纯电动汽车有哪些优点?目前,发展纯电动汽车面临哪些瓶颈?
纯电动汽车是完全由可充电动力电池(如铅酸动力电池、镍镉动力电池、镍氢动力电池或锂动力电池)提供动力源的汽车,纯电动汽车由底盘、车身、动力电池组、电动机、控制器和辅助设施六部分组成。由于电动机具有良好的牵引特性,因此纯电动汽车的传动系统不需要离合器和变速器。车速控制由控制器通过调速系统改变电动机的转速即可实现。现在纯电动汽车技术发展已经相当成熟,国外发达国家和我国都有部分车型投入量产和商业化运营。纯电动汽车具有如下优点:
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1)减少对石油资源的依赖,实现能源利用的多元化。由于电力可以从多种一次能源获得,如煤、核能、水力、风力、光、热等,解除人们对石油资源日见枯竭的担心。
2)减少环境污染。纯电动汽车本身不排放污染大气的有害气体,即使按所耗电量换算为发电厂的排放,除硫和微粒外,其它污染物也显著减少,由于发电厂大多建于远离人口密集的城市,对人类伤害较少,而且电厂是固定不动的,烟尘集中排放,清除各种有害排放物较容易,已有了相关技术。
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3)能源转换效率高。纯电动汽车的能源转换效率超过采用汽油机的汽车,特别是在城市运行,汽车走走停停,行驶速度不高,纯电动汽车更加适宜。同样的原油经过粗炼,送至电厂发电,发出的电充入动力电池,再由动力电池驱动纯电动汽车,其能量利用效率比经过精炼变为汽油,再经汽油机驱动汽车高。
按我国现行电价和油价水平,纯电动汽车的运行费用低于传统汽车,具有较好的经济性。但是目前纯电动汽车还存在着续航里程较短、动力电池价格较高等缺点。
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虽然纯电动汽车已有100多年的历史,但一直仅限于在某些特定范围内应用,市场较小。主要原因是用于电动汽车的动力电池普遍存在价格高、寿命短、外形尺寸和重量大、充电时间长等严重缺点。目前电动汽车采用的动力电池类型主要有:铅酸动力电池、镍氢动力电池和锂动力电池。
根据其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取出1kWh电能所必须付出的费用。假设动力电池最高可充电的荷电状态(SOC)为0.9,放电SOC为0.2,即实际可用的动力电池容量仅占总容量的70%;由电网供电价为0.5元/kWh,动力电池的平均充放电效率为0.75。粗略计算可知,虽然从电网取电仅需0.5元/kWh,但充入动力电池,再从动力电池取出,铅酸动力电池每提供1kWh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,而从镍氢动力电池中每提供1kWh电能,费用为9.6元,锂动力电池为10.2元,即后二种先进的动力电池供电成本是铅酸动力电池的三倍多。
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目前国内市场上用柴油机发电,价格大致为3元/kWh,若用汽油机发电,供电价格估计为4元/kWh,即从铅酸动力电池提供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,采用铅酸动力电池比汽油机有一定价格优势,但是由于铅酸动力电池太过笨重,充电时间又长,因此只被广泛用于车速小于50km/h的各种场地车、高尔夫球车、垃圾车、叉车以及电动自行车上,实践证实铅酸动力电池在这一低端产品市场上有较强的竞争力和实用性。
相对铅酸动力电池,镍氢动力电池在能量体积密度方面提高了3倍,在比功率方面提高了10倍。镍氢动力电池虽然具有较高的比能量和比功率、相对寿命较长等优点,但由于镍金属占其成本的60%,导致镍氢动力电池价格居高不下。镍氢动力电池并非是电动汽车的理想动力电池,其可能只是一种过渡性的动力电池。目前,镍氢动力电池仍是近期和中期电动汽车使用的首选动力电池,随着锂动力电池的大规模生产和成本的降低,镍氢动力电池终将退出。
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锂动力电池技术发展很快,近10年来,其比能量由100Wh/kg增加到180Wh/kg,比功率可达2000W/kg,循环寿命达1000次以上,工作温度范围达-40~55℃。近年由于磷酸铁锂动力电池的研发有重大突破,又大大提高了锂动力电池的安全性。目前已有许多发达国家将锂动力电池作为电动汽车用动力电池的主攻方向。预计到2020年以后,锂动力电池的性价比有望达到可以和铅酸动力电池竞争的水平,而成为未来电动汽车的主要动力电池。
纯电动汽车的技术难度小于插电式混合动力汽车,目前国内即将上市的纯电动汽车的各项性能指标已经可以满足一般用户的需求,技术已经基本成熟。在低端市场,纯电动汽车的经济性优势十分明显。充电网络建设滞后影响了纯电动汽车使用的便利性,是目前制约纯电动汽车发展的最主要因素。随着充电网络建设的不断完善,纯电动汽车的发展速度会比较快,尤其在低端市场纯电动汽车的份额会显著提高。但由于充电因素的制约,在高端市场普及难度很大。