纯电动汽车技术发展现状与问题

目前市场上主要采用铅酸电池、镍氢电池和锂电池作为动力电池，它们的实际性能指标和市场平均价格见表3-1-1。根据实际装车时的循环寿命和市场价格，可估算出纯电动汽车从各种动力电池上每获得1kW·h电能所付出的费用。

表3-1-1 各种动力电池的主要性能/价格参数

计算时，假设：

①动力电池最高可充电荷电状态（SOC）为90%，放电截止SOC为20%，即实际可用的动力电池容量仅占总容量的70%。

②由电网供电价为0.5元/kW·h。

③动力电池的平均充放电效率为75%。

可知，虽然从电网取电仅需0.5元/kW·h，但充入动力电池，再从动力电池取出，铅酸电池每获得1kW·h电能，价格为3.05元左右，其中2.38元为动力电池折旧费，0.67元为电网供电费，而从镍氢电池中每获得1kW·h电能，费用为9.6元，锂电池为10.2元，即后两种先进动力电池供电成本是铅酸电池的3倍多。

目前国内市场上用柴油机发电，价格大致为3元/kW·h，若用汽油机发电，则供电价格估计为4元/kW·h，即从铅酸电池获得电能的价格大致和柴油机发电价格相等，仅从取得能量的成本来考虑，采用铅酸电池比汽油机驱动有一定价格优势。但是铅酸电池太过笨重，充电时间又长，因此只被用于车速低于50km/h的各种场地车、高尔夫球车、垃圾车、叉车及电动自行车。实践证明，铅酸电池在这一低端产品市场仍具备一定的竞争力和实用性。

镍氢电池的主要优点是相对寿命较长，但是由于镍金属占其成本的60%，导致镍氢电池价格居高不下。锂电池技术发展很快，其比能量由100W·h/kg逐步增加到180W·h/kg，比功率可达2000W/kg，循环寿命达3000次以上，其中钛酸锂电池可达10000次以上，工作温度范围达-40～55℃。

近年来，由于磷酸铁锂电池的研发获得重大突破，动力电池的安全性和可靠性得以大幅提高。目前已有许多发达国家将锂电池作为纯电动汽车用动力电池的首选。未来，纯电动汽车技术发展与产业化要解决的问题主要包括：

1）选择和确定纯电动汽车的充电模式。目前各国针对纯电动汽车充电形成了两种技术方案：一种是更换动力电池，另一种是使用可插入电源。充电模式不仅涉及技术路线和标准制定，更重要的是会影响纯电动汽车的产业组织和商业模式。动力电池更换与插入式充电相比，一方的优势正是另一方的缺陷，因此需要权衡利弊。随着动力电池技术和充电技术的发展，两者的优势对比也会不断发生变化。

采用动力电池更换充电模式，整车和动力电池的所有权分离。雷诺公司采取这种模式与美国电动汽车服务提供商Better Place公司开展合作，推广纯电动汽车动力电池更换技术。在合作过程中，雷诺致力于供应纯电动汽车，而Better Place公司则着手建造和运营充电站和动力电池更换站网络。车载动力电池电量将要耗尽时，车主可以驾车到充电站，更换另一套已充好电的动力电池。在充电站，机械手自动更换动力电池包，方便快捷。但是这种模式要求所有纯电动汽车动力电池的形状、尺寸和布置完全一致。近几年，Better Place公司先后与丹麦、澳大利亚、美国、日本、加拿大、以色列等国的相关部门和企业展开了合作。(www.xing528.com)

更换动力电池的优势：

能利用大公司的资本和网络，集中建设动力电池专业更换站，有效解决充电网络和充电时间的难题。

通过动力电池运营企业的专业设备和维护，可以提升动力电池充电的规范性和安全性，有利于稳定动力电池性能并延长使用寿命。

通过整车和动力电池分离，能大大降低消费者的购车成本，有利于纯电动汽车的快速推广。

外接电源充电模式可通过家用电源和专业快速充电设施两种方案解决充电问题。外接电源充电的优势在于方便灵活，消费者只要在有电力供应的地方就都能为纯电动汽车充电，出行方便。

从汽车厂商的角度考虑，只提供不装动力电池的裸车，就有可能失去核心部件（动力电池）及充电领域控制权，这会减弱其对汽车产业链的控制力，进而沦为纯电动汽车产业链的配角，此外拿到的政府补贴也较少。因此，尽管更换动力电池模式具有一定优势，但除在商用车上有所试验外，在乘用车领域很难获得汽车整车企业的全力支持。

2）提升动力电池性能，缓解消费者“里程焦虑”。“里程焦虑”是制约纯电动汽车发展的重要因素。“里程焦虑”指续驶里程较短而使消费者出行的顾虑增加，这是除动力电池在极端温度下的容量保持和安全等技术性问题外，影响纯电动汽车商业化的重要因素。据调查数据显示，世界各地消费者对纯电动汽车的要求基本一致，即一次充电续驶里程达到300km，充电时间最好不超过2h。即使纯电动汽车在技术上不存在问题，各大厂商还是将插入式油电混合动力汽车作为商业化的重点，通过引入燃油发动机来缓解“里程焦虑”问题。

以磷酸铁锂为正极材料的锂电池技术的发展，使动力电池在能量密度等性能指标上有了很大提升，成为锂离子动力电池的主要类型。亚洲企业在车用电池领域有绝对优势，北美和欧洲汽车企业大多采购日本、韩国和中国的动力电池。例如日产聆风采用的薄型化锂电池模块，由日产与NEC合资的AESC汽车能源公司生产供应。通用Volt主要配装韩国LG化学公司生产的动力电池。日本松下公司90亿美元并购三洋公司后，使日本在镍氢电池和锂电池领域的主导地位进一步加强。

3）如何降低纯电动汽车的生产成本和销售价格。无论插电式混合动力汽车还是纯电动汽车，降低成本都是企业的关注重点之一。纯电动汽车主要成本源于动力电池。目前推出的纯电动汽车价格大多在2.5万～3万美元之间，其中动力电池成本大致占1/3。即使有政府补贴，对于大部分消费者来说，也很难接受。从近两年动力电池研发情况看，未来几年内，车用锂离子动力电池的价格有可能下降至消费者可接受水平。2010年，纯电动汽车用快充锂离子动力电池价格为800～1000美元/kW·h，按照目前美国汽油和电力的价格变化趋势，当车用动力电池价格下降到200～300美元/kW·h时，纯电动汽车使用成本将与传统汽车相当。根据美国能源部预测，2020年全球动力电池单位成本有望下降到300美元，到2030年进一步下降到100美元。另据世界银行预测，到2020年，动力电池单元成本和动力电池组成本将分别下降65%和40%，届时动力电池成本将从2010年的800美元/kW·h下降至325美元/kW·h。

但是，大规模普及纯电动汽车，仅靠动力电池价格下降是不够的，其他零部件成本也要相应降低。要使纯电动汽车在短期内对消费者具有足够的吸引力，如何快速降低其生产成本和销售价格，将成为影响纯电动汽车产业化进程的重要因素。

4）推进纯电动汽车全球统一标准的制定。对于纯电动汽车的商业化推广，统一标准成为关键问题。美国、欧洲、日本都在试图将本地标准体系上升为国际标准，以达到占据世界纯电动汽车发展主导地位、进而改变自己和竞争对手的成本对比情况的目的。标准是企业开展合作和加快拓展国际市场的重要基础，出台统一的纯电动汽车生产、充电等标准体系，对于世界主要地区协同互动推进纯电动汽车产业至关重要。