純電動車

純電動車

純電動車是指以車載電源為動力,用電機驅動車輪行駛,符合道路交通、安全法規各項要求的車輛。由於對環境影響相對傳統汽車較小,其前景被廣泛看好,但當前技術尚不成熟。

基本介紹

  • 品牌:純電動車
  • 生產廠商:陸地方舟
  • 參考價格:320000
  • 車型尺寸:4.8米x1.5米x1.7米
  • 油耗:8度電/百公里
  • 引擎類型:電動機
  • 最高時速:135km/h
  • 加速時間:15s
  • 驅動方式:後輪驅動
  • 制動方式:蓄電池
  • 車身重量:900kg
  • 軸距:2455毫米
  • 行李艙容積:320L
  • 標準座位數:4座
  • 座位材質:真皮
  • 能耗:電能
基本定義,工作原理,主要結構,電源,驅動電動機,調速控制裝置,行駛裝置,轉向裝置,制動裝置,工作裝置,基本分類,歷史沿革,電池系統,充電,發展背景,發展前景,技術難題,主要特點,專家看法,優點缺點,環境污染小,無噪音 噪聲低,高效率,方便耐用,優惠政策,行業發展,核心技術,

基本定義

純電動車是指完全由動力蓄電池提供電力驅動的電動車。車載電源為動力,用電機驅動車輪行駛, 純電動車
符合道路交通、安全法規各項要求的車輛。由於對環境影響相對傳統汽車較小,其前景被廣泛看好,但當前技術尚不成熟。 結構<p>在純電動車控制系統中,主要包括4個節點,即主控制器ECU、電機控制ECU、電池控制ECU及CAN匯流排監控單元。主控制器ECU相當於純電動車的大腦,它起到了控制全局的作用。主控制器Ecu接收汽車上感測器的信息,經過A/I)轉換後計算、編碼為cAN報文,傳送到匯流排上控制其它節點的工作。同時,將一些整車相關信息(車速、電池容量、踏板位置等信息)在組合儀表上顯示出來。其中最核心的就是通過感測器的輸入值與系統當前狀態及汽車工況等條件計算出合適的電機扭矩值,通過CAN匯流排傳送到電機控制系統,指揮電機正確工作。另外,主控制器ECU還控制主繼電器的開關,使得整個系統上電和斷電。
電機控制ECU相當於純電動車的四肢。它的主要工作是以主控制器傳送扭矩值為輸入值,採用雙閉環控制來調速電機,使電機工作在需要的轉速下。還有,根據電機的溫度變化控制電機的冷卻水泵和冷卻風扇,從而有效地調節電機的溫度。
純電動車的電池是由幾十塊單體電池成組供電的,並能保證在不供電時電池不成組,每塊電池的電壓不超過5V。這樣由於單個電池性能的差異,就需要在電池充放電過程中經常要均衡電池電壓,保證電池性能。電池均衡問題由電池ECU來承擔。電池ECU相當於純電動車的血液循環系統。它提供系統需要的能量,同時,還提供給主控制器電池的信息及電池充放電能力最大值,供主控制器計算電機扭矩時用。
CAN匯流排監控單元主要是在不干擾匯流排數據傳輸情況的下,對匯流排上傳輸的數據進行實時監控,實時記錄和實時報警,還提供了離線分析功能及在純電動車調試階段對主控制器主要計算參數進行標定的功能。
純電動車純電動車

工作原理

蓄電池——電流——電力調節器——電動機——動力傳動系統——驅動汽車行駛

主要結構

電動汽車的組成包括:電力驅動及控制系統、驅動力傳動等機械系統、完成既定任務的工作裝置等。電力驅動及控制系統是電動汽車的核心,也是區別於內燃機汽車的最大不同點。電力驅動及控制系統由驅動電動機、電源和電動機的調速控制裝置等組成。電動汽車的其他裝置基本與內燃機汽車相同。
純電動車純電動車

電源


電源為電動汽車的驅動電動機提供電能,電動機將電源的電能轉化為機械能,通過傳動裝置或直接驅動車輪和工作裝置。電動汽車上套用最廣泛的電源是鉛酸蓄電池,但隨著電動汽車技術的發展,鉛酸蓄電池由於比能量較低,充電速度較慢,壽命較短,逐漸被其他蓄電池所取代。正在發展的電源主要有鈉硫電池、鎳鎘電池、鋰電池、燃料電池、飛輪電池等,這些新型電源的套用,為電動汽車的發展開闢了廣闊的前景。

驅動電動機


驅動電動機的作用是將電源的電能轉化為機械能,通過傳動裝置或直接驅動車輪和工作裝置。電動汽車上廣泛採用直流串激電動機,這種電機具有"軟"的機械特性,與汽車的行駛特性非常相符。但直流電動機由於存在換向火花,比功率較小、效率較低,維護保養工作量大,隨著電機技術和電機控制技術的發展,勢必逐漸被直流無刷電動機(BCDM)、開關磁阻電動機(SRM)和交流異步電動機所取代。

調速控制裝置


電動機調速控制裝置是為電動汽車的變速和方向變換等設定的,其作用是控制電動機的電壓或電流,完成電動機的驅動轉矩和旋轉方向的控制。
早期的電動汽車上,直流電?機的調速採用串接電阻或改變電動機磁場線圈的匝數來實現。因其調速是有級的,且會產生附加的能量消耗或使用電動機的結構複雜,已很少採用。電動汽車上套用較廣泛的是晶閘管斬波調速,通過均勻地改變電動機的端電壓,控制電動機的電流,來實現電動機的無級調速。在電子電力技術的不斷發展中,它也逐漸被其他電力電晶體(入GTO、MOSFET、BTR及IGBT等)斬波調速裝置所取代。從技術的發展來看,伴隨著新型驅動電機的套用,電動汽車的調速控制轉變為直流逆變技術的套用,將成為必然的趨勢。
在驅動電動機的旋向變換控制中,直流電動機依靠接觸器改變電樞或磁場的電流方向,實現電動機的旋向變換,這使得孔子哈電路複雜、可靠性降低。當採用交流異步電動機驅動時,電動機轉向的改變只需變換磁場三相電流的相序即可,可使控制電路簡化。此外,採用交流電動機及其變頻調速控制技術,使電動汽車的制動能量回收控制更加方便,控制電路更加簡單。 <p>4. 傳動裝置
電動汽車傳動裝置的作用是將電動機的驅動轉矩傳給汽車的驅動軸,當採用電動輪驅動時,傳動裝置的多數部件常常可以忽略。因為電動機可以帶負載啟動,所以電動汽車上無需傳統內燃機汽車的離合器。因為驅動電機的旋向可以通過電路控制實現變換,所以電動汽車無需內燃機汽車變速器中的倒檔。當採用電動機無級調速控制時,電動汽車可以忽略傳統汽車的變速器。在採用電動輪驅動時,電動汽車也可以省略傳統內燃機汽車傳動系統的差速器。

行駛裝置


行駛裝置的作用是將電動機的驅動力矩通過車輪變成對地面的作用力,驅動車輪行走。它同其他汽車的構成是相同的,由車輪、輪胎和懸架等組成。

轉向裝置


轉向裝置是為實現汽車的轉彎而設定的,由轉向機、方向盤、轉向機構和轉向輪等組成。作用在方向盤上的控制力,通過轉向機和轉向機構使轉向輪偏轉一定的角度,實現汽車的轉向。多數電動汽車為前輪轉向,工業中用的電動叉車常常採用後輪轉向。電動汽車的轉向裝置有機械轉向、液壓轉向和液壓助力轉向等類型。 純電動車

制動裝置


電動汽車的制動裝置同其他汽車一樣,是為汽車減速或停車而設定的,通常由制動器及其操縱裝置組成。在電動汽車上,一般還有電磁製動裝置,它可以利用驅動電動機的控制電路實現電動機的發電運行,使減速制動時的能量轉換成對蓄電池充電的電流,從而得到再生利用。

工作裝置


工作裝置是工業用電動汽車為完成作業要求而專門設定的,如電動叉車的起升裝置、門架、貨叉等。貨叉的起升和門架的傾斜通常由電動機驅動的液壓系統完成。

基本分類

純電動汽車發展至今,種類較多,通常按車輛用途、車載電源數目以及驅動系統的組成進行分類。按照用途不同分類,純電動汽車可分為電動轎車、電動貨車和電動客車三種。
純電動車純電動車
(1)電動轎車是最常見的純電動汽車。除了一些概念車,純電動轎車已經有了小批量生產,並已進入汽車市場。
(2)電動貨車用作功率運輸的電動貨車還比較少,而在礦山、工地及一些特殊場地,則早已觸電了一些大噸位的純電動載貨汽車。
(3)電動客車,純電動小客車也較少見;純電動大客車用作公共汽車,在一些城市的公交線路以及世博會、世界性的運動會上,已經有了良好的表現。

歷史沿革

在1873年,英國人羅伯特·戴維森(Robert Davidsson)製作了世界上最初的可供實用的電動汽車。這比德國人戴姆勒(Gottlieb Daimler)和本茨(Karl Benz)發明汽油發動機汽車早了10年以上。
戴維森發明的電動汽車是一輛載貨車,長4800mm,寬1800mm,使用鐵、鋅、汞合金與硫酸進行反應的一次電池。其後,從1880年開始,套用了可以充放電的二次電池。從一次電子表池發展到二次電池,這對於當時電動汽車來講是一次重大的技術變革,由此電動汽車需求量有了很大提高。在19世紀下半葉成為交通運輸的重要產品,寫下了電動汽車需求量有了很大提高。在19世紀下半葉成為交通運輸的重要產品,寫下了電動汽車在人類交通史上的輝煌一頁。1890年法國和英倫敦的街道上行駛著電動大客車,當時的車用內燃?技術還相當落後,行駛里程短,故障多,維修困難,而電動汽車卻維修方便。

電池系統

純電動汽車電池管理系統作為電池系統的重要組成部分,具有實時監控電池狀態、最佳化使用電池能量、延長電池壽命和保證電池的使用安全等重要作用。電池管理系統對整車的安全運行、整車控制策略的選擇、充電模式的選擇以及運營成本都有很大影響。電池管理系統無論在車輛運行過程中還是在充電過程中都要可靠地完成電池狀態的實時監控和故障診斷,並通過匯流排的方式告知車輛集成控制器或充電機,以便採用更加合理的控制策略,達到有效且高效使用電池的目的。
電池管理系統採用集散式系統結構,每套電池管理系統由1台中央控制模組(或稱主機)和10個電池測控模組(或稱從機)組成。電池管理系統檢測模組安裝在電池箱前面板內;電池管理系統主控模組安裝在車輛尾部高壓設備倉內,
電池管理系統的功能如下:
1.電體電池電壓的檢測
2.電池溫度的檢測
3.電池組工作電流的檢測
4.絕緣電阻檢測
5.冷卻風機控制
6.充放電次數記錄
7.電池組SoC的估測
8.電池故障分析與線上報警
純電動車純電動車
9. 各箱電池充放電次數記錄
10.各箱電池離散性評價
11.與車載設備通信,為整車控制提供必要的電池數據CAN1
12.與車載監控設備通信,將電池信息送面板顯示CAN2
13.與充電機通信,安全實現電池的充電RS—485
14.有簡易的設備實現純電動汽車電池管理系統的初始化功能,能滿足電池快速更換以及電池箱重新編組的需要。

充電

在純電動汽車的發展過程中,充電問題一直都是消費者的一個“後顧之憂”。對於居住於城市之中的電動汽車消費者而言,建立一個私有的充電樁並非易事。首先,停車難早已成為城市發展中的一大難題,2014年,北京市機動車保有量超過500萬輛,但只有不到50%的汽車有固定停車位,停車尚且困難,建立私人充電樁更是奢侈。其次,充電樁在全功率使用時功耗十分驚人,大多數小區電網很難承受大量電動汽車同時充電,這也是很多小區拒絕私人安裝充電樁的主要理由。
所以,在目前私人充電樁的全面普及還存在難度的時候,電動汽車的普及必須依仗建立大量公共充電樁,公共充電樁的普及程度將直接影響著消費者購買純電動車的熱情。
然而,在純電動汽車市場的普及推廣還存在不少困難的時候,充電服務企業在投入充電樁建設時也有所顧忌。數據顯示,北京市目前共有充電站225座,合計充電樁1700多個,其中,70%是由政府連同國家電網先行投入建設。但這些已建成的充電站普遍存在盈利難的問題。記者了解到,國家電網已建成的400餘座充電站幾乎全線虧損,缺乏盈利機制是最重要原因。
有業內人士認為,充電服務收費政策能夠在一定程度上吸引社會資本進入充電服務市場,從長遠看,服務供給的增加也將有利於充電服務市場的均衡,從而推動新能源汽車的普及推廣。
充電站之憂,既有消費者對充電不便的擔心,也有充電服務企業對生存盈利的顧慮。在純電動汽車發展的過程中,這樣的“憂”不可避免。推行收取充電服務費並非壞事,有了透明的充電服務費價格,消費者可以對電動車的使用成本有一個基本的心理預期,從而作出消費決定;對於充電服務企業,則可以刺激其投入充電站建設。只是希望在收取充電服務費後,充電站能真正將充電服務提升上去,讓電動汽車的消費者不再有後顧之憂。

發展背景

電池是電動汽車發展的首要關鍵,汽車動力電池難在 “低成本要求”、“高容量要求”及“高安全要求”等三個要求上。要想在較大範圍內套用電動汽車,要依靠先進的蓄電池經過10多年的篩選,普遍看好的氫鎳電池,鐵電池,鋰離子和鋰聚合物電池。氫鎳電池單位重量儲存能量比鉛酸電池多一倍,其它性能也都優於鉛酸電池。但價格為鉛酸電池的4-5倍,正在大力攻關讓它降下來。鐵電池採用的是資源豐富、價格低廉的鐵元素材料,成本得到大幅度降低,也有廠家採用。鋰是最輕、化學特性十分活潑的金屬,鋰離子電池單位重量儲能為鉛酸電池的3倍,鋰聚合物電池為4倍,而且鋰資源較豐富,價格也不很貴, 是很有希望的電池。我國在鎳氫電池和鋰離子電池的產業化開發方面均取得了快速的發展。電動汽車其他有關的技術,都有巨大的進步,如:交流感應電機及其控制,稀土永磁無刷電機及其控制,電池和整車能量管理系統,智慧型及快速充電技術,低阻力輪胎,輕量和低風阻車身,制動能量回收等等,這些技術的進步使電動汽車日見完善和走向實用化。我國大城市的大氣污染已不能忽視,汽車排放是主要污染源之一,我國已有16個城市被列入全球大氣污染最嚴重的20個城市之中。我國現今人均汽車是每1000人平均10輛汽車,但石油資源不足,每年已進口幾千萬噸石油,隨著經濟的發展,中國人均汽車持有量達到全球水平---每1000人有110輛汽車,我國汽車持有量將成10倍地增加,石油進口就成為大問題。因此在我國研究發展電動汽車不是一個臨時的短期措施,而是意義重大的、長遠的戰略考慮。

發展前景

中國汽車駛入“無油”時代
新能源汽車的發展方向有多種,但其中之一的氫燃料電池技術不成熟,成本昂貴,是20年之後的技術。2007年1月,汽車和動力電池專家Menahem Anderman博士在美國參議院能源與資源委員會作證時下此結論。中國也沒有氫燃料電池反應所必需的鉑。雖然沒有公開申明,但據傳國家內部決策層曾明確表示中國不適宜發展氫燃料電池汽車,只作為科研跟蹤項目。
另外就主要採用甲醇、乙醇等低成本液體燃料的技術來說,由於大量採用玉米、糧食作為原料,導致全球糧價連續上升,這也不可能成為中國的技術選擇。
還有一種燃料技術清潔柴油,即含硫量低的柴油(含硫量低於350ppm的柴油),使用能使動力平均比汽油機節約30%的能源。不過因為國內的柴油品質不佳,頻繁的油荒總是從柴油開始,此外柴油得不到國家政策支持。
從技術發展成熟程度和中國國情來看,純電動汽車應是大力推廣的發展方向,而混合動力作為大面積充電網路還沒建立起來之前的過渡技術。中外車廠都先後推出了混和動力和純電動汽車。比亞迪先後展示了F6DM和F3DM雙模電動車和F3e純電動車。長安與加拿大綠色電池生產商Electrovaya 合作,共同拓展加拿大新能源汽車市場,首推奔奔純電動版。美國通用汽車公司推出了以電動為主的Chevy Volt混合動力車,Mini Cooper推出了其純電動版。 純電動車
但混合動力車動力系統複雜,成本昂貴。比亞迪F3DM有兩套動力系統,其公布的動力系統成本增加了5萬元,相當於每年要節省8千元的油費才能比傳統汽油車經濟。不過混合動力車省油有限,豐田Prius省油大致10%-20%,奇瑞A5-ISG在北京奧運試運期間公布的省油參數為10%。可以算一筆帳,假設家庭年行駛2萬公里,汽油車百公里油耗7.5升,年油費9450元,混合動力車省油20%節省了1890元,無法抵消其車價成本的增加。
混合動力的優勢是保留了傳統汽油汽車的使用生活方式,根據汽油機和電動機混合程度,充電次數和傳統汽油汽車加油次數相當,或者不用充電。行駛距離也不受限制。
純電動車省去了油箱、發動機、變速器、冷卻系統和排氣系統,相比傳統汽車的內燃汽油發動機動力系統,電動機和控制器的成本更低,且純電動車能量轉換效率更高。因電動車的能量來源——電,來自大型發電機組,其效率是小型汽油發動機甚至混合動力發動機所無法比擬的。純電動汽車因此使用成本在下降。按比亞迪F3e純電動車公布的數據,百公里行駛耗電12度,依照0.5元的電價算,百公里使用成本才6元。而其原形車F3汽油車百公里耗油7.6升,按6.2元的油價,成本是46.5元。相比之下,電動車的使用成本才是傳統汽油汽車的八分之一。
純電動車的缺點是它改變了傳統汽車的使用生活方式,需要每天充電。傳統的汽車使用習慣是大致一到兩周加一次油。而且每次出行也有幾百公里的距離限制,雖然一個家庭遠距離出行可能一年就這么幾次。

技術難題

電動汽車的困難是蓄電池單位重量儲存的能量太少,還因電動車的電池較貴,又沒形成經濟規模,故購買價格較貴,至於使用成本,有些試用結果比汽車貴,有些結果僅為汽車的1/3,這主要取決於電池的壽命及當地的油、電價格。現階段電池的容量還達不到需要,續航能力還達不到全天候的套用。
純電動車純電動車

主要特點

純電動汽車,相對燃油汽車而言,主要差別(異)在於四大部件,驅動電機,調速控制器、動力電池、車載充電器。相對於加油站而言,它由公用超快充電站。
純電動汽車之品質差異取決於這四大部件,其價值高低也取決於這四大部件的品質。純電動汽車的用途也在四大部件的選用?置直接相關。
純電動汽車時速快慢,和啟動速度取決於驅動電機的功率和性能,其續行里程之長短取決於車載動力電池容量之大小,車載動力電池之重量取決於選用何種動力電池如鉛酸、鋅碳、鋰電池等,它們體積,比重、比功率、比能量、循環壽命都各異。這取決於製造商對整車檔次的定位和用途以及市場界定、市場區隔。
純電動汽車的驅動電機有直流有刷、無刷、有永磁、電磁之分,再有交流步進電機等,它們的選用也與整車配置、用途、檔次有關。另外驅動電機之調速控制也分有級調速和無級調速,有採用電子調速控制器和不用調速?制器之分。電動機有輪轂電機、內轉子電機、有單電機驅動、多電機驅動和組合電機驅動等。電機及調速控制器的選用和配製對整車檔次和價位也有影響。 <p>公用超快充電站是純電動汽車商業化的基礎設施,將它做完善到位了才能使前者暢行無憂,反之則是它的短腿,受其制約和影響,歐洲、美國電動汽之商業實踐充分說明了這點。我們對此認識到了,但行動不力。另外,充電機與車載電池之電纜連線器問題必須規範,形成電池品種、電壓分檔、快慢(功率大小)諸要素的一致,否則純電動汽車及公用超快充電站無法有效無法對接,這個產業白紙一張,待我們去開拓,但必須規劃、設計成型後實施,以免徒勞,以免勞命傷財。
純電動汽車之四大部件及公用充電站之大型充電機,專用電纜、線纜連線器乃至計費、收費系統,這是汽車行業新的零部件,沒它們將是無米之炊,沒做到位、不完善則是短腿受其制約。同時與此相關的零部件製造商應以此形成產業鏈,共圖發展。
國家發政委“新能源汽車公告管理辦法和實施細則”已於2007年11月1日施行。“城鎮鄉村農用(專用)電動汽車通用技術條件”也在醞釀過程中,純電動汽車商業化在農村已經初現雛形,我們不該視而不見。
將來符合國際和符合市場需求的純電動汽車必定遵守以下幾項:1、電動車輛研發製造運營必須符合國家各項相關法規。整車、零部件性能必須滿足國家技術標準和各項具體要求。2、電動車輛是以電為能源,由電動機驅動行駛的,不再產生新的污染,不再產生易燃、易爆之隱患。3、電動車輛儲能用的電池必須是無污染、環保型的。且具有耐久的壽命,具備超快充電(2-3C以上電流)的功能。車輛根據用途確定一次充電之續行里程,以此裝置夠用電量的電池組,充分利用公用充電站超快充電以延長續行里程。4、電動機組應有高效率的能量轉換。剎車、減速之能量的直接利用和回收,力求車輛之綜合能源利用的高效率。5、根據車輛用途和行駛場合設定最高車速,且不得超過交通法規的限定值,以合理選擇電動機的功率和配置電池組容量。6、車輛駕駛操作,控制簡單有效、工作可靠,確保行車安全。7、機械、電氣裝置耐用少維修。車輛運營之費用低廉。8、以目標市場需求為依據,提供實用、合適車型滿足之,力求做到技術、經濟、實用、功能諸方面的綜合統一。將來產業化、商業化為用戶所歡迎的電動汽車,必定符合以下幾點特徵:準確的定位、恰當的用途、宜駛的區域、最佳的效能。合適的車型、經濟的配置?可靠的性能、便當的操控。環保的電池、耐久的壽命、夠用的電量、超快的充電、完善的網路、到位的服務。低廉的費用、最少的維修。
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專家看法

北京理工大學電動車輛工程技術中心副主任林程
我國磷酸鐵鋰電池研究工作已經取得突破
林程對記者說,車用鋰電池的要求更高。它要求車輛在各種使用條件下,都要保障安全性,不能發生明火、爆炸等事故。最先用於電動車的是動力電池,國內在這一方面取得了很大突破,已初具產業規模。裝有該電池的電動車經常出現一些事故,這樣的電池也就逐漸被淡化。國內對鋰電池的研究進步很快,特別是在電池安全性的問題上,取得了很大進展。
林程向記者介紹,鋰電池主要包括錳酸鋰電池和磷酸鐵鋰電池。國內的錳酸鋰電池發展已初具規模。磷酸鐵鋰電池由於安全性更高、壽命更長,將成為未來鋰電池發展的重要方向,也是國外各汽車企業研發的重點。國內對磷酸鐵鋰電池的研究工作進展順利,特別是在一些專利上取得突破,這次為北京奧運會提供的客車用鋰電池就是自主研發的磷酸鐵鋰電池。
“當然與國外對鋰電池的研究相比,國內的鋰電池研究工作還有一定差距,但是國內對鋰電池的重視程度越來越高,未來將成為研發重點。”林程對記者說。
河南環宇集團鋰電池產業技術副總工程師鄧倫浩
鋰電池大規模用於電動車還需一定時間
河南環宇集團是一家從電池零部件到電池塑膠五金及相關電池製造、設備製造、電器製造等完整產業鏈的企業集團,曾承擔過科技部鋰電池項目的研發工作。
“國內鋰電池的研究工作和國外相比,差距主要體現在電池的控制系統和電源管理系統上。”鄧倫浩對記者說,國內對鋰電池的研究處於各自開發的狀態。有的公司已經能夠為電動汽車提供相應的鋰電池配套產品,配套的鋰電池一般能跑200~500公里左右。
鄧倫浩告訴記者,國內鋰電池的價格太高,電源管理系統的問題還沒得到很好地解決。電動汽車還面臨充電的問題。家裡的一般線路不能為電動汽車鋰電池充電,必須配一個小型的專用充電器,而且充電的時間很長,很麻煩。在國外,為了解決這一問題,一般都把充電站和加油站放在一起。國內的充電站還沒有大規模地建立起來。
鄧倫浩認為,國內消費者對裝有鋰電池的電動汽車接受起來還有難度:“一輛普通電動汽車的價格大概是同等配置汽油機車的兩倍甚至更高,國內消費者還沒有足夠的經濟實力和心理準備來接受電動汽車。”
中國電力科學研究院工程師莊童
看好磷酸鐵鋰電池發展前景
莊童向記者介紹,電動汽車電池的研發工作經歷了從鉛酸電池、鎳氫電池?鋰電池的發展過程,每一種電池各有利弊。
鉛酸電池出現得最早,使用的時間也最長,屬於蓄電池系列。鉛酸電池的安全性能最好,很少出現爆炸、著火等現象,只是儲能效果不太理想。後來,人們研製出了鎳氫電池,存儲電能和功率的效果都比鉛酸電池理想,但是由於鎳氫電池在充電過程中產生的氫氣容易發生爆炸,所以企業對鎳氫電池處在可用可不用的狀態。
到了2000年前後,人們研製成功了鋰電池。鋰電池存儲的電能是鉛酸電池的2~3倍,但是由於它含有的鋰離子活躍在金屬層表面,在空氣中容易出現自燃、爆炸等情況,危險性更高。所以各國對鋰電池的研發主要是控制它的安全性和穩定性。
“一塊鋰電池大概能循環充電1000次左右,其中磷酸鐵鋰電池的儲能效果比鈷酸鋰電池和錳酸鋰電池的效果差一些,但是它的安全性能最好,儲能比鉛酸電池要高很多,所以現在磷酸鐵鋰電池最被看好。”莊童說。
中國汽車工程學會電動汽車分會主任陳全世
國內鋰電池研究存在三大問題
陳全世在接受記者採訪時說:“現在國家對鋰電池的研究工作高度重視,‘863’計畫項目中,國家共投資6600萬元,全部用於鋰電池的研發工作。我?與**、美國等走在鋰電池研發前列的已開發國家相比,中國在鋰電池的製造精度、設備、標準等研發細節上存在一定差距。”
陳全世告訴記者,國內鋰電池研究存在三大問題。首先是製造的一致性問題。由於在鋰電池的製造工藝和設備上存在差距,使得國內鋰電池的生產工藝參差不齊,製造標準還達不到一致性。電動汽車所用的鋰電池都是串聯或並聯在一起,如果一致性問題解決不好,那么所生產的鋰電池也就無法大規模套用於電動汽車。
其次是智慧財產權問題。國內在磷酸鐵鋰電池的研究上已經取得突破,但是由於美國在這方面有專利,所以雖然我們在一些環節上能夠自主研發,但是在智慧財產權問題上,還不知如何應對。
第三是原材料的篩選問題。用於鋰電池生產的原材料不可能全部進口,主要還是取自國內,但是國內的原材料要通過國際認證,生產出的鋰電池才能被國際認可,所以在原材料認證環節上還存在一些問題。
國內主要品牌
國內民營汽車公司,如深圳市陸地方舟新能源電動車集團有限公司,比亞迪、吉利、奇瑞、上海大眾,長安等汽車企業。

優點缺點

環境污染小


這是電動汽車最突出的優點。電動汽車使用過程中不會產生廢氣,與傳統汽車相比根本不存在大氣污染的問題。有人說電動汽車使用的二次能源——電能在火力發電廠產生時污染了大氣,它只是把污染從城市轉移到了郊區。事實上,電動汽車並不是簡單地將空氣污染改變了地方,相對傳統汽車,它確實做到了減小了污染。因為電力來源是多樣化的,許多能源像水能、風能、太陽能、潮汐能、核能都可以高效地轉化為電能,即使電動汽車的電能全部來自於火力發電廠,其整體的能量利用效率也高於城市常規燃油汽車,也就是說使用電動汽車還是減小了絕大部分空氣污染。此外,如果避開用電高峰夜間充電,那還可以進一步減少能源的浪費。

無噪音 噪聲低


這是電動汽車最直觀的特點。大城市中汽車噪聲已經成為一種比較嚴重的污染,減少噪聲污染也是對今後汽車工業的考驗。汽車發動機噪音是行駛過程中主要噪聲來源,與燃油車相比,電動汽車在這方面有絕對的優勢。它在行駛運行中基本是寧靜的,特別適合在需要降低噪聲污染的城市道路行駛。

高效率


這是電動汽車能源利用方面最顯著的特點。在城市中,道路上車輛行駛較多,而且經常遇到紅綠燈,車輛必須不斷的停車和啟動。對於傳統燃油汽車而言,這不僅意味著消耗大量能源,而且也意味著更多汽車尾氣排出。而使用電動汽車,減速停車時,可以將車輛的動能通過磁電效應,“再生”地轉化為電能並貯存在蓄電池或其他儲能器中。這樣在停車時,就不必讓電機空轉,可以大大提高能源的使用效率,減少空氣污染。

方便耐用


這是電動汽車運行成本方面的最大亮點。與傳統燃油汽車相比,電動汽車容易操縱、結構簡單,運轉傳動部件相較對少,無需更換機油、油泵、消聲裝置等,也無需添加冷卻水。維修保養工作量少。如果有好的蓄電池,它的使用壽命也比燃油車長。
5.使用範圍廣,不受所處環境影響
這是電動汽車另一優勢所在。在特殊場合,比如不通風、冬天低溫場所,或者高海拔缺氧的地方,內燃機車要么不能工作,要么效率降低,而電動車則完全不受影響。

優惠政策


北京汽車產業“十二五”發展規劃由北京汽車行業協會提出,已經通過了北京市經濟和信息化委員會的審查。根據規劃,2015年,北京的純電動汽車在用車將達到10萬輛的規模,並將以乘用車為主。 純電動車
根據規劃,純電動車是北京發展新能源車的重點,此外不排斥發展插電式、混合動力等其他類型新能源車。物流、環衛類商用純電動車、北汽福田迷迪純電動計程車等已開始示範運行,但私人購買亟待推進。中國汽車工業諮詢委員會副主任、北京汽車行業協會會長安慶衡認為,私人購買純電動車依賴優惠政策的支持以及充電設施的完善。據透露,消費者在購買純電動車時,除將享受與深圳相同水平的優惠補貼外,還將享受“不搖號、不限行、不納稅(國家代付)”的特殊優惠。業內人士認為,北京的限號、限行政策給了電動汽車一個機會。

行業發展

國內外形勢
2010 年年初國際氣候組織曾對40 名電動汽車相關行業專家進行訪談,結果表明充電基礎設施建設的重要程度在電動汽車發展眾多影響因素中排名第2,超過了購買價格因素,僅次於排名第1的電池技術提高因素。充電設施的基礎性、關鍵性作用各方已達成共識。
純電動車純電動車
從國外發展情況來看,儘管國外主要已開發國家的充電設施建設還處於起步階段,但是政府支持力度非常大。從國內發展情況來看,我國充電設施建設主要參與者包括國家電網公司、南方電網公司、普天海油、中石化、比亞迪等企業。近幾年來,我國已經投產了一定數量的充電站與充電樁,充電方式有快充、慢充、換電池等多種,先期的工作為後續建設提供了寶貴經驗。國家電網公司、南方電網公司、普天海油、中石化等企業已經與多數地方政府簽訂了戰略合作協定,制定了較為明確的建設目標和計畫,充電站建設開始呈現加速發展的勢頭。
儘管充電基礎設施建設在國內外普遍得到高度重視,但是世界各國都面臨著相關技術標準與運營模式不明確等一系列問題,我國亟待在試點基礎上加大研究和創新力度,探索一條適合我國國情的充電基礎設施發展道路。
國外發展情況
世界各國著名的汽車廠商都在加緊研製各類電動汽車,並且取得了一定程度的進展和突破。
第一,日本一直以來,出於對能源危機和環境保護的關注及占領未來世界汽車市場的考慮,日本十分重視電動汽車的研製與開發。從世界範圍內的整個形勢來看,日本是電動汽車技術發展速度最快的少數幾個國家之一,特別是在混合動力汽車的產品發展方面,日本居世界領先地位。世界上能夠批量產銷混合動力汽車的企業,已經在全世界20多個國家上市銷售。推出的產品已經是多次改進後的第二代產品,其生產工藝更為成熟。
繼PRIUS混合動力轎車之後,推出了ESTIMA混合動力汽車和搭載軟混合動力系統的CROWN轎車。普及混合動力系統的低燃耗、低排放和改進行駛性能方面已經走在了世界的前列。
第二,美國。美國的汽車公司在電動汽車產業化方面比來自日本的同行遜色不少,三大汽車公司僅僅小批量生產、銷售過純電動汽車,而混合動力和燃料電池電動汽車還未能實現產業化,來自日本的混和動力電動汽車在美國市場上占據了主導地位。

核心技術

發展電動汽車必須解決好4個方面的關鍵技術:電池技術、電機驅動及其控制技術、電動汽車整車技術以及能量管理技術。
電池技術 電池是電動汽車的動力源泉,也是一直制約電動汽車發展的關鍵因素。電動汽車用電池的主要性能指標是比能量(E)、能量密度(Ed)、比功率(P)、循環壽命(L)和成本(C)等。要使電動汽車能與燃油汽車相競爭,關鍵就是要開發出比能量高、比功率大、使用壽命長的高效電池。
電動汽車用電池經過了3代的發展,已取得了突破性的進展。第1代是鉛酸電池,主要是閥控鉛酸電池(VRLA),由於其比能量較高、價格低和能高倍率放電,因此是惟一能大批量生產的電動汽車用電池。第2代是鹼性電池,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)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能轉變為電能,能量轉變效率高,比能量和比功率都高,並且可以控制反應過程,能量轉化過程可以連續進行,因此是理想的汽車用電池,但還處於研製階段,一些關鍵技術還有待突破問。
電力驅動及其控制技術 電動機與驅動系統是電動汽車的關鍵部件,要使電動汽車有良好的使用性能,驅動電機應具有調速範圍寬、轉速高、啟動轉矩大、體積小、質量小、效率高且有動態制動強和能量回饋等特性。電動汽車用電動機主要有直流電動機(DCM)、感應電動機(IM)、永磁無刷電動機(PMBLM)和開關磁阻電動機(SRM)4類。
由感應電動機驅動的電動汽車幾乎都採用矢量控制和直接轉矩控制。由於直接轉矩的控制手段直接、結構簡單、控制性能優良和動態回響迅速,因此非常適合電動汽車的控制。美國以及歐洲研製的電動汽車多採用這種電動機。永磁無刷電動機可以分為由方波驅動的無刷直流電動機系統(BLDCM)和由正弦波驅動的無刷直流電動機系統(PMSM),它們都具有較高的功率密度,其控制方式與感應電動機基本相同,因此在電動汽車上得到了廣泛的套用。PMSM類電機具有較高的能量密度和效率,其體積小、慣性低、回響快,非常適應於電動汽車的驅動系統,有極好的套用前景。由日本研製的電動汽車主要採用這種電動機。
開關磁阻電動機(SRM)具有簡單可靠、可在較寬轉速和轉矩範圍內高效運行、控制靈活、可四象限運行、回響速度快和成本較低等優點。實際套用發現SRM存在轉矩波動大、噪聲大、需要位置檢測器等缺點,套用受到了限制。
隨著電動機及驅動系統的發展,控制系統趨於智慧型化和數位化。變結構控制、模糊控制、神經網路、自適應控制、專家控制、遺傳算法等非線性智慧型控制技術,都將各自或結合套用於電動汽車的電動機控制系統。
電動汽車整車技術 電動汽車是高科技綜合性產品,除電池、電動機外,車體本身也包含很多高新技術,有些節能措施比提高電池儲能能力還易於實現。採用輕質材料如鎂、鋁、優質鋼材及複合材料,最佳化結構,可使汽車自身質量減輕30%-50%;實現制動、下坡和怠速時的能量回收;採用高彈滯材料製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%。
純電動車純電動車
能量管理技術 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管理。
能量管理系統是電動汽車的智慧型核心。一輛設計優良的電動汽車,除了有良好的機械性能、電驅動性能、選擇適當的能量源(即電池)外,還應該有一套協調各個功能部分工作的能量管理系統,它的作用是檢測單個電池或電池組的荷電狀態,並根據各種感測信息,包括力、加減速命令、行駛路況、蓄電池工況、環境溫度等,合理地調配和使用有限的車載能量;它還能夠根據電池組的使用情況和充放電歷史選擇最佳充電方式,以儘可能延長電池的壽命。
世界各大汽車製造商的研究機構都在進行電動汽車車載電池能量管理系統的研究與開發。電動汽車電池當前存有多少電能,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,也是電動汽車能量管理系統應該完成的重要功能。套用電動汽車車載能量管理系統,可以更加準確地設計電動汽車的電能儲存系統,確定一個最佳的能量存儲及管理結構,並且可以提高電動汽車本身的性能。
在電動汽車上實現能量管理的難點,在於如何根據所採集的每塊電池的電壓、溫度和充放電電流的歷史數據,來建立一個確定每塊電池還剩餘多少能量的較精確的數學模型。

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