（光学工程专业论文）电动城市客车技术路线研究.pdf

独创性l 声明 iiifiiflllllf003iilllllltll11116rillll y 18 8 0 0 3 6 本人声明，所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究 成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人 已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得武汉理工大学或其它教育机构的 学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已 在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 签名： 关于论文使用授权的说明 本人完全了解武汉理工大学有关保留、使用学位论文的规定，即学校有权保 留、送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布论文的全部或部 分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 一辫燧名：埤 手葡要 近年来，石油资源逐渐减少，我国从1 9 9 3 起开始成为石油进口国，2 0 1 0 年进口原油高达1 8 8 6 亿吨。随着城市汽车数量不断增多，我国城市汽车污染 逐渐严重。城市客车是城市居民的重要交通工具，随着城市人口的增多，更显 示其重要性。由于城市客车数量多，平均时速不高，负荷变化率大，经常处于 怠速状态，因此是城市环境污染的重要组成部分。从1 9 9 2 年起，我国把电动汽 车列入重点攻关项目，到2 0 1 0 年期间国家颁布了多条有关电动汽车的政策，鼓 励国内企业快速发展电动汽车，电动城市客车作为电动汽车的一种，又对减少 城市环境污染起到积极的作用，研究适合我国国情的电动城市客车技术路线非 常必要。 本文重点介绍了纯电动技术、混合动力技术和燃料电池技术电动汽车的发 展、优点、应用及技术瓶颈，为电动城市客车的发展提供了一定的理论基础； 本文分析了国外( 主要是美国、欧洲和日本) 电动城市客车的研发进展情况； 也分析了国内主要企业和研发机构的电动城市客车研发进展情况；对国内电动 城市客车示范运营情况进行了介绍。 目前，我国电动城市客车主要的技术路线有三种：一是“直接发展纯电动 技术电动城市客车 ；二是“先发展油电混合动力技术电动城市客车，在发展 纯电动技术电动城市客车”；三是多种技术应得到共同发展，根据企业自身的特 点，实现“百花齐放”。也就是说我国的电动城市客车主要是纯电动技术城市客 车、混合动力技术城市客车和燃料电池技术城市客车；本文从关键技术、经济 效益和技术瓶颈三方面对纯电动技术城市客车、混合动力技术城市客车和燃料 电池技术城市客车进行了优劣性对比。 最后介绍了电动城市客车的8 维度评价指标，从单个指标和综合指标两方 面对纯电动技术城市客车、混合动力技术城市客车和燃料电池技术城市客车进 行了分析，得出从近期来说应重点发展混合动力城市客车，从中长期来看，应 重点发展纯电动城市客车。 关键词：电动城市客车，纯电动技术，混合动力技术，技术路线 a b s t r a c t 1 1 1r e c e n ty e a r s t h eo i lr e s o u r c e sa n dg r a d u a l l yr e d u c eo u rc o u n t r yf r o m19 9 3t o b e c o m ei m p o r t e r s ，t h ei m p o r to fc r u d eo i lu pt o2 01018 8 6 0 0 0 0 0t o n s t h ec i t yb u s n u m b e rt oi n c r e a s ei no u rc i t yp o l l u t i o n t h en u m b e ro fc i t i e s ，t h ea v e r a g es p e e dw a s n o th i g h ，t h er a t e ，o f t e ni ni d l es t a t e ，i ti s 觚i m p o r t a n tp a r to ft h ec i t yp o l l u t i o n i n 19 9 2 ，t h ee l e c t r i cc a r so nt h ek e yp r o j e c t ，i nm a n yc o u n t r i e sd u r i n gt h ee l e c t r i cc a r s ， t h ep o l i c yo fe n c o u r a g i n gl o c a lc o m p a n yd e v e l o p e dr a p i d l ye l e c t r i c c a r sa n d e l e c t r i c a lt h ec i t ya sak i n do fe l e c t r i cc a r s ，a n dt or e d u c eu r b a ne n v i r o n m e n t a l p o l l u t i o nh a sa na c t i v er o l et oo u rn a t i o n a lc o n d i t i o n s ，s t u d yo f t h ec i t yb u sr o u t e si s v e r yn e c e s s a r y t h i sa r t i c l ef o c u s e so nap u r e l ye l e c t r o n i ct e c h n o l o g i e s ，c o m b i n e dp o w e r t e c h n o l o g ya n dt h ef u e lc e l lt e c h n o l o g ye l e c t r i cc a r sa n dv i r t u e s ，a p p l i c a t i o na n d t e c h n o l o g yf o rt h ec i t yo fb o t t l e n e c k s ，a n dt h ed e v e l o p m e n to fb a s i ct h e o r i e s ；t h i s a r t i c l em a i n l ya n a l y s e st h ef o r e i g n( u n i t e ds t a t e s ，e u r o p ea n dj a p a n ) e l e c t r i ct h e p r o g r e s so fu r b a nd e v e l o p m e n t ； a l s oa n a l y z e dm a j o rd o m e s t i ce n t e r p r i s e sa n d i n s t i t u t i o n st od e v e l o pe l e c t r i ct h ep r o g r e s so fu r b a nd e v e l o p m e n to fd o m e s t i c e l e c t r i c a l ； c i t yb u so p e r a t o r st oi n t r o d u c et h es i t u a t i o n a tp r e s e n t ，o u rm a i nc i t yo ft h ee l e c t r i c a ll i n e sh a v et h r e e ： a ”d i r e c t d e v e l o p m e n to fe l e c t r o n i ct e c h n o l o g ye l e c t r i cc i t y ”i s ”；t h ef i r s t e l e c t r i cp o w e r d e v e l o p m e n to fo i lm i x e dt e c h n o l o g ye l e c t r i cc i t y , i nt h ed e v e l o p m e n to fe l e c t r o n i c t e c h n o l o g y e l e c t r i cc i t i e st h e ”t h r e ei s ；t e c h n o l o g ys h o u l d b e c o m m o n d e v e l o p m e n t ，i ni t so w nc h a r a c t e r i s t i c s ，t h er e a l i z a t i o no f ”l e t t i n ga h u n d r e df l o w e r s b l o s s o m ”t h a ti so u rm a i nc i t yo fe l e c t r i cc a r sa r ep u r e l yt e c h n i c a lc i t yb u s e s ， c o m b i n a t i o no fe l e c t r i cp o w e rf r o mt h ef u e lc e l lt e c h n o l o g yc i t ya n dt e c h n o l o g y c i t y ； f r o mt h ek e yt ot h et e c h n i c a l ，e c o n o m i ca n dt e c h n i c a lb o t t l e n e c k st h r e e a s p e c t so f t h ec i t yo fe l e c t r i cp o w e rf r o mt h em i xo ft e c h n o l o g i e s ，t e c h n i q u e sa n dt h e f u e lc e l lt e c h n o l o g yc i t yt h ec a r so ft h ec i t y sc o n t r a s t f i n a l l yi n t r o d u c e st h ec i t yo f t h ee i g h td i m e n s i o na p p r a i s a lt a r g e t ，f r o mas i n g l e i n d e xa n dc o m p r e h e n s i v ei n d i c a t o ro ft h et w os i d e so ft h ec i t ya n dm i xt e c h n o l o g y f r o mt h ee l e c t r i cp o w e rf r o mt h ef u e lc e l lt e c h n o l o g yc i t ya n dt e c h n o l o g yf r o mt h e c i t yw a sa n a l y s e di nt h en e a rf u t u r e ，i ts h o u l df o c u so nt h ed e v e l o p m e n tm i xo f r e c r e a t i o n ，t h ep o w e ro fc i t yi nt h em e d i u mt ol o n gt e r m ，s h o u l db et h ef o c u so f t h e c i 以 k e yw o r d s ：t h ee l e c t r o n i cc i t yc a r ，b e v ，h e v ，t h e r o u t eo f t e c h n o l o g y n 1 2 城市客车2 1 2 1 城市客车的概念。2 1 2 2 城市客车的类型3 1 2 3 城市客车的运行特点3 1 3 我国研究电动城市客车的必要性4 1 3 1电动汽车的优点4 1 3 2 我国发展电动城市客车的优势6 1 3 3 电动城市客车市场需求6 1 4 本论文的主要工作8 第2 章电动汽车的类型及比较分析9 2 1 电动汽车的类型9 2 1 1 纯电动汽车1 0 2 1 2 燃料电池电动汽车1 0 2 1 3 混合动力电动汽车1 l 2 2 三种类型的电动汽车优缺点对比1 1 2 2 1 纯电动汽车1 1 2 2 2 燃料电池电动汽车1 2 2 2 3 混合动力电动汽车1 3 第3 章国内外电动城市客车研发进展1 5 3 1 国外电动城市客车的研发进展1 5 3 1 1 美国1 5 3 1 2 欧洲1 7 3 1 3 日本1 7 3 2 国内电动城市客车的研发进展1 8 3 2 1 国内企业及相关科研机构电动城市客车研发进展1 8 3 2 2 国内电动城市客车示范运营的进展2 3 第4 章电动城市客车技术路线的比较分析2 6 4 1 我国电动城市客车提出的技术路线2 6 i i i 4 2 各技术路线优劣性对比分析2 7 4 2 1 纯电动技术城市客车2 8 4 2 2 混合动力技术城市客车2 9 4 2 3 燃料电池技术城市客车3 3 第5 章电动城市客车技术路线的选择3 5 5 1 电动城市客车技术路线的8 维度评价3 5 5 2 电动城市客车技术路线8 维度评价的分析结果3 7 5 2 1 三种技术路线的指标差异3 7 5 2 2 电动城市客车8 维度评价分析3 8 5 3 电动城市客车技术路线的相关建议3 9 第6 章主要结论与研究展望4 1 6 1 主要结论4 1 6 2 研究展望4 1 参考文献4 2 致谢4 5 i v 武汉理工大学硕士学位论文 第1 章绪论 1 1 城市汽车污染和能源消耗 进入2 1 世纪以来，汽车的广泛应用使得社会建设和发展的各个方面都离不 开对汽车的依赖。世界上最发达的国家美国，被喻为架在车轮上的国家， 可见汽车对当今社会发展的重要性。但是，伴随着汽车带给我们许许多多好处 的同时，汽车也给我们带来了巨大的挑战。汽车污染是由汽车排放的废气造成 的环境污染，2 0 世纪4 0 年代以来，光化学烟雾事件在美国洛杉矶、日本东京 等城市多次发生，造成不少人员伤亡和巨大的经济损失。一方面，目前汽车使 用的内燃机热效率较低，燃料燃烧产生的热能大约只有3 5 9 卜4 0 用于实际汽车 行驶，随着我国汽车保有量的不断增多，加剧了能源的不断消耗；另一方面， 汽车的大量使用加剧了环境污染，大约城市大气中c o ( 一氧化碳) 的8 2 、n o x ( 氮氧化物) 的4 8 、h c ( 碳氢化合物) 的5 8 和p m ( 微粒) 的8 来自汽车的 尾气排放，此外，汽车排放的大量c 0 2 ( 二氧化碳) 加剧了“温室效应”，汽车 噪声也是环境噪声污染的主要内容之一n ，。 进入2 1 世纪，汽车污染日益成为全球性问题。随着汽车数量越来越多、使 用范围越来越广，它对世界环境的负面效应也越来越大，尤其是危害城市环境， 造成地表空气臭氧含量过高，加重城市热岛效应，使城市环境转向恶化。随着 机动车的增加，尾气污染由局部性转变成连续性和累积性，而各国城市市民则 成为汽车尾气污染的直接受害者。 中国机动车污染防治年报中指出：2 0 0 9 年我国首次成为世界汽车产销 第一大国，2 0 0 9 年全国汽车产、销量分别达到1 3 7 9 1 万辆和1 3 6 4 5 万辆，机 动车保有量接近1 7 亿辆，其中汽车大约有6 2 0 9 4 万辆。汽车产销量的飙升也 带来了严重的机动车污染问题，我国机动车污染日益严重，机动车尾气排放已成 为我国大中城市空气污染的主要来源。其中，全国1 1 3 个环保重点城市中三分之 一的城市空气质量不达标，全世界认定的2 0 个污染最严重的城市有1 6 个在中 国，国内汽车产品水平与国外差距很大，平均油耗高出1 0 卜3 0 ，排放约为 1 5 _ 2 0 倍，汽车工业面临的压力更大。 目前，全世界都在面临两大难题环境污染和石油资源减少。由于我国 汽车排放控制水平低于欧美等发达国家，同时我国的机动车辆保有数量大，加 之城市交通拥堵和人口集中度高等，使得我国城市汽车尾气污染严重。据调查， 广州市空气污染的主要来源是：工业污染源约占2 0 4 ，机动车尾气排放污染 约占2 2 ，建筑工地扬尘污染约占1 9 2 ，汽车尾气是广州市空气污染的主要 武汉理工大学硕士学位论文 来源，已经被市民评为“最不可忍受的污染物；另外，深圳市是我国第一批环 保模范城市，调查显示空气污染中高达7 0 主要是来自于机动车尾气排放污染， 每年深圳市机动车排放的各种有害物质多达2 0 多万吨，并且还在以每年超过 2 0 的速度上升昭1 。 目前，我国汽车所需要的能源几乎全部来自于石油制品，随着我国汽车工 业的发展，汽车的年产量和保有量不断上涨，所需要的石油制品量也越来越大。 根据相关资料显示，我国汽车的石油消耗量占到了石油消费总量的5 0 ，汽车 数量的增加将使得石油需求量剧增。从1 9 9 3 年开始，我国就已经从国外开始进 口石油，而且每年的石油进口量呈逐年加大的趋势，每年石油进口量大约递增 1 0 0 0 万吨左右，而且到2 0 0 0 年，我国进口石油已经达到7 0 0 0 多万吨，2 0 0 4 年 进口原油1 2 亿吨，2 0 0 7 年进口原油1 6 3 亿吨，2 0 1 0 年进口原油高达1 8 8 6 亿吨，即将突破2 亿吨，我国的石油进口依存度将达到5 1 4 - 5 2 6 乜3 。数据显 示，2 0 0 9 年我国汽车的保有量达到了6 2 0 0 多万辆，同时消耗了1 3 4 8 0 万吨成 品油，占全国汽、柴油总产量的6 3 2 ，比2 0 0 8 年成品油的消耗量增加了1 6 0 0 万吨。“十一五规划新增的1 亿吨左右的炼油能力，几乎被5 年新增的3 5 0 0 多万辆汽车消耗掉了。 由以上可见，城市环境污染严重，加之我国城市汽车数量不断增多，城市 污染呈上涨之势，另外，石油资源紧缺，我国进口原油数量每年都在上涨，国 内油价不断上调，这就考虑排放污染小的新能源用于汽车之中，缓解城市污染 和能源紧缺的局面。 1 2 城市客车 1 2 1 城市客车的概念 城市客车( c i t yb u s 或u r b a nb u s ) 是指用于城市或城郊载送乘客的客车， 也称为公交车。城市客车的车内设有座位和供乘客站立与走动的通道，城市客 车的踏板和地板较低，一般有两个以上的车门和足够的空间便于乘客在频繁停 站时上、下车。 城市客车是城市中重要的交通工具，为城市工作的人上下班、逛商场、市 内旅游提供了很大的便利，也便于缓解城市交通压力。以武汉市为例，据调查 显示，2 0 1 0 年武汉市拥有汽车数量超过1 0 0 万辆，武汉市的人口超过了1 0 0 0 万人，也就是说，大约每1 0 人拥有一辆汽车，显然，如果每个人出去都开车的 话，武汉市的交通变成了很大的问题。 2 武汉理工大学硕士学位论文 1 2 2 城市客车的类型 我国城市客车种类繁多，主要有以下几种类型c 】： ( 1 ) 大功率、发动机后置、低地板城市客车。该种类型的城市客车最近几年 在大中型城市迅速发展，地板一般采用采用两级踏步，整车造型美观大方，价 格适中，是目前大中城市的首选城市客车的车型。 ( 2 ) 中型或者轻型城市客车。该种类型的城市客车在中小城市比较普遍且发 展迅速，另外也是大都市的周边地区交通的有力补充。 ( 3 ) 一级踏步、豪华、超低地板城市客车。该种类型的城市客车广泛用于欧 洲大都市和市郊，是我国大都市发展前景较好的城市客车类型。 ( 4 ) 单一燃料或双燃料绿色环保城市客车。该种类型的城市客车因清洁污染 小的特点已经在大城市得到大力推广，例如大都市中的c n g 和p n g 公交车。 ( 5 ) 电动城市客车。该种类型的城市客车因其环保和节能的特点，受到国家 和大部分客车企业的青睐，是未来我国大都市城市客车的发展方向。 ( 6 ) 双层城市客车和铰接城市客车。该种类型的城市客车因其载客量大的特 点在大都市中应用广泛，例如北京、武汉等地区，奥运会期间，北京的城市客 车大部分都是铰接式城市客车，随着武汉市人口的不断增多，像3 4 路、5 3 9 路、 5 7 7 路等多种类型的城市客车都采用了双层式城市客车。 1 2 3 城市客车的运行特点 ( 1 ) 城市客车数量多 目前，随着我国大、中城市规模的不断增多，城市客车仍然是市民出行的 主要交通工具。1 9 9 7 年，我国城市公共汽车拥有量约1 7 万辆，其中大中型城 市公共客车约为9 万辆，年客运总量达2 8 0 万亿人次。在2 0 1 0 年9 月9 日举行 的2 0 1 0 中国( 杭州) 新能源客车示范应用高峰论坛暨“赛恩斯”杯2 0 1 0 中国 ( 杭州) 新能源公交客车精英赛颁奖典礼上，住房和城乡建设部科技委城市车 辆专家委员会主任李世豪提到我国目前全国公交客车保有量4 0 万辆，出租汽车 保有量1 2 0 万辆，年新增和更新公交客车5 万多辆，年增和更新出租车2 5 万辆， 公交行业成社会耗油大户，节能减排任务重大，最适合应用推广新能源汽车， 是新能源汽车市场突破口。以武汉市为例，至2 0 1 0 年末，武汉全市公交线路 2 8 5 条，公交线路总长5 5 4 1 5 公里，公交线网长11 7 2 公里，拥有各类公交车 7 0 8 7 台。年运营里程5 9 2 7 4 万公里，日均客流4 2 0 万人次，全年总客流1 5 3 6 0 4 万人次。可见，对于横跨长江、汉江而形成武昌、汉口和汉阳的武汉市，城市 客车对市民的出行有着非常重要的作用。 ( 2 ) 城市客车运行平均时速不高 3 武汉理工大学硕士学位论文 为了使得市民出行方便，城市中公交线路多，线路复杂，而且公交车停靠 的站点多，站与站之间的距离不长。以武汉市为例，城市客车站与站之间的平均 站距大约在8 0 0 - - 1 0 0 0 m 左右；为了便于乘客上下车，站与站之间的平均滞留时 间大约为1 卜1 5m i n 左右；城区内车辆较多，武汉拥有汽车数量已经超过 1 0 0 万辆，导致城区交通拥挤，行驶时速不高，再加上交通路口经常出现红绿灯。 停车、起步比较频繁，所以武汉市区内城市客车平均车速大约为2 0 - - - 3 5 k m h 嘲。 ( 3 ) 城市客车负荷率变化大 随着城市人口的增多，城市车辆的数目不断增多，这样城市规模的不断扩 大导致城市的交通网也逐渐复杂，城市公交线路不断增多，但城市内每条公交线 路的长度不同，每条公交线路经过站点的道路条件、行驶速度以及乘客数量都不 一样。在早上7 点至八点的上班高峰时段、下午5 点至6 点的下班高峰时段以 及市内中心地带站点的乘客量多，交通比较拥挤；而在非高峰期和城市郊区的 偏远地带部分站点的乘客量少，交通较轻松。这样，在非高峰期正常行驶时由 于乘客量少，城市客车载荷不大，车辆负荷率低，造成了能源的极大浪费；而在高 峰时段及市内中心地带，乘客量多，城市客车载荷变大，车辆负荷率高，加上 时速不高，汽车能源消耗量大；尤其在夏季，城市客车长时间在太阳下曝晒，车 内空调高负荷运行，在高峰时段乘客量多而车辆负荷率高，汽车动力系统容易出 现过热现象。 目前我国的城市客车大都是以柴油为主要燃料，又由于城市客车出勤率高， 载客量大等特点，加上我国大都市污染小的新能源城市客车数量少，造成比较 大的城市环境污染。 1 3 我国研究电动城市客车的必要性 随着城市人口的不断增多，城市客车又作为城市人们出行的主要交通工具， 而城市客车燃烧汽油或柴油都有很大程度的污染，因此电动城市客车的研发很 有必要而且是未来我国城市客车的发展趋势。 1 3 1电动汽车的优点 电动汽车( e l e c t r i cv e h i c l e ，缩写为e v ) ，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。它包 括纯电动汽车( b e v ) 、混合动力电动汽车( h e v ) 和燃料电池电动汽车( f c e v ) 等。它与汽油、柴油汽车有以下优点： ( 1 ) 排放污染物少。混合动力电动汽车采用混合动力后可按平均需用的功率 4 武汉理工大学硕士学位论文 来确定内燃机的最大功率，此时处于油耗低、污染少的最优工况下工作，而在 繁华市区，可关停内燃机，由电池单独驱动，实现“零 排放，排放污染物大 大降低；燃料电池电动汽车和纯电动电动汽车基本实现“零”排放或近似“零 排放。根据调查美国广泛使用电动汽车的洛杉矶地区，经过美国加州空气资源 委员会对该地区的统计，发现该地区广泛采用电动汽车之后，h c ( 碳氢化合物) 的排放降低了9 8 ，c o ( 一氧化碳) 的排放降低了9 9 ，二氧化碳的排放也有大幅 度降低。 ( 2 ) 能量利用效率高，可实现能源多样化。如下图1 - 1 所示，对能源的利用， 电动汽车的总效率可达1 8 1 以上( 采用燃料电池时效率远高于这一数值) ，而内 燃机汽车总效率为1 2 ，由此可见，电动汽车在能量利用率方面比燃油汽车要高。 圈 原 油 原 油 汽油精制 效率8 7 重油精制 效率9 5 输送效率 9 5 发动机、车辆 效率1 5 5 汽油车汽车 总效率1 2 8 发电效率 3 8 送变电效率 3 9 4 电池充放电 效率7 5 图1 1 电动汽车与汽油机汽车能源利用总效率的比较n 1 另外，电动汽车的能源主要是蓄电池的能量，而蓄电池的能量可以由发电 厂来提供电能，发电厂给蓄电池充电的电能也可通过多种途径获得，如风能、 水能、热能、核能、太阳能、潮汐能等，这样使得能源多样化，大大减少汽车 对石油的依赖程度，提高国家的能源安全，以利于国家的经济发展。 ( 3 ) 排放废弃热量少、噪声低。普通内燃机汽车在运行时，因发动机的工作 而排出大量的废热气，导致环境温度升高，进一步加大了城市的“热岛效应 ， 从而对城市产生很多负面影响。电动汽车直接通过蓄电池把动力经驱动电机传 递给车轮驱动汽车行驶，排出热气量很少或者基本上就没有热气排出，可以减 轻城市的“热岛效应 。另外，电动机运行时的噪声要比内燃机小得多，所以电 动汽车工作时比普通汽车安静。 ( 4 ) 结构简单，维修使用方便。 武汉理工大学硕士学位论文 电动城市客车是电动汽车的一种，由于电动汽车的优势，所以在城市使用 电动城市客车对于减轻城市环境污染有很大的促进作用。 1 13 2 我国发展电动城市客车的优势 目前，国外研究的电动汽车主要是在轿车方面，当然我国也要研究电动轿 车，但是根据我国目前的汽车工业的发展情况及城市发展的背景，优先发展电 动城市客车并使之商业化、实用化则更符合当前城市发展的需要。主要原因有： ( 1 ) 电动城市客车线路固定，停放集中 在城市中，公交线路从起点到终点及沿途线路都是规划好的，所以电动城 市客车作为公交车线路相对于轿车来说比较固定，停靠点也相对固定，并且有 集中停放的地方，这样利于建立充电站，充电设施的布置，可有效解决充电设 施分布广，先期资金投入大的难题。 ( 2 ) 城市交通拥堵，尾气排气日益严重 在我国，随着近年来城市人口的不断增多，加之城乡一体化的策略，城市 汽车的数量越来越多，更多的人需要公共交通，导致我国城市交通拥堵，汽车 尾气排放问题日益严重，城市环境污染越来越严重，公共交通的发展越来越受 到政府的注意。以武汉市为例，目前公交线路2 8 5 条，公交线路总长5 5 4 1 5 公 里，拥有各类公交车7 0 8 7 台，如果这其中的大部分公交车使用电动车，这样将 大大缓解城市交通问题，大大的降低汽车尾气对城市的污染，提高城市人们出 行的便利性。 ( 3 ) 电动城市客车发展较容易，投资少 目前，我国的客车发展已经处于国际先进水平，像宇通、金龙客车公司等 客车企业久负盛名，如果在此基础上发展电动城市客车要相对来说容易一些； 同时，城市客车的空间大，蓄电池、电动机及其相关的设备布置也比较容易， 成本不会太高。对轿车而言，整体空间小，而且轿车要求速度要高，对蓄电池 和电动机等部件的要求高，投资成本会高很多，而且短期内不会有较大的改善。 虽然电动城市客车单车的价格和使用成本( 维修成本) 要比电动轿车的高， 但是总的来看运行成本和社会效益比还是优于电动轿车，所以政府和企业可以 看出电动城市客车对城市的重要性及降低城市环境污染的优势，因此优先发展 电动城市客车对我国来说是比较有利的。 1 3 3电动城市客车市场需求 截止2 0 1 0 年，我国的城市客车( 公交车) 已经达到4 0 多万辆，据预测， 我国每年要更换新增5 万辆公交车，其中1 0 - - 2 0 要求是节能环保的电动城市 6 武汉理工大学硕士学位论文 客车。 2 0 0 8 年，北京举办的以“绿色、科技、人文 为宗旨的奥运会，北京市政 府为奥运会提供大量的环保车辆。全市在2 0 0 8 年将新增2 7 6 6 辆公交车，到奥 运会前，公交运营车辆规模将首次突破2 万辆，达到2 0 8 7 9 辆，新型环保公交 车占到9 2 5 ，北京将成为世界上拥有新型环保公交车最多的城市乜1 。举办奥运 会期间，北京组建了一支拥有1 0 0 0 辆电动公交车的特殊奥运车队，其中 b k 6 1 2 2 e v 奥运用纯电动大客车是我国目前大批量连续运营最长的电动客车，已 经将近2 年。这批奥运电动公交车定单将为中国电动汽车行业带来巨大的商机 和发展机遇，必将有力地促进我国电动汽车事业的快速发展。如下表1 1 所示 为b k 6 1 2 2 e v 奥运用纯电动大客车的性能参数阻1 。 表1 1b k 6 1 2 2 e v 奥运用纯电动大客车的性能参数 性能指标单位参数 整备质量 k g 1 3 7 0 0 长木宽术高 m m11 8 5 0 术2 5 4 0 爿c 3 3 0 0 功率 k w1 0 0 扭矩 n m4 7 8 最高车速k m h 8 0 百公里加速 s 2 2 ( 客车o - - - 5 0 k m h ) 最大爬坡度 2 0 续驶里程 k m 4 0 k m h ：1 9 0 k m 百公里耗电 k w h l o o k m8 3 5 电池类型锂离子动力电池 电池规格 v 、a h3 8 8 、3 6 0 排放 c co 2 0 0 8 年8 月3 1 日，科技部部长万钢在“2 0 0 8 ( 首届) 中国绿色能源汽车发 展高峰论坛”上讲到：2 0 1 2 年全国汽车中将有1 0 是节能与新能源汽车，这说 未来几年内，新能源客车需求量很大，客车企业应该抓住这个很好的机遇。 2 0 0 9 年客车产销量分别为3 5 8 0 万辆和3 5 4 1 万辆( 含客车底盘) ，同比仅 微升6 1 8 和3 9 5 。与此形成鲜明对比的是，在近两年业界吵得最为火热的新 能源汽车领域，2 0 0 9 年全国产销量分别为5 2 9 4 辆和5 2 0 9 辆，同比大增1 2 0 9 5 和11 3 7 5 ，其中对新能源车增长贡献较大的车型则是商用车。2 0 0 9 年新能源 商用车产销量分别为5 0 3 4 辆和4 8 9 0 辆，在整个新能源汽车市场中占比分别高 达9 5 0 9 和9 3 8 8 ，而据专家推算，新能源商用车中7 0 以上为客车产品。 由此分析可知，新能源客车是当前我国汽车行业企业在新能源领域研发生产和 竞争的重点与焦点。 7 武汉理工大学硕士学位论文 目前上海拥有公交车辆1 8 万辆，燃油客车仍是上海城市公交客车的主力， 在“十五 期间，上海更新8 0 0 0 辆以上的公交车辆，加快发展电动公交车。2 0 1 0 年上海世博会，世博会园区以新能源汽车实现公共交通的零排放，包括1 2 0 辆 纯电动客车、3 6 辆超级电容客车和6 辆燃料电池汽车通过公交车形式示范运行， 1 4 0 辆纯电动场馆车和1 0 0 辆燃料电池观光车通过特定形式满足公共需求。世 博园区周边，以符合国4 标准的混合动力汽车实现低排放，包括3 5 0 辆混合动 力轿车、1 5 0 辆混合动力客车和9 0 辆燃料电池轿车分别采用出租车、公交车和 接待用车的形式示范运行。 在2 0 1 0 年1 1 月广州亚运会期间，9 6 辆混合动力凯美瑞、1 5 0 辆福田欧v 混合动力客车、6 0 辆燃料电池观光车、2 6 辆纯电动公交车投入使用。武汉市计 划，连续几年每年出资1 0 0 0 万元，从东风电动汽车公司采购1 0 0 台混合动力客 车投入公交运营。国家电网公司制定的“十一五 电动汽车推广实施方案，拟 到2 0 1 0 年，共投入7 8 亿元，完成与电动车配套的供、充电系统建设。公司系 统内部启动1 9 7 9 辆工程、公务电动汽车运营；在公司经营区域内，使电动公交 商业化运营线路达到4 2 0 条，电动公交车达4 2 0 0 辆。 目前在公交领域新能源汽车示范应用正在全面铺开，截止2 0 1 0 年末，全国 新能源公交客车保有量已有4 0 0 0 辆，预计到2 0 1 2 年末，新能源公交客车保有 量有望达1 5 0 0 0 辆。 以上数据表明，电动汽车在北京奥运会至上海世博会期间都属于示范运行 阶段，由于国家的政策鲜明，也给企业带来了很大的商机。笔者认为此后一段 时间内，电动汽车的需求量会持续上升，尤其是电动城市客车给城市带来的便 利及小的污染更是有很大的需求量。 1 4 本论文的主要工作 ( 1 ) 简介电动汽车的类型，分析各类型的优缺点。 ( 2 ) 列举目前国内、外电动城市客车的研发进展情况。 ( 3 ) 详细分析目前国内城市采用的电动城市客车技术路线的类型，从关键技 术、经济效益和技术瓶颈等方面详细分析其优缺点。 ( 4 ) 通过8 维度评价指标选择适合我国国情和电动城市客车发展的技术路 线。 8 武汉理工大学硕士学位论文 第2 章电动汽车的类型及比较分析 电动汽车是我国“8 6 3 计划 的重大专项，从2 0 0 1 年2 月2 9 日正式启动， 总投资2 4 亿元，目标是实现我国车用洁净燃料的战略转换，改善城市大气环境， 促进汽车工业，跨越式发展；具体任务是建立燃料电池汽车产品技术平台，实 现混合动力电动汽车的批量生产，推动纯电动汽车在特定区域的商业化运作一3 。 2 1 电动汽车的类型 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。电动汽车主要由电力驱动及控制系统、动力传动系 统、行驶装置、转向装置和制动装置等部件组成。电力驱动及控制系统是电动 汽车的关键技术，也是电动汽车与燃烧汽油和柴油的内燃机汽车的最大不同点。 电力驱动及控制系统主要由电动机、车载电源以及电动机调速控制装置等部件 组成，电动汽车的其它装置基本上和内燃机汽车是一样的。 车载电源主要为电动汽车的电动机提供电能，以使得电动机工作，电动机 工作后将车载电源的电能转化为机械能，并通过动力传动系统来驱动车轮工作 及其它一些装置工作。目前，技术比较成熟的铅酸蓄电池、锂离子蓄电池等是 电动汽车上应用最普遍的车载电源。 电动机的主要作用是将车载电源的电能转化为机械能，通过动力传动系统 来驱动车轮工作及其它一些装置工作。目前，电动汽车上应用比较普遍的电动 机主要有：直流串激电动机、直流无刷电动机、开关磁阻电动机和交流异步电 动机等。 电动机调速控制装置是为了电动汽车的变速和方向改变而专门设置的控制 装置。电动机调节控制装置的作用是通过控制电动机的电压或电流的大小，来 完成电动机输出转矩大小和旋转方向的控制。 电动汽车动力传动系统的作用是把电动机的输出来的转矩传给汽车的驱动 轴以及车轮。电动汽车行驶装置的作用是把电动机的输出的转矩通过车轮产生 对地面的作用力从而形成汽车的驱动力，驱动汽车顺利行驶，和传动汽车一样， 主要由车轮、车桥、悬架和车架( 车身) 等部件组成。电动汽车转向装置的作 用是按照驾驶员的意志改变汽车的行驶方向和保持汽车稳定的直线行驶，主要 由转向操纵机构、转向器( 动力转向器) 、转向传动机构等组成。电动汽车制动 装置的作用是在汽车正常行驶时在尽可能短的时间或距离内减速停车；下长坡 时保持匀速行驶；汽车在坡道上驻停时稳定驻车。制动装置主要由制动器、供 9 武汉理工大学硕士学位论文 能装置、控制装置、传动装置等组成。在电动汽车上，一般采用电磁制动装置， 这样可以利用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，从而得到能量的再生利用。 根据以上电动汽车应具有的组成，目前电动汽车主要有纯电动汽车、混合 动力电动汽车和燃料电池电动汽车。 2 1 1 纯电动汽车 纯电动汽车是指车载电源为动力，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。它利用蓄电池作为储能动力源，通过电池向电动机 提供电能，驱动电动机运转，从而推动汽车前进。电动汽车与日常见到的内燃 机汽车从外形上看，并没有什么区别，区别主要在于动力源不同，另外，驱动 系统和控制系统有很大的差别。纯电动汽车的电动机相当于传统内燃机汽车的 发动机，而纯电动汽车的蓄电池相当于传统内燃机的油箱。 目前，纯电动轿车和纯电动客车均已通过“国家质检中心 的认证试验，各 项指标均符合我国国家有关标准和企业标准的规定。例如我国天津清源电动车 辆有限公司、比亚迪汽车公司、长安汽车公司、上汽等多家汽车企业研究的纯 电动轿车，福田欧v 客车公司、中通客车、安徽安凯汽车股份有限公司等多家企 业研究的纯电动客车，其整车的动力性、经济性、续驶里程、噪声等多项指标 已达到国外同级别车型，初步形成了纯电动汽车关键技术的研发能力。截止 2 0 1 0 年，我国新能源汽车示范运行城市已多达2 0 个，纯电动汽车示范运行的城 市也有若干个，但运行数量规模都相对小。2 0 0 5 年1 月，天津市有2 2 辆纯电 动轿车和1 辆纯电动城市客车的示范运行通过了国家验收；2 0 0 5 年1 2 月，武 汉市示范进行的9 5 辆纯电动小型公共汽车3 年的示范运行通过了国家验收； 2 0 0 6 年1 月，湖南省株洲市有5 0 台小型纯电动汽车进行社区内运行；2 0 0 6 年4 月，浙江省杭州市也开始启动了纯电动汽车示范项目，共有6 辆纯电动 轿车和5 辆纯电动公共汽车在市内进行示范运行。由于电能是二次能源，如通 过核能、水力能、风力能、光能、热能、潮汐能等多种方法获得，可以缓解国 家石油资源的依赖程度，另外电动汽车可以利用国家电网晚间用电量少时富余 的电力来进行充电，这样大大提高国家电网的利用效率，提高电网的经济效益。 2 1 2 燃料电池电动汽车 燃料电池电动汽车是以燃料电池为能量的汽车，它可以将燃料电池中的化 学能直接转化为电能，能量转化效率高，约是内燃机的2 - 3 倍。早期的燃料电 池电动汽车是利用氢气和空气中的氧在催化剂的作用下在燃料电池中经电化学 l o 武汉理1 = 大学硕士学位论文 反应产生的电能，美国通用汽车公司在美国能源部的资助下，推出了以质子交 换膜燃料电池( p e m f c ，也称为离子交换膜燃料电池或固体高聚合物电解质燃料 电池) 和蓄电池并用提供动力的轿车，大大的推进了燃料电池电动汽车的发展。 2 1 3 混合动力电动汽车 混合动力电动汽车是指汽车上装有两套或两套以上的动力源，用电机驱动 汽车的驱动系统使汽车行驶，符合道路交通和安全法规的汽车1 。混合动力电 动汽车按照使用燃料种类的不同，分为汽油混合动力和柴油混合动力两种；按 照推进系统能量流和功率流的配置结构关系或动力传输路线的不同，分为串联 式混合动力汽车( s e r i e sh y b r i de l e c t r i cv e h i c l e ，s h e v ) 、并联式混合动力 汽车( p a r a l l e lh y b r i de l e c t r i cv e h i c l e ，p h e v ) 、混联式( 串并联) 混合动力 汽车( s e r i e s p a r a l l e lh y b r i de l e c t r i cv e h i c l e ，s p h e v ) 和复合式混合动力 汽车( c o m p l e xh y b r i de l e c t r i cv e h i c l e ，c h e v ) 。目前，我国国内汽车市场上， 混合动力电动汽车的主流是汽油混合动力电动汽车，而在国际市场上主要是柴 油混合动力电动汽车。 2 2 三种类型的电动汽车优缺点对比 2 2 1 纯电动汽车 ( 1 ) 纯电动汽车的主要优点2 1 纯电动汽车排放污染少、工作时噪声小。 传统的内燃机汽车运行时，排放的废气中含有c o ( 一氧化碳) 、h c ( 碳氢 化合物) 及n o x ( 氮氧化合物) 、p m ( 微粒) 、臭气等污染物，它们排放到大气 中易形成酸雨、酸雾及光化学烟雾，对环境污染非常严重。而纯电动汽车没有 内燃机，