)性溶劑N-甲基吡咯烷酮(NMP)或水;NMP存在微毒性。同時(shí)鋰離子生產(chǎn)線(xiàn)多采用自動(dòng)化程度較高的設(shè)備,主要包括:涂布機(jī)、對(duì)輥機(jī)、全自動(dòng)加投料系統(tǒng)、真空系統(tǒng)機(jī)組、溶劑回收系統(tǒng)、化成分容設(shè)備等十多個(gè)耗能設(shè)備,生產(chǎn)過(guò)程中功耗亦很大;而包括揮發(fā)性有機(jī)溶劑等產(chǎn)生的廢氣、制漿溶劑等產(chǎn)生的廢水、物料環(huán)節(jié)產(chǎn)生的廢棄物,需要予以關(guān)注。

動(dòng)力電池報(bào)廢環(huán)節(jié),亦需要妥善處置。如果動(dòng)力電池尚具有可用的能量存儲(chǔ)能力,可以將電池按照一定標(biāo)準(zhǔn)回收再利用,或者將大宗的退役電池組成儲(chǔ)能能源站,用于風(fēng)電光伏等清潔能源發(fā)電設(shè)備的電網(wǎng)調(diào)峰或分布式能源;例如2015年,博世、寶馬和瓦滕福公司利用寶馬純電動(dòng)汽車(chē)的退役電池,建造2MWh光伏電站儲(chǔ)能系統(tǒng)。如果動(dòng)力電池需報(bào)廢拆解,例如三元電池中的鎳、鈷、錳、鋰等的含量,基本都高于對(duì)應(yīng)金屬礦藏的普通礦品位,若能合理回收利用資源,可以節(jié)約資源以及節(jié)約開(kāi)采過(guò)程的物耗和能耗。由于現(xiàn)階段不同廠(chǎng)商的動(dòng)力電池形制各異,報(bào)廢拆解過(guò)程尚存在部分限制因素,回收再利用的經(jīng)濟(jì)性總體不理想,但伴隨動(dòng)力電池產(chǎn)品的規(guī)范化和標(biāo)準(zhǔn)化,預(yù)期未來(lái)規(guī)?;幕厥赵倮霉ぷ鲗⒛苡懈嗍袌?chǎng)空間,同時(shí)亦符合資源節(jié)約與循環(huán)利用的理念。

2、電機(jī)和電控

驅(qū)動(dòng)電機(jī)是純電動(dòng)車(chē)輛的核心部件之一,其工作特性對(duì)汽車(chē)的動(dòng)力性能至關(guān)重要。主流電機(jī)包括:直流電機(jī)、交流感應(yīng)電機(jī)、永磁電機(jī)、開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)(又稱(chēng)SR電機(jī))。

直流電機(jī)技術(shù)相對(duì)成熟,且控制系統(tǒng)簡(jiǎn)單,但因?yàn)榘惭b有電刷和機(jī)械換向器等機(jī)械結(jié)構(gòu),會(huì)磨損嚴(yán)重需要定期更換;交流電機(jī)結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單,使用和維修方便,能適應(yīng)各種復(fù)雜環(huán)境,但工作時(shí)繞組線(xiàn)圈電流比較大,溫度較高,銅損嚴(yán)重,工作效率和功率密度較低;永磁電機(jī)依靠永磁體轉(zhuǎn)子工作,減少了勵(lì)磁所帶來(lái)的損耗,散熱比較容易,結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單,維修方便,控制系統(tǒng)相對(duì)復(fù)雜、成本比較高;開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)為定、轉(zhuǎn)子硅鋼片疊壓而成的雙凸極結(jié)構(gòu),它具有結(jié)構(gòu)緊湊、效率高、可靠性好、適于大批量生產(chǎn)、成本低,但是一種新型電機(jī),技術(shù)還不夠成熟。目前純電動(dòng)汽車(chē)中釆用的多是永磁同步電機(jī)和交流異步電機(jī)等交流電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。電機(jī)的扭矩、轉(zhuǎn)速、效率特性、恒功率范圍等指標(biāo)作為驅(qū)動(dòng)電機(jī)特性的重要評(píng)價(jià)方面。

純電動(dòng)汽車(chē)的電控系統(tǒng),即包括整車(chē)控制器(VCU)及其控制系統(tǒng)、電機(jī)控制器(MCU)、電池管理系統(tǒng)(BMS),對(duì)整車(chē)的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性、可靠性和安全性等有著重要影響。

VCU也稱(chēng)動(dòng)力總成控制系統(tǒng),其根據(jù)鑰匙開(kāi)關(guān)、擋位、加速踏板行程信號(hào)、制動(dòng)踏板行程信號(hào)以及車(chē)速信號(hào)識(shí)別車(chē)輛行駛模式,基于設(shè)定的控制策略對(duì)整車(chē)動(dòng)力系統(tǒng)進(jìn)行控制,以滿(mǎn)足對(duì)車(chē)輛動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性及駕駛舒適性的要求。MCU通過(guò)接收VCU控制指令,控制電動(dòng)機(jī)輸出指定的扭矩和轉(zhuǎn)速,驅(qū)動(dòng)車(chē)輛行駛,同時(shí)具有電機(jī)系統(tǒng)故障診斷保護(hù)和存儲(chǔ)功能。BMS則針對(duì)具體需求對(duì)動(dòng)力電池取長(zhǎng)補(bǔ)短,實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)動(dòng)力電池關(guān)鍵數(shù)據(jù),估計(jì)電池工作狀態(tài),控制電池組充放電過(guò)程,提高電池能量利用效率,延長(zhǎng)動(dòng)力電池循環(huán)壽命,保證動(dòng)力電池使用安全。

電控系統(tǒng)的核心部件基本由硬件電路、底層軟件和應(yīng)用層軟件組成。從生產(chǎn)過(guò)程中看,三電系統(tǒng)物質(zhì)層面或物料使用層面消耗的資源并不多,而軟件層面的技術(shù)開(kāi)發(fā)則是產(chǎn)品的重要環(huán)節(jié);從報(bào)廢環(huán)節(jié)看,三電系統(tǒng)中的電路板等各種電子元器件的妥善處理處置則值得關(guān)注,尤其是電子器件通常含有重金屬/貴金屬(如汞、鉻、銅、金、銀)和塑料或樹(shù)脂等有機(jī)組分,因而此報(bào)廢環(huán)節(jié)需要注意回收可資源化的材料,同時(shí)關(guān)注有毒有害物質(zhì)的妥善處理處置。

四、后續(xù)研究展望

純電動(dòng)汽車(chē)是目前最受關(guān)注的新能源汽車(chē)之一,使用階段的大氣污染物零排放是其最具有吸引力的特征。后續(xù)如何全面分析其間接排放、綜合評(píng)估其產(chǎn)品優(yōu)劣、評(píng)價(jià)各地鼓勵(lì)政策的實(shí)際效果、對(duì)比其他類(lèi)型新能源汽車(chē)環(huán)境效益的異同,均可作為可探討的問(wèn)題開(kāi)展研究。

(一)純電動(dòng)汽車(chē)運(yùn)營(yíng)期間以電力為唯一輸入能源,但是電力的生產(chǎn)結(jié)構(gòu)卻很復(fù)雜。我國(guó)現(xiàn)階段仍以煤電為主的電力結(jié)構(gòu),決定了純電動(dòng)汽車(chē)的使用環(huán)節(jié)仍有間接污染物排放和碳排放。評(píng)價(jià)不同地區(qū)的純電動(dòng)汽車(chē)間接排放,則需要評(píng)價(jià)各地的電力生產(chǎn)結(jié)構(gòu)和電網(wǎng)的電力分配結(jié)構(gòu);而不同類(lèi)型的純電動(dòng)汽車(chē)的完全使用成本和全生命周期評(píng)價(jià),也可作為后續(xù)的問(wèn)題進(jìn)一步研究。

(二)純電動(dòng)汽車(chē)的環(huán)境效益體現(xiàn)在運(yùn)行和使用環(huán)節(jié)。現(xiàn)階段《目錄》將新能源汽車(chē)的生產(chǎn)納入綠色債券支持項(xiàng)目范疇,本研究并未直接評(píng)估生產(chǎn)過(guò)程,而是從產(chǎn)品的實(shí)際運(yùn)行角度,評(píng)估純電動(dòng)汽車(chē)產(chǎn)品環(huán)境效益的綜合表現(xiàn)。如何評(píng)估產(chǎn)品生產(chǎn)環(huán)節(jié)的技術(shù)水平高低,可對(duì)生產(chǎn)線(xiàn)本身的技術(shù)工藝進(jìn)行評(píng)估分析,也可通過(guò)汽車(chē)產(chǎn)品性能評(píng)估生產(chǎn)技術(shù)水平。此外,純電動(dòng)汽車(chē)作為重要的耐用消費(fèi)產(chǎn)品,包括設(shè)計(jì)語(yǔ)言、外形美感、人機(jī)交互、舒適程度、互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用等方面的考察,也是衡量產(chǎn)品優(yōu)劣的重要方面。因而后續(xù)考慮可以研究如何全面綜合評(píng)估純電動(dòng)汽車(chē)產(chǎn)品生產(chǎn)。

(三)現(xiàn)階段出臺(tái)限購(gòu)政策的城市所設(shè)定的各地鼓勵(lì)推廣的新能源汽車(chē)的類(lèi)型細(xì)節(jié)并不一致,例如北京限定為純電動(dòng)汽車(chē),而其他城市基本都包括了各類(lèi)型的新能源汽車(chē),但具體是搖號(hào)配置還是可以直接申請(qǐng),不同城市亦有差異。政策導(dǎo)向的不同,將導(dǎo)致不同城市新能源汽車(chē)市場(chǎng)發(fā)展以及新能源汽車(chē)應(yīng)用的環(huán)境效益也將可能存在差異。后續(xù)可以關(guān)注各城市的新能源汽車(chē)市場(chǎng)發(fā)展變化。

(四)此外,部分使用電力的混合動(dòng)力汽車(chē)以及使用氫能等形式的燃料電池汽車(chē)的環(huán)境效益評(píng)價(jià),需要根據(jù)其技術(shù)特性作后續(xù)的探討分析。

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原文標(biāo)題:我國(guó)純電動(dòng)汽車(chē)發(fā)展現(xiàn)狀及其環(huán)境效益研究

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