速腾汽车使用说明书.doc

电动汽车的发展现状与趋势1.背景汽车工业的高速发展以及人们对于汽车使用需求的不断增加，带动了汽车产量和保有量的持续上升。从而加剧了人们目前普遍关注的两个问题:能源问题和环境问题。我国是个人口大国，随着近些年我国国民经济的快速发展，人们的生活水平不断提高，汽车的需求和保有量都迅速的加大，而由此引发的对能源、环境的影响尤为严重。电动汽车是以电力作为能源、由电机驱动的汽车。电动汽车具有结构简单、使用方便和节能环保以及小噪声的特点。所以发展电动汽车尤其是电动客车符合我国的基本国情。2.电动汽车发展现状电动汽车诞生于1873年，比内燃机汽车还早13年。但是受电池和驱动控制系统的局限，其发展远远落后于内燃机汽车。上个世纪70年代，石油危机使主要工业国家认识到发展电动汽车的重要性，以美、日为代表的国家开始了电动汽车的开发热潮，并在许多关键技术的基础研究上取得成果。电动汽车也由原来单一的全由电池供电的纯电动汽车BEV（Battery Electric Vehicle）发展成为现在的三大类：纯电动汽车EV（Electric Vehicle）、混合动力电动汽车HEV（Hybrid Electric Vehicle）和燃料电池电动汽车FCEV（Fuel Cell Electric Vehicle）。纯电动汽车(BEV)由蓄电池供电，电机驱动行驶，可实现零排放，动力性、经济性、安全性和可靠性等达到或接近普通内燃汽车，续驶里程能满足一般运行要求，同时具有低噪声、易维修、可利用低谷电以节能等优点，是未来理想的交通运输工具。纯电动汽车技术基本成熟，但在动力性能、续驶里程、制造成本和可靠性等方面还无法与内燃机汽车相比。2.1 国外电动汽车技术进展美、日及欧洲发达国家，纯电动汽车已开始进入实用化阶段。其中，美国的通用EV-1 两座轿车、通用S-10 两座皮卡、福特Ranga两座皮卡，日本的丰田RAV-4 五座轿车、本田Plus四座轿车、日产Lunnet五座轿车、大发Hi-jet微型面包，法国研制的标志-雪铁龙P106四座轿车等都投入了商业运行。在2000年，日本公路上就已运行着1000多辆纯电动汽车，美国商业化运行的纯电动汽车己达到6000辆，欧共同体主要城市基本上都有试运行的电动公交车。电动汽车的前景取决于电池技术的突破，近年来，镍氢、锂离子被相对看好，国外汽车公司投入大量资金进行研究，铅酸、镍镉等传统电池的改进工作也在进行。2.2 国内电动汽车技术进展国家科委、计委在八五、九五期间组织了纯电动汽车的攻关，现在又将纯电动汽车列入十五国家863计划电动汽车重大专项。国内大型汽车企业、高等院校、研究单位对纯电动汽车的研究也热情高涨，通过多轮试制，力争在十五结束时实现电动汽车的产业化。 目前在纯电动汽车的电池和电机研制方面，我国与世界先进水平差距较小，有些甚至处于领先地位。如深圳雷天绿色电动源(深圳)有限公司开发的锂离子电池续驶能力达到300公里，最高时速可达120公里，单台车电池成本4万元左右；深圳中星汽车制造公司研制的超级纳米碳纤素电池容量是一般铅酸电池的11倍，能量功率之比可达每千克一千瓦时，充电仅需10分钟就可以完成，寿命可达10年以上，价格为锂电池的一半，体积为锂电池的1/3，商业化前景看好。在整车开发方面，天津清源电动车辆有限责任公司和一汽天津夏利股份有限公司牵头，中国汽车技术研究中心、天津大学、天津和平海湾公司和天津蓝天高科公司等十几个单位共同参与合作开发出XL2000纯电动轿车。该车采用天津夏利2000车型和平海湾的镍氢电池、十八所锂离子动力电池技术。首批开发了5辆达国际先进水平的纯电动轿车，并将在两年内实现产业化。天津清源电动车辆有限公司和中科院电动所还共同研制成功全国第一辆纯电动中型客车。该电动客车以二汽东风客车为原车型，单纯以电池为动力源，最大时速可达80公里。3.电动汽车动力总成电动汽车动力总成主要包括能源系统、驱动系统。动力总成是电动汽车最重要的子系统，决定了整车的动力性和经济性，是电动汽车产业化的关键。纯电动汽车动力总成的控制是基于整车控制系统实现的。纯电动汽车整体上按照电驱动的特点可划分为由电力驱动系统、能源系统、整车控制系统及辅助系统等系统组成。纯电动汽车动力总成控制策略是整车控制系统设计和控制器开发的核心，它通过CAN网络来协调动力总成各部件的工作，是纯电动汽车实现整车一体控制和智能控制的关键。4电动汽车特点及优势4.1 无污染、噪声小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。4.2 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。4.3 能量转换效率高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。4.4 平抑电网的峰谷差可在夜间利用电网的廉价“谷电”进行充电，起到平抑电网的峰谷差的作用。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。5.纯电动汽车从广义上理解，纯电动汽车是指利仅利用电能进行驱动的汽车。至于车内电量的来源，无论是利用电池、太阳能、燃料提供电力的车辆都可以看做是纯电动汽车。但是，由于摄取电能的方式直接决定了车辆的内部构造和运作原理，为了方便介绍，我们这里指的纯电动汽车仅为利用车载电池作为电力来源的电动汽车。5.1.纯电动汽车的关键技术纯电动汽车的关键技术包括车身技术、底盘技术、电池技术、电机技术和控制器技术。车身和底盘技术是汽车的通用技术，而电池技术、电机技术和控制器技术则是电动汽车所特有的技术，这3项技术也是一直制约电动汽车大规模进入市场的关键因素。5.1.1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。电池性能决定了纯电动车的最大行程、充电时间。电池成本占了整体成本相当大的比重，制造电池的排碳量也占了整个使用周期排碳量相当大部份(43%)。所以电池是纯电动车发展的最重要的技术关键。 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。动力电池技术是电动汽车的核心技术之一，动力电池性能的好坏与发展电动汽车的前景息息相关。回顾电动汽车百年历史，电动汽车在汽车发展史中前两次机遇都没有得到发展，总结起来存在以下几点原因:1、续驶里程:大多数铅酸电池电动汽车一次充电只能行驶100km，锂离子电池电动汽车接近200km，不适合长途行驶，而传统汽油车辆最大行驶距离可超400km。2、充电时间:电动汽车慢充充电时间长达6小时，即使是采用“快速充电”到动力电池80%容量的方式，也需要0.5h，这样大大降低了汽车即充即用的实用性能，而汽油车辆一次加油时间不过几分钟。3、电池成本:电池价格昂贵，目前动力锂电池的价格约在5元/瓦时，通过计算，一辆电动轿车，动力电池成本约为10万元，而且动力电池的循环使用寿命在1500次左右，按照充电一次行驶150km，根据介统计，北京平均每辆汽车一年行驶是47000公里，这样计算得到电池的使用寿命不到5年时间，若使用不当寿命还会降低，按汽车10年报废来算，中途需要更换一次动力电池。4、比容量或比能量:目前广泛使用的锂离子电池比容量在100Ah/g，这只是计算单体电池电芯的重量得来，若加上单体外包装、电极、电池箱体、导线、电池管理系统等，根据实际经验，其实际比容量只有20Ah/kg左右。一辆单体电池额定容量为60Ah，总电压为380V的电动轿车，动力电池的重量为300kg左右，给整车带来的额外负担是严重的，而且还占用了相当大的车辆空间，导致整车布置困难。5.1.2驱动电机技术电动汽车对驱动电机的要求主要体现在低速大扭矩、调速范围宽、过载能力大、大功率小体积上,其技术性能直接影响车辆运行的动力性和经济性。需要对电机的电磁场、温度场和应力场进行有限元分析, 选择设计符合电动车辆运行要求的电机, 并与电力电子技术、微电子技术和控制技术完美结合。车用牵引电机一般有直流电机和交流电机。直流电机最早用于电动车上, 但由于电刷和换向的存在, 必须经常维护和保养, 体积和重量也较大, 也无法实现高速大容量。交流电动机具有结构简单、比功率大、可控性好、效率高、使用维护便利等特点, 特别是随着控制技术和大功率电子器件的发展, 交流驱动系统在电动汽车上的应用逐渐增多。从世界各国来看, 形成了感应电机和永磁同步电机两大主流倾向, 一是以美、欧为主的感应电动机派, 二是以日本为主的永磁同步电动机派。高速感应电机控制比较复杂, 但其本身的制造技术和控制技术都已成熟; 永磁同步电机在体积、重量、可靠性和效率方面要优于感应电机, 但要实现大扭矩、大调速范围必须进行弱磁控制或电机在结构上突破传统设计方法。5.1.3控制系统技术整车控制系统由整车控制器、通信系统、部件控制器以及驾驶员操纵系统构成，主要功能是根据驾驶员的操作和当前的工况，在保证安全和动力性要求的前提下选择尽可能优化的工作模式。具体总控制系统结构框图如图 1 所示。 目前，较主流的电动汽车整车控制系统都采用 CAN 总线通信连接，这样不仅大大提高了控制的效率和稳定性，而且能实现数字控制。电动汽车驱动电机、电池等执行动力部分的状态信号被发送到 CAN 总线，最终传输到显示终端提供给驾驶人员，以便实现整车控制。 新的电子控制系统在传统汽车上应用不多，但它对纯电动汽车的工作有着重要影响。与国外相比，目前来看我国还有一定的差距，但是随着电机驱动系统的发展以及各种新技术新材料的应用，国内外在这方面的差距将越来越小。6纯电动汽车电子的技术发展动态6.1超快充电技术 采用传统的慢速充电法，纯电动汽车充满一次电要好几个小时。这虽然能够保证相对较长的续驶里程，但由于要安装许多电池，增加了车辆的重量和成本，对电池一致性的要求也较高。现在，快速充电电池技术出现，具有寿命长（可充电2000次以上）、没有记忆性、可以大容量充电及放电等特点，在几分钟内就可充70%80%的电。前面所述的东芝可急速充电锂离子技术，即是快速充电技术的其中之一，这为纯电动汽车的商业化提供了技术支持。但是也有学者对于蓄电池的快速充电提出疑问，认为快速充电时的过充电和过放电有可能会恶化各电池在电池组内协同工作的环境，造成电池组整体的瓦解崩溃。现在许多企业在这方面积极进行研发，也有所进展。2005年参考消息报导内华达州有企业研制出纳米电池，只需6分钟就能充满电，每次充电后的使用时间能达到目前充电电池的10倍，使电池充电次数量高达到2万次，所提供的电流强度最大能到现在的3倍。这也成为目前纯电动汽车电池技术的发展动向之一。6.2电池与电容相结合技术超级电容具有充电快、无记忆充放电、充放电循环次数高、无二次污染等优异特性，但有放电快的缺点；锂离子电池具有储电量大、储存时间长的优点，但充电时间比较长。取两者之长，结合起来使用在电动汽车上，除了可以具有传统纯电动汽车的“电代油”和“零排放”主要优点外，还具有一次充电行驶距离长（可达300公里）、速度快（可达100公里/小时）、行使过程中能量回收效率高等优点，代表了纯电动汽车的最新发展方向之一。目前已有富士重工和NEC联合开发“锂离子电容器”，能量密度达30瓦时/千克，为先前电容器的4倍，达到了用于电动汽车的实用水平。中国有上海瑞华集团研制环保型混合电能超级电容电动汽车，还有国家电网公司在这方面已经完成了3种电池-电容混合型电力工程车辆的改装和性能测试，并将开展示范应用。7. 混合动力汽车所谓混合动力电动汽车，顾名思义就是“由两种和两种以上的储能器、能源或转换器作为驱动能源，其中至少有一种能提供电能的车辆称为混合动力电动汽车”。混合动力汽车运用相应的控制策略，将混合动力汽车的动力源结合起来，以到达最低的燃油消耗，并使排放达到最低的程度。在混合动力电动汽车中，发动机将提供电动汽车所需的大部分驱动力，而剩余的转矩则由电动机提供，例如当车辆加速需要高转矩时。混合动力电动汽车并不像纯电动汽车一样，它在某些特定的情况下会排放出废气物。7.1混合动力电动汽车的关键技术7.1.1控制策略在混合动力电动汽车中，控制策略是不可或缺的，它直接影响着混合动力电动汽车的性能并对驱动能量的流动有着重要影响。控制策略要使混合动力电动汽车实现最好的经济性，并兼顾其动力性，而且对蓄电池寿命、整车成本、可靠性有着重要影响。要实现低排放、低油耗，就需要对控制策略进行优化，以获得最好的驾驶性能，最低的油耗，最佳的动力性，最高系统效率。其组成为：控制系统，由操纵装置、中央控制器和各种控制模块共同组成。发动机和驱动系统，发动机和发动机驱动系统的控制系统。电动机和驱动系统，电动机和电动机驱动系统的控制系统。信号反馈及监测装置，包括各电量监测装置（电压表、电流表等）、显示装置和自诊断系统等。7.1.2混合动力电动汽车控制系统的功能通过对混合动力电动汽车的控制策略的介绍，我们会了解到控制系统的功能。混合动力电动汽车的控制系统的功能为：（1）使混合动力电动汽车的动力性能能够达到或接近现代内燃机汽车的水平，逐步实现混合动力电动汽车的实用化。（2）最大限度地发挥了电动机驱动的辅助作用，使混合动力电动汽车的燃油消耗量尽量降低，实现发动机的节能化。目前混合动力汽车已达到3L/100km左右的水平。（3）在环保方面，达到“超低污染”的环保标准。（4）在混合动力电动汽车上实现多能源动力控制，混合动力电动汽车关键的控制技术，是对内燃机驱动系统和对电动机驱动系统实现双重控制，能够回收再生制动能量，延长混合动力电动汽车的行驶里程，改进混合动力电动汽车的节能性。（5）混合动力电动汽车本质上与传统汽车并没有太大的差别，只是多了一套电动机和发电机以及控制系统，其基本的操控与传统的汽车基本上一样，这就使得驾驶员不需要改变太多，就能适应混合动力电动汽车，而且在控制策略的控制下，使得驾驭起来更加方便，而且通过优化的控制策略，使得控制水平得到提升，该系统是自动化的，由ECU统一控制，使得该车更加安全，排放性处于最低，经济性达到最好，以实现真正意义上的环保。（6）要求混合动力电动汽车达到或接近内燃机汽车所具有的水平，应降低空气阻力系数，与传统的汽车一样，多采用舱背式或直背式，发动机盖向前下倾，挡风玻璃应该尽可能的躺平，以达到降低迎风面积，尽量减少突出物，如后视镜，党必须要增加时。应做成流线型。多采用一些复合材料，这些材料具有质量