纯电动汽车的发展现状面临问题与核心技术买得易|maideyi.com

纯电动汽车的发展现状面临问题与核心技术

目前人们所说的电动汽车多是指纯电动汽车，即是一种采用单一蓄电池作为储能动力源的汽车。它利用蓄电池作为储能动力源，通过电池向电机提供电能，驱动电动机运转，从而推动汽车前进。从外形上看，电动汽车与日常见到的汽车并没有什么区别，区别主要在于动力源及其驱动系统。即纯电动汽车的电动机相当于传统汽车的发动机，蓄电池相当于原来的油箱。

电动汽车是针对内燃机车辆提出来的概念。谓之"电动"，是因为它的能源是蓄电池而不是汽油（或柴油）等石油产品。纯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。一般采用高效率充电电池，或燃料电池为动力源。电动汽车无需再用内燃机，因此，电动汽车的电动机相当于传统汽车的发动机，蓄电池相当于原来的油箱，由于电能是二次能源，可以来源于风能、水能、热能、太阳能等多种方式。

纯电动汽车-结构

电动汽车由底盘、车身、蓄电池组、电动机、控制器和辅助设施蓄电池六部分组成。由于电动机具有良好的牵引特性，因此蓄电池汽车的传动系统不需要离合器和变速器。车速控制由控制器通过调速系统改变电动机的转速即可实现。

纯电动汽车-原理

纯电动汽车，顾名思义，是由蓄电池的能量使电机驱动车轮前进；燃料电池区别于纯电动汽车，由常见的氢燃料电池不断的产生电能，并储存在蓄电池中，依然由电机驱动车轮。混合动力汽车是为解决纯电动汽车续驶里程短而提出的一种折中方案。它既有发动机，又有电机，可单独由电机驱动或发动机参与电机驱动。系统的复杂性增加，但是改善了发动机的工作状况而具有很高的燃油利用率，通常也把它归入电动汽车。

纯电动汽车-分类

就开发的电动汽车来讲，可分三类：纯电动汽车（Pure EV）、混合动力电动汽车（Hybrid Electric Vehicle：HEV）和燃料电池汽车（Fuel Cell Vehicle：FCV）。

纯电动汽车-优点

电动汽车的优点是：它本身不排放污染大气的有害气体，即使按所耗电量换算为发电厂的排放，除硫和微粒外，其它污染物也显著减少，由于电厂大多建于远离人口密集的城市，对人类伤害较少，而且电厂是固定不动的，集中的排放，清除各种有害排放物较容易，也已有了相关技术。由于电力可以从多种一次能源获得，如煤、核能、水力等，解除人们对石油资源日见枯竭的担心。电动汽车还可以充分利用晚间用电低谷时富余的电力充电，使发电设备日夜都能充分利用，大大提高其经济效益。

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，正是这些优点，使电动汽车的研究和应用成为汽车工业的一个"热点"。

纯电动汽车-应用

纯电动汽车是完全由二次电池( 如铅酸电池、镍镉电池、镍氢电池或锂离子电池等) 提供动力的汽车。目前纯电动轿车和纯电动客车均已通过国家质检中心的型式认证试验, 各项指标均满足有关国家标准和企业标准的规定。天津清源电动车辆有限公司、深圳雷天公司等单位研发的纯电动轿车, 其整车的动力性、经济性、续驶里程、噪声等指标已达到甚至超过国外同级别车型, 初步形成了关键技术的研发能力。目前, 进行纯电动汽车示范运行的城市有若干个, 但是规模都比较小。2005 年1 月, 天津市的22 辆轿车和1 辆公共汽车的示范运行通过了国家验收。同年12 月, 武汉市进行的95 辆纯电动小型公共汽车( 另有20 辆混合动力公共汽车和3 辆混合动力轿车) 的3 年示范运行也通过了国家验收。因为纯电动汽车受到续驶能力的约束, 纯电动汽车试验主要集中在小型公共汽车上。根据"中国电动汽车网"报道, 2006 年1 月, 湖南省株洲市有50 台小型电动汽车进行社区内运行, 该市有若干辆电动公共汽车也在运行中。同年4 月, 浙江省杭州市启动了电动汽车示范项目, 6 辆轿车和5 辆公共汽车在市内进行示范运行。

纯电动汽车-面临的问题

动汽车的困难是目前蓄电池单位重量储存的能量太少，还因电动车的电池较贵，又没形成经济规模，故购买价格较贵，至于使用成本，有些试用结果比汽车贵，有些结果仅为汽车的1／3，这主要取决于电池的寿命及当地的油、电价格。

纯电动汽车-现状

1、发达国家与主要汽车集团的电动汽车现状

国外著名汽车公司都十分重视研究开发电动汽车, 世界发达国家不惜投入巨资进行研究开发, 并制定了一些相关的政策、法规来推动电动汽车的发展。

美国目前正在大力研制和推广使用燃料电池电动汽车和纯电动汽车, 政府能源部与通用、福特和戴- 克三大汽车制造商联合开发燃料电池电动汽车。现在, 美国已有7 个州加入了零排放计划, 到规定年限后这些地区销售的汽车必须为零排放, 即只能为纯电动汽车和燃料电池电动汽车。

以美国蓝鸟客车公司、英国的FRZAERNASH公司、日本丰田、日本本田为代表的电动客车和轿车已经上市, 英国已有数万辆电动汽车在使用;

法国是世界上推广应用纯电动汽车最成功的国家之一, 成立了电动汽车推广应用国家部际协调委员会,巴黎和拉罗舍尔已经建立了比较完善的纯电动汽车充电站网基础设施, 制定了优惠的支持和激励使用电动汽车的政策, 且已经初步形成了纯电动汽车运行体系。

在近年的国际性大型运动会上, 电动汽车也成为各国展示其科技实力和环保意识的工具之一。亚特兰大奥运会使用了美国蓝鸟客车公司生产的纯电动客车作为公务和电视转播车, 悉尼奥运会购买了英国FRAZER- NASH 公司的近400 辆电动客车作为运动员接送车辆。混合动力电动汽车领域,

本丰田公司开发的Prius 和本田公司开发的Insight2 种混合动力电动汽车已开始批量投放市场。丰田公司的Prius 销售已在2006 年累计突破150 万辆, 并于2005 年底在我国长春一汽进行了组装生产和销售。日产公司也于2003 年推出Tino 混合动力汽车, 在日本国内市场上销售了100 多辆。

欧洲各大汽车厂商争先恐后地推出了本公司研制的混合动力电动汽车, 甚至德国的博世(BOSCH) 等著名的零部件公司也积极与大汽车公司联手开发混合动力电动汽车技术。美国已有近20 个城市试验使用混合动力电动公交车,瑞典、法国、德国、意大利、比利时等国计划在9 个欧洲城市开通混合动力电动公共汽车线路。燃料电池电动汽车斩露头角, 国外企业界纷纷组成强大的跨国联盟, 以期达到优势互补的目的。如日本丰田与美国通用公司, 日本东芝公司与美国国际燃料电池公司, 德国BMW公司与西门子公司, 雷诺汽车公司与意大利De Nora 公司分别组成联盟开发燃料电池电动汽车; 本也已投资数亿美元开发燃料电池电动汽车。其中, 以加拿大的巴拉德、美国的福特、德国的戴姆勒- 克莱斯勒联(XCELLSIS)最具代表性, 该联盟投资10亿加元开发生产电动汽车用燃料电池动力系统。在燃料电池电动汽车的研发热潮中, 几乎所有的国外大型企业集团全部介入, 投入的总额超过百亿美元。但是, 由于燃料电池的成本和寿命问题, 使得这一项目目前进展缓慢。在燃料电池电动汽车的示范运行方面, 世界各国也都不约而同地把注意力集中在大客车上, 如欧盟的CUTE 示范项目、UNDP/GEF 燃料电池商业化示范项目、美国加州的CAHFC 示范项目和日本的JHFC计划等。与此同时, 部分国家政府为促进电动汽车的发展, 通过财税手段调整汽车发展结构。像美、日等国政府对于电动车产品给予10%的鼓励性补贴, 荷兰政府的补贴更是高达30%。并对传统汽车开征燃料税, 如欧洲部分国家燃料税高达200~300%,最低的美国也有34%。

2、中国电动汽车现状

中国电动汽车虽然没有欧美等国家起步早, 但国家从维护能源安全, 改善大气环境, 提高汽车工业竞争力, 实现我国汽车工业的跨越式发展的战略高度考虑, 从"八五"开始到现在, 电动汽车研究一直是国家计划项目, 并在2001 年设立了"电动汽车重大科技专项"。通过组织企业、高等院校和科研机构, 集中各方面力量进行联合攻关, 现正处于研发势头强劲阶段, 部分技术已经赶上甚至超过世界先进水平。"电动汽车重大科技专项"实施以来, 已成功开发出燃料电池汽车样车, 累计运行数千公里; 混合动力客车已在武汉等地公交线路上试验运行超过百万公里; 纯电动汽车已通过国家有关认证试验。

纯电动汽车-发展

电池是电动汽车发展的首要关键，汽车动力电池难在 "低成本要求"、"高容量要求"及"高安全要求"等三个要求上。要想在较大范围内应用电动汽车，要依靠先进的蓄电池经过10多年的筛选，现在普遍看好的氢镍电池，铁电池，锂离子和锂聚合物电池。氢镍电池单位重量储存能量比铅酸电池多一倍，其它性能也都优于铅酸电池。但目前价格为铅酸电池的4-5倍，正在大力攻关让它降下来。铁电池采用的是资源丰富、价格低廉的铁元素材料，成本得到大幅度降低，也有厂家采用。锂是最轻、化学特性十分活泼的金属，锂离子电池单位重量储能为铅酸电池的3倍，锂聚合物电池为4倍，而且锂资源较丰富，价格也不很贵，是很有希望的电池。中国在镍氢电池和锂离子电池的产业化开发方面均取得了快速的发展。电动汽车其他有关的技术，近年都有巨大的进步，如：交流感应电机及其控制，稀土永磁无刷电机及其控制，电池和整车能量管理系统，智能及快速充电技术，低阻力轮胎，轻量和低风阻车身，制动能量回收等等，这些技术的进步使电动汽车日见完善和走向实用化。我国大城市的大气污染已不能忽视，汽车排放是主要污染源之一，中国已有10个城市被列入全球大气污染最严重的20个城市之中。中国现今人均汽车是每1000人平均10辆汽车，但石油资源不足，每年已进口几千万吨石油，随着经济的发展，假如中国人均汽车持有量达到现在全球水平---每1000人有110辆汽车，中国汽车持有量将成10倍地增加，石油进口就成为大问题。因此在中国研究发展电动汽车不是一个临时的短期措施，而是意义重大的、长远的战略考虑。

经历了长期发展，纯电动汽车技术逐步成熟，并在美、日、欧等国家得到商业化的推广应用。目前世界上有近4万辆纯电动汽车在运行，其中法国8000辆，美国7000辆，在日本7400辆。主要用在公共运输系统。

纯电动汽车-核心技术

发展电动汽车必须解决好4个方面的关键技术：电池技术、电机驱动及其控制技术、电动汽车整车技术以及能量管理技术。

1、电池技术

电池是电动汽车的动力源泉，也是一直制约电动汽车发展的关键因素。电动汽车用电池的主要性能指标是比能量(E)、能量密度(Ed)、比功率(P)、循环寿命(L)和成本(C)等。要使电动汽车能与燃油汽车相竞争，关键就是要开发出比能量高、比功率大、使用寿命长的高效电池。

到目前为止，电动汽车用电池经过了3代的发展，已取得了突破性的进展。第1代是铅酸电池，目前主要是阀控铅酸电池(VRLA)，由于其比能量较高、价格低和能高倍率放电，因此是目前惟一能大批量生产的电动汽车用电池。第2代是碱性电池，主要有镍镉(NJ-Cd)、镍氢(Ni-MH)、钠硫(Na/S)、锂离子(Li-ion)和锌空气(Zn/Air)等多种电池，其比能量和比功率都比铅酸电池高，因此大大提高了电动汽车的动力性能和续驶里程，但其价格却比铅酸电池高。第3代是以燃料电池为主的电池。燃料电池直接将燃料的化学能转变为电能，能量转变效率高，比能量和比功率都高，并且可以控制反应过程，能量转化过程可以连续进行，因此是理想的汽车用电池，但目前还处于研制阶段，一些关键技术还有待突破问。

2、电力驱动及其控制技术

电动机与驱动系统是电动汽车的关键部件，要使电动汽车有良好的使用性能，驱动电机应具有调速范围宽、转速高、启动转矩大、体积小、质量小、效率高且有动态制动强和能量回馈等特性。目前，电动汽车用电动机主要有直流电动机(DCM)、感应电动机(IM)、永磁无刷电动机(PMBLM)和开关磁阻电动机(SRM)4类。

近几年来，由感应电动机驱动的电动汽车几乎都采用矢量控制和直接转矩控制。由于直接转矩的控制手段直接、结构简单、控制性能优良和动态响应迅速，因此非常适合电动汽车的控制。美国以及欧洲研制的电动汽车多采用这种电动机。永磁无刷电动机可以分为由方波驱动的无刷直流电动机系统(BLDCM)和由正弦波驱动的无刷直流电动机系统(PMSM)，它们都具有较高的功率密度，其控制方式与感应电动机基本相同，因此在电动汽车上得到了广泛的应用。PMSM类电机具有较高的能量密度和效率，其体积小、惯性低、响应快，非常适应于电动汽车的驱动系统，有极好的应用前景。目前，由日本研制的电动汽车主要采用这种电动机。

开关磁阻电动机(SRM)具有简单可靠、可在较宽转速和转矩范围内高效运行、控制灵活、可四象限运行、响应速度快和成本较低等优点。实际应用发现SRM存在转矩波动大、噪声大、需要位置检测器等缺点，应用受到了限制。

随着电动机及驱动系统的发展，控制系统趋于智能化和数字化。变结构控制、模糊控制、神经网络、自适应控制、专家控制、遗传算法等非线性智能控制技术，都将各自或结合应用于电动汽车的电动机控制系统。

3、电动汽车整车技术

电动汽车是高科技综合性产品，除电池、电动机外，车体本身也包含很多高新技术，有些节能措施比提高电池储能能力还易于实现。采用轻质材料如镁、铝、优质钢材及复合材料，优化结构，可使汽车自身质量减轻30%-50%；实现制动、下坡和怠速时的能量回收；采用高弹滞材料制成的高气压子午线轮胎，可使汽车的滚动阻力减少50%；汽车车身特别是汽车底部更加流线型化，可使汽车的空气阻力减少50%。

4、能量管理技术

蓄电池是电动汽车的储能动力源。电动汽车要获得非常好的动力特性，必须具有比能量高、使用寿命长、比功率大的蓄电池作为动力源。而要使电动汽车具有良好的工作性能，就必须对蓄电池进行系统管理。

能量管理系统是电动汽车的智能核心。一辆设计优良的电动汽车，除了有良好的机械性能、电驱动性能、选择适当的能量源(即电池)外，还应该有一套协调各个功能部分工作的能量管理系统，它的作用是检测单个电池或电池组的荷电状态，并根据各种传感信息，包括力、加减速命令、行驶路况、蓄电池工况、环境温度等，合理地调配和使用有限的车载能量；它还能够根据电池组的使用情况和充放电历史选择最佳充电方式，以尽可能延长电池的寿命。

世界各大汽车制造商的研究机构都在进行电动汽车车载电池能量管理系统的研究与开发。电动汽车电池当前存有多少电能，还能行驶多少公里，是电动汽车行驶中必须知道的重要参数，也是电动汽车能量管理系统应该完成的重要功能。应用电动汽车车载能量管理系统，可以更加准确地设计电动汽车的电能储存系统，确定一个最佳的能量存储及管理结构，并且可以提高电动汽车本身的性能。

在电动汽车上实现能量管理的难点，在于如何根据所采集的每块电池的电压、温度和充放电电流的历史数据，来建立一个确定每块电池还剩余多少能量的较精确的数学模型。

纯电动汽车-研发历史

一百多年来，电动汽车在汽车发展史中经历了三次重大机遇：

第一次发生在一百余年前。由于当时电池和电机的发展较内燃机成熟，而且石油的运用还没有普及，使电动汽车在早期的汽车领域中占有举足轻重的位置。第一辆电动汽车（3轮）由法国人古斯塔夫•土维（Gustave Trouve）在1881年制造出来，此后三四十年间，电动汽车在当时的汽车发展中占据着重要位置。例如，世界上首辆车速超过100公里／小时的汽车就是电动汽车。那是在1899年，由比利时工程师卡米乐•热纳茨（Camille Jenatzy）设计的名为"从不满意"（La Jamais Contente）的铝制车身汽车，现在保存在法国贡批尼（Compiegne）博物馆中。据统计，到1890年在全世界4200辆汽车中，有38％为电动汽车，40％为蒸汽车，22％为内燃机汽车。到了1911年，就已经有电动出租汽车在巴黎和伦敦的街头上运营，到了1912年在美国更有至少3.4万辆电动汽车运行。

第二次是在70年代石油危机的爆发时.由于石油的大量开采和内燃机的种种优越性，电动汽车渐渐被人们忽视。直到上世纪70年代石油危机的爆发，给世界各国政界一次不小的打击，开始考虑替代石油的其他能源，包括风能、太阳能、电能等可再生能源。因此从政治经济方面考虑，才又给了电动汽车第二次机遇，又一次被人瞩目。

第三次机遇开始于若干年前，世界上除了已存在的能源问题之外，环境保护问题也逐渐成为了各个方面所关心重大课题，内燃机汽车的排放污染，给全球的环境以灾难性的影响，因此开发生产零污染交通工具成为各国所追求的目标，电动汽车的无（低）污染优点，使其成为当代汽车发展的主要方向。

转载请注明出处。

2022-05-10 22:18:31