1.3.2 国内外电动汽车的研发与发展现状

从20世纪90年代开始，电动汽车重新成为世界性的研究和发展热点，全球各大汽车公司都投入巨资开发自己的电动汽车，各国政府也纷纷出台政策、制定计划推动本国电动汽车的发展，以便在未来电动汽车市场中夺得先机。下面从国内外电动汽车的研发计划、技术与发展现状三个方面介绍电动汽车的研发与发展情况。

1.国内外电动汽车的研发计划

美国是汽车工业最发达的国家，汽车产量和保有量都位居世界前列，每年的石油消耗量和汽车污染物排放量也都居世界首位。为保持汽车工业的竞争力，美国政府提出了一系列电动汽车研发计划，其中最著名的是PNGV（Partnership for a New Generation of Vehicle）计划和FreedomCAR计划（Freedom Cooperation Automotive Research Partnership Plan）。1993年，美国克林顿政府提出了实施新一代电动汽车研发的PNGV计划，其组织架构如图1-7所示。PNGV计划主要由商务部（DOC）代表政府负责PNGV计划的组织协调，联合国防部（DOD）、能源部（DOE）、运输部（DOT）、环保署（EPA）、宇航局（NASA）及国家科学基金会（NSF）等联邦政府机构和三大汽车公司（通用、克莱斯勒、福特）共同组织实施，经费由联邦政府和三大汽车公司共同负担。PNGV计划开启了电动汽车技术研究的热潮，2000年，美国三大汽车公司陆续推出了各自的概念车，2004年生产出了电动汽车样车。PNGV计划所取得的成就对美国乃至全世界的电动汽车发展都具有深远的意义，显著地提升了美国汽车工业的竞争力。FreedomCAR计划于2002年由美国布什政府提出，其主要目标是：开发出无污染、燃料能量转换效率高、成本具有竞争力、燃料添加方便的燃料电池电动汽车，开发出排放达到或低于排放标准、成本具有竞争力的内燃机和电机混合动力电动汽车，2015年，美国成为全球第一个电动汽车数量过百万的国家。2016年，美国奥巴马政府宣布了推动电动汽车产业发展的一揽子计划，包括政府和科研机构等46个利益相关方共同签署了“推动电动汽车和充电基础设施建设的指导原则”，联邦政府已经以法律法规的形式确立了发展电动汽车的战略定位，并且各州政府也制定了促进电动汽车产业化的政策法规。美国拜登政府上台后，推出了一系列促进新能源汽车发展的措施，以进一步提升美国在电动汽车领域的竞争力。

欧盟各国一直高度重视温室气体排放问题，该问题也是其制定电动汽车相关发展计划的重要考虑因素，包括FP（Framework Program）系列计划、欧洲燃料电池研究发展计划、欧盟燃料电池巴士示范计划和欧洲电动汽车城市运输系统计划等。从20世纪80年代开始，欧洲共同体投入大量资金，组织多方力量，开展了多期FP计划，对“能源、环境可持续发展”进行了更加深入的研究。欧洲燃料电池研究发展计划对电力生产燃料电池、各种运输车辆和船舶用燃料电池、便携式燃料电池和偏远地区特殊用途燃料电池进行了示范应用。欧盟燃料电池巴士示范计划围绕欧洲清洁城市运输和欧洲生态城市运输系统两大项目展开，并通过大巴改装的燃料电池大客车作为示范运行车，选择了不同气候环境和不同使用条件的8个国家中的10个城市进行示范运营。欧洲电动汽车城市运输系统计划以法国雪铁龙Berlingos电动汽车为基本车型，通过建立城市运输中心进行货物和包裹的集散运输工作，选择了63辆纯电动汽车和混合动力电动汽车进行评估工作，对电动汽车城市运输系统的效率和环境影响进行评估。2008年金融危机以后，欧盟各国将汽车产业的发展重心转移到纯电动汽车领域。欧盟从不同层面颁布一系列纯电动汽车发展计划，指引欧洲各国纯电动汽车的发展。法国作为纯电动汽车研发与应用最早的国家之一，推出比较有代表性的车型是电动式标致106车型，该车已经在政府部门拥有大量的用户。2011年德国政府提出了第六能源研究计划，确立了能源发展的两大重点研究方向：“可再生能源研究”和“提高能效研究”。在这些利好政策的推动下，大众、戴姆勒-奔驰、宝马等公司进一步加大对电动汽车的技术研发投入，同时也在逐渐将纯电动汽车投放到市场中。2020年1月起，欧盟开始执行全球最严碳排法规，进一步推动了新能源汽车产业的快速发展。

日本是汽车生产大国，人均汽车保有量位居世界前列，面对石油资源极度匮乏、石油几乎全部依赖进口及能源安全的挑战，日本政府从1971年就开始制定相关政策促进电动汽车的发展。日本各大汽车公司对电动汽车的开发也十分重视，将发展电动汽车作为确保国家能源安全及提高产业竞争力的战略目标。日本的电动汽车研发计划主要有低公害汽车开发普及行动计划、JHFC示范工程（Japan Hydrogen & Fuel Cell Demonstration Project）和专项研究计划等。低公害汽车开发普及行动计划包括已处于实用阶段的低公害汽车和燃料电池电动汽车等下一代低公害汽车，处于实用阶段的低公害汽车是指压缩天然气汽车、纯电动汽车、混合动力电动汽车、甲醇汽车、低功耗且低排放的认证车这5种；燃料电池电动汽车等下一代低公害汽车是指燃料电池电动汽车和通过技术创新、采用新燃料或新技术而能减轻环境负荷的车辆。JHFC示范工程由日本经济产业省负责实施，在2002-2005年示范应用“燃料电池汽车示范研究”和“燃料电池用氢供给设施示范研究”两大工程。专项研究计划是针对电动汽车某项技术的研究计划，包括燃料电池电动汽车等电动汽车用锂电池技术、氢能利用技术、质子交换膜燃料电池系统技术等。截至目前，日本已经成为世界上电动汽车行业发展最为迅速和成熟的国家之一，其混合动力电动汽车也处于世界领先地位。

我国电动汽车的研究始于20世纪60年代，但当时的研究开发工作都是零散和小规模的，投入也很少。自1980年开始，国内开始掀起电动汽车的研究热潮，电动汽车被国家列为“八五”“九五”科技攻关项目，国内一些科研院所和生产企业相继开始研究电动汽车，并取得了一些成果。2001年，国家科技部在国家高新技术研究发展计划（863计划）中，设立了电动汽车重大专项，从国家汽车产业发展战略的高度选择新一代电动汽车技术作为我国汽车科技创新的主攻方向，并组织汽车生产企业、高等院校和科研机构进行联合攻关，以电动汽车的产业化技术平台为工作重点，力争在电动汽车关键技术、系统集成技术等方面取得突破，这对我国汽车产业发展有重大战略意义。电动汽车重大专项确定了“三纵三横”的研发布局及其组织管理模式，如图1-8所示。

“三纵”以燃料电池电动汽车（FCEV）、混合动力电动汽车（HEV）、纯电动汽车（EV）三种车型的整车为主导，“三横”是指多能源动力总成控制系统、驱动电机及其控制系统、动力蓄电池及其管理系统三种共性技术，“三纵”带动“三横”，关键材料和零部件研发紧密结合，基础设施协调发展，政策、法规和技术标准同步研究。国家科学技术部组织实施的国家重点基础研究发展计划（973计划）中，也设立了电动汽车专项，致力于氢能的规模制备、储运及相关的燃料电池基础研究。实施专项计划的目标是开发具有自主知识产权的、可持续发展的、可规模化生产的车载制氢和储氢技术，降低燃料电池的成本，有效解决燃料电池电动汽车产业化的难题，并有利于推广燃料电池的应用领域。《国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006—2020年）》分别将“低能耗与新能源汽车”和“氢燃料电池技术”列入优先主题和前沿技术；2007年发布实施《新能源汽车生产准入管理规则》，将电动汽车正式纳入国家汽车新产品公告管理；2008年北京奥运会应用了500多辆自主研发的电动汽车，发挥了大规模的示范作用。随着电动汽车重大专项实施、示范运行深入和地方政府支持，国内各大汽车厂商踊跃地组建产业联盟，也制定了电动汽车产品研发和产业化规划。与此同时，电池、电机等电动汽车关键零部件的产业化全面跟进，生产配套能力显著增强，我国电动汽车研发呈现出蓬勃发展的局面。目前，我国电动汽车研发从基础研究到关键技术，再到产业化均已全面展开，并形成了国际上规模最大的电动汽车零部件产业，已经初步建立了电动汽车的法规、标准与管理体系，为电动汽车的产业化、商业化发展奠定了基础。

2.国内外电动汽车技术与发展现状

从动力技术上来说，目前国内外开发出的电动汽车主要分为三种类型：纯电动汽车、混合动力电动汽车和燃料电池电动汽车。纯电动汽车完全由二次电池（蓄电池）提供动力；混合动力电动汽车则采用内燃机和电机两种动力，将内燃机与储能器件通过先进控制系统相结合；燃料电池电动汽车以燃料电池作为动力源，利用燃料和氧化剂在催化剂作用下直接经电化学反应产生电能。

（1）纯电动汽车（BEV）

纯电动汽车的动力源通常是可充电的蓄电池，其发展历史比较悠久。自从1881年第一辆以铅酸电池为动力电源的纯电动汽车问世以后，纯电动汽车的发展过程跌宕起伏。如今，作为解决石油资源匮乏问题和汽车对环境污染问题的最佳方案之一，纯电动汽车已被世界各国重点关注。到了20世纪90年代，纯电动汽车在美国、德国、日本等国家已有了较大的发展，世界各国很多大的汽车公司都推出了自己的产品。电动汽车性能日益完善的一个重要标志就是电动汽车的商品化，这些产品在最高时速、加速性能、驾驶安全性和舒适性等方面已接近燃油汽车水平。截至2020年年底，全球电动汽车保有量超过1000万辆。其中，450万辆在中国，320万辆在欧洲，170万辆在美国，剩余电动汽车分散在其他国家和地区。表1-2是国外研制的部分纯电动汽车的技术参数，从中可了解国外纯电动汽车的发展情况。

我国已建立了研发BEV的国家技术标准平台、测试检验平台、政策法规平台以及示范应用平台，颁布了BEV国家标准20余项，并分别在北京、天津、上海、大连等地建立了动力蓄电池公共检测中心（基地）和试验平台。目前，我国纯电动轿车和纯电动客车产品均已通过国家质检中心的型式认证试验，各项指标均满足有关国家标准和企业标准的规定。比亚迪、吉利等单位研发的纯电动轿车，整车的动力性、经济性、续驶里程、噪声等指标已达到甚至超过国外同级别车型。在为BEV配套的各种关键技术装备方面，如蓄电池、超级电容器、电流转换器、驱动电机、控制系统和充电设备等，我国已经具备较强的开发和实现产业化的能力。表1-3是我国近年研制的部分纯电动汽车的技术参数，可以看出，我国纯电动汽车的技术水平与国外水平已基本相当。

我国纯电动汽车产业化已具有良好的发展基础。有关资料显示，我国目前电动自行车、电动摩托车等轻型电动车辆的保有量已经超过5000万辆，产销量已超过全球的90%，处于世界领先地位。轻型电动车辆的发展在潜移默化地影响消费者的同时，也带动了我国动力电池、电机等产业的发展。我国已有多家企业在铅酸电池、镍氢电池、锂离子电池方面拥有相关核心技术，并形成了系列产品。另外，我国的电力供应充足，每天超过9亿kW·h低谷电可供5000万辆左右的电动汽车充电。同时，用于生产动力电池和电机的原材料（如锰、铁、钒、稀土水磁材料等资源）在我国储藏丰富，也为纯电动汽车的产业化奠定了资源基础。我国虽然在传统汽车的研发上与世界先进水平相比还有相当大的距离，但是在纯电动汽车技术开发上几乎是站在同一起跑线上，甚至在某些领域已经达到世界领先水平。

2008年北京奥运会期间，奥运零排放区昼夜不间断运行的50辆纯电动公交车表现出优良的性能，成功完成“零故障运行”的目标。以2010年上海世博会为平台，在世博园区内运行的120辆纯电动客车近半年内经受住高温高湿环境考验，载客9018万人次，车辆完好率为99.8%。在2010年广州亚运会期间，广州就已开通了全市首条纯电动公交线路，首批26辆纯电动公交车在广州大学城广东科学中心至中山纪念堂之间投入运营。从2010年5月开始，深圳市首批50辆纯电动出租车投入试运营。从2010年6月1日起，我国首先在上海、长春、深圳、杭州、合肥五个城市启动了私人购买新能源汽车补贴试点工作，对私人购买插电式混合动力乘用车和纯电动乘用车给予一次性补贴。这些标志着我国的纯电动汽车已从前期的小规模示范运行，开始进入市场导入阶段。

从2010年开始，在短短十年间，我国发展培育出了全球最大的电动汽车消费市场，同时成为全球最大的电动汽车生产国。过去十年来，中国电动汽车累计销量占世界总量的47%。在城市试点项目方面，也取得了巨大的成功，城市电动汽车市场累计规模全球领先。2019年，全球最先进的电动汽车城市大半都是中国城市。我国传统汽车制造企业，如比亚迪、吉利、长安、奇瑞等，也相继推出自主研发的电动汽车。尤其是近几年来，互联网公司也纷纷涉足电动汽车行业，为我国电动汽车的发展注入了新的动力。

（2）混合动力电动汽车（HEV）

混合动力电动汽车是一种同时配备电力驱动系统和辅助动力单元的电动汽车，它也是目前发展较为成熟且产品化比较好的一种电动汽车。世界上第一辆混合动力电动汽车是在1898年由德国工程师费迪南德·保时捷（Ferdinand Porsche）设计制造的，曾在1900年的巴黎万国博览会上展出。该车底盘和车身为木制，无变速器，在前轮上配备了电机。电机功率为2.5kW，配备80V的铅酸蓄电池，可短时输出最大5.1kW的功率。整车质量为980kg，最大时速为58km，能够连续行驶约3h。混合动力电动汽车的大批量生产是在1990年以后，最具代表的车型是丰田公司生产的Prius及本田公司生产的Insight。

1997年12月，日本丰田公司推出了世界上第一辆量产的混联式混合动力轿车Prius。与同类型轿车相比，其燃油经济性和排放性大大提高。2001年，丰田公司推出了第二代Prius。2005年，通过与中国第一汽车集团公司的合作，第二代Prius登陆我国。2009年，丰田公司推出了Prius第三代产品。此外，丰田公司还在几款有良好声誉的品牌车型上开发了混合动力类汽车，如RAV4、皇冠、雷克萨斯、凯美瑞等。到2011年2月，丰田公司的混合动力电动汽车全球累计销售突破300万辆。其中最成功的车型是Prius，约占全部销量的70%。

1998年，本田公司推出了轻度混合动力电动汽车Insight，成为第一个成功在北美销售的混合动力车型。几乎与丰田公司同步，本田公司相继推出Insight的第二代和第三代产品，且其混合动力技术相继移植到Civic等车型，已发展到第四代混合动力技术。到2011年初，Insight累计销售量突破10万辆，占其全部电动汽车销量的1/3以上。

美国的混合动力电动汽车开发与应用是在PNGV计划期间开始的，由美国能源部与当时的通用、福特及克莱斯勒三大汽车公司合作。早在1990年，汽车公司已经成功开发出了纯电动轿车EV1。在纯电动汽车受限于电池等技术以及日本混合动力电动汽车市场竞争双重压力下，通用汽车公司以EV1为基础，于1998年开发出了EV1型混合动力电动汽车。福特汽车公司和克莱斯勒汽车公司也致力于混合动力电动汽车的研发。福特汽车公司较成功的混合动力车型主要有Escape、Edge和Fusion等。克莱斯勒汽车公司较成功的混合动力车型主要有Aspen和道奇Durango等。欧洲的混合动力电动汽车研发则主要在德国和法国。奥迪、宝马、雷诺及PSA集团都开发了混合动力车型。

我国混合动力电动汽车的研发与竞争也是空前激烈。除合资公司相继引进国外相应的混合动力车型外，在国家“863”计划电动汽车重大专项的资助和企业的推动下，我国各汽车公司都在开发自主品牌的混合动力电动汽车。较为成功的混合动力品牌主要有东风汽车公司的EQ6123HEV混合动力客车、福田汽车公司的欧V混合动力客车、比亚迪汽车公司的F3DM和F6DM以及宋DM双模电动轿车、上海汽车集团股份有限公司的荣威混合动力轿车、奇瑞汽车股份有限公司的A5混合动力电动汽车、长安汽车股份有限公司的杰勋混合动力电动汽车、吉利帝豪PHEV等。

（3）燃料电池电动汽车

燃料电池电动汽车是一种采用燃料电池的电动汽车。燃料电池通过电化学过程直接将燃料（氢、甲醇、汽油等）转换为电能，是继内燃机之后的汽车最佳动力源之一。多年来，燃料电池电动汽车作为最具有实际意义的纯绿色环保车受到了人们的广泛关注。国外最早出现燃料电池电动汽车的时间可以追溯到20世纪60年代。美国通用汽车公司在1968年生产出了世界上第一辆以燃料电池为电源的电动汽车。该燃料电池电动汽车由厢式货车改装而成，装载了最大功率为150kW的燃料电池系统，燃料采用低温冷藏的液态氢，汽车的续驶里程达到了200km。由于复杂的燃料电池结构庞大，几乎占去了车内所有的空间，加上当时人们的环境保护意识远不如现在深刻，能源供需矛盾也没有像现在这样突出，故未继续进行该燃料电池电动汽车的后续开发工作。

20世纪90年代，燃料电池电动汽车技术开始受到人们空前的关注。这是因为燃料电池电动汽车的低排放和高效的燃料利用率，对解决汽车环境污染和缓解能源短缺问题十分有效。世界上主要汽车生产大国的政府和各大汽车制造商纷纷制定相关的政策，投入大量的人力和物力研究和开发燃料电池电动汽车，并取得了一系列的成果。

1993年，加拿大Ballard公司研制出了以质子交换膜燃料电池为动力的燃料电池公共汽车。其燃料电池的功率为105kW，可载客20人。1994年，当时的克莱斯勒公司推出了NECAR I（New Electric Car I）燃料电池轿车。该车采用Ballard公司生产的质子交换膜燃料电池组，功率达50kW，所用燃料为压缩氢气。1999年，重组后的戴姆勒-克莱斯勒公司研制出了第四代燃料电池车VECAR4，这种5座轿车最高车速可达145km/h。美国通用汽车公司于2000年成功推出了“氢动一号”氢燃料电动汽车。该车采用液态氢为燃料，最高车速可达140km/h，一次加氢续驶里程为400km。“氢动一号”的诞生标志着燃料电池电动汽车已经从研制向批量化生产迈出了重要一步。2001年，日本丰田汽车公司推出了FCHV-3运动型多功能汽车。该车采用燃料电池+蓄电池的混合动力驱动形式，燃料电池由丰田公司开发，功率为90kW，蓄电池采用镍氢电池。2001年6月，丰田汽车公司又推出了FCHV-4型燃料电池电动汽车，动力驱动形式与FCHV-3一样，采用高压氢为燃料，电机为80型永磁同步电机，一次充氢可行驶250km以上。2002年，美国通用汽车公司又推出了Hy-wire燃料电池电动汽车。该车燃料电池的功率为94kW（连续）和129kW（峰值），工作电压为125~200V，最高车速达160km/h。

在燃料电池电动汽车领域，我国与国外的差距并不大，也早已开展了富有成效的燃料电池及燃料电池电动汽车的研究。1998年，清华大学与北京世纪富源燃料电池有限公司合作研制出我国第一辆PEM-FC型8座小型电动汽车。该车装用5kW燃料电池，车速为20km/h，一次加氢可行驶80km。2008年奥运期间，我国自主研发的20辆氢燃料电池轿车完成了首次规模化示范运行，用我们自己的燃料电池电动汽车组成的绿色环保车队接送参赛人员。上海汽车集团股份有限公司、同济大学等单位研究开发了三代“超越”系列燃料电池轿车动力系统平台和示范样车。北京清能华通科技发展有限公司与清华大学等共同研发出了“清能1号”燃料电池城市客车。一汽、东风、长安、奇瑞等汽车公司也竞相开发出了混合动力性能样车。这些均表明我国也同样十分关注燃料电池电动汽车，并且燃料电池电动汽车技术水平也已接近或达到国外先进水平。由于燃料电池电动汽车的价格高，再加上其安全、高效的储氢和运氢等还存在着问题，所以燃料电池电动汽车的产业化尚需时日。