电动汽车现状与发展趋势研究

1电动汽车现状与发展趋势研究摘要：本文探讨了电动汽车发展的重要性，分析了电动汽车发展的机遇揭示了电动汽车发展中存在的问题，并分析了电动汽车发展的背景。论文首先综合论述了纯电动汽车、混合动力电动汽车和燃料电池电动汽车的研究现状,探讨了世界发达国家和地区电动汽车的发展状况，并系统了解了超级电容器、驱动电机系统和动力电池。借鉴发达国家(地区)发展电动汽车的成熟经验,结合我国现有的政策环境,研究提出适合我国电动汽车发展切实可行的配套政策体系,并提出相关的政策建议。重点介绍了电动汽车在北京奥运会和上海世博会中的应用。针对目前电动汽车发展情况，本文对电动汽车的未来做了积极展望：驱动电机呈多样化发展；新能源汽车的突出地位日渐显现；混合动力汽车最具发展潜力。关键词：电动汽车超级电容驱动电机现状趋势2ResearchonthePresentSituationsandDevelopmentTrendsforElectricVehiclesAbstract：Thisarticleanalyzestheimportanceofelectricvehicle.Anditputsfocusontheopportunities,threatsandrealproblemsinthedevelopmentoftheelectricvehicle.Thisarticleexplainsthebackgroundsofelectricvehicle.Thispaperanalyzestheimportanceofelectricvehicle,givesabriefviewforpresentstatusofbatteryelectricvehicle,hybridelectricvehicleandfuelcellelectricvehicleintheworld.Anditconferstheprojectsoftheelectricvehicleindustryinthemaindevelopedcountries.Meanwhileitexplainselectricautomobilepurposedrivingmotorsystem,thebatteryandtheSuper-Capacitor.WithexistingpolicyenvironmentinChina,thispaperrefersthematureexperienceofdevelopingelectricvehiclesindustryindevelopedcountries(regions),proposesasupportingpoliticsystemthatcanbepracticallyfulfilledinChineseelectricvehiclesdevelopment.ItcentersontheapplicationsofelectricvehicleinBeijingOlympicandtheWorldExpositioninShanghai.Accordingtothepresentsituationofelectricvehicles,thisarticleputforwardssomeactiveprospects,includingthatthecleanpowervehicleswillbemoreandmorewelcomedbythewholeworld,thepurposedrivingmotorsystemvarietiesandthehybridelectricvehiclehavethepotentialtodevelop.Keywords：ElectricVehicleSuper-CapacitorDrivingMotorPresentSituationsTrends3引言汽车在全球保有量的不断增加使人类面临能源短缺、全球变暖、空气质量水平下降等诸多挑战，同时也推动汽车自身技术的发展，为此汽车工程师正在不断努力研究降低油耗的方法，寻求各种代用燃料以及开发不用或少用汽油的新型车辆；越来越多的人士已经认识到各种类型电动汽车和燃料电池汽车是实现清洁汽车的解决方案，全世界的汽车业界也正在为此努力并投入了巨大的资金和人力。电动汽车是集机械、电子、电机、智能控制、化学能源、计算机、新材料等科学领域和工程技术中最新成果于一体，是多种高新技术凝聚的成果。先进的电动汽车包括纯电动汽车、混合动力电动汽车和燃料电池电动汽车，具有低污染排放、热辐射低、噪声低且环境友好等诸多优点。毫无疑问，电动汽车具有广阔的发展前景。本文将着重研究电动汽车的发展趋势。4第一章绪论全部或部分由电机驱动、并配置大容量电能储存装置的汽车统称为电动汽车，电动汽车的组成包括：电力驱动及控制系统、驱动力传动等机械系统、完成既定任务的工作装置等。电力驱动及控制系统是电动汽车的核心，也是区别于内燃机汽车的最大不同点。电力驱动及控制系统由驱动电动机、电源和电动机的调速控制装置等组成。电动汽车的其他装置基本与内燃机汽车相同电动汽车在工作过程中电源为电动汽车的驱动电动机提供电能，驱动电动机将电源的电能转化为机械能，通过传动装置或直接驱动车轮和工作装置。行驶装置将电动机的驱动力矩通过车轮变成对地面的作用力，驱动车轮行走。汽车屏幕显示系统蓄电池组管理系统刹车信号加速信号电动机控制系统车辆灯光管理系统汽车总成控制系统CAN总线电动机图1.1电动汽车的工作原理1.1电动汽车的分类电动汽车主要有纯电动汽车、混合动力电动汽车和燃料电池电动汽车3种类型。纯电动汽车是完全由二次电池(如铅酸电池、镍镉电池、镍氢电池或锂离子电池等)提供动力的汽车。混合动力电动汽车是在纯电动汽车开发过程中为有利于市场化而产生的一种新车型。一般是指采用内燃机和电动机两种动力,将内燃机与储能器件(如高性能电池或超级电容器)通过先进控制系统相结合,提供车辆行驶所需要的动力,混合动力电动汽车并未从根本上摆脱交通运输对石油资源的依赖。因此,混合动力电动汽车是电动汽车发展过程中的一种过渡车型。燃料电池电动汽车是以燃料电池作为动力源的电动汽车。燃料电池是利用氢气和氧气(或空气)在催化剂的作用下直接经电化学反应产生电能的装置,具有完全无污染(排放物为水)的优点,但现阶段,燃料电池的许多关键技术还处于研发试验阶段。3种类型电动汽车的比较如附表所示。5表1.1蓄电池电动汽车、混合动力电动汽车和燃料电池电动汽车的特征电动汽车类型蓄电池电动汽车混合动力电动汽车燃料电池电动汽车驱动方式电机驱动电机驱动、内燃机驱动电机驱动能量系统蓄电池、超级电容器蓄电池、超级电容器、内燃机发电单元燃料电池能源和基础设施电网充电设施加油站、电网充电设施氢气、甲醇或汽油主要特点零排放续驶里程短；初期成本高很低排放续驶里程长依赖原油结构复杂超低排放、续驶里程较长、成本高主要问题蓄电池和蓄电池管理、充电设施多能源管理优化控制、蓄电池评估和管理燃料电池、燃料处理器燃料系统1.2电动汽车的发展背景及必要性能源的短缺和人们对生活质量的更高要求是电动车发展的主要原因。汽车的能源消费占世界能源总消费的近四分之一。随着世界经济的发展，汽车的保有数量在急剧增加，由此而引起的能源与环境问题就显得更加严重。因石油危机的影响，发达国家领先进行节能技术的开发，将产业部门的能源消费停留在GNP(能源消费总量)的一半水平。但是，以汽车为主的运输部门因其急速发展，能源的消费比其它部门大，占总能源消费的24%。以传统的石油作为动力能源的汽车因其尾气中的有害物质如CO、HC和NOX等对人类及环境造成的危害，人类必将面临巨大的挑战。经计算从全世界汽车排出的CO2为64亿标准炭吨。在当今世界面临能源与环境的双重危机之前，势必要求汽车工业提高汽车的能源使用效率，减少污染物质的排出量。但是，仅通过改善现有内燃机车的性能来解决这一问题是很困难的。各国政府及汽车企业普遍认识到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两个技术难题的最佳途径。1.3电动汽车发展简史其实100多年前汽车诞生时，工程师们考虑过使用电力驱动，不过当时的电能储存技术支持不了让车跑太远，便宜高效的汽油才逐渐成为了公路世界的主流。半个多世纪以后，电力汽车再次来到路上。6一百余年前。由于当时电池和电机的发展较内燃机成熟，而且石油的运用还没有普及，使电动汽车在早期的汽车领域中占有举足轻重的位置。第一辆电动汽车（3轮）由法国人古斯塔夫土维在1881年制造出来，此后三四十年间，电动汽车在当时的汽车发展中占据着重要位置。据统计，到1890年在全世界4200辆汽车中，有38％为电动汽车，40％为蒸汽车，22％为内燃机汽车。到了1911年，就已经有电动出租汽车在巴黎和伦敦的街头上运营，到了1912年在美国更有至少3.4万辆电动汽车运行。19世纪末期到1920年是电动车发展的一个高峰。随着美国德州石油的开发和内燃机技术大大提高，电动车在1920年之后渐渐地失去了优势。汽车市场逐步给内燃机驱动的汽车所取代。在70年代石油危机的爆发时.由于石油的大量开采和内燃机的种种优越性，电动汽车渐渐被人们忽视。直到上世纪70年代石油危机的爆发，给世界各国政界一次不小的打击，开始考虑替代石油的其他能源，包括风能、太阳能、电能等可再生能源。因此从政治经济方面考虑，才又给了电动汽车第二次机遇，又一次被人瞩目。1966年，通用汽车展示了燃料电池技术的潜力，推出全球第一款燃料电池汽车。如今世界上除了已存在的能源问题之外，环境保护问题也逐渐成为了各个方面所关心重大课题，内燃机汽车的排放污染，给全球的环境以灾难性的影响，因此开发生产零污染交通工具成为各国所追求的目标，电动汽车的无（低）污染优点，使其成为当代汽车发展的主要方向。各个主要的汽车生产厂家开始关注电动车的未来发展并且开始投入资金和技术在电动车领域。在刚刚结束的以“畅想绿色未来”为主题的北京车展，新能源车型成为车展上最受瞩目的车型。因此各大参展厂商纷纷拿出了自己的新能源车型。在本届北京车展上，共有95台新能源汽车亮相，众多汽车厂商都将推出新近研发的节能、环保车，“突出展示近年来新能源及混合动力汽车的研发及推广、节能减排技术的运用等最新成果，向世人展示面向未来的环保技术和当代汽车工业与最新科技的完美结合，引领广大观众走进明日汽车的崭新境界。”7第二章国外电动汽车发展状况在当前全球汽车工业面临金融危机和能源环境问题的巨大挑战的情况下，发展电动汽车，实现汽车能源动力系统的电气化，推动传统汽车产业的战略转型，在国际上已经形成了广泛共识。根据各大汽车公司发布的产品上市计划，预计2012年前后将迎来国际电动汽车产业化发展的一次高潮。电动汽车一旦取得市场突破，必将对国际汽车产业格局产生巨大而深远的影响。因此，世界各国顺应国际汽车工业发展潮流，把握交通能源动力系统转型的战略机遇，坚持自主创新，动员各方面的力量，加快推动电动汽车产业发展。全球汽车工业为破解能源、环境制约，实现可持续发展，长期以来一直在积极探索和努力推动交通能源动力系统转型。特别是08年以来，面对金融危机、国际油价高位震荡和日益严峻的节能减排压力，世界汽车产业进入全面交通能源转型时期，发展电动汽车成为国际取得高度共识的实现交通能源转型的技术路线，世界电动汽车产业进入了加速发展的新阶段。2.1国外先进国家对电动汽车的支持情况国外先进国家对电动汽车发展常用的政策手段主要有以下3种类型。经济上扶持：在研发期间，政府给予较高强度资助，支持研究单位和企业，尽快开发出经济实用型电动汽车。资金上的大力扶持，为发展电动汽车奠定了良好的经济基础。政策上优惠：对电动汽车的使用者给予政策上的倾斜，让用户得到使用上的实惠。政策上的优惠是对发展电动汽车的有力推动，它给生产者和使用者提供了开发和购买的动力。法规上强制：一方面，在合适的时间、地点，对燃油汽车的生产、销售、使用和排放实行限制性法规；另一方面，制定推广应用电动汽车的计划。法规上的强制，特别是关于严格限制燃油汽车尾气排放的相关法规，