电动汽车综述

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1、电动汽车发展现状和趋势的研究摘要：能源问题和环保问题推动了电动汽车的发展，电动汽车已经进入了一个新的发展时 期。本文主要介绍了电动汽车的发展历史和趋势并对技术瓶颈做了部分介绍。关键词：电动汽车，历史，现状，趋势，技术瓶颈Abstract:Study of the development status andthe trend of the Electrie CarEnergy and environmentai problems have promoted theKey Words： the elec triedevelopme nt of the elec trie car.The elec

2、 trie car has ent ered a new period of development.This article mainly introduces the history and tendency of the development of the electrie car and part of the technical bottleneck.car,his to ry,s tatus,t endency ,t echnical bottleneck1. 电动汽车的历史1.1电动汽车的兴起电动汽车的历史并不比内燃机汽车短，它也是最古老的汽车之一，甚至比奥托循环发动 机（柴油

3、机）和奔驰发动机（汽油机）还要早。苏格兰商人罗伯特-安德森在1832年到1839年之 间研发出电动车.1835年，荷兰教授Si brandus Stratingh设计了一款小型电动车，他的助手克里斯托弗贝 克则负责制造。但更具实用价值，更成功的电动车由美国人托马斯-达文波特和苏格兰人罗 伯特-戴维森在1842年研制，他们首次使用了不可充电电池。Gaston Plante于1865年在法国研发出性能更好的蓄电池，其同乡卡米尔-福尔又在1881 年对电池进行了改进，提高了电池容量，为电动车的发展铺平了道路。奥地利发明家Franz Kravogl在1867年的巴黎世界博览会推出了一款双轮驱动电动车。

4、法国和英国成为第一批支 持发展电动汽车发展的国家。1881年11月，法国发明家Gustave Trouve在巴黎举行的国际 电力博览会上演示了三轮电动车，托马斯-帕克表示电动车可在1884年实现量产。1897年，美国费城电车公司研制的纽约电动出租车实现了电动车的商用化。20世纪初， 安东尼电气、贝克、底特律电气（安德森电动车公司）、爱迪生、Studebaker和其它公司相继 推出电动汽车，电动车的销量全面超越汽油动力汽车。电动车也逐渐成为上流社会喜好的城 市用车，电动车清洁、安静，并且易于操控的特点，非常适合女性驾驶。由于当时没有晶体 管技术，因此电动车的性能也受到限制，这些早期的电动车极速大

5、约只有32 km/h。在19世纪末20世纪初迎来经济繁荣的美国，人们的收入快速增长,汽车开始流行起来。 1899年和1900年，电动车销量远远超过其它动力的汽车。电动汽车相比同时代的其它动力 汽车具有非常明显的优势，它们没有震动，没有难闻的废气，也没有汽油机巨大的噪音。汽 油机汽车需要换挡，令其操控起来比较繁杂，而电动车不需要切换挡位。虽然蒸汽机汽车也 不需要换挡，但却需要长达45分钟的漫长的预热时间。并且蒸汽机汽车加一次水的续航里 程，相比电动车单次充电的续航里程更短。由于当时只有城市中才拥有良好路面，大部分时 候汽车都只能在本地使用，因此电动车续航里程短的问题并没有成为阻碍其发展的原因。电

6、动车最初因为缺乏充电配套设施而阻碍了发展，但是随着电网的高速发展，到了 1912 年，很多美国家庭都已经通电，从而能够在家中完成充电。在世纪之交，有40%的美国汽车 采用蒸汽机，38%的汽车采用电力驱动，22%的汽车使用汽油动力。美国的电动车保有量达 到33842辆，电动车在19世纪20年代大获成功，销量在1912年达到了顶峰。山1.2电动车的衰退电动车在20世纪初迎来成功之后，很快又失去了成长的势头。从20世纪20年代开始， 电动汽车逐渐被内燃机汽车替代，究其原因主要有四点。1）美国在城市间建立起良好的公 路网络，需要汽车拥有更长的续航里程；2）德克萨斯、俄克拉荷马和加利福尼亚等大油田 的发

7、现，降低了汽油价格，令普通消费者也能负担燃油费用；3）Charles Kettering在1912 年发明的电力起动系统使得汽油机不再需要人力起动；4） Hiram Percy Maxim在1897发明 的消声器，大幅降低了内燃机的噪音。而当时的电动车速度低，续航里程短，而内燃机汽车 的速度更快，续航里程更长，并且价格便宜许多。19世纪20年代，电动车销量迅速下滑，电动汽车在10年后彻底消失。2. 电动汽车的发展现状21电动汽车主要技术电机及控制系统纯电动汽车以电动机代替燃油机，由电机驱动而无需自动变速箱。相对于自动变速箱， 电机结构简单、技术成熟、运行可靠。传统的内燃机能把高效产生转矩时的转

8、速限制在一个窄的范围内，这是为何传统内燃机 汽车需要庞大而复杂的变速机构的原因;而电动机可以在相当宽广的速度范围内高效产生转 矩，在纯电动车行驶过程中不需要换挡变速装置，操纵方便容易，噪音低。与混合动力汽车相比，纯电动车使用单一电能源，电控系统大大减少了汽车内部机械传 动系统，结构更简化，也降低了机械部件摩擦导致的能量损耗及噪音，节省了汽车内部空间、 重量。电机驱动控制系统是新能源汽车车辆行驶中的主要执行结构，驱动电机及其控制系统是 新能源汽车的核心部件（电池、电机、电控）之一，其驱动特性决定了汽车行驶的主要性能 指标，它是电动汽车的重要部件。电动汽车中的燃料电池汽车FCV、混合动力汽车HEV

9、和 纯电动汽车EV三大类都要用电动机来驱动车轮行驶，选择合适的电动机是提高各类电动汽 车性价比的重要因素，因此研发或完善能同时满足车辆行驶过程中的各项性能要求，并具有 坚固耐用、造价低、效能高等特点的电动机驱动方式显得极其重要。电动汽车的驱动电机目前有直流有刷、无刷、有永磁、电磁之分，再有交流步进电机等， 它们的选用也与整车配置、用途、档次有关。另外驱动电机之调速控制也分有级调速和无级 调速，有采用电子调速控制器和不用调速控制器之分。电动机有轮毂电机、内转子电机、有 单电机驱动、多电机驱动和组合电机驱动等。电动汽车的电池动力电池是电动汽车的关键技术，决定了它的续行里程和成本。用于电动车的动力电

10、池应有的功能指标和经济指标包括：（1）安全性；（2）比能量（3） 比功率；（4）寿命；（5）循环价格；（6）能量转换效率。这些因素直接决定了电动车的合用 性、经济性。目前应用比较多的电动汽车电池包括一下几类1）超级电容器超级电容器的优势是质量比功率高、循环寿命长，弱点是质量比能量低、购置价格贵， 但是循环寿命长达50万100万次，故单次循环价格不高，与铅酸电池、能量型锂离子电 池并联可以组成性能优良的动力电源系统。2）铅酸电池铅酸电池生产技术成熟，安全性好，价格低廉，废电池易回收再生。近些年来，通过新 技术，其比能量低、循环寿命短、充电时发生酸雾、生产中可能有铅污染环境等缺点在不断 克服中，各

11、项指标有很大提高，不仅可更好地用作电动自行车和电动摩托车的电源，而且在 电动汽车上也能发挥很好的作用。3）以磷酸铁锂为正极的锂离子电池负极为碳、正极为磷酸铁锂的锂电池综合性能好：安全性较高，不用昂贵的原料，不含 有害元素，循环寿命长达2000次，并已克服了电导率低的缺点。能量型电池的质量比能量 可达120Wh/kg，与超级电容器并联使用，可以组成性能全面的动力电源。功率型的质量比 能量也有7080Wh/kg，可以单独使用而不必并联超级电容器。4）以钛酸锂为负极的锂离子电池钛酸锂在充电-放电中体积变化极小，保证了电机机构稳定和电池的长寿命；钛酸锂电极 点位较高（相对于Li /Li电极为1.5V）

12、,在电池充电时可以不生成锂晶枝，保证了电池的高安 全性。但也因钛酸锂电极电位较高，即使与电极电位较高的锰酸锂正极配对，电池的电压也 仅约2.2V，所以电池的比能量只有约5060Wh/kg。即使如此，这种电池高安全性，长寿 命的突出优点，也是其他电池无可比拟的。22电动汽车研发成果国内电动汽车研发成果经过多年的探索与努力，我国在新能源汽车电池、电机、电控三大关键技术上相继取得 突破，并开始产业化。清华大学和天津清源电动车辆有限公司研制纯电动轿车和纯电动客车均已通过国家质 检中心的型式认证试验。东风汽车（600006）公司与武汉理工大学等筹资创建东风电动车辆股份有限公司，开展 混合动力汽车研发，其

13、开发的EQ6100HEV混合动力客车于2003年11月8日在武汉开始示 范运行工作，已累计运行14万多公里，载客15万人次。2004年一汽集团和丰田汽车公司签署协议，计划引进其“Prius”混合动力汽车技术，建设 绿色”汽车生产基地。我国建立了电动汽车研发的国家技术标准平台、测试检验平台、政策法规平台和示范应 用平台。到目前为止，电动汽车整车产品13项新标准已起草完成、5项标准修订完成、6 项关键零部件产品测试规范也已确定。测试电动汽车动力蓄电池、驱动电机、燃料电池发动 机等部件的6个公共检测中心和试验平台已分别在北京、天津、上海、大连建立起来。国外电动汽车研发成果1993年美国政府组织企业和

14、科研机构成立新一代汽车合作计划（PNGV）,联合开展 电动汽车研究，法、德、日等发达国家纷纷采取政府引导、企业和科研机构联合的方式加强 电动汽车开发研究。1997年以来，丰田汽车公司推出两代Prius”混合动力轿车，截止到2004年底，丰田汽 车公司累计销量25万辆混合动力轿车，占全球混合动力汽车总数90%。2000年本田公司的“Insight”混合动力轿车投放市场，2002年Civic混合动力汽车投放美国 市场。1999年以来，本田汽车公司先后推出FCX VI、V2、V3、V4、”燃料电池汽车，进行可靠 性、碰撞安全性、道路试验等内容的认证试验。2001年以来，通用汽车公司先后推出了Auto

15、nomy”、Hy Wire”和Sequel”三种燃料电池 轿车，其中Sequel 燃料电池轿车集成了燃料电池、线传操控系统、轮毂电机和全铝合金车 身等先进技术，是一部走向实用化的燃料电池汽车。2】23电动汽车最新发展情况成立才10年的美国电动汽车企业特斯拉（Tesla），现在被誉为汽车界的苹果”。今年前 5个月，特斯拉仅凭一款在售车型Model S电动跑车，就以8850辆的出色表现，一举夺得 美国市场前5月高端车销售冠军。特斯拉股价因此迅速飙升。Model S拥有酷炫的车身设计、 百公里加速超过宝马M5，以及17英寸超大触摸屏、始终联网的地图导航等特点。凭借极 佳的性能和驾乘体验，这家高端电动

16、车制造商在今年的美国豪车市场异军突起，也迅速在全 球刮起了一股特斯拉旋风。今年6月中旬，特斯拉对外表示将在2016年前后推出售价有望低于4万美元（约合24.53 万人民币）、命名为Model C的入门车型，充电时间缩短为40分钟，其最大续航里程将超过 322公里。此外，特斯拉还在美国本土大推超级充电桩建设，有意在全美推广充换电模式。 届时，特斯拉电动汽车将成为电动汽车行业的标杆。3. 对电动汽车未来的展望未来50年里,世界人口将由现在的60亿增加到100亿，随着全球工业化水平越来越高，汽 车数量将会大幅度的猛增。世界石油资源的日益减少，以及全球环境污染，温室效应的加剧， 发展一种环保无污染的汽

17、车是以后汽车行业发展的必然趋势。因此，在未来的若干年里，电 动汽车的发展已经成为必然趋势。我国正在成为世界上最大的汽车生产国和消费国，节能减排任务严峻。大力发展电动汽车 是实现汽车行业节能减排的一个最有效途径。近期来看我国出台了一系列的政策来支持电 动汽车行业发展，也成立了电动汽车发展联盟,下一个十一五是发展电动汽车的黄金时代，我 国要加快脚步致力该领域的发展。现今，发展以电动车为代表的新能源汽车是我国汽车产业提升国际地位，特别是提升国 际竞争力的重要举措。过去的几年中，政府有关部门为了鼓励电动汽车的发展，相继出台了 一批扶植措施，这些政策不但对电动车技术研发起到了积极的作用，还对我国电动车的

18、产业 化有着不小的推动。如此优良的政策环境和市场预期下，我国目前的电动车产业化发展热情 不断高涨，这也带动了以上游供应、关键零部件制造、整车组装和配套设施建设为主的电动 车体产业系的孵化。目前，我国在燃料电池汽车、混合动力电动汽车、纯电动汽车等多个 领域的自主研发中不断取得突破，已经具备了一定的基础，在车用电池的攻关上已经取得了 群体性突破，使我国在电动汽车领域初步构建起自主知识产权技术体系，通过开发自己的电 动汽车，申请专利，制定相关技术标准，保护自己的汽车工业，并有望为中国汽车工业开拓 新的增长点，展示了电动汽车技术的未来发展前景。同时伴随着智能电网的快速发展，各种分布式电源和新能源发电设

19、备的接入，电动汽车 的发展和接入电网无疑会大大刺激电力系统的不断完善和向前发展。可以预见在不久的将来 会呈现出这样的画面：清洁能源（太阳能，风能）发出的电通过电网输送给用户，电动汽车 取代燃油燃气汽车，出门不必顾忌空气质量，处处碧水蓝天。4. 电动汽车发展的技术瓶颈作为一个全新的行业，电动汽车的发展历程毋庸置疑是不平坦的，不仅包括政策的不成 熟，还包括技术上的难题。1.电池使用寿命短而更换成本高现在国内多数锂电池生产厂家提出免费质保期限只有一年免费质保期限也只有二年。如 前所述，即使是一辆性能相当普通的电动汽车，电池成本也要810万RMB，如果一年 或二年后消费者要自费更换电池，其费用将是多么

20、巨大！2电动车空调问题电动空调的耗电功率在34kw, 般开启空调，电动巡逻车的续驶里程至少要减少三分 之一。3. 能 量 回 收 困 难续 航 里 程 短在考虑行车安全的前提下，电动车在减速及制动时可以回收的能量很有限，目前最多只能回收这部分能量的20%。这对于需要不断起停的城市工况，会对续航里程造成很大影响。4. 电池适应性差电动汽车的电池一直是制约电动汽车发展的瓶颈，如何对电动汽车进行快速充电就是其中 很重要的一方面。除了快速充电问题很难解决外，电池在低温条件下容量将明显降低，在高 温条件下（50C）又需要泠却才能正常工作，而这也是要消耗自身能量的。此外，随着使用时 间的延长，电池的各种性

21、能将逐渐下降，其结果将造成电动车整车性能（车速、加速性、一 次充电的续驶里程）不断下降。5. 电量耗尽问题目前凭借电压判断电量的方式并不准确，这也是世界性的技术难题。一旦误判导致电量耗尽而抛锚，电动车将比内燃机汽车麻烦得多。5. 参考文献1 陈家瑞.汽车构造（上下册）（第3版）M.北京：机械工业出版社，2009.2 余志生汽车理论（第5版）M.北京：机械工业出版社，2009.3 喻凡，林逸汽车系统动力学M.北京：机械工业出版社，2005.4 边耀璋汽车新能源技术M.北京:人民交通出版社，2003.5 杨国良电动车电机驱动控制技术的研究现状及其发展趋势 J.实 验 室研究 与探索，2005，11.6 何洪文，余晓江电动汽车电机驱动系统动力特性分J. 中国电机工程学报，2006，06.