电动汽车的发展(纯电动汽车发展历史和瓶颈)

新能源汽车在我国连续多年的政策支持下发展较快。截至2021年底,全国新能源汽车保有量达784万辆,占汽车总量的2.60%,纯电动汽车保有量从2016年的74.1万辆增加到640万辆,新注册登记新能源汽车数量从2017年的65万辆到2021年的295万辆,呈高速增长态势。

吉利纯电动汽车推出换电模式

其实论汽车发展历史,实用的电动车发展的历史早于现流行的汽车!我们先来看一下汽车发展的历史!

一、 纯电动汽车的发展历史

(一)纯电动汽车发展的初始阶段

早在1873年,英国人罗伯特·戴维森(Robert Davidsson)制作了世界上最初的可供实用的电动汽车。1880年开始应用了可以充放电的二次电池铅酸电池,这对于当时电动汽车来讲是一次重大的技术变革,解决了电池的技术瓶颈,由此迎来了电动汽车在人类交通史上的第一次辉煌。

戴维斯发明了世界上第一辆实用的电动三轮车


而1885年10月德国人卡尔·本茨研制成功了世界上第一辆汽车,奠定了汽车设计基调。 1886年1月29日向德国专利局申请汽车发明的专利,因此,1886年1月29日被公认为是世界汽车的诞生日。比第一辆电动车晚13年。

德国人本茨研制成功了世界上第一辆实用三轮汽车


在电动汽车发展的初期阶段,由于城市道路发展尚不具规模,对续航里程要求不高,加上汽车生产处于手工作坊式制作阶段,电动汽车因其技术及结构简单,操作维修简便得到较快发展。1899年一辆子弹头式的电动赛车达到110km/h的时速;1900年前法国BGS公司的电动汽车创造290km最长续航里程。良好的性能使电动汽车成为美国金融巨头的代步工具和财富的象征,这个时候电动汽车也得到极大发展。到1900年,美国制造的汽车中电动汽车为15755辆,蒸汽机汽车1684辆,而汽油机汽车只有936辆。

1897年伦敦电动出租车


(二)纯电动汽车的发展死路

进入20世纪以后,电动汽车所存在的主要问题在技术没有取得什么突破——主要是电池性能难以突破,每次行驶都要长时间充电,不能保证连续使用,续航里程问题始终存在,且昂贵的电池推动售价很高,在市场竞争中呈现不断萎缩状态。

而内燃机技术得到快速发展,新的生产方式——流水线生产也开始出现。 1908年美国福特汽车公司T型车问世,以流水线生产方式大规模批量制造汽车,使汽油机汽车价格大幅度下降,福特T型车的价格从1909年的850美元锐减到1925年的260美元,汽油机汽车也开始大规模普及。例如1915年时福特汽车的售价低至440美元(相当于今天的9200美元)。与此相反,效率较低的电动车却价格昂贵,一款1912年的电动双座敞篷车售价1750美元(相当于今天的3.9万美元)。电动汽车销量迅速下滑,20世纪30年代后彻底消失。

(三)纯电动汽车的发展新阶段

1970年代,发生了第一次能源危机,世界石油供应到底能满足人类使用多少年,成为了最大的话题,石油能源成为人类生存的焦虑;1981年8月10日至21日由联合国主持的研究能源问题的大型国际会议在肯尼亚首都内罗毕召开。为了在未来研究开发出取代资源有限、对环境有污染的化石能源,重点开发取之不尽、周而复始的可再生能源,包括太阳能、风能、生物质能、潮汐能、地热能、氢能和核能(原子能)。经过几十年的全力发展,这些新能源的发展极大地丰富了二次能源——电力的来源,缓解了能源供应紧张局势,缓解了能源焦虑,现在我们在高速上经常能看到远处连片的太阳能光伏发电板和巨大的风机在转动。

传统的内燃汽车作为交通工具,每天要排放大量的碳、氮、硫的氧化物、碳氢化合物、铅化物等多种大气污染物,是重要的大气污染发生源,对人体健康和生态环境带来严重的危害;城市特别是大城市的空气污染严重,雾霾严重,伦敦大范围的酸雨出现;温室气体的大量排放,致使地球温度升高,各种极端气候现象越来越频繁。

随着人类发展,我国经济水平提高,人民环保意识增强,发展节能环保汽车,减轻环境污染,改善生存环境特别是大城市环境,保持可持续发展,可以在保持汽车保有量增长下降低石油消耗、保护大气环境,因此各国政府普遍把发展节能环保的新能源汽车看成实现其能源环境政策和汽车工业可持续发展的重要组成部分。各种节能环保的新能源汽车又迎来了新的发展机遇。

新能源汽车主要包括纯电动汽车、增程式电动汽车、混合动力汽车、燃料电池电动汽车、氢发动机汽车、其他新能源汽车等。其中纯电动汽车环境亲和,使用中不产生污染物、噪声小;技术及结构简单,操作维修简便,保养周期及费用降低;能量转换-电能转化为机械能效率高,使用费用相对较低。而在技术上,纯电动汽车我国除了电池材料外(其实经过十几年的发展,电池技术同国际相比也追平了),在车体结构设计制造已经相当成熟;而其它新能源汽车相对国外的技术储备落后较多,因此,我国将纯电动汽车作为新能源汽车的主要发展方向,出台了有关政策大力补贴,推动新能源汽车的发展。

在一系列政策的刺激和鼓励下,特别是一线大城市开始对燃油汽车限售,新能源汽车包括纯电动汽车得到极大的发展。到2021年,我国新能源汽车销售达到340万辆,预计2022年新能源汽车销售突破500万辆。其中,特斯拉以93.62万辆的年销量稳坐第一把交椅,逼近100万大关,相比2020年增长43.6万辆,增幅达87.2%。比亚迪再次创造中国新纪录,2021年全年新能源乘用车销量达59.37万辆,同比增长231.6%。

二、 纯电动汽车发展的瓶颈及通常解决路线

纯电动汽车100多年前就得到较大的发展了,但后来被历史淘汰,主要原因是:一是在电池性能上,电池容量有限,安全性不足(仅磷酸铁锂电池安全性能较高),续航里程较短;二是在充电服务上,充电时间较长,充电设施相对较少,离开城市充电困难,充电桩建设推广困难多,抢车位;三是在购车成本上,动力电池昂贵,购车成本较高,目前政府对电动汽车的高额补贴推动了市场的发展。

当前的技术路线认为,其核心技术在于提高电池性能,主要满足使用安全性高、环境温差范围广、充放电功能性强、倍率放电使用性好等条件;在续航短、充电慢、充电难方面,大力支持建设投资充电站、发展快充技术。

纯电动汽车发展到现在,虽然以上问题随着技术进步得到较好的发展,但同内燃机汽车相比较仍然存在很大的差距。

从电池性能和续航里程来看,锂电池的能量密度已经非常高了,目前,微宏动力所生产的三元软包CEF052EA型号电池的单体能量密度最高,达到251.70wh/kg;宁德时代生产的811方形电池ELE8A3,成组后的系统能量密度达到166wh/kg,在系统能量密度中排名第一。2017年,最新的特斯拉Model S 100D电池容量100kWh,续航里程已达579km,这些性能表面看来都可以同燃油汽车有一拼了。

从充电技术来看,保时捷称开发出一种350kw快充技术,15分钟充电行驶400km。

但动力电池追求大容量、高航程的性能与充电时间短、使用成本低以及性价比高等需求之间是一个相互矛盾的问题。追求大容量、高航程大电池,必然需要高性能的电池,作为整车最重要的构成成本,大电池高昂的成本必然推高整车售价;电池大幅度增大意味着重量增加,进而需要增强车体增加车重,推高能耗,降低经济效益;如特斯拉Model S 100D标准续航版售价73.1万元,车重2081kg,电池75 kWh,续航470km;长续航版售价78.35万元,车重2459kg,电池100 kWh,续航632km,实测续航里程579km。再如蔚来ES8 2020款450km六座版,售价47.6万元,电池75 kWh;蔚来ES8 2020款580km六座版,售价53.4万元,电池100 kWh;电池增大25 kWh,特斯拉增加5.25万元,蔚来增加5.8万元。

而发展大功率快充技术必然会降低充电效率和电池使用寿命,提高使用成本;大功率快充技术对现有供电设施要求更高,必须建设专用的供电线路,对电网的稳定运行影响较大,现有停车场的电力设施及安全难以满足要求,因此,很多大城市专门建设了快充电站,占用较多的市政资源。

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