电动汽车结构·原理·应用(第二版)
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1.2 发展电动汽车的意义

1.2.1 发展电动汽车与节约能源

目前全世界汽车保有量约8亿辆,并以每年3000万辆的速度递增。预计到2020年,全世界汽车保有量将达到12亿辆,主要增幅来自发展中国家。

我国汽车产销量保持快速增长。据中国汽车工业协会统计,2016年我国汽车产销量再创历史新高,全年汽车产销量分别为2811.9万辆和2802.8万辆,比2015年同期分别增长14.5%和13.7%,高于2015年同期11.2%和9.0%。

作为能源消费大国,我国的石油资源短缺。我国的石油储备量占世界的3%,但是用油量却要占世界的11%,目前石油进口量以每年两位数字的百分比增长。2016年石油进口量攀升13.6%,达到3.81亿吨。世界能源组织警示:一个国家每年进口石油如果超过5000万吨,它就必须考虑进口石油对国家经济、政治的影响;一个国家每年进口石油如果超过1亿吨,这个国家就必须动用政治、经济、军事、外交等一切力量,来确保石油的安全进口。

电动汽车可以大幅度、直至100%地减少石油消耗,新能源汽车的发展将成为改变国家能源结构、实现节能目标的重要战略支撑点。如果电动汽车全面替代传统汽车,将会使我国获得2倍以上的能源自由度,进而为经济可持续发展提供充足动力。

1.2.2 发展电动汽车与环境保护

交通能源消耗是造成局部环境污染和全世界温室气体排放的主要原因之一。调查研究表明,平均而言,大气污染的42%来源于交通运输。二氧化碳、碳氢化合物、氮氧化合物、二氧化硫、PM2.5等空气的污染物主要来自于汽车尾气,其中氮氧化合物约占60%,这些污染物是造成光化学污染、酸雨、全世界变暖等方面的主要原因。随着能源消耗的逐年增加,二氧化碳的排放量也将增加,目前二氧化碳排放中25%来自于汽车。近年来我国的汽车行业发展迅速,已成为仅次于日本的世界第二大汽车生产国和第一大汽车消费国。汽车排放的污染已经成为城市大气污染的重要因素,我国的二氧化碳排放目前已居全世界第一,减排二氧化碳的压力将越来越大。

纯电动汽车是零排放,无污染。电动汽车和传统的汽车相比污染物排放可以减少,电动汽车是一种清洁型汽车。尽管电动汽车本身是清洁的,但为给电动汽车的蓄电池充电,发电厂发电的过程中却有可能产生空气污染和固体废弃物。如果发电厂是用清洁能源发电,如太阳能发电或水力发电,则其污染物排放是微乎其微的。但如果发电厂使用传统燃料进行燃烧发电,就会产生污染。但是,从某种意义上讲,在发电厂控制污染要比对每一辆车分别控制污染容易些。同时,发电厂经常位于空气污染严重的城市中心以外。

随着清洁能源的发展,煤电比例逐年减少,可以有效解决电动汽车间接碳排放的问题。当前,我国煤电约占发电总量的80%。据研究,当煤电比例占87%时,电动汽车和传统汽油车的碳排放已经达到平衡点;当煤电比例降至65%时,与传统汽车相比,电动车会实现30%的碳减排。

1.2.3 发展电动汽车与《中国制造2025》

《中国制造2025》是我国政府实施制造强国战略第一个十年的行动纲领。《中国制造2025》提出,坚持“创新驱动、质量为先、绿色发展、结构优化、人才为本”的基本方针,坚持“市场主导、政府引导,立足当前、着眼长远,整体推进、重点突破,自主发展、开放合作”的基本原则,通过“三步走”实现制造强国的战略目标:第一步,到2025年迈入制造强国行列;第二步,到2035年中国制造业整体达到世界制造强国阵营中等水平;第三步,到新中国成立100周年时,综合实力进入世界制造强国前列。

1.2.3.1 汽车产业是制造强国战略的必然选择

《中国制造2025》提出,到新中国成立100周年时进入世界制造强国前列。从制造强国看,汽车产业以其在国民经济中的重要地位和对经济增长的重要贡献被列为国家的战略性竞争产业。以汽车为代表的第二次工业革命延续了百余年,德国、美国、日本等制造强国也无一不是汽车强国。当前,以第三次工业革命为背景,全世界技术创新与经济复苏日趋活跃,汽车产业又是第三次工业革命涉及的数字化、网络化、智能化以及新能源、新材料、新装备等技术创新最全面、大规模的载体与平台,因此再次成为工业革命和工业化水平的代表性产业。

无论是从创新驱动发展,还是从国民经济的可持续健康发展,具有大规模效应与产业关联带动作用的汽车产业都应是战略必争产业。我国汽车工业增加值占GDP的比重仅为1.53%,与汽车强国4%的水平存在较大差距,其原因就是我们的产业链低端,是制造而非创造,因此汽车工业做强将为国民经济发展发挥更重要的作用。同时,汽车工业极强的产业关联与带动性,也是我国制造业技术创新水平的集中体现。

1.2.3.2 新能源汽车是汽车制造强国的必由之路

欧洲、美国、日本等国家和地区都已提出了汽车低碳化、电动化、智能化的发展目标,并通过加强技术创新、跨产业协同融合等规划,加快推动实现汽车产业在新一代信息技术、清洁能源技术发展大背景下的转型和变革。

低碳化方面,主要汽车发达国家基本都提出了乘用车燃料消耗量2020年达到5L/100km、2025年达到4L/100km左右的目标。

电动化方面,在各国政府的积极推动和主要汽车制造商的努力下,基于动力电池技术进步和成本降低,全世界汽车电动化进程不断加快,2016年全世界电动汽车销量达200万辆。据国际能源机构预测,到2030年,电动汽车将占世界汽车销量的30%。

智能化方面,世界先进国家已将汽车产业的发展蓝图确定为要实现基于网络的设计、制造、服务一体化的数字模型。如德国工业4.0清晰地定义了基于互联网的智能汽车、设施及制造服务的信息物理融合系统,以及明确了从汽车机电一体化到智能驾驶信息物理融合推进时间表。欧盟计划到2050年形成一体化智能和互通互联汽车的交通区。

汽车产业肩负着改善交通、保护环境、节约能源等的重要责任,我国汽车产业发展节能与新能源汽车,实现低碳化、电动化、智能化发展刻不容缓。从我国汽车产业的现状看,依据汽车产业的现有基础、在国家战略性新兴产业与节能减排法规的促进下,经过“十三五”期间的扎实推进与重点突破,有可能在“十四五”形成低碳化、信息化、智能化的节能与新能源汽车优势领域。

《中国制造2025》提出将“节能与新能源汽车”作为重点发展领域,明确了“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、驱动电动机、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整工业体系和创新体系,推动自主品牌节能和新能源汽车与国际先进水平接轨”的发展战略,为我国节能与新能源汽车产业发展指明了方向。

1.2.3.3 新能源汽车产业发展的战略目标

工信部网站权威发布,《中国制造2025》规划系列解读之“推动节能与新能源汽车发展”,对此重点领域的发展规划进行了详细解析。

(1)纯电动汽车和插电式混合动力汽车

①产业化取得重大进展 到2020年,自主品牌纯电动和插电式新能源汽车年销量突破100万辆,在国内市场占70%以上;到2025年,与国际先进水平同步的新能源汽车年销量300万辆,在国内市场占80%以上。

②产业竞争力显著提升 到2020年,打造明星车型,进入全世界销量排名前10,新能源客车实现批量出口;到2025年,2家整车企业销量进入世界前10。海外销售占总销量的10%。

③配套能力明显增强 到2020年,动力电池、驱动电动机等关键系统达到国际先进水平,在国内市场占有率达到80%;到2025年,动力电池、驱动电动机等关键系统实现批量出口。

④逐步实现车辆信息化、智能化 到2020年,实现车-车、车-设施之间信息化;到2025年,智能网联汽车实现区域试点。

(2)燃料电池汽车

①关键材料、零部件逐步国产化 到2020年,实现燃料电池关键材料批量化生产的质量控制和保证能力;到2025年,高品质关键材料、零部件实现国产化和批量供应。

②燃料电池堆和整车性能逐步提升 到2020年,燃料电池堆寿命达到5000h,功率密度超过2.5kW/L,整车耐久性到达15万千米,续驶里程500km,加氢时间3min,冷启动温度低于-30℃;到2025年,燃料电池堆系统可靠性和经济性大幅提高,和传统汽车、电动汽车相比具有一定的市场竞争力,实现批量生产和市场化推广。

③燃料电池汽车运行规模进一步扩大 到2020年,生产1000辆燃料电池汽车并进行示范运行;到2025年,制氢、加氢等配套基础设施基本完善,燃料电池汽车实现区域小规模运行。

(3)节能汽车 到2020年,乘用车(含新能源乘用车)新车整体油耗降至5L/100km,2025年,降至4L/100km左右。到2020年,商用车新车油耗接近国际先进水平,到2025年,达到国际先进水平。

(4)智能网联汽车 到2020年,掌握智能辅助驾驶总体技术及各项关键技术,初步建立智能网联汽车自主研发体系及生产配套体系。到2025年,掌握自动驾驶总体技术及各项关键技术,建立较完善的智能网联汽车自主研发体系、生产配套体系及产业群,基本完成汽车产业转型升级。