电动汽车

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什么是电动汽车

  电动汽车是主要以电池为能量源、全部或部分由电机驱动的汽车,是涉及机械、电子、电力、微机控制等多学科的高科技技术产品。

  普通燃油汽车的发动机是通过活塞运动把燃油在气缸里燃烧时所产生的能量转变为旋转运动的,其旋转速度是由改变变速器的齿轮组合和控制燃油燃烧的次数来调节的,因而具有振动大、噪声大以及排放污染物较多等问题。电动汽车的动力源是电能,电动机的旋转能直接传递给驱动部分, 因而几乎没有噪声和振动,而且运行时无预热。[1]

电动汽车的分类[2]

  按照目前技术状态和车辆驱动原理的不同,一般将电动汽车划分为纯电动汽车(Electric Vehicle,EV)、混合动力电动汽车(Hybrid Electric Vehicle,HEV)和燃料电池电动汽车(Fue1 Cell Electric Vehicle,FCEV)三种类型。

  1.纯电动汽车(PEV)

  纯电动汽车是指完全由动力蓄电池提供电力驱动的电动汽车,但是它一直仅限于某些特定范围内应用,市场较小。主要是因为各种类别的蓄电池普遍存在价格高、寿命短、外形尺寸和重量大、充电时间长等致命缺点。铅酸电池有一定价格优势,但由于它太过笨重,充电时间又长,因此在低端产品市场上有较强的竞争力和实用性,只被广泛用于车速小于50km/h的垃圾车、叉车以及电动自行车上。镍氢电池的主要优点是技术比较成熟,安全性较好,相对寿命较长,但是由于镍金属占其成本6O% ,导致镍氢电池价格居高不下。锂离子二次电池作为新型高电压、高能量密度的可充电电池,其独特的物理和电化学性能,具有广泛的应用前景。其突出的特点是:重量轻、储能大、无污染、无记忆效应、使用寿命长。同时它是一种真正的绿色环保电池,不会对环境造成污染,因此我个人认为是目前最佳的能应用到电动车上的电池。

  2.混合动力电动汽车(HEV)

  混合动力电动汽车是指具备两个以上动力源,而其中有一个可以释放电能的汽车。混合动力汽车按混合方式不同,可分为串联式、并联式和混联式三种;按混合度(电机功率与内燃机功率之比)的不同,又可分为微混合、轻度混合和全混合三种。而且,混合动力汽车的节油率几乎与汽车功率的混合度和汽车的生产成正比上升。从长远来看,研制全混合电动汽车是一种必然趋势。

  3.燃料电池电动汽车(FCEV)

  20世纪60年代研发出了液氢和液氧发电的燃料电池。由于石油危机和大气污染日趋严重,以质子交换模式为代表的燃料电池技术,受到世界各国普遍重视。质子交换膜燃料电池(PEMFC)的主要优点:其排放生成物是水及水蒸气,为零污染;能量转换效率可高达60~70% ;无机械振动、低噪声、低热辐射;但燃料电池电动汽车存在发动机使用寿命短、制造成本高、环境适应差和燃料使用成本大等技术、经济问题。

电动汽车发展的必要性[1]

  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。但同时也面临着来自环境保护、能源短缺、道路交通事故等问题越来越严峻的挑战,并带来了一系列的负面效应。这些问题使人们不得不去寻找21世纪的可持续道路交通工具。而电动汽车积极地致力于这些问题的解决。

  电动汽车具有突出的环保方面的优势。它在城市交通中可实现零排放或极低排放。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。

电动汽车的优缺点[2]

  优点:技术相对简单成熟,只要有电力供应的地方都能够充电。它本身不排放污染大气的有害气体,即使按所耗电量换算为发电厂的排放,除硫和微粒外,其他污染物也显著减少,由于电厂大多建于远离人口密集的城市,对人类伤害较少,而且电厂是固定不动的,集中的排放,清除各种有害排放物较容易。由于电力可以从多种一次能源获得,如煤、核能、水力、风力等,解除人们对石油资源日见枯竭的担心。电动汽车还可以充分利用晚间用电低谷时富余的电力充电,使发电设备日夜都能充分利用,大大提高经济效益。一些研究表明,同样的原油经过粗炼,送至电厂发电,经充入电池,再由电池驱动汽车,其能量利用效率比经过精炼变为汽油,再经汽油机驱动汽车高,因此有利于节约能源和减少二氧化碳的排量。

  缺点:目前,蓄电池单位重量储存的能量太少,又没形成经济规模,故购买价格较贵,至于使用成本,有些试用结果比汽车贵,有些结果仅为汽车的1/3,这主要取决于电池的寿命及当地的油、电价格。

电动汽车关键技术[3]

  电动汽车的关键技术为动力蓄电池、驱动电机和电子控制技术等。因此,电动汽车技术的长期探索研究主要集中在电池材料与系统控制 2 个方面。

  电池技术水平是制约电动汽车发展的首要难题。电动汽车动力电池的续航里程较以往已有了很大提升,主要难在 “低成本”、“高容量”、“高安全”3个要求上。国外研究综合考虑了经济、环境等因素,倾向于锂离子电池(Lithium Ion Battery)和燃料电池(Fuel Cell)技术。进行锂离子电池研发的汽车企业主要有富士重工、东 芝、NEC(Nippon ElectronicCompany,日本电气株式会社)、Sanyo 电机等,它们对锂离子电池的充电特性 (如温升) 和能量、环境效应都做了大量研究。Princeton 大学能源与环境研究中心的 J. Mogden,M. Steinbugler等人对燃料电池燃料氢源的一系列相关问题进行了系统研究,从燃料电池汽车本身的设计要求及对应的燃料供给基础设施建设 2 个方面,比较了不同氢源的能效和经济性,并在此基础上提出了发展燃料电池汽车的近期和远期策略。GM(General Motors)主持的“Well ToWheel”课题组从经济性角度对车用氢源燃料的选择进行了包括 75 种燃料路径及 15 种动力系统的全生命周期研究,被认为是用 LCA (Life CycleAssessment)方法进行燃料评估的一个典范。国内方面,对各种电动汽车电池性能、问题及解决方案的研究也比较多见。世界各国研究的电动汽车蓄电池技术,包括铅酸蓄电池、镍镉蓄电池、镍铁蓄电池、锌空蓄电池、镍氢蓄电池、燃料电池等的充放电特性和不同材质电池的特点,得出了针对电动汽车电池工作电压、能量密度、温升等工作特性及性价比、环境污染问题的解决方案。短期内,铅蓄电池仍将拥有一定市场,锂离子电池、镍氢电池应是今后重点研发方向。燃料电池的市场化条件尚未成熟,在近期大规模产业化的可能性不大。

  近年来,电动汽车相关技术也取得了巨大进步,如:交流感应电机及控制、稀土永磁无刷电机及控制、智能及快充设备、低阻力轮胎、轻量和低风阻车身、制动能量回收技术等。尤其是关于电动汽车动力系统的研究,在近年来取得了很大突破:如电动汽车永磁同步电机功率驱动单元和保护电路的结构及参数设计,关键动力零部件性能要求和动力传动系统参数优化等。我国长安汽车公司在电动汽车动力系统方面的研究进展很快,2009 年 6 月在重庆车展上展示的长安杰勋混合动力汽车的动力系统就是由其自主研发的 1.5 L高效发动机和 13 kW永磁同步无刷电机组成,续航里程大于 500 km,整车动力水平和 2.0 L汽油发动机相当,充分显示了其优良的动力性能。目前,长安汽车公司已掌握了弱混和中混的核心技术并注册了相关专利

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参考文献

  1. 1.0 1.1 谢明洁.电动汽车发展现状及前景(A).中国科技信息.2013,22:120
  2. 2.0 2.1 秦博.浅析我国电动汽车的发展现状与前景(A).知识经济.2013,20:100
  3. 夏德建.电动汽车研究综述(A).能源技术经济.2010,22(7):52
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