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⑶中国加入WTO之后-至今,到目前为止我国汽车工业逐步进入一个市场规模、全面接轨世界汽车工业的高速发展期。
随着人民生活的不断改善,私有汽车保有量呈现飞速发展的现状。
我国汽车业迎来有史以来最好的发展期,在崛起中成为世界各国汽车制造业同行强大且友善的竞争对手。
2.电动汽车早期发展
电动汽车技术到目前为止处于新兴发展时期,其产生却早于燃油车。
电动汽车最早构想和研制历史可追溯至1834年,由ThomasDavenport研制的电动三轮车采用一组不可充电的干电池驱动,行驶里程距离较短。
1881年法国工程师古斯塔夫·
特鲁夫发明了第一辆以铅酸电池为动力的电动三轮汽车,并成功入围巴黎国际电器展览会。
美国紧跟欧洲步伐,成为电动汽车迅速发展的国家。
1890年美国第一辆蓄电池电动汽车诞生,车速达到23Km/h。
到了20世纪初期,美国电动汽车的保有量达到汽车保有量的38%,仅次于当时主流的蒸汽机汽车(保有量40%),而内燃机汽车保有量仅占22%。
随着内燃机技术的发展以及石油开采,燃油车性能大幅度提升。
电动汽车受到续航里程短、需要长时间充电等因素影响,其发展一度受到严重制约。
到了20世纪60年代后,由于能源、环境问题,电动汽车的研究再次进入正轨,各国政府与汽车制造商对于电动汽车的研究投入上升。
最近电动汽车的研发进入高峰期,且在各项技术中开始取得一定的成果和进步。
3.电动汽车发展现状及计划
①日本
日本属于后来居上的汽车大国,受能源危机和环境保护等因素,对于电动汽车的研发尤为重视。
成立电动汽车协会,展开电动汽车新技术研发工作。
本田公司于1996年推出“PLUS”纯电动汽车,该车采用高能镍氢蓄电池,充电一次续航里程最高可达350Km,其最高车速为130Km/h。
丰田公司于1997年推出第一款批量生产的油电混合动力汽车普锐斯(PRIUS),受市场欢迎度极高。
目前已开发出第二代产品,生产工艺更为成熟。
有关数据表明:
同等排量中普锐斯汽车城市工况下比其它汽车省油高达45%,郊区工况省油接近25%,综合节油量在40%左右。
②美国
美国电动车发展主要是纯电动蓄电池电动汽车的发展,成立了先进电池联合体。
由政府牵头,多家汽车公司共同研发高性能电池。
目前最新消息美国奥巴马政府试图放弃对燃料电池的扶持,转向为锂离子电池制造商提供政府财政拨款24亿美元。
③欧盟各国
欧盟为提高各国的科技水平,也建立了多个与电动汽车及其能源相关的发展计划,包括:
FP-FrameworkProgram系列计划,欧盟燃料电池研究发展示范计划,欧盟燃料电池巴士示范计划以及欧盟电动汽车城市运输系统等。
尤其是欧盟中的德国与法国,2国对于电动汽车的研发不遗余力。
④中国
中国对于电动汽车研发一直未曾中断。
在国家的“十五”期间,国家从维护我国能源安全、改善气候环境、提高汽车工业竞争力、实现我国汽车工业跨越式发展的战略高度出发,设立“电动汽车重大科技专项”,确定“三纵三横”研究布局,三纵包括燃料电池汽车、混合动力电动汽车和纯电动汽车三种车型;
三横包括多能源动力总成控制系统、驱动电动机及其控制系统、动力蓄电池及其管理系统三种技术。
2009年初公布的我国汽车产业调整振兴规划中明确提出:
要实施新能源汽车战略,推动电动汽车及其关键零部件产业化。
科技部部长表态:
我国新能源汽车产业面临的发展机遇十分难得,科技部将联合相关部门进一步加大对节能和新能源汽车的研发、示范和产业化支持力度,推动我国节能与新能源汽车健康快速的发展。
1.2电动汽车定义与特点
1.电动车辆的类型
电动车辆定义:
用电能驱动,电动机作为牵引或驱动行驶的车辆。
电动车辆类型
轨道电车:
电动火车:
电动机车、电动列车、磁悬浮列车
轻轨电力客车:
地铁、高架
无轨电车:
有馈线无轨电车、无馈线快速充电电车
特定车:
高尔夫球场车、观光游览车、电动自行车、残疾人电动车
电动汽车:
纯电动汽车、混合电动汽车、燃料电池电动汽车
2.电动汽车定义和分类
电动汽车定义:
全部或部分用车载电源为动力,用电动机驱动车轮行驶,符合道路交通、安全法规各项要求的汽车。
电动汽车应具备汽车特性与属性,但动力线路与内燃机动力线路不同,具有电力车辆基本特性。
车载电源一般采用高效充电电池或燃料电池,驱动电动机相当于内燃机的发动机,蓄电池或燃料电池相当于内燃机的汽油。
电动汽车具体分类:
电动汽车类型
蓄电池电动汽车(BEV):
铅酸蓄电池/二次锂电池/镍氢蓄电池/钠硫蓄电池
混合动力汽车(HEV):
内燃机+电能/燃料电池+蓄电池/蓄电池+电容+太阳能/蓄电池+电容/飞轮
燃料电池汽车(FCEV):
氢燃料电池/甲醇燃料电池/重整燃料电池
3.电动汽车的性能特点
电动汽车驱动装置与内燃机驱动装置有着截然不同的变化,因此其动力驱动特性、结构布局及其组成方面也将有相应变化:
⑴提高能源的综合利用和效率
①可用能源范围广。
纯电池汽车通过“蓄电池”将电能转变为汽车的驱动行驶能量,而电能的来源除常规燃煤、水力、核能发电外,还能采用各种新能源。
燃料电池则采取氢、甲醇等非化石燃料作为能源,既解决了汽车的替代能源问题,也改善了能源结构,缓解石油资源的枯竭带来的担心。
②能源利用率高。
内燃机汽车使用汽油、煤油作为燃料,在提炼、运输、分配环节中要消耗30%左右的原油能量,内燃机有效效率为30%,机械效率75%,因此其输出动力轴仅能获取22.5%的可利用能量。
实际使用过程中,受外部环境影响(城市工况下的堵车情况)等燃油的燃烧不完全,可利用能量更低,有效利用率只能达到15%左右。
电动汽车采取电能作为媒介,其电能的损耗主要体现在发电厂发电、输配电、电机设备等环节,最终可获取20%左右有效能量。
若能采用新能源(太阳能、风能、原子能)等发电,则效率会直线上升。
对于采用化学能转变为电能的燃料电池,其电池能量利用率可高达50%。
③可实现能量回收。
内燃机汽车在下坡时为减速,必须消耗能量抵抗重力加速度副作用。
电动汽车则可以利用回馈制动方式将电能反向回馈至蓄电池,实现能量有效回收利用,从而增加电动汽车续航里程,提高经济性能。
有数据表明,较好的能量回收系统可以使汽车续航里程增加10%-20%。
⑵良好的环境保护效果
①排污量小。
纯电池汽车无废气排放,基本达到零排放要求。
混合动力汽车发动机配合蓄电池使用,废气排放量减少,实现少排放目标。
燃料电池电动汽车虽然排放废气(主要是二氧化碳,少量氮、硫氧化物),但是相对内燃机汽车,其排放量仅为后者的40%,对大气造成危害较轻。
严格而言,蓄电池中的电能在生产过程中也会产生大量的污染,但是若集中生产处理,可以使污染控制在有效程度内。
对于蓄电池本身,也存在有毒金属,对于蓄电池回收也应妥善处理。
②噪音低。
电动机所产生噪音远比发动机小。
发动机运行过程中冷却风扇运行亦会产生噪音。
燃料电池通过电化学原理工作,运动部件少,产生噪音较低。
对于压力供气的燃料电池而言,由于空压机的运转会带来相当的噪音,应添加隔音装置措施减小噪音。
可以看出,纯电动车噪音最低。
③排放废热少。
内燃机汽车运行时汽车尾气温度明显高于环境温度,废气携带的热量导致环境温度升高,带来目前城市较为明显的“热岛效应”。
燃料电池和混合动力电池热效率较高,单位里程排热少。
纯电动汽车基本不存在废热气体的排放,大量普及使用会明显缓解城市环境温度。
⑶提高汽车性能与结构布局
①利用电动机的快速响应性提高汽车性能。
电动汽车的驱动机构是电动机,电动机实现转矩快速响应性指标一般比发动机高出2个数量级,通过微电子控制方式可以极大提高对汽车车轮控制的动态响应性,从而较容易实现一些高性能的控制功能,改善汽车的操控性与行驶安全性。
②结构与整体布局的差别大。
传统内燃机汽车能高效产生转矩时转速被控制在较狭窄的范围内,必须添加庞大的变速机构来适应该特性。
电动汽车电动机可以在较大的转速范围内产生转矩,这样可以简化甚至省略掉庞大的变速机构,从而带来汽车机械结构的重大变革,减轻汽车自重,缩小传动及附加损耗,降低成本,节能减噪。
③能量不富裕特点突出。
纯电动汽车完全依赖蓄电池工作,而蓄电池能量比受目前材料影响受限,如何有效利用车载可用能量极为关键。
汽车重量作为消耗能量的重要参数,包含了自重及负载。
为增强续航里程,就需要在以下方面做重点研究:
简化机械传动机构、采用新型轻质高强度材料、提高蓄电池能量密度等等实现。
另外,需要从空气动力学入手减轻行驶过程中的各种阻力,也能减少能量消耗。
正是能量少的特点,目前绝大多数纯电动车都制作成微型车样式。
⑷制造成本与售后服务
①制造成本与使用寿命。
目前电动汽车制造价格总体较高。
对于纯电动汽车而言,主要成本在于蓄电池和电动机驱动部分。
业界内看好的蓄电池主要包括磷酸锂铁电池、锂离子电池、锂聚合物电池、镍氢电池等,价格都难以承受。
随着制造工艺的成熟和批量生产,价格问题可以得到大幅度改善。
②能源补充添加特点。
类似内燃机汽车需要加油站补充能源,纯电动车需要配备电能补充配套设施。
③维护与维修特点。
电动汽车除了机械部件的正常维护外,还需要定时对蓄电池进行维护,以延长其使用寿命。
⑸电动汽车性能指标
①最高车速限制。
电动车采用电动机驱动,理论上其车速可以超越传统汽车。
但是受蓄电池影响,其正常速度远远低于传统汽车。
正由于蓄电池能量受限,电动汽车非常适合城市中短距离行驶,所带来的正面效应是极为可观的。
对于其最高车速,应在电动汽车相关技术进一步发展的前提下提出。
②加速性能。
传统汽车受惯性影响较大,其加速性能表现欠佳。
电动汽车若采用直接驱动方式,则可以较大缩短加速时间。
亦可利用电动机短时过载能力提高其加速性能。
③爬坡能力。
爬坡能力指汽车在良好的路面上,以最大驱动力行驶所能爬行的最大坡度。
坡度采用坡高与水平距离比表示,电动汽车一般要求其最大爬坡度≧20%。
④能量利用效率。
不完全统计,电动汽车能量利用效率比传统内燃机汽车高30%~40%。
⑤续驶里程。
纯电动汽车重要参数,表明电动汽车一次充电情况下所能行驶的最大距离,与电池容量有关。
⑥车载电源系统里程寿命。
纯电动汽车参数,反应所配备的蓄电池的使用寿命。
即蓄电池报废前所能行驶最大里程数。
1.3汽车业面临的新挑战和技术发展方向
汽车业发展到现阶段已经有100多年的历史,在这100多年的历史长河中,汽车技术的发展日新月异,汽车的结构不断改进,性能不断提升,汽车保有量日渐壮大。
汽车工业成为资金与技术密集、规模效应明显、产业关联度大的支柱性龙头产业。
汽车工业的发展带动了上下游多种产业结构,对其它众多产业有明显的拉动作用,对国家的就业情况、扩大内需、促进经济发展影响显著。
在给人类带来福祉的同时,汽车也带来许多不幸与灾难。
交通事故频发、能源危机紧迫、环境污染严重、道路拥堵均与汽车有关联。
⑴交通事故频发。
有关数据显示,近年来全世界每年接近50万人死于交通事故。
从全世界发生的第一起交通死
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