天职师大电动汽车

电动汽车之发展以及研究第一章概述……………………………………………………………………(1)第一节汽车面临的挑战及对策……………………………………………(1)第二节国内电动车的发展…………………………………………………(2)第三节国外主要国家电动车的发展………………………………………(4)第二章电动汽车的构造与原理……………………………………………(5)第一节蓄电池电动汽车……………………………………………………(5)第二节燃料电池电动汽车…………………………………………………(11)第三节混合动力电动汽车…………………………………………………(13)第三章电动汽车动力蓄电池及储能装置…………………………………(19)第一节电池的分类及有关术语……………………………………………(19)第二节铅酸蓄电池…………………………………………………………(21)第三节燃料电池……………………………………………………………(21)第四章电动汽车的电动机及驱动系统……………………………………(24)第一节概述…………………………………………………………………(24)第二节直流电动机…………………………………………………………(25)第三节其他电动机…………………………………………………………(27)第五章电动汽车的能源管理与供给系统…………………………………(28)第一节电动汽车的能源管理系统…………………………………………(28)第二节蓄电池充电原理与充电器…………………………………………(28)第三节电动汽车制动能量回馈系统………………………………………(29)第四节电动汽车能量系统的电源变换装置………………………………(31)第六章我国发展电动汽车存在的问题……………………………………(32)第七章国内电动汽车发展趋势……………………………………………(33)参考文献……………………………………………………………………(35)第一章概述第一节汽车面临的挑战及对策汽车自诞生起已有100多年的历史，其发展速度不断的加快，与人们说的联系越来越紧密。汽车已不再是一个简单的代步的运输工具，已成为许多人的生活必需品和文化生活的一部分，甚至成为一些人的流动办公室。汽车的普及程度和技术水平已成为一个国家或地区现代话程度的标志。汽车已成为当今人类社会不可缺少的交通工具，它对人类的进步产生了不可替代的巨大推动作用。但同时也面临这来自环境保护、能源短缺、道路交通事故等方面越来越严峻的挑战，并带来了一系列的负面效应。汽车在其生命的全周期内对公共环境和公众健康甚至生命产生了一系列的危害，此即汽车的环境危害。汽车的环境危害包括汽车杂生产过程中、使用中和报废后的环境大气污染（包括温室气体、臭氧层破坏和空气污染）、水质污染、废弃物、环境噪声、电波对人体的危害及对用电器的干扰等。汽车的环境大气污染包括两层含义：其一是汽车排放的二氧化碳、硫化物、氮氧化物等使温室效应加剧、臭氧层破坏和形成酸雨等大气环境问题；其二是汽车尾气排放的各种化合物和臭味气体等造成的局部空气污染（特别是城市空气污染），进而对人类和动植物产生危害，严重威胁着人类的身体健康。随着人民生活水平的提高，人类对生存环境的要求也越来越高，降低汽车的有害排放物的呼声与日俱增，在美国已经出台了部分汽车零排量的法规，在我国也正在筹划实施用于北京2008年的“零排放”车队。因此，就目前的情况来看，环境公害是汽车行业面临的最大挑战。汽车面临的挑战之二就是能源供应问题。从人类对可持续发展的观点的出发，人类应设法减少对有限的石油资源的消耗，并且应积极研究石油枯竭后汽车的能源问题。目前时间范围内使用的主要能源有石油、煤、天然气、核能（原子能）、水能、风能以及可再生资源等。虽然每年都有新的油田、气田的发现，但是这些资源都是有限的，总有一天会消耗殆尽。我国面临的形式也十分严峻，国内的石油储藏量和开采量相当有限，随着汽车保有量的增加，石油需求越来越多，目前已不能自给，不足部分主要通过进口来满足，而且每年成递增趋势。由于电动汽车具有突出的环保方面的优势，使得电动汽车的开发和研究成为各国开发绿色汽车的主流。电动汽车使用的能源是可以用与发电的一切能源。因此使用电动汽车可以摆脱汽车对化石燃料的依赖，改善能源结构，使能源供给多样化，使能源的供给有保障。电动汽车在解决道路交通事故方面和传统汽车相比也具有一定优势。因此，开发电动汽车是迎接汽车面临挑战的重要对策之一。第二节我国电动汽车发展情况一、我国电动汽车的发展概况与世界其他国家一样，电动汽车研发工作在我国也正在如火如荼的进行着。十五期间，国家从维护我国能源安全、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，设立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，集中国家、地方、企业、高校、科研院所等方面的力量进行联合攻关。为此，从2001年10月起，国家共计拨款8.8亿元作为这一重大科技专项的经费。我国电动汽车重大科技专项实施4年来，经过200多家企业、高校和科研院所的2000多名技术骨干的努力，目前已取得重要进展：燃料电池汽车已经成功开发出性能样车，燃料电池轿车累计运行4000km，燃料电池客车累计运行8000km；混合动力客车已在武汉等地公交线路上试验运行超过14万km；纯电动轿车和纯电动客车均已通过国家有关认证试验。二、我国电动汽车的发展模式燃料电池汽车：均采用电-电混合驱动方案，在整车操控性能、行驶性能、安全性能、燃料利用率等方面均已得到较大提高。2004年5月在北京召开的世界氢能大会上，我国自主研发的燃料电池轿车和客车样车与世界领先的奔驰公司样车同堂展示，引起了世界的惊赞。在10月举行的必比登世界清洁汽车挑战赛上，我国自主研发的燃料电池轿车在7个单项奖中获得5个A(在高速蛇行障碍赛、噪音、排放、能耗、温室气体减排5个单项指标方面的最高等级)的好成绩，燃料电池城市客车也以较高的技术性能和可靠性在挑战赛中取得了良好的成绩。混合动力汽车：一汽、东风、长安、奇瑞等汽车公司对此都投入了较大的人力、物力。各车型均已完成功能样车开发。2003年11月8日，湖北省启动武汉电动汽车试验示范运行工作，先后投yk6辆由东风电动车辆股份有限公司研制的混合动力客车，已累计运行14万km，载客15万人次；混合动力轿车按ECE城市工况与基本车型进行的对比试验显示，其燃料经济性提高40%左右，达到了节油的目的。长安汽车公司采用同轴ISG轻度混合方案，成功开发了第二轮功能样车和第三轮性能样车，并在国内率先开展了混合动力专用发动机开发。经过国家检测机构测试，动力性能接近参考车的水平，综合油耗降低17%，排放达到欧Ⅲ标准。纯电动汽车：目前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，各项指标均满足有关国家标准和企业标准的规定。天津清源电动车辆有限公司等单位研发的纯电动轿车，其整车的动力性、经济性、续驶里程、噪声等指标已超过法国雪铁龙公司赠送的纯电动轿车和箱式货车，初步形成了关键技术的研发能力。北京理工大学等单位初步完成了北京理工科凌电动车辆股份有限公司密云电动车辆产业化生产基地的建设，并于2003年12月30日顺利通过北京市公共交通总公司组织的示范运行车组验收。小批量研发生产的4种车型、近40辆公交车即将投入北京市奥运电动示范车队的示范运行。第三节国外主要国家电动汽车发展情况世界各国著名的汽车厂商都在加紧研制各类电动汽车，并且取得了一定程度的进展和突破。第一，日本：一直以来，出于对能源危机和环境保护的关注及占领未来世界市场的考虑，日本十分重视电动汽车的研制与开发。从目前世界范围内的整个形势来看，日本是电动汽车技术发展速度最快的少数几个国家之一，特别是在混合动力汽车的产品发展方面，日本居世界领先地位。目前，世界上能够批量产销混合动力汽车的企业，只有日本的丰田和本田两家汽车公司。1997年12月，丰田汽车公司首先在日本市场上推出了世界上第一款批量生产的混合动力轿车PRIUS。该轿车于2000年7月开始出口北美，同年9月开始出口欧洲，现在已经在全世界20多个国家上市销售。目前推出的产品已经是多次改进后的第二代产品，其生产工艺更为成熟。根据丰田汽车公司的测试，PRIUS轿车在城市工况下比同等排量的花冠轿车节油44.4%；在市郊节油29.7%，综合节油40.5%。有关统计数据显示，丰田汽车公司已占有全球混合动力汽车市场90%的份额。2004年9月15日，一汽集团与日本丰田汽车公司在北京举行了混合动力汽车合作项目签字仪式，宣布双方在2005年内，共同生产丰田PRIUS混合动力轿车。PRIUS混合动力轿车将在同年进入中国市场。继PRIUS混合动力轿车之后，丰田汽车公司还推出了ESTIMA混合动力汽车和搭载软混合动力系统的CROWN轿车。丰田汽车公司在普及混合动力系统的低燃耗、低排放和改进行驶性能方面已经走在了世界的前列。此外，本田汽车公司开发的Insight混合动力电动汽车也已投放市场，供不应求。2002年4月，本田汽车公司在美国市场上投放了Civic混合动力汽车。日产汽车公司近日宣布，将于2006年向美国市场销售Altima牌混合动力汽车，这是其于2002年与丰田汽车公司签署联合生产混合动力汽车协议的第一个产品。第二，美国：美国的汽车公司在电动汽车产业化方面比来自日本的同行逊色不少，三大汽车公司仅仅小批量生产、销售过纯电动汽车，而混合动力和燃料电池电动汽车目前还未能实现产业化，来自日本的混和动力电动汽车在美国市场上占据了主导地位。美国能源部与三大汽车公司于1993年签订了混合动力电动汽车开发合同，其中通用汽车公司投入1.48亿美元，福特汽车公司投入1.38亿美元，克莱斯勒汽车公司投入8480万美元，进行为期5年的研制开发工作，并于1998年北美国际汽车展上展出了样车。在此基础上，现已推出三款混合动力概念车GM第二章电动汽车的构造与原理电动汽车的分类，如图2－1所示。图2－1第一节纯电动汽车（EV）一、EV概述采用电能作为能源的电动车辆，已有100多年的历史，现在已具有多种多样的电动车辆。电动汽车与普通汽车的主要区别是动力源的改变，EV用蓄电池——电动机系统。EV是一种最好的“零污染”或“超低污染”的车辆。它没有噪声和振动，操作性良好，远远地优于内燃机汽车，是当前开发和研制取代内燃机的首选车型。二、EV的基本组成部分1、车载电源（1）、车载电源的发展第一代的EV电池都是铅酸蓄电池。由于铅酸电池的比能量和比功率不能满足电动汽车类型纯电动汽车车混合动力汽车燃料电池汽车铅酸蓄电池钠硫电池镍锌电池空气电池锂离子电池内燃机+电池燃料电池蓄电池燃料电池电容+太阳能蓄电池+电容（飞轮）蓄电池燃料电池储能器电容飞轮H2燃料电池甲醇燃料电池重燃料电池EV动力性能的需求，后来进一步发展了阀控铅酸电池、铅布电池等，是铅酸电池的比能量有所提高，目前仍然能够作为EV的电源。第二代的高能电池有锂离子电池、锂聚合物电池、锌空电池和铝空气电池等。第二代的比能量和比功率都比铅酸电池高，大大的提高了EV的动力性和续驶里程。但是二代电池中的活性物质在使用一定期限后，会老化变质以至于赏识充电和放电的功能而报废，从而增加了EV的成本。第三代电池是以燃料电池为主的电池。燃料电池直接将燃烧的化学能转变成电能，能量转换率高，比能量和比功率高，并且燃料电池能量装化过程可以连续进行，反应过程能够有效地控制，是较理想的电动汽车电池，一些关键技术正在不断地突破，并且在使用上能够取得了良好的效果。（2）、动力电池组的组成和布置形式纯电动汽车唯一的动力源一般是由多个12V或24V的电池串联形成的动力电池组，动力电池组一般是电压为155V—400V的高压直流电源。为了便于向一些低压用电设备供电，动力电池组还有DC/DC转换器。动力电池组采用并联或者串联的方式进行组合，在EV上占据很大一部分有效的装载空间，在布置上有相当的难度，通常有“集中”布置和“分散”布置两种形式。2、电池组的管理系统动力电池组的管理系统包括对动力电池组的充电和放