電動汽車技術(shù)

電動汽車技術(shù)清華汽車工程開發(fā)研究院汽車安全與節(jié)能國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室清華大學(xué)汽車工程系宋健電動汽車技術(shù)概述發(fā)展電動汽車的意義純電動汽車技術(shù)混合動力電動汽車技術(shù)燃料電池電動汽車技術(shù)結(jié)論電動汽車技術(shù)概述電動汽車的定義電動汽車的發(fā)展史電動汽車的種類：

純電動汽車；混合動力電動汽車；燃料電池電動汽車；

其他電動汽車

概述電動汽車的定義

“電動汽車”一般的理解為：從車載電源上獲得電力，以電機(jī)驅(qū)動，滿足道路安全法規(guī)對汽車的各項(xiàng)要求，并獲準(zhǔn)在正規(guī)道路上行駛的車輛。電動汽車一般由以下基本構(gòu)件組成：車載電源驅(qū)動電機(jī)與控制器汽車底盤和車身概述電動汽車的發(fā)展史1873年，英國人RobertDavidson采用鐵鋅電池（一次電池）將馬車改造成了第一輛三輪電動車。所以電動車較汽車(1886年)早了13年。1881年，法國人GustavTrouve第一次采用鉛酸電池（二次電池）造成了電動汽車。1882年法國人制造了可乘50人的電動汽車。1886年倫敦出現(xiàn)了電動公共汽車。概述電動汽車的發(fā)展史1889年，法國人制造的電動汽車時(shí)速達(dá)106公里，創(chuàng)當(dāng)時(shí)汽車時(shí)速的世界紀(jì)錄。1900年，美國汽車產(chǎn)量4195輛。其中電動汽車1575輛，蒸汽汽車1684輛，燃油汽車936輛。電動汽車較燃油汽車比例還大。1920年，美國的公路上已基本見不到電動汽車了。概述電動汽車的種類純電動汽車：英文名稱為PureElectricVehicle，簡稱：PEV，是指以單一車載蓄電池為能源的電動汽車?；旌蟿恿﹄妱悠嚕河⑽拿Q為HybridElectricVehicle，簡稱：HEV，是指以兩種或兩種以上動力源為能源的電動汽車，即除了蓄電池以外，還帶有燃燒某種燃料的原動機(jī)或動力發(fā)電機(jī)組，如：內(nèi)燃機(jī)、燃汽輪機(jī)或燃料電池等。概述電動汽車的種類燃料電池電動汽車：英文名稱為FuelCellElectricVehicle，簡稱：FCEV，是指以燃料電池為動力發(fā)電機(jī)的混合動力電動汽車。其他電動汽車：最近幾年出現(xiàn)的電動汽車，如：Plug-in混合動力電動汽車和低速小型電動汽車等電動汽車技術(shù)發(fā)展電動汽車的意義減少汽車對環(huán)境的污染提高能源利用效率使汽車的能源結(jié)構(gòu)多樣化發(fā)展電動汽車的意義減少汽車對環(huán)境的污染汽車對環(huán)境的污染：美國：大氣污染物的42%來自汽車的排放，其中CO66%、HC31%、NOX43%、微粒17%、SO23%、CO220%、Pb37%。每年因大氣污染造成損失2290億美圓。發(fā)展電動汽車的意義減少汽車對環(huán)境的污染我國：大中城市的大氣污染物的70%來自汽車的排放全球污染最嚴(yán)重的20個(gè)城市中有10個(gè)在我國

2001年，大氣污染造成的損失約600億美圓，占國民生產(chǎn)總值的5%；

2005年，大氣污染造成的損失約5000億人民幣，占國民生產(chǎn)總值的3%。發(fā)展電動汽車的意義減少汽車對環(huán)境的污染電動汽車減少的污染：純電動汽車：行駛中基本無污染混合動力電動汽車：可減少污染80%。燃料電池電動汽車：行駛中基本無污染發(fā)展電動汽車的意義提高能源利用效率純電動汽車：以石油為例，以原油為起點(diǎn)，根據(jù)日本能源研究所的研究結(jié)論：傳統(tǒng)的燃油汽車（汽油）經(jīng)過石油精練、運(yùn)輸、加油和內(nèi)燃機(jī)轉(zhuǎn)化后傳到汽車車輪的有效能量占原油能量的12%；（柴油15%）

純電動汽車經(jīng)過原油粗煉、發(fā)電廠發(fā)電、電力輸送、電池充電、經(jīng)電機(jī)將動力傳至車輪的有效能源利用率為14%。電動車的能源利用率較燃油(汽油)汽車高2個(gè)百分點(diǎn)?；旌蟿恿﹄妱悠嚕夯旌蟿恿﹄妱悠囈话惚葌鹘y(tǒng)的燃油（汽油）汽車節(jié)油40%---50%。若按40%計(jì)算，有效能源利用率為20%，較傳統(tǒng)燃油汽車高8個(gè)百分點(diǎn)。發(fā)展電動汽車的意義提高能源利用效率燃料電池電動汽車：燃料電池將氫氣和氧氣轉(zhuǎn)化為電力的效率最高為60%。若采用重整氣體（如：甲烷、甲醇乙醇等），以重整氣體為起點(diǎn)，經(jīng)運(yùn)輸、燃料電池發(fā)電、DC--DC轉(zhuǎn)換、燃料電池發(fā)動機(jī)的消耗、電動機(jī)將動力傳至車輪的有效能源利用率為20%。注意，這里未考慮重整氣體制備過程的能量損失。若將這部分能量損失考慮在內(nèi)，燃料電池的有效能源利用率為15%左右。綜上所述：混合動力電動汽車的有效能源利用率最高。發(fā)展電動汽車的意義使汽車的能源結(jié)構(gòu)多樣化

發(fā)展電動汽車的主要意義之一(我認(rèn)為最重要的因素)是為了解決能源的安全問題，解決對石油能源的依賴程度，使耗能大戶------汽車的能源結(jié)構(gòu)多樣化。例如：電能可來自水能、核能、煤、風(fēng)能、太陽能等。電動汽車技術(shù)純電動汽車技術(shù)

國外純電動汽車的應(yīng)用：法國、美國、日本、德國等我國純電動汽車的發(fā)展純電動汽車產(chǎn)業(yè)化的困難純電動汽車技術(shù)國外純電動汽車的應(yīng)用

法國：全球最積極研制、推廣純電動汽車的國家之一。電力的75%來自核能，15%來自水電；石油基本依賴進(jìn)口，油價(jià)是美國的4倍；國家對購買電動汽車給予補(bǔ)貼。

純電動汽車技術(shù)國外純電動汽車的應(yīng)用美國：1973年將開發(fā)研制電動汽車列入國家研究計(jì)劃；1991年美國三大汽車（通用、福特、克萊斯勒）公司與政府合作聯(lián)合攻關(guān)研制電動汽車的關(guān)鍵部件----電池，至今鎳氫電池性能已基本達(dá)標(biāo)，但價(jià)格仍較貴，已投入小批量商業(yè)化生產(chǎn)。其他電池（鋰離子和鋰聚合物等）雖取得很大進(jìn)展，但尚缺乏商業(yè)化生產(chǎn)的基礎(chǔ)。

1998年2%和2001年5%電動汽車化的規(guī)定已放棄，2003年8%電動汽車的比例未能實(shí)現(xiàn)。目前基本放棄了純電動汽車的產(chǎn)業(yè)開發(fā)計(jì)劃，改做PLUG-IN混合動力電動汽車。對電動汽車的購買者給予10%的補(bǔ)貼，2000年美國加州銷售3750臺電動汽車。純電動汽車技術(shù)國外純電動汽車的應(yīng)用

日本：石油基本依賴進(jìn)口，油價(jià)很貴；1971年將電動汽車列入政府研究計(jì)劃，1976年在通產(chǎn)省下設(shè)立電動車輛協(xié)會；1991年東京電力公司采用鎳鎘電池研制出時(shí)速達(dá)176公里，續(xù)駛里程548公里（40Km/h等速）的電動汽車。1996年豐田、本田汽車公司研制的電動汽車進(jìn)入小批量生產(chǎn)，銷售到美國加州。德國：1992年在呂根島（Rugen）對64輛電動車進(jìn)行了4年的應(yīng)用試驗(yàn)；1995年電動車保有量為4400臺，是當(dāng)時(shí)世界上電動汽車保有量最多的國家。

純電動汽車技術(shù)我國純電動汽車的發(fā)展90年代初，我國將電動汽車的研究開發(fā)首次列入國家“八五”科技攻關(guān)計(jì)劃，國家計(jì)委、科委、經(jīng)貿(mào)委、國防科工委都對電動汽車研究給予支持。在電動汽車及其電池、電機(jī)與控制器、充電系統(tǒng)、電子監(jiān)控系統(tǒng)等方面取得了階段性成果?！熬盼濉逼陂g，國家科委將電動汽車列入國家重大科技產(chǎn)業(yè)工程項(xiàng)目，包括：電動概念車的開發(fā)；電動改裝車的研制；電動汽車運(yùn)行示范區(qū)的建設(shè)；電池、電機(jī)、充電技術(shù)等關(guān)鍵技術(shù)的研究和有關(guān)電動汽車的政策、法規(guī)、標(biāo)準(zhǔn)的制定等。純電動汽車技術(shù)我國純電動汽車的發(fā)展1999年4月，李嵐清副總理強(qiáng)調(diào)汽車產(chǎn)業(yè)要實(shí)現(xiàn)跨越式發(fā)展，要發(fā)展電動汽車。1999年10月，吳邦國副總理強(qiáng)調(diào)：為解決環(huán)境污染和能源問題，中國政府將大力支持電動汽車的研究開發(fā)和生產(chǎn)。純電動汽車技術(shù)我國純電動汽車的發(fā)展2001年10月我國將電動汽車項(xiàng)目列入國家“十五863”重大專項(xiàng)計(jì)劃。投入8億元人民幣，對純電動汽車、混合動力電動汽車、燃料電池電動汽車的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了研究，取得了某些關(guān)鍵技術(shù)的突破。純電動汽車技術(shù)我國純電動汽車的發(fā)展2006年10月我國再一次將電動汽車項(xiàng)目列入國家“十一五863”重大專項(xiàng)計(jì)劃。投入11億元人民幣，重點(diǎn)對混合動力電動汽車的產(chǎn)業(yè)化技術(shù)和燃料電池電動汽車技術(shù)進(jìn)行研究，力求對關(guān)鍵技術(shù)的突破。2008年6月國家“十一五863”計(jì)劃將plug-in混合動力電動汽車和混合動力系統(tǒng)的關(guān)鍵部件動力耦合裝置列入發(fā)展計(jì)劃，進(jìn)一步推動電動汽車技術(shù)的深入發(fā)展。純電動汽車技術(shù)純電動汽車產(chǎn)業(yè)化的困難電池性能差：電池比能量低、壽命短、充電速度慢和價(jià)格貴是純電動汽車不能推廣應(yīng)用的主要原因，此外電池還存在安全性問題。動力性能差、運(yùn)輸效率低：由于電池存電量小，一般電機(jī)功率也小，導(dǎo)致純電動汽車最高車速、加速能力、爬坡能力均較燃油汽車差，續(xù)駛里程短，運(yùn)輸效率也低。純電動汽車技術(shù)純電動汽車產(chǎn)業(yè)化的困難成本高、價(jià)格貴：一般純電動汽車的制造成本是同級別燃油車的2---3倍（主要是電池貴）；使用成本綜合了電池的使用成本后，在目前的油價(jià)下較燃油汽車貴。基礎(chǔ)設(shè)施缺乏：社會上缺乏電動汽車充電站和電動汽車的維修、培訓(xùn)人員等。

全世界純電動汽車保有量只有15000臺左右（不包括小型低速電動車）。

磷酸鐵鋰電池或許是突破口？物理電池小型低速電動汽車具有應(yīng)用前景電動汽車技術(shù)混合動力電動汽車技術(shù)混合動力電動汽車簡介混合動力電動汽車的技術(shù)特點(diǎn)四種混合動力系統(tǒng)混合動力電動汽車的發(fā)展前景混合動力電動汽車技術(shù)混合動力電動汽車簡介混合動力電動汽車是在純電動汽車遇到巨大技術(shù)障礙時(shí)的產(chǎn)物?；旌蟿恿﹄妱悠囋醋杂诿绹偨y(tǒng)克林頓親自倡導(dǎo)和支持的“新一代汽車合作伙伴”計(jì)劃(PartnershipforaNewGenerationofVehicles，簡稱PNGV)，開始于1993年9月，參加該項(xiàng)目的有8個(gè)美國聯(lián)邦政府機(jī)構(gòu)，眾多的國家實(shí)驗(yàn)室、大學(xué)研究機(jī)構(gòu)、通用、福特、克萊斯勤三大汽車公司，上千個(gè)汽車零部件供應(yīng)商等企業(yè)部門。該計(jì)劃的目標(biāo)是到2004年研制并投產(chǎn)一種性能與現(xiàn)在傳統(tǒng)的發(fā)動機(jī)排量在2.8－3.0L左右的中級轎車相同，而排放的水平達(dá)到超低排放水平，燃料消耗量達(dá)到百公里3L(即1加侖汽油行駛80mile)。而能達(dá)到此目標(biāo)的唯一選擇就是混合動力電動汽車。

混合動力電動汽車技術(shù)混合動力電動汽車的技術(shù)特點(diǎn)

混合動力電動汽車(HybridElectricVehicle，簡稱HEV)是將電動單元與附加動力單元(AuxiliaryPowerUnit，簡稱APU)合用到一輛車上。這個(gè)附加動力單元可以是一個(gè)燃燒(或消耗)某種燃料的發(fā)動機(jī)或動力發(fā)電機(jī)組。燃料可以是汽油、柴油等汽車的傳統(tǒng)燃料，也可以是甲醇、乙醇、液化石油氣、天然氣、氫氣等代用燃料。發(fā)動機(jī)可以是內(nèi)燃機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)、斯特林發(fā)動機(jī)等熱機(jī)，也可以是燃料電池。

混合動力電動汽車技術(shù)混合動力電動汽車的技術(shù)特點(diǎn)

與傳統(tǒng)的燃油汽車和電動汽車相比具有的特點(diǎn)：電池容量減?。冸妱悠嚨?0--20%左右），降低了電動汽車的自重和成本。附加動力單元(APU)的選用，使混合動力電動汽車的續(xù)駛里程與動力性能可以達(dá)到燃油汽車的水平?；旌蟿恿﹄妱悠嚰夹g(shù)混合動力電動汽車的技術(shù)特點(diǎn)與傳統(tǒng)的燃油汽車和電動汽車相比具有的特點(diǎn)：３、附加動力單元主要工作在最佳工況點(diǎn)附近，比傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)汽車需在低速、高速、怠速和高負(fù)荷變工況運(yùn)行時(shí)的廢氣排放相比，可達(dá)到超低排放水平，一般，較傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)汽車降低排放80%左右。同時(shí)，由于附加動力單元主要工作在最佳工況點(diǎn)附近，降低了油耗30%（汽油機(jī)）左右。專用發(fā)動機(jī)節(jié)能可達(dá)40%?；旌蟿恿﹄妱悠嚰夹g(shù)混合動力電動汽車的技術(shù)特點(diǎn)

與傳統(tǒng)的燃油汽車和電動汽車相比具有的特點(diǎn)：制動能量回收系統(tǒng)進(jìn)一步節(jié)省了能源，根據(jù)工況不同，可降低油耗10%--20%；并提高制動系統(tǒng)的可靠性和延長制動器的使用壽命。由于電池處于淺沖淺放狀態(tài)，提高了電池使用壽命，降低了使用成本。6.大大增加了技術(shù)難度，主要是電動機(jī)、發(fā)電機(jī)、附加動力單元、動力耦合裝置、電池與管理系統(tǒng)和制動能量回收的協(xié)調(diào)控制難度?；旌蟿恿﹄妱悠嚰夹g(shù)四種混合動力系統(tǒng)串聯(lián)式：該系統(tǒng)由發(fā)動機(jī)、發(fā)電機(jī)、電池組、能量管理系統(tǒng)(EnergyManagementSystem簡稱EMS)、驅(qū)動電機(jī)及其控制器、汽車傳動系等部分組成。發(fā)動機(jī)與發(fā)電機(jī)組成附加動力單元(APU)。發(fā)動機(jī)控制在最佳工況區(qū)(油耗和排放最低)相對穩(wěn)定運(yùn)行，帶動發(fā)電機(jī)所發(fā)出的電能可直接供電動機(jī)驅(qū)動汽車。當(dāng)汽車在起步、加速、爬坡或高速行駛等高負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，電池組可以提供額外的電能。當(dāng)汽車中低速運(yùn)行時(shí)，發(fā)電機(jī)發(fā)出的動力除了驅(qū)動汽車外，多余的電能向電池組充電。

混合動力電動汽車技術(shù)四種混合動力系統(tǒng)串聯(lián)式：

串聯(lián)式的特點(diǎn)是：動力系統(tǒng)需要三套（發(fā)動機(jī)、發(fā)電機(jī)、電動機(jī)），動力系統(tǒng)效率低，成本較高，節(jié)油率低；但控制難度較低，排放性能好?；旌蟿恿﹄妱悠嚰夹g(shù)四種混合動力系統(tǒng)并聯(lián)式：該系統(tǒng)由發(fā)動機(jī)、電池組、能量管理系統(tǒng)、發(fā)電/電動機(jī)及其控制器、汽車傳動系等部分組成。該系統(tǒng)的發(fā)動機(jī)與電動機(jī)以機(jī)械能迭加的方式驅(qū)動汽車。發(fā)動機(jī)與電動機(jī)既可以獨(dú)立地驅(qū)動汽車，在需要大功率時(shí)也可以共同提供動力。汽車低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，由電機(jī)單獨(dú)驅(qū)動汽車；汽車中等負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，由發(fā)動機(jī)驅(qū)動汽車，發(fā)動機(jī)控制在最佳工況區(qū)附近穩(wěn)定運(yùn)行，富裕的動力通過電機(jī)（發(fā)電狀態(tài)）給電池充電；混合動力電動汽車技術(shù)四種混合動力系統(tǒng)并聯(lián)式：當(dāng)汽車高負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，發(fā)動機(jī)與電動機(jī)同時(shí)驅(qū)動汽車；汽車滑行或制動時(shí)，通過制動能量回收系統(tǒng)的控制，由電機(jī)向電池組充電。并聯(lián)式的特點(diǎn)是：動力系統(tǒng)效率高，成本較低，油耗較低；但控制難度較大，排放性能較串聯(lián)式稍差。混合動力電動汽車技術(shù)四種混合動力系統(tǒng)混聯(lián)式：該系統(tǒng)將串聯(lián)系統(tǒng)與并聯(lián)系統(tǒng)利用一種由行星齒輪系統(tǒng)組成的動力分配裝置，通過能量管理系統(tǒng)結(jié)合到一起，以便根據(jù)行駛工況及對能量的需求，靈活采取不同的驅(qū)動方式。從而達(dá)到最高的效率、最低的燃油消耗和廢氣排放。

混聯(lián)式的特點(diǎn)是：結(jié)合了串聯(lián)式和并聯(lián)式的優(yōu)點(diǎn)，動力系統(tǒng)效率高，油耗低，排放好，成本介于串聯(lián)和并聯(lián)之間；控制難度最大?；旌蟿恿﹄妱悠嚰夹g(shù)四種混合動力系統(tǒng)４、plug-in混合動力汽車：該系統(tǒng)是純電動汽車與混合動力電動汽車的融合。正常行駛時(shí)以純電動為主，為了減少電池的使用量（從而減輕重量，降低成本）、提高續(xù)駛里程、提高汽車的動力性和經(jīng)濟(jì)性，融合了混合動力汽車的優(yōu)點(diǎn)，從而達(dá)到最高的效率、最低的成本和廢氣排放。

plug-in混合動力汽車特點(diǎn)是：結(jié)合了純電動汽車和混合動力電動汽車的優(yōu)點(diǎn)，動力系統(tǒng)效率高，油耗低，排放好，成本較純電動汽車有了大幅度的降低。混合動力電動汽車技術(shù)混合動力電動汽車的發(fā)展前景

鑒于混合動力電動汽車具有節(jié)能和環(huán)保的優(yōu)點(diǎn)，技術(shù)上不存在克服不了的困難，成本（并聯(lián)式）較傳統(tǒng)的燃油汽車增加的不多（約20%----40%），有可能通過節(jié)約燃料費(fèi)收回，在目前情況下是最有發(fā)展前景的電動汽車。其中，并聯(lián)式混合動力電動汽車前景最為光明。

plug-in電動汽車在特定條件下及在油價(jià)與電價(jià)不平衡時(shí)有較大優(yōu)勢。如果EVT技術(shù)發(fā)展成熟，串聯(lián)與混聯(lián)技術(shù)也較有前途電動汽車技術(shù)燃料電池電動汽車技術(shù)燃料電池的工作原理燃料電池的種類燃料電池電動汽車制約燃料電池電動汽車應(yīng)用的因素燃料電池電動汽車技術(shù)燃料電池的工作原理燃料電池電動汽車技術(shù)燃料電池的種類（五種）燃料電池電解質(zhì)工作溫度(oC)優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)效率(％)堿性燃料電池KOH-H2O80啟動快；室溫常壓下工作。需以純氧作氧化劑；成本高。70磷酸燃料電池H3PO4200對CO2不敏感工作溫度高；對CO敏感；效率低。40固體氧化物燃料電池ZrO2-Y2O31000可用空氣作氧化劑；可用天然氣或甲烷作燃料。工作溫度高>60熔融碳酸鹽燃料電池Na2CO3650可用空氣作氧化劑；可用天然氣或甲烷作燃料工作溫度高>60質(zhì)子交換膜燃料電池含氟質(zhì)子交換膜80～100工作溫度低；可用空氣作氧化劑；比功率大，起動迅速。對CO非常敏感反應(yīng)物需要加濕60燃料電池電動汽車技術(shù)燃料電池電動汽車：混合動力電動汽車的一種，包括燃料電池發(fā)動機(jī)、電機(jī)及其控制系統(tǒng)、電能存儲系統(tǒng)等燃料電池電動汽車技術(shù)制約燃料電池電動汽車應(yīng)用的因素氫氣的制備和儲運(yùn)：制備成本，運(yùn)輸安全性，車載的安全性燃料電池價(jià)格昂貴：質(zhì)子交換膜成本高（120—180美元/平米），電催化劑需用鉑金（5克/平米），kw/1萬美元基礎(chǔ)設(shè)施缺乏：加氫站幾乎沒有。電動汽車技術(shù)結(jié)論純電動汽車由于能源利用率較低，且電池比能量低、充電慢、成本高，應(yīng)用前景不樂觀。但是，在電價(jià)與油價(jià)不均衡的情況下，低速小型電動汽車具有使用成本低的優(yōu)勢?；旌蟿恿﹄妱悠囉捎谀茉蠢寐矢撸蓪?shí)現(xiàn)超低污染，價(jià)格增加有限，目前最有應(yīng)用前景。尤其是并聯(lián)式與plug-in混合動力汽車優(yōu)勢最為明顯。電動汽車技術(shù)結(jié)論3、燃料電池電動汽車盡管存在能源利用率較高，工作時(shí)噪音小，基本零污染等優(yōu)點(diǎn)；但在解決其燃料----氫氣的低成本制備和儲運(yùn)，燃料電池本身的成本以及電催化劑的材料問題前，應(yīng)用前景不明。9、春去春又回，新桃換舊符。在那桃花盛開的地方，在這醉人芬芳的季節(jié)