Las perspectivas de desarrollo de los vehículos eléctricos de CA
En la situación actual en la que la industria automovilística mundial se enfrenta a enormes desafíos debido a la crisis financiera y a cuestiones energéticas y medioambientales, desarrollar vehículos eléctricos, lograr la electrificación de la energía y los sistemas de potencia del automóvil y promover la transformación estratégica de La industria automovilística tradicional ha adquirido importancia internacional. Se ha formado una amplia gama de conocimientos. En la actualidad, nuestro país ha introducido muchas políticas para apoyar y orientar el rápido desarrollo de la industria de vehículos eléctricos. El gobierno tiene la intención de acelerar la mejora de la competitividad de la industria nacional de vehículos eléctricos, acortar el período de madurez y lograr "adelantamiento de esquinas". de la industria automovilística extranjera. El desarrollo de vehículos eléctricos ha entrado en un período crítico, con oportunidades y desafíos.
1. Definición y características de los vehículos eléctricos
Los vehículos de nuevas energías incluyen los vehículos híbridos, los vehículos eléctricos puros (BEV, incluidos los solares), los vehículos eléctricos de pila de combustible, los vehículos con motor de hidrógeno, otros. nuevas energías (como almacenamiento de energía de alta eficiencia, éter dimetílico), automóviles y otros productos. Los vehículos eléctricos funcionan con energía a bordo y utilizan motores para impulsar las ruedas. Por lo tanto, los vehículos híbridos, los vehículos eléctricos puros y los vehículos eléctricos de pila de combustible se clasifican como vehículos eléctricos.
La razón por la que los vehículos eléctricos se han convertido en los favoritos del desarrollo tecnológico en este siglo es que, en primer lugar, los vehículos eléctricos son impulsados directamente por motores y no emiten gases nocivos que contaminen la atmósfera, incluso si la energía. El consumo se convierte en emisiones de las centrales eléctricas y, además del azufre y las partículas, también se reducen significativamente otros contaminantes. La mayoría de las centrales eléctricas se construyen lejos de las ciudades densamente pobladas, lo que causa menos daño a los humanos. Además, las centrales eléctricas están ubicadas en lugares fijos, lo que facilita la concentración de emisiones nocivas y su eliminación. Dado que la electricidad puede obtenerse de una variedad de fuentes de energía primaria, como el carbón, la energía nuclear, la energía hidráulica, la energía eólica, la luz, el calor, etc., puede aliviar eficazmente las preocupaciones de la gente sobre el agotamiento de los recursos petroleros. En segundo lugar, los vehículos eléctricos pueden aprovechar al máximo el excedente de energía para cargar durante la noche, cuando el consumo de energía es bajo, de modo que los equipos de generación de energía puedan utilizarse plenamente, lo que mejora considerablemente los beneficios económicos. Estudios relevantes han demostrado que la eficiencia de utilización de energía del mismo petróleo crudo después de ser refinado en bruto, enviado a una planta de energía para generar electricidad, cargado en baterías e impulsado por baterías es mayor que después de ser refinado en gasolina y luego impulsado por gasolina. motores para conducir automóviles, por lo tanto, favorece el ahorro de energía y la reducción del consumo de energía.
2. Principales tecnologías de los vehículos eléctricos 1. Motor y sistema de control Los vehículos eléctricos puros utilizan motores eléctricos en lugar de motores de combustible y son impulsados por motores eléctricos sin necesidad de transmisiones automáticas. En comparación con las transmisiones automáticas, los motores tienen una estructura simple, tecnología madura y un funcionamiento confiable.
Los motores de combustión interna tradicionales pueden limitar la velocidad cuando producen torque de manera eficiente a un rango estrecho. Es por eso que los vehículos con motor de combustión interna tradicionales requieren mecanismos de transmisión grandes y complejos que puedan funcionar en un rango bastante amplio. Genera par de manera eficiente dentro del rango de velocidades. No hay necesidad de cambiar de marcha durante la conducción de un vehículo eléctrico puro. Es fácil de operar y tiene poco ruido.
En comparación con los vehículos híbridos, los vehículos eléctricos puros utilizan una única fuente de energía eléctrica. El sistema de control electrónico reduce en gran medida el sistema de transmisión mecánica interna del vehículo, simplificando la estructura y reduciendo la pérdida de energía y el ruido provocado por la fricción. de piezas mecánicas, ahorrando espacio interior y peso del coche.
El sistema de control de accionamiento del motor es la principal estructura de ejecución de los vehículos de nuevas energías durante la conducción. El motor de accionamiento y su sistema de control son uno de los componentes centrales (batería, motor, control electrónico) de los vehículos de nuevas energías. Sus características de conducción Determina los principales indicadores de rendimiento de la conducción de automóviles y es un componente importante de los vehículos eléctricos. Las tres categorías principales de vehículos eléctricos, vehículos de pila de combustible (FCV), vehículos híbridos (HEV) y vehículos eléctricos puros (EV), utilizan motores eléctricos para impulsar las ruedas. Elegir el motor adecuado es un factor importante para mejorar la rentabilidad. de todo tipo de vehículos eléctricos Por lo tanto, la investigación y el desarrollo o la mejora de la capacidad de Al mismo tiempo, es extremadamente importante cumplir con diversos requisitos de rendimiento durante la conducción del vehículo y tener las características de durabilidad, bajo costo y alta eficiencia.
Los motores de accionamiento de los vehículos eléctricos actualmente incluyen motores paso a paso de CC con escobillas, sin escobillas, de imán permanente, electromagnéticos y de CA. Su selección también está relacionada con la configuración, el propósito y el grado del vehículo. Además, el control de velocidad del motor de accionamiento también se divide en control de velocidad escalonado y control de velocidad continuo. Hay controladores de control de velocidad electrónicos y no hay controladores de control de velocidad. Los motores eléctricos incluyen motores de cubo, motores de rotor interno, accionamientos de un solo motor, accionamientos de varios motores y accionamientos de motor combinados.
2. Batería de energía para vehículos eléctricos puros
La batería de energía es la tecnología clave de los vehículos eléctricos, que determina su autonomía y su coste.
1) Baterías de energía requeridas para vehículos eléctricos puros
Los indicadores funcionales y económicos de las baterías de energía utilizadas en vehículos eléctricos incluyen: (1) Seguridad (2) Energía específica (; 3) Potencia específica; (4) Vida útil; (5) Precio del ciclo; (6) Eficiencia de conversión de energía. Estos factores determinan directamente la usabilidad y economía de los vehículos eléctricos.
2) Supercondensador
Las ventajas de los supercondensadores son una gran masa para potencia específica y un ciclo de vida largo. Las debilidades son una masa baja para energía específica y un precio de compra costoso, pero el ciclo de vida es el mismo. hasta 500.000 ~ 1 millón de veces, por lo que el precio por ciclo no es alto y puede formar un sistema de suministro de energía con excelente rendimiento cuando se conecta en paralelo con baterías de plomo-ácido y baterías de iones de litio de tipo energético.
3) Baterías de plomo-ácido
La tecnología de producción de baterías de plomo-ácido es madura, segura, de bajo precio y las baterías usadas son fáciles de reciclar. En los últimos años, a través de nuevas tecnologías, se están superando continuamente deficiencias como la baja energía específica, el ciclo de vida corto, la niebla ácida durante la carga y la posible contaminación por plomo en el medio ambiente durante la producción. Varios indicadores se han mejorado enormemente, lo que no solo permite mejorar. Se utiliza como fuente de energía para bicicletas eléctricas y motocicletas eléctricas, y también desempeña un buen papel en los vehículos eléctricos.
4) Las baterías de iones de litio con fosfato de hierro y litio como electrodo positivo
Las baterías de litio con electrodo negativo de carbono y electrodo positivo de fosfato de hierro y litio tienen un buen rendimiento general: mayor seguridad y sin necesidad por caro La materia prima no contiene elementos nocivos, tiene un ciclo de vida de hasta 2000 veces y ha superado las deficiencias de la baja conductividad. La energía específica de masa de la batería de energía puede alcanzar los 120 Wh/kg. Cuando se utiliza en paralelo con un supercondensador, puede formar una fuente de energía con un rendimiento integral. Este tipo de potencia también tiene una energía específica de masa de 70 a 80 Wh/kg y se puede utilizar solo sin tener que conectar supercondensadores en paralelo.
5) Baterías de iones de litio que utilizan titanato de litio como electrodo negativo
El titanato de litio tiene cambios de volumen mínimos durante la carga y descarga, lo que garantiza la estabilidad del mecanismo del motor y una larga vida útil de la batería El electrodo de titanato de litio tiene un punto más alto (1,5 V respecto al electrodo Li/Li), lo que evita la formación de dendritas de litio durante la carga de la batería, garantizando la alta seguridad de la batería. Sin embargo, debido al alto potencial del electrodo de titanato de litio, incluso si se combina con el electrodo positivo de manganato de litio con un potencial de electrodo más alto, el voltaje de la batería es solo de aproximadamente 2,2 V, por lo que la energía específica de la batería es solo de aproximadamente 50 hasta 60Wh/kg. Aun así, las ventajas destacadas de este tipo de batería son su alta seguridad y su larga vida útil, incomparables con otras baterías.
3. Estado actual del desarrollo de vehículos eléctricos en el país y en el extranjero
En la actualidad, el desarrollo de vehículos eléctricos, la electrificación de los sistemas de energía y potencia del automóvil y la promoción de la estrategia La transformación de la industria automovilística tradicional ha formado una tendencia internacional. Según los planes de lanzamiento de productos publicados por las principales empresas automovilísticas, se espera que alrededor de 2012 se produzca un clímax en el desarrollo de la industrialización internacional de los vehículos eléctricos. Una vez que los vehículos eléctricos logren avances en el mercado, tendrán un impacto enorme y de largo alcance en el patrón de la industria automotriz internacional. Por lo tanto, seguir la tendencia de desarrollo de la industria automotriz internacional, aprovechar la oportunidad estratégica de la transformación de los sistemas energéticos y de transporte, insistir en la innovación independiente, movilizar todas las fuerzas y acelerar el desarrollo de la industria de los vehículos eléctricos será crucial para aprovechar el Es crucial y urgente dominar la competencia en la futura industria automotriz y lograr la transformación de la industria automotriz de mi país de un país grande a uno grande.
En primer lugar, los gobiernos de varios países han publicado sucesivamente estrategias y planes nacionales de desarrollo de vehículos eléctricos, señalando aún más la dirección del desarrollo industrial.
La administración Obama en Estados Unidos ha implementado el Green New Deal y ha hecho de los vehículos eléctricos una parte importante de la estrategia nacional. Planea popularizar 1 millón de vehículos eléctricos híbridos enchufables (PHEV) para 2015. Japón considera el desarrollo de vehículos eléctricos como el contenido central de la "revolución baja en carbono" y planea popularizar 13,5 millones de "vehículos de próxima generación", incluidos vehículos eléctricos, para 2020. Para lograr este objetivo, Japón planea desarrollar al menos 17 vehículos puros. vehículos eléctricos y 38 vehículos híbridos. En noviembre de 2008, el gobierno alemán propuso popularizar 1 millón de vehículos eléctricos puros y vehículos híbridos enchufables en los próximos 10 años, y declaró que la implementación del plan marcaría la entrada de Alemania en la era de los vehículos eléctricos.
La emisión e implementación de la estrategia nacional juega un papel rector muy importante en el desarrollo industrial y seguramente acelerará aún más el desarrollo de la industria internacional de vehículos eléctricos.
En segundo lugar, las baterías eléctricas han recibido gran atención, la inversión en I+D ha aumentado considerablemente y las expectativas de avances en los cuellos de botella de la tecnología de los vehículos eléctricos han aumentado considerablemente.
El presidente estadounidense Obama anunció en agosto de 2009 que se asignarían 2.400 millones de dólares para apoyar la I+D y la industrialización de los PHEV, de los cuales 2.000 millones se utilizarían para apoyar la I+D y la industrialización de baterías de energía avanzada. El gobierno japonés ha propuesto que "quien controle la batería controle el vehículo eléctrico" y ha organizado e implementado un plan especial nacional. Invertirá más de 40 mil millones de yenes en investigación de tecnología avanzada de baterías eléctricas antes de 2011. Habrá nuevas baterías de litio disponibles. 2010. Báscula para vehículos eléctricos de última generación. Alemania ha lanzado a partir de este año un plan de desarrollo de baterías de litio para vehículos por valor de 420 millones de euros, y casi todos los gigantes alemanes de la automoción y la energía han invertido en él.
En tercer lugar, los gobiernos de varios países han aumentado el apoyo político y han hecho todos los esfuerzos posibles para promover la industrialización de los vehículos eléctricos.
Por un lado, el gobierno ha aumentado las políticas de incentivos para los consumidores y ha acelerado el cultivo de vehículos eléctricos en el mercado. Estados Unidos ha implementado incentivos fiscales para los PHEV, con reducciones fiscales que oscilan entre 2.500 y 15.000 dólares estadounidenses. Japón ha implementado un nuevo "sistema fiscal verde" a partir del 1 de abril de 2009, que proporciona incentivos fiscales para vehículos con bajas emisiones y bajo consumo de combustible, incluidos vehículos eléctricos puros, vehículos híbridos, etc. La escala anual de reducción de impuestos es de aproximadamente 2100 mil millones de yenes. , que es 10 veces el monto de la reducción de impuestos bajo las actuales medidas preferenciales. El Reino Unido implementará un impuesto al consumo de automóviles nuevos a partir del 1 de abril de 2009, y los vehículos puramente eléctricos estarán exentos del impuesto al consumo. Francia ofrece incentivos de hasta 5.000 euros a los consumidores que compren coches con bajas emisiones (dióxido de carbono) y sanciones de hasta 2.600 euros para coches con altas emisiones. Por otro lado, el gobierno ha alentado a las empresas de vehículos a acelerar la industrialización de los vehículos eléctricos aumentando el apoyo crediticio y otras medidas. El gobierno de Estados Unidos ofrece préstamos para financiar la producción de vehículos eléctricos. El 23 de junio de 2009, Ford, Nissan North America y Tesla Motors recibieron préstamos por 8.000 millones de dólares, principalmente para la producción de vehículos híbridos y eléctricos puros. La Unión Europea emitió un préstamo de 7 mil millones de euros en el primer semestre de 2009 para apoyar a los fabricantes de automóviles en el desarrollo de vehículos eléctricos, además de las nuevas regulaciones de economía de combustible para automóviles en los Estados Unidos y las regulaciones de emisiones promedio de dióxido de carbono para los automóviles nuevos en los Estados Unidos; La Unión Europea ha aumentado considerablemente los requisitos técnicos para los automóviles. Si no se desarrollan los vehículos eléctricos y la tecnología del automóvil, será difícil para los fabricantes cumplir los requisitos de la nueva normativa.
En cuarto lugar, los vehículos puramente eléctricos se han beneficiado del desarrollo y la aplicación de baterías de iones de litio de alto rendimiento, que han recibido una atención renovada por parte de los gobiernos y las principales empresas automotrices, y el ritmo de industrialización ha seguido acelerándose.
Nissan Motor Company anunció que venderá vehículos totalmente eléctricos en Estados Unidos y Japón en 2010, y planea lograr un lanzamiento a gran escala entre 2012 y 2013. Su modelo "Leaf" producido en masa ha sido lanzado oficialmente. Mitsubishi, Renault, Toyota, BMW y otras empresas automovilísticas también han desarrollado pequeños coches totalmente eléctricos y planean lanzarlos en lotes alrededor de 2012. Los gobiernos de Estados Unidos, Japón, Francia, Alemania, Israel y otros países han formulado planes de promoción de vehículos eléctricos puros, y también se han lanzado uno tras otro proyectos de construcción de sistemas de carga de vehículos eléctricos.
A medida que la contaminación ambiental y la crisis del petróleo causadas por los automóviles se vuelven cada vez más graves, la investigación sobre vehículos eléctricos ha comenzado a recibir atención desde la década de 1990. Después de casi 20 años de investigación, se han logrado avances integrales en tecnologías clave, integración de sistemas y aplicaciones de prueba de vehículos eléctricos. Actualmente, los principales países del mundo están luchando por llevar a cabo trabajos de industrialización.
Resultados de la investigación y el desarrollo de vehículos eléctricos en el extranjero
En 1993, el gobierno de Estados Unidos organizó empresas e instituciones de investigación científica para establecer el "Programa de Cooperación de Vehículos de Nueva Generación" (PNGV) para llevar a cabo conjuntamente Investigación de vehículos eléctricos. Francia, Alemania y países desarrollados como Japón han adoptado directrices gubernamentales, empresas e instituciones de investigación científica para fortalecer el desarrollo y la investigación de vehículos eléctricos.
Desde 1997, Toyota Motor Company ha lanzado dos generaciones de automóviles híbridos "Prius". A finales de 2004, Toyota Motor Company había vendido un total de 250.000 automóviles híbridos, lo que representa el 90% del número total. de coches híbridos en el mundo.
El automóvil híbrido "Insight" de Honda se lanzó al mercado en 2000, y el automóvil híbrido Civic se lanzó al mercado estadounidense en 2002.
Desde 1999, Honda Motor Company ha lanzado sucesivamente vehículos de pila de combustible "FCX V1, V2, V3, V4" y ha realizado pruebas de certificación de fiabilidad, seguridad en accidentes, pruebas en carretera y otros contenidos.
Desde 2001, General Motors ha lanzado tres sedanes de pila de combustible: "Autonomy", "Hy Wire" y "Sequel". Entre ellos, el sedán de pila de combustible "Sequel" integra pilas de combustible y cable por cable. Control por cable. Con tecnologías avanzadas como sistema, motor de cubo de rueda y cuerpo de aleación de aluminio, es un vehículo práctico de pila de combustible.
Resultados nacionales de investigación y desarrollo de vehículos eléctricos
Durante el período del "Décimo Plan Quinquenal", el Ministerio de Ciencia y Tecnología de China invirtió 880 millones de yuanes para lanzar por completo los 863 principales vehículos eléctricos. proyecto de tecnología y formuló las "Tres verticales y tres horizontales". El diseño general de I + D de la empresa: tomando vehículos eléctricos híbridos, vehículos eléctricos puros y vehículos de pila de combustible como las "tres verticales" y control del tren motriz de energía múltiple, motores de propulsión y baterías de energía como las "tres horizontales" para construir de manera integral una plataforma tecnológica para vehículos eléctricos.
Después de años de exploración y esfuerzos, nuestro país ha logrado avances sucesivamente en las tres tecnologías clave: baterías, motores y controles electrónicos para vehículos de nueva energía, y ha comenzado la industrialización.
Los coches y autobuses eléctricos puros desarrollados por la Universidad de Tsinghua y Tianjin Qingyuan Electric Vehicle Co., Ltd. han pasado la prueba de certificación de tipo del Centro Nacional de Inspección de Calidad.
La empresa Dongfeng Motor (600006, Stock Bar) (600006) y la Universidad Tecnológica de Wuhan recaudaron fondos para establecer Dongfeng Electric Vehicle Co., Ltd. para llevar a cabo la investigación y el desarrollo de vehículos híbridos. Su desarrollo se lanzó en noviembre de 2003. La operación de demostración comenzó en Wuhan el día 8 y ha recorrido un total de más de 140.000 kilómetros y ha transportado a 150.000 pasajeros.
En 2004, FAW Group y Toyota Motor Corporation firmaron un acuerdo para introducir su tecnología de vehículo híbrido "Prius" y construir una base de producción de vehículos "verdes".
Estableció una plataforma nacional de estándares técnicos, una plataforma de pruebas e inspección, una plataforma de políticas y regulaciones y una plataforma de aplicaciones de demostración para la investigación y el desarrollo de vehículos eléctricos. Hasta ahora, se han redactado 13 nuevas normas para productos de vehículos eléctricos, se han completado cinco revisiones de normas y se han determinado especificaciones de prueba de productos de seis componentes clave. Se han establecido en Beijing, Tianjin, Shanghai y Dalian, respectivamente, seis centros de prueba públicos y plataformas de prueba para probar baterías de vehículos eléctricos, motores de propulsión, motores de pila de combustible y otros componentes.
Después de años de investigación y desarrollo de tecnología, pruebas de prototipos funcionales y aplicaciones de demostración, los vehículos eléctricos de mi país ya han cumplido las condiciones iniciales para la industrialización.
IV. Perspectivas para el desarrollo futuro de los vehículos eléctricos en China
China está discutiendo intensamente el "Duodécimo Plan Quinquenal para el Desarrollo de la Tecnología de los Vehículos Eléctricos (borrador)". El objetivo general del plan es comprender de manera integral la tecnología central de los vehículos eléctricos, cultivando capacidades independientes de investigación y desarrollo, aprovechando al máximo las ventajas del mercado y los recursos, y formando un sistema industrial altamente competitivo para vehículos eléctricos y piezas clave. Planificar la construcción de estaciones de carga de vehículos eléctricos, estaciones de hidrogenación y otra infraestructura para satisfacer las necesidades del desarrollo industrial de vehículos eléctricos, mejorar el sistema estándar de vehículos eléctricos, establecer un entorno propicio para el desarrollo de vehículos eléctricos y lograr la transformación de China de un " "potencia automotriz" a un cambio de "potencia automotriz".
Los próximos cinco años serán un período crítico para que los vehículos eléctricos pasen de la etapa de investigación y desarrollo a la etapa de industrialización. También serán cinco años críticos para que China haga que la industria de los vehículos eléctricos sea más grande y duradera. más fuerte. Según la idea general del plan, durante el período del "Duodécimo Plan Quinquenal" se centrarán siete aspectos del trabajo. Primero, adherirse al diseño de I+D de "tres verticales y tres horizontales" (es decir, tomar vehículos de pila de combustible, vehículos eléctricos híbridos y vehículos eléctricos puros como las "tres verticales", sistemas de control de trenes motrices multienergía, motores de propulsión y su control). Las tres tecnologías revolucionarias de sistema, batería de energía y su sistema de gestión son las "tres horizontales") y el modelo de "I+D industrial". En segundo lugar, aumentar la innovación científica y tecnológica en la infraestructura de carga y acelerar la construcción de infraestructura. En tercer lugar, acelerar la investigación sobre normas técnicas y mejorar la construcción del sistema de normas.
Cuarto, profundizar la demostración y promoción y explorar modelos de promoción empresarial. Quinto, apoyar el establecimiento de alianzas de innovación tecnológica industrial y emprender tareas de planificación científica y tecnológica. Sexto, mejorar la plataforma pública y fortalecer la formación de talentos. En séptimo lugar, profundizar los intercambios y la cooperación técnicos internacionales y promover el desarrollo internacional de los vehículos eléctricos.