國(guó)內(nèi)外純電動(dòng)汽車技術(shù)現(xiàn)狀分析

1、國(guó)內(nèi)外純電動(dòng)汽車技術(shù)現(xiàn)狀分析一、 純電動(dòng)汽車的技術(shù)動(dòng)態(tài) 電動(dòng)汽車的關(guān)鍵技術(shù)為動(dòng)力蓄電池、驅(qū)動(dòng)電機(jī)和電子控 制技術(shù)。 在鋰離子電池技術(shù)、 超級(jí)電容技術(shù)相結(jié)合的基礎(chǔ)上， 許多企業(yè)進(jìn)行技術(shù)改造與集成，研發(fā)了雙電源電動(dòng)汽車、多 能源電動(dòng)汽車等，或者進(jìn)行換電站系統(tǒng)建設(shè)試驗(yàn)，開發(fā)超快 充電技術(shù)，其目的都是為了克服純電動(dòng)車補(bǔ)充電能困難與續(xù) 行里程短的缺陷。1、鋰離子電池技術(shù) 在蓄電池技術(shù)領(lǐng)域，具有重量輕、儲(chǔ)能大、功率大、無(wú) 污染（也無(wú)二次污染）、壽命長(zhǎng)、自放電系數(shù)小、溫度適應(yīng) 范圍寬泛等優(yōu)點(diǎn)的鋰離子電池技術(shù)逐漸取代鉛和鎳氫電池， 成為純電動(dòng)汽車中的核心技術(shù)之一。截至 2006 年 10 月為 止，全球主要國(guó)

2、家已有 20 余家車廠進(jìn)行鋰離子電池研發(fā)， 如富士重工、NEC、東芝、Johnson Controls、Degussa AG/Enax、 Sanyo 電機(jī)、 Panasonic EV Energy 等。我國(guó)在鋰離子電池方 面的研究水平， 有多項(xiàng)指標(biāo)超過(guò)了 USABC 提出的 2010 年長(zhǎng) 期指標(biāo)所規(guī)定的目標(biāo)。目前，專家認(rèn)為鋰離子電池技術(shù)還需 進(jìn)一步發(fā)展。一方面，各企業(yè)所公布的大部分純電動(dòng)汽車蓄電池實(shí)驗(yàn)室測(cè)試數(shù)據(jù)，如加速性能、充電時(shí)間、持續(xù)里程數(shù)等，還須在復(fù)雜的外部環(huán)境實(shí)際運(yùn)行下，進(jìn)一步驗(yàn)證其可靠 性，以及生產(chǎn)批量化質(zhì)量控制。另一方面，我國(guó)鋰離子電池 所需隔膜材料依賴進(jìn)口， 成本尚待降低。 此

3、外， 有專家認(rèn)為， 蓄電池使用壽命還不長(zhǎng)，造成高額使用成本，成為其商業(yè)化 的一大瓶頸。2、超快充電技術(shù) 采用傳統(tǒng)的慢速充電法，純電動(dòng)汽車充滿一次電要好幾 個(gè)小時(shí)。這雖然能夠保證相對(duì)較長(zhǎng)的續(xù)駛里程，但由于要安 裝許多電池，增加了車輛的重量和成本，對(duì)電池一致性的要 求也較高。 現(xiàn)在， 快速充電電池技術(shù)出現(xiàn)， 具有壽命長(zhǎng) （可 充電 2000 次以上）、沒有記憶性、可以大容量充電及放電 等特點(diǎn)，在幾分鐘內(nèi)就可充 70%80%的電。前面所述的東 芝可急速充電鋰離子技術(shù)，即是快速充電技術(shù)的其中之一， 這為純電動(dòng)汽車的商業(yè)化提供了技術(shù)支持。但是也有學(xué)者對(duì)于蓄電池的快速充電提出疑問(wèn)，認(rèn)為快速充電時(shí)的過(guò)充電和

4、 過(guò)放電有可能會(huì)惡化各電池在電池組內(nèi)協(xié)同工作的環(huán)境，造 成電池組整體的瓦解崩潰?，F(xiàn)在許多企業(yè)在這方面積極進(jìn)行 研發(fā)，也有所進(jìn)展。 2005 年參考消息報(bào)導(dǎo)內(nèi)華達(dá)州有 企業(yè)研制出納米電池，只需 6 分鐘就能充滿電，每次充電后 的使用時(shí)間能達(dá)到目前充電電池的 10 倍，使電池充電次數(shù) 量高達(dá)到 2 萬(wàn)次，所提供的電流強(qiáng)度最大能到現(xiàn)在的 3 倍。 這也成為目前純電動(dòng)汽車電池技術(shù)的發(fā)展動(dòng)向之一。3、電池與電容相結(jié)合技術(shù) 超級(jí)電容具有充電快、無(wú)記憶充放電、充放電循環(huán)次數(shù) 高、無(wú)二次污染等優(yōu)異特性，但有放電快的缺點(diǎn)；鋰離子電 池具有儲(chǔ)電量大、儲(chǔ)存時(shí)間長(zhǎng)的優(yōu)點(diǎn)，但充電時(shí)間比較長(zhǎng)。 取兩者之長(zhǎng)，結(jié)合起來(lái)使用在

5、電動(dòng)汽車上，除了可以具有傳 統(tǒng)純電動(dòng)汽車的“電代油”和“零排放”主要優(yōu)點(diǎn)外，還具 有一次充電行駛距離長(zhǎng) （可達(dá) 300 公里） 、速度快（可達(dá) 100 公里 /小時(shí)）、行使過(guò)程中能量回收效率高等優(yōu)點(diǎn)，代表了純電動(dòng)汽車的最新發(fā)展方向之一。目前已有富士重工和NEC聯(lián)合開發(fā)“鋰離子電容器”，能量密度達(dá) 30 瓦時(shí) /千克，為先前電容器的 4 倍，達(dá)到了用于電動(dòng)汽車的實(shí)用水平。中國(guó) 有上海瑞華集團(tuán)研制環(huán)保型混合電能超級(jí)電容電動(dòng)汽車，還 有國(guó)家電網(wǎng)公司在這方面已經(jīng)完成了 3 種電池 -電容混合型 電力工程車輛的改裝和性能測(cè)試，并將開展示范應(yīng)用。4、CTC 電車蓄電池和 360°聚光太陽(yáng)能電池車

6、載充電技 術(shù)CTC 電車蓄電池和 360°聚光太陽(yáng)能充電技術(shù)通過(guò)在換 電站快速更換大容量蓄電池的技術(shù)手段獲取足夠的電能，并 通過(guò) 360°聚光太陽(yáng)能電池車載充電技術(shù)進(jìn)行能源補(bǔ)充。這 種技術(shù)手段簡(jiǎn)單實(shí)用，克服了純電動(dòng)車補(bǔ)充電能困難與續(xù)行 里程短的缺陷，可使續(xù)行里程提高至 400KM ，并能延長(zhǎng)蓄電 池的使用壽命。不過(guò)這種技術(shù)尚在試驗(yàn)過(guò)程之中。5、電動(dòng)輪技術(shù)電動(dòng)輪亦稱輪內(nèi)電動(dòng)機(jī)( In-Wheel Motor )。目前大部 分重型礦用自卸汽車所采用的電動(dòng)輪是直流電動(dòng)機(jī)，而第二 代純電動(dòng)汽車所采用的是交流傳動(dòng)系統(tǒng)。其工作原理如下： 交流傳動(dòng)系統(tǒng)中的永磁式三相同步伺服交流電動(dòng)機(jī)緊湊

7、地 收藏于車輪內(nèi)，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子通過(guò)轉(zhuǎn)子托架與車輪輪轂相 聯(lián)，而輪轂支撐于轉(zhuǎn)向節(jié)上，輪胎隨同電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子一同旋 轉(zhuǎn)；而電動(dòng)機(jī)的定子則通過(guò)定子托板、輪轂、轉(zhuǎn)向節(jié)連接于 車身上。該電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子為永久磁鐵，當(dāng)向電動(dòng)機(jī)的定子線圈中通以交流電流時(shí)，定 子便會(huì)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，使永磁式轉(zhuǎn)子連同輪胎一起旋轉(zhuǎn)，即 整個(gè)車輪旋轉(zhuǎn)起來(lái)。目前已有三菱公司與東洋公司合作開發(fā) 了用于藍(lán)瑟（Lancer）四輪驅(qū)動(dòng)純電動(dòng)轎車的電動(dòng)輪。每個(gè) 電動(dòng)輪的最大功率為50千瓦，最大扭矩為518牛米，最高 轉(zhuǎn)速為 1500轉(zhuǎn)/分，一次充電的行駛里程可達(dá) 250公里，最高 車速可達(dá)到 150公里 /小時(shí)。二、 電動(dòng)汽車用鋰離子電池技術(shù)的國(guó)內(nèi)外

8、進(jìn)展簡(jiǎn)析1、電動(dòng)汽車電池技術(shù)獲得突破性發(fā)展 蓄電池及其管理系統(tǒng)是電動(dòng)汽車的關(guān)鍵技術(shù)之一。在以 往幾年中，大部分企業(yè)在電動(dòng)汽車研制中曾遭遇尷尬，主要 是因?yàn)椴捎昧算U酸、鎳鎘、鎳氫電池（ Ni-MH ）等?，F(xiàn)在， 經(jīng)過(guò)研制與實(shí)驗(yàn)比較，采用能量密度更高的鋰離子電池取代 鉛和鎳氫電池，運(yùn)用于汽車領(lǐng)域正成為一項(xiàng)核心技術(shù)，它具 有重量輕、儲(chǔ)能大、功率大、無(wú)污染、也無(wú)二次污染、壽命 長(zhǎng)、自放電系數(shù)小、溫度適應(yīng)范圍寬泛，是電動(dòng)自行車、電 動(dòng)摩托車、電動(dòng)小轎車、電動(dòng)大貨車等較為理想的車用蓄電 池。缺點(diǎn)是價(jià)格較貴、安全性較差。不過(guò)現(xiàn)在已有技術(shù)開發(fā) 錳酸鋰、磷酸鐵鋰、磷酸釩鋰等新型材料，大大提高了鋰離 子電池的安全

9、性，而且降低了成本。2、鋰離子電池產(chǎn)業(yè)化動(dòng)態(tài) 隨著成本的急劇降低和性能的大幅度提高，已有許多汽 車生產(chǎn)廠家開始投入使用鋰離子電池。下表是主要鋰離子電 池廠商研發(fā)與生產(chǎn)概要。截至 2006年 10月為止，全球主要國(guó) 家已有 20余家車廠進(jìn)行鋰離子電池研發(fā)。如富士重工與NEC合作開發(fā)廉價(jià)的單體（ Cell ）錳系鋰離子電池（即錳酸鋰電 池），具有高安全性、低制造成本特點(diǎn)，在車載環(huán)境下的壽 命高達(dá) 12年、 10萬(wàn)公里，與純電動(dòng)汽車的整車壽命相當(dāng)。東芝開發(fā)的可急速充電鋰離子蓄電池組，除了小型、大容量的 特點(diǎn)之外，采用了能使納米級(jí)微粒均一化固定技術(shù)，可使鋰 離子均勻地吸附在蓄電池負(fù)極上，能在一分鐘之內(nèi)

10、充電至其 容量的 80% ，再經(jīng) 6分鐘便可充滿電。美國(guó)的主要電池廠Johnson Controls針對(duì)電動(dòng)車需求特性的鋰離子電池于2005年9月在威斯康星州 Milwaukee 設(shè)立研發(fā)地點(diǎn)， 2006年 1月另出資50%與法國(guó)電池廠 Saft共同成立Johnson Controls SaftAdvanced Power Solution (JCS)。JCS 于 2006年 8月承接了 美國(guó)能源部(DOE)所主導(dǎo) 2年 USABC(United States AdvancedBatteryConsortium) 純電動(dòng)車鋰離子電池研發(fā)計(jì)劃合約，另外 亦與車廠簽約提供高功率鋰離子電池。我國(guó)在鋰

11、離子電池方面的研究水平，有多項(xiàng)指標(biāo)超過(guò)了USABC提出的2010年長(zhǎng)期指標(biāo)所規(guī)定的目標(biāo)，已能自主開發(fā)出用量在 5080公斤以下，可適用于電動(dòng)自行車、電動(dòng)摩托 車、電油混合動(dòng)力車、油電混合動(dòng)力電動(dòng)車，行駛距離在 80 公里以內(nèi)的小型、輕型供上下班使用的家用電動(dòng)小轎車的鋰 離子蓄電池，并有足夠好的安全行駛性能。從1 997年開始產(chǎn)業(yè)化經(jīng)驗(yàn)的蘇州星恒作為國(guó)家鋰離子動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)化示范 工程項(xiàng)目基地， 其研發(fā)的動(dòng)力電池組已通過(guò)美國(guó) UL 和歐盟獨(dú) 立組織 Extra Energy 的測(cè)試認(rèn)證， 并在蘇州建成第一條動(dòng)力鋰 離子電池的生產(chǎn)線并順利試產(chǎn)，目前已實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)。3、蓄電池技術(shù)還需繼續(xù)進(jìn)一步發(fā)展 目前，鋰離子電池應(yīng)用于電動(dòng)車的課題，有電池壽命機(jī) 理（高功率電池老化特征、老化電池診斷、老化電池電化學(xué) 模型、電池壽命預(yù)測(cè)方法開發(fā)）、電池的低溫性能表現(xiàn)（低 溫性能特點(diǎn)、 低溫電解質(zhì)模型、 低溫性能模擬） 、容許偏差、 過(guò)熱偏差、過(guò)負(fù)載偏差、檢查診斷與降低電池成本（材料篩 選與開發(fā)、低成本制造）等。而長(zhǎng)期探索研究主要集中在系 統(tǒng)與材料兩方面。