电动汽车发展现状及趋势研究综述

电动汽车发展现状及趋势研究综述

1.前言

汽车是现代社会的重要交通工具，为人们提供了便捷、舒适的出行服务，然而传统燃油车辆在使用过程中产生了大量的有害废气，并加剧了对不可再生石油资源的依赖。为了经济的可持续发展，保护人类的居住的环境和缓解能源供给。电动汽车应运而生，电动汽车具有良好的环保性能和有多种能源为动力的显著特点，既可以保护环境，又可以缓解能源的短缺并能调整能源的结构，保障能源的安全。经过多年讨论和探索，国外对于汽车工业未来发展比较一致的看法是：21 世纪是一个面临能源和环境巨大挑战的世纪，传统燃油汽车将向高效低排放的电动汽车方向发展。本文主要概述了纯电动汽车的发展和优缺点、结构与原理、能量的存储、电机的形式，围绕电动汽车的工作原理“蓄电池——电流——电力调节器——电动机——动力传动系统——驱动汽车行驶”逐层进行概述分析，包括电机部件中：转速与转矩的关系、转速与功率的关系、功率与转矩的关系；电动汽车核心技术：储能装置、能量管理系统等等。对纯电动汽车而言，其包括诸多优点，如：本身不排放污染大气的有害气体，解除人们对石油资源日见枯竭的担心，使发电设备日夜都能充分利用，大大提高其经济效益等等。电动汽车也不可避免的遇到了一些技术困难，包括：目前蓄电池单位重量储存的能量太少，电动车的购置成本、维护成本较高等等问题。所以，本文最后对电动汽车所面临的主要问题进行分析及对其未来发展进行了展望。

2.现状及意义

目前，各大研究机构和汽车制造商针对汽车的研发和推广，主要集中发展三类电动汽车，分别是蓄电池纯电动汽车、混合动力电动汽车和燃料电池电动汽车。

蓄电池纯电动汽车使用电动机作为动力，以蓄电池作为能源存储单元，用电力作为能源。纯电池电动汽车结构上主要由电力驱动子系统、能源子系统和辅助子系统三个子系统构成。电力驱动子系统包括电子控制器、功率转换器、电动机、机械传动装置；能源子系统包括能量源、能量单元以及能量控制单元；辅助子系统包括助力转向单元、

温控单元和辅助助力供给单元等。

蓄电池纯电动汽车的特点是无排放不依赖汽油，但是由于蓄电池的能量密度和功率密度比汽油或柴油低很多，因此纯电动汽车的连续行驶里程有限。虽然近年来高性能动力电池（如锂离子动力电池）取得很大进展，但初期投入成本较高，因此纯电池电动汽车主要应用于小型车、短途的社区交通[2]。混合动力电动车采用燃机和电动机作为动力，燃油和蓄电池作为能源，蓄电池可由汽车中燃机驱动发电机充电。现在市场上的混合动力汽车一般根据行驶的循环工况进行多个能量源之间的优化控制。混合动力汽车一般分为3类：串联式、并联式、混联式。串联式是由发动机、发电机和电动机三部分动力总成组成，用串联方式组成动力单元。发动机驱动发电机发电，电能通过控制器输送到电池或电动机，由电动机通过变速机构驱动汽车。并联式是由并联式装置的发动机和电动机共同驱动汽车，发动机与电动机分属两套系统，可以分别独立地向汽车传动系统提供扭矩，在不同的路面上既可以共同驱动又可以单独驱动。混联式混合动力电动汽车是综合串联式和并联式结构特点组成的，由发动机、电动/发电机和驱动电动机三大动力总成组成。

此外，根据电动汽车的运行特征和功率水平，混合动力电动汽车又可以分成轻度混合型、中度混合型和重度混合型。轻度混合动力电动汽车中，传统的发电机被输送带驱动的起动发电机所替代。其起动发电机功率一般为3-5kW。雪铁龙C3就是一款轻度混合动力电动汽车，该类型电动汽车虽然只能节能5%-8%，但其成本只是提高几个百分点，容易被市场接受。中度混合动力电动汽车的起动发电机一般放置于发电机与变速器之间，其功率为7-12kW，本田公司混合动力版本的Civic和Accord，通用公司的Silverado和Sierra为该类型电动汽车。中度混合动力电动汽车金额以节能20%-30%，但是成本也增加了20%-30%。重度混合动力电动汽车可以提供全面的混合性能，包括纯电能起动、怠速停机和再生制动等。相应的电动机功率为30-50kW，甚至更高。丰田公司作为混合动力技术的领导厂商，近年推出的第三代Prius和雷克萨斯CT200h电动机功率都达到了70kW以上。重度混合动力电动汽车的可以节能30%-60%，但成本也增加了30%-40%。近期本田、丰田公司都在中国发布了中期计划，无论是丰田的“云动计划”还是本田的“我动，未来动”战略计划，都把混合动力作为未来发展的重点。混合动力电动汽车不仅包括以燃机与蓄电池为能量源的类型，还有以压缩天然气发动机与蓄电池未能量源，甚至同时以多个驱动装置为能量源的混合动力电动汽车。但无论如何配置，这些混合动力电动汽车都有类似的连接类型和特点。混合动力电动汽车的特点是低排放，连续行驶里程长，但因为有多个驱动源导致其结构复杂，

并且依赖原油。目前，混合动力电动汽车是电动汽车市场中的主流，它不仅具有广泛的应用围，而且也逐渐为市场所接受。燃料电池电动汽车采用电动机作为动力，用燃料电池作为能量源转换装置，其能源主要来自氢气。由于燃料电池电动汽车正处在研究的初期阶段，所以也存在不同的结构。但主要是指燃料电池与蓄电池混合类型的电动汽车，因为蓄电池能够实现制动能量的回收，可以相对降低燃料电池的功率要求，同时也降低了成本。虽然燃料电池电动汽车有良好的前景，但是目前尚未产业化，成本仍然较高，而且燃料电池的可靠性和寿命有待改进，加灌氢气的基础设施有待建立并系统化，氢气的来源和供应链也有待于实施。

于此，鉴于混合动力的逐步普及，纯电动汽车的发展进程更加值得我们探讨和展望，本文将重点围绕纯电动汽车进行论述，下文中提及的电动汽车，无特别说明，均指代纯电动汽车。

3.优点

1）降低石油消耗、节能在减少燃料消耗方面，电动汽车具有胜过其它技术的明显优势。其他技术承诺每辆车的汽油消耗量可以降低41-56%，而电动汽车可以100%地降低耗油量。倘若到2030年中国汽车总数的30%为电动汽车，将节省7亿桶石油。由于电力可以从多种一次能源获得，如煤、核能、水力等，解除人们对石油资源日渐枯竭的担心。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，大大提高其经济效益。

2）长期看比燃油车省钱总体拥有成本毫无悬念的是，电动汽车要比标准燃机汽车要贵许多。根据当前预计和业界披露，消费者在中国需要额外支付大约3万元人民币，购买插电混合电动汽车，比标准的汽油动力车辆高出四分之一。如果油价每升涨至10元，预计消费者五年之就可以完全赚回他们为购买电动汽车所支付的费用。尽管进一步下调油价似乎迫在眉睫，但是油价调整的幅度依然不甚明朗。近期有诸多因素导致原始设备制造商和消费者平添了购买电动汽车

的增量成本。然而，就长期而言，随着汽油价格的调整和技术的进步，电动汽车可能成为中国普通消费者寻惠的选择。

3）环保、无污染、噪声小我国已有10个城市被列入全球大气污染最严重20个城市之中，使用电动汽车将大大改善空气质量，降低温室效应，控制温度升高和海平面上涨等环境问题。

4.总结

人类正处在能源安全、环境污染和全球气候变暖等问题日益恶化的当下，节能减排已成为全球汽车产业的战略方向。而自从2009年成为汽车产销量第一大国之后，我国也确定了要成为汽车强国的发展目标。因此，大力发展节能与新能源汽车成为我国汽车工业应对能源和环境的重要举措，电动汽车应运而生。其中，纯电动汽车是由电动机驱动的汽车。电动机的驱动电能来源于车载可充电蓄电池或其他能量储存装置。大部分车辆直接采用电机驱动，有一部分车辆把电动机装在发动机舱，也有一部分直接以车轮作为四台电动机的转子，其难点在于电力储存技术。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，其它污染物也显著减少，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，也已有了相关技术。由于电力可以从多种一次能源获得，如煤、核能、水力、风力、光、热等，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，大大提高其经济效益。有关研究表明，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，正是这些优点，使电动汽车的研究和应用成为汽车工业的一个“热点”。对于电动车而言，目前最大的障碍就是基础设施建设以及价格影响了产业化的进程，与混合动力相比，电动车更需要基础设施的配套，而这不是一家企业能解决的，需要各企业联合起来与当地政府部门一起建设，才会有大规模推广的机会。

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