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来源： 发布时间：2013-12-27
为使电动汽车价格和便利性到2022年达到燃油汽车水平，美国能源部举办系列研讨会，并于近期发布电动汽车普及计划蓝图，作为未来研发投资的战略指导。
一、电动汽车普及计划蓝图的愿景
普及电动汽车对于促进经济发展、提高国家安全、推动环境保护、造福消费者都具有重要意义。2012年3月，美国总统奥巴马宣布电动汽车普及计划，提出了到2022年使插电式电动汽车的价格和便利性达到燃油汽车水平的大胆目标。
目前，美国已成为全球主要的电动汽车市场，并且在生产一些最先进的插电式电动汽车。美国消费者的兴趣不断增加，2012年美国插电式电动汽车销售量增至3倍，达到5万辆以上。
发展插电式电动汽车（包括纯电动汽车和插电式混合电动汽车）可摆脱石油依赖，减少污染，并推动美国汽车产业引领世界。美国能源部设定了富有雄心的技术目标：电池成本从目前的每千瓦时500美元降至125美元，电驱系统成本从目前的每千瓦时30美元降至8美元，同时汽车重量降低近30%，从而使续驶里程达450公里的纯电动汽车的购置和运行成本与燃油汽车相当。
要使插电式电动汽车在成本、便利性和消费者满意度方面赶超燃油汽车，需要技术推动、充电设施促动和市场拉动。在燃油汽车长期占据主导地位的世界中，插电式电动汽车已经占有一席之地。随着技术发展和产量增加，其电池和电驱系统的性能将提高，成本将下降。美国能源部的目的是，与州地政府、私营部门、非政府机构和学术界一起加快这些趋势。
二、研发策略与主要技术目标
美国电动汽车普及计划重点关注电池、电机、电力电子、车体结构和快速充电技术的成本降低和性能提高。此外，也需研究车体结构和快速充电技术方面的消费者偏好。
1．电池
美国轻型汽车电动化的一项重要举措是研发成本效益好、寿命更长、更皮实耐用的电池。目前，电池成本太高，而且电池体积和重量影响了电动汽车的设计优化和性能提高。美国能源部计划，与2012年相比，2022年电池成本降至1/4，体积缩小一半，重量减至一半以下。
提高能量密度对实现成本和性能指标至关重要。当前电池技术远未达到能量密度的理论极限。近期内（2012-2017年），随着锂离子技术的进步，通过使用新型高容量阴极材料、高电压电解质，并用高容量的硅基或锡基金属间化合物替代石墨阳极，电池组的能量密度有望增加一倍以上，从100Wh/kg提高至250Wh/kg。长期来看（2017-2027年），锂化硫、镁离子、锌空气、锂空气等新一代电池的能量密度可能显著高于当前的锂离子电池，并将极大地降低电池成本，但新一代电池需要突破性创新。
优化和简化电池组设计、改进电池和电池组制造工艺、降低原料生产成本、开发新颖的热管理技术等研发工作也有助于降低电池成本，提高电池功率密度和研发快速充电技术也重要。
2．电驱系统
美国能源部计划，与2012年相比，2022年电驱系统成本降至1/4，体积缩小35%，重量降低40%，效率损失降低40%。其关键是开发先进的电力电子、电机和牵引驱动系统，并从系统角度提高燃料效率，降低成本。为实现上述成本和性能指标，将在永磁材料、非稀土磁体、先进电容、热封装、电气封装、宽带隙半导体、电机冲片等领域开展前沿研发。
3．汽车轻量化
美国能源部计划，到2022年使车体结构减重35%，底盘和悬架系统减重25%，内饰减重5%，整车减重近30%。减轻电动汽车重量可以增加续驶里程，降低电池体积和成本。通过同时满足成本和结构要求，轻量化金属材料和复合材料一定会受到青睐。轻量化材料包括碳纤维复合材料、镁合金、先进高强度钢和铝合金，同时成本效益好的材料接合技术也是关键技术。
4．车内气候控制技术
利用更少能源实现舒适的车内气候控制，也会降低电池体积和成本，进而减少插电式电动汽车的成本。目前，车内气候控制使插电式电动汽车的能耗翻番，续驶里程减半。美国能源部提出，要通过降低能源负荷、改善能源管理、采用先进的暖通空调设备等措施降低用于车内气候控制的能耗。
三、充电基础设施
根据专家建议，美国能源部启动了工作场所充电计划，目标是未来5年在工作场所提供充电服务的雇主数量增加10倍。专家还建议能源部召集利益相关方协商，以确保充电设施运营平稳和电网可靠。
电动汽车普及计划蓝图要求，地方决策者帮助确定充电基础设施的最佳地点，以利于电动汽车推广，并符合地方的特色和交通模式。就充电接口制订一整套规则和标准也很重要，能源部将积极支持制定各方认可的标准。此外，要制定高效的充电站建设许可和检查程序，以降低建设成本，节省时间。要建设大量统一的充电站引导标识，既方便用户充电，也引起潜在用户注意。要将电动汽车与电网有效整合起来，实现电流在电动汽车与电网间的双向流动，使电力公司能够对充电负载进行分配管理，使用户能够以最优的电价充电，使电动汽车成为电网的一项资产，并促进风能、太阳能等分布式发电的发展。
（作者：贾 伟，中国科学技术信息研究所副研究员，主要研究方向为国外科技政策与发展战略。
刘润生，中国科学技术信息研究所助理研究员，科技参考研究室负责人，主要从事科技战略与政策研究。）
链接：
技术概述
电动汽车是指以车载电源为动力，用电机驱动车轮行驶，符合道路交通、安全法规各项要求的车辆。它使用存储在电池中的电来发动。在驱动汽车时有时使用12或24块电池，有时则需要更多。
1、无污染，噪声低
电动汽车无内燃机汽车工作时产生的废气，不产生排气污染，对环境保护和空气的洁净是十分有益的，几乎是“零污染”。电动汽车无内燃机产生的噪声，电动机的噪声也较内燃机小。噪声对人的听觉、神经、心血管、消化、内分泌、免疫系统也是有危害的。
2、能源效率高，多样化
电动汽车的研究表明，其能源效率已超过汽油机汽车。特别是在城市运行，汽车走走停停，行驶速度不高，电动汽车更加适宜。电动汽车停止时不消耗电量，在制动过程中，电动机可自动转化为发电机，实现制动减速时能量的再利用。有些研究表明，同样的原油经过粗炼，送至电厂发电，经充入电池，再由电池驱动汽车，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，因此有利于节约能源和减少二氧化碳的排量。
另一方面，电动汽车的应用可有效地减少对石油资源的依赖，可将有限的石油用于更重要的方面。向蓄电池充电的电力可以由煤炭、天然气、水力、核能、太阳能、风力、潮汐等能源转化。除此之外，如果夜间向蓄电池充电，还可以避开用电高峰，有利于电网均衡负荷，减少费用。
3、结构简单维修方便
电动汽车较内燃机汽车结构简单，运转、传动部件少，维修保养工作量小。当采用交流感应电动机时，电机无需保养维护，更重要的是电动汽车易操纵。
5、动力本高续驶里程短
目前电动汽车尚不如内燃机汽车技术完善，尤其是动力电源（电池）的寿命短，使用成本高。电池的储能量小，一次充电后行驶里程不理想，电动车的价格较贵。但从发展的角度看，随着科技的进步，投入相应的人力物力，电动汽车的问题会逐步得到解决。扬长避短，电动汽车会逐渐普及，其价格和使用成本必然会降低。
支撑发展的电网技术
电动汽车电池更换站运行特性，更换站作为分布式储能单元接入电网的关键技术和控制策略；电池梯次利用的筛选原则、成组方法和系统方案；更换站多用途变流装置；更换站与储能站一体化监控系统；更换站与储能站一体化示范工程。
电动汽车充电需求特性和规模化电动汽车充电对电网的影响；电动汽车有序充电控制管理系统；电动汽车有序充电试验系统。
电动汽车与电网互动的控制策略和关键技术；电动汽车智能充放电机、智能车载终端和电动汽车与电网互动协调控制系统；电动汽车与电网互动实验验证系统；电动汽车充放电设施检验检测技术。
电动汽车新型充放电技术；电动汽车智能充放电控制策略及检测技术；充电设施与电网互动运行的关键技术。
规模化电动汽车电池更换技术、计量计费、资产管理技术；充电设施运营的商业模式；基于物联网的智能充换电服务网络的运营管理系统建设方案。
一、电动汽车普及计划蓝图的愿景
普及电动汽车对于促进经济发展、提高国家安全、推动环境保护、造福消费者都具有重要意义。2012年3月，美国总统奥巴马宣布电动汽车普及计划，提出了到2022年使插电式电动汽车的价格和便利性达到燃油汽车水平的大胆目标。
目前，美国已成为全球主要的电动汽车市场，并且在生产一些最先进的插电式电动汽车。美国消费者的兴趣不断增加，2012年美国插电式电动汽车销售量增至3倍，达到5万辆以上。
发展插电式电动汽车（包括纯电动汽车和插电式混合电动汽车）可摆脱石油依赖，减少污染，并推动美国汽车产业引领世界。美国能源部设定了富有雄心的技术目标：电池成本从目前的每千瓦时500美元降至125美元，电驱系统成本从目前的每千瓦时30美元降至8美元，同时汽车重量降低近30%，从而使续驶里程达450公里的纯电动汽车的购置和运行成本与燃油汽车相当。
要使插电式电动汽车在成本、便利性和消费者满意度方面赶超燃油汽车，需要技术推动、充电设施促动和市场拉动。在燃油汽车长期占据主导地位的世界中，插电式电动汽车已经占有一席之地。随着技术发展和产量增加，其电池和电驱系统的性能将提高，成本将下降。美国能源部的目的是，与州地政府、私营部门、非政府机构和学术界一起加快这些趋势。
二、研发策略与主要技术目标
美国电动汽车普及计划重点关注电池、电机、电力电子、车体结构和快速充电技术的成本降低和性能提高。此外，也需研究车体结构和快速充电技术方面的消费者偏好。
1．电池
美国轻型汽车电动化的一项重要举措是研发成本效益好、寿命更长、更皮实耐用的电池。目前，电池成本太高，而且电池体积和重量影响了电动汽车的设计优化和性能提高。美国能源部计划，与2012年相比，2022年电池成本降至1/4，体积缩小一半，重量减至一半以下。
提高能量密度对实现成本和性能指标至关重要。当前电池技术远未达到能量密度的理论极限。近期内（2012-2017年），随着锂离子技术的进步，通过使用新型高容量阴极材料、高电压电解质，并用高容量的硅基或锡基金属间化合物替代石墨阳极，电池组的能量密度有望增加一倍以上，从100Wh/kg提高至250Wh/kg。长期来看（2017-2027年），锂化硫、镁离子、锌空气、锂空气等新一代电池的能量密度可能显著高于当前的锂离子电池，并将极大地降低电池成本，但新一代电池需要突破性创新。
优化和简化电池组设计、改进电池和电池组制造工艺、降低原料生产成本、开发新颖的热管理技术等研发工作也有助于降低电池成本，提高电池功率密度和研发快速充电技术也重要。
2．电驱系统
美国能源部计划，与2012年相比，2022年电驱系统成本降至1/4，体积缩小35%，重量降低40%，效率损失降低40%。其关键是开发先进的电力电子、电机和牵引驱动系统，并从系统角度提高燃料效率，降低成本。为实现上述成本和性能指标，将在永磁材料、非稀土磁体、先进电容、热封装、电气封装、宽带隙半导体、电机冲片等领域开展前沿研发。
3．汽车轻量化
美国能源部计划，到2022年使车体结构减重35%，底盘和悬架系统减重25%，内饰减重5%，整车减重近30%。减轻电动汽车重量可以增加续驶里程，降低电池体积和成本。通过同时满足成本和结构要求，轻量化金属材料和复合材料一定会受到青睐。轻量化材料包括碳纤维复合材料、镁合金、先进高强度钢和铝合金，同时成本效益好的材料接合技术也是关键技术。
4．车内气候控制技术
利用更少能源实现舒适的车内气候控制，也会降低电池体积和成本，进而减少插电式电动汽车的成本。目前，车内气候控制使插电式电动汽车的能耗翻番，续驶里程减半。美国能源部提出，要通过降低能源负荷、改善能源管理、采用先进的暖通空调设备等措施降低用于车内气候控制的能耗。
三、充电基础设施
根据专家建议，美国能源部启动了工作场所充电计划，目标是未来5年在工作场所提供充电服务的雇主数量增加10倍。专家还建议能源部召集利益相关方协商，以确保充电设施运营平稳和电网可靠。
电动汽车普及计划蓝图要求，地方决策者帮助确定充电基础设施的最佳地点，以利于电动汽车推广，并符合地方的特色和交通模式。就充电接口制订一整套规则和标准也很重要，能源部将积极支持制定各方认可的标准。此外，要制定高效的充电站建设许可和检查程序，以降低建设成本，节省时间。要建设大量统一的充电站引导标识，既方便用户充电，也引起潜在用户注意。要将电动汽车与电网有效整合起来，实现电流在电动汽车与电网间的双向流动，使电力公司能够对充电负载进行分配管理，使用户能够以最优的电价充电，使电动汽车成为电网的一项资产，并促进风能、太阳能等分布式发电的发展。
（作者：贾 伟，中国科学技术信息研究所副研究员，主要研究方向为国外科技政策与发展战略。
刘润生，中国科学技术信息研究所助理研究员，科技参考研究室负责人，主要从事科技战略与政策研究。）
链接：
技术概述
电动汽车是指以车载电源为动力，用电机驱动车轮行驶，符合道路交通、安全法规各项要求的车辆。它使用存储在电池中的电来发动。在驱动汽车时有时使用12或24块电池，有时则需要更多。
1、无污染，噪声低
电动汽车无内燃机汽车工作时产生的废气，不产生排气污染，对环境保护和空气的洁净是十分有益的，几乎是“零污染”。电动汽车无内燃机产生的噪声，电动机的噪声也较内燃机小。噪声对人的听觉、神经、心血管、消化、内分泌、免疫系统也是有危害的。
2、能源效率高，多样化
电动汽车的研究表明，其能源效率已超过汽油机汽车。特别是在城市运行，汽车走走停停，行驶速度不高，电动汽车更加适宜。电动汽车停止时不消耗电量，在制动过程中，电动机可自动转化为发电机，实现制动减速时能量的再利用。有些研究表明，同样的原油经过粗炼，送至电厂发电，经充入电池，再由电池驱动汽车，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，因此有利于节约能源和减少二氧化碳的排量。
另一方面，电动汽车的应用可有效地减少对石油资源的依赖，可将有限的石油用于更重要的方面。向蓄电池充电的电力可以由煤炭、天然气、水力、核能、太阳能、风力、潮汐等能源转化。除此之外，如果夜间向蓄电池充电，还可以避开用电高峰，有利于电网均衡负荷，减少费用。
3、结构简单维修方便
电动汽车较内燃机汽车结构简单，运转、传动部件少，维修保养工作量小。当采用交流感应电动机时，电机无需保养维护，更重要的是电动汽车易操纵。
5、动力本高续驶里程短
目前电动汽车尚不如内燃机汽车技术完善，尤其是动力电源（电池）的寿命短，使用成本高。电池的储能量小，一次充电后行驶里程不理想，电动车的价格较贵。但从发展的角度看，随着科技的进步，投入相应的人力物力，电动汽车的问题会逐步得到解决。扬长避短，电动汽车会逐渐普及，其价格和使用成本必然会降低。
支撑发展的电网技术
电动汽车电池更换站运行特性，更换站作为分布式储能单元接入电网的关键技术和控制策略；电池梯次利用的筛选原则、成组方法和系统方案；更换站多用途变流装置；更换站与储能站一体化监控系统；更换站与储能站一体化示范工程。
电动汽车充电需求特性和规模化电动汽车充电对电网的影响；电动汽车有序充电控制管理系统；电动汽车有序充电试验系统。
电动汽车与电网互动的控制策略和关键技术；电动汽车智能充放电机、智能车载终端和电动汽车与电网互动协调控制系统；电动汽车与电网互动实验验证系统；电动汽车充放电设施检验检测技术。
电动汽车新型充放电技术；电动汽车智能充放电控制策略及检测技术；充电设施与电网互动运行的关键技术。
规模化电动汽车电池更换技术、计量计费、资产管理技术；充电设施运营的商业模式；基于物联网的智能充换电服务网络的运营管理系统建设方案。
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