為使電動(dòng)汽車價(jià)格和便利性到2022年達(dá)到燃油汽車水平，美國能源部舉辦系列研討會(huì)，并于近期發(fā)布電動(dòng)汽車普及計(jì)劃藍(lán)圖，作為未來研發(fā)投資的戰(zhàn)略指導(dǎo)。

一、電動(dòng)汽車普及計(jì)劃藍(lán)圖的愿景

普及電動(dòng)汽車對(duì)于促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展、提高國家安全、推動(dòng)環(huán)境保護(hù)、造福消費(fèi)者都具有重要意義。2012年3月，美國總統(tǒng)奧巴馬宣布電動(dòng)汽車普及計(jì)劃，提出了到2022年使插電式電動(dòng)汽車的價(jià)格和便利性達(dá)到燃油汽車水平的大膽目標(biāo)。

目前，美國已成為全球主要的電動(dòng)汽車市場，并且在生產(chǎn)一些最先進(jìn)的插電式電動(dòng)汽車。美國消費(fèi)者的興趣不斷增加，2012年美國插電式電動(dòng)汽車銷售量增至3倍，達(dá)到5萬輛以上。

發(fā)展插電式電動(dòng)汽車（包括純電動(dòng)汽車和插電式混合電動(dòng)汽車）可擺脫石油依賴，減少污染，并推動(dòng)美國汽車產(chǎn)業(yè)引領(lǐng)世界。美國能源部設(shè)定了富有雄心的技術(shù)目標(biāo)：電池成本從目前的每千瓦時(shí)500美元降至125美元，電驅(qū)系統(tǒng)成本從目前的每千瓦時(shí)30美元降至8美元，同時(shí)汽車重量降低近30%，從而使續(xù)駛里程達(dá)450公里的純電動(dòng)汽車的購置和運(yùn)行成本與燃油汽車相當(dāng)。

要使插電式電動(dòng)汽車在成本、便利性和消費(fèi)者滿意度方面趕超燃油汽車，需要技術(shù)推動(dòng)、充電設(shè)施促動(dòng)和市場拉動(dòng)。在燃油汽車長期占據(jù)主導(dǎo)地位的世界中，插電式電動(dòng)汽車已經(jīng)占有一席之地。隨著技術(shù)發(fā)展和產(chǎn)量增加，其電池和電驅(qū)系統(tǒng)的性能將提高，成本將下降。美國能源部的目的是，與州地政府、私營部門、非政府機(jī)構(gòu)和學(xué)術(shù)界一起加快這些趨勢(shì)。

二、研發(fā)策略與主要技術(shù)目標(biāo)

美國電動(dòng)汽車普及計(jì)劃重點(diǎn)關(guān)注電池、電機(jī)、電力電子、車體結(jié)構(gòu)和快速充電技術(shù)的成本降低和性能提高。此外，也需研究車體結(jié)構(gòu)和快速充電技術(shù)方面的消費(fèi)者偏好。

1.電池

美國輕型汽車電動(dòng)化的一項(xiàng)重要舉措是研發(fā)成本效益好、壽命更長、更皮實(shí)耐用的電池。目前，電池成本太高，而且電池體積和重量影響了電動(dòng)汽車的設(shè)計(jì)優(yōu)化和性能提高。美國能源部計(jì)劃，與2012年相比，2022年電池成本降至1/4，體積縮小一半，重量減至一半以下。

提高能量密度對(duì)實(shí)現(xiàn)成本和性能指標(biāo)至關(guān)重要。當(dāng)前電池技術(shù)遠(yuǎn)未達(dá)到能量密度的理論極限。近期內(nèi)（2012-2017年），隨著鋰離子技術(shù)的進(jìn)步，通過使用新型高容量陰極材料、高電壓電解質(zhì)，并用高容量的硅基或錫基金屬間化合物替代石墨陽極，電池組的能量密度有望增加一倍以上，從100Wh/kg提高至250Wh/kg。長期來看（2017-2027年），鋰化硫、鎂離子、鋅空氣、鋰空氣等新一代電池的能量密度可能顯著高于當(dāng)前的鋰離子電池，并將極大地降低電池成本，但新一代電池需要突破性創(chuàng)新。

優(yōu)化和簡化電池組設(shè)計(jì)、改進(jìn)電池和電池組制造工藝、降低原料生產(chǎn)成本、開發(fā)新穎的熱管理技術(shù)等研發(fā)工作也有助于降低電池成本，提高電池功率密度和研發(fā)快速充電技術(shù)也重要。

2.電驅(qū)系統(tǒng)

美國能源部計(jì)劃，與2012年相比，2022年電驅(qū)系統(tǒng)成本降至1/4，體積縮小35%，重量降低40%，效率損失降低40%。其關(guān)鍵是開發(fā)先進(jìn)的電力電子、電機(jī)和牽引驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，并從系統(tǒng)角度提高燃料效率，降低成本。為實(shí)現(xiàn)上述成本和性能指標(biāo)，將在永磁材料、非稀土磁體、先進(jìn)電容、熱封裝、電氣封裝、寬帶隙半導(dǎo)體、電機(jī)沖片等領(lǐng)域開展前沿研發(fā)。

3.汽車輕量化

美國能源部計(jì)劃，到2022年使車體結(jié)構(gòu)減重35%，底盤和懸架系統(tǒng)減重2 5%，內(nèi)飾減重5%，整車減重近30%。減輕電動(dòng)汽車重量可以增加續(xù)駛里程，降低電池體積和成本。通過同時(shí)滿足成本和結(jié)構(gòu)要求，輕量化金屬材料和復(fù)合材料一定會(huì)受到青睞。輕量化材料包括碳纖維復(fù)合材料、鎂合金、先進(jìn)高強(qiáng)度鋼和鋁合金，同時(shí)成本效益好的材料接合技術(shù)也是關(guān)鍵技術(shù)。

4.車內(nèi)氣候控制技術(shù)

利用更少能源實(shí)現(xiàn)舒適的車內(nèi)氣候控制，也會(huì)降低電池體積和成本，進(jìn)而減少插電式電動(dòng)汽車的成本。目前，車內(nèi)氣候控制使插電式電動(dòng)汽車的能耗翻番，續(xù)駛里程減半。美國能源部提出，要通過降低能源負(fù)荷、改善能源管理、采用先進(jìn)的暖通空調(diào)設(shè)備等措施降低用于車內(nèi)氣候控制的能耗。

三、充電基礎(chǔ)設(shè)施

根據(jù)專家建議，美國能源部啟動(dòng)了工作場所充電計(jì)劃，目標(biāo)是未來5年在工作場所提供充電服務(wù)的雇主數(shù)量增加10倍。專家還建議能源部召集利益相關(guān)方協(xié)商，以確保充電設(shè)施運(yùn)營平穩(wěn)和電網(wǎng)可靠。

電動(dòng)汽車普及計(jì)劃藍(lán)圖要求，地方?jīng)Q策者幫助確定充電基礎(chǔ)設(shè)施的最佳地點(diǎn)，以利于電動(dòng)汽車推廣，并符合地方的特色和交通模式。就充電接口制訂一整套規(guī)則和標(biāo)準(zhǔn)也很重要，能源部將積極支持制定各方認(rèn)可的標(biāo)準(zhǔn)。此外，要制定高效的充電站建設(shè)許可和檢查程序，以降低建設(shè)成本，節(jié)省時(shí)間。要建設(shè)大量統(tǒng)一的充電站引導(dǎo)標(biāo)識(shí)，既方便用戶充電，也引起潛在用戶注意。要將電動(dòng)汽車與電網(wǎng)有效整合起來，實(shí)現(xiàn)電流在電動(dòng)汽車與電網(wǎng)間的雙向流動(dòng)，使電力公司能夠?qū)Τ潆娯?fù)載進(jìn)行分配管理，使用戶能夠以最優(yōu)的電價(jià)充電，使電動(dòng)汽車成為電網(wǎng)的一項(xiàng)資產(chǎn)，并促進(jìn)風(fēng)能、太陽能等分布式發(fā)電的發(fā)展。

（作者：賈偉，中國科學(xué)技術(shù)信息研究所，副研究員，主要研究方向?yàn)閲饪萍颊吲c發(fā)展戰(zhàn)略。

劉潤生，中國科學(xué)技術(shù)信息研究所，助理研究員，科技參考研究室負(fù)責(zé)人，主要從事科技戰(zhàn)略與政策研究。）

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技術(shù)概述

電動(dòng)汽車是指以車載電源為動(dòng)力，用電機(jī)驅(qū)動(dòng)車輪行駛，符合道路交通、安全法規(guī)各項(xiàng)要求的車輛。它使用存儲(chǔ)在電池中的電來發(fā)動(dòng)。在驅(qū)動(dòng)汽車時(shí)有時(shí)使用12或24塊電池，有時(shí)則需要更多。

1、無污染，噪聲低

電動(dòng)汽車無內(nèi)燃機(jī)汽車工作時(shí)產(chǎn)生的廢氣，不產(chǎn)生排氣污染，對(duì)環(huán)境保護(hù)和空氣的潔凈是十分有益的，幾乎是“零污染”。電動(dòng)汽車無內(nèi)燃機(jī)產(chǎn)生的噪聲，電動(dòng)機(jī)的噪聲也較內(nèi)燃機(jī)小。噪聲對(duì)人的聽覺、神經(jīng)、心血管、消化、內(nèi)分泌、免疫系統(tǒng)也是有危害的。

2、能源效率高，多樣化

電動(dòng)汽車的研究表明，其能源效率已超過汽油機(jī)汽車。特別是在城市運(yùn)行，汽車走走停停，行駛速度不高，電動(dòng)汽車更加適宜。電動(dòng)汽車停止時(shí)不消耗電量，在制動(dòng)過程中，電動(dòng)機(jī)可自動(dòng)轉(zhuǎn)化為發(fā)電機(jī)，實(shí)現(xiàn)制動(dòng)減速時(shí)能量的再利用。有些研究表明，同樣的原油經(jīng)過粗煉，送至電廠發(fā)電，經(jīng)充入電池，再由電池驅(qū)動(dòng)汽車，其能量利用效率比經(jīng)過精煉變?yōu)槠停俳?jīng)汽油機(jī)驅(qū)動(dòng)汽車高，因此有利于節(jié)約能源和減少二氧化碳的排量。

另一方面，電動(dòng)汽車的應(yīng)用可有效地減少對(duì)石油資源的依賴，可將有限的石油用于更重要的方面。向蓄電池充電的電力可以由煤炭、天然氣、水力、核能、太陽能、風(fēng)力、潮汐等能源轉(zhuǎn)化。除此之外，如果夜間向蓄電池充電，還可以避開用電高峰，有利于電網(wǎng)均衡負(fù)荷，減少費(fèi)用。

3、結(jié)構(gòu)簡單維修方便

電動(dòng)汽車較內(nèi)燃機(jī)汽車結(jié)構(gòu)簡單，運(yùn)轉(zhuǎn)、傳動(dòng)部件少，維修保養(yǎng)工作量小。當(dāng)采用交流感應(yīng)電動(dòng)機(jī)時(shí)，電機(jī)無需保養(yǎng)維護(hù)，更重要的是電動(dòng)汽車易操縱。

5、動(dòng)力本高續(xù)駛里程短

目前電動(dòng)汽車尚不如內(nèi)燃機(jī)汽車技術(shù)完善，尤其是動(dòng)力電源（電池）的壽命短，使用成本高。電池的儲(chǔ)能量小，一次充電后行駛里程不理想，電動(dòng)車的價(jià)格較貴。但從發(fā)展的角度看，隨著科技的進(jìn)步，投入相應(yīng)的人力物力，電動(dòng)汽車的問題會(huì)逐步得到解決。揚(yáng)長避短，電動(dòng)汽車會(huì)逐漸普及，其價(jià)格和使用成本必然會(huì)降低。

支撐發(fā)展的電網(wǎng)技術(shù)

電動(dòng)汽車電池更換站運(yùn)行特性，更換站作為分布式儲(chǔ)能單元接入電網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)和控制策略：電池梯次利用的篩選原則、成組方法和系統(tǒng)方案：更換站多用途變流裝置：更換站與儲(chǔ)能站一體化監(jiān)控系統(tǒng)；更換站與儲(chǔ)能站一體化示范工程。

電動(dòng)汽車充電需求特性和規(guī)?；妱?dòng)汽車充電對(duì)電網(wǎng)的影響：電動(dòng)汽車有序充電控制管理系統(tǒng)：電動(dòng)汽車有序充電試驗(yàn)系統(tǒng)。

電動(dòng)汽車與電網(wǎng)互動(dòng)的控制策略和關(guān)鍵技術(shù)；電動(dòng)汽車智能充放電機(jī)、智能車載終端和電動(dòng)汽車與電網(wǎng)互動(dòng)協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)；電動(dòng)汽車與電網(wǎng)互動(dòng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證系統(tǒng)；電動(dòng)汽車充放電設(shè)施檢驗(yàn)檢測技術(shù)。

電動(dòng)汽車新型充放電技術(shù)：電動(dòng)汽車智能充放電控制策略及檢測技術(shù)；充電設(shè)施與電網(wǎng)互動(dòng)運(yùn)行的關(guān)鍵技術(shù)。

規(guī)模化電動(dòng)汽車電池更換技術(shù)、計(jì)量計(jì)費(fèi)、資產(chǎn)管理技術(shù)：充電設(shè)施運(yùn)營的商業(yè)模式：基于物聯(lián)網(wǎng)的智能充換電服務(wù)網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)營管理系統(tǒng)建設(shè)方案。