電動汽車動力電池

1、新能源汽車專業(yè)規(guī)劃教材,“十二五”職業(yè)教育國家規(guī)劃教材,目錄,本章學(xué)習(xí)目標(biāo),1.能夠描述動力電池及電動車輛發(fā)展簡史 2.能夠分析制約動力電池和電動汽車發(fā)展的因素 3.能夠分析推動動力電池與電動汽車發(fā)展需解決的問題 4.能夠描述當(dāng)前應(yīng)用在電動汽車上的動力電池類型,1.電動汽車與動力電池發(fā)展歷史,2.電動汽車與動力電池發(fā)展現(xiàn)狀,3.預(yù)測電動汽車與動力電池發(fā)展趨勢,1.電動汽車與動力電池發(fā)展歷史,學(xué)習(xí)目的,蓄電池的發(fā)明,1800年代，亞歷山大 伏特制成了人類歷史上最早的電池，后人稱之為伏特電池。 1830年，威廉姆斯特金解決了伏特電池的弱電流和極化問題，使電池的使用壽命大大延長。 1836年，約翰丹

2、尼爾進(jìn)一步改進(jìn)了伏特電池，提高了伏特電池的穩(wěn)定性，后人稱之為丹尼爾電池。它是第一個可長時間持續(xù)供電的蓄電池。 1859年，法國科學(xué)家普蘭特加斯東(Plant Gaston)最早發(fā)明的一種能夠產(chǎn)生較大電流的可重復(fù)充電的鉛酸電池。,圖片小貼士,伏特電池的小故事 1799年，伏特把一塊鋅板和一塊銀板浸在鹽水里，發(fā)現(xiàn)連接兩塊金屬的導(dǎo)線中有電流通過。于是，他就把許多鋅片與銀片之間墊上浸透鹽水的絨布或紙片，平疊起來。用手觸摸兩端時，會感到強(qiáng)烈的電流刺激。伏特用這種方法成功的制成了世界上第一個電池“伏特電堆”，成為早期電學(xué)實(shí)驗(yàn)、電報(bào)機(jī)的電力來源。,伏特（左）向拿破侖（右）展示伏打電堆,圖片小貼士,丹尼爾電池

3、的小故事 1836年，英國的丹尼爾對“伏特電堆”進(jìn)行了改良。他使用稀硫酸作電解液，解決了電池極化問題，制造出第一個不極化，能保持平衡電流的鋅銅電池，又稱“丹尼爾電池”。,圖片小貼士,普蘭特和他發(fā)明的鉛酸電池,1899年Waldmar Jungner發(fā)明了Cd-Ni電池 ； 1901年愛迪生發(fā)明了Fe-Ni電池； 1984年波蘭的飛利浦（Philips）公司成功研制出LaNi5儲氫合金，并制備出MH-Ni電池。,圖片小貼士,發(fā)明大王愛迪生和他的鐵鎳電池,1991年，可充電的鋰離子蓄電池問世，實(shí)驗(yàn)室制成的第一只18650型鋰離子電池容量僅為600mAh； 1992年，SONY公司開始大規(guī)模生產(chǎn)民用

4、鋰離子電池。 1995年，日本索尼公司首先研制出100Ah鋰離子動力電池并在電動汽車上應(yīng)用，展示了鋰離子電池作為電動汽車用動力電池的優(yōu)越性能，引起了廣泛關(guān)注。,電動機(jī)的發(fā)明,1740年代，第一個電動馬達(dá)是由蘇格蘭僧侶安德魯戈登（Andrew Gordon）創(chuàng)建的簡單的靜電設(shè)備。 1821年英國人邁克爾法拉第（Michael Faraday）發(fā)明電動機(jī)實(shí)驗(yàn)室模型，只要有電流通過線路，線路就會繞著一塊永久磁鐵不停地轉(zhuǎn)動，成為電動機(jī)發(fā)展的雛形。,圖片小貼士,法拉第及其發(fā)明的電動機(jī),1827年，匈牙利物理學(xué)家安幼思杰德利克（nyosJedlik）開始嘗試用電磁線圈進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。杰德利克解決一些技術(shù)問題后，

5、稱他的設(shè)備為“電磁自轉(zhuǎn)機(jī)”。雖然只用于教學(xué)目的，但第一款杰德利克的設(shè)備已包含今日直流電動機(jī)的三個主要組成部分：定子，轉(zhuǎn)子和換向器。,1831年，美國人約瑟夫亨利改進(jìn)了法拉第電動機(jī)，使用電磁鐵代替永久磁鐵，提高了輸出功率，從而向?qū)嵱秒妱訖C(jī)發(fā)展跨出了重要一步。 1834年，德國人莫里茨赫爾曼雅可比對亨利電動機(jī)作了重要革新，把水平的電磁鐵改為轉(zhuǎn)動的電樞，并加裝了換向器，制成了第一個電動機(jī)樣機(jī)。1838年，制造出世界上第一臺實(shí)用直流電動機(jī)，安裝在船上，并試航成功。從此，電動機(jī)就完成了從實(shí)驗(yàn)室模型到實(shí)用電動機(jī)的轉(zhuǎn)化。,圖片小貼士,亨利和亨利電動機(jī),圖片小貼士,雅可比電動機(jī),1835年，美國一位鐵匠湯馬斯

6、達(dá)文波特（Thomas Davenport）制作出世界上第一臺能驅(qū)動小電車的應(yīng)用電動機(jī)，并在1837年申請了專利。 1870年代初期，世界上最早可商品化的電動機(jī)由比利時電機(jī)工程師Zenobe Theophile Gamme所發(fā)明。1888年，美國著名發(fā)明家尼古拉特斯拉應(yīng)用法拉第的電磁感應(yīng)原理，發(fā)明交流電動機(jī)，即為感應(yīng)電動機(jī)。 1902年，瑞典工程師丹尼爾森利用特斯拉感應(yīng)電動機(jī)的旋轉(zhuǎn)磁場觀念，發(fā)明了同步電動機(jī)。,圖片小貼士,達(dá)文波特及其發(fā)明的電動機(jī),電動汽車的發(fā)展歷程,第一階段 電動汽車的發(fā)明 早在1830年代，蘇格蘭發(fā)明家羅伯特安德森(Robert Anderson)便成功地將電動機(jī)裝在一部馬

7、車上，1842年又與托馬斯戴文波特(Thomas Davenport)合作，打造出世界上第一部以電池為動力的電動汽車，采用不可充電的玻璃封裝蓄電池，開創(chuàng)了電動車輛發(fā)展和應(yīng)用的歷史。 1847年，美國人摩西法莫制造了第一輛以蓄電池為動力可乘坐兩人的電動汽車。,圖片小貼士,羅伯特安德森的電動馬車,第二階段 電動汽車的發(fā)展 1881年11月，法國人古斯塔夫特魯夫在巴黎展出了一臺電動三輪車。加上乘員后總重 量達(dá)到了160千克，時速達(dá)到了12千米。1882年，威廉姆愛德華阿頓和約翰培理也制成了一輛電動三輪車，車上還配備了照明燈。這輛車的總重量提高到了168千克， 時速提高到了14.5千米。 隨后的189

8、0年，威廉姆莫瑞遜在美國制造了一輛能行駛13h、車速為14mile/h的電動汽車。1891年，美國人亨利莫瑞斯制成了第一輛電動四輪車，實(shí)現(xiàn)了從三輪向四輪的轉(zhuǎn)變，這是電動車向?qū)嵱没较蜻~出的重要一步。,1895年，由亨利莫瑞斯（Henry Morris）和皮德羅沙龍（Pedro Salom）制造的Electrobat，安裝了兩臺驅(qū)動電機(jī)，能以20mile/h的速度行駛 25mile。,1897年，美國費(fèi)城電車公司研究制造的紐約電動出 租車實(shí)現(xiàn)了電動車的商用化運(yùn)營。 1899年，貝克汽車公司在美國成立生產(chǎn)電動汽車。公司生產(chǎn)的電動賽車的車速能超過120km/h，而且是第一輛座位上裝有安全帶的乘用車。

9、,1899年5月，一個名叫卡米勒 杰納茨(Camille Jenatzy)的比利時人駕駛一輛44kW雙電動機(jī)為動力的后輪驅(qū)動的子彈頭型電動汽車，創(chuàng)造了時速68mile (110km)的記錄，并且續(xù)駛里程達(dá)到了約290km。這也是世界上第一輛時速超過100公里的汽車。,圖片小貼士,卡米勒 杰納茨駕駛的子彈頭型電動汽車,圖片小貼士,1900年，BGS公司生產(chǎn)的電動汽車創(chuàng)造了單次充電行駛180mile的最長里程紀(jì)錄。 電動汽車在出租車領(lǐng)域得到應(yīng)用。,圖片小貼士,紐約街頭的電動出租車,第三階段 電動汽車的繁榮 19世紀(jì)末到1920年是電動車發(fā)展的一個高峰。 據(jù)統(tǒng)計(jì)，到1890年在全世界4200輛汽車中

10、，有38%為電 動汽車，40%為蒸汽車，22%為內(nèi)燃機(jī)汽車。1900年，美國制造的汽車中，電動汽車為15755輛，蒸汽機(jī)汽車為1684輛，而汽油機(jī)汽車只有936輛。 到了 1911年，就已經(jīng)有電動出租汽車在巴黎和倫敦的街頭 上運(yùn)營。美國首先實(shí)現(xiàn)了早期電動車的商業(yè)運(yùn)營，成為發(fā)展最快、 應(yīng)用最廣的國家。,圖片小貼士,1903年的電動汽車（hybrid）,圖片小貼士,公共交通領(lǐng)域使用的電動車,到了1912年，已經(jīng)有幾十萬輛電動汽車遍及全世界，被廣泛使用于出租車、送貨車、公共汽車等領(lǐng)域。據(jù)統(tǒng)計(jì)，1912年，在美國登記的電 動汽車數(shù)量達(dá)到了34000輛。電動汽車產(chǎn)銷量在1912年達(dá)到最大，在20世紀(jì)20

11、年代 仍有不俗表現(xiàn)。,19世紀(jì)末的電動出租汽車,圖片小貼士,1910年的電動汽車廣告,圖片小貼士,1912年的電動汽車,圖片小貼士,愛迪生的電動汽車,圖片小貼士,第四階段 電動汽車的衰落 在美國得克薩斯州發(fā)現(xiàn)了石油，使得汽油價(jià)格下跌，大大降低了汽油車的使用成本。在18901920年期間，全世界石油生產(chǎn)量增長了10倍。 1911年，查爾斯科特林(Charles Kettering)發(fā)明了內(nèi)燃機(jī)自動啟動技術(shù)；1908年，福特汽車公司推出了T型車，并開始大批量生產(chǎn)，內(nèi)燃機(jī)汽車的成本大幅度下降，1912年電動車售價(jià)1750美元，而汽油車只要650美元。,1913年，福特(Ford)建立了內(nèi)燃機(jī)汽車裝配

12、流水線，幾乎使裝配速度提高了8倍，最終使每工作日每隔10秒鐘就有一臺T型車駛下生產(chǎn)線。內(nèi)燃機(jī)汽車進(jìn)入了標(biāo)準(zhǔn)化、大批量生產(chǎn)階段。亨利-福特以大批量流水線生產(chǎn)方式生產(chǎn)汽油車使得汽油車價(jià)格更加低廉，使其價(jià)格從1909年的850美元降到了1925年的260美元。內(nèi)燃機(jī)汽車應(yīng)用方便、價(jià)格低廉的優(yōu)點(diǎn)逐步顯現(xiàn)。,雖然同一時期電動汽車用的動力電池技術(shù)也在飛速發(fā)展，在19101925年間，電池存儲的能量提高了 35%，壽命增長了300%電動汽車的行駛里程增長了230%，與此同時，價(jià)格降低了63%，但汽油的質(zhì)量能量密度是電池的l00倍，體積能量密度是電池的40倍。在使用性能方面，燃油汽車的續(xù)駛里程是電動汽車的2-

13、3倍，動力電池充電時間也明顯長于內(nèi)燃機(jī)汽車燃油的加注時間。,電動汽車?yán)m(xù)駛里程短、充電時間長成為無法與內(nèi)燃機(jī)汽車相抗衡的致命因素。隨著道路交通系統(tǒng)的改善，導(dǎo)致對長距離運(yùn)輸車輛的需求不斷增加，電動汽車的黃金時代僅僅維持了20多年，便走向衰退。,第一次世界大戰(zhàn)后，電力牽引技術(shù)應(yīng)用的重點(diǎn)轉(zhuǎn)移到公共交通領(lǐng)域，如火車、有軌電車和無軌電車。隨著內(nèi)燃機(jī)汽車設(shè)計(jì)和制造技術(shù)的發(fā)展，在很多地區(qū)，有軌電車和無軌電車也逐步被柴油驅(qū)動的內(nèi)燃機(jī)汽車取代了。20世紀(jì)20年代，電動汽車幾乎消失了。,第五階段 電動汽車的復(fù)蘇 第二次世界大戰(zhàn)后歐洲和日本的石油供給緊張，電動汽車在局部地區(qū)出現(xiàn)了復(fù)蘇跡象。1943年，僅僅在日本就有3

14、000多輛電動汽車處于注冊狀態(tài)。 20世紀(jì)40年代，電動汽車?yán)m(xù)駛里程只有5060km，最高時速僅為3035kn/h，其性能僅能滿足短途、低速運(yùn)輸?shù)男枰?進(jìn)入20世紀(jì)60年代，內(nèi)燃機(jī)汽車大批量使用導(dǎo)致了嚴(yán)重的空氣污染。不僅如此，更嚴(yán)重的是內(nèi)燃機(jī)汽車對石油的過分依賴，導(dǎo)致一系列的政治問題和國家安全問題。 20世紀(jì)70年代初，世界石油危機(jī)對美國乃至世界經(jīng)濟(jì)產(chǎn)生了重大影響，而電動汽車由于其良好的環(huán)保性能和能擺脫對石油的依賴性，重新得到社會各界的重視。,圖片小貼士,1959-1960 Henney Kilowatt電動汽車（量產(chǎn)了100臺）,Sebring-Vanguard制造的CitiCar（生產(chǎn)了

15、2000臺）,20世紀(jì)70年代末期，德國戴姆勒奔馳汽車公司生產(chǎn)了一批LE306電動汽車，采用鉛酸電池。電壓180V，容量180Ah，鉛酸電池質(zhì)量為1000kg。有它激直流電動機(jī)，電動機(jī)最高轉(zhuǎn)速為6000r/min。有效載荷為1450kg，總質(zhì)量為4400kg。最高時速為50km/h，最大爬坡度為16%，原地起步加速到50km/h的時間為14s，續(xù)駛歷程可達(dá)120km。,圖片小貼士,1969年寶馬生產(chǎn)的電動汽車,意大利為了降低空氣污染，20世紀(jì)80年代末建立了電動汽車車隊(duì)，共投入52輛電動汽車試驗(yàn)，所有車均用鉛酸電池。1990年菲亞特汽車公司生產(chǎn) “熊貓一覽 lef/ra”，載重量為1330kg

16、，車速為70km/h，續(xù)駛里程為100km，采用鉛酸電池，或改用鎳鎘電池車速可達(dá)100km/h ，續(xù)駛里程達(dá)180km。,1976年，美國國會通過了純電動汽車和混合動力電動汽車的研究開發(fā)和樣車試用法令(The Electric and Hybrid Vehicle Research Development and Demonstration，撥款1.6億美元資助電動汽車的開發(fā)。,1977年，第一次國際電動汽車會議在美國舉行，公開展出了100多輛電動汽車。1978年，美國通過第95238公法(Federal Nonnuclear Act),予以修訂增加對電動汽車研發(fā)的撥款，政府同時責(zé)成能源部電力

17、研究所與電力公司加快研制電動汽車的技術(shù)，并加大資金投入，責(zé)成國家阿崗實(shí)驗(yàn)室與電池公司合作研制供電動汽車用的高性能蓄電池。從此，國際上開始了第二輪的電動汽車研發(fā)高潮。,1988年，在美國洛杉磯地區(qū)的市議會上曾有人提出，引入國際競爭機(jī)制，進(jìn)行年產(chǎn)10000輛電動車輛，包括5000輛卡車和5000輛兩座乘用車并推向市場的計(jì)劃繼洛杉磯倡議之后，1989年12月13日，加利福尼亞州空氣資源委員會(CARB)對汽車排放制定了規(guī)劃，該項(xiàng)規(guī)劃要求到20世紀(jì)90年代，在加利福尼亞州銷售的所有車輛中，有2%要符合零排放標(biāo)準(zhǔn)(Zero-emission-vehicles)，滿足該標(biāo)準(zhǔn)的車輛只能是純電動汽車或氫燃料電

18、池電動汽車。隨后，美國紐約、馬薩諸塞等州也頒布了類似的法律。,1991年美國通用汽車公司、福特汽車公司和克萊斯勒汽車公司共同協(xié)議，成立了先進(jìn)電池聯(lián)合體(USABC)，共同研究開發(fā)新一代電動汽車所需要的高能電池。1991年10月USABC與美國能源部簽訂協(xié)議，在1991-1995年的四年間投資2.26億美元來資助電動汽車用高能電池的研究。1991年10月美國電力研究院(ERPI )也參加了先進(jìn)電池聯(lián)合體來參與高能電池與電動汽車的開發(fā)，主要有鎳-氫、鈉-硫、鋰聚合物和鋰離子等高能電池。其中鎳-氫、鋰聚合物和鋰離子電池將投入商業(yè)化生產(chǎn)。,圖片小貼士,美國通用汽車公司生產(chǎn)的電動汽車,圖片小貼士,美國通

19、用汽車公司在底特律建成EV-1(純電動汽車)電動轎車總裝線，每天生產(chǎn)10臺電動轎車(1996 到 1999) ，起初，EV1只在南加州和亞利桑那州以租賃的方式銷售，租戶們不乏社會名流，他們對EV1贊不絕口。 EV1的電池近500公斤。通用使用了很多方法來為車身減重。不過即便如此，EV1的總重也接近了1.4噸。,EV1一代車型的理論單次充電續(xù)航里程是80-112公里，而二代鎳氫電池車輛則理論可跑120-208公里。充電可采用磁感應(yīng)充電裝置， 15h充滿，EV1還另配一套傳統(tǒng)電源充電系統(tǒng)，鎳氫電池可以在2-3h充電80%，理論上需要4個小時充滿。 受充電時間、續(xù)駛里程等因素影響，通用最終停止了項(xiàng)目

20、，回收了所有出租車輛，銷毀了其中的絕大多數(shù)，剩下的一些送去了博物館。,2.電動汽車與動力電池發(fā)展現(xiàn)狀,學(xué)習(xí)目的,目前電動汽車上使用的動力電池的類型,長期以來，電池的壽命和成本問題一直是制約電動汽車發(fā)展的技術(shù)瓶頸。通過不斷的技術(shù)創(chuàng)新與技術(shù)改進(jìn)，電池技術(shù)得到了飛速的發(fā)展。動力電池已經(jīng)從傳統(tǒng)的鉛酸電池發(fā)展到鎳氫動力電池、鈷酸鋰、錳酸鋰、聚合物、三原材料，磷酸鐵鋰等先進(jìn)的綠色動力電池，動力電池在比能量、比功率、安全性、可靠性、循環(huán)壽命、成本等方面，都取得很大的進(jìn)步。,電動汽車上使用的主流動力電池,電動汽車用動力電池的技術(shù)現(xiàn)狀,鉛酸電池由于技術(shù)成熟、成本低，在電動汽年尤其是純電動汽車上應(yīng)用廣泛。鋰離子動

21、力電池具有容量高、比能量高、循環(huán)壽命長、無記憶效應(yīng)等優(yōu)點(diǎn)，因而成為當(dāng)前電動汽車用動力電池技術(shù)研究開發(fā)的主要方向，尤其是插電式（Plug-in）混合動力概念的推出，又為鋰離子電池的應(yīng)用拓展了廣闊的市場空間。,圖片小貼士,EV1采用的鉛酸電池組,當(dāng)前，國際上各大電池公司紛紛投入巨資研制研發(fā)鋰離子動力電池，在技術(shù)上取得了一 系列重大突破。如美國的A123公司研制的鋰離子動力電池，電池容量為23Ah，循環(huán)壽命長達(dá)1000次以上，能夠以70A電流持續(xù)放電，120A電流瞬時放電，產(chǎn)品安全可靠；美國Valence公司研制的U-charge磷酸鐵鋰電池，除了能量密度高、安全性好以外，可在-20 60的寬溫度范

22、圍內(nèi)放電及儲存，其重量比鉛酸電池輕了36%，一次充電后的運(yùn)行時間是鉛酸電池的2倍，循環(huán)壽命是鉛酸電池的67倍。,圖片小貼士,A123鋰離子動力電池單體、電池組和電池包,隨著鋰離子動力電池技術(shù)的不斷發(fā)展，其在電動汽車上的應(yīng)用前景被汽車企業(yè)普遍看好，在近兩年國際車展上各大汽車公司展出的絕大多數(shù)純電動汽車和混合動力汽車都采用了鋰離子動力電池,模塊化的鋰離子動力電池通過不同的組合方式，形成各種形狀的電池包，可滿足不同車型的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需要,隨著研發(fā)的逐步深入，各種形式的電動汽車示范運(yùn)行和商業(yè)化推廣已經(jīng)在國際上廣泛開展。 德國政府預(yù)計(jì)，到2020年，可再生能源要占全部能源消耗的47%，德國境內(nèi)的新能源汽車要

23、超過100萬輛。 德國政府計(jì)劃投入巨資促進(jìn)電動汽車的銷售，至2020年這筆撥款總計(jì)達(dá)30億歐元（約合人民幣207.65億元）。一部分資金將被用于購買者的高額補(bǔ)貼，一部分資金將被用于充電設(shè)施的建設(shè)，另一部分還會用于氫能汽車的研發(fā)。,圖片小貼士,德國奔馳電動汽車，其中SMART for two銷量最好。,以色列為保證新能源汽車在國內(nèi)的廣泛應(yīng)用，制訂了一項(xiàng)在10年內(nèi)推廣100萬輛電動汽車的“宏偉”計(jì)劃。 以色列控股集團(tuán)公司 旗下的BetterPlace,2008年10月，澳大利亞能源巨頭AGL和金融集團(tuán)Macquarie Capital與國際集團(tuán)公司Better Place簽署一項(xiàng)協(xié)議，計(jì)劃在墨爾本

24、、悉尼和布里斯班打造電動汽車網(wǎng)絡(luò)，按照這項(xiàng)協(xié)議，到2012年，多數(shù)澳大利亞人可駕駛電動汽車。 在日本，主要汽車公司，如豐田、本田、日產(chǎn)及三菱等都已陸續(xù)將電動汽車產(chǎn)品推上市場。,我國國家科技部自“九五”開始支持電動汽車的研究、開發(fā)和產(chǎn)業(yè)化。“十五”期間，通過科技部電動汽車重大科技專項(xiàng)的支持，從電動汽車關(guān)鍵零部件到電動汽車整車均取得了豐碩的科研成果，分別完成了純電動汽車、混合動力電動汽車、燃料電池電動汽車功能樣車、性能樣車和產(chǎn)品樣車試制，部分產(chǎn)品已經(jīng)小批量供應(yīng)示范城市示范運(yùn)行。,圖片小貼士,“十五”期間科技部電動汽車重大科技專項(xiàng)計(jì)劃,“十五”期間，在電動汽車示范運(yùn)行應(yīng)用方面，國家科技部共支持北京、

25、天津、武漢、威海、杭州、株洲6個示范運(yùn)營城市對各種類型的電動汽車開展了對比試驗(yàn)和示范運(yùn)行，累計(jì)投入運(yùn)營車輛186臺，運(yùn)營里程290余萬公里，實(shí)現(xiàn)運(yùn)送乘客430余萬人。,“十一五”期間，國家科技部牽頭聯(lián)合國家發(fā)改委、財(cái)政部和工信部相繼推出了“十城千輛”和“私人購買新能源汽車”計(jì)劃，推進(jìn)電動汽車在公共交通和私人應(yīng)用領(lǐng)域的發(fā)展。現(xiàn)已建立電動汽車示范城市25個，累計(jì)運(yùn)行新能源汽車超過萬輛，建設(shè)私人購買新能源汽車示范城市6個，從2011年開始，私人購買新能源汽車已全面推開。,【課堂活動】“電動汽車興衰”原因剖析,活動目的：鞏固對電動汽車發(fā)展歷史的認(rèn)識 所需材料：紙筆等。 活動方式：小組討論的方式 活動過

26、程：學(xué)生分組討論，以知識鏈接為基礎(chǔ)，通過網(wǎng)絡(luò)或其他工具搜集資料，撰寫“動力電池與電動車輛發(fā)展歷史及啟示”討論稿，分組討論剖析電動汽車興衰變換的原因。講述完畢后進(jìn)行自我完善，哪些問題自己考慮到了而別人沒有考慮到，亦即自己的獨(dú)創(chuàng)點(diǎn)；哪些是自己考慮到了，別人也考慮到了，亦即共識點(diǎn)；哪些問題是自己沒有考慮到而別人考慮到了，亦即不足點(diǎn)。,3.預(yù)測電動汽車與動力電池發(fā)展趨勢,學(xué)習(xí)目的,典型的動力電池特點(diǎn)及發(fā)展趨勢分析,不同類型的動力電池性能、價(jià)格具有明顯差異，能適應(yīng)不同的消費(fèi)層次和滿足不同的需 要。鉛酸電池、鎳氫電池、鋰離子電池在未來段時間內(nèi)仍將是國內(nèi)外電動汽車用動力電池的主要類型，會共同占有電動汽車用動

27、力電池的市場，燃料電池、鋅空氣電池、超級電容和超高速飛輪等以其獨(dú)特的優(yōu)勢在經(jīng)過一系列技術(shù)革新和發(fā)展后也將在一些特定的領(lǐng)域逐步得到應(yīng)用和推廣。,鉛酸電池經(jīng)過100多年的發(fā)展，技術(shù)成熟，初期采購成本比鎳氫電池和鋰離子電池低得多，而且電池結(jié)構(gòu)方面的新技術(shù)繼續(xù)提高了鉛酸電池的性能，因此在一定時間內(nèi)鉛酸電池仍然會被較為廣泛使用。,目前來看鉛酸電池比較適合低速、低成本的電動車輛，我國絕大多數(shù)電動自行車的電池采用鉛酸電池，低速短途電動汽車領(lǐng)域也有廣泛的應(yīng)用。,目前我國多個省份已經(jīng)開始放開對低速短途電動汽車的政策，在一定意義上將促進(jìn)鉛酸動力電池的應(yīng)用。但是鉛及其化合物對人體有毒，而且鉛酸電池性能大幅度提高的可

28、能性不大，從長遠(yuǎn)來看，鉛酸電池將被其他新型電池所取代。,鎳氫電池和鋰離子電池屬于新型動力電池。鎳氫動力電池研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化方面，日本走在前列。目前，在已經(jīng)產(chǎn)業(yè)化的混合動力電動汽車上普遍采用了鎳氫電池，使用壽命已經(jīng)能夠達(dá)到10年。鎳氫電池以其功率密度高，技術(shù)成熟，在電動車輛用動力電池中將被持續(xù)穩(wěn)定應(yīng)用，今后研發(fā)的熱點(diǎn)主要集中在提高鎳氫電池的能量密度方面。,豐田prius混合動力電池組,圖片小貼士,在鋰離子電池領(lǐng)域，隨著鋰離子電池材料的研究和發(fā)展，尤其是磷酸鐵鋰、鈦酸鋰等電極材料的出現(xiàn)，大大提高了鋰離子電池的循環(huán)壽命，降低了電池的材料成本或使用成本，使離子電池成為近期內(nèi)最有發(fā)展前途和推廣應(yīng)用前景的動力

29、電池。,近年來，以鋰離子動力電池為代表的先進(jìn)動力電池在能量密度、功率密度、安全性、可靠性、循環(huán)壽命、成本等方面取得突破性進(jìn)展，為電動汽車發(fā)展注入了新的活力。目前，能量型鋰離子動力電池的能量密度能夠達(dá)到120Wh/kg以上，分別是鉛酸電池盒鎳氫電池的 3倍和2倍，電池組壽命達(dá)到10年或20萬公里，成本降低至1美元/Ah左右，初步具備了產(chǎn)業(yè)化的條件。,二、下一代車輛燃料行動計(jì)劃,在電池技術(shù)發(fā)展預(yù)測方面，日本政府在下一代車輛燃料行動計(jì)劃中，對電動汽車用動力電池的性能發(fā)展進(jìn)行了預(yù)測(見表1-2)。從表1-2中可以看出，2015年，先進(jìn)電池的性能要比2010年的水平高15倍，成本降為當(dāng)前電池的1/7；預(yù)

30、期到2030年，電池性能提高7倍，成本是當(dāng)前的1/40；,德國國家電動汽車發(fā)展計(jì)劃(2009年)預(yù)測，至2015年，電池系統(tǒng)普遍能夠達(dá)到的能量密度為200Wh/kg，為當(dāng)前使用的鋰離子電池密度的2倍；博世(Bosch)公司預(yù)測，2016年，電池能量密度可以達(dá)到250Wh/kg，2020年，電池能量密度可以以達(dá)到350W h/kg。因此，電動汽車用動力電池能量密度將在近年出現(xiàn)質(zhì)的飛躍。電動汽車?yán)m(xù)駛里程將不再是困擾電動汽車發(fā)展的瓶頸問題。,日本車輛燃料行動計(jì)劃對電動汽車動力電池發(fā)展的預(yù)期和目標(biāo),【課堂活動】探索未來的電動汽車,活動目的：探索未來電動汽車的特點(diǎn) 所需材料：電腦、網(wǎng)絡(luò)、報(bào)刊、雜志等。

31、活動方式：小組討論的方式 活動過程：根據(jù)以下補(bǔ)充材料及電腦、網(wǎng)絡(luò)、報(bào)刊、雜志等探索未來電動汽車的特點(diǎn)。,【補(bǔ)充材料1】可瞬間充電的電動巴士,乘員為135人的電動巴士能利用行駛路線上的充電點(diǎn)進(jìn)行充電，該充電點(diǎn)位于車輛上方，充電功率達(dá)到400千瓦。充電點(diǎn)與由激光控制的移動臂相連，能在15秒內(nèi)為汽車電池充電。這意味著在乘客上下車的短短15秒內(nèi)即可快速為電動公共汽車的車載電池進(jìn)行“瞬間充電”。而在終點(diǎn)站充電3到4分鐘就能將電池完全充滿。,這項(xiàng)新技術(shù)，將被用于瑞士日內(nèi)瓦的大容量電動汽車上，作為無軌電車系統(tǒng)供給最優(yōu)化（TOSA）試點(diǎn)項(xiàng)目的一部分，用于為更靈活、更廉價(jià)的公共交通基礎(chǔ)設(shè)施鋪平道路，而且將減少城

32、市污染和噪音。這種系統(tǒng)能夠使電動公共汽車取代城市地區(qū)的有軌電車和地鐵系統(tǒng)，而且在這個過程中能夠擺脫難看的架空電力線路。這個系統(tǒng)被設(shè)計(jì)用于最優(yōu)化關(guān)鍵城市區(qū)域高頻率公交車路線。,【補(bǔ)充材料2】最便宜的電動汽車,2013年3月18日，印度Mahindra集團(tuán)在印度首都新德里推出了e20電動汽車，上路價(jià)59.6萬盧比（約合11000美元）號稱世界上最便宜的電動汽車。 e20電動汽車使用鋰離子電池，單次充電時間為5小時，充滿電后可持續(xù)運(yùn)行100公里，最高時速可達(dá)81公里，每公里運(yùn)行成本僅為傳統(tǒng)汽油車的十分之一，柴油車的十五分之一。該車的維護(hù)成本也非常低，電池在3年或60000公里內(nèi)保修，更換電池僅需15

33、萬盧比（約合2800美元）。,圖片小貼士,【補(bǔ)充材料3】沃爾沃研發(fā)新型電動車 車身可做充電電池,沃爾沃、英國倫敦大學(xué)帝國理工學(xué)院（Imperial College）以及歐洲其他七所大學(xué)于2010年初開始了一個長達(dá)三年的研發(fā)計(jì)劃，這項(xiàng)耗資350萬歐元的計(jì)劃主要為了研發(fā)出一種能解決目前充電問題的電動汽車。,圖1-7 以車身為電池，讓電動汽車更輕,因?yàn)槟壳捌囍圃焐躺a(chǎn)混合動力和電動汽車存在的最大問題就是，很難設(shè)計(jì)出一種車型能很好地解決沉重的電池帶來的重量和體積的增加。而這款“未來派”電動汽車不僅可以實(shí)現(xiàn)在行駛時存儲制動能量，同時也可以在晚上接通電源充電時存儲能量。,帝國理工學(xué)院正致力于研發(fā)一種聚合

34、樹脂和碳化纖維的復(fù)合物，首先把納米結(jié)構(gòu)的碳纖維材料制成薄片，然后成型，烘干，硬化，再把超級電容植入其間?？梢酝ㄟ^疊加的方式，將其做成電池模塊，并做成車身面板的樣子，布置在車身框架之上。,研究顯示，這種新型材料電池的充電速度比常規(guī)電池組更快，而且強(qiáng)度更好，適用性更強(qiáng)，可以取代車身面板，從而節(jié)省電池組所需空間。這種新型電池面板可以取代車門、后備廂蓋、發(fā)動機(jī)罩、車頂?shù)?。如果用這種新材料來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的鋼板車身，整個汽車的重量將會減少15%。這樣不僅可以減輕電動汽車的重量，同時也能夠存儲更多能量。,沃爾沃汽車已經(jīng)制造了兩輛S80試驗(yàn)車來檢驗(yàn)這種電池材料的效果。試驗(yàn)車的行李艙蓋采用了這種材料取代當(dāng)前的汽車標(biāo)

35、準(zhǔn)電池，甚至還用這種材料取代了車輛前端的穩(wěn)定桿以及起停電池組。,【補(bǔ)充材料4】無線充電技術(shù),據(jù)國外媒體報(bào)道，美國知名電動汽車廠商特斯拉(Tesla) 目前正在大力研究城市區(qū)域內(nèi)針對電動汽車的無線充電技術(shù)。無獨(dú)有偶，一個由沃爾沃集團(tuán)、法國阿爾斯通公司(Alstom) 和瑞典能源局(Swedish Energy Agency) 所聯(lián)合領(lǐng)導(dǎo)的項(xiàng)目則正在測試有關(guān)在快速道路上為電動汽車充電的系統(tǒng)。,這一項(xiàng)目的主要內(nèi)容是在道路中鋪設(shè)兩條電纜，并允許電動汽車在通過時進(jìn)行持續(xù)充電。沃爾沃集團(tuán)在去年就在自己位于瑞典Hallered的測試中心建設(shè)了一條長約0.25英里的測試道路，該測試道路內(nèi)部鋪設(shè)了電纜。之后，一

36、臺擁有集電器(current collector) 的測試用卡車在經(jīng)過這段道路時會同電纜自動展開連接，750V的直流電將對車輛進(jìn)行充電，并將經(jīng)過一個車載水冷裝置。沃爾沃集團(tuán)表示，“電網(wǎng)道路系統(tǒng)”的設(shè)計(jì)方案將比所謂的“鋪設(shè)空中電纜”的方法更為經(jīng)濟(jì)。,其他解決方案，比如德國博世公司將為美國日產(chǎn)聆風(fēng)和雪佛蘭沃藍(lán)達(dá)用戶安裝家庭無線充電樁，每個售價(jià)3000美元，由Evatran公司研發(fā)，包括一套組合壁櫥、接地充電器和與車輛連接的充電接口，通過自動感應(yīng)系統(tǒng)為電動汽車充電。博世方面稱，還將為除聆風(fēng)和沃藍(lán)達(dá)之外的其他電動車開發(fā)無線充電設(shè)施。另外，5月中旬，博世曾推出一款最低售價(jià)僅為449美元的電動汽車家用充電

37、樁(有線)，而電動汽車消費(fèi)者安裝家用充電樁的平均價(jià)格約為1000美元。,在日前召開的汽車技術(shù)會議“2013年春季大會”上，豐田公司及日本汽車研究所就電動車無線充電技術(shù)發(fā)表了演講。豐田方面稱，“與純電動汽車相比，無線充電技術(shù)對混合動力車更重要”，豐田也將在各國大力開展標(biāo)準(zhǔn)化活動。據(jù)日本媒體報(bào)道，豐田技術(shù)統(tǒng)括部主管川久保淳史表示，向該公司的混合動力汽車用戶詢問對充電操作的評價(jià)時，近一半的人表示“有不滿的地方”。在作出這種回答的人當(dāng)中，對充電線纜不滿的人占了絕大部分，他們覺得充電線過重，用起來不方便。豐田認(rèn)為，消除用戶對充電線不滿的無線充電技術(shù)對混合動力車更為重要。,要使無線充電技術(shù)實(shí)用化，國際標(biāo)準(zhǔn)

38、化非常重要。公共基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)置充電設(shè)備的情況居多，這時必須采用標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)，這樣才能夠用一個充電設(shè)備為多家廠商的車輛充電。事實(shí)上除了電動車，混合動力車對無線充電需求外，還有車內(nèi)充電對無線充電的需求。韓國現(xiàn)代汽車研發(fā)出可對智能手機(jī)進(jìn)行無線充電的新款汽車，目前已進(jìn)入最后測試階段。現(xiàn)代有望以一般智能手機(jī)使用者為突破口，打開無線充電新市場。,據(jù)報(bào)道，現(xiàn)代汽車的這款新型汽車將于2013年10月問世，裝有“勞恩斯”后續(xù)模型的磁性誘導(dǎo)式無線充電器。裝置在接收研發(fā)汽車搭載的智能手機(jī)無線充電器技術(shù)將會是無線充電市場大眾化的一個起點(diǎn)。目前，作為一般用途的無線充電器價(jià)格過高，而消費(fèi)者優(yōu)先選擇購買裝有無線充電器的汽車，生產(chǎn)企業(yè)提高成品和附件的生產(chǎn)能力后，無線充電器