中国混合动力轿车技术发展现状及市场发展前景分析报告(节选)
混合动力轿车为我国汽车工业赶上发达国家提供了良机,我国颁布实施的汽车产业发展政策对于新能源汽车的发展提出了较为完整的发展战略、方针和目标,也放到了一个非常突出的位置。现在,包括清洁柴油、混合动力以及乙醇、甲醇、二甲醚、生物柴油、(液化、压缩)天然气、液化石油气等各种替代能源都有企业涉及,国家也投入了巨额研发资金,但是还没有哪种技术实现产业化。从技术、节能减排效果、产业化能力等诸多方面考虑,混合动力具备了传统内燃机和电动机的优势,将在较长一段时间内占据优势。
本报告首先分析了全球混合动力轿车产业的发展概况,分别介绍了日本、美国以及其他国家和地区的混合动力轿车产业的发展概况。接着对我国混合动力轿车的发展做了研究、分析了我国混合动力轿车的发展历程,介绍了行业的发展状况,比较分析了混合动力轿车的驱动情况,重点分析介绍了混合动力轿车的技术发展现状,接着对国内外重点混合动力轿车企业的技术发展做了研究,分析了其他新能源轿车的技术发展及竞争情况,最后对混合动力轿车的发展前景做了分析并给出了独家的权威的发展建议。
第二章中国混合动力轿车产业发展研究
第一节混合动力轿车产业的内涵及特征
1.混合动力轿车产业内涵
在一辆汽车上同时配备电力驱动系统和辅助动力单元(APU),其中APU是燃烧某种燃料的原动机或由原动机驱动的发电机组,目前HEV所采用的原动机一般为柴油机、汽油机或燃料轮机。将产生动力的部件与电能储存远见以不同的方式结合起来,可以形成不同类型的混合动力汽车。
2.混合动力轿车产业特征
较之纯电动汽车,混合动力汽车具有如下特点:
可以最大限度发挥内燃机汽车和纯电动汽车的双重优点
由于有原动机作为辅助动力,电池的数量和质量可减少,因此汽车自身重量可以减少
辅助动力单元的选用使汽车的续驶里程和动力性能可以达到内燃机汽车的水平
借助原动机的动力,可带动空调、真空助力、转向助力及其他辅助电器,不需要消耗电池组有限的电能,从而保证了驾车和乘坐的舒适性。
较之内燃汽车,混合动力汽车有如下特点:
①虽然内燃机会有排放产生,但由于其排量小,主要工作在最佳工况点附近,而大大减少了汽车变工况时的排放,再由于可回收制动能量,可使混合动力汽车成为较低排放的节能汽车。
②在人口密集的商业区、居民区和游览区等地混合动力汽车可以关闭辅助动力单元,由纯电力驱动,成为零排放的电动汽车
③可通过电动机提供动力,因此可配备功率较小的发动机,并可通过电动机回收汽车减速和制动时的能量,进一步降低了汽车的能量消耗和排污。
第二节中国混合动力轿车产业的发展历程
混合动力汽车的兴起,全球看来不过十年,而在我国开始的时间更短。我国汽车生产企业和科研机构资金、技术力量相对分散,使得混合动力车研发上显得单薄,被认为是低投入、低水平的建设,很是需要系统规划的引导。尽管如此,我国自主品牌的研制开发速度还是比较乐观的。奇瑞汽车成立国家节能环保汽车工程技术研究中心,于2006年推出了节油7%-10%的混合动力轿车,接着在去年推出节油32%的混合动力轿车;东风电动车辆股份有限公司刚刚研发成功东风混合动力公交车,同年7月27日完成了最终产品的定型样车试验并通过验收,号称我国第一代混合动力汽车商品车;长安集团加快了混合动力汽车的下线准备,研制的具有完全自主知识产权的羚羊混合电动车已产出样车,很快首款混合动力汽车就将上市。
第三节国外混合动力轿车行业发展轨迹综述
1.国际混合动力轿车行业发展历程
20世纪90年代以来,随着世界各国对改善环境的呼声越来越高,各式各样的电动汽车脱颖而出。虽然人们普遍认为未来是电动汽车的天下,但是目前的电池技术阻碍了电动汽车的推广与应用。由于蓄电池的能量密度与汽油相比差上百倍,远未达到人们要求的数值,专家估计10年内电动汽车还无法取代燃油发动机汽车(除非燃料电池技术有重大突破)。现实迫使工程师们想出一个两全其美的办法,即开发一种混合动力装置的汽车(Hybrid—ectricVehicle,HEV)。所谓混合动力汽车是指拥有2种不同动力源的汽车,这2种动力源在汽车的不同行驶状态(如起步、低中速、高速、匀速、加速、减速或者制动等)下分别工作,或者一起工作。通过这种组合可以减少燃油消耗和尾气排放,从而实现省油和环保的目的。由于能量利用率由原来的60%~70%提高到95%以上,汽车的热效率可提高10%以上,废气排放可改善30%以上。
事实上,混合动力并非今天的新技术,也不是首创于汽车行业,它最早出现干柴油机和电动机混合的动力潜艇。直到1898年,斐迪南·保时捷才打造出世界上第一辆混合动力汽车。1990年,日本汽车厂商使混合动力技术得到快速发展,由丰田公司和日野公司共同研发的FCHV--2公交车是首辆获得日本土地、基础设施和交通部批准的燃料电池混合动力公交车。20世纪90年代初以来,混合动力客车的开发也得到欧洲等许多发达国家的高度重视,已取得一些重大成果。自美国2004年第一辆混合动力公交车在西雅图投入运营以来,柴油一电力混合动力公交车在美国其他城市越来越受欢迎,使用也越来越普遍。
目前世界各国都在积极推进混合动力公交客车的开发和运营。美国纽约在1998年提供首批10辆BAE-Ori—on串联式混合动力公交客车的示范运营,目前有超过500辆此类客车在纽约、多伦多和旧金山等城市应用。在西雅图通用公司首先推出了GMAllison并行式混合动力公交客车进行运营,目前;有400余辆车在包括休斯顿、纽约、洛杉矶、西雅图等超过28个北美城市运行,今年该公司已获美国境内各城市超过1500台订单。在日本,丰田、本田等汽车业巨头都投入巨大了人力和财力发展混合动力公交客车,并已经推广数款车型。插电式混合动力技术是混合动力技术的新趋,正日益成为汽车行业的新宠。
2007年12月,第二十三届国际电动汽车会在美国加利福尼亚州召开。本田、福特、通用、丰田等多家汽车制造行业的领导者参加了此次会。国际电动车会议(EVS)是国际上电动车领域规模最大,最具影响的会议。此次会议单独设立插电式混合动力(Plug—in)主题大会,与Plug—in有关的内容超过其他议题内容,占约70%左右。在会议的首日,通用(GM)、福特以及丰田3家车厂商在“Plug—inHybridElectricVehicleworkshop”上发表演讲。随后召开了由汽车制造商、政府官员、电力公司三方参加的关于插电式混合动力车奖励销售(Incentive)的专题讨论会。以国通用为代表的一些汽车制造公司,纷纷展示了自己的研究成果,让大家看到了插电式混合动力车稳健的发展前景。这些无不预示着插电式混合动力车将是混合动力车发展的必然选择。
国际上,Plug—in的技术已颇为成熟,甚至出台了标准。相信这些标准从某种意义上讲透露了批量生产的可能性。对我国来说,是非常值得借鉴的。
2.国际混合动力轿车行业发展面临的问题
混合动力轿车会对驾驶员身体健康造成威胁,凡是混合动力车型,因其配备的电动装置,都会发出电磁辐射,这些辐射被证实会严重威胁健康,包括可能使儿童患上白血病。
另外,混合动力车的成本问题和技术问题阻碍了全球普及的速度。高价格让消费者难以埋单,丰田和本田——这两个拥有最成熟混合动力技术的厂商也无从回避。在中国上市两年以来,与2.5L皇冠售价相仿的1.5L丰田普锐斯共卖出2500辆,而本田CIVIC的混合动力车型今年1至3月销量不足百辆。
(1)成本问题
混合动力汽车绝对成本过高是目前混合动力电动汽车推广应用的主要难点,这是因为混合动力汽车除了以往的动力装置外,至少还必须安装电池,其成本不可能降至普通汽车的水准。因此,混合动力汽车技术发展的首要难题是降低成本,这也是今后有待解决的最大课题,特别是必须降低动力电池、电机驱动系统、电子控制系统等的成本。
(2)技术问题
提高汽车行驶过程中的能量再生利用效率。从汽车制造阶段着手,设计改进汽车动力系统,满足汽车再生制动回收要求,加强混合动力电动汽车的可靠性,解决动力电池的使用寿命和可靠性问题,是混合动力电动汽车推广应用的前提。
3.国际混合动力轿车行业技术发展现状
混合动力汽车的产品发展方面,日本超越其它国家,稳居世界领先地位。日本丰田汽车公司是世界上最早实现混合动力汽车产业化的企业。丰田在混和动力车研究方面居于世界绝对领先地位。通用已承认自己的混合动力车大部分专利技术都买自丰田。因此发展混合动力技术丰田目前是全球领先。
混合动力汽车采用传统发动机和高效二次电池作为动力系统,兼容机、电两方面的工作特性。它以汽油机为主动力,辅助以电动机和一系列能量回收、储存设备,将汽车制动过程中浪费的能量收集起来,转化为电能驱动汽车,使能量的利用率由原来的60%~70%提高到95%以上,可节省近一半汽油,减少一半尾气污染,而且几乎没有发动机噪音。从技术来看,目前混合动力汽车技术已经日趋成熟。有待进一步突破的关键性技术问题主要集中在能量存储装置与高效电子设备,以及完善驱动系统、控制系统等系统集成领域。其中包括了内燃机与电机最优耦合功率分配比的控制和实现、功率分配装置及其与变速器一体化的设计,电池性能的提高,电力电子器件制造成本的降低等方面。
标准的竞争已经成为新技术产业化成败的关键。丰田的重度混合动力汽车技术方案已成为其他公司参照的标准,丰田对混合动力系统制定的标准也称为其他国家或公司混合动力技术相关标准制定的依据。本田混合动力汽车的ISG方案也成为中度混合动力系统的参考标准。丰田混合动力汽车已经在中国销售。
第四节中国混合动力轿车产业各关联产业发展研究
1.锂电池将得到大规模运用
在目前混合动力车中应用的还多是传统的镍氢电池,但预计未来几年随着电池技术的发展,性能更高的锂离子电池将会得到大规模的应用。通用宣布将在2010年首先在北美发布其第一辆使用锂离子电池的混合动力系统车型;戴姆勒公司也将在2009年在S400BlueHubrid混合动力车型搭载锂离子电池,随后奔驰M系列也将搭载锂离子电池;福特希望未来3—5年锂离子电池技术能够应用在混合动力汽车中,提高汽车的燃油经济性。比较与传统电池,锂离子电池主要优势在于紧凑的尺寸以及优越的性能。整个电池的重量功率比为每公升1900瓦特(W/L)。而且,该电池具有高安培小时功率、寿命长、可靠性高等优势,即使是在非常低的温度下作业也能有出色的表现。其高度安全性与当今汽车电池所具有的不相上下。
图表 美国USABC电动车用动力电池发展目标表
| 中期指标(2000年) | 市场指标 | 长期指标(2010年) |
能源密度 | 135 | 230 | 300 |
功率密度(W/L) | 250 | 300 | 600 |
比能量(Wh/kg) | 80-100 | 150 | 200 |
比功率(W/kg) | 150 | 300 | 400 |
循环使用寿命(/80%DOD) | 600(5年) | 1000 | 1000(10年) |
工作温度范围(℃) | -30℃-65℃ | | -40℃-85℃ |
充电时间(小时) | <6 | 3月6日 | |
效率(%) | 75 | 80 | |
自放电率 | <15%/48小时 | <15%/月 | |
维护 | 不需要 | 不需要 |
根据USABC制定的动力电池中长期发展目标,美国电动车制造和电池制造也相应调整了其不同时期的发展规划。从目标规划可以看出,高性能的锂离子电池在未来美国的开发应用将得到极大的推广。
图表 美国锂离子电池发展目标表
50—60年代 | 70年代 | 90年代 | 21世纪 | |
应用领域 | 工业、民用 | 军事 | 军事、民用 | 民用电器 |
2.中国城市交通
我国城市化进程正在加快,城市交通车辆正在增多,加之我国人口众多等因素都造成我国城市交通问题尤为突出。在我国目前城市交通中存在的主要问题是,交通拥挤严重,车辆堵塞现象频繁,城市空气污染状况恶化,交通事故频繁发生。其中城市环境污染问题备受关注,而由于车辆尾气排放、车辆噪音等造成的城市环境污染已经严重影响了城市化的发展。混合动力车在降低目前污染现状,改善城市总体环境方面都具有良好的可行优势。
3.汽车替代燃料
目前汽车主要替代燃料是柴油、天然气、乙醇汽油、甲醇汽油。
柴油的优点:1、省油:同样的油耗,柴油车可比汽油车多跑约30%的里程。2、排放少:因为柴油机的省油特点,柴油车比汽油车的二氧化碳排放量少20-30%。3、动力性好:柴油机比汽油机的扭矩更大。4、工作性能高:现代柴油机由于采用先进技术,其震动和噪音远较传统的低。5、耐用:柴油机被公认为非常耐用,使用寿命远远超过汽油机。
汽车用天然气的主要成分是甲烷,其余为乙烷、丙烷、丁烷及少量其他物质,特点是热值高、抗爆性能好、着火温度高。另外,还有混合气发火界限高,适于稀燃的性能,燃烧也更完全,一氧化碳排放量要低得多。
乙醇汽油的优点:提高燃油品质;降低尾气有害排放;燃烧充分;减少积炭燃油系统自洁。
业已面世或开拓中的新型汽车替代燃料主要有:醇类(甲醇和乙醇),生物柴油,二甲醚,天然气合成油(FT柴油),以及燃料电池用氢气、甲醇和清洁汽油。压缩天然气、LPG业已在汽车燃料中较多应用,以上各种代用燃料均处于不同的应用和发展阶段,天然气的应用前景广泛。
第五节主要国家混合动力轿车发展借鉴
1.主要国家混合动力轿车动态
现代2009年将推出首款油电混合动力车
现代将于2009年推出首款油电混合动力车。售价在2300万韩圆左右(约22100美元)的Avante混合动力车,预计于2009年7月份上市,比原计划时间提前了三个月。混合动力版Avante可以用电力和液化石油气驱动。使用液化石油气驱动有助于降低尾气排放。
本田推廉价油电混合动力计划新款车09年上市
日本本田汽车公司将于2009年初在美国、日本和欧洲市场推出消费者“买得起的”改良过的新款油电混合动力车。绿色汽车,尤其是混合动力车,将是本田公司未来三年发展战略中的支柱产品。本田公司预计在2010年后的数年内,混合动力车的年销量可望达到50万辆。
丰田启动锂电池生产将推两款混合动力新车
丰田汽车将推出两款混合动力新车,并从明年开始生产锂离子电池。一款丰田品牌的混合动力车和一款雷克萨斯品牌的混合动力车在底特律车展上首发。此外,第三代普锐斯定于2009年上市。
丰田的混合动力新车将比普锐斯尺寸更大。对于再版普锐斯,丰田仍将继续采用当前一代普锐斯所用的镍金属氢化物电池。同时,期待已久的轻巧且动力强劲的锂离子电池将初次用于丰田定于2010年发售的首辆插入式混合动力车。生产丰田混合动力车电池的合资企业松下电动车能源公司将从2009年开始生产锂离子电池,初始产量将用来测试质量稳定性,量产则将从2010年开始。
2.经验借鉴
国外发展经验表明,混合动力汽车技术不仅需要大量投资,而且充满了市场风险,单纯依靠汽车厂商自身努力是不够的。因此,美国、日本、欧洲等主要汽车生产国政府都通过各种方式给予混合动力汽车大力扶持。
美国政府对混合动力汽车的研发、生产、消费等各个方面进行鼓励和扶持。从2006年1月1日起实施新的混合动力汽车购置税减免政策,该减免政策执行标准依据混动车混合强度和预计使用寿命中的节油率得不同而变化。同时各州也出台了一系列鼓励措施,如建立混动车专用车道,减免地方停车费用,地方财政减免税,全部或部分减免销售税,减免每年消费税,减少车辆登记费,车价打折,车辆排放项目免检,政府采购等。
2007年8月4日美国国会众议院通过的绿色能源法案中明确提出,通过提供贷款担保、联邦政府拨款和减税等措施支持替代能源项目,其中包括研究混合动力车先进电池研究项目。同时,美国能源部决定在2008-2009年度,拨款2000万美元加强对插入式混合电动汽车(PHEV)的先进电池研发。另外,对混合动力汽车按照油耗改善率确定减税额度的大小。混合动力汽车可以在美国任何道路上行驶。
美国混合动力税收优惠政策
车全重低于8500磅,利用再充电能源储存系统提供最大可用功率的混合动力汽车,免250-2000美元所得税。
符合机动车行驶英里数执行标准规定的轻型混合动力汽车(2000城市燃油系统以外增加125%-250%)免1000-3500美元附加税。
利用再充电能源储存系统提供最大可用功率的中型和重型混合动力汽车免一定的附加税。
使用再充电能源储存系统提供最大可用功率的使用清洁发动机的中型和重型混合动力汽车免一定的附加税。
日本政府对于混合动力汽车采取了四大激励措施,一是购买混动车年税享受2.2%减免,二是混动车和传统车相比的购置差价补贴(最高可补贴差价的50%),三是如果混动车节油率和排放实际指标比设计指标高10%,车辆年税再减少25%,如实际指标高出设计指标20%则减少50%,四是将燃油税调整至不低于油价的50%。
法国政府给予混合动力汽车消费补贴。政府规定,从2008年1月1日起,凡购买超低能耗、低排放的新能源汽车如电动汽车,可政府补贴5000欧元。反之,如果购买尾气二氧化碳排放量在160克以上的汽车,将向车主征收200至2600欧元不等的环保税。另外,葡萄牙政府对混合动力汽车减免40%的消费税。
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