現(xiàn)代電動汽車發(fā)展及技術(shù)

-.z.現(xiàn)代電動汽車開展及技術(shù)【摘要】純電動汽車，它是完全由可充電電池提供動力源的汽車。雖然它已有134年的悠久歷史，但一直僅限于*些特定圍的應(yīng)用，市場較小。電動汽車的技術(shù)核心主要有電池技術(shù)，電力驅(qū)動及其控制系統(tǒng)，電動汽車整車技術(shù)，能量管理計術(shù)等?，F(xiàn)代電動汽車開展速度越來越快，通過對電動汽車各主要技術(shù)國家的開展比照，了解開展?fàn)顩r及其關(guān)鍵技術(shù)?！娟P(guān)鍵詞】開展現(xiàn)狀；電動汽車；電動汽車核心技術(shù)；傳動比Abstract:Electricvehicles,itisprovidedbyarechargeablebatterypowersourcecar.Althoughithasbeen134yearsofhistory,butithasbeenonlywithinacertainrange,themarketissmall.Thecoretechnologyofelectricvehiclesbatterytechnology,electricdriveandcontrolsystem,electricvehicletechnology,energymanagementtechnology.Theincreasinglyrapidpaceofdevelopmentofmodernelectricvehicles,byparisonofthemajorcountriesoftheelectriccardevelopmenttounderstandthedevelopmentstatusandkeytechnologies.Keywords:developmentstatus；electricvehicles；electricvehicletechnology；driveratio1背景及開展1.1背景環(huán)境在全球能源和環(huán)境問題的嚴(yán)峻形勢下,汽車工業(yè)正面臨巨大挑戰(zhàn),節(jié)能與減排的技術(shù)變革迫在眉睫。目前,節(jié)能與新能源汽車已經(jīng)成為國家科技開展的戰(zhàn)略重點,其中,電動汽車作為主要技術(shù)方案之一倍受矚目。目前人們所說的電動汽車多是指純電動汽車，即是一種采用單一蓄電池作為儲能動力源的汽車。它利用蓄電池作為儲能動力源，通過電池向電機(jī)提供電能，驅(qū)動電動機(jī)運轉(zhuǎn)，用電機(jī)驅(qū)動車輪行駛，符合道路交通、平安法規(guī)各項要求的車輛。由于對環(huán)境影響相對傳統(tǒng)汽車較小，其前景被廣泛看好，但當(dāng)前技術(shù)尚不成熟。從外形上看，電動汽車與日常見到的汽車并沒有什么區(qū)別，區(qū)別主要在于動力源及其驅(qū)動系統(tǒng)。即純電動汽車的電動機(jī)相當(dāng)于傳統(tǒng)汽車的發(fā)動機(jī)，蓄電池相當(dāng)于原來的油箱。1.2國外現(xiàn)狀及前景知名戰(zhàn)略咨詢機(jī)構(gòu)貝恩公司發(fā)布的調(diào)研報告稱：未來幾年，全球電動汽車有望到達(dá)150萬輛，其中中國將以20萬輛的份額占據(jù)全球最大的潛在市場。該報告還將購置電動汽車的消費者大致分為四類，分別為：樂于承受新技術(shù)的“高端消費者〞、注重環(huán)保的“綠色先行者〞、預(yù)算有限的“價格敏感者〞和盡量躲避風(fēng)險的“觀望跟風(fēng)者〞。大有誰掌握了“電動車〞市場誰就掌握了未來世界經(jīng)濟(jì)引擎的意味。據(jù)媒體報道：中日三國都正在為其未來的經(jīng)濟(jì)支柱——電動車產(chǎn)業(yè)暗自較勁。其中日本占據(jù)電池和核心控制系統(tǒng)上的優(yōu)勢，擁有最大汽車市場的中國則占據(jù)市場優(yōu)勢，而國的優(yōu)勢在核心配件——電池上。有專家戲稱，如果將占技術(shù)優(yōu)勢的日本比之于，占市場優(yōu)勢的中國比之于吳，那國自然當(dāng)比西蜀，從整體上看，國電動車產(chǎn)業(yè)在三足鼎立中略顯羸弱。1.2.1技術(shù)強(qiáng)國——日本最近，日本經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)省公布了“新一代汽車戰(zhàn)略〞，日本政府將電動汽車和混合動力汽車等定義為“新一代汽車〞，并將該戰(zhàn)略納入日本的國家新一輪經(jīng)濟(jì)開展規(guī)劃，日本政府為汽車業(yè)設(shè)定的總體戰(zhàn)略目標(biāo)是“使日本開展成為新一代汽車的研發(fā)中心〞。2021年底，日本三菱汽車就開場生產(chǎn)世界首個批量生產(chǎn)的高速電動車“i-MiEV〞。該車充一次電可以行駛130公里，最高時速為130公里。最近，美、日、歐投放市場的日產(chǎn)Leaf充一次電可以最高行駛200公里，時速可以到達(dá)145公里。這是將電動車提升到了同汽油車一樣的水平。日產(chǎn)方案擴(kuò)大電動車的普及率，到2021年每年生產(chǎn)25萬臺。豐田、本田也將在明年下半年進(jìn)入電動車市場。他們是在使用混合動力技術(shù)的插電式電動車領(lǐng)域走在前列的企業(yè)。1.2.2市場大國——中國無疑，中國最大的武器就是廣闊的市場。美國市場調(diào)查企業(yè)JDPower認(rèn)為，10年后中國市場將消化全世界電動10%左右的產(chǎn)量。中國外鄉(xiāng)企業(yè)比亞迪〔BYD〕將引領(lǐng)中國電動車市場。比亞迪進(jìn)軍美國主打的品牌就是新能源車。吉利汽車自收購沃爾沃之后，針對可以期待的電動汽車市場，目前正在尋求與聯(lián)手展開新能源以及汽車電子方面的合作。在中國，興旺國家汽車企業(yè)的競爭也非常劇烈。通用〔GM〕即將把ChevroletVol投入市場，方案在明年上半年在中國進(jìn)展生產(chǎn)。日產(chǎn)也在研討在中國建立電動車生產(chǎn)設(shè)施的方案。中國政府方案通過像這樣同國際企業(yè)合作來引進(jìn)先進(jìn)技術(shù)，一口氣趕上國和日本。有人說中國的比亞迪等已經(jīng)在電池等局部領(lǐng)域擁有了同國不相上下的技術(shù)能力，或者說是已經(jīng)超過了國?！笆濞暺陂g純電驅(qū)動汽車銷量到達(dá)同類車型總銷量1%左右的目標(biāo)。規(guī)劃指出，電器化程度比擬高的“純電驅(qū)動〞電動汽車是中國新能源汽車技術(shù)的開展方向和重中之重。到2021年，在整車、關(guān)鍵零部件、公共平臺等29個技術(shù)創(chuàng)新方向上實現(xiàn)關(guān)鍵技術(shù)突破，全面掌握核心技術(shù)，預(yù)期申請電動汽車核心技術(shù)專利達(dá)3000項以上，在30個以上城市進(jìn)展規(guī)?；就茝V，在5個以上城市進(jìn)展新型商業(yè)化模式試點應(yīng)用，為實現(xiàn)電動汽車規(guī)模產(chǎn)業(yè)化、尤其是純電驅(qū)動汽車銷量到達(dá)同類車型總銷量1%左右的重要門檻提供科技支撐。據(jù)中汽協(xié)數(shù)據(jù)，2021年我國轎車年銷量約為1200萬輛，純電動汽車銷量占比1%，即為12萬輛。1.2.3困境中的國Eugene證券分析師樸尚源表示：如果把日本的電動車技術(shù)設(shè)定為100，除電池之外國的技術(shù)就是80以下。國的優(yōu)勢是電池技術(shù)和銷路。電池是占電動車價格30%以上的核心部件。LG化學(xué)不僅僅同現(xiàn)代汽車，而且還同CT&美國的通用、福特、Eaton以及歐洲的雷諾、沃爾沃和中國的長安汽車簽訂了長期供貨合同。預(yù)計此公司僅憑汽車充電電池在明年就可以實現(xiàn)3000億元的銷售額，在2021年實現(xiàn)3萬億元的銷售額。三星SDI和德國博世的合資公司——SBlimotive的戰(zhàn)略是集中給BMW、**、群眾汽車等歐洲企業(yè)供貨，以此超過LG化學(xué)。SK能源也在獲得了現(xiàn)代·起亞的電動車合同之后將目光放到了海外企業(yè)身上。另外一方面，國的弱點是政府沒能解決電動車補(bǔ)助金的問題。只是說從明年開場公共機(jī)構(gòu)在購置電動車時會得到同同等汽油車差價的50%的補(bǔ)助，最高補(bǔ)助金額為2000萬元。因此完成了電動車開發(fā)的雷諾三星推遲了生產(chǎn)。雷諾三星相關(guān)人士表示：要想使電動車得到普及，補(bǔ)助金是必須的。如果沒有補(bǔ)助金，量產(chǎn)電動車的價格每臺將超過4000萬元，毫無競爭力可言。1.3電動車市場的明日之戰(zhàn)在整個電動車開發(fā)的蛋糕上，分羹搶食的絕非僅僅上述三國。美國、歐洲等老牌“帝國主義〞國家以及“印度〞“巴西〞等新興經(jīng)濟(jì)體也將以更加積極的姿態(tài)來參與競爭。無疑，日本是其中的佼佼者，他依靠原有汽車技術(shù)強(qiáng)國的地位，依靠政府、企業(yè)的重視，將在未來的競爭中占據(jù)主導(dǎo)優(yōu)勢。2電動汽車特點及優(yōu)勢2.1無污染、噪聲小電動汽車無燃機(jī)汽車工作時產(chǎn)生的廢氣，不產(chǎn)生排氣污染，對環(huán)境保護(hù)和空氣的干凈是十分有益的，幾乎是“零污染〞。眾所周知，燃機(jī)汽車廢氣中的CO、HC及NO*、微粒、臭氣等污染物形成酸雨酸霧及光化學(xué)煙霧。電動汽車無燃機(jī)產(chǎn)生的噪聲，電動機(jī)的噪聲也較燃機(jī)小。噪聲對人的聽覺、神經(jīng)、心血管、消化、分泌、免疫系統(tǒng)也是有危害的。2.2構(gòu)造簡單、維修方便電動汽車較燃機(jī)汽車構(gòu)造簡單，運轉(zhuǎn)、傳動部件少，維修保養(yǎng)工作量小。當(dāng)采用交流感應(yīng)電動機(jī)時，電機(jī)無需保養(yǎng)維護(hù)，更重要的是電動汽車易操縱。2.3能量轉(zhuǎn)換效率高電動汽車的研究說明，其能源效率已超過汽油機(jī)汽車。特別是在城市運行，汽車走走停停，行駛速度不高，電動汽車更加適宜。電動汽車停頓時不消耗電量，在制動過程中，電動機(jī)可自動轉(zhuǎn)化為發(fā)電機(jī)，實現(xiàn)制動減速時能量的再利用。有些研究說明，同樣的原油經(jīng)過粗煉，送至電廠發(fā)電，經(jīng)充入電池，再由電池驅(qū)動汽車，其能量利用效率比經(jīng)過精煉變?yōu)槠?，再?jīng)汽油機(jī)驅(qū)動汽車高，因此有利于節(jié)約能源和減少二氧化碳的排量。2.4平抑電網(wǎng)的峰谷差可在夜間利用電網(wǎng)的廉價“谷電〞進(jìn)展充電，起到平抑電網(wǎng)的峰谷差的作用。電動汽車的應(yīng)用可有效地減少對石油資源的依賴，可將有限的石油用于更重要的方面。向蓄電池充電的電力可以由煤炭、天然氣、水力、核能、太陽能、風(fēng)力、潮汐等能源轉(zhuǎn)化。除此之外，如果夜間向蓄電池充電，還可以避開用電頂峰，有利于電網(wǎng)均衡負(fù)荷，減少費用。3純電動汽車核心技術(shù)開展電動汽車必須解決好4個方面的關(guān)鍵技術(shù)：電池技術(shù)、電機(jī)驅(qū)動及其控制技術(shù)、電動汽車整車技術(shù)以及能量管理技術(shù)。3.1電池技術(shù)電池是電動汽車的動力源泉，也是一直制約電動汽車開展的關(guān)鍵因素。電動汽車用電池的主要性能指標(biāo)是比能量(E)、能量密度(Ed)、比功率(P)、循環(huán)壽命(L)和本錢(C)等。要使電動汽車能與燃油汽車相競爭，關(guān)鍵就是要開發(fā)出比能量高、比功率大、使用壽命長的高效電池。電池性能決定了純電動車的最大行程、充電時間。電池本錢占了整體本錢相當(dāng)大的比重，制造電池的排碳量也占了整個使用周期排碳量相當(dāng)大部份(43%)。所以電池是純電動車開展的最重要的技術(shù)關(guān)鍵。到目前為止，電動汽車用電池經(jīng)過了3代的開展，已取得了突破性的進(jìn)展。第1代是鉛酸電池，目前主要是閥控鉛酸電池(VRLA)，由于其比能量較高、價格低和能高倍率放電，因此是目前惟一能大批量生產(chǎn)的電動汽車用電池。第2代是堿性電池，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(xù)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(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?，能量轉(zhuǎn)變效率高，比能量和比功率都高，并且可以控制反響過程，能量轉(zhuǎn)化過程可以連續(xù)進(jìn)展，因此是理想的汽車用電池，但目前還處于研制階段，一些關(guān)鍵技術(shù)還有待突破問。動力電池技術(shù)是電動汽車的核心技術(shù)之一，動力電池性能的好壞與開展電動汽車的前景息息相關(guān)?；貞涬妱悠嚢倌隁v史，電動汽車在汽車開展史中前兩次機(jī)遇都沒有得到開展，總結(jié)起來存在以下幾點原因:1、續(xù)駛里程:大多數(shù)鉛酸電池電動汽車一次充電只能行駛100km，鋰離子電池電動汽車接近200km，不適合長途行駛，而傳統(tǒng)汽油車輛最大行駛距離可超400km。2、充電時間:電動汽車慢充充電時間長達(dá)6小時，即使是采用“快速充電〞到動力電池80%容量的方式，也需要0.5h，這樣大大降低了汽車即充即用的實用性能，而汽油車輛一次加油時間不過幾分鐘。3、電池本錢:電池價格昂貴，目前動力鋰電池的價格約在5元/瓦時，通過計算，一輛電動轎車，動力電池本錢約為10萬元，而且動力電池的循環(huán)使用壽命在1500次左右，按照充電一次行駛150km，根據(jù)介統(tǒng)計，平均每輛汽車一年行駛是47000公里，這樣計算得到電池的使用壽命不到5年時間，假設(shè)使用不當(dāng)壽命還會降低，按汽車10年報廢來算，中途需要更換一次動力電池。4、比容量或比能量:目前廣泛使用的鋰離子電池比容量在100Ah/g，這只是計算單體電池電芯的重量得來，假設(shè)加上單體外包裝、電極、電池箱體、導(dǎo)線、電池管理系統(tǒng)等，根據(jù)實際經(jīng)歷，其實際比容量只有20Ah/kg左右。一輛單體電池額定容量為60Ah，總電壓為380V的電動轎車，動力電池的重量為300kg左右，給整車帶來的額外負(fù)擔(dān)是嚴(yán)重的，而且還占用了相當(dāng)大的車輛空間，導(dǎo)致整車布置困難。3.2電力驅(qū)動及其控制技術(shù)電動機(jī)與驅(qū)動系統(tǒng)是電動汽車的關(guān)鍵部件，要使電動汽車有良好的使用性能，驅(qū)動電機(jī)應(yīng)具有調(diào)速圍寬、轉(zhuǎn)速高、啟動轉(zhuǎn)矩大、體積小、質(zhì)量小、效率高且有動態(tài)制動強(qiáng)和能量回饋等特性。目前，電動汽車用電動機(jī)主要有直流電動機(jī)(DCM)、感應(yīng)電動機(jī)(IM)、永磁無刷電動機(jī)(PMBLM)和開關(guān)磁阻電動機(jī)(SRM)4類。近幾年來，由感應(yīng)電動機(jī)驅(qū)動的電動汽車幾乎都采用矢量控制和直接轉(zhuǎn)矩控制。由于直接轉(zhuǎn)矩的控制手段直接、構(gòu)造簡單、控制性能優(yōu)良和動態(tài)響應(yīng)迅速，因此非常適合電動汽車的控制。美國以及歐洲研制的電動汽車多采用這種電動機(jī)。永磁無刷電動機(jī)可以分為由方波驅(qū)動的無刷直流電動機(jī)系統(tǒng)(BLDCM)和由正弦波驅(qū)動的無刷直流電動機(jī)系統(tǒng)(PMSM)，它們都具有較高的功率密度，其控制方式與感應(yīng)電動機(jī)根本一樣，因此在電動汽車上得到了廣泛的應(yīng)用。PMSM類電機(jī)具有較高的能量密度和效率，其體積小、慣性低、響應(yīng)快，非常適應(yīng)于電動汽車的驅(qū)動系統(tǒng)，有極好的應(yīng)用前景。目前，由日本研制的電動汽車主要采用這種電動機(jī)。開關(guān)磁阻電動機(jī)(SRM)具有簡單可靠、可在較寬轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩圍高效運行、控制靈活、可四象限運行、響應(yīng)速度快和本錢較低等優(yōu)點。實際應(yīng)用發(fā)現(xiàn)SRM存在轉(zhuǎn)矩波動大、噪聲大、需要位置檢測器等缺點，應(yīng)用受到了限制。隨著電動機(jī)及驅(qū)動系統(tǒng)的開展，控制系統(tǒng)趨于智能化和數(shù)字化。變構(gòu)造控制、模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、自適應(yīng)控制、專家控制、遺傳算法等非線性智能控制技術(shù)，都將各自或結(jié)合應(yīng)用于電動汽車的電動機(jī)控制系統(tǒng)。3.3電動汽車整車技術(shù)電動汽車是高科技綜合性產(chǎn)品，除電池、電動機(jī)外，車體本身也包含很多高新技術(shù)，有些節(jié)能措施比提高電池儲能能力還易于實現(xiàn)。采用輕質(zhì)材料如鎂、鋁、優(yōu)質(zhì)鋼材及復(fù)合材料，優(yōu)化構(gòu)造，可使汽車自身質(zhì)量減輕30%-50%；實現(xiàn)制動、下坡和怠速時的能量回收；采用高彈滯材料制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%。3.4能量管理技術(shù)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(jìn)展系統(tǒng)管理。能量管理系統(tǒng)是電動汽車的智能核心。一輛設(shè)計優(yōu)良的電動汽車，除了有良好的機(jī)械性能、電驅(qū)動性能、選擇適當(dāng)?shù)哪芰吭?即電池)外，還應(yīng)該有一套協(xié)調(diào)各個功能局部工作的能量管理系統(tǒng)，它的作用是檢測單個電池或電池組的荷電狀態(tài)，并根據(jù)各種傳感信息，包括力、加減速命令、行駛路況、蓄電池工況、環(huán)境溫度等，合理地調(diào)配和使用有限的車載能量；它還能夠根據(jù)電池組的使用情況和充放電歷史選擇最正確充電方式，以盡可能延長電池的壽命。世界各大汽車制造商的研究機(jī)構(gòu)都在進(jìn)展電動汽車車載電池能量管理系統(tǒng)的研究與開發(fā)。電動汽車電池當(dāng)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(shù)，也是電動汽車能量管理系統(tǒng)應(yīng)該完成的重要功能。應(yīng)用電動汽車車載能量管理系統(tǒng)，可以更加準(zhǔn)確地設(shè)計電動汽車的電能儲存系統(tǒng)，確定一個最正確的能量存儲及管理構(gòu)造，并且可以提高電動汽車本身的性能。