電動(dòng)汽車動(dòng)力電池1.ppt

新能源汽車專業(yè)規(guī)劃教材,“十二五”職業(yè)教育國(guó)家規(guī)劃教材,目錄,本章學(xué)習(xí)目標(biāo),1.能夠描述動(dòng)力電池及電動(dòng)車輛發(fā)展簡(jiǎn)史2.能夠分析制約動(dòng)力電池和電動(dòng)汽車發(fā)展的因素3.能夠分析推動(dòng)動(dòng)力電池與電動(dòng)汽車發(fā)展需解決的問(wèn)題4.能夠描述當(dāng)前應(yīng)用在電動(dòng)汽車上的動(dòng)力電池類型,1.電動(dòng)汽車與動(dòng)力電池發(fā)展歷史,2.電動(dòng)汽車與動(dòng)力電池發(fā)展現(xiàn)狀,3.預(yù)測(cè)電動(dòng)汽車與動(dòng)力電池發(fā)展趨勢(shì),1.電動(dòng)汽車與動(dòng)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(wèn)題，使電池的使用壽命大大延長(zhǎng)。1836年，約翰丹尼爾進(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(gè)可長(zhǎng)時(shí)間持續(xù)供電的蓄電池。1859年，法國(guó)科學(xué)家普蘭特加斯東(PlantGaston)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(guò)。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(lái)。用手觸摸兩端時(shí)，會(huì)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(gè)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(lái)源。,伏特（左）向拿破侖（右）展示伏打電堆,圖片小貼士,丹尼爾電池的小故事1836年，英國(guó)的丹尼爾對(duì)“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(wèn)題，制造出第一個(gè)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WaldmarJungner發(fā)明了Cd-Ni電池；1901年愛(ài)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(chǔ)氫合金，并制備出MH-Ni電池。,圖片小貼士,發(fā)明大王愛(ài)迪生和他的鐵鎳電池,1991年，可充電的鋰離子蓄電池問(wèn)世，實(shí)驗(yàn)室制成的第一只18650型鋰離子電池容量?jī)H為600mAh；1992年，SONY公司開(kāi)始大規(guī)模生產(chǎn)民用鋰離子電池。1995年，日本索尼公司首先研制出100Ah鋰離子動(dòng)力電池并在電動(dòng)汽車上應(yīng)用，展示了鋰離子電池作為電動(dòng)汽車用動(dòng)力電池的優(yōu)越性能，引起了廣泛關(guān)注。,電動(dòng)機(jī)的發(fā)明,1740年代，第一個(gè)電動(dòng)馬達(dá)是由蘇格蘭僧侶安德魯戈登（AndrewGordon）創(chuàng)建的簡(jiǎn)單的靜電設(shè)備。1821年英國(guó)人邁克爾法拉第（MichaelFaraday）發(fā)明電動(dòng)機(jī)實(shí)驗(yàn)室模型，只要有電流通過(guò)線路，線路就會(huì)繞著一塊永久磁鐵不停地轉(zhuǎn)動(dòng)，成為電動(dòng)機(jī)發(fā)展的雛形。,圖片小貼士,法拉第及其發(fā)明的電動(dòng)機(jī),1827年，匈牙利物理學(xué)家安幼思杰德利克（nyosJedlik）開(kāi)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(wèn)題后，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(dòng)機(jī)的三個(gè)主要組成部分：定子，轉(zhuǎn)子和換向器。,1831年，美國(guó)人約瑟夫亨利改進(jìn)了法拉第電動(dòng)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?dòng)機(jī)發(fā)展跨出了重要一步。1834年，德國(guó)人莫里茨赫爾曼雅可比對(duì)亨利電動(dòng)機(jī)作了重要革新，把水平的電磁鐵改為轉(zhuǎn)動(dòng)的電樞，并加裝了換向器，制成了第一個(gè)電動(dòng)機(jī)樣機(jī)。1838年，制造出世界上第一臺(tái)實(shí)用直流電動(dòng)機(jī)，安裝在船上，并試航成功。從此，電動(dòng)機(jī)就完成了從實(shí)驗(yàn)室模型到實(shí)用電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)化。,圖片小貼士,亨利和亨利電動(dòng)機(jī),圖片小貼士,雅可比電動(dòng)機(jī),1835年，美國(guó)一位鐵匠湯馬斯達(dá)文波特（ThomasDavenport）制作出世界上第一臺(tái)能驅(qū)動(dòng)小電車的應(yīng)用電動(dòng)機(jī)，并在1837年申請(qǐng)了專利。1870年代初期，世界上最早可商品化的電動(dòng)機(jī)由比利時(shí)電機(jī)工程師ZenobeTheophileGamme所發(fā)明。1888年，美國(guó)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(dòng)機(jī)，即為感應(yīng)電動(dòng)機(jī)。1902年，瑞典工程師丹尼爾森利用特斯拉感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)觀念，發(fā)明了同步電動(dòng)機(jī)。,圖片小貼士,達(dá)文波特及其發(fā)明的電動(dòng)機(jī),電動(dòng)汽車的發(fā)展歷程,第一階段電動(dòng)汽車的發(fā)明早在1830年代，蘇格蘭發(fā)明家羅伯特安德森(RobertAnderson)便成功地將電動(dòng)機(jī)裝在一部馬車上，1842年又與托馬斯戴文波特(ThomasDavenport)合作，打造出世界上第一部以電池為動(dòng)力的電動(dòng)汽車，采用不可充電的玻璃封裝蓄電池，開(kāi)創(chuàng)了電動(dòng)車輛發(fā)展和應(yīng)用的歷史。1847年，美國(guó)人摩西法莫制造了第一輛以蓄電池為動(dòng)力可乘坐兩人的電動(dòng)汽車。,圖片小貼士,羅伯特安德森的電動(dòng)馬車,第二階段電動(dòng)汽車的發(fā)展1881年11月，法國(guó)人古斯塔夫特魯夫在巴黎展出了一臺(tái)電動(dòng)三輪車。加上乘員后總重量達(dá)到了160千克，時(shí)速達(dá)到了12千米。1882年，威廉姆愛(ài)德華阿頓和約翰培理也制成了一輛電動(dòng)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(shí)速提高到了14.5千米。隨后的1890年，威廉姆莫瑞遜在美國(guó)制造了一輛能行駛13h、車速為14mile/h的電動(dòng)汽車。1891年，美國(guó)人亨利莫瑞斯制成了第一輛電動(dòng)四輪車，實(shí)現(xiàn)了從三輪向四輪的轉(zhuǎn)變，這是電動(dòng)車向?qū)嵱没较蜻~出的重要一步。,1895年，由亨利莫瑞斯（HenryMorris）和皮德羅沙龍（PedroSalom）制造的Electrobat，安裝了兩臺(tái)驅(qū)動(dòng)電機(jī)，能以20mile/h的速度行駛25mile。,1897年，美國(guó)費(fèi)城電車公司研究制造的紐約電動(dòng)出租車實(shí)現(xiàn)了電動(dòng)車的商用化運(yùn)營(yíng)。1899年，貝克汽車公司在美國(guó)成立生產(chǎn)電動(dòng)汽車。公司生產(chǎn)的電動(dòng)賽車的車速能超過(guò)120km/h，而且是第一輛座位上裝有安全帶的乘用車。,1899年5月，一個(gè)名叫卡米勒杰納茨(CamilleJenatzy)的比利時(shí)人駕駛一輛44kW雙電動(dòng)機(jī)為動(dòng)力的后輪驅(qū)動(dòng)的子彈頭型電動(dòng)汽車，創(chuàng)造了時(shí)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(shí)速超過(guò)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(dòng)汽車,圖片小貼士,1900年，BGS公司生產(chǎn)的電動(dòng)汽車創(chuàng)造了單次充電行駛180mile的最長(zhǎng)里程紀(jì)錄。電動(dòng)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(dòng)出租車,第三階段電動(dòng)汽車的繁榮19世紀(jì)末到1920年是電動(dòng)車發(fā)展的一個(gè)高峰。據(jù)統(tǒng)計(jì)，到1890年在全世界4200輛汽車中，有38%為電動(dòng)汽車，40%為蒸汽車，22%為內(nèi)燃機(jī)汽車。1900年，美國(guó)制造的汽車中，電動(dòng)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(dòng)出租汽車在巴黎和倫敦的街頭上運(yùn)營(yíng)。美國(guó)首先實(shí)現(xiàn)了早期電動(dòng)車的商業(yè)運(yùn)營(yíng)，成為發(fā)展最快、應(yīng)用最廣的國(guó)家。,圖片小貼士,1903年的電動(dòng)汽車（hybrid）,圖片小貼士,公共交通領(lǐng)域使用的電動(dòng)車,到了1912年，已經(jīng)有幾十萬(wàn)輛電動(dòng)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(guó)登記的電動(dòng)汽車數(shù)量達(dá)到了34000輛。電動(dòng)汽車產(chǎn)銷量在1912年達(dá)到最大，在20世紀(jì)20年代仍有不俗表現(xiàn)。,19世紀(jì)末的電動(dòng)出租汽車,圖片小貼士,1910年的電動(dòng)汽車廣告,圖片小貼士,1912年的電動(dòng)汽車,圖片小貼士,愛(ài)迪生的電動(dòng)汽車,圖片小貼士,第四階段電動(dòng)汽車的衰落在美國(guó)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(zhǎng)了10倍。1911年，查爾斯科特林(CharlesKettering)發(fā)明了內(nèi)燃機(jī)自動(dòng)啟動(dòng)技術(shù)；1908年，福特汽車公司推出了T型車，并開(kāi)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(dòng)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(tái)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(shí)期電動(dòng)汽車用的動(dòng)力電池技術(shù)也在飛速發(fā)展，在19101925年間，電池存儲(chǔ)的能量提高了35%，壽命增長(zhǎng)了300%電動(dòng)汽車的行駛里程增長(zhǎng)了230%，與此同時(shí)，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(dòng)汽車的2-3倍，動(dòng)力電池充電時(shí)間也明顯長(zhǎng)于內(nèi)燃機(jī)汽車燃油的加注時(shí)間。,電動(dòng)汽車?yán)m(xù)駛里程短、充電時(shí)間長(zhǎng)成為無(wú)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(duì)長(zhǎng)距離運(yùn)輸車輛的需求不斷增加，電動(dòng)汽車的黃金時(shí)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(wú)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(wú)軌電車也逐步被柴油驅(qū)動(dòng)的內(nèi)燃機(jī)汽車取代了。20世紀(jì)20年代，電動(dòng)汽車幾乎消失了。,第五階段電動(dòng)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(dòng)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3000多輛電動(dòng)汽車處于注冊(cè)狀態(tài)。20世紀(jì)40年代，電動(dòng)汽車?yán)m(xù)駛里程只有5060km，最高時(shí)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(duì)石油的過(guò)分依賴，導(dǎo)致一系列的政治問(wèn)題和國(guó)家安全問(wèn)題。20世紀(jì)70年代初，世界石油危機(jī)對(duì)美國(guó)乃至世界經(jīng)濟(jì)產(chǎn)生了重大影響，而電動(dòng)汽車由于其良好的環(huán)保性能和能擺脫對(duì)石油的依賴性，重新得到社會(huì)各界的重視。,圖片小貼士,1959-1960HenneyKilowatt電動(dòng)汽車（量產(chǎn)了100臺(tái)）,Sebring-Vanguard制造的CitiCar（生產(chǎn)了2000臺(tái)）,20世紀(jì)70年代末期，德國(guó)戴姆勒奔馳汽車公司生產(chǎn)了一批LE306電動(dòng)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(dòng)機(jī)，電動(dòng)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(shí)速為50km/h，最大爬坡度為16%，原地起步加速到50km/h的時(shí)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(dòng)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(dòng)汽車車隊(duì)，共投入52輛電動(dòng)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，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(guó)國(guó)會(huì)通過(guò)了純電動(dòng)汽車和混合動(dòng)力電動(dòng)汽車的研究開(kāi)發(fā)和樣車試用法令(TheElectricandHybridVehicleResearchDevelopmentandDemonstration，撥款1.6億美元資助電動(dòng)汽車的開(kāi)發(fā)。,1977年，第一次國(guó)際電動(dòng)汽車會(huì)議在美國(guó)舉行，公開(kāi)展出了100多輛電動(dòng)汽車。1978年，美國(guó)通過(guò)第95238公法(FederalNonnuclearAct),予以修訂增加對(duì)電動(dòng)汽車研發(fā)的撥款，政府同時(shí)責(zé)成能源部電力研究所與電力公司加快研制電動(dòng)汽車的技術(shù)，并加大資金投入，責(zé)成國(guó)家阿崗實(shí)驗(yàn)室與電池公司合作研制供電動(dòng)汽車用的高性能蓄電池。從此，國(guó)際上開(kāi)始了第二輪的電動(dòng)汽車研發(fā)高潮。,1988年，在美國(guó)洛杉磯地區(qū)的市議會(huì)上曾有人提出，引入國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)機(jī)制，進(jìn)行年產(chǎn)10000輛電動(dòng)車輛，包括5000輛卡車和5000輛兩座乘用車并推向市場(chǎng)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(huì)(CARB)對(duì)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(dòng)汽車或氫燃料電池電動(dòng)汽車。隨后，美國(guó)紐約、馬薩諸塞等州也頒布了類似的法律。,1991年美國(guó)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(kāi)發(fā)新一代電動(dòng)汽車所需要的高能電池。1991年10月USABC與美國(guó)能源部簽訂協(xié)議，在1991-1995年的四年間投資2.26億美元來(lái)資助電動(dòng)汽車用高能電池的研究。1991年10月美國(guó)電力研究院(ERPI)也參加了先進(jìn)電池聯(lián)合體來(lái)參與高能電池與電動(dòng)汽車的開(kāi)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(guó)通用汽車公司生產(chǎn)的電動(dòng)汽車,圖片小貼士,美國(guó)通用汽車公司在底特律建成EV-1(純電動(dòng)汽車)電動(dòng)轎車總裝線，每天生產(chǎn)10臺(tái)電動(dòng)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(huì)名流，他們對(duì)EV1贊不絕口。EV1的電池近500公斤。通用使用了很多方法來(lái)為車身減重。不過(guò)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(gè)小時(shí)充滿。受充電時(shí)間、續(xù)駛里程等因素影響，通用最終停止了項(xiàng)目，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(dòng)汽車與動(dòng)力電池發(fā)展現(xiàn)狀,學(xué)習(xí)目的,目前電動(dòng)汽車上使用的動(dòng)力電池的類型,長(zhǎng)期以來(lái)，電池的壽命和成本問(wèn)題一直是制約電動(dòng)汽車發(fā)展的技術(shù)瓶頸。通過(guò)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(dòng)力電池已經(jīng)從傳統(tǒng)的鉛酸電池發(fā)展到鎳氫動(dòng)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(dòng)力電池，動(dòng)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(dòng)汽車上使用的主流動(dòng)力電池,電動(dòng)汽車用動(dòng)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(dòng)汽年尤其是純電動(dòng)汽車上應(yīng)用廣泛。鋰離子動(dòng)力電池具有容量高、比能量高、循環(huán)壽命長(zhǎng)、無(wú)記憶效應(yīng)等優(yōu)點(diǎn)，因而成為當(dāng)前電動(dòng)汽車用動(dòng)力電池技術(shù)研究開(kāi)發(fā)的主要方向，尤其是插電式（Plug-in）混合動(dòng)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(chǎng)空間。,圖片小貼士,EV1采用的鉛酸電池組,當(dāng)前，國(guó)際上各大電池公司紛紛投入巨資研制研發(fā)鋰離子動(dòng)力電池，在技術(shù)上取得了一系列重大突破。如美國(guó)的A123公司研制的鋰離子動(dòng)力電池，電池容量為23Ah，循環(huán)壽命長(zhǎng)達(dá)1000次以上，能夠以70A電流持續(xù)放電，120A電流瞬時(shí)放電，產(chǎn)品安全可靠；美國(guó)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-2060的寬溫度范圍內(nèi)放電及儲(chǔ)存，其重量比鉛酸電池輕了36%，一次充電后的運(yùn)行時(shí)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(dòng)力電池單體、電池組和電池包,隨著鋰離子動(dòng)力電池技術(shù)的不斷發(fā)展，其在電動(dòng)汽車上的應(yīng)用前景被汽車企業(yè)普遍看好，在近兩年國(guó)際車展上各大汽車公司展出的絕大多數(shù)純電動(dòng)汽車和混合動(dòng)力汽車都采用了鋰離子動(dòng)力電池,模塊化的鋰離子動(dòng)力電池通過(guò)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(dòng)汽車示范運(yùn)行和商業(yè)化推廣已經(jīng)在國(guó)際上廣泛開(kāi)展。德國(guó)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(guó)境內(nèi)的新能源汽車要超過(guò)100萬(wàn)輛。德國(guó)政府計(jì)劃投入巨資促進(jìn)電動(dòng)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(gòu)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(huì)用于氫能汽車的研發(fā)。,圖片小貼士,德國(guó)奔馳電動(dòng)汽車，其中SMARTfortwo銷量最好。,以色列為保證新能源汽車在國(guó)內(nèi)的廣泛應(yīng)用，制訂了一項(xiàng)在10年內(nèi)推廣100萬(wàn)輛電動(dòng)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)MacquarieCapital與國(guó)際集團(tuán)公司BetterPlace簽署一項(xiàng)協(xié)議，計(jì)劃在墨爾本、悉尼和布里斯班打造電動(dòng)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(dòng)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(dòng)汽車產(chǎn)品推上市場(chǎng)。,我國(guó)國(guó)家科技部自“九五”開(kāi)始支持電動(dòng)汽車的研究、開(kāi)發(fā)和產(chǎn)業(yè)化?！笆濉逼陂g，通過(guò)科技部電動(dòng)汽車重大科技專項(xiàng)的支持，從電動(dòng)汽車關(guān)鍵零部件到電動(dòng)汽車整車均取得了豐碩的科研成果，分別完成了純電動(dòng)汽車、混合動(dòng)力電動(dòng)汽車、燃料電池電動(dòng)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(dòng)汽車重大科技專項(xiàng)計(jì)劃,“十五”期間，在電動(dòng)汽車示范運(yùn)行應(yīng)用方面，國(guó)家科技部共支持北京、天津、武漢、威海、杭州、株洲6個(gè)示范運(yùn)營(yíng)城市對(duì)各種類型的電動(dòng)汽車開(kāi)展了對(duì)比試驗(yàn)和示范運(yùn)行，累計(jì)投入運(yùn)營(yíng)車輛186臺(tái)，運(yùn)營(yíng)里程290余萬(wàn)公里，實(shí)現(xiàn)運(yùn)送乘客430余萬(wàn)人。,“十一五”期間，國(guó)家科技部牽頭聯(lián)合國(guó)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(gòu)買新能源汽車”計(jì)劃，推進(jìn)電動(dòng)汽車在公共交通和私人應(yīng)用領(lǐng)域的發(fā)展?，F(xiàn)已建立電動(dòng)汽車示范城市25個(gè)，累計(jì)運(yùn)行新能源汽車超過(guò)萬(wàn)輛，建設(shè)私人購(gòu)買新能源汽車示范城市6個(gè)，從2011年開(kāi)始，私人購(gòu)買新能源汽車已全面推開(kāi)。,【課堂活動(dòng)】“電動(dòng)汽車興衰”原因剖析,活動(dòng)目的：鞏固對(duì)電動(dòng)汽車發(fā)展歷史的認(rèn)識(shí)所需材料：紙筆等?；顒?dòng)方式：小組討論的方式活動(dòng)過(guò)程：學(xué)生分組討論，以知識(shí)鏈接為基礎(chǔ)，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)或其他工具搜集資料，撰寫(xiě)“動(dòng)力電池與電動(dòng)車輛發(fā)展歷史及啟示”討論稿，分組討論剖析電動(dòng)汽車興衰變換的原因。講述完畢后進(jìn)行自我完善，哪些問(wèn)題自己考慮到了而別人沒(méi)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(shí)點(diǎn)；哪些問(wèn)題是自己沒(méi)有考慮到而別人考慮到了，亦即不足點(diǎn)。,3.預(yù)測(cè)電動(dòng)汽車與動(dòng)力電池發(fā)展趨勢(shì),學(xué)習(xí)目的,典型的動(dòng)力電池特點(diǎn)及發(fā)展趨勢(shì)分析,不同類型的動(dòng)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(lái)段時(shí)間內(nèi)仍將是國(guó)內(nèi)外電動(dòng)汽車用動(dòng)力電池的主要類型，會(huì)共同占有電動(dòng)汽車用動(dòng)力電池的市場(chǎng)，燃料電池、鋅空氣電池、超級(jí)電容和超高速飛輪等以其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)在經(jīng)過(guò)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(guò)100多年的發(fā)展，技術(shù)成熟，初期采購(gòu)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(shí)間內(nèi)鉛酸電池仍然會(huì)被較為廣泛使用。,目前來(lái)看鉛酸電池比較適合低速、低成本的電動(dòng)車輛，我國(guó)絕大多數(shù)電動(dòng)自行車的電池采用鉛酸電池，低速短途電動(dòng)汽車領(lǐng)域也有廣泛的應(yīng)用。,目前我國(guó)多個(gè)省份已經(jīng)開(kāi)始放開(kāi)對(duì)低速短途電動(dòng)汽車的政策，在一定意義上將促進(jìn)鉛酸動(dòng)力電池的應(yīng)用。但是鉛及其化合物對(duì)人體有毒，而且鉛酸電池性能大幅度提高的可能性不大，從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)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(dòng)力電池。鎳氫動(dòng)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(dòng)力電動(dòng)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(dòng)車輛用動(dòng)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(dòng)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(dòng)力電池。,近年來(lái)，以鋰離子動(dòng)力電池為代表的先進(jìn)動(dòng)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(dòng)汽車發(fā)展注入了新的活力。目前，能量型鋰離子動(dòng)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(wàn)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(dòng)計(jì)劃,在電池技術(shù)發(fā)展預(yù)測(cè)方面，日本政府在下一代車輛燃料行動(dòng)計(jì)劃中，對(duì)電動(dòng)汽車用動(dòng)力電池的性能發(fā)展進(jìn)行了預(yù)測(cè)(見(jiàn)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)期到2030年，電池性能提高7倍，成本是當(dāng)前的1/40；,德國(guó)國(guó)家電動(dòng)汽車發(fā)展計(jì)劃(2009年)預(yù)測(cè)，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(cè)，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350Wh/kg。因此，電動(dòng)汽車用動(dòng)力電池能量密度將在近年出現(xiàn)質(zhì)的飛躍。電動(dòng)汽車?yán)m(xù)駛里程將不再是困擾電動(dòng)汽車發(fā)展的瓶頸問(wèn)題。,日本車輛燃料行動(dòng)計(jì)劃對(duì)電動(dòng)汽車動(dòng)力電池發(fā)展的預(yù)期和目標(biāo),【課堂活動(dòng)】探索未來(lái)的電動(dòng)汽車,活動(dòng)目的：探索未來(lái)電動(dòng)汽車的特點(diǎn)所需材料：電腦、網(wǎng)絡(luò)、報(bào)刊、雜志等。活動(dòng)方式：小組討論的方式活動(dòng)過(guò)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(lái)電動(dòng)汽車的特點(diǎn)。,【補(bǔ)充材料1】可瞬間充電的電動(dòng)巴士,乘員為135人的電動(dòng)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(dòng)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(dòng)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(dòng)汽車上，作為無(wú)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，而且將減少城市污染和噪音。這種系統(tǒng)能夠使電動(dòng)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(gè)過(guò)程中能夠擺脫難看的架空電力線路。這個(gè)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(dòng)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(dòng)汽車，上路價(jià)59.6萬(wàn)盧比（約合11000美元）號(hào)稱世界上最便宜的電動(dòng)汽車。e20電動(dòng)汽車使用鋰離子電池，單次充電時(shí)間為5小時(shí)，充滿電后可持續(xù)運(yùn)行100公里，最高時(shí)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15萬(wàn)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(dòng)車車身可做充電電池,沃爾沃、英國(guó)倫敦大學(xué)帝國(guó)理工學(xué)院（ImperialCollege）以及歐洲其他七所大學(xué)于2010年初開(kāi)始了一個(gè)長(zhǎng)達(dá)三年的研發(fā)計(jì)劃，這項(xiàng)耗資350萬(wàn)歐元的計(jì)劃主要為了研發(fā)出一種能解決目前充電問(wèn)題的電動(dòng)汽車。,圖1-7以車身為電池，讓電動(dòng)汽車更輕,因?yàn)槟壳捌囍圃焐躺a(chǎn)混合動(dòng)力和電動(dòng)汽車存在的最大問(wèn)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(lái)的重量和體積的增加。而這款“未來(lái)派”電動(dòng)汽車不僅可以實(shí)現(xiàn)在行駛時(shí)存儲(chǔ)制動(dòng)能量，同時(shí)也可以在晚上接通電源充電時(shí)存儲(chǔ)能量。,帝國(guó)理工學(xué)院正致力于研發(fā)一種聚合樹(shù)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(jí)電容植入其間。可以通過(guò)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(dòng)機(jī)罩、車頂?shù)?。如果用這種新材料來(lái)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的鋼板車身，整個(gè)汽車的重量將會(huì)減少15%。這樣不僅可以減輕電動(dòng)汽車的重量，同時(shí)也能夠存儲(chǔ)更多能量。,沃爾沃汽車已經(jīng)制造了兩輛S80試驗(yàn)車來(lái)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)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(wú)線充電技術(shù),據(jù)國(guó)外媒體報(bào)道，美國(guó)知名電動(dòng)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(duì)電動(dòng)汽車的無(wú)線充電技術(shù)。無(wú)獨(dú)有偶，一個(gè)由沃爾沃集團(tuán)、法國(guó)阿爾斯通公司(Alstom)和瑞典能源局(SwedishEnergyAgency)所聯(lián)合領(lǐng)導(dǎo)的項(xiàng)目則正在測(cè)試有關(guān)在快速道路上為電動(dòng)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(dòng)汽車在通過(guò)時(shí)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(cè)試中心建設(shè)了一條長(zhǎng)約0.25英里的測(cè)試道路，該測(cè)試道路內(nèi)部鋪設(shè)了電纜。之后，一臺(tái)擁有集電器(currentcollector)的測(cè)試用卡車在經(jīng)過(guò)這段道路時(shí)會(huì)同電纜自動(dòng)展開(kāi)連接，750V的直流電將對(duì)車輛進(jìn)行充電，并將經(jīng)過(guò)一個(gè)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(guó)博世公司將為美國(guó)日產(chǎn)聆風(fēng)和雪佛蘭沃藍(lán)達(dá)用戶安裝家庭無(wú)線充電樁，每個(gè)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(guò)自動(dòng)感應(yīng)系統(tǒng)為電動(dòng)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(dòng)車開(kāi)發(fā)無(wú)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(dòng)汽車家用充電樁(有線)，而電動(dòng)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(kāi)的汽車技術(shù)會(huì)議“2013年春季大會(huì)”上，豐田公司及日本汽車研究所就電動(dòng)車無(wú)線充電技術(shù)發(fā)表了演講。豐田方面稱，“與純電動(dòng)汽車相比，無(wú)線充電技術(shù)對(duì)混合動(dòng)力車更重要”，豐田也將在各國(guó)大力開(kāi)展標(biāo)準(zhǔn)化活動(dòng)。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(dòng)力汽車用戶詢問(wèn)對(duì)充電操作的評(píng)價(jià)時(shí)，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(duì)充電線纜不滿的人占了絕大部分，他們覺(jué)得充電線過(guò)重，用起來(lái)不方便。豐田認(rèn)為，消除用戶對(duì)充電線不滿的無(wú)線充電技術(shù)對(duì)混合動(dòng)力車更為重要。,要使無(wú)線充電技術(shù)實(shí)用化，國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)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(shí)必須采用標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)，這樣才能夠用一個(gè)充電設(shè)備為多家廠商的車輛充電。事實(shí)上除了電動(dòng)車，混合動(dòng)力車對(duì)無(wú)線充電需求外，還有車內(nèi)充電對(duì)無(wú)線充電的需求。韓國(guó)現(xiàn)代汽車研發(fā)出可對(duì)智能手機(jī)進(jìn)行無(wú)線充電的新款汽車，目前已進(jìn)入最后測(cè)試階段?，F(xiàn)代有望以一般智能手機(jī)使用者為突破口，打開(kāi)無(wú)線充電新市場(chǎng)。,據(jù)報(bào)道，現(xiàn)代汽車的這款新型汽車將于2013年10月問(wèn)世，裝有“勞恩斯”后續(xù)模型的磁性誘導(dǎo)式無(wú)線充電器。裝置在接收研發(fā)汽車搭載的智能手機(jī)無(wú)線充電器技術(shù)將會(huì)是無(wú)線充電市場(chǎng)大眾化的一個(gè)起點(diǎn)。目前，作為一般用途的無(wú)線充電器價(jià)格過(guò)高，而消費(fèi)者優(yōu)先選擇購(gòu)買裝有無(wú)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(wú)線充電器價(jià)格將會(huì)有所下降。,【實(shí)訓(xùn)操作】自制丹尼爾蓄電池和法拉第電動(dòng)機(jī),