電動(dòng)汽車發(fā)展趨勢.pdf

輕型汽車技術(shù)2 0 1 0 （1 1 / 1 2 ）總 2 5 5 / 2 5 6 田美娥 ( 西安石油大學(xué)) 摘要 本文回顧了電動(dòng)汽車的發(fā)展歷史； 闡述了目前我國發(fā)展電動(dòng)汽車的必要性； 簡述了 電動(dòng)汽車的核心技術(shù)； 探討了目前限制電動(dòng)汽車發(fā)展的因素， 指出未來電動(dòng)汽車發(fā)展的 趨勢。 關(guān)鍵詞： 電動(dòng)汽車核心技術(shù)發(fā)展趨勢制約因素 電 動(dòng) 汽 車 發(fā) 展 趨 勢 技術(shù)縱橫 設(shè)計(jì) 研究 技術(shù)縱橫 設(shè)計(jì) 研究 技術(shù)縱橫 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。目前有純電動(dòng)汽車和混合動(dòng)力電動(dòng)汽車。 早在 1 9 世紀(jì)后半葉的 1 8 7 3 年， 英國人羅伯特 戴維森 （R o b e r t D a v i d s s o n ）制作了世界上最初的可 供實(shí)用的電動(dòng)汽車。這比德國人戴姆勒（G o t t l i e b D a i m l e r ）和本茨（K a r l B e n z ）發(fā)明汽油發(fā)動(dòng)機(jī)汽車 早了 1 0 年以上。 戴維森發(fā)明的電動(dòng)汽車是一輛載貨車， 長 4 8 0 0 m m ， 寬 1 8 0 0 m m ， 使用鐵、 鋅、 汞合金與硫酸進(jìn)行反 應(yīng)的一次電池。 其后， 從 1 8 8 0 年開始， 應(yīng)用了可以充 放電的二次電池。 從一次電池發(fā)展到二次電池， 這對 于當(dāng)時(shí)電動(dòng)汽車來講是一次重大的技術(shù)變革，由此 電動(dòng)汽車需求量有了很大提高。 在 1 9 世紀(jì)下半葉成 為交通運(yùn)輸?shù)闹匾a(chǎn)品，寫下了電動(dòng)汽車在人類交 通史上的輝煌一頁。 1 8 9 0 年法國和英倫敦的街道上 行駛著電動(dòng)大客車，當(dāng)時(shí)生產(chǎn)的車用內(nèi)燃機(jī)技術(shù)還 相當(dāng)落后， 行駛里程短， 故障多， 維修困難， 而電動(dòng)汽 車卻維修方便。 1 9 0 0 年美國制造的汽車中，電動(dòng)汽車為 1 5 7 5 5 輛， 蒸汽機(jī)汽車 1 6 8 4 輛， 而汽油機(jī)汽車只有 9 3 6 輛。 進(jìn)入 2 0 世紀(jì)以后，由于內(nèi)燃機(jī)技術(shù)的不斷進(jìn)步， 1 9 0 8 年美國福特汽車公司 T型車問世， 以流水線生 產(chǎn)方式大規(guī)模批量制造汽油機(jī)汽車，由于蒸汽機(jī)汽 車與電動(dòng)汽車存在技術(shù)及經(jīng)濟(jì)性能上的不足， 致使 在市場競爭中前者被無情的歲月淘汰， 后者則呈萎 縮狀態(tài) 1 。 我國大城市的大氣污染已不能忽視， 燃油汽車 排放是主要污染源之一，已有 1 6 個(gè)城市被列入全 球大氣污染最嚴(yán)重的 2 0 個(gè)城市之中。我國現(xiàn)今人 均汽車是每 1 0 0 0 人有 1 0輛汽車，但石油資源不 足， 每年已進(jìn)口石油幾千萬噸， 隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展， 假 如中國人均汽車持有量達(dá)到現(xiàn)在全球水平每 1 0 0 0 人有 1 1 0 輛汽車， 石油進(jìn)口就成為大問題。因 此在我國研究發(fā)展電動(dòng)汽車不是一個(gè)臨時(shí)的短期 措施， 而是意義重大的、 長遠(yuǎn)的戰(zhàn)略考慮。 電動(dòng)汽車本身不排放污染大氣的有害氣體， 廢 氣排出比燃油汽車減少 9 2 %9 8 % 2 。 即使按所耗電 量換算為發(fā)電廠的排放， 除硫和微粒外， 其它污染 物也顯著減少。 由于電廠大多建在遠(yuǎn)離人口密集 的城市， 對人類傷害較少， 而且電廠是固定不動(dòng)的， 集中的排放， 清除各種有害排放物較容易， 也已有 了相關(guān)技術(shù)。電力可以從多種一次能源中獲得， 如 煤、 核能、 水力等， 可緩解人類對石油資源的依賴以 及對其日見枯竭的擔(dān)心。電動(dòng)汽車還可以充分利用 晚間用電低谷時(shí)富余的電力充電， 使發(fā)電設(shè)備日夜 都能充分利用， 大大提高其經(jīng)濟(jì)效益。有研究表明， 同樣的原油經(jīng)過粗煉， 送至電廠發(fā)電， 經(jīng)充入電池， 1 電動(dòng)汽車的歷史 2 我國發(fā)展電動(dòng)汽車的必要性 4 輕型汽車技術(shù)2 0 1 0 （1 1 / 1 2 ）總 2 5 5 / 2 5 6技術(shù)縱橫 再由電池驅(qū)動(dòng)汽車，其能量利用效率比經(jīng)過精煉變 為汽油， 再經(jīng)汽油機(jī)驅(qū)動(dòng)汽車要高， 因此有利于節(jié)約 能源和減少二氧化碳的排量。 正是這些優(yōu)點(diǎn)， 使電動(dòng) 汽車的研究和應(yīng)用成為現(xiàn)代汽車工業(yè)的一個(gè) “熱 點(diǎn)” 。 比亞迪、 豐田、 奇瑞等汽車公司都推出各自的 純電動(dòng)汽車。電動(dòng)汽車將會(huì)慢慢成為汽車發(fā)展的一 種趨勢和必然 3 - 5 。 相對燃油汽車而言，純電動(dòng)汽車的核心技術(shù)在 于四大部件， 即驅(qū)動(dòng)電機(jī)， 調(diào)速控制器、 動(dòng)力電池、 車 載充電器。 純電動(dòng)汽車的品質(zhì)差異取決于這四大部件， 其 價(jià)值高低也取決于這四大部件的品質(zhì)。純電動(dòng)汽車 的用途也與四大部件的選用配置直接相關(guān)。 純電動(dòng)汽車時(shí)速快慢以及啟動(dòng)速度取決于驅(qū)動(dòng) 電機(jī)的功率和性能，其續(xù)行里程的長短取決于車載 動(dòng)力電池容量的大小，車載動(dòng)力電池的重量取決于 選用何種動(dòng)力電池， 如鉛酸、 鋅碳、 鋰電池等， 它們的 體積、 比重、 比功率、 比能量、 循環(huán)壽命都各異。 3 . 1 動(dòng)力電機(jī)及調(diào)速控制器 電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)研究的重點(diǎn)是各種類型的驅(qū) 動(dòng)電機(jī)及其控制， 按電機(jī)的類型劃分， 電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)可 分為直流驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和交流驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)兩大類。早期由 于直流電機(jī)控制比較簡單，電動(dòng)汽車多數(shù)采用直流 電機(jī)。然而， 隨著現(xiàn)代交流調(diào)速技術(shù)的發(fā)展， 交流電 機(jī)的動(dòng)態(tài)性能己經(jīng)達(dá)到或者超過直流電機(jī)的水平， 其本身具有體積小、 功率大、 效率高、 結(jié)構(gòu)簡單、 易于 維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)， 由于沒有了電刷和滑環(huán)等， 也克服了直 流電機(jī)因換向器帶來的缺點(diǎn)，因此交流驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)將 逐漸成為電動(dòng)汽車的主流驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。 在交流驅(qū)動(dòng)中， 驅(qū)動(dòng)電機(jī)主要采用異步電機(jī)、 永磁同步電機(jī)( 包括無 刷直流電機(jī)) 以及開關(guān)磁阻電機(jī) 6 。電動(dòng)汽車調(diào)速控 制器與驅(qū)動(dòng)電機(jī)的種類相關(guān)，交流調(diào)速控制器的研 究也取得了新的成果 7 - 8 。 3 . 2 動(dòng)力電池 電池是電動(dòng)汽車發(fā)展的關(guān)鍵，要想在較大范圍 內(nèi)應(yīng)用電動(dòng)汽車， 要依靠先進(jìn)的蓄電池。 近些年對于 電動(dòng)汽車用蓄電池的研究取得了重大成果 9 - 1 3 。 經(jīng) 過 1 0 多年的篩選， 現(xiàn)在普遍看好氫鎳電池、 鐵電池、 鋰離子和鋰聚合物電池。氫鎳電池單位質(zhì)量儲存能 量比鉛酸電池多一倍， 其它性能也都優(yōu)于鉛酸電池。 但目前價(jià)格為鉛酸電池的 4 5 倍，正在大力攻關(guān) 讓其成本降下來。鐵電池采用的是資源豐富、 價(jià)格 低廉的鐵元素材料， 成本得到大幅度降低， 也有廠 家采用。鋰是最輕、 化學(xué)特性十分活潑的金屬， 鋰離 子電池單位質(zhì)量儲能為鉛酸電池的 3 倍， 鋰聚合物 電池為 4 倍， 而且鋰資源較豐富， 價(jià)格也不很貴， 是 很有希望的電池。我國在鎳氫電池和鋰離子電池的 產(chǎn)業(yè)化開發(fā)方面均取得了快速的發(fā)展。 3 . 3 車載充電器 電動(dòng)汽車充電裝置總體上可分為非車載充電 裝置和車載充電裝置。非車載充電裝置亦稱地面充 電裝置， 包括專用充電機(jī)、 專用充電站、 通用充電 機(jī)、 公共場所用充電站等， 它可以滿足各種電池的 各種充電方式要求。通常， 非車載充電器的功率、 體 積和質(zhì)量均比較大， 能夠滿足各種功率需求。車載 充電裝置是指安裝在電動(dòng)汽車上的、 采用地面交流 電網(wǎng)或車載電源對電池組進(jìn)行充電的裝置， 包括車 載充電機(jī)、 車載充電發(fā)電機(jī)組和運(yùn)行能量回收充電 裝置， 它將交流動(dòng)力電纜線直接插到電動(dòng)汽車的插 座中給電動(dòng)汽車充電。車載充電裝置通常使用結(jié)構(gòu) 簡單、 控制方便的接觸式充電器， 也可以是感應(yīng)充 電器，其完全按照車載蓄電池的種類進(jìn)行設(shè)計(jì)， 針 對性較強(qiáng) 1 4 。目前國內(nèi)已有相關(guān)研究成果 1 4 - 1 7 。 4 . 1 目前限制電動(dòng)汽車發(fā)展的因素 4 . 1 . 1 蓄電池的儲能量 目前電動(dòng)汽車蓄電池的電容量有限，電動(dòng)汽 車， 特別是純電動(dòng)車需要每天充電， 而傳統(tǒng)的汽車 大致一到兩周加一次油； 而且每次出行也有幾百公 里的距離限制。這會(huì)使使用者一時(shí)難以適應(yīng)。 4 . 1 . 2 價(jià)格因素 目前由于電動(dòng)汽車的各項(xiàng)技術(shù)特別是蓄電池 技術(shù)尚不成熟， 且沒有形成經(jīng)濟(jì)規(guī)模， 故購買價(jià)格 較高。特別是混合動(dòng)力電動(dòng)汽車， 由于其配置兩套 動(dòng)力系統(tǒng)， 其購買價(jià)格一時(shí)難以被消費(fèi)者接受。比 亞迪 F 3 D M有兩套動(dòng)力系統(tǒng)， 其公布的動(dòng)力系統(tǒng)成 本增加了 5 萬元， 相當(dāng)于每年要節(jié)省 8 千元的油費(fèi) 才能比傳統(tǒng)汽油車經(jīng)濟(jì)?；旌蟿?dòng)力車省油有限， 豐 田 P r i u s 省油大致 1 0 %- 2 0 %，奇瑞 A 5 - I S G在北京 奧運(yùn)試運(yùn)期間公布的省油參數(shù)為 1 0 %?？梢运阋还P 帳， 假設(shè)家庭年行駛 2 萬公里， 汽油車百公里油耗 3 電動(dòng)汽車的核心技術(shù) 4 電動(dòng)汽車發(fā)展趨勢 5 輕型汽車技術(shù)2 0 1 0 （1 1 / 1 2 ）總 2 5 5 / 2 5 6技術(shù)縱橫 7 . 5 升， 年油費(fèi) 9 4 5 0元， 混合動(dòng)力車省油 2 0 %節(jié)省 了 1 8 9 0 元， 無法抵消其車價(jià)成本的增加。 4 . 1 . 3 公用配套基礎(chǔ)設(shè)施 有專家認(rèn)為， 對于電動(dòng)車而言， 目前最大的障礙 就是基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)以及價(jià)格影響了產(chǎn)業(yè)化的進(jìn)程。 與混合動(dòng)力相比， 純電動(dòng)車更需要基礎(chǔ)設(shè)施的配套， 而這不是一家企業(yè)能解決的，需要各企業(yè)聯(lián)合起來 與當(dāng)?shù)卣块T一起建設(shè)，才會(huì)有大規(guī)模推廣的機(jī) 會(huì)。 4 . 2 未來電動(dòng)汽車發(fā)展趨勢 從技術(shù)發(fā)展成熟程度和中國國情來看，純電動(dòng) 汽車應(yīng)是今后大力推廣的發(fā)展方向，而混合動(dòng)力作 為大面積充電網(wǎng)絡(luò)還沒建立起來之前的過渡技術(shù)。 2 0 0 9 年中外車廠都先后推出了混合動(dòng)力和純電動(dòng) 汽車。比亞迪先后展示了 F 6 D M和 F 3 D M雙模電動(dòng) 車和 F 3 e 純電動(dòng)車。長安與加拿大綠色電池生產(chǎn)商 E l e c t r o v a y a 合作， 共同拓展加拿大新能源汽車市場， 首推奔奔純電動(dòng)版。美國通用汽車公司推出了以電 動(dòng)為主的 C h e v y V o l t 混合動(dòng)力車， M i n i C o o p e r 推出 了其純電動(dòng)版。 混合動(dòng)力車動(dòng)力系統(tǒng)復(fù)雜， 成本昂貴。 其優(yōu)勢是 保留了傳統(tǒng)汽油汽車的使用生活方式，根據(jù)汽油機(jī) 和電動(dòng)機(jī)混合程度，充電次數(shù)和傳統(tǒng)汽油汽車加油 次數(shù)相當(dāng)， 或者不用充電。行駛距離也不受限制。 純電動(dòng)車省去了油箱、 發(fā)動(dòng)機(jī)、 變速器、 冷卻系 統(tǒng)和排氣系統(tǒng)，相比傳統(tǒng)汽車的內(nèi)燃汽油發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng) 力系統(tǒng)， 電動(dòng)機(jī)和控制器的成本更低， 且純電動(dòng)車能 量轉(zhuǎn)換效率更高。 因電動(dòng)車的能量來源電， 來自 大型發(fā)電機(jī)組，其效率是小型汽油發(fā)動(dòng)機(jī)甚至混合 動(dòng)力發(fā)動(dòng)機(jī)所無法比擬的。因此純電動(dòng)汽車使用成 本在下降。 按比亞迪 F 3 e 純電動(dòng)車公布的數(shù)據(jù)， 百公 里行駛耗電 1 2 度， 依照 0 . 5 元的電價(jià)算， 百公里使 用成本才 6 元。而其原形車 F 3 汽油車百公里耗油 7 . 6 升， 按目前 6 . 2 元的油價(jià)， 成本是 4 6 . 5 元。 相比之 下，電動(dòng)車的使用成本才是傳統(tǒng)汽油汽車的八分之 一。 未來必須攻克電動(dòng)汽車的關(guān)鍵技術(shù)，使電動(dòng)汽 車的購買成本大大降低， 增加電池容量， 延長續(xù)行里 程。 公用超快充電站是純電動(dòng)汽車商業(yè)化的基礎(chǔ)設(shè) 施，將它完善到位才能使純電動(dòng)汽車商業(yè)化暢行無 憂。另外， 充電機(jī)與車載電池的電纜連接器必須規(guī) 范， 形成電池品種、 電壓分檔、 快慢 （功率大?。┲T 要素的一致， 否則純電動(dòng)汽車及公用超快充電站無 法有效對接， 這個(gè)產(chǎn)業(yè)目前白紙一張， 有待我們?nèi)?開拓， 但必須規(guī)劃、 設(shè)計(jì)成型后實(shí)施。 純電動(dòng)汽車公用充電站的大型充電機(jī)、 專用電 纜、 線纜連接器乃至計(jì)費(fèi)、 收費(fèi)系統(tǒng)， 這是汽車行業(yè) 新的零部件， 它們沒做到位、 不完善則制約電動(dòng)汽 車的發(fā)展。同時(shí)與此相關(guān)的零部件制造商應(yīng)以此形 成產(chǎn)業(yè)鏈， 共圖發(fā)展。 只要克服了電動(dòng)汽車目前的不足， 由于其帶來 的環(huán)境利益和使用成本低廉， 相信純電動(dòng)汽車將會(huì) 在我國得到快速發(fā)展。 參考文獻(xiàn) 1 h t t p : / / b a i k e . b a i d u . c o m / v i e w / 2 2 3 6 9 . h t m f r = a l a 0 _ 1 _ 1 2 郭文雙, 申金升, 徐一飛. 電動(dòng)汽車與燃油汽 車的環(huán)境指標(biāo)比較 J .交通環(huán)保， 2 0 0 2 ， 2 3 （2 ）： 2 1 - 2 3 ， 3 0 . 3 陳清泉, 詹宜君. 2 1 世紀(jì)綠色交通工具一電 動(dòng)汽車 M . 北京: 清華大學(xué)出版社, 2 0 0 1 . 4 房筱莉. 電動(dòng)汽車發(fā)展動(dòng)態(tài) J . 東北汽車運(yùn) 輸， 2 0 0 2 （1 ）： 2 2 - 2 3 . 5 陳清泉, 孫逢春. 祝嘉光. 現(xiàn)代電動(dòng)汽車技術(shù) M . 北京: 北京理工大學(xué)出版社， 2 0 0 2 6 鄭金鳳， 胡冰樂， 張翔. 純電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)電 機(jī)應(yīng)用概述 J . 機(jī)電技術(shù), 2 0 0 9 ( 增刊) . 7 金軻. 電動(dòng)汽車交流調(diào)速控制器的設(shè)計(jì) D . 杭州： 浙江大學(xué), 2 0 0 5 . 8 高超, 李憲平, 張志學(xué). 電動(dòng)汽車電機(jī)調(diào)速控 制器的減振裝置.中國， C N2 0 0 5 2 0 1 0 3 2 0 3 . X P . 2 0 0 6 - 0 8 - 3 0 9