淺談電動汽車發(fā)展及應(yīng)用

1、摘 要隨著汽車擁有量逐年增加，汽車廢氣排放及對石油資源的過度消耗所引發(fā)的環(huán)境、能源問題日益嚴(yán)重。控制汽車廢氣污染及石油的替代能源已成為亟待解決的課題。因此近幾十年來，世界各國政一直努力致力于研究開發(fā)和推廣使用各種低排放或零排放汽車，以解決空氣污染問題。電動車是以電力作為能源、由電動機(jī)驅(qū)動的機(jī)動車輛，電動車是典型的零排放車，是目前最具開發(fā)潛力的綠色交通工具。通過對電動汽車的種類、特點(diǎn)，對汽車的組成結(jié)構(gòu)和參數(shù)的研究，對電動汽車的性能進(jìn)行綜合評估，電動汽車是新能源汽車，是零污染汽車，所以，對電動汽車心臟的能源系統(tǒng)進(jìn)行分析研究，通過對性能源電池使用壽命、容量、性能及新興起的電池的研究分析，更好對電動汽

2、車現(xiàn)狀發(fā)展及應(yīng)用做出更好的分析。我國電動車的現(xiàn)狀是：由于電池的限制和成本過高，使得電動汽車無法量產(chǎn)和應(yīng)用。而電動自行車由于成本低，得以迅猛發(fā)展。研究低成本高效電池和社會充電系統(tǒng)是今后我國電動汽車的發(fā)展趨勢及應(yīng)用。關(guān)鍵詞：環(huán)境保護(hù)，節(jié)能減排，低碳經(jīng)濟(jì)，電動車，蓄電池，現(xiàn)狀，趨勢AbstractWith car ownership is increasing year by year, vehicle emissions and excessive consumption of petroleum resources caused by the environment, energy issues

3、 become increasingly serious. Control of vehicle emission pollution and oil alternative energy has become an urgent issue. Therefore, in recent decades, the political world has been working hard to research and development and promote the use of a variety of low-emission or zero emission vehicles, i

4、n order to solve the air pollution problem. Electric cars are electricity as an energy source, the motor-driven vehicles, electric vehicles is a typical zero-emission vehicles, is the most potential for development of green transport.The status of electric vehicles in China is: Because the battery l

5、imitations and the cost too high to allow production and electric vehicles can not be applied. The electric bike because of low cost, rapid development possible.Of low-cost, high efficiency battery charging system and society in the future development trend of China's electric car.Keywords：Envir

6、onmental Protection，Energy Conservation，Low-carbon Economy，Electric Cars，Storage Battery；，Situation ，Tendency 目 錄摘 要IAbstract11 引言31.1 大氣污染與汽車排放31.2 時代呼喚零排放32 電動汽車概述42.1 什么是電動車42.2 電動汽車的種類和特點(diǎn)42.3 電動汽車發(fā)展史話及發(fā)展戰(zhàn)略63 電動汽車的組成結(jié)構(gòu)103.1 電動汽車基本結(jié)構(gòu)103.2 電動汽車參數(shù)133.3 電動汽車的性能評價144電動汽車心臟的能源系統(tǒng)154.1 電動汽車的能源特點(diǎn)154.2 電動汽

7、車蓄電池164.2.1 蓄電池的容量164.2.2 比能量和比功率174.2.3 電動汽車的循環(huán)壽命和主要蓄電池174.3 其他新興的電動汽車能源系統(tǒng)19燃料電池194.3.2 超高速飛輪儲能技術(shù)205 電動汽車的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢215.1電動汽車現(xiàn)狀分析215.2電動汽車發(fā)展趨勢25結(jié) 論27參考文獻(xiàn)28致 謝291 引言1.1 大氣污染與汽車排放隨著工業(yè)化和城市化的推進(jìn)，汽車廢氣排放及對石油資源的過度消耗所引發(fā)的環(huán)境、能源問題也日益嚴(yán)重，已經(jīng)引起了世界各國的普遍重視。人類面臨的最大的環(huán)境問題歸納起來有三個方面：大氣污染、水資源污染以及生態(tài)環(huán)境遭受破環(huán)。保護(hù)人類賴以生存的自然環(huán)境，珍惜地球上有

8、限的石油資源是擺在人們面前迫切需要解決的兩個重大課題，傳統(tǒng)燃油汽車在這兩個問題上與人們的愿望正好背道而馳。 研究顯示，造成大氣污染的氣體主要由非甲烷有機(jī)物、氧化氮、一氧化碳組成。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在美國地區(qū)，43%的非甲烷有機(jī)物、57%的氧化氮、82%的一氧化碳都是汽車廢氣排放產(chǎn)生的，而全世界20%的一氧化碳排放量來源于汽車廢氣。由此可見，傳統(tǒng)汽車廢氣已成為城市大氣污染的一個主要原因。而且汽車廢氣排放出的氮氧化物與碳?xì)浠衔镌谧贤饩€的作用下，易形成高毒性的光化學(xué)煙霧，污染我們賴以生存的自然環(huán)境，直接危害人體健康，城市空氣污染情況日趨嚴(yán)重，控制汽車廢氣污染已成為環(huán)保部門的嚴(yán)峻課題1。1.2 時代呼喚零排放

9、大量使用汽車對環(huán)境造成了嚴(yán)重的污染，因此近幾十年來，世界各國政府、學(xué)術(shù)界以及工業(yè)界一直努力致力于研究開發(fā)和推廣使用各種低排放或零排放汽車，以解決空氣污染問題。20世紀(jì)60年代末，自美國政府率先頒布了較為嚴(yán)格的汽車排放標(biāo)準(zhǔn)以來，汽車制造業(yè)一直努力減少汽車廢氣的排放。與60年代相比，今天燃油汽車的非甲烷有機(jī)物和一氧化碳的排放以減少了96%，氧化氮的排放也減少了76%。1990年，美國提出世界上第一個限制汽車廢氣排放的法案。法案規(guī)定，到1998年，所有汽車商在加利福尼亞州出售的汽車中，零排放車至少要占售出總數(shù)的2%，到2003年，零排放車至少要占總數(shù)10%。1991年10月，美國東部的9個州以及華盛

10、頓特區(qū)也制定了類似法案。在美國影響下，世界上的各個主要汽車生產(chǎn)和使用國紛紛制定了類似的政策或法規(guī)，并投入巨資，開發(fā)研究新型零排放汽車電動汽車2。2 電動汽車概述2.1 什么是電動車電動車是以電力作為能源、由電動機(jī)驅(qū)動的機(jī)動車輛。在外形上，電動車與傳統(tǒng)的汽車并無顯著區(qū)別，它們的主要區(qū)別在于動力和驅(qū)動系統(tǒng)。與電動車不同的是，傳統(tǒng)的燃油汽車是以液態(tài)的汽油或柴油為燃料，以燃油發(fā)動機(jī)為驅(qū)動系統(tǒng)。如果我們將燃油汽車看成是一臺機(jī)械動力設(shè)備，電動車則是典型的機(jī)電一體化的電氣設(shè)備。對這樣的機(jī)電一體化電氣設(shè)備來說，除了要考慮它的機(jī)械安全性之外，電氣安全性也是非常重要的安全指標(biāo)3。2.2 電動汽車的種類和特點(diǎn)電動汽

11、車又為以下幾類：純電動汽車，如圖2-1的奔馳Smart For Two，如果一輛電動車同時采用電動機(jī)（電驅(qū)動）和發(fā)動機(jī)（燃油驅(qū)動）作為動力驅(qū)動系統(tǒng)，就構(gòu)成了所謂的混合型電動車，圖2-2就是本田思域Hybrid。我國產(chǎn)的比亞迪F3DM(如圖2-3)，作為世界首款即將量產(chǎn)的雙模電動車，在中國乃至世界的新能源汽車領(lǐng)域具有里程碑的意義。F3DM雙模電動車搭載了全球最先進(jìn)的DM雙模系統(tǒng)。該系統(tǒng)是一種將控制發(fā)電機(jī)和電動機(jī)兩種混合力量相結(jié)合的技術(shù)，用戶通過按鍵，就可以使車輛在純電動(EV)和混合動力(HEV)這兩種模式之間自由切換。這種技術(shù)的好處顯而易見，純電動模式下即實(shí)現(xiàn)了零排放，混合動力的排放標(biāo)準(zhǔn)也遠(yuǎn)遠(yuǎn)

12、優(yōu)越于歐IV標(biāo)準(zhǔn)。圖2-1純電動車圖2-2 混合型電動車圖2-3 比亞迪F3DM由上述電動車的定義可知，電動車是典型的零排放車，本身不產(chǎn)生任何廢氣，也無冷卻劑、機(jī)油等污染物。有人錯誤地認(rèn)為電動車只是將空氣污染從市區(qū)搬到了發(fā)電廠，實(shí)際上，電力的來源可以是多樣化的，不僅可用石油、煤炭、核能,還可利用自然界的可再生能量：像水能、太陽能、潮汐能、風(fēng)能、地?zé)崮堋⑸锬艿?，都可以高效地轉(zhuǎn)化為電能。即使電動汽車?yán)檬唾Y源，通過“電能電動機(jī)車輪”的能量轉(zhuǎn)換和利用效率，也要比通過“石油內(nèi)燃機(jī)變速器車輪”的能量轉(zhuǎn)換和利用率要高1倍左右。將發(fā)電廠的污染都考慮在內(nèi)，電動車也比燃油汽車造成的空氣污染少得多，全球低碳經(jīng)

13、濟(jì)下，電動車有很大優(yōu)勢。在都市行車時，為了等候交通燈，必須不斷地停車和起動，這既造成了大量的能源浪費(fèi)，又增加了業(yè)已十分嚴(yán)重的空氣污染。而對電動車，遇到剎車減速或下坡行駛時，可以通過電子控制器將車輛的行車動能“再生”地轉(zhuǎn)化為電能并貯存于蓄電池之中。電動汽車的起動速度相當(dāng)快，在遇到紅燈停車時，還可以不必讓電機(jī)空轉(zhuǎn)，大大提高能源的使用效率；重新起動，也不會產(chǎn)生大量的廢氣，可減少空氣污染。真正使電動車量產(chǎn)的動力在其經(jīng)濟(jì)性上。目前電動車的百公里耗電12度左右，以目前的電價花費(fèi)10元左右。傳統(tǒng)1.6排量燃油汽車的百公里油耗7升左右，目前的油價大約花費(fèi)50元左右。電動汽車的使用成本只是燃油汽車的20%左右5

14、。另外電動車的電池組成本高出傳統(tǒng)燃油汽車的油箱太多，這致使目前電動車的售價很高，幾乎是傳統(tǒng)燃油汽車價格的一倍。然而從長遠(yuǎn)考慮，由于使用成本低廉，消費(fèi)者可以在后期省下的昂貴燃油費(fèi)中得到補(bǔ)償。國家也會在近幾年出臺購電動車的補(bǔ)助政策，這些政策會促使消費(fèi)者傾向于購買電動車。為了解決行駛里程短的硬傷，混合動力電動車應(yīng)運(yùn)而生。這類電動車采用電驅(qū)動的電動機(jī)和燃油驅(qū)動的發(fā)動機(jī)混合動力。解決了純電動車的行駛里程短的弊端，又提供了足夠的時間進(jìn)行充電。在尾氣排放方面又大大優(yōu)于傳統(tǒng)燃油汽車，是目前主流的電動車類型。2.3 電動汽車發(fā)展史話及發(fā)展戰(zhàn)略19世紀(jì)末，美國新興的工業(yè)城市迫切需要發(fā)展新型的城市交通工具，以替代既

15、臟又吵的火車和馬車。那時，美國人擁有2500萬匹馬，而主要的個人交通工具是馬車和機(jī)械奇跡自行車。當(dāng)時1000萬輛既方便又安全的自行車把美國人從每天喂養(yǎng)馬匹中解放了出來。自行車的大量使用促進(jìn)了市區(qū)道路的發(fā)展，同時也為后來汽車工業(yè)不可缺少的冶金鑄造、軸承制造、車輪工藝以及變速機(jī)構(gòu)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。早在約·亨利發(fā)明了直流電動機(jī)后不久的1831年，誕生了世界上第一部電動車。而第一部真正具有實(shí)際意義的電動車是由蘇格蘭人德文博特于1834年發(fā)明的，當(dāng)時這部電動車采用的能源是不可充電的簡單玻璃封裝蓄電池。1895年到1915年是早期電動車黃金時代。當(dāng)時，美國經(jīng)濟(jì)正處于擴(kuò)張時期，呈現(xiàn)一派繁榮昌盛的氣

16、象。隨著國家經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，美國急需尋找新型工業(yè)，以刺激經(jīng)濟(jì)進(jìn)一步發(fā)展。電動汽車正是在這樣的形勢下發(fā)展起來的。在這個時期，電動車占領(lǐng)了美國私人機(jī)動車的主要市場。1897年英國倫敦的一輛電動出租車，驅(qū)動電機(jī)采用的是雙繞組的直流電機(jī)，用變換繞組連接進(jìn)行變速，而不是當(dāng)時常用的調(diào)節(jié)電壓調(diào)速。該車載有約600kg的鉛酸電池，自重約1300kg，行駛里程為80km。1899年，金納茨的“永不滿足號”(The Never Satisfied)電動車曾在美國創(chuàng)下了110km/h的當(dāng)時最高時速記錄。在1924年的全美汽車展中，電動汽車銷聲匿跡了，燃油汽車迎來了一個黃金時代，而這個黃金時代一直延續(xù)到60年代末。在

17、這段時期，除了業(yè)余愛好者們還在鍥而不舍地改裝各種電動汽車，改善它們的性能之外，大汽車制造商們很少再投資發(fā)展電動汽車了6。盡管現(xiàn)今的電動汽車還存在這樣或那樣的問題，特別是目前蓄電池的能量密度遠(yuǎn)低于汽油，導(dǎo)致電動汽車的行駛里程還達(dá)不到燃油汽車的水平，限制了電動汽車在某些長程交通場合的使用。但進(jìn)入2000年以來，它還是獲得了迅速的發(fā)展。據(jù)統(tǒng)計(jì)，美國人每天平均開車行駛65km，而高速公路限速為88km/h(以加州為例)。具有奔馳Smart For Two這樣性能的電動汽車足以滿足美國人95的需求。而對其他國家，人們對機(jī)動汽車性能的要求比美國還要低一些。由此可見，盡管人們對電動汽車的性能有些擔(dān)心，但是實(shí)

18、際上這種擔(dān)心并不完全是行駛里程不足的問題，而主要是一個信心問題，今日的電動汽車在滿足人們?nèi)粘＝煌ㄟ\(yùn)輸?shù)男枨蠓矫媸峭耆梢詣偃蔚?。電動汽車結(jié)構(gòu)簡單，毋需更換機(jī)油、油泵、汽化器以及消聲裝置等等，毋需添加冷卻水，它的日常維修工作極少。在充電方面，對一般的電動汽車用戶來說，晚上在家將電動汽車充滿電的時間遠(yuǎn)小于他們的睡眠時間。因此，盡管目前電動汽車還不能像燃油汽車加油那樣，能在幾分鐘之內(nèi)充滿電，但總的來看，使川電動汽車還是很方便的。近年來，采用各種高新技術(shù)的電動汽車層出不窮，給人們帶來了一個明確的信息：我們已經(jīng)走到了電動汽車時代的邊緣。隨著日新月異的技術(shù)進(jìn)步和人們環(huán)保意識的不斷提高，21世紀(jì)必將成為電

19、動汽車全面發(fā)展的世紀(jì)。電動汽車開發(fā)中要考慮的具體問題列舉如下：(1)了解車輛使用的市場和環(huán)境；(2) 決定電動汽車的技術(shù)條件；(3) 決定使用電動汽車所需的基礎(chǔ)設(shè)施，以及蓄電池的回收設(shè)施；(4) 決定整個系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)；(5) 設(shè)計(jì)底盤和車體；(6) 決定能量方式，采用發(fā)電方式或儲存方式·純電動式或混合式；(7) 決定驅(qū)動系統(tǒng)，包括電動機(jī)、控制器和變速器的類型，單電機(jī)或多電機(jī)驅(qū)動，有齒輪減速或無齒輪減速及其安裝方式等等；(8) 根據(jù)電動汽車的行駛要求，決定電驅(qū)動的技術(shù)條件和能源容量；(9) 采用智能化的能量管理系統(tǒng)；(10) 分析各個子系統(tǒng)之間的相互作用，以及對安全和成本的影響；(11)

20、 優(yōu)化電機(jī)驅(qū)動的效率；(12) 通過計(jì)算機(jī)仿真計(jì)算，優(yōu)化整個系統(tǒng)10。不久的將來，我們的城市將會用上由太陽能、風(fēng)能、氫能及核能產(chǎn)生的電能。而取之不盡、用之不竭的海水也將成為人類的主要能源。與此同時，人類需要開發(fā)更有效、更安全的交通工具，保護(hù)環(huán)境、保護(hù)自然。為了解決空氣污染以及二氧化碳所產(chǎn)生的溫室效應(yīng)，實(shí)現(xiàn)21世紀(jì)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，電動汽車正面臨著前所未有的發(fā)展機(jī)遇和挑戰(zhàn)。不同國家或不同制造商的電動車發(fā)展策略有所不同，而且影響發(fā)展的各種因素非常復(fù)雜。盡管在市場經(jīng)濟(jì)條件下，市場起主導(dǎo)作用，但不等于市場決定一切。制造商、政府和電力部門可以共同培育市場，制訂開拓市場的策略?？偫▉碚f，電動汽車發(fā)展的總體戰(zhàn)

21、略可以是：(1) 綜合技術(shù)優(yōu)勢：集中汽車技術(shù)、電機(jī)技術(shù)、電子技術(shù)、材料技術(shù)等相關(guān)技術(shù)的優(yōu)勢，進(jìn)行系統(tǒng)綜合和優(yōu)化。(2) 綜合社會優(yōu)勢：集中政府、工業(yè)、電力、交通、用戶的優(yōu)勢，進(jìn)行大協(xié)作，共同分擔(dān)風(fēng)險和享受成果。(3) 充分利用本地的市場和資源優(yōu)勢，生產(chǎn)出性能和價格合理的電動汽車，并提供有效的基礎(chǔ)設(shè)施。我國的國情有別于西方國家，為了加速我國的電動汽車發(fā)展，我們應(yīng)該考慮如下措施：(1) 充分利用本地區(qū)經(jīng)濟(jì)增長迅速、資源豐富和勞動力廉價的優(yōu)勢；(2) 合理地分配市場、自然資源和人力資源；(3) 制定技術(shù)規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)以及特別適合中國地區(qū)的新型交通體系；(4) 發(fā)展具有本地特色的創(chuàng)新設(shè)計(jì)概念；(5) 政府

22、采取優(yōu)惠政策和扶持措施；(6) 成立電動汽車信息中心，促進(jìn)技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)交流11。夠的市場，得以激勵制造商不斷地改進(jìn)和開發(fā)新型電動汽車，因此成功發(fā)展電動車的關(guān)鍵在于開發(fā)電動汽車本身與開發(fā)市場并舉。為此，必須建立汽車工業(yè)界、政府和電力部門三者的良好協(xié)作關(guān)系，共同努力開發(fā)電動汽車、完善電動汽車市場。 推動電動汽車發(fā)展的動力來源于環(huán)境保護(hù)和市場需求。市場要求電動汽車盡快降低成本，實(shí)現(xiàn)商品化。但是用戶、政府和企業(yè)對電動汽車的興趣和側(cè)重點(diǎn)各有不同，尋求它們的共識，則將是電動汽車發(fā)展和推廣應(yīng)用的關(guān)鍵，如圖2-5所示。政府社會影響全劇環(huán)保燃料經(jīng)濟(jì)性 工業(yè)界 利潤領(lǐng)先型企業(yè)形象用戶價格、燃料經(jīng)濟(jì)性、性能、舒適感

23、圖2-5 用戶、政府和企業(yè)之間的關(guān)系目前電動汽車存在的問題是初始成本高和行駛里程不理想。其中主要原因是電池問題，有人說要等新型電池有突破才可以推廣電動汽車。實(shí)際上即使利用現(xiàn)有的技術(shù)，只要根據(jù)上述工程哲學(xué)，根據(jù)不同的用途情況加以優(yōu)化，不僅從技術(shù)入手，更從綜合經(jīng)濟(jì)措施人手，即可以取得綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益。現(xiàn)在電動汽車已經(jīng)開始初步進(jìn)入市場，但燃油發(fā)動機(jī)仍占絕大多數(shù)份額。在未來的10年里，純電動車、混合式電動汽車和燃料電池電動汽車市場份額將以穩(wěn)定的速度增加，而燃油汽車的市場份額從現(xiàn)在開始將會逐漸減少。預(yù)計(jì)10年后，純電動汽車將占據(jù)一個明顯的市場份額，而混合式電動汽車和燃料電池電動汽車市場份額將與燃油汽車所

24、占的份額相當(dāng)。所有電動汽車加在一起的市場份額將會超過燃油汽車。日趨成熟的、可以應(yīng)用的技術(shù)，如先進(jìn)發(fā)動機(jī)、先進(jìn)蓄電池、先進(jìn)電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)、燃?xì)廨啓C(jī)、超大容量電解電容、高速飛輪儲存系統(tǒng)和燃料電池，將都被用來提高純電動汽車和混合式電動汽車的性能。低空氣阻力系數(shù)技術(shù)、低滾動阻力輪胎技術(shù)、重量輕的車身和部件技術(shù)將會被純電動車、混合式電動汽車和燃油汽車共同應(yīng)用，不斷提高它們各自的性能12。未來的發(fā)展趨勢將是燃料電池電動汽車和混合式電動汽車將有長遠(yuǎn)的市場前景。因?yàn)檫@兩種電動汽車具有與目前汽車基本相同的功能，但它們的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本較高，因此要對性能和價格兩方面進(jìn)行平衡。純電動汽車則適合特定的市場，如(1)社區(qū)交

25、通；(2)電價便宜、使用方便的地區(qū)；(3)零排放管制地區(qū)。一般而言，對于小型車輛包括自行車和摩托車，純電動汽車更具有生命力。其根本原因是：在小型車輛中，電池的不利因素較少。未來10年中，純電動汽車和混合式電動汽車在其特定市場范圍內(nèi)的商業(yè)化將增長，增長的速度主要取決于它們的價格。未來20年內(nèi)燃料電池電動汽車的商業(yè)化也將增長，總而言之，未來30年內(nèi)的前景十分令人鼓舞，因?yàn)樵絹碓蕉嗟娜藢Ⅰ{駛潔凈的交通工具，而電源和電力驅(qū)動仍是關(guān)鍵技術(shù)，環(huán)境問題仍是發(fā)展電動車的推動力。在我國，電動汽車更有著獨(dú)特的市場。中國的大城市普遍存在著十分嚴(yán)重的交通問題和空氣污染問題，這些城市人口稠密，道路狹窄。因此，作為一種小

26、型、中速和短途的日常交通工具，電動汽車是十分理想的，電動汽車在中國有很好的發(fā)展條件和廣闊的應(yīng)用前景。并已在“八五”和“九五”期間將電動汽車列為國家重大項(xiàng)目，可以預(yù)期電動車的研制和開發(fā)將會快取得一批重要成果，為電動汽車在我國的推廣應(yīng)用，減少空氣污染，保護(hù)環(huán)境發(fā)揮重要的推動作用13。3 電動汽車的組成結(jié)構(gòu)今天，電力在人們的生活中已得到廣泛應(yīng)用，因此，用電力驅(qū)動車輛被認(rèn)為是最自然不過的事情了。但是，在很多人的眼里，電動汽車既神秘又有很強(qiáng)的吸引力。實(shí)際上，電動汽車是機(jī)械、電力、磁力和化學(xué)定律巧妙結(jié)合的產(chǎn)物，現(xiàn)代電動汽車更是集機(jī)、電、化、光各學(xué)科領(lǐng)域中最新技術(shù)于一體，是汽車、電力拖動、電子、智能控制、電

27、化學(xué)、計(jì)算機(jī)、新能源、新材料等工程技術(shù)中最新科技成果的集成產(chǎn)物。從廣義來看，電動汽車還不僅僅是一部機(jī)動車輛，而且是涉及交通、能源、汽車工業(yè)、電力部門、環(huán)境保護(hù)、政治、經(jīng)濟(jì)等諸多方面的一個全新的領(lǐng)域。高性能的電動汽車通常是根據(jù)現(xiàn)代電動車系統(tǒng)理論專門設(shè)計(jì)制造的。為了提高電動汽車的性能，必須對電動汽車的結(jié)構(gòu)和參數(shù)進(jìn)行系統(tǒng)的分析研究。3.1 電動汽車基本結(jié)構(gòu)如圖3-1所示，電動汽車的基本結(jié)構(gòu)系統(tǒng)可分為3個子系統(tǒng)，即電力驅(qū)動子系統(tǒng)、主能源子系統(tǒng)和輔助控制子系統(tǒng)。其中，電力驅(qū)動子系統(tǒng)又由電控系統(tǒng)、電機(jī)、機(jī)械傳動系統(tǒng)和驅(qū)動車輪等部分組成(如圖3-2)；主能源子系統(tǒng)由主電源和能量管理系統(tǒng)構(gòu)成，能量管理系統(tǒng)是實(shí)

28、現(xiàn)能源利用監(jiān)控、能量再生、協(xié)調(diào)控制等功能的關(guān)鍵部件；而輔助控制子系統(tǒng)主要是為電動車提供控制電源，具有輔助電源的控制、動力轉(zhuǎn)向、充電控制、空氣調(diào)節(jié)等功能14。圖3-1 電動汽車的基本結(jié)構(gòu)與燃油汽車相比，電動車的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)靈活。燃油汽車的能量是通過剛性聯(lián)軸器和轉(zhuǎn)軸傳遞的，而電動汽車的能量則基本上是通過柔性的電線傳輸?shù)?，因此，電動汽車各部件的放置具有很大的靈活性。與傳統(tǒng)燃油汽車的發(fā)動機(jī)不同，電動汽車的電動機(jī)具有很大的靈活性。不同類型的電動機(jī)，像直流電動機(jī)、交流電動機(jī)、輪式電動機(jī)等等都可以作為電動汽車的驅(qū)動電機(jī)，并直接導(dǎo)致電動汽車不同的行駛性能。不同類型的儲能裝置，例如不同的蓄電池、燃料電池、超大電容

29、器和高速飛輪等也都會影響電動汽車的重量、體積、尺寸，進(jìn)而影響電動汽車的性能。這些不同的選擇，賦予了電動汽車的設(shè)計(jì)者很大的靈活性。圖3-2 電動汽車電力驅(qū)動子系統(tǒng)自動變速傳動橋可以用微處理器實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)軸的全電子控制。一個由停車、倒車、空檔、行駛以及一檔構(gòu)成的五檔選擇器為駕駛員提供了各種駕駛情況下的不同選擇?？刂破鲗⒏鶕?jù)駕駛員所掛的檔位自動地決定變速齒輪在哪一級變速檔上，并將適當(dāng)?shù)男盘査偷揭簤嚎刂葡到y(tǒng)以執(zhí)行變速控制。由于交流異步電機(jī)的轉(zhuǎn)動慣量低并有理想的轉(zhuǎn)矩特性，使得控制變速橋進(jìn)行平滑的自動變速變得更加容易。采用不同的動力驅(qū)動方式和不同的能源系統(tǒng)可以構(gòu)成不同結(jié)構(gòu)形式的電動汽車。(1)帶有多級變速齒輪箱

30、的電動車早期的許多電動汽車是由燃油汽車改裝而成的。這種電動汽車只是將汽車的引擎和油箱替換成電動機(jī)和蓄電池，而保留燃油汽車離合器、變速齒輪箱和差速器等機(jī)械部件。改裝電動車由于離合器、變速箱這類機(jī)械部件本身業(yè)已存在，采用多級變速驅(qū)動是最簡單的方法。通常這類改裝電動車的性能直接取決于蓄電池，由于目前蓄電池的能量密度遠(yuǎn)低于汽油，因此改裝電動車難以獲得很高的性能。(2)采用固定減速比的電動汽車采用固定減速比的轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速驅(qū)動特性。隨著電動機(jī)控制性能的改善，電動機(jī)驅(qū)動具有相當(dāng)大的控制靈活性和理想的轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速特性，完全可以滿足機(jī)動車的驅(qū)動性能要求。現(xiàn)代電動汽車大都采用這種結(jié)構(gòu)。(3)采用電動輪驅(qū)動的電動汽車如果將

31、驅(qū)動電動機(jī)直接安裝在車輪中，可以使電動車的結(jié)構(gòu)變得更加緊湊，進(jìn)而進(jìn)一步縮小電動車的體積減輕其重量，提高傳輸效率并降低成本。這種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是取消了傳動齒輪箱，其代價是低速電機(jī)的體積、重量和成本通常比較高。采用電動輪驅(qū)動的電動汽車通常采用兩輪或四輪驅(qū)動。(4)單電機(jī)或多電機(jī)驅(qū)動汽車在轉(zhuǎn)彎時，由于內(nèi)外側(cè)車輪的轉(zhuǎn)彎半徑不同，必須調(diào)整兩側(cè)車輪的速度，實(shí)行差速，以使得汽車可以平穩(wěn)行駛。而對于電動汽車，如果采用雙電機(jī)或者四電機(jī)驅(qū)動，由于每個電機(jī)的轉(zhuǎn)速可以有效地獨(dú)立調(diào)節(jié)控制，實(shí)現(xiàn)電子差速。在這種情況下，電動車可以不用機(jī)械差速器。 (5)能源系統(tǒng)對電動汽車結(jié)構(gòu)的影響除了電力驅(qū)動系統(tǒng)對電動汽車結(jié)構(gòu)的影響之外，不同

32、的能源系統(tǒng)，如各種蓄電池、燃料電池、高速飛輪及超大電容器等不同的儲能手段，都能構(gòu)成不同的電動汽車結(jié)構(gòu)，對電動汽車的性能產(chǎn)生很大的影響16。3.2 電動汽車參數(shù)一般來說，電動汽車和燃油汽車同樣都是機(jī)動車，就外部性能而言，描述它們的數(shù)學(xué)和物理手段并無大異。因此，大多數(shù)的電動汽車參數(shù)都可以從發(fā)展成熟的燃油汽車體系中借鑒，但是由于電動汽車的特殊性，她的蓄電重量、效率、再生能量的利用效率等性能參數(shù)卻是傳統(tǒng)的燃油汽車所沒有的。1. 重量電動汽車的重量是重要的性能參數(shù)，因?yàn)樗鼈冎苯佑绊懙诫妱悠嚨男旭偫锍毯托旭傂阅堋ｋ妱悠嚨闹亓慷x如下：(1) 自重不包括載重的電動汽車重量；(2) 毛重包括載重的電動汽車

33、重量；(3) 載重乘客和貨物的總重量；(4) 慣性重量自重加標(biāo)準(zhǔn)的載重量；(5) 最大重量電動汽車在得以安全行駛條件下的最大毛重；(6) 驅(qū)動系統(tǒng)重量電動汽車整個驅(qū)動系統(tǒng)的重量；(7) 蓄電池重量電動汽車車載蓄電池的重量。2. 體積參數(shù).電動汽車的體積參數(shù)與傳統(tǒng)汽車類似，主要是：(1) 車體尺寸車體的長、寬、高；(2) 前部面積車體的前部等效面積，將直接影響電動車的空氣阻力系數(shù)；(3) 座位容積車內(nèi)允許的乘客數(shù)量；(4) 貨物容積車內(nèi)允許的貨物容積。 3. 力參數(shù) 機(jī)動車行駛要克服的阻力稱為道路負(fù)載，道路負(fù)載Fl主要由空氣阻力Fd輪胎滾動阻力Fr和爬坡阻力Fc等三個分量構(gòu)成，如圖2.7所示。它

34、的數(shù)學(xué)表達(dá)式為：Fl= Fd + Fr + Fc圖3-3 電動車的道路負(fù)載空氣阻力： Fd是由于機(jī)動車高速穿過空氣障礙而產(chǎn)生的運(yùn)動阻力。輪胎滾動阻力：Fr 是由于輪胎與地面摩擦產(chǎn)生的阻力。影響滾動阻力的因素主要有輪胎的形狀、壓力、溫度、胎面厚度、線網(wǎng)層、車速以及所傳遞的轉(zhuǎn)矩等等，其中胎型和壓力又是最主要的因素。爬坡阻力：Fc爬坡時受到更直接的地心引力。坡度越大，阻力越大。3.3 電動汽車的性能評價林林總總、洋洋大觀的電動汽車家族種類繁多、性能各異，如何建立一個統(tǒng)一的性能標(biāo)準(zhǔn)，以評價這些不同廠家生產(chǎn)的、不同類型的電動汽車，成為電動汽車發(fā)展的一項(xiàng)基礎(chǔ)研究。在環(huán)保意識不斷提高的今天，人們已不再簡單地

35、追求汽車最高時速和加速性能，燃油汽車的廢氣排放已成為汽車性能的又一重要的考核指標(biāo)。此外，汽車的舒適性、安全性等等也都會成為汽車推銷商的賣點(diǎn)。對于電動汽車，一次充電后的最大行駛里程則是最重要的性能指標(biāo)。這是因?yàn)椋惠v1.5 L的燃油汽車加滿汽油之后至少可行駛500 km，而大部分的現(xiàn)代電動汽車一次充電后的行駛里程在200 km左右，遠(yuǎn)低于燃油汽車，還不能完全滿足人們對現(xiàn)代機(jī)動車輛的性能要求，從而成為制約電動汽車發(fā)展的主要因素。因此人們在評價電動汽車的性能時，主要要考慮如下性能指標(biāo)：(1)車體重，kg；(2)載重，kg；(3)載客人數(shù)或載貨體積，m3；(4)最大重量，kg；(5)能量效率和功率效率

36、；(6)連續(xù)最大行駛速度，km/h；(7)最大爬坡能力，；(8)深度放電條件下的充電時間，h；(9)最大行駛里程電動車每次充滿電后的最大行駛里程，km；(10)加速能力電動車從靜止加速到一定的時速，s；(11)最高時速電動車所能達(dá)到的最高時速，km/h。值得注意的是一輛電動汽車如果以40 km/h的恒速行駛在高速公路上，可行駛200 km，而在市區(qū)，則由于要不斷地起動和剎車，可能最多行駛120 km。不同的行駛方式導(dǎo)致了電動汽車的行駛里程有很大的差異，為了合理地評價機(jī)動車 的性能，人們制定了統(tǒng)一的機(jī)動車駕駛模式。由于不同國家或地區(qū)的駕駛條件差異很大，各個國家分別制定有自己的駕駛模式，其中主要有

37、：美聯(lián)邦都是駕駛模式、歐洲駕駛模式、美國機(jī)動車工程師協(xié)會（SAE）J227a駕駛模式、日本電動車協(xié)會駕駛模式。由于我國的電動汽車開發(fā)起步較晚，目前尚未建立自己的電動汽車駕駛測試標(biāo)準(zhǔn)模式，而一直沿襲美國或歐洲的標(biāo)準(zhǔn)。因此建立適合我國國情的駕駛測試模式已是中國發(fā)展電動汽車事業(yè)的當(dāng)務(wù)之急。4電動汽車心臟的能源系統(tǒng)從前一章中我們關(guān)于電動汽車的主要參數(shù)和特性的分析可見，電動汽車能源系統(tǒng)的體積、重量、形狀和技術(shù)參數(shù)，決定了電動汽車的行駛性能，是電動汽車最重要的子系統(tǒng)。在目前以及可以預(yù)見的未來，能源系統(tǒng)是電動汽車實(shí)現(xiàn)市場化的瓶頸，本章將對電動汽車的能源系統(tǒng)進(jìn)行詳細(xì)的討論和分析。4.1 電動汽車的能源特點(diǎn)為了

38、確保點(diǎn)東側(cè)合理的行駛性能，對其能源系統(tǒng)應(yīng)具有如下要求：(1)高比能量（2h放電率時至少44 W·h/kg)，以確保電動車達(dá)到合理的行駛里程(2)高比功率，以確保電動汽車的加速和爬坡性能；(3)壽命長，免維護(hù)；(4)制造成本低廉；(5)自放電、自衰減?。?6)合理的運(yùn)行環(huán)境要求；(7)充電快、效率高、設(shè)備簡單；(8)尺寸?。?9)發(fā)生事故時的安全性好；(10)可回收性好；(11)更換簡便。目前，適合電動汽車的能源系統(tǒng)有：蓄電池、燃料電池、電容器儲能和飛輪儲能等。其中蓄電池、電容器和飛輪是所謂儲能系統(tǒng)，燃料電池則是利用化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生電能的發(fā)電系統(tǒng)。由于蓄電池的技術(shù)比較成熟，價格相對低廉，就

39、近期而言，蓄電池將是電動汽車的主要能源。最近燃料電池及電容器儲能技術(shù)的發(fā)展受到了較多的關(guān)注，成為電動汽車長期發(fā)展中較有前途的能源形式，而飛輪儲能技術(shù)的實(shí)用化則是電動汽車發(fā)展的遠(yuǎn)期目標(biāo)。4.2 電動汽車蓄電池 蓄電池的容量蓄電池的容量就是蓄電池的蓄電能力。通常以充足電后的蓄電池，放電至其端電壓到達(dá)規(guī)定的終了電壓時，電池所放出的總電量來表示。當(dāng)蓄電池以恒定電流放電時，它的容量(Q)等于放電電流(Id)和放電時間(td)的乘積：Q = Id·td式中Id的單位為安(A)，td的單位為小時(h)，Q的單位為安時(A·h)。如果放電電流不是一個固定不變的常數(shù)，那么蓄電池的容量為不同的

40、放電電流與相應(yīng)時間的乘積之和：Q=Id1·td1Id2·td2Idn·tdn蓄電池的容量并不是一個固定不變的常數(shù)，除了與極板表面能參與電化學(xué)反應(yīng)的活性物質(zhì)數(shù)量有關(guān)外，還與充電的程度、放電電流的大小、放電時間的長短、電液的比重、溫度的高低、蓄電池的效率以及新舊程度有關(guān)。在使用過程中，放電電流的大小和電解液的溫度是影響蓄電池容量的主要因素。能源比能量 /（W·h）·kg-1汽油天然氣甲醇?xì)錃饷恒U酸電池鈉硫電池鋼飛輪 12300 9350 6200 28000 8200 3550 150300 1230表4-1 不同能源系統(tǒng)比能量 比能量和比功率能源

41、系統(tǒng)的比能量被定義為單位質(zhì)量的能量。其量綱為（w·h/kg)。電動汽車能源與傳統(tǒng)汽車能源最根本的差別，在于它們的比能量相差很大，表4-1給出了不同能源系統(tǒng)比能量的典型數(shù)據(jù)。由此可見，汽油的比能量是鉛酸電池的250倍。從上一章的電動汽車系統(tǒng)理論分析可知，電動汽車的行駛里程則完全是由車載總能量決定的。由于電動汽車車載能源的比能量遠(yuǎn)低于傳統(tǒng)汽車車載能源的比能量，這就決定了在蓄電池技術(shù)還未能取得有效突破的情況下，電動車的行駛里程仍將不敵傳統(tǒng)汽車，這就是目前電動車還不能迅速普及的原因之一與比能量的定義相類似，能源系統(tǒng)的比功率被定義為單位質(zhì)量的功率，其量綱為W/kg。如果一個蓄電池的比功率較大，

42、則表明在單位時間內(nèi)，單位質(zhì)量所放出的能量較多，即該電池能用較大的電流放電。而且電動汽車的加速性能是由其驅(qū)動系統(tǒng)的功率特性決定的。因此，蓄電池的比功率決定了電動汽車的加速性能。與比能量特性不同的是，蓄電池的比功率與傳統(tǒng)的汽油或柴油相當(dāng)，因此電動汽車的加速性能一般不低于傳統(tǒng)的燃油汽車。4.2.3 電動汽車的循環(huán)壽命和主要蓄電池蓄電池的充放電循環(huán)壽命是衡量二次電池的一個重要參數(shù)。蓄電池經(jīng)受一次充電和放電，稱為一次循環(huán)。在一定的充放電條件下，電池容量降至某一規(guī)定值之前，電池能耐受的充放電次數(shù)，稱為蓄電池的充放電循環(huán)壽命。充放電循環(huán)壽命越長，電池的性能越好。蓄電池的充放電循環(huán)壽命與放電深度、溫度、充放電

43、形式等條件有關(guān)。所謂“放電深度”，是指蓄電池放出的容量占額定容量的百分比。減小放電深度，即“淺放電”，蓄電池的充放電循環(huán)壽命可以大大延長。傳統(tǒng)汽車的能源結(jié)構(gòu)即油箱，在整個汽車的壽命期內(nèi)屬于耐用部件，通常不會損壞。然而對于電動車，由于蓄電池隔板的自然銹蝕或者充放電過程中的人為損壞，使得蓄電池的壽命遠(yuǎn)低于電動車本身的壽命。因此，蓄電池的循環(huán)壽命成為影響整個電動車運(yùn)行成本的一個重要因素。在目前及可以預(yù)見的將來，蓄電池是電動汽車的主要能源。為了發(fā)展電動汽車的能源系統(tǒng)，美國能源部、通用、福特、克萊斯勒三大汽車公司，會同主要的蓄電池生產(chǎn)廠商于20世紀(jì)80年代末成立了美國(1)鉛酸電池：先進(jìn)蓄電池集團(tuán)(US

44、ABC)，以促進(jìn)用于電動汽車的蓄電池技術(shù)的研究和開發(fā)。鉛酸電池的額定電壓是2V，比能量為35W·h /kg比功率200 W/kg。他采用海綿狀鉛作為負(fù)極板，二氧化鉛為正極板，用硫酸作為電解液。在充滿電時，硫酸濃度最高，水含量最低。當(dāng)用小燈泡聯(lián)接到電池正負(fù)兩端開始放電時，一個電極上的離子通搏電解液到達(dá)另一極，從而改變了金屬電極和電解液的化學(xué)成分。此時，鉛與二氧化鉛均轉(zhuǎn)化為硫酸鉛。當(dāng)電池完全放電時，因?yàn)殡姵貥O板上均覆以硫酸鉛，而電解液中主要是水而非硫酸，已不能再產(chǎn)生電流了。當(dāng)電池充電時，化學(xué)反應(yīng)過程相反，電解液中的硫酸不斷地得到補(bǔ)充，以恢復(fù)產(chǎn)生電能的能力。鉛酸電池已經(jīng)成功地實(shí)現(xiàn)商品化近一

45、個世紀(jì)了，就全球而言，目前它的銷量占到全部蓄電池銷量的50%左右。鉛酸電池如此成功的原因是因?yàn)樗闹圃旒夹g(shù)成熟、價格低廉、電池的電壓高、高低溫性能好、高效率、長浮充壽命以及無記憶效應(yīng)等等。正因?yàn)檫@些優(yōu)點(diǎn)，鉛酸電池不失為電動車驅(qū)動的優(yōu)先選用能源系統(tǒng)之一。然而鉛酸電池的缺點(diǎn)是其比能量相當(dāng)?shù)牡?，自放電率高，循環(huán)壽命低。 (2)鎳鎘電池：由于鎳鎘電池成熟的技術(shù)及優(yōu)良的性能。使它成為當(dāng)前最具吸引力的蓄電池之一。大多數(shù)電池制造商認(rèn)為鎳鎘電池與鉛酸電池是當(dāng)前第一代商業(yè)化電動汽車的首選電池。典型的鎳鎘電池的標(biāo)稱電壓1.2 V，比能量56 W·h/kg，比功率225 W/kg。它以羥基氫氧化鎳為正極，

46、金屬鎘為負(fù)極堿性電解液為一種水溶性氧化鉀溶液，其堿性密度為1.2 kg/L。鎳鎘電池的主要優(yōu)點(diǎn)是比功率高(超過220 W/kg)、循環(huán)及浮充壽命長(分別為2000次和7年)、使用溫度范圍寬(-4085)、快速充電能力強(qiáng)(從40到80僅用18 min)。但是鎳鎘電池昂貴的初期投資(為鉛酸電池的24倍)、比較低的標(biāo)稱電壓(1.2 V，鉛酸電池是2 V)、記憶效應(yīng)和鎘污染等都是電動汽車應(yīng)用中的不利因素。(3)鎳氫電池：鎳氫電池的活性材料是一種氫化金屬形態(tài)的氫，以此作為負(fù)電極，正電極是羥基氫氧化鎳。它與鎳鎘電池的主要區(qū)別在于它的負(fù)極是氫，而不是金屬鎘。氫化金屬在電池充放電時能夠進(jìn)行氫吸收和釋放的可逆反

47、應(yīng)，與鎳鎘電池一樣，水溶性氧化鉀溶液是鎳氫電池電解液的主要成分。當(dāng)電池放電時，負(fù)極上的氫化金屬被氧化成合金，正極上的羥基氫氧化鎳被減少為氫氧化鎳，而充電過程則相反。鎳氫電池的標(biāo)稱電壓為1.2 V；比能量高于鎳鎘電池，達(dá)到65 W·h/kg，這在目前的蓄電池中是較高的；比功率200 W/kg，低于鎳鎘電池；無鉻污染；放電時發(fā)熱較少；有類似于鎳鎘電池的快速充電能力。但是，鎳氫電池的放電能力和比功率不如鎳鎘電池高。鎳氫電池是近期電動汽車發(fā)展的重要選擇之一，它的發(fā)展受到很多國內(nèi)外著名電池發(fā)展商的極大重視，投人了巨大的人力和財(cái)力開發(fā)、改進(jìn)鎳氫電池的性能，以期在鎳氫電池方面取得重大突破。目前鎳氫

48、電池技術(shù)還在進(jìn)一步的發(fā)展之中。(4)鋰離子電池：鋰離子電池采用鋰碳夾雜材料(離子)作為負(fù)電極，一個鋰過渡金屬化合物作為正電極液體質(zhì)子惰性有機(jī)溶液，如溶于丙烯碳酸二乙醚溶劑的鹽作為電解液。在充放電時，鋰離子通過電解液游離于正負(fù)極之間。放電時，鋰離子被負(fù)電極釋放，通過電解液游離至正電極，充電過程則相反。鋰離子電池的優(yōu)點(diǎn)是電壓高，達(dá)到4 V；比能量高，達(dá)到120 W·h/kg；較長的循環(huán)壽命(達(dá)1000次)；充電時間短；原材料蘊(yùn)藏豐富并且使用安全。到目前為止，可用于電動汽車的蓄電池千差萬別，多達(dá)數(shù)十種，但還沒有一種蓄電池能夠在電動車應(yīng)用中占主導(dǎo)地位，這些電池各有千秋。從目前的發(fā)展來看，新型

49、鉛酸電池，鎳氫電池及鋰離子電池是電動車應(yīng)用中最具潛力的電池，這些蓄電池還處在不斷的發(fā)展之中。4.3 其他新興的電動汽車能源系統(tǒng)燃料電池燃料電池是一種利用燃料和氧化劑產(chǎn)生電能的系統(tǒng)。燃料可以是氫氣、碳?xì)浠衔?、天然氣、甲醇甚至汽油等，在催化劑的作用下，燃料慢慢地與空氣或氧氣之類的氧化劑相結(jié)合，可以不斷地產(chǎn)生電流。盡管燃料電池在燃燒時有熱損失，但在室溫下它的轉(zhuǎn)化效率仍能達(dá)到84。現(xiàn)階段，固態(tài)聚合燃料電池技術(shù)比較成熟，即使包括容器和附件在內(nèi)，這種燃料電池的比能量也將達(dá)到500 W·h/kg，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于任何一種蓄電池。但是它的比功率卻只有60 W/kg，這就限制了由燃料電池驅(qū)動的電動車的加速和

50、爬坡能力。此外，燃料電池在電動車剎車或下坡時，不能回收利用再生能量。在價格方面，目前燃料電池是極其昂貴的，固態(tài)聚合燃料電池的成本達(dá)到4000美元/kW，是蓄電池的數(shù)十倍。因此，盡管這種燃料電池具有非常理想的比功率，但由于價格十分昂貴，降低成本是普及燃料電池的一個重大課題。也許，人們還不能期望蓄電池驅(qū)動的電動汽車在行駛里程方面與燃油汽車相媲美，但是以燃料電池為動力的電動汽車的行駛里程則完全是由車載燃料量決定的，只要有適量的燃料，電動汽車就可具有與燃油汽車相當(dāng)?shù)男旭偫锍?。與燃油汽車類似，這類電動車補(bǔ)充燃料也可以在幾分鐘之內(nèi)完成。燃料電池的壽命通常遠(yuǎn)高于蓄電池并且?guī)缀跏敲饩S護(hù)的。正是由于上述特點(diǎn)，盡

51、管燃料電池還有種種缺點(diǎn)，它仍然為電動汽車描述了一個能與燃油汽車相競爭的美好前景。近年來，人們對燃料電池在電動汽車上應(yīng)用開發(fā)的興趣日益增加。 超高速飛輪儲能技術(shù)高速飛輪技術(shù)在20世紀(jì)70年代至80年代初曾是技術(shù)發(fā)展的一個熱點(diǎn)。在中東石油危機(jī)之后，人們對它的興趣慢慢減退了。近年來，隨著高強(qiáng)度復(fù)合材料和低耗軸承的發(fā)展，以及電動汽車應(yīng)用的需要，超高速飛輪技術(shù)再次成為研究熱點(diǎn)。發(fā)展能夠應(yīng)用于電動汽車的超高速飛輪，其豐要技術(shù)包括：能夠承受超高速運(yùn)行的高強(qiáng)度飛輪；能夠?qū)㈦娔芎蜋C(jī)械能進(jìn)行高效率雙向轉(zhuǎn)換的電機(jī)和功率變換器。超高速飛輪的基本結(jié)構(gòu)。超高速飛輪可以用作電動車的輔助能源系統(tǒng)。與超大電容器類似，它將電動汽

52、車正常行駛時、剎車減速時或下坡時的動能儲存起來。在起動、加速或爬坡時為電動汽車提供輔助的短時動力，以改善電動汽車的行駛性能。特別是可以大大增加電動車的行駛里程，延長蓄電池的使用壽命。它的比能量可達(dá)100 W·h/kg，比功率達(dá)1500 W/kg，儲能能力高于任何現(xiàn)存的或潛在的蓄電池，甚至可以高于內(nèi)燃發(fā)動機(jī)。超高速飛輪既沒有環(huán)境污染的問題，又有壽命長、可靠性高、免維護(hù)、重量輕和體積小的優(yōu)點(diǎn)，是電動汽車?yán)硐氲哪茉聪到y(tǒng)。不久之后，超高速飛輪就可以替代超大電容器成為電動車的輔助能源系統(tǒng)。5 電動汽車的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢5.1電動汽車現(xiàn)狀分析電動汽車是指以車載電源為動力，用電機(jī)驅(qū)動車輪行駛，符合道

53、路交通、安全法規(guī)各項(xiàng)要求的車輛。由于對環(huán)境影響相對傳統(tǒng)汽車小得多，其前景被廣泛看好，但當(dāng)前技術(shù)尚不成熟。電動汽車的發(fā)展就并不像電動自行車一樣在我國如雨后春筍般的蓬勃發(fā)展了。目前，在我國，純粹電動車還沒有量產(chǎn)。電動汽車不能像電動自行車一樣快速發(fā)展有以下幾個主要原因：(1)電動汽車的行駛里程比傳統(tǒng)燃油汽車短的太多，部分消費(fèi)者仍然無法接受。(2)電動汽車的成本高，是普通燃油汽車的一倍甚至兩倍，沒形成經(jīng)濟(jì)規(guī)模。(3)充電時間長，不像燃油汽車那樣幾分鐘即可加滿油。(4)我國缺少電動汽車所需的類似于加油站的快速電池充電站設(shè)施。(5)消費(fèi)者對電動汽車的缺乏了解，沒有嘗試購買電動汽車的愿望。人類越發(fā)的重視環(huán)境

54、保護(hù)和石油量的日趨枯竭迫使電動車必須克服一切困難發(fā)展來代替?zhèn)鹘y(tǒng)燃油汽車。事實(shí)上，電動汽車也并沒有停止發(fā)展，它正在以其他的形式前進(jìn)?；旌蟿恿︱?qū)動電動汽車是目前主流的電動車?；旌蟿恿ζ嚲褪窃诩冸妱悠嚿霞友b一套內(nèi)燃機(jī)，其目的是減少汽車的污染，提高純電動汽車的行駛里程。目前，我國在新能源汽車的自主創(chuàng)新過程中，堅(jiān)持了政府支持，以核心技術(shù)、關(guān)鍵部件和系統(tǒng)集成為重點(diǎn)的原則，確立了以混合電動汽車、純電動汽車、燃料電池汽車為“三縱”，以整車控制系統(tǒng)、電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)、動力蓄電池、燃料電池為“三橫”的研發(fā)布局，通過產(chǎn)學(xué)研緊密合作，我國混合動力汽車的自主創(chuàng)新取得了重大進(jìn)展。(1)形成了具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)的動力系統(tǒng)

55、技術(shù)平臺，建立了混合動力汽車技術(shù)開發(fā)體系：混合動力汽車的核心是電池（包括電池管理系統(tǒng)）技術(shù)。除此之外，還包括發(fā)動機(jī)技術(shù)、電機(jī)控制技術(shù)、整車控制技術(shù)等，發(fā)動機(jī)和電機(jī)之間動力的轉(zhuǎn)換和銜接也是重點(diǎn)。從目前情況來看，我國已經(jīng)建立起了混合動力汽車動力系統(tǒng)技術(shù)平臺和產(chǎn)學(xué)研合作研發(fā)體系，取得了一系列突破性成果，為整車開發(fā)奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。截止到2009年1月31日，在混合動力車輛技術(shù)領(lǐng)域，我國知識產(chǎn)權(quán)局受理并公開的中國專利申請為1116件。 在1116件專利申請中，發(fā)明為782件（授權(quán)為107件）、實(shí)用新型為334件。(2)掌握了關(guān)鍵零部件核心技術(shù)，自主開發(fā)出系列化產(chǎn)品，關(guān)鍵零部件產(chǎn)業(yè)化全面跟進(jìn)：在混合動力

56、汽車的核心電池技術(shù)研發(fā)方面，我國已自主研制出容量為6Ah-100Ah的鎳氫和鋰離子動力電池系列產(chǎn)品，能量密度和功率密度接近國際水平，同時突破了安全技術(shù)瓶頸，在世界上首次規(guī)模應(yīng)用于城市公交大客車；自主開發(fā)的200kW以下永磁無刷電機(jī)、交流異步電機(jī)和開關(guān)磁阻電機(jī)，電機(jī)重量比功率超過1300w/kg，電機(jī)系統(tǒng)最高效率達(dá)到93；自主開發(fā)的燃料電池發(fā)動機(jī)技術(shù)先進(jìn)，效率超過50%，成為世界上少數(shù)幾個掌握車用百千瓦級燃料電池發(fā)動機(jī)研發(fā)、制造以及測試技術(shù)的國家之一。(3)掌握了電動汽車整車開發(fā)關(guān)鍵技術(shù)，形成了各類電動汽車的開發(fā)能力。我國混合動力汽車在系統(tǒng)集成、可靠性、節(jié)油性能等方面進(jìn)步顯著，不同技術(shù)方案可實(shí)現(xiàn)

57、節(jié)油10%40%。同時，各汽車企業(yè)對混合動力汽車的研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化投入顯著增強(qiáng)，產(chǎn)業(yè)化步伐不斷加快。目前，國內(nèi)汽車企業(yè)已將混合動力汽車作為未來主流競爭型產(chǎn)品在戰(zhàn)略上高度重視，一汽、東風(fēng)、上汽、長安、奇瑞、比亞迪等都已投入了大量的人力、物力，混合動力車型已完成樣車開發(fā)，并有部分車型已經(jīng)實(shí)現(xiàn)小批量上市31。一汽集團(tuán)：發(fā)展目標(biāo)：到2012年，該集團(tuán)計(jì)劃建成一個年生產(chǎn)能力為混合動力轎車1.1萬輛、混合動力客車1000輛的生產(chǎn)基地。一汽集團(tuán)從1999年開始進(jìn)行新能源汽車的理論研究和研制工作，并開發(fā)了紅旗混合動力轎車性能樣本?！笆濉逼陂g，一汽集團(tuán)承擔(dān)了國家“863”劃重大專項(xiàng)中“紅旗牌串聯(lián)方式混合動力轎車研究開發(fā)”任務(wù)，正式開始了新能源汽車的研發(fā)工作。從2006年開始，一汽在奔騰B70的基礎(chǔ)上，進(jìn)行混合動力化的技術(shù)研究，將原來的縱置發(fā)動機(jī)總成改成橫置發(fā)動機(jī)總成，采用了橫置發(fā)動機(jī)及雙電機(jī)混聯(lián)技術(shù)。同時，一汽還抓緊了對發(fā)動機(jī)、機(jī)電一體化變速器、整車控制網(wǎng)絡(luò)、整車控制系統(tǒng)的研發(fā)，目前一汽混合動力轎車已經(jīng)取得了42的節(jié)油效果