电动汽车主要技术方案比较分析

电动汽车主要技术方案比较分析内容摘要：本报告选取用户成本、节油减排、技术成熟度、使用便利性、政策支持等指标，对电动汽车主要技术方案作了综合比较。比较结果表明，除微混技术较为成熟外，其他技术方案均存在用户成本高、技术不成熟或使用不便利等障碍，这是电动汽车迟迟无法与传统汽车竞争的根本原因。立足现有基础，建议推广微混技术，尝试在城市地区发展轻混汽车、在农村地区发展低配置的纯电动汽车。关键词：电动汽车，技术方案，混合动力电动汽车指全部或部分由电机驱动的汽车，主要类型包括混合动力汽车（HEV）、纯电动汽车（BEV）、燃料电池汽车（FCEV）。我国已经掀起了一股“电动汽车热”，不少地方政府宣布大力发展电动汽车产业，汽车制造企业竞相推出电动汽车车型，似乎已经处于大规模产业化发展前夜，即将实现我国汽车产业的“弯道超车”。一个产业能否市场化发展，要看产品能否被市场接受，这与多个因素有关。本报告选取用户成本、节油减排、技术成熟度、使用便利性、政策支持等指标，对电动汽车（轿车）主要技术方案作综合比较，为进一步制定政策提供参考。一、用户成本比较用户对车辆成本的感受，首先是购置成本，其次是使用成本。（一）购置成本参考国内外相关车型售价，目前电动汽车的购置成本高于动力性能相当的燃油汽车，而且随着电机功率提高，与燃油汽车的购置成本差距逐步拉大。微混汽车仅增加起停系统，成本增加不多，售价比改装前高1万元以内，占中低档汽车的5%左右。轻混汽车成本增加4万元左右，如长安杰勋混合动力版售价14万元，比普通版高约4万元。全混汽车成本增加8万元左右，如凯美瑞混合动力汽车整体价位比汽油版凯美瑞高约8万元。可充电混合动力汽车成本增加10万元左右，如比亚迪F3DM售价（不考虑政府补贴）比1.6升排量的自动档F3高出9万元。纯电动汽车购置成本比燃油汽车高10万元以上，如比亚迪E6预计售价比1.6升排量的自动档F3高出22万元。（二）使用成本使用成本仅考虑耗油、耗电和更换电池，一般性的维修费用不计算在内。1.轻混、微混和全混汽车。微混汽车、轻混汽车与百公里油耗8升的燃油汽车作对比，全混汽车与百公里油耗12升的中级汽车作对比，按微混汽车节油8%、轻混汽车节油25%、全混汽车节油40%、全使用期不换电池计算，上述三种混合动力汽车行驶60万公里比同档次燃油汽车节约的成本如表1所示。表1微混/轻混/全混汽车比同档次燃油汽车全使用期节约的成本（单位：万元）油价（元/升）5.05.56.06.26.46.66.87.08.09.010.0微混1.92.12.32.42.52.52.62.73.13.53.8轻混6.06.67.27.47.78.08.28.49.610.812.0全混14.415.817.317.918.419.019.620.223.025.928.82010年12月22日价格油价调整后，93号汽油全国平均价格约为6.8元/升，微混/轻混/全混汽车全使用期节省的油费，弥补购置成本后都有盈余。大约行驶30万公里，节约的油费可以弥补较高的购置成本。2.可充电混合动力汽车和纯电动汽车。可充电混合动力汽车以F3DM为例（完全用充入的电能行驶，全使用期换电池2次计8万元），纯电动汽车以E6为例（全使用期换电池1次计15万元），对比百公里油耗8升的燃油汽车，行驶60万公里比同档次燃油汽车节约的成本如表2所示。在油价6.8元/升、电价0.5元/度的情况下，可充电混合动力汽车全使用期节约的成本可以弥补较高的购置成本，大致行驶到30万公里时盈亏平衡；纯电动汽车全使用期节约的成本无法弥补较高的购置成本。若电价维持0.5元/度，油价升至9元/升，纯电动汽车全使用期节约的成本才可以弥补较高的购置成本。但随着电价上升，可充电混合动力汽车和纯电动汽车的使用成本将提高。表2　可充电混/纯电动汽车比同档次燃油汽车全使用期节约的成本（单位：万元）油价(元/升）电0.5元/度电0.6元/度电0.7元/度电0.8元/度可充电混纯电动可充电混纯电动可充电混纯电动可充电混纯电动5.513.66.012.64.911.73.810.72.86.016.08.415.07.314.16.213.15.26.217.09.416.08.315.07.214.16.16.417.910.317.09.216.08.215.07.16.618.911.317.910.217.09.116.08.06.819.812.218.911.217.910.117.09.07.020.813.319.412.118.911.017.910.08.025.618.024.616.923.715.822.714.89.030.422.829.421.728.520.427.520.010.035.227.634.226.533.325.432.324.4二、节油减排比较对微混、轻混、全混汽车来说，减排效果基本等于节油效果。可充电混合动力汽车若完全用充入的电能驱动，则和纯电动汽车一样，替代燃油的作用显而易见，但减排效果计算较为复杂，本文在不考虑产品制造过程的排放的情况下，仅从使用环节对比“发电、输电、行驶”和“炼油、储售、行驶”的排放。（一）微混、轻混和全混汽车对比百公里油耗8升的燃油汽车，微混汽车按节油8%计算，全使用期节油3840升，尾气排放大致上减少8%；轻混汽车按节油25%计算，全使用期节油12000升，尾气排放大致上减少25%。全混汽车对比百公里油耗12升的燃油汽车，节油按40%计算，全使用期节油28800升，尾气排放大致上减少40%。根据中石化、中石油2010年1季度加工原油的数据，1吨原油生产汽油251升。微混汽车节省的3840升汽油对应15.3吨石油，轻混汽车节省的12000升汽油对应47.8吨石油，全混汽车节省的28800升汽油对应114.7吨石油。（二）可充电混合动力汽车和纯电动汽车可充电混合动力汽车若完全用充入的电能行驶，则和纯电动汽车一样，都是以电能代替燃料，几乎不消耗石油（油发电比重很低）。根据公开统计数据，按煤电占78%、其他电能占22%，火电厂平均发电效率为40.24%、平均厂用电率为6.8%、综合发电效率为37.5%，1吨标准煤可发电3047.9度，输电效率为7.38%计算，1吨标准煤所发电量最终能有2823度用以驱动汽车。可充电混合动力汽车按百公里耗电16度计算，全使用期共需标准煤26.5吨，排放二氧化碳69.4吨、二氧化硫0.23吨、氮氧化物0.20吨。纯电动汽车按百公里耗电18度计算，全使用期共需标准煤29.8吨，排放二氧化碳78.1吨、二氧化硫0.25吨、氮氧化物0.22吨。百公里油耗8升的燃油汽车，按每升汽油燃烧排放2.7千克二氧化碳计算，全使用期排放二氧化碳129.6吨。参考部分国内炼油厂公布的数据，炼油效率按94%计算，散装液化石油产品接卸、储存、运输、零售损耗估计为1.5%（国标GB11085-89），综合效率为93.6%。考虑炼油排放和储运损耗后，一辆百公里油耗8升的燃油汽车全使用期排放二氧化碳147.3吨。因此，可充电混合动力汽车和纯电动汽车均比性能相当的燃油汽车减排二氧化碳50%左右。三、技术成熟度比较我国政府在电动汽车领域给予了持续的研发支持，20年攻关取得了很大的成就，整车技术已基本掌握，部分技术处于世界领先水平。但是，电控系统、电机的部分核心零部件仍然依赖国外，动力蓄电池技术还有待突破，技术问题是我国电动汽车行业发展的一大障碍。微混汽车使用的电控起停技术比较简单，我国已经掌握。其他技术方案使用的驱动电机，我国已自主开发了永磁无刷电机、交流异步电机和开关磁阻电机，但关键元器件需要进口，不能完全国产。控制系统也是如此，大功率控制元件依赖国外。全混汽车使用的动力耦合装置的核心技术掌握在日本丰田等少数企业手中，并已确立了垄断优势，我国汽车企业还没有能力制造，要进入这个市场难度很大。动力电池相当于传统汽车的发动机，是电动汽车最核心的部件。动力蓄电池在全球范围内依然存在技术障碍，电池寿命和能量密度还不能达到与传统汽车媲美的程度。工信部发布的《新能源汽车生产企业及产品准入管理规则》的附件“新能源汽车技术阶段划分表（2010年12月31日前适用）”中，锂电池尚未被列为成熟阶段产品，只能在指定区域生产与销售。燃料电池技术还不成熟，但我国与国外先进技术的差距正在缩小。对此，中国汽车工业协会常务副会长兼秘书长董扬认为：“中国的新能源汽车技术与国外的技术相比，实际上仍然有差距。目前中国没有一家企业能够生产动力电池的隔膜，生产隔膜的技术和装备都掌握在西方国家手中。另外，电机和控制方面系统中的整合元器件全靠进口。”中国工程院院士、世界电动车协会主席陈清泉认为：“现在国内企业自主创新的力度很大、进步也很快，但在电机、电子、电池技术上还要加强；理论、设计技术跟外国是一样的，但是在材料、工艺上还是有差距。”十家大型汽车企业联合成立的“电动汽车产业联盟T10”认为，我国新能源汽车研发和产业化与国外先进水平还有较大差距；研发投入长期不足，高端技术尚有一定差距；产品缺乏充分试验验证与改进，在高端技术和产业化方面与国际先进水平存在较大差距；关键零部件的产业链尚未形成，大部分关键原材料、零部件及制造装备依赖进口，基础设施建设的规划和投入尚不明确；标准体系的完整性和实用性有待提高。四、使用便利性比较汽车使用是否便利，与续驶里程长短、能量补充方式与时间、基础设施多寡有关。（一）续驶里程与能量补充微混、轻混、全混汽车依靠燃油行驶，只加油不充电，与传统汽车一样，加满一箱油5分钟左右，续驶里程大多超过500公里。可充电混合动力汽车的电池容量不大，单靠电池一般能支持50～100公里，如比亚迪F3DM纯电动方式续驶里程为100公里，但加上内燃机和油箱系统，续驶里程和传统汽车相差不多。F3DM在家用电源上慢充需要9小时，专用充电站快充10分钟可充电50%左右。纯电动汽车的续驶里程决定于电池容量，已发布车型大多大于150公里，家用电源上充满电一般在8小时以上，在专业设备上快充10～20分钟可充电70%左右。氢燃料电池汽车的燃料载运技术仍未完美解决，高压储气罐、储氢合金的携带量都不够大，-253℃液态储运则需要消耗大量能量维持低温，而且氢气极易透过储藏装置的外壳逃逸，续驶里程达不到燃油汽车的水平。（二）基础设施微混、轻混、全混汽车在加油站加油，对基础设施的依赖与传统汽车一样。可充电混合动力汽车需要装有充电接口的固定停车场地，沿路需要有充电站。当然加油也可以，但一旦充入的电能耗尽，将运行在低效率状态。纯电动汽车需要装有充电接口的固定停车场地，沿路需要有充电站。氢燃料电池汽车需要有足够数量的加氢站。按照每辆电动汽车一次充电续驶100公里计算，全国公路总里程为386万公里（2009年），要让行驶在公路网上的电动汽车没有后顾之忧，至少需要修建3.86万个充电站。按照每个充电站设备投资30万元计算，建设覆盖全国的充电站网络仅设备耗资将达115.8亿元。如果要达到与燃油汽车相仿的便利程度，也就是充电站数量达到目前10万座加油站的三倍（快充比加油慢3倍），纯设备投资就超过900亿元。加上地价和建筑成本，基础设施投入巨大。以下南方电网的例子足以说明问题。2009年12月底，南方电网投资1051.5万元建成的大运中心充电站开始启用，该站可同时容纳12辆电动车充电。区区12个充电位，投资1000多万元，说明基础设施建设还有很长的路要走。目前，电网公司正在推进充电站建设，一些地方政府和汽车企业也在积极建设充电站，但都还处于起步阶段。加氢站建设还没有提上日程。五、现行政策比较对于尚不能完全市场化竞争的产品来说，除了同行竞争外，竞争环境还包括各技术方案之间的政策支持竞争，尤其是在发展初期，政策支持非常重要。目前，国家对电动汽车的支持政策主要分为两部分，一是支持技术研发，二是需求鼓励政策。“十五”期间，燃料电池领域获得的研发经费最多。“十一五”期间，通过“节能与新能源汽车专项”，混合动力汽车的研究经费所占比重增加。近两年对可充电混合动力汽车和纯电动汽车