电动汽车发展趋势.pdf

轻型汽车技术2 0 1 0 （1 1 / 1 2 ）总 2 5 5 / 2 5 6 田美娥 ( 西安石油大学) 摘要 本文回顾了电动汽车的发展历史； 阐述了目前我国发展电动汽车的必要性； 简述了 电动汽车的核心技术； 探讨了目前限制电动汽车发展的因素， 指出未来电动汽车发展的 趋势。 关键词： 电动汽车核心技术发展趋势制约因素 电 动 汽 车 发 展 趋 势 技术纵横 设计 研究 技术纵横 设计 研究 技术纵横 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。目前有纯电动汽车和混合动力电动汽车。 早在 1 9 世纪后半叶的 1 8 7 3 年， 英国人罗伯特 戴维森 （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 供实用的电动汽车。这比德国人戴姆勒（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 ）发明汽油发动机汽车 早了 1 0 年以上。 戴维森发明的电动汽车是一辆载货车， 长 4 8 0 0 m m ， 宽 1 8 0 0 m m ， 使用铁、 锌、 汞合金与硫酸进行反 应的一次电池。 其后， 从 1 8 8 0 年开始， 应用了可以充 放电的二次电池。 从一次电池发展到二次电池， 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 1 9 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。 1 8 9 0 年法国和英伦敦的街道上 行驶着电动大客车，当时生产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。 1 9 0 0 年美国制造的汽车中，电动汽车为 1 5 7 5 5 辆， 蒸汽机汽车 1 6 8 4 辆， 而汽油机汽车只有 9 3 6 辆。 进入 2 0 世纪以后，由于内燃机技术的不断进步， 1 9 0 8 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油机汽车，由于蒸汽机汽 车与电动汽车存在技术及经济性能上的不足， 致使 在市场竞争中前者被无情的岁月淘汰， 后者则呈萎 缩状态 1 。 我国大城市的大气污染已不能忽视， 燃油汽车 排放是主要污染源之一，已有 1 6 个城市被列入全 球大气污染最严重的 2 0 个城市之中。我国现今人 均汽车是每 1 0 0 0 人有 1 0辆汽车，但石油资源不 足， 每年已进口石油几千万吨， 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 1 0 0 0 人有 1 1 0 辆汽车， 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。 电动汽车本身不排放污染大气的有害气体， 废 气排出比燃油汽车减少 9 2 %9 8 % 2 。 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。 由于电厂大多建在远离人口密集 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。电力可以从多种一次能源中获得， 如 煤、 核能、 水力等， 可缓解人类对石油资源的依赖以 及对其日见枯竭的担心。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。有研究表明， 同样的原油经过粗炼， 送至电厂发电， 经充入电池， 1 电动汽车的历史 2 我国发展电动汽车的必要性 4 轻型汽车技术2 0 1 0 （1 1 / 1 2 ）总 2 5 5 / 2 5 6技术纵横 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要高， 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现代汽车工业的一个 “热 点” 。 比亚迪、 丰田、 奇瑞等汽车公司都推出各自的 纯电动汽车。电动汽车将会慢慢成为汽车发展的一 种趋势和必然 3 - 5 。 相对燃油汽车而言，纯电动汽车的核心技术在 于四大部件， 即驱动电机， 调速控制器、 动力电池、 车 载充电器。 纯电动汽车的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 的用途也与四大部件的选用配置直接相关。 纯电动汽车时速快慢以及启动速度取决于驱动 电机的功率和性能，其续行里程的长短取决于车载 动力电池容量的大小，车载动力电池的重量取决于 选用何种动力电池， 如铅酸、 锌碳、 锂电池等， 它们的 体积、 比重、 比功率、 比能量、 循环寿命都各异。 3 . 1 动力电机及调速控制器 电动汽车驱动系统研究的重点是各种类型的驱 动电机及其控制， 按电机的类型划分， 电驱动系统可 分为直流驱动系统和交流驱动系统两大类。早期由 于直流电机控制比较简单，电动汽车多数采用直流 电机。然而， 随着现代交流调速技术的发展， 交流电 机的动态性能己经达到或者超过直流电机的水平， 其本身具有体积小、 功率大、 效率高、 结构简单、 易于 维护等优点， 由于没有了电刷和滑环等， 也克服了直 流电机因换向器带来的缺点，因此交流驱动系统将 逐渐成为电动汽车的主流驱动系统。 在交流驱动中， 驱动电机主要采用异步电机、 永磁同步电机( 包括无 刷直流电机) 以及开关磁阻电机 6 。电动汽车调速控 制器与驱动电机的种类相关，交流调速控制器的研 究也取得了新的成果 7 - 8 。 3 . 2 动力电池 电池是电动汽车发展的关键，要想在较大范围 内应用电动汽车， 要依靠先进的蓄电池。 近些年对于 电动汽车用蓄电池的研究取得了重大成果 9 - 1 3 。 经 过 1 0 多年的筛选， 现在普遍看好氢镍电池、 铁电池、 锂离子和锂聚合物电池。氢镍电池单位质量储存能 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 让其成本降下来。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 子电池单位质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。 3 . 3 车载充电器 电动汽车充电装置总体上可分为非车载充电 装置和车载充电装置。非车载充电装置亦称地面充 电装置， 包括专用充电机、 专用充电站、 通用充电 机、 公共场所用充电站等， 它可以满足各种电池的 各种充电方式要求。通常， 非车载充电器的功率、 体 积和质量均比较大， 能够满足各种功率需求。车载 充电装置是指安装在电动汽车上的、 采用地面交流 电网或车载电源对电池组进行充电的装置， 包括车 载充电机、 车载充电发电机组和运行能量回收充电 装置， 它将交流动力电缆线直接插到电动汽车的插 座中给电动汽车充电。车载充电装置通常使用结构 简单、 控制方便的接触式充电器， 也可以是感应充 电器，其完全按照车载蓄电池的种类进行设计， 针 对性较强 1 4 。目前国内已有相关研究成果 1 4 - 1 7 。 4 . 1 目前限制电动汽车发展的因素 4 . 1 . 1 蓄电池的储能量 目前电动汽车蓄电池的电容量有限，电动汽 车， 特别是纯电动车需要每天充电， 而传统的汽车 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。这会使使用者一时难以适应。 4 . 1 . 2 价格因素 目前由于电动汽车的各项技术特别是蓄电池 技术尚不成熟， 且没有形成经济规模， 故购买价格 较高。特别是混合动力电动汽车， 由于其配置两套 动力系统， 其购买价格一时难以被消费者接受。比 亚迪 F 3 D M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。混合动力车省油有限， 丰 田 P r i u s 省油大致 1 0 %- 2 0 %，奇瑞 A 5 - I S G在北京 奥运试运期间公布的省油参数为 1 0 %。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 3 电动汽车的核心技术 4 电动汽车发展趋势 5 轻型汽车技术2 0 1 0 （1 1 / 1 2 ）总 2 5 5 / 2 5 6技术纵横 7 . 5 升， 年油费 9 4 5 0元， 混合动力车省油 2 0 %节省 了 1 8 9 0 元， 无法抵消其车价成本的增加。 4 . 1 . 3 公用配套基础设施 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， 纯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。 4 . 2 未来电动汽车发展趋势 从技术发展成熟程度和中国国情来看，纯电动 汽车应是今后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。 2 0 0 9 年中外车厂都先后推出了混合动力和纯电动 汽车。比亚迪先后展示了 F 6 D M和 F 3 D M双模电动 车和 F 3 e 纯电动车。长安与加拿大绿色电池生产商 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 C h e v y V o l t 混合动力车， M i n i C o o p e r 推出 了其纯电动版。 混合动力车动力系统复杂， 成本昂贵。 其优势是 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。因此纯电动汽车使用成 本在下降。 按比亚迪 F 3 e 纯电动车公布的数据， 百公 里行驶耗电 1 2 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 F 3 汽油车百公里耗油 7 . 6 升， 按目前 6 . 2 元的油价， 成本是 4 6 . 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。 未来必须攻克电动汽车的关键技术，使电动汽 车的购买成本大大降低， 增加电池容量， 延长续行里 程。 公用超快充电站是纯电动汽车商业化的基础设 施，将它完善到位才能使纯电动汽车商业化畅行无 忧。另外， 充电机与车载电池的电缆连接器必须规 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 法有效对接， 这个产业目前白纸一张， 有待我们去 开拓， 但必须规划、 设计成型后实施。 纯电动汽车公用充电站的大型充电机、 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， 它们没做到位、 不完善则制约电动汽 车的发展。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。 只要克服了电动汽车目前的不足， 由于其带来 的环境利益和使用成本低廉， 相信纯电动汽车将会 在我国得到快速发展。 参考文献 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 郭文双, 申金升, 徐一飞. 电动汽车与燃油汽 车的环境指标比较 J .交通环保， 2 0 0 2 ， 2 3 （2 ）： 2 1 - 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X P . 2 0 0 6 - 0 8 - 3 0 9