首页、BET365娱乐主管首页电动汽车论文 题目: 我国电动车的现状及发展趋势 摘 要 随着汽车拥有量逐年增加，汽车废气排放及对石油资源的过度消耗所引发的环境、能源问题日益严重。控制汽车废气污染及石油的替代能源已成为亟待解决的课题。因此近几十年来，世界各国政一直努力致力于研究开发和推广使用各种低排放或零排放汽车，以解决空气污染问题。电动车是以电力作为能源、由电动机驱动的机动车辆，电动车是典型的零排放车，是目前最具开发潜力的绿色交通工具。我国电动车的现状 研究低成本高效电池和社会充电系统是今后我国电动汽车的发展趋势。 关键词 环境保护；节能减排；低碳经济；电动车；蓄电池；现状；趋势 Abstract With car ownership is increasing year by year, vehicle emissions and excessive consumption of petroleum resources caused by the environment, energy issues become increasingly serious. Control of vehicle emission pollution and oil alternative energy has become an urgent issue. Therefore, in recent decades, the political world has been working hard to research and development and promote the use of a variety of low-emission or zero emission vehicles, in order to solve the air pollution problem. Electric cars are electricity as an energy source, the motor-driven vehicles, electric vehicles is a typical zero-emission vehicles, is the most potential for development of green transport. The status of electric vehicles in China is: Because the battery limitations and the cost too high to allow production and electric vehicles can not be applied. The electric bike because of low cost, rapid development possible. Of low-cost, high efficiency battery charging system and society in the future development trend of Chinas electric car. Keywords Environmental Protection；Energy Conservation；Low-carbon Economy；Electric Cars；Storage Battery； Situation ；Tendency 目 录 摘 要 I Abstract 1 第一章 引言 1 1.1 大气污染与汽车排放 1 1.2 时代呼唤零排放 2 第二章 电动车概述 3 2.1 什么是电动车 3 2.2 电动车的种类 3 2.3 电动车的特点 5 2.4 电动车发展史线 第三章 电动车的组成结构 16 3.1 电动车基本结构 16 3.2 电动车参数 20 3.2.1 重量和体积参数 20 3.2.2 力参数 20 3.3 电动车的性能评价 21 第四章 电动车心脏的能源系统 23 4.1 电动车的能源特点 23 4.2 电动车蓄电池 23 4.2.1 蓄电池的容量 23 4.2.2 比能量 24 4.2.3 比功率 25 4.2.4 循环寿命 25 4.2.5 应用于电动车的主要蓄电池 25 4.3 其他新兴的电动车能源系统 27 4.3.1 燃料电池 27 4.3.2 超大电容器辅助能源系统 28 4.3.3 超高速飞轮储能技术 29 第五章 电动车的现状 30 5.1 电动自行车现状分析 30 5.1.1 拥有量现状分析 31 5.1.2 价格现状分析 31 5.1.3 电池回收现状分析 31 5.1.4 电动自行车产品款式分析 31 5.1.5 政府对电动自行车上路态度 32 5.1.6 电动车的质量现状 32 5.2 电动汽车现状分析 33 第六章 电动车的发展趋势 41 6.1 电动自行车的发展趋势 41 6.1.1 电动自行车产销售发展趋势分析 41 6.1.2 电动自行车消费对象发展趋向 41 6.1.3 电动自行车市场竞争发展趋势 42 6.2 电动汽车发展趋势 42 结 论 44 参考文献 45 致 谢 47 引言 与汽车排放随着工业化和城市化的推进，汽车废气排放及对石油资源的过度消耗所引发的环境、能源问题也日益严重，已经引起了世界各国的普遍重视。人类面临的最大的环境问题归纳起来有三个方面：大气污染、水资源污染以及生态环境遭受破环。 1997年在日本京都举行的全球气候变化高峰会议中，与会的各国政府代表一致认为，全球气候变暖已成为一个严重的环境问题。但由于经济的高速发展和一些国家的违背承诺，《京都议定书》在十几年并没有取得很大成效，环境问题依然严峻。 温室气体的大量排放导致全球气温上升，恒河20年后或干枯、图瓦卢50年后沉入海底、马尔代夫沉没进入百年倒计时这并不是预言家有意制造的耸人听闻的无聊预测，而是科学家在考虑温室气体排放后给地球开出的诊断书，气候变化已经使拯救地球的行动刻不容缓。2009年在丹麦举办的哥本哈根气候峰会再次呼吁各国一起为减缓全球气候变暖作出努力，我国也在会议上承诺2020年减排目标 碳排放下降4045%。 由于大量使用石油燃料，使得大气中的二氧化硫和二氧化碳急剧增加，造成了酸雨的蔓延及温室效应。大气中的二氧化硫几乎以每年20%的速率增加。酸雨导致农作物减产，大片森林死亡。目前，不少发展中国家的空气污染还在进一步恶化。我国作为最大的发展中国家，目前也已成为全球酸雨最为严重的国家之一。 保护人类赖以生存的自然环境，珍惜地球上有限的石油资源是摆在人们面前迫切需要解决的两个重大课题，传统燃油汽车在这两个问题上与人们的愿望正好背道而驰。 研究显示，造成大气污染的气体主要由非甲烷有机物、氧化氮、一氧化碳组成。据统计，在美国地区，43%的非甲烷有机物、57%的氧化氮、82%的一氧化碳都是汽车废气排放产生的，而全世界20%的一氧化碳排放量来源于汽车废气。由此可见，传统汽车废气已成为城市大气污染的一个主要原因。而且汽车废气排放出的氮氧化物与碳氢化合物在紫外线的作用下，易形成高毒性的光化学烟雾，污染我们赖以生存的自然环境，直接危害人体健康，城市空气污染情况日趋严重，控制汽车废气污染已成为环保部门的严峻课题[1]。 时代呼唤零排放 大多数人认为汽车废气仅是从排气管跑出来，因此在加一个净化器就更可以解决废气污染问题，岂不知汽车的废气除了从排气管排出，还可以从发动机的曲轴箱、化油器和燃油箱等处散发出来，可谓是气不打一处来。曲轴箱散发的排放物，是发动机在压缩和燃烧过程中，一些未燃烧的燃油从燃油室漏向曲轴箱再排放到大气的。其主要成分是碳氢化合物，约占汽车碳氢化合物总排放量的15%以上。另外，化油器和燃油箱的燃料也会蒸发、排放碳氢化合物，排放量约占汽车碳氢化合物总排放量的25%。这些污染物不但污染城市空气，还会直接窜入车厢，危害驾乘人员的健康。 大量使用汽车对环境造成了严重的污染，因此近几十年来，世界各国政府、学术界以及工业界一直努力致力于研究开发和推广使用各种低排放或零排放汽车，以解决空气污染问题。20世纪60年代末，自美国政府率先颁布了较为严格的汽车排放标准以来，汽车制造业一直努力减少汽车废气的排放。与60年代相比，今天燃油汽车的非甲烷有机物和一氧化碳的排放以减少了96%，氧化氮的排放也减少了76%。尽管有了如此大的进步，可由于汽车总量与行驶里程的不但增加，汽车仍然是大气的主要污染源。1990年，美国提出世界上第一个限制汽车废气排放的法案。法案规定，到1998年，所有汽车商在加利福尼亚州出售的汽车中，零排放车至少要占售出总数的2%，到2003年，零排放车至少要占总数10%。1991年10月，美国东部的9个州以及华盛顿特区也制定了类似法案。在美国影响下，世界上的各个主要汽车生产和使用国纷纷制定了类似的政策或法规，并投入巨资，开发研究新型零排放汽车电动车[2]。 电动车概述 什么是电动车 电动车是以电力作为能源、由电动机驱动的机动车辆。在外形上，电动车与传统的汽车并无显著区别，它们的主要区别在于动力和驱动系统。与电动车不同的是，传统的燃油汽车是以液态的汽油或柴油为燃料，以燃油发动机为驱动系统。如果我们将燃油汽车看成是一台机械动力设备，电动车则是典型的机电一体化的电气设备。对这样的机电一体化电气设备来说，除了要考虑它的机械安全性之外，电气安全性也是非常重要的安全指标[3]。 电动车的种类 电动车分类电动车按类型分可分为：电动自行车（如图1-1），电动摩托车（如图1-2），电动三轮车（如图1-3），电动汽车。电动汽车又分为以下几类：纯电动汽车，如图1-4的奔驰Smart For Two，如果一辆电动车同时采用电动机（电驱动）和发动机（燃油驱动）作为动力驱动系统，就构成了所谓的混合型电动车，图2-5就是本田思域Hybrid[4]。 我国产的比亚迪F3DM(如图2-6)，作为世界首款即将量产的双模电动车，在中国乃至世界的新能源汽车领域具有里程碑的意义。F3DM双模电动车搭载了全球最先进的DM双模系统。该系统是一种将控制发电机和电动机两种混合力量相结合的技术，用户通过按键，就可以使车辆在纯电动(EV)和混合动力(HEV)这两种模式之间自由切换。这种技术的好处显而易见，纯电动模式下即实现了零排放，混合动力的排放标准也远远优越于欧Ⅳ标准。 图 2-1电动自行车 图 2-1 电动摩托车 图 2-3电动三轮车 图 2-4 纯电动车 图 2-5 混合型电动车 图2-6 比亚迪F3DM 电动车的特点 由上述电动车的定义可知，电动车是典型的零排放车，本身不产生任何废气，也无冷却剂、机油等污染物。有人错误地认为电动车只是将空气污染从市区搬到了发电厂，实际上，电力的来源可以是多样化的，不仅可用石油、煤炭、核能,还可利用自然界的可再生能量：像水能、太阳能、潮汐能、风能、地热能、生物能等，都可以高效地转化为电能。即使电动汽车利用石油资源通过电能电动机车轮的能量转换和利用效率，也要比通过石油内燃机变速器车轮的能量转换和利用率要高1倍左右。将发电厂的污染都考虑在内，电动车也比燃油汽车造成的空气污染少得多，全球低碳经济下，电动车有很大优势[5]。 在都市行车时，为了等候交通灯，必须不断地停车和起动，这既造成了大量的能源浪费，又增加了业已十分严重的空气污染。而对电动车，遇到刹车减速或下坡行驶时，可以通过电子控制器将车辆的行车动能再生地转化为电能并贮存于蓄电池之中。 电动车的起动速度相当快，在遇到红灯停车时，还可以不必让电机空转，大大提高能源的使用效率；重新起动，也不会产生大量的废气，可以减少空气污染。与燃油汽车相比，由于电动机的运行噪音通常比燃油发动机小得多，电动车的运行基本上是宁静的。而在大都市，汽车噪音已经成文一种严重的污染而危害到人们的身心健康。 传统燃油汽车的传能方式为刚性的物理齿轮传动装置，而电动车的传能方式为电导线，这就使电动车的布局结构能够更加自由化，结构简单，维修容易，使用寿命长，并可直接利用电子技术进行传动、显示和控制，风阻系数大大减少，还易于实现自动控制，安全性也优于内燃机汽车。 真正使电动车量产的动力在其经济性上。目前电动车的百公里耗电12度左右，以目前的电价花费10元左右。传统1.6排量燃油汽车的百公里油耗7升左右，目前的油价大约花费50元左右。电动汽车的使用成本只是燃油汽车的20%左右[6]。 但由于电动车的真正发展时间还是很短，技术不成熟，一些性能仍不及传统燃油汽车。目前限制电动车发展的主要因素电池储存能力较差，导致电动车的行驶里程很短，一次的行驶里程只有200公里左右，而传统燃油汽车一次加油便可行驶500公里以上。燃油汽车加油只需5分钟，电动车最快也需要半个小时充电到80%。补给速度不够理想。 另外电动车的电池组成本高出传统燃油汽车的油箱太多，这致使目前电动车的售价很高，几乎是传统燃油汽车价格的一倍。然而从长远考虑，由于使用成本低廉，消费者可以在后期省下的昂贵燃油费中得到补偿。国家也会在近几年出台购电动车的补助政策，这些政策会促使消费者倾向于购买电动车。 为了解决行驶里程短的硬伤，混合动力电动车应运而生。这类电动车采用电驱动的电动机和燃油驱动的发动机混合动力。解决了纯电动车的行驶里程短的弊端，又提供了足够的时间进行充电。在尾气排放方面又大大优于传统燃油汽车，是目前主流的电动车类型。 电动车发展史线世纪末，美国新兴的工业城市迫切需要发展新型的城市交通工具，以替代既脏又吵的火车和马车。那时，美国人拥有2500万匹马，而主要的个人交通工具是马车和机械奇迹自行车。当时1000万辆既方便又安全的自行车把美国人从每天喂养马匹中解放了出来。自行车的大量使用促进了市区道路的发展，同时也为后来汽车工业不可缺少的冶金铸造、轴承制造、车轮工艺以及变速机构的发展奠定了基础。 早在约·亨利发明了直流电动机后不久的1831年，诞生了世界上第一部电动车。而第一部真正具有实际意义的电动车是由苏格兰人德文博特于1834年发明的，当时这部电动车采用的能源是不可充电的简单玻璃封装蓄电池。 1859年法国人普兰特发明了世界第一只可充电的铅蓄电池，为后来电动车的发展奠定了基础。而1910年由爱迪生发明的镍铁蓄电池一度成为电动车的主要能源。 法国人特鲁夫于1881年第一次将直流电机和可充电的电池用于私人车辆，在同年巴黎举办的国际电器展览会上，特鲁夫展出了一辆能实际操作使用的电动三轮车。特鲁夫的电动三轮车有两个小的转向轮和一个大的驱动轮，连接两个转向轮的轴下面装有两个拳头大小的电动机，这两个电机用两根链条与大驱动轮连接。车座后面的轴上装有6个木盒，里面是6节可充电电池，用来驱动两个电机。这辆近160kg的电动三轮车时速达到12km/h，在当时已是一个了不起的成就了。 1885年，在德文博特的电动车问世半个世纪后，德国人卡尔·奔驰发明了燃油驱动的三轮车，他用火花点火来点燃压缩汽油气体和空气，制成了世界上第一部内燃机型的汽车。一年之后，另一德国人德姆勒制造了第一部燃油轿车。这些发明为燃油汽车日后的迅速发展奠定了基础，成为人类汽车史上的伟大创举。 1888年金鲍尔的电动轿车在美国波士顿投入了运营。而1893年在芝加哥的世界博览会上，电动车第一次取代了马车被用做礼宾车。1893年美国人杜耶兄弟俩首先将燃油汽车投入商业化生产，他们生产的汽车于1895年在美国芝加哥举办的汽车拉力赛中一举击败了奔驰汽车，而成为当时的明星汽车。这已是世界上第一辆电动车诞生半个多世纪之后的事了。 1895年到1915年是早期电动车黄金时代。当时，美国经济正处于扩张时期，呈现一派繁荣昌盛的气象。随着国家经济的飞速发展，美国急需寻找新型工业，以刺激经济进一步发展。电动车正是在这样的形势下发展起来的。在这个时期，电动车占领了美国私人机动车的主要市场。 这个时期的电动车代表了当时车辆制造技术的精华。高雅的四轮轿车、双轮轻便车、运货车都可以随时起动，加速时完全没有噪音，在欧美各大城市可以以40km/h的速度行驶，成为当时都市中的一道亮丽的风景线年英国伦敦的一辆电动出租车，驱动电机采用的是双绕组的直流电机，用变换绕组连接进行变速，而不是当时常用的调节电压调速。该车载有约600kg的铅酸电池，自重约1300kg，行驶里程为80km。 法国巴黎人克瑞基尔曾为电动车的技术发展做出过重要贡献。在1897年巴黎举办的汽车赛中，克瑞基尔的电动车荣获一等奖。这辆重1147kg的电动车，采用了双前轮电机驱动、电动方向盘以及四轮刹车。最高时速24km/h，一次充电行驶里程80km。克瑞基尔不愧为勇于创新且才华横溢的人，早在1902年他就实验了酒精和电的混合型电动车，1904年他将电与汽油的混合型电动车推向了市场，但未能成功。在1909年，克瑞基尔的公司破产之前，他还申请了涡轮机和电机混合型电动车的专利，这在当时是非常先进的技术。 1899年，金纳茨的永不满足号(The Never Satisfied)电动车曾在美国创下了110km/h的当时最高时速记录。 到世纪之交时电动车、内燃机车以及蒸汽机车已取代了昔日的马车和自行车成为当时的主要交通工具。在1900年，美国售出的4200辆机动车中，38％是电动车，22％是内燃机车，还有40%是蒸汽机车。到20世纪初时，电动的四轮轿车已成为纽约贵族们的宠儿。富有的家庭能够乘坐配有专职司机和跟班的豪华型维多利亚式电动轿车出入剧院、时装商店以及其他社交场所。当时，一辆电动轿车大约需金，相当于今日一辆豪华劳斯莱斯的价格。1912年是电动车的全盛时期，全美国注册的电动车达3.4万辆之多，其中包括轿车、卡车等等。 早期电动车的时速通常在30 km/h40km/h。由于那时的道路状况较差，城市拥挤，并不允许车辆有太高的时速，因此那时电动车的性能足以满足人们的要求。随着城市道路的改善，特别是1916年美国从芝加哥通往南部各州的州际公路的开通，大大刺激了人们对机动车时速和行驶里程的要求，电动车渐渐难以满足这一要求了。 电动车日渐衰落的原因是多方面的。美国人凯特林在l911年发明的燃油汽车电起动器是对电动车的重大打击之一。凯特林的发明淘汰了使用长达25年之久的汽车手摇起动曲柄，这在汽车发展史上是一项重大的革命。电起动器的成功应用大大促进了汽车的普及，使得妇女也能够轻易地驾驶汽车。电动车不敌燃油汽车的另外一个原因是它在当时无法进入乡村地区，因为那时美国的大部分乡村地区还没有电力供应。 在1924年的全美汽车展中，电动车销声匿迹了，燃油汽车迎来了一个黄金时代，而这个黄金时代一直延续到60年代末。在这段时期，除了业余爱好者们还在锲而不舍地改装各种电动车，改善它们的性能之外，大汽车制造商们很少再投资发展电动车了[7]。 然而，燃油汽车的发展也带来了一系列的问题。据统计，美国汽车保有量最高的一些大都市中，12％的新生儿肺活量达不到正常指标。60年代末，美国政府的高级官员就曾公开指出汽车是公众健康的重大威胁。此后于1966年和1967年，美国的通用、福特和美洲汽车公司分别开发了新型电动车，电动车进入了现代发展时期。1967年，美国成立了电动车协会，从此，美国的政府部门、企业和研究机构能够在该协会的协调指导下进行电动车的研究开发工作。70年代的一场石油危机对美国这个车轮上的国家产生了强烈的震撼，人们不得不寻找石油以外的能源作为车辆的驱动能源。在这样的背景下，电动车复活了。福特汽车公司开始研究先进的钠硫蓄电池。克莱斯勒与通用汽车合作开发了ETV-1型电动车。除了三大汽车公司之外，许多独立的专业电动车开发公司也纷纷成立，投入电动车的市场竞争之中。在80年代，由于石油供应充沛。油价逐步回落至70年代初的水平。汽车的燃油效率在政府的督促之下也大大改善了，因而电动车研发的动力大大减少，其步伐显著放慢了[8]。 尽管加装了排气净化装置后，燃油汽车的废气排放大大减少了，但由于汽车保有量和行驶路程的急剧增加，汽车造成的空气污染日趋严重。在此情况下，美国加利福尼亚州州政府试图通过立法来强制增加电动车在该州的销售。虽然该法案未能通过议会表决而最终成为法律，但对电动车进入市场已产生了巨大的影响。90年代，在能源和环境的双重压力下，电动车的研究开发再次进入一个活跃期。新材料、新技术的发展，为电动车的发展注入了新的活力。进入千禧年后，电动车更是得到了快速的发展。 尽管现今的电动车还存在这样或那样的问题，特别是目前蓄电池的能量密度远低于汽油，导致电动车的行驶里程还达不到燃油汽车的水平，限制了电动车在某些长程交通场合的使用。但进入2000年以来，它还是获得了迅速的发展。 09年下半年量产的奔驰Smart For Two电动版靠电池电力驱使，从静止加速到60公里/小时所需的时间为6.5秒，时速可达135公里/小时。电动车不再有排放尾气的问题，它依靠新Smart For Two电动驱动，从而完全告别了汽车尾气对环境造成污染的时代。其中，电动机由锂离子电池提供电能(最大储能14千瓦)，续航里程可达115公里。锂离子电池安放在车身中部，而电动机安放在车尾，这使得电动版车型具有后驱车的特质，是真正适合在城市中穿梭的零排放理想座驾。 据统计，美国人每天平均开车行驶65km，而高速公路限速为88km/h(以加州为例)。具有奔驰Smart For Two这样性能的电动车足以满足美国人95％的需求。而对其他国家，人们对机动车性能的要求比美国还要低一些。由此可见，尽管人们对电动车的性能有些担心，但是实际上这种担心并不完全是行驶里程不足的问题，而主要是一个信心问题，今日的电动车在满足人们日常交通运输的需求方面是完全可以胜任的[9]。 电动车发展战略 如今，环保节能的电动车越来越受到人们关注，它的价格问题自然被广泛热议。目前电动车的制造成本大约是燃油汽车的一倍左右，有的车型甚至达到二倍。其中蓄电池的成本占到电动车总成本的一半左右，电动车的一次性投资高于燃油车。但是，随着电动车大批量地生产和蓄电池技术的改进，电动车的价格必将大幅降低。据美国通用汽车公司的一项统计，在美国，一般用户驾驶燃油汽车，每月汽油费花费5060美元，而使用电动车每月耗电费仅为1012美元。由此可见，电动车的使用成本比燃油汽车低很多。 由于电动车的结构比燃油汽车简单，除了定期更换蓄电池之外，主要部件基本上是免维护的，电动车比燃油汽车更经久耐用，因此电动车的使用成本远远低于燃油汽车。不怕不识货，就怕货比货，从长远来看，电动车并不昂贵！目前推广电动车的主要障碍是一次充电的行驶里程和初始价格。但是我们应该从综合经济效果来分析电动车在其整个寿命期间行驶每公里的总费用。电动车的总费用包括购置折旧费、维修费和燃油费(电费)。电动车的维修费用根据各国的经验大概为燃油车的25％~50％。而电费和燃油价格比则根据各国的能源情况和税收标准不同而不同。关键在于初始购置费。如果电动车的初始购置费包括车体、驱动系统和电池在内，势必高于燃油车。因为燃油车没有电池，只有油箱，因此电池可以考虑采用租赁的方式，把电池折旧费作为运行费用。由于我国的燃油价格高昂，因此对推广电动车更加有利。电动车的电费加电池的租赁费(折旧费)低于燃油车的燃油费。这样电动车整个寿命期间的行驶费用比燃油车便宜而不包括电池的电动车价格可与燃油车媲美。表2-6是20辆电动和燃油小型巴士每运行5万公里的总费用在不同的电价和柴油价格下的比较。表中数字是正值的表示每5万公里电动巴士的费用低于柴油巴士的人民币数[10]。 这里要特别指出的是有待成立的新的能源公司，可由电池制造商、电力公司甚至和石油公司合资组建，由这个公司拥有、出租、充电和维修电池，用户只付租赁费，而一切服务由该公司负责提供。该公司可根据用户需要和电网情况采用快速充电、慢速充电、更换电池等方法以达到最佳综合经济效果，例如可以利用晚上电网低负荷时充电，以提高电网的负荷率。这样不仅解决电动车用户的财务负担，更可以免除他们的后顾之忧。 电动与柴油小型公共巴士运行总费用比较 电价／元／kW·h 5.0 5.5 6.0 6.5 7.0 7.5 8.0 0.60 700 5700 10700 15700 20700 25700 30700 0.6 -1375 3625 8625 13625 18625 23625 28625 0.70 -3450 1550 6550 11550 16550 21550 26550 0.75 -5525 -525 4475 9475 14475 19475 24475 0.80 -7600 -2600 2400 7400 12400 17400 22400 0.85 -9675 -4675 325 5325 10325 15325 20325 0.90 -11750 -6750 -1750 3250 8250 13250 18250 图2-6电动与柴油小型公共巴士运行总费用比较 电动车结构简单，毋需更换机油、油泵、汽化器以及消声装置等等，毋需添加冷却水，它的日常维修工作极少。 在充电方面，对一般的电动车用户来说，晚上在家将电动车充满电的时间远小于他们的睡眠时间。因此，尽管目前电动车还不能像燃油汽车加油那样，能在几分钟之内充满电，但总的来看，使川电动车还是很方便的。 近年来，采用各种高新技术的电动车层出不穷，给人们带来了一个明确的信息：我们已经走到了电动车时代的边缘。随着日新月异的技术进步和人们环保意识的不断提高，21世纪必将成为电动车全面发展的世纪。 在美国，汽车达到25％的普及率共花了50年时间，而随着技术进步的加快，移动电话达到相同的普及率只用了10年。可以预见，普及电动车将不再需要50年这么长的时间。在今后的5到10年之内，电动车的应用将迅速增加，我们将能够看到电动车得到极大的普及。 尽管现代电动车以其相当高的技术性能而媲美于传统的燃油汽车，从世界各国的电动车发展现状来看，我们还不能说电动车已具备了全面普及的条件。普及电动车的关键在于改善其性能和降低成本，因此电动车开发工程师、科研人员、发展商、电力部门以及政府机构所面临的主要课题是： (1) 降低电动车的价格。目前电动车整车价格昂贵的主要原因一方面是由于蓄电池价格昂贵，另一方面也因为电动车的产量小，其部件大部分都为电动 (2) 车专用部件，而不是通用部件。所以蓄电池的高能化和电动车的标准化是降低电动车成本的关键。 (3) 提高一次充电后的行驶里程。电动车要大量普及，必须进一步提高一次充电后的行驶里程。 (4) 延长蓄电池的使用寿命。越是高性能的电池，其价格也越昂贵，因此必须延长蓄电池的使用寿命，以求降低年平均费用。 (5) 发展包括充电设施在内的基础设施。除了工作单位、家庭等夜间充电设备之外，还必须建立行车途中充电所必需的充电网络。为此必须形成一个由国家、地方团体、电力公司以及生产厂商共同参与的协作机制。 (6) 电动车是一门涉及多学科的工程问题，发展电动车，必须有来自不同领域的专家，如电气工程师、电子工程师、机械工程师、化学工程师以及汽车工程师聚集一堂，共同参与，实现系统的整合和优化，以改善电动车的性能。 (7) 由于电动车的电气驱动特性与燃油汽车的引擎驱动有着本质的不同，电动车工程中的主要问题，是要将汽车工程、电气、电子工程以及化学工程领域中最新的技术发展结合到电动车的设计中来实现能量的最优化利用。 电动车开发中要考虑的具体问题列举如下： (1)了解车辆使用的市场和环境； (2) 决定电动车的技术条件； (3) 决定使用电动车所需的基础设施，以及蓄电池的回收设施； (4) 决定整个系统的结构； (5) 设计底盘和车体； (6) 决定能量方式，采用发电方式或储存方式·纯电动式或混合式； (7) 决定驱动系统，包括电动机、控制器和变速器的类型，单电机或多电机驱动，有齿轮减速或无齿轮减速及其安装方式等等； (8) 根据电动车的行驶要求，决定电驱动的技术条件和能源容量； (9) 采用智能化的能量管理系统； (10) 分析各个子系统之间的相互作用，以及对安全和成本的影响； (11) 优化电机驱动的效率； (12) 通过计算机仿线]。 不久的将来，我们的城市将会用上由太阳能、风能、氢能及核能产生的电能。而取之不尽、用之不竭的海水也将成为人类的主要能源。与此同时，人类需要开发更有效、更安全的交通工具，保护环境、保护自然。为了解决空气污染以及二氧化碳所产生的温室效应，实现21世纪可持续发展战略，电动车正面临着前所未有的发展机遇和挑战。 由于全球政治、经济和技术环境的迅速变化，国际间的合作及竞争都进一步增强，信息和资本的自由流通导致了与以往不同的投资模式。在这样的形势下，世界各国的主要汽车制造商和研究部门竞相投资研究开发各种不同类型的电动车，已取得了巨大的进展。中小型厂商也不甘落后，跃跃欲试，试图在电动车这个新的领域与大公司一争长短。 亚太区域是全球经济发展最快的地区。在发展电动车方面，亚太地区的优势在于：自然资源丰富，劳动力廉价，对电动车的性能要求并不苛刻。由于原有的汽车工业基础相对薄弱，对建立新的电动车工业体系以及新的基础设施，来自原有的汽车工业的阻力和约束较小。此外我国的电力主要来自于相对清洁的能源。因此在发展电动车方面可以说有着得天独厚的条件。由于中国具有巨大的、潜在的和多元化的市场，以及比较完备的工业基础，在电动车发展方面，中国具备率先取得突破性进展的条件。 不同国家或不同制造商的电动车发展策略有所不同，而且影响发展的各种因素非常复杂。尽管在市场经济条件下，市场起主导作用，但不等于市场决定一切。制造商、政府和电力部门可以共同培育市场，制订开拓市场的策略。总括来说，电动车发展的总体战略可以是： (1) 综合技术优势：集中汽车技术、电机技术、电子技术、材料技术等相关技术的优势，进行系统综合和优化。 (2) 综合社会优势：集中政府、工业、电力、交通、用户的优势，进行大协作，共同分担风险和享受成果。 (3) 充分利用本地的市场和资源优势，生产出性能和价格合理的电动车，并提供有效的基础设施。 我国的国情有别于西方国家，为了加速我国的电动车发展，我们应该考虑如下措施： (1) 充分利用本地区经济增长迅速、资源丰富和劳动力廉价的优势； (2) 合理地分配市场、自然资源和人力资源； (3) 制定技术规范、标准以及特别适合中国地区的新型交通体系； (4) 发展具有本地特色的创新设计概念； (5) 政府采取优惠政策和扶持措施； (6) 成立电动车信息中心，促进技术和经验交流[12]。 推动电动车发展的动力来源于市场，而市场要求电动车尽快走出实验室，实现商品化。电动车能否成功地实现商品化，一方面取决于制造商能否提供性能优良、经久耐用、使用方便及价格低廉的车辆，另一方面还取决于电动车是否有足 够的市场，得以激励制造商不断地改进和开发新型电动车，因此成功发展电动车的关键在于开发电动车本身与开发市场并举。为此，必须建立汽车工业界、政府和电力部门三者的良好协作关系，共同努力开发电动车、完善电动车市场。 推动电动车发展的动力来源于环境保护和市场需求。市场要求电动车尽快降低成本，实现商品化。但是用户、政府和企业对电动车的兴趣和侧重点各有不同，寻求它们的共识，则将是电动车发展和推广应用的关键，如图2-7所示。 图2-7 用户、政府和企业之间的关系 目前电动车存在的问题是初始成本高和行驶里程不理想。其中主要原因是电池问题，有人说要等新型电池有突破才可以推广电动车。实际上即使利用现有的技术，只要根据上述工程哲学，根据不同的用途情况加以优化，不仅从技术入手，更从综合经济措施人手，即可以取得综合技术经济效益。 现在电动车已经开始初步进入市场，但燃油发动机仍占绝大多数份额。在未来的10年里，纯电动车、混合式电动车和燃料电池电动车市场份额将以稳定的速度增加，而燃油汽车的市场份额从现在开始将会逐渐减少。 预计10年后，纯电动车将占据一个明显的市场份额，而混合式电动车和燃料电池电动车市场份额将与燃油汽车所占的份额相当。所有电动车加在一起的市场份额将会超过燃油汽车。在未来的10年内，初始能源将从现在的石油、天然气、煤和核能逐渐发展到使用可再生的能源；燃料从现在汽油、柴油和压缩天然气，逐渐发展到电能，再逐渐发展到使用乙醇和氢气。日趋成熟的、可以应用的技术，如先进发动机、先进蓄电池、先进电机驱动系统、燃气轮机、超大容量电解电容、高速飞轮储存系统和燃料电池，将都被用来提高纯电动车和混合式电动车的性能。先进的电机驱动技术发展将同时推动纯电动车和混合式电动车的发展。低空气阻力系数技术、低滚动阻力轮胎技术、重量轻的车身和部件技术将会被纯电动车、混合式电动车和燃油汽车共同应用，不断提高它们各自的性能[13]。 未来的发展趋势将是燃料电池电动车和混合式电动车将有长远的市场前景。因为这两种电动车具有与目前汽车基本相同的功能，但它们的结构复杂，成本较高，因此要对性能和价格两方面进行平衡。纯电动车则适合特定的市场，如(1)社区交通；(2)电价便宜、使用方便的地区；(3)零排放管制地区。一般而言，对于小型车辆包括自行车和摩托车，纯电动车更具有生命力。其根本原因是：在小型车辆中，电池的不利因素较少。 未来10年中，纯电动车和混合式电动车在其特定市场范围内的商业化将增长，增长的速度主要取决于它们的价格。未来20年内燃料电池电动车的商业化也将增长，总而言之，未来30年内的前景十分令人鼓舞，因为越来越多的人将驾驶洁净的交通工具，而电源和电力驱动仍是关键技术，环境问题仍是发展电动车的推动力。在我国，电动车更有着独特的市场。中国的大城市普遍存在着十分严重的交通问题和空气污染问题，这些城市人口稠密，道路狭窄。因此，作为一种小型、中速和短途的日常交通工具，电动车是十分理想的，电动车在中国有很好的发展条件和广阔的应用前景。并已在“八五和九五期间将电动车列为国家重大项目，可以预期电动车的研制和开发将会快取得一批重要成果，为电动车在我国的推广应用，减少空气污染，保护环境发挥重要的推动作用[14]。 电动车的组成结构 今天，电力在人们的生活中已得到广泛应用，因此，用电力驱动车辆被认为是最自然不过的事情了。但是，在很多人的眼里，电动车既神秘又有很强的吸引力。实际上，电动车是机械、电力、磁力和化学定律巧妙结合的产物，现代电动车更是集机、电、化、光各学科领域中最新技术于一体，是汽车、电力拖动、电子、智能控制、电化学、计算机、新能源、新材料等工程技术中最新科技成果的集成产物。从广义来看，电动车还不仅仅是一部机动车辆，而且是涉及交通、能源、汽车工业、电力部门、环境保护、政治、经济等诸多方面的一个全新的领域。 高性能的电动车通常是根据现代电动车系统理论专门设计制造的。为了提高电动车的性能，必须对电动车的结构和参数进行系统的分析研究。 电动车基本结构 如图3-1所示，电动车的基本结构系统可分为3个子系统，即电力驱动子系统、主能源子系统和辅助控制子系统。其中，电力驱动子系统又由电控系统、电机、机械传动系统和驱动车轮等部分组成(如图3-)；主能源子系统由主电源和能量管理系统构成，能量管理系统是实现能源利用监控、能量再生、协调控制等功能的关键部件；而辅助控制子系统主要是为电动车提供控制电源，具有辅助电源的控制、动力转向、充电控制、空气调节等功能[15]。 图3-1 电动车的基本结构 图3-2 电动车电力驱动子系统 与燃油汽车相比，电动车的特点是结构灵活。燃油汽车的能量是通过刚性联轴器和转轴传递的，而电动车的能量则基本上是通过柔性的电线传输的，因此，电动车各部件的放置具有很大的灵活性。与传统燃油汽车的发动机不同，电动车的电动机具有很大的灵活性。不同类型的电动机，像直流电动机、交流电动机、轮式电动机等等都可以作为电动车的驱动电机，并直接导致电动车不同的行驶性能。不同类型的储能装置，例如不同的蓄电池、燃料电池、超大电容器和高速飞轮等也都会影响电动车的重量、体积、尺寸，进而影响电动车的性能。这些不同的选择，赋予了电动车的设计者很大的灵活性。 变速传动系统是电动车驱动子系统的一个重要部件，它指的是驱动电机转轴和车轮之间的机械连接部分。对于传统汽车来说，变速箱是必要的部件，设计时主要考虑的是采用什么类型的变速器。但对于电动车则不同，由于驱动电动机的转矩和转速完全可以用电子控制器进行全范围的控制，因此变速系统的设计就可以有多种不同的选择。既可用传统的齿轮变速箱变速，也可用先进的自动变速传动桥变速，还可以用电子驱动器控制电动机直接变速。究竟采用哪种方案，主要依据电动车的能量和经济性，也涉及到电机和控制器的设计。采用齿轮变速箱的主要优缺点有： (1) 带有多级变速齿轮箱的传动系统可以显著地减小驱动电机和控制器的额定容量、体积和重量； (2) 使用齿轮箱，驱动系统能够在电动车的转速/转矩要求范围内达到高效和优化地运行； (3) 能够在较宽的范围内达到制动能量的再生回馈； (4) 手动变速具有技术成熟、能量效率高的优点； (5) 齿轮箱的使用可能会增加电动车的重量和体积； (6) 由于齿轮箱的效率问题，例如传统的自动变速箱的效率通常只有75％85%使用齿轮箱变速会降低驱动系统的总效率[16]。 传统的带有脚踏离合器的手动变速方式因为结构简单，技术成熟，效率较高，而被早期的改装电动车大量采用，但是这种变速器的缺点是体积和重量都较大。传统的自动变速器因为附加损耗很大，重量大，最大转速受限制等缺点而很少直接使用在电动车中。 为了提高电动车的传动效率，人们开发了电动车专用的电机和变速传动一体化的两速或三速自动传动桥。这种传动桥将变速齿轮组与高速异步电动机完全结合为一体，并且直接安装在电动车驱动轮的驱动轴上，构成重量轻、体积小、效率高、结构紧凑和成本低廉的传动系统。 与传统的自动变速箱相比，电动车的自动变速传动桥同样包括有盘形和带形离合器、行星齿轮、差速器、执行离合动作的液压系统、润滑油以及冷却剂等等。 自动变速传动桥可以用微处理器实现转轴的全电子控制。一个由停车、倒车、空档、行驶以及一档构成的五档选择器为驾驶员提供了各种驾驶情况下的不同选择。控制器将根据驾驶员所挂的档位自动地决定变速齿轮在哪一级变速档上，并将适当的信号送到液压控制系统以执行变速控制。由于交流异步电机的转动惯量低并有理想的转矩特性，使得控制变速桥进行平滑的自动变速变得更加容易。 采用不同的动力驱动方式和不同的能源系统可以构成不同结构形式的电动车。 带有多级变速齿轮箱的电动车 早期的许多电动车是由燃油汽车改装而成的。这种电动车只是将汽车的引擎和油箱替换成电动机和蓄电池，而保留燃油汽车的离合器、变速齿轮箱和差速器等机械部件。对于燃油汽车而言，变速齿轮箱是必不可少的部件，因为汽车的转矩特性完全依赖于多级变速齿轮的调节。对于一般的轿车，通常采用4级或5级变速。在变速时，通过离合器连接或切断发动机到车轮的功率流。对于改装电动车，由于离合器、变速箱这类机械部件本身业已存在，采用多级变速驱动是最简单的方法。通常这类改装电动车的性能直接取决于蓄电池，由于目前蓄电池的能量密度远低于汽油，因此改装电动车难以获得很高的性能。 (2)采用固定减速比的电动车 采用固定减速比的转矩转速驱动特性。随着电动机控制性能的改善，电动机驱动具有相当大的控制灵活性和理想的转矩转速特性，完全可以满足机动车的驱动性能要求。因而，用一个固定速比的减速箱取代汽车中的离合器和变速箱已成为可能，从而可以大大减轻电动车的自重，提高能量传输效率并降低电动车的成本。现代电动车大都采用这种结构。 (3)采用电动轮驱动的电动车 如果将驱动电动机直接安装在车轮中，可以使电动车的结构变得更加紧凑，进而进一步缩小电动车的体积减轻其重量，提高传输效率并降低成本。左图显示一种采用永磁电动机的电动轮驱动的电动车结构。这种结构采用低速外转子电机，彻底取代了笨重的减速齿轮箱，使得电动车的车速控制完全取决于电动机的转速控制。这种结构的优点是取消了传动齿轮箱，其代价是低速电机的体积、重量和成本通常比较高。采用电动轮驱动的电动车通常采用两轮或四轮驱动。 (4)单电机或多电机驱动 汽车在转弯时，由于内外侧车轮的转弯半径不同，必须调整两侧车轮的速度，实行差速，以使得汽车可以平稳行驶。对于传统的燃油汽车，无论是前轮驱动或是后轮驱动，机械式差速器是必备的部件。而对于电动车，如果采用双电机或者四电机驱动，由于每个电机的转速可以有效地独立调节控制，实现电子差速。在这种情况下，电动车可以不用机械差速器。 电子差速器的优点是体积小、重量轻又可以实行精确的电子控制，提高电动车的性能。然而目前普及电子差速器的障碍在于它的可靠性以及进一步降低成本。如果电动车采用的是单电机驱动，则必须装有机械差速器。就目前的技术发展来看，带机械差速器的单电机驱动系统仍占主导地位，是电动车驱动的主流形式。而采用电子差速的多电机系统也在进一步的发展之中，两者孰优孰劣，目前还没有定论。 (5)能源系统对电动车结构的影响 除了电力驱动系统对电动车结构的影响之外，不同的能源系统，如各种蓄电池、燃料电池、高速飞轮及超大电容器等不同的储能手段，都能构成不同的电动车结构，对电动车的性能产生很大的影响[17]。 电动车参数 一般来说，电动车和燃油汽车同样都是机动车，就外部性能而言，描述它们的数学和物理手段并无大异。因此，大多数的电动车参数都可以从发展成熟的燃油汽车体系中借鉴，但是由于电动车的特殊性，她的蓄电重量、效率、再生能量的利用效率等性能参数却是传统的燃油汽车所没有的。 重量和体积参数 电动车的重量是重要的性能参数，因为它们直接影响到电动车的行驶里程和行驶性能。电动车的重量定义如下： (1) 自重不包括载重的电动车重量； (2) 毛重包括载重的电动车重量； (3) 载重乘客和货物的总重量； (4) 惯性重量自重加标准的载重量； (5) 最大重量电动车在得以安全行驶条件下的最大毛重； (6) 驱动系统重量电动车整个驱动系统的重量； (7) 蓄电池重量电动车车载蓄电池的重量。 电动车的体积参数与传统汽车类似，主要是： (1) 车体尺寸车体的长、宽、高； (2) 前部面积车体的前部等效面积，将直接影响电动车的空气阻力系数； (3) 座位容积车内允许的乘客数量； (4) 货物容积车内允许的货物容积。 力参数 机动车行驶要克服的阻力称为道路负载，道路负载Fl主要由空气阻力Fd轮胎滚动阻力Fr和爬坡阻力Fc等三个分量构成，如图2.7所示。它的数学表达式为： Fl= Fd + Fr + Fc 图3-3 电动车的道路负载 空气阻力： Fd是由于机动车高速穿过空气障碍而产生的运动阻力。 轮胎滚动阻力：Fr 是由于轮胎与地面摩擦产生的阻力。影响滚动阻力的因素主要有轮胎的形状、压力、温度、胎面厚度、线网层、车速以及所传递的转矩等等，其中胎型和压力又是最主要的因素。 爬坡阻力：Fc爬坡时受到更直接的地心引力。坡度越大，阻力越大。 电动车的性能评价 林林总总、洋洋大观的电动车家族种类繁多、性能各异，如何建立一个统一的性能标准，以评价这些不同厂家生产的、不同类型的电动车，成为电动车发展的一项基础研究。 对于传统的燃油汽车，最高时速和加速能力是最重要的性能指标。由于每次加满油的行驶里程已远远超过了人们的一般需求，因而行驶里程对燃油汽车来讲，只是次要的件能指标。在环保意识不断提高的今天，人们已不再简单地追求汽车最高时速和加速性能，燃油汽车的废气排放已成为汽车性能的又一重要的考核指标。此外，汽车的舒适性、安全性等等也都会成为汽车推销商的卖点。对于电动车，一次充电后的最大行驶里程则是最重要的性能指标。这是因为，一辆1.5 L的燃油汽车加满汽油之后至少可行驶500 km，而大部分的现代电动车一次充电后的行驶里程在200 km左右，远低于燃油汽车，还不能完全满足人们对现代机动车辆的性能要求，从而成为制约电动车发展的主要因素。因此人们在评价电动车的性能时，主要要考虑如下性能指标： (1)车体重，kg； (2)载重，kg； (3)载客人数或载货体积，m3； (4)最大重量，kg； (5)能量效率和功率效率； (6)连续最大行驶速度，km/h； (7)最大爬坡能力，％； (8)深度放电条件下的充电时间，h； (9)最大行驶里程电动车每次充满电后的最大行驶里程，km； (10)加速能力电动车从静止加速到一定的时速，s； (11)最高时速电动车所能达到的最高时速，km/h。 值得注意的是一辆电动车如果以40 km/h的恒速行驶在高速公路上，可行驶200 km，而在市区，则由于要不断地起动和刹车，可能最多行驶120 km。不同的行驶方式导致了电动车的行驶里程有很大的差异，为了合理地评价机动车 的性能，人们制定了统一的机动车驾驶模式。由于不同国家或地区的驾驶条件差异很大，各个国家分别制定有自己的驾驶模式，其中主要有：美联邦都是驾驶模式、欧洲驾驶模式、美国机动车工程师协会（SAE）J227a驾驶模式、日本电动车协会驾驶模式[1]。由于我国的电动车开发起步较晚，目前尚未建立自己的电动车驾驶测试标准模式，而一直沿袭美国或欧洲的标准。因此建立适合我国国情的驾驶测试模式已是中国发展电动车事业的当务之急。 电动车心脏能源系统 从前一章中我们关于电动车的主要参数和特性的分析可见，电动车能源系统的体积、重量、形状和技术参数，决定了电动车的行驶性能，是电动车最重要的子系统。在目前以及可以预见的未来，能源系统是电动车实现市场化的瓶颈，本章将对电动车的能源系统进行详细的讨论和分析。 电动车的能源特点 为了确保点东侧合理的行驶性能，对其能源系统应具有如下要求： (1)高比能量（2h放电率时至少44 W·h/kg)，以确保电动车达到合理的行驶里程 (2)高比功率，以确保电动车的加速和爬坡性能； (3)寿命长，免维护； (4)制造成本低廉； (5)自放电、自衰减小； (6)合理的运行环境要求； (7)充电快、效率高、设备简单； (8)尺寸小； (9)发生事故时的安全性好； (10)可回收性好； (11)更换简便。 目前，适合电动车的能源系统有：蓄电池、燃料电池、电容器储能和飞轮储能等。其中蓄电池、电容器和飞轮是所谓储能系统，燃料电池则是利用化学反应产生电能的发电系统。由于蓄电池的技术比较成熟，价格相对低廉，就近期而言，蓄电池将是电动车的主要能源。最近燃料电池及电容器储能技术的发展受到了较多的关注，成为电动车长期发展中较有前途的能源形式，而飞轮储能技术的实用化则是电动车发展的远期目标[19]。 电动车蓄电池蓄电池的容量蓄电池的容量就是蓄电池的蓄电能力。通常以充足电后的蓄电池，放电至其端电压到达规定的终了电压时，电池所放出的总电量来表示。当蓄电池以恒定电流放电时，它的容量(Q)等于放电电流(Id)和放电时间(td)的乘积： Q = Id·td 式中Id的单位为安(A)，td的单位为小时(h)，Q的单位为安时(A·h)。如果放电电流不是一个固定不变的常数，那么蓄电池的容量为不同的放电电流与相应时间的乘积之和： Q=Id1·td1＋Id2·td2＋…＋Idn·tdn 蓄电池的容量并不是一个固定不变的常数，除了与极板表面能参与电化学反应的活性物质数量有关外，还与充电的程度、放电电流的大小、放电时间的长短、电液的比重、温度的高低、蓄电池的效率以及新旧程度有关。在使用过程中，放电电流的大小和电解液的温度是影响蓄电池容量的主要因素[20]。 能源系统的比能量被定义为单位质量的能量。其量纲为（w·h/kg)。电动车能源与传统汽车能源最根本的差别，在于它们的比能量相差很大，表4-1给出了不同能源系统比能量的典型数据。由此可见，汽油的比能量是铅酸电池的250倍。从上一章的电动车系统理论分析可知，电动车的行驶里程则完全是由车载总能量决定的。由于电动车车载能源的比能量远低于传统汽车车载能源的比能量，这就决定了在蓄电池技术还未能取得有效突破的情况下，电动车的行驶里程仍将不敌传统汽车，这就是目前电动车还不能迅速普及的原因之一[21]。能源 比能量 /（W·h）·kg-1 汽油 天然气 甲醇 氢气 煤 铅酸电池 钠硫电池 钢飞轮 12300 9350 6200 28000 8200 35~50 150~300 12~30 表4-1 不同能源系统比能量比功率与比能量的定义相类似，能源系统的比功率被定义为单位质量的功率，其量纲为W/kg。如果一个蓄电池的比功率较大，则表明在单位时间内，单位质量所放出的能量较多，即该电池能用较大的电流放电。而且电动车的加速性能是由其驱动系统的功率特性决定的。因此，蓄电池的比功率决定了电动车的加速性能。与比能量特性不同的是，蓄电池的比功率与传统的汽油或柴油相当，因此电动车的加速性能一般不低于传统的燃油汽车[22]。 循环寿命蓄电池的充放电循环寿命是衡量二次电池的一个重要参数。蓄电池经受一次充电和放电，称为一次循环。在一定的充放电条件下，电池容量降至某一规定值之前，电池能耐受的充放电次数，称为蓄电池的充放电循环寿命。充放电循环寿命越长，电池的性能越好。 蓄电池的充放电循环寿命与放电深度、温度、充放电形式等条件有关。所谓放电深度，是指蓄电池放出的容量占额定容量的百分比。减小放电深度，即浅放电，蓄电池的充放电循环寿命可以大大延长。 传统汽车的能源结构即油箱，在整个汽车的寿命期内属于耐用部件，通常不会损坏。然而对于电动车，由于蓄电池隔板的自然锈蚀或者充放电过程中的人为损坏，使得蓄电池的寿命远低于电动车本身的寿命。因此，蓄电池的循环寿命成为影响整个电动车运行成本的一个重要因素[23]。 应用于电动车的主要蓄电池在目前及可以预见的将来，蓄电池是电动车的主要能源。为了发展电动车的能源系统，美国能源部、通用、福特、克莱斯勒三大汽车公司，会同主要的蓄电池生产厂商于20世纪80年代末成立了美国先进蓄电池集团(USABC)，以促进用于电动车的蓄电池技术的研究和开发。 (1)铅酸电池： 铅酸电池的额定电压是2V，比能量为35W·h /kg．比功率200 W/kg。他采用海绵状铅作为负极板，二氧化铅为正极板，用硫酸作为电解液。在充满电时，硫酸浓度最高，水含量最低。当用小灯泡联接到电池正负两端开始放电时，一个电极上的离子通搏电解液到达另一极，从而改变了金属电极和电解液的化学成分。此时，铅与二氧化铅均转化为硫酸铅。当电池完全放电时，因为电池极板上均覆以硫酸铅，而电解液中主要是水而非硫酸，已不能再产生电流了。当电池充电时，化学反应过程相反，电解液中的硫酸不断地得到补充，以恢复产生电能的能力。 铅酸电池已经成功地实现商品化近一个世纪了，就全球而言，目前它的销量占到全部蓄电池销量的50%左右。铅酸电池如此成功的原因是因为它的制造技术成熟、价格低廉、电池的电压高、高低温性能好、高效率、长浮充寿命以及无记忆效应等等。正因为这些优点，铅酸电池不失为电动车驱动的优先选用能源系统之一。然而铅酸电池的缺点是其比能量相当的低，自放电率高，循环寿命低。 为了适合电动车的应用，特别设计的铅酸电池采取了一系列的改进措施，这包括采用无锑网格板、内部气体再结合以及电池密封技术，以提高电池的比能量和比功率，使电池真正地做到免维护和全封闭，即构成所谓阀控铅酸电池。在这类阀控电池中，最引人注目的是美国电源公司开发的HORIZON新型铅酸电池。它的核心技术是以高强度轻型玻璃纤维丝为基体，挤压成柔软的铅丝，再将铅丝织成轻型的网格，铺在特殊的电化学物质上，构成所谓双格网板，最后将这些双格网板水平放置，以保证极板上的活性物质最大限度地参与电化学反应。这些独特的技术使得HORIZON电池的性能大大提高：比能量达到43 W·h/kg；比功率达285 W/kg；循环寿命达到1000次；快速充电能力(8 min充电到50％，不到30 min即可充至100％)；价格较低(2000美元~3000美元可装备一辆电动车)；可靠性高；免维护以及不对环境造成污染等等。这些性能使得HORIZON铅酸电池特别适合于电动车的应用，是一种十分有前途的铅酸电池。 (2)镍镉电池： 由于镍镉电池成熟的技术及优良的性能。使它成为当前最具吸引力的蓄电池之一。大多数电池制造商认为．镍镉电池与铅酸电池是当前第一代商业化电动车的首选电池。典型的镍镉电池的标称电压1.2 V，比能量56 W·h/kg，比功率225 W/kg。它以羟基氢氧化镍为正极，金属镉为负极．碱性电解液为一种水溶性氧化钾溶液，其碱性密度为1.2 kg/L。 镍镉电池的主要优点是比功率高(超过220 W/kg)、循环及浮充寿命长(分别为2000次和7年)、使用温度范围宽(-40℃～85℃)、快速充电能力强(从40％到80％仅用18 min)。但是镍镉电池昂贵的初期投资(为铅酸电池的2～4倍)、比较低的标称电压(1.2 V，铅酸电池是2 V)、记忆效应和镉污染等都是电动车应用中的不利因素。 (3)镍氢电池： 镍氢电池的活性材料是一种氢化金属形态的氢，以此作为负电极，正电极是羟基氢氧化镍。它与镍镉电池的主要区别在于它的负极是氢，而不是金属镉。氢化金属在电池充放电时能够进行氢吸收和释放的可逆反应，与镍镉电池一样，水溶性氧化钾溶液是镍氢电池电解液的主要成分。当电池放电时，负极上的氢化金属被氧化成合金，正极上的羟基氢氧化镍被减少为氢氧化镍，而充电过程则相反。 镍氢电池的技术关键是一种能够储存氢的合金，它应是一种能够稳定地经受无数次循环反复的材料。镍氢电池的标称电压为1.2 V；比能量高于镍镉电池，达到65 W·h/kg，这在目前的蓄电池中是较高的；比功率200 W/kg，低于镍镉电池；无铬污染；放电时发热较少；有类似于镍镉电池的快速充电能力。但是，镍氢电池的放电能力和比功率不如镍镉电池高。镍氢电池是近期电动车发展的重要选择之一，它的发展受到很多国内外著名电池发展商的极大重视，投人了巨大的人力和财力开发、改进镍氢电池的性能，以期在镍氢电池方面取得重大突破。目前镍氢电池技术还在进一步的发展之中。 (4)锂离子电池： 锂离子电池采用锂碳夹杂材料(离子)作为负电极，一个锂过渡金属化合物作为正电极．液体质子惰性有机溶液，如溶于丙烯碳酸二溶剂的盐作为电解液。在充放电时，锂离子通过电解液游离于正负极之间。放电时，锂离子被负电极释放，通过电解液游离至正电极，充电过程则相反。 锂离子电池的优点是电压高，达到4 V；比能量高，达到120 W·h/kg；较长的循环寿命(达1000次)；充电时间短；原材料蕴藏丰富并且使用安全。 到目前为止，可用于电动车的蓄电池千差万别，多达数十种，但还没有一种蓄电池能够在电动车应用中占主导地位，这些电池各有千秋。从目前的发展来看，新型铅酸电池，镍氢电池及锂离子电池是电动车应用中最具潜力的电池，这些蓄电池还处在不断的发展之中[2]。 其他新兴的电动车能源系统 燃料电池 燃料电池是一种利用燃料和氧化剂产生电能的系统。燃料可以是氢气、碳氢化合物、天然气、甲醇甚至汽油等，在催化剂的作用下，燃料慢慢地与空气或氧气之类的氧化剂相结合，可以不断地产生电流。尽管燃料电池在燃烧时有热损失，但在室温下它的转化效率仍能达到84％[2]。 自从威廉·格鲁夫于1839年发明了燃料电池以来，它的开发使用至今已逾150年了。燃料电池的首次实质性的应用始于20世纪60年代美国太空总署 (NASA)，的阿波罗太空飞行计划，当时每股通用电气公司为阿波罗太空飞船议计了称之为Geminni的燃料电池动力系统，它采用海绵状的薄膜聚合物作为电池的电解液。 现阶段，固态聚合燃料电池技术比较成熟，即使包括容器和附件在内，这种燃料电池的比能量也将达到500 W·h/kg，远远高于任何一种蓄电池。但是它的比功率却只有60 W/kg，这就限制了由燃料电池驱动的电动车的加速和爬坡能力。此外，燃料电池在电动车刹车或下坡时，不能回收利用再生能量。在价格方面，目前燃料电池是极其昂贵的，固态聚合燃料电池的成本达到4000美元/kW，是蓄电池的数十倍。因此，尽管这种燃料电池具有非常理想的比功率，但由于价格十分昂贵，降低成本是普及燃料电池的一个重大课题[2]。 也许，人们还不能期望蓄电池驱动的电动车在行驶里程方面与燃油汽车相媲美，但是以燃料电池为动力的电动车的行驶里程则完全是由车载燃料量决定的，只要有适量的燃料，电动车就可具有与燃油汽车相当的行驶里程。与燃油汽车类似，这类电动车补充燃料也可以在几分钟之内完成。燃料电池的寿命通常远高于蓄电池并且几乎是免维护的。正是由于上述特点，尽管燃料电池还有种种缺点，它仍然为电动车描述了一个能与燃油汽车相竞争的美好前景。近年来，人们对燃料电池在电动车上应用开发的兴趣日益增加。 超大电容器辅助能源系统 由于电动车频繁起动或停车，使得蓄电池的放电过程变化很大。在正常行驶时，电动车从蓄电池中吸取的平均功率相当低，而加速或爬坡时的峰值功率又相当高，一辆高性能的电动车的峰值功率与平均功率之比可达到16：1。事实上，电动车行驶中，用于加速或爬坡时所消耗的能量占到总能耗的2/3。在现有的材料和技术条件下，蓄电池必须在比能量和比功率之间以及比功率和循环寿命之间作出平衡，而难以在一套能源系统上同时追求高比能量、高比功率和长寿命。为了解决电动车行驶里程与加速爬坡性能之间的矛盾，可以考虑采用两套能源系统，其中由主能源提供最佳的行驶里程。而由辅助能源在加速和爬坡时提供短时的辅助动力。辅助能源系统的能量可以直接取自主能源，也可在电动车刹车或下坡时回收可再生的动能。 在快速和深放电条件，电容器的特点是比功率高、循环寿命长、比能量较低。研究表明，如果采用超大电容器，则可以克服普通电容器比能量低的缺点。用超大电容器作为辅助能源系统，与主蓄电池一道可以构成电动车的混合能源系统，从而可大大提高电动车的驱动性能。 超高速飞轮储能技术 高速飞轮技术在20世纪70年代至80年代初曾是技术发展的一个热点。在中东石油危机之后，人们对它的兴趣慢慢减退了。近年来，随着高强度复合材料和低耗轴承的发展，以及电动车应用的需要，超高速飞轮技术再次成为研究热点。发展能够应用于电动车的超高速飞轮，其丰要技术包括：能够承受超高速运行的高强度飞轮；能够将电能和机械能进行高效率双向转换的电机和功率变换器。超高速飞轮的基本结构。 超高速飞轮可以用作电动车的辅助能源系统。与超大电容器类似，它将电动车正常行驶时、刹车减速时或下坡时的动能储存起来。在起动、加速或爬坡时为电动车提供辅助的短时动力，以改善电动车的行驶性能。特别是可以大大增加电动车的行驶里程，延长蓄电池的使用寿命。超高速飞轮还可以像蓄电池或燃料电池一样，作为独立的能源系统向电动车供电。它的比能量可达100 W·h/kg，比功率达1500 W/kg，储能能力高于任何现存的或潜在的蓄电池，甚至可以高于内燃发动机。超高速飞轮既没有环境污染的问题，又有寿命长、可靠性高、免维护、重量轻和体积小的优点，是电动车理想的能源系统。不久之后，超高速飞轮就可以替代超大电容器成为电动车的辅助能源系统[2]。 电动车的现状 电动自行车现状分析 电动自行车（electric bicycle）是以蓄电池、锂电池等电能作为辅助能源，具有两个车轮，能实现人力骑行、电动或电助动功能的特种自行车。它虽然具有普通自行车的外表特征（甚至具有摩托车的外表特征），但是主要的是，它是在普通自行车的基础上，安装了电机、控制器、电池、转把闸把等操纵部件和显示仪表系统的机电一体化的个人交通工具[2]。 在我国的大中城市，以小汽车为主的出行方式带来了道路的拥堵，出行费用高，带来了高能源消耗以及较为严重的大气污染等问题。随着电动自行车出现和普及，由于其便捷、省力和廉价的特点，电动车逐渐成为上班族的主要交通工具之一。由于电动车和小汽车在一定程度上存在替代性，所以骑电动车出行的市民越多，依靠小汽车的出行的居民就越少。可以说，电动车交通替代了部分小汽车交通。这有利于缓解机动车交通拥堵，更大大减少了汽车尾气排放对大气的污染 电动自行车骑行简便、速度快、省时、省力、价格适中、维护费用低，特别适合我过消费者的需求，这也是目前我国电动车流行的重要原因。此外，由于石油资源日益紧张，2008年以来国际油价持续上涨，而小汽车是耗油大户，电动自行车正日益成为我国交通系统不可缺少的重要组成部分。消费者使用电动自行车的主要用途如图-1所示[]。 图6-1 消费者购买电动自行车的主要用途 拥有量现状分析 中国的电动自行车于1997年开始商业化，当时全国的拥有量不足1万辆，至2010年2月，我国电动自行车市场保有量已达1.2亿辆，中国的电动自行车发展极其迅速。如果按人均日出里程25公里，去替代摩托车的节能总量是相当于一年减少化石能源标准煤2758.3万吨，减排二氧化碳总量是5256万吨。是全国所有空调降低1度所节能总量的18~20倍，与钢铁、煤炭产业、化工、建材、纺织业等九个高耗能产业的节能减排的总任务基本相当。我国电动自行车，为全球应对气候变暖，发展低碳经济，提倡节能减排所做出巨量贡献[3]。 价格现状分析 通过对绿源、雅迪、新日、捷安特、澳柯玛、比德文 赛克、爱玛等品牌的市场调查研究发现，目前电动自行车价格低端的在1400~1900元左右，中端的在2200~2800元左右，而一些高端产品的价格在3000元以上。虑到其性能相比于自行车的优势，这样的价格是完全适合不同经济能力下的中国家庭的[3]。 电池回收现状分析 电动自行车的电池是快速消费品，每年我国的更换量巨大，由于蓄电池对环境的污染严重，如果处理不当，会造成严重的后果。因此，电动自行车的电池回收问题受到了人们的广泛关注。专家介绍，目前，我国已经有很成熟的铅酸蓄电池的处理技术，不但蓄电池中的铅和塑料能得到有效回收和利用，而且，其中的酸液也不会对环境构成威胁。 ? ?针对目前市场上销售的电动自行车良莠不齐，品质、价格相差甚远，有些品牌的电动自行车厂家考虑回收电池的利润微薄或其没有先进的电池回收设备，并不提供蓄电池的回收服务，很大一部分电动自行车消费者便以低价卖给了不法的商贩，商贩却只需要蓄电池中的金属铅，大量的废酸液被直接排放到河水当中，造成了严重的河流污染，最终危害人类健康。如何把分散在各家各户的蓄电池都收集起来进行集中处置，是个迫切需要解决的问题[3]。 电动自行车产品款式分析 (1)电动自行车销量以轻摩化为主； (2)电动自行车产品类同化严重； (3)电动自行车简易款式正在逐步被消费者所接受； (4)电动自行车新的款式已亮相。 政府对电动自行车上路态度 (3)没有明确表态的地区：辽宁、江西、湖南、湖北、广西、新疆、内蒙、西藏、甘肃、青海、黑龙江、重庆[3]。 电动车的质量现状 目前我国的电动车质量良莠不齐，产品质量不稳定，监督抽查合格率低。造成这中现象的主要原因是电动自行车的没有核心的技术，入门门槛低。另外，我国在电动自行车行业方面的产品质量标准宽松，造成大量的低品质的电动自行车流入市场。 由此，带来了我国电动自行车的售后问题，很多厂家的产品质量低，用一段时间后问题就会凸显出来，一般这类电动自行车的售价都很低廉，考虑利润，厂家的售后服务几乎为零。并且法律在这方面还不完善，这就造成了我国的一些消费者的怨气难发，投诉无门。 经过十余年的迅猛发展，电动自行车行业作为一个深系民生的产业，在成长的过程中也形成了鲜明的中国特色。一方面是我国消费者购买力的不断提升和对消费需求的不断增长，另一方面是电动自行车强大的消费吸引力和不断成熟的市场销售网络，两者之间产生了一个非常庞大的电动自行车市场。十余年来，经过国家管理部门、行业协会、各界专家学者和各整车、配件制造企业以及消费者的精心培育，电动自行车产业正呈现出强劲的市场发展潜力和巨大的空间，可以骄傲的说，中国电动自行车产业，它是当今中国第一个拥有真正意义上自主知识产权的产业，中国人民的伟大的电动自行车创业实践，推动了全球电动车产业更快更好的发展[34]。 但看到中国电动自行车产业所做出巨大成绩的同时，我们不能不提及的是，如此骄人的成绩是在我国当前并不宽松的产业政策环境中取得的，禁止、禁售、限制上牌 、称重 、上路罚款等等限制，常常见诸各地城市新闻报端。 2009年12月，社会上也因国家标准化委员会出台电摩新国标并宣布在2010年元旦正式实施而引起轩然大波，因为按照新国标的电动自行车如果重量超过40公斤，速度超过20公里/小时，将对电动自行车按机动车道进行规范和管理，这就意味着目前社会上的绝大部分超标电动自行车将面临走上机动车道，与汽车、摩托车争车道的场景，车主也将由骑行者身份转变为驾驶员身份，必须接受考驾照、买保险、上牌等一系列冗长的手续。由于新标准实施涉及面广，实施操作性尚存在很多实际问题，尤其是在包括广大消费者、专家学者、行业协会、厂家的积极反对，国标委下文宣布暂缓实施涉及电动轻便摩托车的内容，但同时要求电动自行车行业结合实际抓紧修订已实施了十年之久的电动自行车新国标。目前，电动自行车新国标制定正在相关部门的紧锣密鼓制定进程中。前途如何，有待国家政府部门最后的批准和回复。 取得骄人节能减排业绩，方便全国1.2亿消费者日常交通出行的电动自行车产业，在面对全球风起云涌的电动车发展大机遇的同时，也面临着发展的困局。有理由相信，如果国家产业部门能更加积极地引导、扶持电动自行车产业，出台更加符合电动自行车产业政策和扶持政策，给行业以更广阔的发展空间和技术创新空间，中国的电动自行车产业必将迎来又一波发展新高潮。中国的汽车购买量随着居民消费力的提升而不断攀升，目前，中国也是全球最大的汽车消费市场。有限的道路交通资源，尽管城市不断的扩容，依然是道路交通的拥堵不堪，开车难，停车更难。目前，我国大部分城市已经出现了严重的交通道路拥堵问题，北京、上海、杭州…奥运会期间北京的交通拥堵状况依然令人印象深刻，令我们不得不思索，中国道路交通的困局，破题之处在哪。电动自行车，这一新兴的绿色电动交通工具，既能符合国际节能环保潮流，又能最大程度上的满足消费者的特征消费需求，势必将承担起这一伟大的历史重任[35]。 电动汽车现状分析 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。由于对环境影响相对传统汽车小得多，其前景被广泛看好，但当前技术尚不成熟。电动汽车的发展就并不像电动自行车一样在我国如雨后春笋般的蓬勃发展了。目前，在我国，纯粹电动车还没有量产。 电动汽车不能像电动自行车一样快速发展有以下几个主要原因： (1)电动汽车的行驶里程比传统燃油汽车短的太多，部分消费者仍然无法接受。 (2)电动汽车的成本高，是普通燃油汽车的一倍甚至两倍，没形成经济规模。 (3)充电时间长，不像燃油汽车那样几分钟即可加满油。 (4)我国缺少电动汽车所需的类似于加油站的快速电池充电站设施。 (5)消费者对电动汽车的缺乏了解，没有尝试购买电动汽车的愿望。 人类越发的重视环境保护和石油量的日趋枯竭迫使电动车必须克服一切困难发展来代替传统燃油汽车。事实上，电动汽车也并没有停止发展，它正在以其他的形式前进。 混合动力驱动电动汽车是目前主流的电动车。混合动力汽车就是在纯电动汽车上加装一套内燃机，其目的是减少汽车的污染，提高纯电动汽车的行驶里程[3]。 目前，我国在新能源汽车的自主创新过程中，坚持了政府支持，以核心技术、关键部件和系统集成为重点的原则，确立了以混合电动汽车、纯电动汽车、燃料电池汽车为三纵，以整车控制系统、电机驱动系统、动力蓄电池、燃料电池为三横的研发布局，通过产学研紧密合作，我国混合动力汽车的自主创新取得了重大进展。 (1)形成了具有完全自主知识产权的动力系统技术平台，建立了混合动力汽车技术开发体系： 混合动力汽车的核心是电池（包括电池管理系统）技术。除此之外，还包括发动机技术、电机控制技术、整车控制技术等，发动机和电机之间动力的转换和衔接也是重点。从目前情况来看，我国已经建立起了混合动力汽车动力系统技术平台和产学研合作研发体系，取得了一系列突破性成果，为整车开发奠定了坚实的基础。截止到2009年1月31日，在混合动力车辆技术领域，我国知识产权局受理并公开的中国专利申请为1116件。 在1116件专利申请中，发明为782件（授权为107件）、实用新型为334件。 (2)掌握了关键零部件核心技术，自主开发出系列化产品，关键零部件产业化全面跟进： 在混合动力汽车的核心――电池技术研发方面，我国已自主研制出容量为6Ah-100Ah的镍氢和锂离子动力电池系列产品，能量密度和功率密度接近国际水平，同时突破了安全技术瓶颈，在世界上首次规模应用于城市公交大客车；自主开发的200kW以下永磁无刷电机、交流异步电机和开关磁阻电机，电机重量比功率超过1300w/kg，电机系统最高效率达到93％；自主开发的燃料电池发动机技术先进，效率超过50%，成为世界上少数几个掌握车用百千瓦级燃料电池发动机研发、制造以及测试技术的国家之一。与此同时，混合动力汽车关键零部件的产业化全面跟进，生产配套能力显著增强。近来，力神、比亚迪、比克、万向等动力电池企业投入数十亿资金加快产业化建设，上海电驱动、大郡、湘潭电机、南车时代等电机企业加强与上下游企业合作，积极完善产业链建设。在未来2~3年内，预计将形成20亿Ah以上的动力电池和全系列驱动电机生产能力，能够满足100万辆混合动力及电动汽车的配套要求。 (3)掌握了电动汽车整车开发关键技术，形成了各类电动汽车的开发能力。 我国混合动力汽车在系统集成、可靠性、节油性能等方面进步显著，不同技术方案可实现节油10%~40%。同时，各汽车企业对混合动力汽车的研发和产业化投入显著增强，产业化步伐不断加快。目前，国内汽车企业已将混合动力汽车作为未来主流竞争型产品在战略上高度重视，一汽、东风、上汽、长安、奇瑞、比亚迪等都已投入了大量的人力、物力，混合动力车型已完成样车开发，并有部分车型已经实现小批量上市[37]。 一汽集团： 发展目标：到2012年，该集团计划建成一个年生产能力为混合动力轿车1.1万辆、混合动力客车1000辆的生产基地。 一汽集团从1999年开始进行新能源汽车的理论研究和研制工作，并开发了红旗混合动力轿车性能样本。十五期间，一汽集团承担了国家863”划重大专项中红旗牌串联方式混合动力轿车研究开发任务，正式开始了新能源汽车的研发工作。从2006年开始，一汽在奔腾B70的基础上，进行混合动力化的技术研究，将原来的纵置发动机总成改成横置发动机总成，采用了横置发动机及双电机混联技术。同时，一汽还抓紧了对发动机、机电一体化变速器、整车控制网络、整车控制系统的研发，目前一汽混合动力轿车已经取得了42％的节油效果，达到了国际先进水平。 继2008年为北京奥运会提供了12台混合动力客车和6台混合动力轿车进行示范运行后，一汽集团积极参与2009年科技部新能源汽车试验运行项目，建立了大连新能源汽车示范基地。中标大连和长春的示范运行，2009年分别为大连、长春提供了150辆和100辆混合动力客车。目前，奔腾混合动力轿车的中试生产线已获一汽集团批准，正在建设中；混合动力轿车已初步形成批量生产能力。 解放牌CA6100HEV混合动力城市客车： 一汽解放牌CA6100HEV混合动力城市客车项目是国家863”计划电动汽车重大专项资助项目，具有纯电动驱动、发动机单独驱动（同时充电）、联合驱动、电机启动发动机，以及滑行再生制动5种基本工作模式。该混合动力客车动力性和经济性达到国内领先水平，比传统客车节油38%，排放降低30%。 红旗CA7180AE混合动力轿车： 红旗牌混合动力轿车CA7180AE是按国家863”计划在国内率先完成的具有产业化前景的轿车，它建立在红旗轿车的基础上，具有良好的性能和操作平顺性。该款串联式的混合动力轿车属中、高档轿车，0-100m的加速时间为14s，比传统轿车节油约50%，排放达欧Ⅲ标准。 奔腾B70混合动力轿车： 奔腾B70混合动力版轿车采用油-电混合方式。动力系统采用双电机方案，混合度为40/103，属于全混合(Full-Hybrid，亦称重混合)构型。奔腾B70混

　　GB T 32610-2016_日常防护型口罩技术规范_高清版_可检索.pdf