電動汽車

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什麼是電動汽車

  電動汽車是主要以電池為能量源、全部或部分由電機驅動的汽車,是涉及機械、電子、電力、微機控制等多學科的高科技技術產品。

  普通燃油汽車的發動機是通過活塞運動把燃油在氣缸里燃燒時所產生的能量轉變為旋轉運動的,其旋轉速度是由改變變速器的齒輪組合和控制燃油燃燒的次數來調節的,因而具有振動大、雜訊大以及排放污染物較多等問題。電動汽車的動力源是電能,電動機的旋轉能直接傳遞給驅動部分, 因而幾乎沒有雜訊和振動,而且運行時無預熱。[1]

電動汽車的分類[2]

  按照目前技術狀態和車輛驅動原理的不同,一般將電動汽車劃分為純電動汽車(Electric Vehicle,EV)、混合動力電動汽車(Hybrid Electric Vehicle,HEV)和燃料電池電動汽車(Fue1 Cell Electric Vehicle,FCEV)三種類型。

  1.純電動汽車(PEV)

  純電動汽車是指完全由動力蓄電池提供電力驅動的電動汽車,但是它一直僅限於某些特定範圍內應用,市場較小。主要是因為各種類別的蓄電池普遍存在價格高、壽命短、外形尺寸和重量大、充電時間長等致命缺點。鉛酸電池有一定價格優勢,但由於它太過笨重,充電時間又長,因此在低端產品市場上有較強的競爭力和實用性,只被廣泛用於車速小於50km/h的垃圾車、叉車以及電動自行車上。鎳氫電池的主要優點是技術比較成熟,安全性較好,相對壽命較長,但是由於鎳金屬占其成本6O% ,導致鎳氫電池價格居高不下。鋰離子二次電池作為新型高電壓、高能量密度的可充電電池,其獨特的物理和電化學性能,具有廣泛的應用前景。其突出的特點是:重量輕、儲能大、無污染、無記憶效應、使用壽命長。同時它是一種真正的綠色環保電池,不會對環境造成污染,因此我個人認為是目前最佳的能應用到電動車上的電池。

  2.混合動力電動汽車(HEV)

  混合動力電動汽車是指具備兩個以上動力源,而其中有一個可以釋放電能的汽車。混合動力汽車按混合方式不同,可分為串聯式、並聯式和混聯式三種;按混合度(電機功率與內燃機功率之比)的不同,又可分為微混合、輕度混合和全混合三種。而且,混合動力汽車的節油率幾乎與汽車功率的混合度和汽車的生產成正比上升。從長遠來看,研製全混合電動汽車是一種必然趨勢。

  3.燃料電池電動汽車(FCEV)

  20世紀60年代研發出了液氫和液氧發電的燃料電池。由於石油危機和大氣污染日趨嚴重,以質子交換模式為代表的燃料電池技術,受到世界各國普遍重視。質子交換膜燃料電池(PEMFC)的主要優點:其排放生成物是水及水蒸氣,為零污染;能量轉換效率可高達60~70% ;無機械振動、低雜訊、低熱輻射;但燃料電池電動汽車存在發動機使用壽命短、製造成本高、環境適應差和燃料使用成本大等技術、經濟問題。

電動汽車發展的必要性[1]

  汽車已成為當今人類社會不可缺少的交通工具,它對人類的進步產生了不可替代的巨大推動作用。但同時也面臨著來自環境保護、能源短缺、道路交通事故等問題越來越嚴峻的挑戰,並帶來了一系列的負面效應。這些問題使人們不得不去尋找21世紀的可持續道路交通工具。而電動汽車積極地致力於這些問題的解決。

  電動汽車具有突出的環保方面的優勢。它在城市交通中可實現零排放或極低排放。電動汽車使用的能源是可以用與發電的一切能源。因此使用電動汽車可以擺脫汽車對化石燃料的依賴,改善能源結構,使能源供給多樣化,使能源的供給有保障。

電動汽車的優缺點[2]

  優點:技術相對簡單成熟,只要有電力供應的地方都能夠充電。它本身不排放污染大氣的有害氣體,即使按所耗電量換算為發電廠的排放,除硫和微粒外,其他污染物也顯著減少,由於電廠大多建於遠離人口密集的城市,對人類傷害較少,而且電廠是固定不動的,集中的排放,清除各種有害排放物較容易。由於電力可以從多種一次能源獲得,如煤、核能、水力、風力等,解除人們對石油資源日見枯竭的擔心。電動汽車還可以充分利用晚間用電低谷時富餘的電力充電,使發電設備日夜都能充分利用,大大提高經濟效益。一些研究表明,同樣的原油經過粗煉,送至電廠發電,經充入電池,再由電池驅動汽車,其能量利用效率比經過精煉變為汽油,再經汽油機驅動汽車高,因此有利於節約能源和減少二氧化碳的排量。

  缺點:目前,蓄電池單位重量儲存的能量太少,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。

電動汽車關鍵技術[3]

  電動汽車的關鍵技術為動力蓄電池、驅動電機和電子控制技術等。因此,電動汽車技術的長期探索研究主要集中在電池材料與系統控制 2 個方面。

  電池技術水平是制約電動汽車發展的首要難題。電動汽車動力電池的續航里程較以往已有了很大提升,主要難在 “低成本”、“高容量”、“高安全”3個要求上。國外研究綜合考慮了經濟、環境等因素,傾向於鋰離子電池(Lithium Ion Battery)和燃料電池(Fuel Cell)技術。進行鋰離子電池研發的汽車企業主要有富士重工、東 芝、NEC(Nippon ElectronicCompany,日本電氣株式會社)、Sanyo 電機等,它們對鋰離子電池的充電特性 (如溫升) 和能量、環境效應都做了大量研究。Princeton 大學能源與環境研究中心的 J. Mogden,M. Steinbugler等人對燃料電池燃料氫源的一系列相關問題進行了系統研究,從燃料電池汽車本身的設計要求及對應的燃料供給基礎設施建設 2 個方面,比較了不同氫源的能效和經濟性,併在此基礎上提出了發展燃料電池汽車的近期和遠期策略。GM(General Motors)主持的“Well ToWheel”課題組從經濟性角度對車用氫源燃料的選擇進行了包括 75 種燃料路徑及 15 種動力系統的全生命周期研究,被認為是用 LCA (Life CycleAssessment)方法進行燃料評估的一個典範。國內方面,對各種電動汽車電池性能、問題及解決方案的研究也比較多見。世界各國研究的電動汽車蓄電池技術,包括鉛酸蓄電池、鎳鎘蓄電池、鎳鐵蓄電池、鋅空蓄電池、鎳氫蓄電池、燃料電池等的充放電特性和不同材質電池的特點,得出了針對電動汽車電池工作電壓、能量密度、溫升等工作特性及性價比、環境污染問題的解決方案。短期內,鉛蓄電池仍將擁有一定市場,鋰離子電池、鎳氫電池應是今後重點研發方向。燃料電池的市場化條件尚未成熟,在近期大規模產業化的可能性不大。

  近年來,電動汽車相關技術也取得了巨大進步,如:交流感應電機及控制、稀土永磁無刷電機及控制、智能及快充設備、低阻力輪胎、輕量和低風阻車身、制動能量回收技術等。尤其是關於電動汽車動力系統的研究,在近年來取得了很大突破:如電動汽車永磁同步電機功率驅動單元和保護電路的結構及參數設計,關鍵動力零部件性能要求和動力傳動系統參數優化等。我國長安汽車公司在電動汽車動力系統方面的研究進展很快,2009 年 6 月在重慶車展上展示的長安傑勛混合動力汽車的動力系統就是由其自主研發的 1.5 L高效發動機和 13 kW永磁同步無刷電機組成,續航里程大於 500 km,整車動力水平和 2.0 L汽油發動機相當,充分顯示了其優良的動力性能。目前,長安汽車公司已掌握了弱混和中混的核心技術並註冊了相關專利

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參考文獻

  1. 1.0 1.1 謝明潔.電動汽車發展現狀及前景(A).中國科技信息.2013,22:120
  2. 2.0 2.1 秦博.淺析我國電動汽車的發展現狀與前景(A).知識經濟.2013,20:100
  3. 夏德建.電動汽車研究綜述(A).能源技術經濟.2010,22(7):52
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