浅谈中国纯电动汽车的发展现状及存在的问题

浅谈中国纯电动汽车的发展现状及存在的问题

刘龙岩1欧阳宁东2

（1.中铁隧道集团一处有限公司，重庆渝北 401147；

2 重庆大学机械工程学院，重庆沙坪坝 400044）

【摘 要】纯电动汽车具有传统汽车无法超越的优点，是清洁环保型的交通工具。纯电动汽车在走向市场的过程中面临诸多问题，最关键的问题是电池技术、电机以及传动技术、整车控制技术，文章介绍了电动汽车的优点，提出发展电动汽车的建议。

【关键词】北京车展；纯电动汽车；动力电池；关键技术

【中图分类号】U469.72 【文献标识码】A 【文章编号】1008-1151(2010)09-0115-02

（一）背景

中国政府自2010年６月１日起，在上海、长春、杭州、合肥、深圳等５个城市，对个人购买新能源汽车进行补贴试点，特别是纯电动汽车，购买者最高可享受６万元人民币的补贴。这无疑给电动汽车的发展打入一剂强心针，相信在不久的将来，电动汽车将掀起汽车行业一次新的技术革命。

我国从“八五”开始，科技部就启动了电动汽车的相关项目。经过多年的摸爬滚打，我国电动汽车已经有了很大进步，但是电动汽车走入我们的生活，还存在很多亟待解决的问题，本文主要对纯电动汽车的发展做一些客观的分析。

（二）电动汽车分类

在广义上我们可以将电动汽车可分为 3 类，即混合动力电动汽车(HEV)、燃料电池电动汽车(FCEV)和纯电动汽车(BEV)。混合动力电动汽车(HEV)发展的比较早，它需要具备两个动力源，一般是油电混合动力。燃料电池电动汽车(FCEV)是将化学能转换为电能为汽车提供动力，纯电动汽车(BEV)采用蓄电池为车辆提供动力，目前在巡逻车、观光车、高尔夫球场用车等低速短距离场合应用较多，国内公司如比亚迪、奇瑞、长安等汽车制造商也将其电动轿车产品投入市场，虽然从目前看它们的价格相对较高，但它的发展潜力巨大，是未来城市理想的交通工具。本文主要讨论纯电动汽车(BEV)现状以及面临的问题。

（三）电动汽车优点

电动汽车相对传统汽车优点很多，主要有以下几个方面：

1.环境污染小

这是电动汽车最突出的优点。电动汽车使用过程中不会产生废气，与传统汽车相比根本不存在大气污染的问题。有人说电动汽车使用的二次能源——电能在火力发电厂产生时污染了大气，它只是把污染从城市转移到了郊区。事实上，电动汽车并不是简单地将空气污染改变了地方，相对传统汽车，它确实做到了减小了污染。因为电力来源是多样化的，许多能源像水能、风能、太阳能、潮汐能、核能都可以高效地转化为电能，即使电动汽车的电能全部来自于火力发电厂，其整体的能量利用效率也高于城市常规燃油汽车，也就是说使用电动汽车还是减小了绝大部分空气污染。此外，如果避开用电高峰夜间充电，那还可以进一步减少能源的浪费。

2.无噪音，噪声低

这是电动汽车最直观的特点。现在大城市中汽车噪声已经成为一种比较严重的污染，减少噪声污染也是对今后汽车工业的考验。汽车发动机噪音是行驶过程中主要噪声来源，与燃油车相比，电动汽车在这方面有绝对的优势。它在行驶运行中基本是宁静的，特别适合在需要降低噪声污染的城市道路行驶。

3.高效率

这是电动汽车能源利用方面最显著的特点。在城市中，道路上车辆行驶较多，而且经常遇到红绿灯，车辆必须不断的停车和启动。对于传统燃油汽车而言，这不仅意味着消耗大量能源，而且也意味着更多汽车尾气排出。而使用电动汽车，减速停车时，可以将车辆的动能通过磁电效应，“再生”地转化为电能并贮存在蓄电池或其他储能器中。这样在停车时，就不必让电机空转，可以大大提高能源的使用效率，减少空气污染。

4.结构简单，使用维修方便，经久耐用

这是电动汽车运行成本方面的最大亮点。与传统燃油汽车相比，电动汽车容易操纵、结构简单，运转传动部件相较对少，无需更换机油、油泵、消声装置等，也无需添加冷却水。维修保养工作量少。如果有好的蓄电池，它的使用寿命也比燃油车长。

5.使用范围广，不受所处环境影响

这是电动汽车另一优势所在。在特殊场合，比如不通风、冬天低温场所，或者高海拔缺氧的地方，内燃机车要么不能工作，要么效率降低，而电动车则完全不受影响。

（四）电动汽车发展的几个关键问题

1.电池问题

动力电池这个关键技术是纯电动汽车发展的瓶颈所在。它是纯电动汽车的主要能量载体和动力来源，也是电动车辆的整车成本的主要组成部分。它直接制约着电动汽车的制造成本、续驶里程和使用寿命等主要问题，间接影响到纯电动

【收稿日期】2010-06-16

【作者简介】刘龙岩（1983－），男，河南洛阳人，供职于中铁隧道集团一处有限公司；欧阳宁东（1983－），男，河南洛阳人，重庆大学机械工程学院教师。

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汽车的市场化。如果电池问题能够解决，与传统汽车相比，电动汽车将有绝对的优势。

动力电池在经历了铅酸电池、镍氢电池、钠硫电池等多种类型的发展和探索，目前纯电动汽车最具潜力的电池主要集中在一下电池上：阀控铅酸动力电池、镍氢动力电池和锂离子（锂聚合物）电池。它们的主要性能参数见表1。

表1 最具潜力电动车用动力电池主要性能参数

电池类型 比能量/Wh/kg 比功率/W/kg循环寿命/次 电池放电价/元/kWh 新型铅酸电池 30～50 200～400 ≧1000 3.05 镍氢电池 50～70 300～400 ≧1000 9.6

锂离子电池 120～140 1500 1200 10.2

从长远发展来看，由于铅酸蓄电池过于笨重，且衰减快，所以不具有使用前景；镍氢电池虽然在一些领域应用还比较广泛，但其有记忆性、比容量也一般，还有单体电压低，导致其改进起来比较困难 ；而锂离子动力蓄电池具有更高的能量密度，从目前看有较好的前景。

尽管如此，与内燃机相比锂离子电池能量密度还是很低，这使得的续驶里程依然是一个难题。目前市场上使用的电动汽车一次充电后的续驶里程一般为100km～350km，这是在较理想的行驶环境下才能得到实现的，而绝大多数电动汽车一般行驶环境下续驶里程只有50km～100km。

为了增加电动汽车的续驶里程，在汽车制动时，通常采用为蓄电池充电的形式，来吸收回收的能量。但是蓄电池充放电循环次数有限，大功率充放电必将使蓄电池循环寿命大大缩短。

为解决这个新问题，有人采用了超级电容器。但似乎目前超电容器也存在问题，主要是是能量密度低，它比铅酸蓄电池小一个数量级，所以需要更高能量密度的超级电容，现在正在研发过程中。

当然，还有太阳能电池、核能电池等等，也为电动汽车的电池技术问题的解决提供了新解决方案，就目前来看都不是很成熟，有待于进一步开发。

2.电机以及传动技术

电机以及传动技术是电动汽车关键技术之一。纯电动汽车一般在车辆空间和使用环境上要求较严格，所以对驱动电机驱动系统提出更高的要求：体积/质量密度高，效率高，调速范围宽，制动能量回馈，适应性好，可靠性高。目前电动汽车电动机主要要一下四类：直流电动机(DCM) 、感应电动机( IM)、永磁无刷电动机(PMBLM)和开关磁阻电动机( SRM) 。如表二。近几年来，电动汽车用电机逐渐由直流向交流发展，直流电动机基本上已经被交流电动机、永磁电动机或开关磁阻电动机所取代。

表2 电动汽车用电动机及驱动系统的性能比较

电机类型

比较内容

DCM IM PMBLM

SRM 电机功率密度 差 一般 好 一般 转矩转速特性 一般 好 好 好 转速范围 小 一般 大 最大 效率 差 一般 高 一般 易操作性 最好 好 好 好 可靠性 差 好 一般 好 成本 高 低 高 较高 电机尺寸 大 一般 小 小 电机质量 重 一般 轻 轻 控制性 好 好 好 一般 综合性能 差 一般 最好 好

经过“十五”和“863” 计划以及后来很长一段时间的集中研发，我国电动汽车用驱动电机系统已经开发出了一系列满足各类整车要求的样机系统，有些成果的主要性能和技术指标都达到了国际同类产品的水平。

3.控制技术方面

整车控制系统由整车控制器、通信系统、部件控制器以及驾驶员操纵系统构成，主要功能是根据驾驶员的操作和当前的工况，在保证安全和动力性要求的前提下选择尽可能优化的工作模式。具体总控制系统结构框图如图1所示。

图1整车控制系统结构图

目前，较主流的电动汽车整车控制系统都采用CAN总线通信连接，这样不仅大大提高了控制的效率和稳定性，而且能实现数字控制。电动汽车驱动电机、电池等执行动力部分的状态信号被发送到CAN总线，最终传输到显示终端提供给驾驶人员，以便实现整车控制。

新的电子控制系统在传统汽车上应用不多，但它对纯电动汽车的工作有着重要影响。与国外相比，目前来看我国还有一定的差距，但是随着电机驱动系统的发展以及各种新技术新材料的应用，国内外在这方面的差距将越来越小。

4.其他方面

除了以上三个方面的问题外，纯电动汽车还在汽车轻量化、车体外形设计、电动车标准、充电站基础设施建设、以及电动车成本以及销售方面存在其他多多少少的问题。轻量化以及新型车体设计对提高车的动力性能和续驶里程都有重要意义；电动车标准如能尽快完善，能更好的推动行业健康有序发展；充电站等基础设施建设的大力建设还需政策支持，如能像加油站一样普及，那电动汽车的运行成本将大大降低，有利于更多电动汽车驶入寻常百姓家！

（五）结语

综上所述，电动汽车的前途一片光明，但是如果要达到规模，首先还需要面临的三大问题：动力电池、电机传动、和整车控制。如今，我国电动汽车技术飞速发展，涌现出一批具有国际竞争力的公司和产品，上述这几大问题都得到了一定程度的缓解，有些问题的解决还在进一步探索中。相信在不远的将来，有更多更好的中国品牌电动汽车驰骋在路上。

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