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Electricvehicles

电动汽车研究论述

摘要：

汽车在推动社会经济发展的同时，也导致能源危机、环境污染、全球气温上升的危害加剧，节能和减排是未来汽车技术发展的主攻方向，发展电动汽车将是解决这二个技术难点的最佳途径。

本文对电动汽车的发展历史、车型分类、发展优缺点及相关问题的对策等方面的研究进行了简要回顾和综述，并作了相应的总结与展望。

关键词：

电动汽车环境污染能源危机发展

ExpoundonResearchinElectricVehicles

Abstract:

Electricvehiclescanpromotethesocio-economicdevelopment,atthesametimeenergycrisis,environmentalpollution,globalwarminghasalsoledtomoreseverely.Energy-savingandemissionreductionisthemaindirectionofthefuturedevelopmentofautomotivetechnology.Thedevelopmentofelectricvehiclesisthebestwaytoresolvethesetwotechnicaldifficulties.Thisarticleonthehistoryofthedevelopmentofelectricvehicles,vehicleclassification,development,advantagesanddisadvantages,andissuesrelatedcountermeasuresresearch,abriefreviewandsynthesis,andmade​​correspondingsummaryandoutlook

Keyword:

electricvehicles（EV）；environmentpoluttion；

energycrisis；development

　自1886年发明了汽车以来,汽车就成为人们日常生活中不可缺少的代步和运输工具,因此缩短了人们之间的距离,改变了人们的生活方式,提高了人们的生活质量。

由于汽车要消耗大量的石油资源、排放大量的废气、制造噪音和严重污染环境,因此也带来了无法回避的负面影响。

我国2000年进口石油7000万t,计划到2005年将超过1亿t,给国家造成了沉重的经济负担。

更严重的是目前世界上空气污染最严重的10个城市中我国就占了7个,国家环保中心预测,到2010年汽车尾气的排放量将占空气污染源的64%。

面对如此严峻的形势,电动汽车（EV）的研究与开发引起了世界各国的关注。

1.电动汽车的历史

1834年电动汽车一问世,就立刻取代了马车和自行车,成了当时主要的交通工具。

到20世纪初,它已经占据了私人汽车市场的主要份额。

但到了30年代,电动汽车因一次充电续驶里程不能满足人们的需求而退出历史舞台。

此时内燃机燃油汽车已经诞生,汽车电起动电机已经发明,高速公路有了较好的发展。

60年代末,由于燃油汽车带来了大量的空气污染,一系列的环境污染事件的发生又燃起了人们对发展电动汽车的兴趣。

一些世界著名的汽车公司纷纷投入到电动汽车的研究开发上。

进入90年代,以美国为首的一些西方国家开始制定并严格执行汽车尾气排放标准,零排放再次成为人们追求的时尚,而电动汽车又是能达到这一目标的为数不多的汽车之一。

由于环保的需要,加上新材料和新技术在电动汽车上的应用,电动汽车的发展进入了今天的第三次发展浪潮。

我国从70年代开始研制电动汽车,曾经制造出一些样车进行试验,但由于资金、人力有限,未取得什么进展。

1992年,电动汽车第一次被列入国家科技攻关项目,由国家科委、

国家计委、国防科工委、国家经贸委等资助研制微型电动汽车、电动大客车及与之配套的电池、电机、充电器等,使我国电动汽车水平有了明显的进步。

1996年,国家科委把电动汽车列入“九五”国家重大产业工程项目,所列的4个课题全部启动,即电动概念车的研制、电动改装车的研制、电动汽车应用示范区的建立和有关电动汽车的政策、法规、标准、运行机制和关键技术的研究。

至此,我国全面拉开了电动汽车研究与开发的序幕。

2.电动汽车分类及其特点

电动汽车是指全部或部分由电机驱动的汽车。

目前，电动汽车一般可分为三类：

纯电动汽车（PEV）、混合动力汽车（HEV）、燃料电池电动汽车（FCEV）。

但是近几年在传统混合动力汽车的基础上，又派生出一种外接充电式（Plug-In）混合动力汽车，简称（PHEV）。

2.1纯电动汽车（PEV）

纯电动汽车由蓄电池的能量驱动车辆前进，它本身不排放污染大气的有害成分，即使按所耗电量换算为发电厂的排放，除硫和微粒外，其它污染物也显著减少。

但受到现有电池生产技术的限制，纯电动汽车的大规模量产还很困难。

要使电动汽车具有竞争力，就要开发出比能量高、比功率大、使用寿命长的高效电池。

目前面临的最关键技术问题有：

（1）电池的能量密度低。

蓄电池单位重量储存的能量太少。

汽油的能量密度是1.2万Wh/kg，而目前使用的铅酸电池能量密度不足40Wh/kg。

即使是现在被普遍看好的镍氢电池、锂离子和锂聚合物电池等碱性电池，其能量密度也只在100Wh/kg左右，能量密度低，再加上电池组过重，使得铅酸电池的电动汽车一次充电续驶里程只有l00km左右。

由于电池性能差，电动汽车动力性能无法达到当前内燃机汽车的水平。

（2）电池组价格昂贵。

一辆载容量20人的轻型电动客车电池组的价格高达2万元人民币，以现有电池的循环寿命（假定为500次充放电循环，每次行驶100km）计算，电动汽车行驶5万公里就需更换电池组。

（3）汽车功能受限制。

由于电动汽车所携带的电能有限，因此汽车功能的使用受到限制，如车内空调的使用就大大缩短电动汽车续驶里程。

除此之外，动力转向、真空助力器、主动（半主动）悬架以及其他一些车载电器的使用也受到限制。

2.2燃料电池汽车（FCEV）

燃料电池汽车是将燃料电池中的化学能直接转化为电能，效率达到60%-80%，是普通内燃机热效率的数倍，基于氢源的燃料电池技术的发展，使电动汽车脱离了传统的以电方式补充能量的方式，而采用加入“燃料”的方式补充能源，使电动汽车使用范围不受充电设施的限制。

国外企业对革命性的清洁型汽车寄予厚望，纷纷开始开发燃料电池汽车的关键技术。

各大汽车公司大都推出了品种繁多的各式各样的车。

由于燃料电池不能提供车辆起步、加速所需的瞬时大功率，且无法吸收车辆制动的能量，因此需要与其它蓄能元件一起组成燃料电动汽车的动力源。

燃料电池是把燃料中的化学能直接转化为电能的能量转化装置，它从外表上看有正负极和电解质等，像一个蓄电池，但实质上它不能“储电”而是一个“发电厂”。

燃料电池有多种类型，经过多年的探索，最有望用于汽车的是质子交换膜燃料电池（PEMFC）。

这种燃料电池是继AFC（碱性）、PAFC（磷酸型）、MCFC（熔融碳酸盐型）、SOFC（固体氧化物型）之后发展起来的新一代燃料电池。

优点是：

效率高达60%～80%；寿命长；对燃料适应性强，既可用纯氢，也用转化燃料（如甲醇等），氧化剂可用空气；工作温度低；启动时

间不到5s；比功率与比能量高；可变负荷运转。

2.3混合动力电动汽车（HEV）

混合动力电动车通常是指既有内燃机又有电动机驱动的车辆。

简单地说，就是将传统的发动机尽量做小，让一部分动力由电池-电动机系统承担，通常也把它归入电动汽车。

显然，其动力系统的复杂性增加。

但是这种混合动力装置既可发挥发动机持续工作时间长，动力性好的优点，又可发挥电动机无污染、低噪声的好处，两者“并肩战斗”，取长补短。

它的优势主要体现在以下几个方面：

（1）可以改善发动机的工作状况，使发动机工作在万有特性的高效率区，因而具有很高的燃油利用率。

当需要大功率进行加速超车而内燃机功率不足时，由电池来补充；负荷少时，发动机富余的功率可给电池

充电。

由于内燃机可持续工作，电池又可以不断得到

充电，故其行程和普通汽车一样。

（2）由于可以避免发动机的冷起动，因而大大降低了发动机的排放，在繁华市区，可关停内燃机，由电池单独驱动，实现局部的“零”排放，其废气排放可降低30%左右。

（3）有了内燃机可以十分方便地解决耗能大的空调、取暖、除霜等纯电动汽车遇到的难题。

可以利用现有的加油站进行加油，不必再为基础设施而投入大量资金。

（4）因为有了电池，可以十分方便地回收制动、下坡和怠速时的能量。

而且在军事上也有其特殊的地

位，电池作为动力源不仅使车辆行进时基本没有噪声，而且它不像内燃机那样散出大量的热，因而可以避开敌人的远红外侦察，而在需要长驱直入时，发动机又可以提供足够的动力。

3.电动汽车发展现状

3.1发达国家与主要汽车集团的电动汽车现状

国外著名汽车公司都十分重视研究开发电动汽车,世界发达国家不惜投入巨资进行研究开发,并制定了一些相关的政策、法规来推动电动汽车的发展。

美国目前正在大力研制和推广使用燃料电池电动汽车和纯电动汽车,政府能源部与通用、福特和戴克三大汽车制造商联合开发燃料电池电动汽车。

现在,美国已有7个州加入了零排放计划,到规定年限后这些地区销售的汽车必须为零排放,即只能为纯电动汽车和燃料电池电动汽车。

以美国蓝鸟客车公司、英国的FRZAERNASH

公司、日本丰田、日本本田为代表的电动客车和轿车已经上市,英国已有数万辆电动汽车在使用;法国是世界上推广应用纯电动汽车最成功的国家之一,成立了电动汽车推广应用国家部际协调委员会,巴黎和拉罗舍尔已经建立了比较完善的纯电动汽车充电站网基础设施,制定了优惠的支持和激励使用电动汽车的政策,且已经初步形成了纯电动汽车运行体系。

在近年的国际性大型运动会上,电动汽车也成为各国展示其科技实力和环保意识的工具之一。

亚特兰大奥运会使用了美国蓝鸟客车公司生产的纯电动客车作为公务和电视转播车,悉尼奥运会购买了英国FRAZER-NASH公司的近400辆电动客车作为运动员接送车辆。

混合动力电动汽车领域,日本丰田公司开发的Prius和本田公司开发的Insight2种混合动力电动汽车已开始批量投放市

场。

丰田公司的Prius销售已在2006年累计突破150万辆,并于2005年底在我国长春一汽进行了组装生产和销售。

日产公司也于2003年推出Tino混合动力汽车,在日本国内市场上销售了100多辆。

欧洲各大汽车厂商争先恐后地推出了本公司研制的混合动力电动汽车,甚至德国的博世（BOSCH）等著名的零部件公司也积极与大汽车公司联手开发混合动力电动汽车技术。

美国已有近20个城市试验使用混合动力电动公交车,瑞典、法国、德国、意大利、比利时等国计划在9个欧洲城市开通混合动力电动公共汽车线路。

燃料电池电动汽车斩露头角,国外企业界纷纷组成强大的跨国联盟,以期达到优势互补的目的。

如日本丰田与美国通用公司,日本东芝公司与美国国际燃料电池公司,德国BMW公司与西门子公司,雷诺汽车公司与意大利DeNora公司分别组成联盟开发燃料电池电动汽车;本田也已投资数亿美元开发燃料电池电动汽车。

其中,以加拿大的巴拉德、美国的福特、德国的戴姆勒-克莱斯勒联盟（XCELLSIS）最具代表性,该联盟投资10亿加元开发生产电动汽车用燃料电池动力系统。

在燃料电池电动汽车的研发热潮中,几乎所有的国外大型企业集团全部介入,投入的总额超过百亿美元。

但是,由于燃料电池的成本和寿命问题,使得这一项目目前进展缓慢。

在燃料电池电动汽车的示范运行方面,世界各国也都不约而同地把注意力集中在大客车上,如欧盟的CUTE示范项目、UNDP/GEF燃料电池商业化示范项目、美国加州的CAHFC示范项目和日本的JHFC计划等。

与此同时,部分国家政府为促进电动汽车的发展,通过财税手段调整汽车发展结构。

像美、日等国政府对于电动车产品给予10%的鼓励性补贴,荷兰政府的补贴更是高达30%。

并对传统汽车开征燃料税,如欧洲部分国家燃料税高达200~300%,最低的美国也有34%。

3.2我国电动汽车现状

我国电动汽车虽然没有欧美等国家起步早,但国家从维护能源安全,改善大气环境,提高汽车工业竞争力,实现我国汽车工业的跨越式发展的战略高度考虑,从“八五”开始到现在,电动汽车研究一直是国家计划项目,并在2001年设立了“电动汽车重大科技专项”。

通过组织企业、高等院校和科研机构,集中各方面力量进行联合攻关,现正处于研发势头强劲阶段,部分技术已经赶上甚至超过世界先进水平。

“电动汽车重大科技专项”实施以来,已成功开发出燃料电池汽车样车,累计运行数千公里;混合动力客车已在武汉等地公交线路上试验运行超过百万公里;纯电动汽车已通过国家有

关认证试验。

4.电动汽车发展前景

4.1存在的主要问题及解决措施

（1）存在的主要问题。

近几年来,国内外各大汽车公司纷纷投入了大量的人力、物力与资金进行电动汽车的研发,并取得了丰硕的成果。

但是,电动汽车的全面推广还存在诸多问题:

①技术方面。

电池的关键技术是制约电动汽车发展的最重要的因素,在功率、快速充电、环保、寿命等方面成为电动汽车发展的瓶颈;另外,从整体性能方面看,电动汽车是集高新技术、电子技术、新材料等一体化的高科技产品,电动汽车的整体性能在短期内还无法与燃油汽车相比拟。

②市场方面。

对于电动汽车来说,由于目前有很多关键问题没有得到彻底解决,使得整车性能不如传统汽车,而且价格昂贵。

因此,将来很长一段时期内,汽车市场占主导地位的仍然是燃油汽车,而不是电动汽车。

③使用环境方面。

由于目前开发的电动汽车续驶里程短,充电时间长,所以需要建设大量的充电站,汽车充电是亟待解决的大问题;另外,还有配件供应和专业维修等一系列问题构成了电动汽车进入市场的障碍。

（2）解决措施。

要促进电动汽车的发展与普及,应做好以下工作:

①政府、企业和研究机构都重视发展电动汽车,在规划、资金、技术等方面给予大力支持。

②制定法律,强制执行电动汽车发展计划。

③将电动汽车用蓄电池作为开发和研究的重点。

④积极开发新型电动汽车及相关技术。

4.2我国发展电动汽车的策略和意义

根据我国国情,大部分城市普遍存在着较严重的交通问题和汽车尾气排放污染问题。

因此发展中小型电动汽车,可以减少污染、降低能耗、改善电网负荷,并在世界上树立节能环保的良好形象,市场与应用前景广阔。

只有开发清洁、高效、智能的电动汽车,才能实现21世纪交通的可持续发展。

在已有的电动汽车运营试验基础之上,结合对电动汽车发展现状,我国可以从以下3个方面来促进电动汽车的发展。

（1）国家建立多部门协调联动机制,给予电动汽车研究开发经济、政策上的扶植,支持研究单位和企业尽快取得关键技术的突破,从而尽快开发出经济实用型电动汽车。

（2）对电动汽车使用者给予政策上的扶持,使用户得到经济上的实惠。

（3）对电动汽车发展所必须的基础设施建设给予政策上的支持。

完善电动汽车相关技术,创造电动汽车产业化发展环境,制定促进电动汽车发展的配套政策将成为此项事业发展的关键。

在一些早期的电动汽车市场,如城区公交、学校、社区、公园、机场、车站及码头,只要政府提倡、积极扶持、合理规划、联合攻关,就很快可以实现电动汽车的产业化。

5.结束语

电动汽车作为新一代汽车动力源，由于燃料洁净，环境友好，已被各大工业国家视为战略产品。

目前的调研结果指出，该产品可采购性极低，国际合作开发的可能性很小，因此必须立足于我国本土资源，创造自主知识产权的产品，参与国际科技竞争。

通过自主开发各种电动车型的全过程，可以为我国汽车工业建立一个规范的电动汽车开发程序，造就一支掌握先进开发手段和具有系统开发能力的队伍，为我国建立电动汽车自主开发体系奠定基础。

［参　考　文　献］

[1]陈宗璋,吴振军电动汽车现状与发展趋势电动汽车技术

[2]张荣贵我国电动汽车发展前景机电技术（2008）04-81-04

[3]赵韩,姜建满国内外电动汽车标准现状与发展（2011）07-0961-06

[4]汤秀红,刘伟涛电动汽车技术发展综述城市车辆

[5]万钢中国电动汽车的现状和发展行业发展动态（2003）02-0030-02

[6]徐哲我国电动汽车发展现状与对策研究新能源汽车

[7]夏德建电动汽车研究综述能源技术经济（2010）07-0049-07