現(xiàn)代電動汽車發(fā)展及技術(shù)

1、現(xiàn)代電動汽車開展及技術(shù)【摘要】純電動汽車，它是完全由可充電電池提供動力源的汽車。雖然它已有134年的悠久歷史，但一直僅限于某些特定范圍內(nèi)的應(yīng)用，市場較小。電動汽車的技術(shù)核心主要有電池技術(shù)，電力驅(qū)動及其控制系統(tǒng)，電動汽車整車技術(shù)，能量管理計術(shù)等?，F(xiàn)代電動汽車開展速度越來越快，通過對電動汽車各主要技術(shù)國家的開展比照，了解開展?fàn)顩r及其關(guān)鍵技術(shù)?！娟P(guān)鍵詞】開展現(xiàn)狀；電動汽車；電動汽車核心技術(shù)；傳動比Abstract: Electric vehicles, it is provided by a rechargeable battery power source car. Although it has

2、 been 134 years of history, but it has been only within a certain range, the market is small. The core technology of electric vehicles battery technology, electric drive and control system, electric vehicle technology, energy management technology. The increasingly rapid pace of development of moder

3、n electric vehicles, by comparison of the major countries of the electric car development to understand the development status and key technologies. 資料個人收集整理，勿做商業(yè)用途Key words: development status；electric vehicles；electric vehicle technology；drive ratio1 背景及開展1.1 背景環(huán)境在全球能源和環(huán)境問題的嚴(yán)峻形勢下, 汽車工業(yè)正面臨巨大挑戰(zhàn), 節(jié)能與

4、減排的技術(shù)變革迫在眉睫。目前, 節(jié)能與新能源汽車已經(jīng)成為國家科技開展的戰(zhàn)略重點, 其中, 電動汽車作為主要技術(shù)方案之一倍受矚目。目前人們所說的電動汽車多是指純電動汽車，即是一種采用單一蓄電池作為儲能動力源的汽車。它利用蓄電池作為儲能動力源，通過電池向電機提供電能，驅(qū)動電動機運轉(zhuǎn)，用電機驅(qū)動車輪行駛，符合道路交通、平安法規(guī)各項要求的車輛。由于對環(huán)境影響相對傳統(tǒng)汽車較小，其前景被廣泛看好，但當(dāng)前技術(shù)尚不成熟。從外形上看，電動汽車與日常見到的汽車并沒有什么區(qū)別，區(qū)別主要在于動力源及其驅(qū)動系統(tǒng)。即純電動汽車的電動機相當(dāng)于傳統(tǒng)汽車的發(fā)動機，蓄電池相當(dāng)于原來的油箱。1.2 國內(nèi)外現(xiàn)狀及前景知名戰(zhàn)略咨詢機構(gòu)

5、貝恩公司發(fā)布的調(diào)研報告稱：未來幾年，全球電動汽車有望到達(dá)150萬輛，其中中國將以20萬輛的份額占據(jù)全球最大的潛在市場。該報告還將購置電動汽車的消費者大致分為四類，分別為：樂于接受新技術(shù)的“高端消費者、注重環(huán)保的“綠色先行者、預(yù)算有限的“價格敏感者和盡量躲避風(fēng)險的“觀望跟風(fēng)者。 大有誰掌握了“電動車市場誰就掌握了未來世界經(jīng)濟引擎的意味。據(jù)媒體報道：中日韓三國都正在為其未來的經(jīng)濟支柱電動車產(chǎn)業(yè)暗自較勁。其中日本占據(jù)電池和核心控制系統(tǒng)上的優(yōu)勢，擁有最大汽車市場的中國那么占據(jù)市場優(yōu)勢，而韓國的優(yōu)勢在核心配件電池上。有專家戲稱，如果將占技術(shù)優(yōu)勢的日本比之于魏，占市場優(yōu)勢的中國比之于吳，那韓國自然當(dāng)比西蜀

6、，從整體上看，韓國電動車產(chǎn)業(yè)在三足鼎立中略顯羸弱。1.2.1 技術(shù)強國日本最近，日本經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)省公布了“新一代汽車戰(zhàn)略，日本政府將電動汽車和混合動力汽車等定義為“新一代汽車，并將該戰(zhàn)略納入日本的國家新一輪經(jīng)濟開展規(guī)劃，日本政府為汽車業(yè)設(shè)定的總體戰(zhàn)略目標(biāo)是“使日本開展成為新一代汽車的研發(fā)中心。2021年底，日本三菱汽車就開始生產(chǎn)世界首個批量生產(chǎn)的高速電動車“i-MiEV。該車充一次電可以行駛130公里，最高時速為130公里。最近，美、日、歐投放市場的日產(chǎn)Leaf充一次電可以最高行駛200公里，時速可以到達(dá)145公里。這是將電動車提升到了同汽油車一樣的水平。日產(chǎn)方案擴大電動車的普及率，到2021年每

7、年生產(chǎn)25萬臺。豐田、本田也將在明年下半年進入電動車市場。他們是在使用混合動力技術(shù)的插電式電動車領(lǐng)域走在前列的企業(yè)。1.2.2 市場大國中國無疑，中國最大的武器就是廣闊的市場。美國市場調(diào)查企業(yè)JD Power認(rèn)為，10年后中國市場將消化全世界電動10%左右的產(chǎn)量。中國外鄉(xiāng)企業(yè)比亞迪BYD將引領(lǐng)中國電動車市場。比亞迪進軍美國主打的品牌就是新能源車。吉利汽車自收購沃爾沃之后，針對可以期待的電動汽車市場，目前正在尋求與富士康聯(lián)手展開新能源以及汽車電子方面的合作。在中國，興旺國家汽車企業(yè)的競爭也非常劇烈。通用GM即將把Chevrolet Vol投入市場，方案在明年上半年在中國上海進行生產(chǎn)。日產(chǎn)也在研討

8、在中國建設(shè)電動車生產(chǎn)設(shè)施的方案。中國政府方案通過像這樣同國際企業(yè)合作來引進先進技術(shù)，一口氣趕上韓國和日本。有人說中國的比亞迪等已經(jīng)在電池等局部領(lǐng)域擁有了同韓國不相上下的技術(shù)能力，或者說是已經(jīng)超過了韓國?！笆迤陂g純電驅(qū)動汽車銷量到達(dá)同類車型總銷量1%左右的目標(biāo)。規(guī)劃指出，電器化程度比擬高的“純電驅(qū)動電動汽車是中國新能源汽車技術(shù)的開展方向和重中之重。到2021年，在整車、關(guān)鍵零部件、公共平臺等29個技術(shù)創(chuàng)新方向上實現(xiàn)關(guān)鍵技術(shù)突破，全面掌握核心技術(shù)，預(yù)期申請電動汽車核心技術(shù)專利達(dá)3000項以上，在30個以上城市進行規(guī)?；痉锻茝V，在5個以上城市進行新型商業(yè)化模式試點應(yīng)用，為實現(xiàn)電動汽車規(guī)模產(chǎn)業(yè)化

9、、尤其是純電驅(qū)動汽車銷量到達(dá)同類車型總銷量1%左右的重要門檻提供科技支撐。據(jù)中汽協(xié)數(shù)據(jù)，2021年我國轎車年銷量約為1200萬輛，純電動汽車銷量占比1%，即為12萬輛。1.2.3 困境中的韓國Eugene證券分析師樸尚源表示：如果把日本的電動車技術(shù)設(shè)定為100，除電池之外韓國的技術(shù)就是80以下。韓國的優(yōu)勢是電池技術(shù)和銷路。電池是占電動車價格30%以上的核心部件。LG化學(xué)不僅僅同現(xiàn)代汽車，而且還同CT&美國的通用、福特、Eaton以及歐洲的雷諾、沃爾沃和中國的長安汽車簽訂了長期供貨合同。預(yù)計此公司僅憑汽車充電電池在明年就可以實現(xiàn)3 000億韓元的銷售額，在2021年實現(xiàn)3萬億韓元的銷售額

10、。三星SDI和德國博世的合資公司SB limotive的戰(zhàn)略是集中給BMW、奔馳、群眾汽車等歐洲企業(yè)供貨，以此超過LG化學(xué)。SK能源也在獲得了現(xiàn)代·起亞的電動車合同之后將目光放到了海外企業(yè)身上。另外一方面，韓國的弱點是政府沒能解決電動車補助金的問題。只是說從明年開始公共機構(gòu)在購置電動車時會得到同同等汽油車差價的50%的補助，最高補助金額為2 000萬韓元。因此完成了電動車開發(fā)的雷諾三星推遲了生產(chǎn)。雷諾三星相關(guān)人士表示：要想使電動車得到普及，補助金是必須的。如果沒有補助金，量產(chǎn)電動車的價格每臺將超過4 000萬韓元，毫無競爭力可言。1.3 電動車市場的明日之戰(zhàn)在整個電動車開發(fā)的蛋糕上，

11、分羹搶食的絕非僅僅上述三國。美國、歐洲等老牌“帝國主義國家以及“印度“巴西等新興經(jīng)濟體也將以更加積極的姿態(tài)來參與競爭。無疑，日本是其中的佼佼者，他依靠原有汽車技術(shù)強國的地位，依靠政府、企業(yè)的重視，將在未來的競爭中占據(jù)主導(dǎo)優(yōu)勢。2 電動汽車特點及優(yōu)勢2.1 無污染、噪聲小電動汽車無內(nèi)燃機汽車工作時產(chǎn)生的廢氣，不產(chǎn)生排氣污染，對環(huán)境保護和空氣的潔凈是十分有益的，幾乎是“零污染。眾所周知，內(nèi)燃機汽車廢氣中的CO、HC及NOX、微粒、臭氣等污染物形成酸雨酸霧及光化學(xué)煙霧。電動汽車無內(nèi)燃機產(chǎn)生的噪聲，電動機的噪聲也較內(nèi)燃機小。噪聲對人的聽覺、神經(jīng)、心血管、消化、內(nèi)分泌、免疫系統(tǒng)也是有危害的。2.2 結(jié)構(gòu)

12、簡單、維修方便電動汽車較內(nèi)燃機汽車結(jié)構(gòu)簡單，運轉(zhuǎn)、傳動部件少，維修保養(yǎng)工作量小。當(dāng)采用交流感應(yīng)電動機時，電機無需保養(yǎng)維護，更重要的是電動汽車易操縱。2.3 能量轉(zhuǎn)換效率高電動汽車的研究說明，其能源效率已超過汽油機汽車。特別是在城市運行，汽車走走停停，行駛速度不高，電動汽車更加適宜。電動汽車停止時不消耗電量，在制動過程中，電動機可自動轉(zhuǎn)化為發(fā)電機，實現(xiàn)制動減速時能量的再利用。有些研究說明，同樣的原油經(jīng)過粗煉，送至電廠發(fā)電，經(jīng)充入電池，再由電池驅(qū)動汽車，其能量利用效率比經(jīng)過精煉變?yōu)槠?，再?jīng)汽油機驅(qū)動汽車高，因此有利于節(jié)約能源和減少二氧化碳的排量。2.4 平抑電網(wǎng)的峰谷差可在夜間利用電網(wǎng)的廉價“谷

13、電進行充電，起到平抑電網(wǎng)的峰谷差的作用。電動汽車的應(yīng)用可有效地減少對石油資源的依賴，可將有限的石油用于更重要的方面。向蓄電池充電的電力可以由煤炭、天然氣、水力、核能、太陽能、風(fēng)力、潮汐等能源轉(zhuǎn)化。除此之外，如果夜間向蓄電池充電，還可以避開用電頂峰，有利于電網(wǎng)均衡負(fù)荷，減少費用。3 純電動汽車核心技術(shù) 開展電動汽車必須解決好4個方面的關(guān)鍵技術(shù)：電池技術(shù)、電機驅(qū)動及其控制技術(shù)、電動汽車整車技術(shù)以及能量管理技術(shù)。 3.1 電池技術(shù)電池是電動汽車的動力源泉，也是一直制約電動汽車開展的關(guān)鍵因素。電動汽車用電池的主要性能指標(biāo)是比能量(E)、能量密度(Ed)、比功率(P)、循環(huán)壽命(L)和本錢(C)等。要使

14、電動汽車能與燃油汽車相競爭，關(guān)鍵就是要開發(fā)出比能量高、比功率大、使用壽命長的高效電池。電池性能決定了純電動車的最大行程、充電時間。電池本錢占了整體本錢相當(dāng)大的比重，制造電池的排碳量也占了整個使用周期排碳量相當(dāng)大部份(43%)。所以電池是純電動車開展的最重要的技術(shù)關(guān)鍵。 到目前為止，電動汽車用電池經(jīng)過了3代的開展，已取得了突破性的進展。第1代是鉛酸電池，目前主要是閥控鉛酸電池(VRLA)，由于其比能量較高、價格低和能高倍率放電，因此是目前惟一能大批量生產(chǎn)的電動汽車用電池。第2代是堿性電池，主要有鎳鎘(NJ-Cd)、鎳氫(Ni-MH)、鈉硫(Na/S)、鋰離子(Li-ion)和鋅空氣(Zn/Air

15、)等多種電池，其比能量和比功率都比鉛酸電池高，因此大大提高了電動汽車的動力性能和續(xù)駛里程，但其價格卻比鉛酸電池高。第3代是以燃料電池為主的電池。燃料電池直接將燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?，能量轉(zhuǎn)變效率高，比能量和比功率都高，并且可以控制反響過程，能量轉(zhuǎn)化過程可以連續(xù)進行，因此是理想的汽車用電池，但目前還處于研制階段，一些關(guān)鍵技術(shù)還有待突破問。動力電池技術(shù)是電動汽車的核心技術(shù)之一，動力電池性能的好壞與開展電動汽車的前景息息相關(guān)?；貞涬妱悠嚢倌隁v史，電動汽車在汽車開展史中前兩次機遇都沒有得到開展，總結(jié)起來存在以下幾點原因:資料個人收集整理，勿做商業(yè)用途1、續(xù)駛里程:大多數(shù)鉛酸電池電動汽車一次充電只能行

16、駛100km，鋰離子電池電動汽車接近200km，不適合長途行駛，而傳統(tǒng)汽油車輛最大行駛距離可超400km。2、充電時間:電動汽車慢充充電時間長達(dá)6小時，即使是采用“快速充電到動力電池80%容量的方式，也需要0.5h，這樣大大降低了汽車即充即用的實用性能，而汽油車輛一次加油時間不過幾分鐘。3、電池本錢:電池價格昂貴，目前動力鋰電池的價格約在5元/瓦時，通過計算，一輛電動轎車，動力電池本錢約為10萬元，而且動力電池的循環(huán)使用壽命在1500次左右，按照充電一次行駛150km，根據(jù)介統(tǒng)計，北京平均每輛汽車一年行駛是47000公里，這樣計算得到電池的使用壽命不到5年時間，假設(shè)使用不當(dāng)壽命還會降低，按汽車

17、10年報廢來算，中途需要更換一次動力電池。4、比容量或比能量:目前廣泛使用的鋰離子電池比容量在100Ah/g，這只是計算單體電池電芯的重量得來，假設(shè)加上單體外包裝、電極、電池箱體、導(dǎo)線、電池管理系統(tǒng)等，根據(jù)實際經(jīng)驗，其實際比容量只有20Ah/kg左右。一輛單體電池額定容量為60Ah，總電壓為380V的電動轎車，動力電池的重量為300kg左右，給整車帶來的額外負(fù)擔(dān)是嚴(yán)重的，而且還占用了相當(dāng)大的車輛空間，導(dǎo)致整車布置困難。3.2 電力驅(qū)動及其控制技術(shù) 電動機與驅(qū)動系統(tǒng)是電動汽車的關(guān)鍵部件，要使電動汽車有良好的使用性能，驅(qū)動電機應(yīng)具有調(diào)速范圍寬、轉(zhuǎn)速高、啟動轉(zhuǎn)矩大、體積小、質(zhì)量小、效率高且有動態(tài)制動

18、強和能量回饋等特性。目前，電動汽車用電動機主要有直流電動機(DCM)、感應(yīng)電動機(IM)、永磁無刷電動機(PMBLM)和開關(guān)磁阻電動機(SRM)4類。近幾年來，由感應(yīng)電動機驅(qū)動的電動汽車幾乎都采用矢量控制和直接轉(zhuǎn)矩控制。由于直接轉(zhuǎn)矩的控制手段直接、結(jié)構(gòu)簡單、控制性能優(yōu)良和動態(tài)響應(yīng)迅速，因此非常適合電動汽車的控制。美國以及歐洲研制的電動汽車多采用這種電動機。永磁無刷電動機可以分為由方波驅(qū)動的無刷直流電動機系統(tǒng)(BLDCM)和由正弦波驅(qū)動的無刷直流電動機系統(tǒng)(PMSM)，它們都具有較高的功率密度，其控制方式與感應(yīng)電動機根本相同，因此在電動汽車上得到了廣泛的應(yīng)用。PMSM類電機具有較高的能量密度和效

19、率，其體積小、慣性低、響應(yīng)快，非常適應(yīng)于電動汽車的驅(qū)動系統(tǒng)，有極好的應(yīng)用前景。目前，由日本研制的電動汽車主要采用這種電動機。開關(guān)磁阻電動機(SRM)具有簡單可靠、可在較寬轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩范圍內(nèi)高效運行、控制靈活、可四象限運行、響應(yīng)速度快和本錢較低等優(yōu)點。實際應(yīng)用發(fā)現(xiàn)SRM存在轉(zhuǎn)矩波動大、噪聲大、需要位置檢測器等缺點，應(yīng)用受到了限制。隨著電動機及驅(qū)動系統(tǒng)的開展，控制系統(tǒng)趨于智能化和數(shù)字化。變結(jié)構(gòu)控制、模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、自適應(yīng)控制、專家控制、遺傳算法等非線性智能控制技術(shù)，都將各自或結(jié)合應(yīng)用于電動汽車的電動機控制系統(tǒng)。3.3 電動汽車整車技術(shù)電動汽車是高科技綜合性產(chǎn)品，除電池、電動機外，車體本身也包含很

20、多高新技術(shù)，有些節(jié)能措施比提高電池儲能能力還易于實現(xiàn)。采用輕質(zhì)材料如鎂、鋁、優(yōu)質(zhì)鋼材及復(fù)合材料，優(yōu)化結(jié)構(gòu)，可使汽車自身質(zhì)量減輕30%-50%；實現(xiàn)制動、下坡和怠速時的能量回收；采用高彈滯材料制成的高氣壓子午線輪胎，可使汽車的滾動阻力減少50%；汽車車身特別是汽車底部更加流線型化，可使汽車的空氣阻力減少50%。3.4 能量管理技術(shù)蓄電池是電動汽車的儲能動力源。電動汽車要獲得非常好的動力特性，必須具有比能量高、使用壽命長、比功率大的蓄電池作為動力源。而要使電動汽車具有良好的工作性能，就必須對蓄電池進行系統(tǒng)管理。能量管理系統(tǒng)是電動汽車的智能核心。一輛設(shè)計優(yōu)良的電動汽車，除了有良好的機械性能、電驅(qū)動性

21、能、選擇適當(dāng)?shù)哪芰吭?即電池)外，還應(yīng)該有一套協(xié)調(diào)各個功能局部工作的能量管理系統(tǒng)，它的作用是檢測單個電池或電池組的荷電狀態(tài)，并根據(jù)各種傳感信息，包括力、加減速命令、行駛路況、蓄電池工況、環(huán)境溫度等，合理地調(diào)配和使用有限的車載能量；它還能夠根據(jù)電池組的使用情況和充放電歷史選擇最正確充電方式，以盡可能延長電池的壽命。世界各大汽車制造商的研究機構(gòu)都在進行電動汽車車載電池能量管理系統(tǒng)的研究與開發(fā)。電動汽車電池當(dāng)前存有多少電能，還能行駛多少公里，是電動汽車行駛中必須知道的重要參數(shù)，也是電動汽車能量管理系統(tǒng)應(yīng)該完成的重要功能。應(yīng)用電動汽車車載能量管理系統(tǒng)，可以更加準(zhǔn)確地設(shè)計電動汽車的電能儲存系統(tǒng)，確定一個最正確的能量存儲及管理結(jié)構(gòu)，并且可以提高電動汽車本身的性能。在電動汽車上實現(xiàn)能量管理的難點，