电动汽车的发展与研究

电动汽车的发展与研究

历史沿革

早在19世纪后半叶的1873年，英国人罗伯特·戴维森（Rob ert Davidsson ）制作了世界上最初的可供实用的电动汽车。这比德国人戴姆勒（Gottlieb Daimler ）和本茨（Karl Benz ）发明汽油发动机汽车早了10年以上。

戴维森发明的电动汽车是一辆载货车，长4800mm ，宽1800mm ，使用铁、锌、汞合金与硫酸进行反应的一次电池。其后，从1880年开始，应用了可以充放电的二次电池。从一次电子表池发展到二次电池，这对于当时电动汽车来讲是一次重大的技术变革，由此电动汽车需求量有了很大提高。在19世纪下半叶成为交通运输的重要产品，写下了电动汽车需求量有了很大提高。在19世纪下半叶成为交通运输的重要产品，写下了电动汽车在人类交通史上的辉煌一页。1890年法国和英伦敦的街道上行驶着电动大客车，当时电动汽车的车用内燃机技术还相当落后，行驶里程短，故障多，维修困难，而电动汽车却维修方便。在欧美，电动汽车最盛期是在19世纪末。1899年法国人考门·吉纳驾驶一辆44kW 双电动机为动力的后轮驱动电动汽车，创造了时速106km 的记录。

从1900年美国制造的汽车中，电动汽车为15755辆，蒸汽机汽车1684辆，而汽油机汽车只有936辆。进入20世纪以后，由于内燃机技术的不断进步，1908年美国福特汽车公

司T 型车问世，以流水线生产方式大规模批量制造汽车使汽油机汽车开始普及，致使在市场竞争中蒸汽机汽车与电动汽车由于存在着技术及经济性能上的不足，使前者被无情的岁月淘汰，后者则呈萎缩状态。

发展背景

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。我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，我国已有16个城市被列入全球大气污染最严重的20个城市之中。我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，我国汽车持有量将成10倍地增加，石油进口就成为大问题。因此在我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。

前景远瞻

电动汽车将带着中国汽车驶入“无油”时代。新能源汽车的发展方向有多种，但其中之一的氢燃料电池技术不成熟，成本昂贵，是20年之后的技术。2007年1月，汽车和动力电池专家Menahem Anderman 博士在美国参议院能源与资源委员会作证时下此结论。中国也没有氢燃料电池反应所必需的铂。虽然没有公开申明，但据传国家内部决策层曾明确表示中国不适宜发展氢燃料电池汽车，只作为科研跟踪项目。

另外就主要采用甲醇、乙醇等低成本液体燃料的技术来说，由于大量采用玉米、粮食作为原料，导致全球粮价连续上升，这也不可能成为中国的技术选择。

还有一种燃料技术清洁柴油，即含硫量低的柴油(含硫量低于350ppm 的柴油) ，使用能使动力平均比汽油机节约30％

的能源。不过因为国内的柴油品质不佳，频繁的油荒总是从柴油开始，此外柴油得不到国家政策支持。

从技术发展成熟程度和中国国情来看，纯电动汽车应是大力推广的发展方向，而混合动力作为大面积充电网络还没建立起来之前的过渡技术。今年中外车厂都先后推出了混和动力和纯电动汽车。比亚迪先后展示了F6DM 和F3DM 双模电动车和F3e 纯电动车。长安与加拿大绿色电池生产商Elec trovaya 合作，共同拓展加拿大新能源汽车市场，首推奔奔纯电动版。美国通用汽车公司推出了以电动为主的Chevy V olt 混合动力车，Mini Cooper 推出了其纯电动版。

但混合动力车动力系统复杂，成本昂贵。比亚迪F3DM 有两套动力系统，其公布的动力系统成本增加了5万元，相当于每年要节省8千元的油费才能比传统汽油车经济。不过混合动力车省油有限，丰田Prius 省油大致10%-20%，奇瑞A5-ISG 在北京奥运试运期间公布的省油参数为10%。可以算一笔帐，假设家庭年行驶2万公里，汽油车百公里油耗7.5升，年油费9450元，混合动力车省油20%节省了1890元，无法抵消其车价成本的增加。

混合动力的优势是保留了传统汽油汽车的使用生活方式，根据汽油机和电动机混合程度，充电次数和传统汽油汽车加油次数相当，或者不用充电。行驶距离也不受限制。

纯电动车省去了油箱、发动机、变速器、冷却系统和排气系统，相比传统汽车的内燃汽油发动机动力系统，电动机和控制器的成本更低，且纯电动车能量转换效率更高。因电动车的能量来源——电，来自大型发电机组，其效率是小型汽油发动机甚至混合动力发动机所无法比拟的。纯电动汽车因此使用成本在下降。按比亚迪F3e 纯电动车公布的数据，百公里行驶耗电12度，依照0.5元的电价算，百公里使用成本才6元。而其原形车F3汽油车百公里耗油7.6升，按目前

6.2元的油价，成本是46.5元。相比之下，电动车的使用成本才是传统汽油汽车的八分之一。

纯电动车的缺点是它改变了传统汽车的使用生活方式，需要每天充电。传统的汽车使用习惯是大致一到两周加一次油。而且每次出行也有几百公里的距离限制，虽然一个家庭远距离出行可能一年就这么几次。

主要特点

纯电动汽车，相对燃油汽车而言，主要差别（异）在于四大部件，驱动电机，调速控制器、动力电池、车载充电器。相对于加油站而言，它由公用超快充电站。

纯电动汽车之品质差异取决于这四大部件，其价值高低也取决于这四大部件的品质。纯电动汽车的用途也在四大部件的选用配置直接相关。

纯电动汽车时速快慢，和启动速度取决于驱动电机的功率和性能，其续行里程之长短取决于车载动力电池容量之大小，车载动力电池之重量取决于选用何种动力电池如铅酸、锌碳、锂电池等，它们体积，比重、比功率、比能量、循环寿命都各异。这取决于制造商对整车档次的定位和用途以及市场界定、市场细分。

纯电动汽车的驱动电机目前有直流有刷、无刷、有永磁、电磁之分，再有交流步进电机等，它们的选用也与整车配置、用途、档次有关。另外驱动电机之调速控制也分有级调速和无级调速，有采[1]用电子调速控制器和不用调速控制器之分。电动机有轮毂电机、内转子电机、有单电机驱动、多电机驱动和组合电机驱动等。电机及调速控制器的选用和配制对整车档次和价位也有影响。 公用超快充电站是纯电动汽车商业化的基础设施，将它做完善到位了才能使前者畅行无忧，反之则是它的短腿，受其制约和影响，欧洲、美国电动汽之商业实践充分说明了这点。我们对此认识到了，但行动不力。另外，充电机与车载电池之电缆连接器问题必须规范，形成电池品种、电压分档、快慢（功率大小）诸要素的一致，否则纯电动汽车及公用超快充电站无法有效无法对接，这个产业目前白纸一张，待我们去开拓，但必须规划、设计成型后实施，以免徒劳，以免劳命伤财。

纯电动汽车之四大部件及公用充电站之大型充电机，专用电缆、线缆连接器乃至计费、收费系统，这是汽车行业新的零部件，没它们将是无米之炊，没做到位、不完善则是短腿受其制约。同时与此相关的零部件制造商应以此形成产业链，共图发展。

国家发政委“新能源汽车公告管理办法和实施细则”已于2007年11月1日施行。“城镇乡村农用（专用）电动汽车通用技术条件”也在酝酿过程中，纯电动汽车商业化在农村已经初现雏形，我们不该视而不见。

将来符合国际和符合市场需求的纯电动汽车必定遵守以下几项：1、电动车辆研发制造运营必须符合国家各项相关法规。整车、零部件性能必须满足国家技术标准和各项具体要求。2、电动车辆是以电为能源，由电动机驱动行驶的，不再产生新的污染，不再产生易燃、易爆之隐患。3、电动车辆储能用的电池必须是无污染、环保型的。且具有耐久的寿命，具备超快充电（2-3C 以上电流）的功能。车辆根据用途确定一次充电之续行里程，以此装置够用电量的电池组，充分利用公用充电站超快充电以延长续行里程。4、电动机组应有高效率的能量转换。刹车、减速之能量的直接利用和回收，力求车辆之综合能源利用的高效率。5、根据车辆用途和行驶场合设定最高车速，且不得超过交通法规的限定值，以合理选择电动机的功率和配置电池组容量。6、车辆驾驶操作，控制

简单有效、工作可靠，确保行车安全。7、机械、电气装置耐用少维修。车辆运营之费用低廉。8、以目标市场需求为依据，提供实用、合适车型满足之，力求做到技术、经济、实用、功能诸方面的综合统一。

将来产业化、商业化为用户所欢迎的电动汽车，必定符合以下几点特征：准确的定位、恰当的用途、宜驶的区域、最佳的效能。合适的车型、经济的配置。可靠的性能、便当的操控。环保的电池、耐久的寿命、够用的电量、超快的充电、完善的网络、到位的服务。低廉的费用、最少的维修。

电动汽车技术

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。

电动车技术特点

●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”。众所周知，内燃机汽车废气中的CO 、HC 及NOX 、微粒、臭气等污染物形成酸雨酸雾及光化学烟雾。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。

●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。

●结构简单，使用维修方便

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。

●动力电源使用成本高，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。

电动汽车的主要结构和工作原理

核心提示：电动汽车的组成包括：电力驱动及控制系统、

驱动力传动等机械系统、完成既定任务的工作装置等。电力驱动及控制系统是电动汽车的核心，也是区别于内燃机汽车的最大不同点。电力驱动及控制系统由驱动电动机、电源和电动机的调速控制装置等组成。电动汽车的其他装置基本与内燃机汽车相同。

1. 电源

电源为电动汽车的驱动电动机提供电能，电动机将电源的电能转化为机械能，通过传动装置或直接驱动车轮和工作装置。目前，电动汽车上应用最广泛的电源是铅酸蓄电池，但随着电动汽车技术的发展，铅酸蓄电池由于比能量较低，充电速度较慢，寿命较短，逐渐被其他蓄电池所取代。正在发展的电源主要有钠硫电池、镍镉电池、锂电池、燃料电池、飞轮电池等，这些新型电源的应用，为电动汽车的发展开辟了广阔的前景。

2. 驱动电动机

驱动电动机的作用是将电源的电能转化为机械能，通过传动装置或直接驱动车轮和工作装置。目前电动汽车上广泛采用直流串激电动机，这种电机具有" 软" 的机械特性，与汽车的行驶特性非常相符。但直流电动机由于存在换向火花，比功率较小、效率较低，维护保养工作量大，随着电机技术和电机控制技术的发展，势必逐渐被直流无刷电动机（BCD M ）、开关磁阻电动机（SRM ）和交流异步电动机所取代。

3. 电动机调速控制装置

电动机调速控制装置是为电动汽车的变速和方向变换等设置的，其作用是控制电动机的电压或电流，完成电动机的驱动转矩和旋转方向的控制。

早期的电动汽车上，直流电动机的调速采用串接电阻或改变电动机磁场线圈的匝数来实现。因其调速是有级的，且会产生附加的能量消耗或使用电动机的结构复杂，现在已很少采用。目前电动汽车上应用较广泛的是晶闸管斩波调速，通过均匀地改变电动机的端电压，控制电动机的电流，来实现电动机的无级调速。在电子电力技术的不断发展中，它也逐渐被其他电力晶体管（入GTO 、MOSFET 、BTR 及IGBT 等）斩波调速装置所取代。从技术的发展来看，伴随着新型驱动电机的应用，电动汽车的调速控制转变为直流逆变技术的应用，将成为必然的趋势。

在驱动电动机的旋向变换控制中，直流电动机依靠接触器改变电枢或磁场的电流方向，实现电动机的旋向变换，这使得孔子哈电路复杂、可靠性降低。当采用交流异步电动机驱动时，电动机转向的改变只需变换磁场三相电流的相序即可，可使控制电路简化。此外，采用交流电动机及其变频调速控制技术，使电动汽车的制动能量回收控制更加方便，控制电路更加简单。

4. 传动装置

电动汽车传动装置的作用是将电动机的驱动转矩传给汽车的驱动轴，当采用电动轮驱动时，传动装置的多数部件常常可以忽略。因为电动机可以带负载启动，所以电动汽车上无需传统内燃机汽车的离合器。因为驱动电机的旋向可以通过电路控制实现变换，所以电动汽车无需内燃机汽车变速器中的倒档。当采用电动机无级调速控制时，电动汽车可以忽略传统汽车的变速器。在采用电动轮驱动时，电动汽车也可以省略传统内燃机汽车传动系统的差速器。

5. 行驶装置

行驶装置的作用是将电动机的驱动力矩通过车轮变成对地面的作用力，驱动车轮行走。它同其他汽车的构成是相同的，由车轮、轮胎和悬架等组成。

6. 转向装置

转向装置是为实现汽车的转弯而设置的，由转向机、方向盘、转向机构和转向轮等组成。作用在方向盘上的控制力，通过转向机和转向机构使转向轮偏转一定的角度，实现汽车的转向。多数电动汽车为前轮转向，工业中用的电动叉车常常采用后轮转向。电动汽车的转向装置有机械转向、液压转向和液压助力转向等类型。

7. 制动装置

电动汽车的制动装置同其他汽车一样，是为汽车减速或停车而设置的，通常由制动器及其操纵装置组成。在电动汽车上，一般还有电磁制动装置，它可以利用驱动电动机的控制电路实现电动机的发电运行，使减速制动时的能量转换成对蓄电池充电的电流，从而得到再生利用。

8. 工作装置

工作装置是工业用电动汽车为完成作业要求而专门设置的，如电动叉车的起升装置、门架、货叉等。货叉的起升和门架的倾斜通常由电动机驱动的液压系统完成.

优缺点

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”。

电动汽车的困难是：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。

有专家认为，对于电动车而言，目前最大的障碍就是基础设施建设以及价格影响了产业化的进程，与混合动力相比，电动车更需要基础设施的配套，而这不是一家企业能解决的，需要各企业联合起来与当地政府部门一起建设，才会有大规模推广的机会。