純電動(dòng)轎車發(fā)展歷史
早在19世紀(jì)后半葉的1873年,英國人羅伯特·戴維森(Robert Davidsson)制作了初的可供實(shí)用的電動(dòng)汽車。這比德國人戴姆勒(GottliebDaimler)和本茨(Karl Benz)發(fā)明汽油發(fā)動(dòng)機(jī)汽車早了10年以上。
戴維森發(fā)明的電動(dòng)汽車是一輛載貨車,長4800mm,寬1800mm,使用鐵、鋅、汞合金與硫酸進(jìn)行反應(yīng)的一次電池。其后,從1880年開始,應(yīng)用了可以充放電的二次電池。從一次電池發(fā)展到二次電池,這對(duì)于當(dāng)時(shí)電動(dòng)汽車來講是一次重大的技術(shù)變革,由此電動(dòng)汽車需求量有了很大提高。在19世紀(jì)下半葉成為交通運(yùn)輸?shù)闹匾a(chǎn)品,寫下了電動(dòng)汽車在人類交通的輝煌一頁。1890年法國和英倫敦的街道上行駛著電動(dòng)大客車,當(dāng)時(shí)
的車用內(nèi)燃機(jī)技術(shù)還相當(dāng)落后,行駛里程短,故障多,維修困難,而電動(dòng)汽車卻維修方便。
在歐美,電動(dòng)汽車最盛期是在19世紀(jì)末。1899年法國人考門·吉納駕駛一輛44kW雙電動(dòng)機(jī)為動(dòng)力的后輪驅(qū)動(dòng)電動(dòng)汽車,創(chuàng)造了時(shí)速106km的記錄。
1900年美國制造的汽車中,電動(dòng)汽車為15755輛,蒸汽機(jī)汽車1684輛,而汽油機(jī)汽車只有936輛。進(jìn)入20世紀(jì)以后,由于內(nèi)燃機(jī)技術(shù)的不斷進(jìn)步,1908年美國福特汽車公司T型車問世,以流水線生產(chǎn)方式大規(guī)模批量制造汽車使汽油機(jī)汽車開始普及,致使在市場競爭中蒸汽機(jī)汽車與電動(dòng)汽車由于存在著技術(shù)及經(jīng)濟(jì)性能上的不足,使前者被無情的歲月淘汰,后者則呈狀態(tài)。
純電動(dòng)轎車發(fā)展背景
電動(dòng)汽車電池發(fā)展
電池是電動(dòng)汽車發(fā)展的首要關(guān)鍵,汽車動(dòng)力電池難在“低成本要求”、“高容量要求”及“高安全要
求”等三個(gè)要求上。要想在較大范圍內(nèi)應(yīng)用電動(dòng)汽車,要依靠*的蓄電池經(jīng)過10多年的篩選,現(xiàn)在普遍看好的氫鎳電池,鐵電池,鋰離子和鋰聚合物電池。氫鎳電池單位重量儲(chǔ)存能量比鉛酸電池多一倍,其它性能也都優(yōu)于鉛酸電池。但目前價(jià)格為鉛酸電池的4-5倍,正在大力攻關(guān)讓它降下來。鐵電池采用的是資源豐富、價(jià)格低廉的鐵元素材料,成本得到大幅度降低,也有廠家采用。鋰是最輕、化學(xué)特性十分活潑的金屬,鋰離子電池單位重量儲(chǔ)能為鉛酸電池的3倍,鋰聚合物電池為4倍,而且鋰資源較豐富,價(jià)格也不很貴,是很有希望的電池。我國在鎳氫電池和鋰離子電池的產(chǎn)業(yè)化開發(fā)方面均取得了快速的發(fā)展。電動(dòng)汽車其他有關(guān)的技術(shù),近年都有巨大的進(jìn)步,如:交流感應(yīng)電機(jī)及其控制,稀土永磁無刷電機(jī)及其控制,電池和整車能量管理系統(tǒng),智能及快速充電技術(shù),低阻力輪胎,輕量和低風(fēng)阻車身,制動(dòng)能量回收等等,這些技術(shù)的進(jìn)步使電動(dòng)汽車日見*和走向?qū)嵱没N覈蟪鞘械拇髿馕廴疽巡荒芎鲆暎嚺欧攀侵饕廴驹粗?,我國已?6個(gè)城市被列入大氣污染最嚴(yán)重的20個(gè)城市之中。我國現(xiàn)今人均汽車是每1000人平均10輛汽車,但石油資源不足,每年已進(jìn)口幾千萬噸石油,隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,假如中國人均汽車持有量達(dá)到現(xiàn)在水平---每1000人有110輛汽車,我國汽車持有量將成10倍地增加,石油進(jìn)口就成為大問題。因此在我國研究發(fā)展電動(dòng)汽車不是一個(gè)臨時(shí)的短期措施,而是意義重大的、長遠(yuǎn)的戰(zhàn)略考慮。
電動(dòng)汽車行業(yè)發(fā)展
純電動(dòng)轎車
美國在今年第二季度在范圍內(nèi)銷售了7931臺(tái)電動(dòng)車,這一數(shù)字于其他所有市場,銷量環(huán)比上漲28%。其他市場的數(shù)字分別是日本4240臺(tái),法國2056,德國1284。而在中國,今年的季度僅有235臺(tái)電動(dòng)汽車售出,比上一季度的343臺(tái)下降了31%。
日本將會(huì)是這個(gè)產(chǎn)業(yè)的,到2017年,日本將生產(chǎn)77.9萬輛電動(dòng)車,占其汽車生產(chǎn)總量的9.7%。德國和美國也有可能將電動(dòng)汽車的產(chǎn)量推升至21.83萬輛和36.23萬輛,分別占汽車市場總產(chǎn)量的3.55%和3%。在此期間,中國的產(chǎn)量可能會(huì)達(dá)到273150輛,僅為汽車總產(chǎn)量的1%。
隨著電動(dòng)汽車行業(yè)競爭的不斷加劇,大型電動(dòng)汽車企業(yè)間并購整合與日趨頻繁,國內(nèi)優(yōu)秀的電動(dòng)汽車企業(yè)愈來愈重視對(duì)行業(yè)市場的研究,特別是對(duì)企業(yè)發(fā)展環(huán)境和客戶需求趨勢變化的深入研究。正因?yàn)槿绱?,一大批國?nèi)優(yōu)秀的電動(dòng)汽車品牌迅速崛起,逐漸成為電動(dòng)汽車行業(yè)中的*!
中國汽車駛?cè)搿盁o油”時(shí)代
新能源汽車的發(fā)展方向有多種,但其中之一的氫燃料電池技術(shù)不成熟,成本昂貴,是20年之后的技術(shù)。2007年1月,汽車和動(dòng)力電池專家Menahem Anderman博士在美國參議院能源與資源委員會(huì)作證時(shí)下此結(jié)論。中國也沒有氫燃料電池反應(yīng)所必需的鉑。雖然沒有公開申明,但據(jù)傳國家內(nèi)部決策層曾明確表示中國不適宜發(fā)展氫燃料電池汽車,只作為科研跟蹤
從技術(shù)發(fā)展成熟程度和中國國情來看,純電動(dòng)轎車應(yīng)是大力推廣的發(fā)展方向,而混合動(dòng)力作為大面積充電網(wǎng)絡(luò)還沒建立起來之前的過渡技術(shù)。今年中外車廠都先后推出了混和動(dòng)力和純電動(dòng)轎車。比亞迪先后展示了F6DM和F3DM雙模電動(dòng)車和F3e純電動(dòng)車。長安與加拿大綠色電池生產(chǎn)商Electrovaya合作,共同拓展加拿大新能源汽車市場,奔奔純電動(dòng)版。美國通用汽車公司推出了以電動(dòng)為主的Chevy Volt混合動(dòng)力車,Mini Cooper推出了其純電動(dòng)版。2011年江淮同悅推出純電動(dòng)版新車。
但混合動(dòng)力車動(dòng)力系統(tǒng)復(fù)雜,成本昂貴。比亞迪F3DM有兩套動(dòng)力系統(tǒng),其公布的動(dòng)力系統(tǒng)成本增加了5萬元,相當(dāng)于每年要節(jié)省8千元的油費(fèi)才能比傳統(tǒng)汽油車經(jīng)濟(jì)。不過混合動(dòng)力車省油有限,豐田Prius省油大致10%-20%,奇瑞A5-ISG在北京試運(yùn)期間公布的省油參數(shù)為10%??梢运阋还P帳,假設(shè)家庭年行駛2萬公里,汽油車百公里油耗7.5升,年油費(fèi)9450元,混合動(dòng)力車省油20%節(jié)省了1890元,無法抵消其車價(jià)成本的增加。
混合動(dòng)力的優(yōu)勢是保留了傳統(tǒng)汽油汽車的使用生活方式,根據(jù)汽油機(jī)和電動(dòng)機(jī)混合程度,充電次數(shù)和傳統(tǒng)汽油汽車加油次數(shù)相當(dāng),或者不用充電。行駛距離也不受限制。
純電動(dòng)車省去了油箱、發(fā)動(dòng)機(jī)、變速器、冷卻系統(tǒng)和排氣系統(tǒng),相比傳統(tǒng)汽車的內(nèi)燃汽油發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力系統(tǒng),電動(dòng)機(jī)和控制器的成本更低,且純電動(dòng)車能量轉(zhuǎn)換效率更高。因電動(dòng)車的能量來源——電,來自大型發(fā)電機(jī)組,其效率是小型汽油發(fā)動(dòng)機(jī)甚至混合動(dòng)力發(fā)動(dòng)機(jī)所的。純電動(dòng)轎車因此使用成本在下降。按比亞迪F3e純電動(dòng)車公布的數(shù)據(jù),百公里行駛耗電12度,依照0.5元的電價(jià)算,百公里使用成本才6元。而其原形車F3汽油車百公里耗油7.6升,按目前6.2元的油價(jià),成本是46.5元。相比之下,電動(dòng)車的使用成本才是傳統(tǒng)汽油汽車的八分之一。
純電動(dòng)車的缺點(diǎn)是它改變了傳統(tǒng)汽車的使用生活方式,需要每天充電。傳統(tǒng)的汽車使用習(xí)慣是大致一到兩周加一次油。而且每次出行也有幾百公里的距離限制,雖然一個(gè)家庭遠(yuǎn)距離出行可能一年就這么幾次。
純電動(dòng)轎車汽車優(yōu)點(diǎn)
無污染、噪聲小
電動(dòng)汽車無內(nèi)燃機(jī)汽車工作時(shí)產(chǎn)生的廢氣,不產(chǎn)生排氣污染,對(duì)環(huán)境保護(hù)和空氣的潔凈是十分有益的,幾乎是“”。,內(nèi)燃機(jī)汽車廢氣中的CO、HC及NOX、微粒、臭氣等污染物形成酸雨酸霧及光化學(xué)煙霧。電動(dòng)汽車無內(nèi)燃機(jī)產(chǎn)生的噪聲,電動(dòng)機(jī)的噪聲也較內(nèi)燃機(jī)小。噪聲對(duì)人的聽覺、神經(jīng)、心血管、消化、內(nèi)分泌、免疫系統(tǒng)也是有危害的。
結(jié)構(gòu)簡單,維修方便
電動(dòng)汽車較內(nèi)燃機(jī)汽車結(jié)構(gòu)簡單,運(yùn)轉(zhuǎn)、傳動(dòng)部件少,維修保養(yǎng)工作量小。當(dāng)采用交流感應(yīng)電動(dòng)機(jī)時(shí),電機(jī)無需保養(yǎng)維護(hù),更重要的是電動(dòng)汽車易操縱
能量轉(zhuǎn)換效率高
同時(shí)可回收制動(dòng)、下坡時(shí)的能量,提高能量的利用效率;
電動(dòng)汽車的研究表明,其能源效率已超過汽油機(jī)汽車。特別是在城市運(yùn)行,汽車走走停停,行駛速度不高,電動(dòng)汽車更加適宜。電動(dòng)汽車停止時(shí)不消耗電量,在制動(dòng)過程中,電動(dòng)機(jī)可自動(dòng)轉(zhuǎn)化為發(fā)電機(jī),實(shí)現(xiàn)制動(dòng)減速時(shí)能量的再利用。有些研究表明,同樣的原油經(jīng)過粗煉,送至電廠發(fā)電,經(jīng)充入電池,再由電池驅(qū)動(dòng)汽車,其能量利用效率比經(jīng)過精煉變?yōu)槠停俳?jīng)汽油機(jī)驅(qū)動(dòng)汽車高,因此有利于節(jié)約能源和減少二氧化碳的排量。
平抑電網(wǎng)的峰谷差
可在夜間利用電網(wǎng)的廉價(jià)“谷電”進(jìn)行充電,起到平抑電網(wǎng)的峰谷差的作用。
電動(dòng)汽車的應(yīng)用可有效地減少對(duì)石油資源的依賴,可將有限的石油用于更重要的方面。向蓄電池充電的電力可以由煤炭、天然氣、水力、核能、太陽能、風(fēng)力、潮汐等能源轉(zhuǎn)化。除此之外,如果夜間向蓄電池充電,還可以避開用電高峰,有利于電網(wǎng)均衡負(fù)荷,減少費(fèi)用
純電動(dòng)轎車基本分類
純電動(dòng)轎車發(fā)展至今,種類較多,通常按車輛用途、車載電源數(shù)目以及驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的組成進(jìn)行分類。按照用途不同分類,純電動(dòng)轎車可分為電動(dòng)轎車、電動(dòng)貨車和電動(dòng)客車三種。
(1)電動(dòng)轎車是目前見的純電動(dòng)轎車。除了一些概念車,純電動(dòng)轎車已經(jīng)有了小批量生產(chǎn),并已進(jìn)入汽車市場。
(2)電動(dòng)貨車用作功率運(yùn)輸?shù)碾妱?dòng)貨車目前還比較少,而在礦山、工地及一些特殊場地,則早已觸電了一些大噸位的純電動(dòng)載貨汽車。
(3)電動(dòng)客車,目前純電動(dòng)小客車也較少見;純電動(dòng)大客車用作公共汽車,在一些城市的公交線路以及世博會(huì)、世界性的運(yùn)動(dòng)會(huì)上,已經(jīng)有了良好的表現(xiàn)。
純電動(dòng)轎車基本結(jié)構(gòu)
電動(dòng)汽車的結(jié)構(gòu)布置各式各樣,比較靈活,概括起來分為純電動(dòng)轎車電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)和電動(dòng)輪驅(qū)動(dòng)兩種形式。電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)形式借用了內(nèi)燃機(jī)汽車的驅(qū)動(dòng)方案,將內(nèi)燃機(jī)換成電動(dòng)機(jī)及其相關(guān)器件,用一臺(tái)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)左右兩側(cè)的車輪。電動(dòng)輪驅(qū)動(dòng)形式的機(jī)械傳動(dòng)裝置的體積與質(zhì)量較電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)形式的大大減小,效率顯著提高,代價(jià)是增加了控制系統(tǒng)的復(fù)雜程度與成本。
純電動(dòng)轎車采用電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)形式,直接借用了內(nèi)燃機(jī)汽車的驅(qū)動(dòng)方案,由發(fā)動(dòng)機(jī)前置前驅(qū)發(fā)展而來,由電動(dòng)機(jī)、離合器、變速箱和差速器責(zé)成。用電驅(qū)動(dòng)裝置替代了內(nèi)燃機(jī),通過離合器將電動(dòng)機(jī)動(dòng)力與驅(qū)動(dòng)輪進(jìn)行連接或動(dòng)力切斷,變速箱提供不同的傳動(dòng)比以變更轉(zhuǎn)速—功率曲線匹配的需要,變速器實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)彎時(shí)兩車輪不同車速的行駛。
純電動(dòng)轎車采用雙電動(dòng)機(jī)電動(dòng)輪驅(qū)動(dòng)方式,機(jī)械差速器被兩個(gè)牽引電動(dòng)機(jī)所代替,兩個(gè)電動(dòng)機(jī)分別驅(qū)動(dòng)各自車輪,轉(zhuǎn)彎時(shí)通過電子差速控制以不同車速行駛,省掉了機(jī)械變速器。
現(xiàn)在純電動(dòng)轎車所的以蓄電池作能量源的一種結(jié)構(gòu),蓄電池可以布置在上的四周,也可以集中布置在車的尾部或者布置在底盤下面。所選用的蓄電池應(yīng)該能提供足夠高的比能量和比功率,并且在車輛制動(dòng)時(shí)能回收再生制動(dòng)能量。具有高比能量和高比功率的動(dòng)力電池對(duì)純電動(dòng)轎車的加速性和爬坡能力。
為了解決一種蓄電池不能同時(shí)滿足對(duì)比能量和比功率的要求這個(gè)問題,可以在純電動(dòng)轎車同時(shí)采用兩種不同的蓄電池,其中一種能提供高比能量,另外一種提供高比功率。兩種電池作混合能量源的基本結(jié)構(gòu),這兩種結(jié)構(gòu)不僅分開了對(duì)比能量和比功率的要求,而且在汽車下坡或制動(dòng)時(shí)可利用蓄電池回收能量。
燃料電池所需的氫氣不僅能以壓縮氫氣、液態(tài)氫或金屬氫化物的形式儲(chǔ)存,還可以由常溫的液態(tài)燃料如甲醇或汽油隨車產(chǎn)生。一個(gè)帶小型重整器的純電動(dòng)轎車的結(jié)構(gòu),燃料電池所需的氫氣由重整隨車產(chǎn)生
純電動(dòng)轎車電池管理
純電動(dòng)轎車電池管理系統(tǒng)作為電池系統(tǒng)的重要組成部分,具有實(shí)時(shí)監(jiān)控電池狀態(tài)、優(yōu)化使用電池能量、延長電池壽命和保證電池的使用安全等重要作用。電池管理系統(tǒng)對(duì)整車的安全運(yùn)行、整車控制策略的選擇、充電模式的選擇以及運(yùn)營成本都有很大影響。電池管理系統(tǒng)無論在車輛運(yùn)行過程中還是在充電過程中都要可靠地完成電池狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)控和故障診斷,并通過總線的方式告知車輛集成控制器或充電機(jī),以便采用更加合理的控制策略,達(dá)到有效且高效使用電池的目的。
電池管理系統(tǒng)采用集散式系統(tǒng)結(jié)構(gòu),每套電池管理系統(tǒng)由1臺(tái)控制模塊(或稱主機(jī))和10個(gè)電池測控模塊(或稱從機(jī))組成。電池管理系統(tǒng)檢測模塊安裝在電池箱前面板內(nèi);電池管理系統(tǒng)主控模塊安裝在車輛尾部高壓設(shè)備倉內(nèi),
電池管理系統(tǒng)的功能如下:
1.電體電池電壓的檢測
2.電池溫度的檢測
3.電池組工作電流的檢測
4.絕緣電阻檢測
5.冷卻風(fēng)機(jī)控制
6.充放電次數(shù)記錄
7.電池組SoC的估測
8.電池故障分析與在線報(bào)警
9.各箱電池充放電次數(shù)記錄
10.各箱電池離散性評(píng)價(jià)
11.與車載設(shè)備通信,為整車控制提供必要的電池?cái)?shù)據(jù)CAN1
12.與車載監(jiān)控設(shè)備通信,將電池信息送面板顯示CAN2
13.與充電機(jī)通信,安全實(shí)現(xiàn)電池的充電RS—485
14.有簡易的設(shè)備實(shí)現(xiàn)純電動(dòng)轎車電池管理系統(tǒng)的初始化功能,能滿足電池快速更換以及電池箱重新編組的需要。
純電動(dòng)轎車應(yīng)用方向
純電動(dòng)轎車是由二次電池(如鉛酸電池、鎳鎘電池、鎳氫電池或鋰離子電池等)提供動(dòng)力的汽車。目前純電動(dòng)轎車和純電動(dòng)客車均已通過國家質(zhì)檢中心的型式認(rèn)證試驗(yàn),各項(xiàng)指標(biāo)均滿足有關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)和企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。天津清源電動(dòng)車輛有限公司、深圳雷天公司等單位研發(fā)的純電動(dòng)轎車,其整車的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性、續(xù)駛里程、噪聲等指標(biāo)已達(dá)到甚至超過國外同級(jí)別車型,初步形成了關(guān)鍵技術(shù)的研發(fā)能力。目前,進(jìn)行純電動(dòng)轎車示范運(yùn)行的城市有若干個(gè),但是規(guī)模都比較小。2005年1月,天津市的22輛轎車和1輛公共汽車的示范運(yùn)行通過了國家驗(yàn)收。同年12月,武漢市進(jìn)行的95輛純電動(dòng)小型公共汽車(另有20輛混合動(dòng)力公共汽車和3輛混合動(dòng)力轎車)的3年示范運(yùn)行也通過了國家驗(yàn)收。因?yàn)榧冸妱?dòng)轎車受到續(xù)駛能力的約束,純電動(dòng)轎車試驗(yàn)主要集中在小型公共汽車上。根據(jù)“中國電動(dòng)汽車網(wǎng)”報(bào)道, 2006年1月,湖南省株洲市有50臺(tái)小型電動(dòng)汽車進(jìn)行社區(qū)內(nèi)運(yùn)行,該市有若干輛電動(dòng)公共汽車也在運(yùn)行中。同年4月,浙江省杭州市啟動(dòng)了電動(dòng)汽車示范項(xiàng)目, 6輛轎車和5輛公共汽車在市內(nèi)進(jìn)行示范運(yùn)行。
純電動(dòng)轎車技術(shù)難題
電動(dòng)汽車的困難是目前蓄電池單位重量儲(chǔ)存的能量太少,還因電動(dòng)車的電池較貴,又沒形成經(jīng)濟(jì)規(guī)模,故購買價(jià)格較貴,至于使用成本,有些試用結(jié)果比汽車貴,有些結(jié)果僅為汽車的1/3,這主要取決于電池的壽命及當(dāng)?shù)氐挠汀㈦妰r(jià)格。現(xiàn)階段電池的容量還達(dá)不到需要,續(xù)航能力還達(dá)不到全天候的應(yīng)用。
純電動(dòng)轎車發(fā)展現(xiàn)狀
純電動(dòng)轎車發(fā)達(dá)國家現(xiàn)狀
國外汽車公司都十分重視研究開發(fā)電動(dòng)汽車,世界發(fā)達(dá)國家不惜投入巨資進(jìn)行研究開發(fā),并制定了一些相關(guān)的政策、法規(guī)來推動(dòng)電動(dòng)汽車的發(fā)展。
美國目前正在大力研制和推廣使用燃料電池電動(dòng)汽車和純電動(dòng)轎車,政府能源部與通用、福特和戴-克三大汽車制造商聯(lián)合開發(fā)燃料電池電動(dòng)汽車?,F(xiàn)在,美國已有7個(gè)州加入了計(jì)劃,到規(guī)定年限后這些地區(qū)銷售的汽車必須為,即只能為純電動(dòng)轎車和燃料電池電動(dòng)汽車。
以美國藍(lán)鳥客車公司、英國的FRZAERNASH公司、日本豐田、日本本田為代表的電動(dòng)客車和轎車已經(jīng)上市,英國已有數(shù)萬輛電動(dòng)汽車在使用;
法國是世界上推廣應(yīng)用純電動(dòng)轎車最成功的國家之一,成立了電動(dòng)汽車推廣應(yīng)用國家部際協(xié)調(diào)委員會(huì),巴黎和拉羅舍爾已經(jīng)建立了比較*的純電動(dòng)轎車充電站網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施,制定了優(yōu)惠的支持和激勵(lì)使用電動(dòng)汽車的政策,且已經(jīng)初步形成了純電動(dòng)轎車運(yùn)行體系。
在近年的國際性大型運(yùn)動(dòng)會(huì)上,電動(dòng)汽車也成為各國展示其科技實(shí)力和環(huán)保意識(shí)的工具之一。亞特蘭大會(huì)使用了美國藍(lán)鳥客車公司生產(chǎn)的純電動(dòng)客車作為公務(wù)和電視轉(zhuǎn)播車,悉尼會(huì)購買了英國FRAZER-NASH公司的近400輛電動(dòng)客車作為運(yùn)動(dòng)員接送車輛?;旌蟿?dòng)力電動(dòng)汽車領(lǐng)域,
日本豐田公司開發(fā)的Prius和本田公司開發(fā)的Insight2種混合動(dòng)力電動(dòng)汽車已開始批量投放市場。豐田公司的Prius銷售已在2006年累計(jì)突破150萬輛,并于2005年底在我國長春一汽進(jìn)行了組裝生產(chǎn)和銷售。日產(chǎn)公司也于2003年推出Tino混合動(dòng)力汽車,在日本國內(nèi)市場上銷售了100多輛。
歐洲各大汽車廠商爭先恐后地推出了本公司研制的混合動(dòng)力電動(dòng)汽車,甚至德國的博世(BOSCH)等的零部件公司也積極與大汽車公司聯(lián)手開發(fā)混合動(dòng)力電動(dòng)汽車技術(shù)。美國已有近20個(gè)城市試驗(yàn)使用混合動(dòng)力電動(dòng)公交車,瑞典、法國、德國、意大利、比利時(shí)等國計(jì)劃在9個(gè)歐洲城市開通混合動(dòng)力電動(dòng)公共汽車線路。燃料電池電動(dòng)汽車斬露頭角,國外企業(yè)界紛紛組成*的跨國聯(lián)盟,以期達(dá)到優(yōu)勢互補(bǔ)的目的。如日本豐田與美國通用公司,日本東芝公司與美國國際燃料電池公司,德國BMW公司與西門子公司,雷諾汽車公司與意大利De Nora公司分別組成聯(lián)盟開發(fā)燃料電池電動(dòng)汽車;本也已投資數(shù)億美元開發(fā)燃料電池電動(dòng)汽車。其中,以加拿大的巴拉德、美國的福特、德國的戴姆勒-克萊斯勒聯(lián)(XCELLSIS)代表性,該聯(lián)盟投資10億加元開發(fā)生產(chǎn)電動(dòng)汽車用燃料電池動(dòng)力系統(tǒng)。在燃料電池電動(dòng)汽車的研發(fā)熱潮中,幾乎所有的國外大型企業(yè)集團(tuán)全部介入,投入的總額超過百億美元。但是,由于燃料電池的成本和壽命問題,使得這一項(xiàng)目目前進(jìn)展緩慢。在燃料電池電動(dòng)汽車的示范運(yùn)行方面,世界各國也都不約而同地把注意力集中在大客車上,如歐盟的CUTE示范項(xiàng)目、UNDP/GEF燃料電池商業(yè)化示范項(xiàng)目、美國加州的CAHFC示范項(xiàng)目和日本的JHFC計(jì)劃等。與此同時(shí),部分國家政府為促進(jìn)電動(dòng)汽車的發(fā)展,通過財(cái)稅手段調(diào)整汽車發(fā)展結(jié)構(gòu)。像美、日等國政府對(duì)于電動(dòng)車產(chǎn)品給予10%的鼓勵(lì)性補(bǔ)貼,荷蘭政府的補(bǔ)貼更是高達(dá)30%。并對(duì)傳統(tǒng)汽車開征燃料稅,如歐洲部分國家燃料稅高達(dá)200~300%,的美國也有34%。
純電動(dòng)轎車中國現(xiàn)狀
中國電動(dòng)汽車雖然沒有歐美等國家起步早,但國家從維護(hù)能源安全,改善大氣環(huán)境,提高汽車工業(yè)競爭力,實(shí)現(xiàn)我國汽車工業(yè)的跨越式發(fā)展的戰(zhàn)略高度考慮,從“八五”開始到現(xiàn)在,電動(dòng)汽車研究一直是國家計(jì)劃項(xiàng)目,并在2001年設(shè)立了“電動(dòng)汽車重大科技專項(xiàng)”。通過組織企業(yè)、高等院校和科研機(jī)構(gòu),集中各方面力量進(jìn)行聯(lián)合攻關(guān),現(xiàn)正處于研發(fā)勢頭強(qiáng)勁階段,部分技術(shù)已經(jīng)趕上甚至超過水平?!半妱?dòng)汽車重大科技專項(xiàng)”實(shí)施以來,已成功開發(fā)出燃料電池汽車樣車,累計(jì)運(yùn)行數(shù)千公里;混合動(dòng)力客車已在武漢等地公交線路上試驗(yàn)運(yùn)行超過百萬公里;純電動(dòng)轎車已通過國家有關(guān)認(rèn)證試驗(yàn)。
純電動(dòng)轎車發(fā)展歷程
電池是電動(dòng)汽車發(fā)展的首要關(guān)鍵,汽車動(dòng)力電池難在“低成本要求”、“高容量要求”及“高安全要求”等三個(gè)要求上。要想在較大范圍內(nèi)應(yīng)用電動(dòng)汽車,要依靠*的蓄電池經(jīng)過10多年的篩選,現(xiàn)在普遍看好的氫鎳電池,鐵電池,鋰離子和鋰聚合物電池。氫鎳電池單位重量儲(chǔ)存能量比鉛
酸電池多一倍,其它性能也都優(yōu)于鉛酸電池。但目前價(jià)格為鉛酸電池的4-5倍,正在大力攻關(guān)讓它降下來。鐵電池采用的是資源豐富、價(jià)格低廉的鐵元素材料,成本得到大幅度降低,也有廠家采用。鋰是最輕、化學(xué)特性十分活潑的金屬,鋰離子電池單位重量儲(chǔ)能為鉛酸電池的3倍,鋰聚合物電池為4倍,而且鋰資源較豐富,價(jià)格也不很貴,是很有希望的電池。中國在鎳氫電池和鋰離子電池的產(chǎn)業(yè)化開發(fā)方面均取得了快速的發(fā)展。電動(dòng)汽車其他有關(guān)的技術(shù),近年都有巨大的進(jìn)步,如:交流感應(yīng)電機(jī)及其控制,稀土永磁無刷電機(jī)及其控制,電池和整車能量管理系統(tǒng),智能及快速充電技術(shù),低阻力輪胎,輕量和低風(fēng)阻車身,制動(dòng)能量回收等等,這些技術(shù)的進(jìn)步使電動(dòng)汽車日見*和走向?qū)嵱没N覈蟪鞘械拇髿馕廴疽巡荒芎鲆?,汽車排放是主要污染源之一,中國已?0個(gè)城市被列入大氣污染最嚴(yán)重的20個(gè)城市之中。中國現(xiàn)今人均汽車是每1000人平均10輛汽車,但石油資源不足,每年已進(jìn)口幾千萬噸石油,隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,假如中國人均汽車持有量達(dá)到現(xiàn)在水平---每1000人有110輛汽車,中國汽車持有量將成10倍地增加,石油進(jìn)口就成為大問題。因此在中國研究發(fā)展電動(dòng)汽車不是一個(gè)臨時(shí)的短期措施,而是意義重大的、長遠(yuǎn)的戰(zhàn)略考慮。
經(jīng)歷了長期發(fā)展,純電動(dòng)轎車技術(shù)逐步成熟,并在美、日、歐等國家得到商業(yè)化的推廣應(yīng)用。目前世界上有近4萬輛純電動(dòng)轎車在運(yùn)行,其中法國8000輛,美國7000輛,在日本7400輛。主要用在公共運(yùn)輸系統(tǒng)。
純電動(dòng)轎車行業(yè)發(fā)展
純電動(dòng)轎車國內(nèi)外形勢
2010年年初國際氣候組織曾對(duì)40名電動(dòng)汽車相關(guān)行業(yè)專家進(jìn)行訪談,結(jié)果表明充電基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的重要程度在電動(dòng)汽車發(fā)展眾多影響因素中2,超過了購買價(jià)格因素,僅次于1的電池技術(shù)提高因素。充電設(shè)施的基礎(chǔ)性、關(guān)鍵性作用各方已達(dá)成共識(shí)。
從國外發(fā)展情況來看,盡管國外主要發(fā)達(dá)國家的充電設(shè)施建設(shè)還處于起步階段,但是政府支持力度非常大。從國內(nèi)發(fā)展情況來看,我國充電設(shè)施建設(shè)主要參與者包括公司、南方電網(wǎng)公司、普天海油、中石化、比亞迪等企業(yè)。近幾年來,我國已經(jīng)投產(chǎn)了一定數(shù)量的充電站與充電樁,充電方式有快充、慢充、換電池等多種,先期的工作為后續(xù)建設(shè)提供了寶貴經(jīng)驗(yàn)。目前,公司、南方電網(wǎng)公司、普天海油、中石化等企業(yè)已經(jīng)與多數(shù)地方政府簽訂了戰(zhàn)略合作協(xié)議,制定了較為明確的建設(shè)目標(biāo)和計(jì)劃,充電站建設(shè)開始呈現(xiàn)加速發(fā)展的勢頭。
盡管充電基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)在國內(nèi)外普遍得到高度重視,但是目前世界各國都面臨著相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)與運(yùn)營模式不明確等一系列問題,我國亟待在試點(diǎn)基礎(chǔ)上加大研究和創(chuàng)新力度,探索一條適合我國國情的充電基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)展道路。
純電動(dòng)轎車國外發(fā)展情況
世界各國的汽車廠商都在加緊研制各類電動(dòng)汽車,并且取得了一定程度的進(jìn)展和突破。
,日本一直以來,出于對(duì)能源危機(jī)和環(huán)境保護(hù)的關(guān)注及占領(lǐng)未來世界汽車市場的考慮,日本十分重視電動(dòng)汽車的研制與開發(fā)。從目前世界范圍內(nèi)的整個(gè)形勢來看,日本是電動(dòng)汽車技術(shù)發(fā)展速度的少數(shù)幾個(gè)國家之一,特別是在混合動(dòng)力汽車的產(chǎn)品發(fā)展方面,日本居世界地位。目前,世界上能夠批量產(chǎn)銷混合動(dòng)力汽車的企業(yè),只有日本的豐田和本田兩家汽車公司。1997年12月,豐田汽車公司首先在日本市場上推出了一款批量生產(chǎn)的混合動(dòng)力轎車PRIUS。該轎車于2000年7月開始出口北美,同年9月開始出口歐洲,現(xiàn)在已經(jīng)在20多個(gè)國家上市銷售。目前推出的產(chǎn)品已經(jīng)是多次改進(jìn)后的第二代產(chǎn)品,其生產(chǎn)工藝更為成熟。根據(jù)豐田汽車公司的測試,PRIUS轎車在城市工況下比同等排量的花冠轎車節(jié)油44.4%;在市郊節(jié)油29.7%,綜合節(jié)油40.5%。有關(guān)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示,豐田汽車公司已占有混合動(dòng)力汽車市場90%的份額。2004年9月15日,一汽集團(tuán)與日本豐田汽車公司在北京舉行了混合動(dòng)力汽車合作項(xiàng)目簽字儀式,宣布雙方在2005年內(nèi)。共同生產(chǎn)豐田PRIUS混合動(dòng)力轎車。PRIUS混合動(dòng)力轎車將在同年進(jìn)入中國市場。
繼PRIUS混合動(dòng)力轎車之后,豐田汽車公司還推出了ESTIMA混合動(dòng)力汽車和搭載軟混合動(dòng)力系統(tǒng)的CROWN轎車。豐田汽車公司在普及混合動(dòng)力系統(tǒng)的低燃耗、低排放和改進(jìn)行駛性能方面已經(jīng)走在了世界的前列。此外。本田汽車公司開發(fā)的Insight混合動(dòng)力電動(dòng)汽車也已投放市場.供不應(yīng)求。2002年4月,本田汽車公司在美國市場上投放了Civic混合動(dòng)力汽車。日產(chǎn)汽車公司近日宣布,將于2006年向美國市場銷售Ahima牌混合動(dòng)力汽車,這是其于2002年與豐田汽車公司簽署聯(lián)合生產(chǎn)混合動(dòng)力汽車協(xié)議的個(gè)產(chǎn)品。
第二,美國。美國的汽車公司在電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)化方面比來自日本的同行遜色不少,三大汽車公司僅僅小批量生產(chǎn)、銷售過純電動(dòng)轎車,而混合動(dòng)力和燃料電池電動(dòng)汽車目前還未能實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化,來自日本的混和動(dòng)力電動(dòng)汽車在美國市場上占據(jù)了主導(dǎo)地位。
純電動(dòng)轎車核心技術(shù)
發(fā)展電動(dòng)汽車必須解決好4個(gè)方面的關(guān)鍵技術(shù):電池技術(shù)、電機(jī)驅(qū)動(dòng)及其控制技術(shù)、電動(dòng)汽車整車技術(shù)以及能量管理技術(shù)。
電池技術(shù) 電池是電動(dòng)汽車的動(dòng)力源泉,也是一直制約電動(dòng)汽車發(fā)展的關(guān)鍵因素。電動(dòng)汽車用電池的主要性能指標(biāo)是比能量(E)、能量密度(Ed)、比功率(P)、循環(huán)壽命(L)和成本(C)等。要使電動(dòng)汽車能與燃油汽車相競爭,關(guān)鍵就是要開發(fā)出比能量高、比功率大、使用壽命長的高效電池。
到目前為止,電動(dòng)汽車用電池經(jīng)過了3代的發(fā)展,已取得了突破性的進(jìn)展。第1代是鉛酸電池,目前主要是閥控鉛酸電池(VRLA),由于其比能量較高、價(jià)格低和能高倍率放電,因此是目前惟一能大批量生產(chǎn)的電動(dòng)汽車用電池。第2代是堿性電池,主要有鎳鎘(NJ-Cd)、鎳氫(Ni-MH)、鈉硫(Na/S)、鋰離子(Li-ion)和鋅空氣(Zn/Air)等多種電池,其比能量和比功率都比鉛酸電池高,因此大大提高了電動(dòng)汽車的動(dòng)力性能和續(xù)駛里程,但其價(jià)格卻比鉛酸電池高。第3代是以燃料電池為主的電池。燃料電池直接將燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?,能量轉(zhuǎn)變效率高,比能量和比功率都高,并且可以控制反應(yīng)過程,能量轉(zhuǎn)化過程可以連續(xù)進(jìn)行,因此是理想的汽車用電池,但目前還處于研制階段,一些關(guān)鍵技術(shù)還有待突破問。
電力驅(qū)動(dòng)及其控制技術(shù) 電動(dòng)機(jī)與驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是電動(dòng)汽車的關(guān)鍵部件,要使電動(dòng)汽車有良好的使用性能,驅(qū)動(dòng)電機(jī)應(yīng)具有調(diào)速范圍寬、轉(zhuǎn)速高、啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大、體積小、質(zhì)量小、效率高且有動(dòng)態(tài)制動(dòng)強(qiáng)和能量回饋等特性。目前,電動(dòng)汽車用電動(dòng)機(jī)主要有直流電動(dòng)機(jī)(DCM)、感應(yīng)電動(dòng)機(jī)(IM)、永磁無刷電動(dòng)機(jī)(PMBLM)和開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)(SRM)4類。
近幾年來,由感應(yīng)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)汽車幾乎都采用矢量控制和直接轉(zhuǎn)矩控制。由于直接轉(zhuǎn)矩的控制手段直接、結(jié)構(gòu)簡單、控制性能優(yōu)良和動(dòng)態(tài)響應(yīng)迅速,因此非常適合電動(dòng)汽車的控制。美國以及歐洲研制的電動(dòng)汽車多采用這種電動(dòng)機(jī)。永磁無刷電動(dòng)機(jī)可以分為由方波驅(qū)動(dòng)的無刷直流電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)(BLDCM)和由正弦波驅(qū)動(dòng)的無刷直流電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)(PMSM),它們都具有較高的功率密度,其控制方式與感應(yīng)電動(dòng)機(jī)基本相同,因此在電動(dòng)汽車上得到了廣泛的應(yīng)用。PMSM類電機(jī)具有較高的能量密度和效率,其體積小、慣性低、響應(yīng)快,非常適應(yīng)于電動(dòng)汽車的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng),有的應(yīng)用前景。目前,由日本研制的電動(dòng)汽車主要采用這種電動(dòng)機(jī)。
開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)(SRM)具有簡單可靠、可在較寬轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩范圍內(nèi)高效運(yùn)行、控制靈活、可四象限運(yùn)行、響應(yīng)速度快和成本較低等優(yōu)點(diǎn)。實(shí)際應(yīng)用發(fā)現(xiàn)SRM存在轉(zhuǎn)矩波動(dòng)大、噪聲大、需要位置檢測器等缺點(diǎn),應(yīng)用受到了限制。
隨著電動(dòng)機(jī)及驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的發(fā)展,控制系統(tǒng)趨于智能化和數(shù)字化。變結(jié)構(gòu)控制、模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、自適應(yīng)控制、專家控制、遺傳算法等非線性智能控制技術(shù),都將各自或結(jié)合應(yīng)用于電動(dòng)汽車的電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)。
電動(dòng)汽車整車技術(shù) 電動(dòng)汽車是高科技綜合性產(chǎn)品,除電池、電動(dòng)機(jī)外,車體本身也包含很多,有些節(jié)能措施比提高電池儲(chǔ)能能力還易于實(shí)現(xiàn)。采用輕質(zhì)材料如鎂、鋁、優(yōu)質(zhì)鋼材及復(fù)合材料,優(yōu)化結(jié)構(gòu),可使汽車自身質(zhì)量減輕30%-50%;實(shí)現(xiàn)制動(dòng)、下坡和怠速時(shí)的能量回收;采用高彈滯材料制成的高氣壓子午線輪胎,可使汽車的滾動(dòng)阻力減少50%;汽車車身特別是汽車底部更加流線型化,可使汽車的空氣阻力減少50%。
能量管理技術(shù) 蓄電池是電動(dòng)汽車的儲(chǔ)能動(dòng)力源。電動(dòng)汽車要獲得非常好的動(dòng)力特性,必須具有比能量高、使用壽命長、比功率大的蓄電池作為動(dòng)力源。而要使電動(dòng)汽車具有良好的工作性能,就必須對(duì)蓄電池進(jìn)行系統(tǒng)管理。
能量管理系統(tǒng)是電動(dòng)汽車的智能核心。一輛設(shè)計(jì)優(yōu)良的電動(dòng)汽車,除了有良好的機(jī)械性能、電驅(qū)動(dòng)性能、選擇適當(dāng)?shù)哪芰吭?即電池)外,還應(yīng)該有一套協(xié)調(diào)各個(gè)功能部分工作的能量管理系統(tǒng),它的作用是檢測單個(gè)電池或電池組的荷電狀態(tài),并根據(jù)各種傳感信息,包括力、加減速命令、行駛路況、蓄電池工況、環(huán)境溫度等,合理地調(diào)配和使用有限的車載能量;它還能夠根據(jù)電池組的使用情況和充放電歷史選擇充電方式,以盡可能延長電池的壽命。
世界各大汽車制造商的研究機(jī)構(gòu)都在進(jìn)行電動(dòng)汽車車載電池能量管理系統(tǒng)的研究與開發(fā)。電動(dòng)汽車電池當(dāng)前存有多少電能,還能行駛多少公里,是電動(dòng)汽車行駛中必須知道的重要參數(shù),也是電動(dòng)汽車能量管理系統(tǒng)應(yīng)該完成的重要功能。應(yīng)用電動(dòng)汽車車載能量管理系統(tǒng),可以更加準(zhǔn)確地設(shè)計(jì)電動(dòng)汽車的電能儲(chǔ)存系統(tǒng),確定一個(gè)的能量存儲(chǔ)及管理結(jié)構(gòu),并且可以提高電動(dòng)汽車本身的性能。
在電動(dòng)汽車上實(shí)現(xiàn)能量管理的難點(diǎn),在于如何根據(jù)所采集的每塊電池的電壓、溫度和充放電電流的歷史數(shù)據(jù),來建立一個(gè)確定每塊電池還剩余多少能量的較精確的數(shù)學(xué)模型。
純電動(dòng)轎車發(fā)展前景
印發(fā)了《節(jié)能與新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃(2012-2020年)》(以下簡稱《發(fā)展規(guī)劃》)的通知,其中刪除了征求意見稿中“近期以混合電動(dòng)車為重點(diǎn)”和“中/重度混合動(dòng)力乘用車占乘用車年產(chǎn)銷量的50%以上”的字句。對(duì)此業(yè)界專家認(rèn)為,這樣有效避免之前直接點(diǎn)明以混合電動(dòng)車為重點(diǎn)而可能引起的新能源發(fā)展路線之爭,又回避了之前定出的難以達(dá)到的高指標(biāo),再次明晰了未來新能源發(fā)展目標(biāo)。
根據(jù)《發(fā)展規(guī)劃》所述,本規(guī)劃所指的新能源汽車主要包括純電動(dòng)轎車、插電式混合動(dòng)力汽車及燃料電池汽車。之前呼聲很高的混合動(dòng)力并非不受重視,只是二者發(fā)展目標(biāo)不一。在《發(fā)展規(guī)劃》中明確提到,對(duì)“純電動(dòng)轎車和插電式混合動(dòng)力汽車產(chǎn)業(yè)化”是要“重點(diǎn)推進(jìn)”,對(duì)“非插電式混合動(dòng)力汽車、節(jié)能內(nèi)燃機(jī)汽車”是要“推廣普及”。即“重點(diǎn)推進(jìn)”是因?yàn)榧夹g(shù)不成熟、難度大,要重點(diǎn)推動(dòng);“推廣普及”是有較現(xiàn)成的技術(shù),只要推廣就能普及。業(yè)界專家解讀,言外之意,混合動(dòng)力成為了“未明說的重點(diǎn)”。另外,《發(fā)展規(guī)劃》要求,“到2015年,當(dāng)年生產(chǎn)的乘用車平均燃料消耗量降至6.9升/百公里,節(jié)能型乘用車燃料消耗量降至5.9升/百公里以下。到2020年,當(dāng)年生產(chǎn)的乘用車平均燃料消耗量降至5.0升/百公里,節(jié)能型乘用車燃料消耗量降至4.5升/百公里以下?!币_(dá)到這個(gè)嚴(yán)格的油耗目標(biāo),目前最可行的混合動(dòng)力汽車的推廣和普及,就勢在必行,市場也將迅速起步。
2012年上半年汽車整車企業(yè)生產(chǎn)新能源汽車3167輛,其中,純電動(dòng)轎車3021輛、插電式混合動(dòng)力汽車146輛;銷售新能源汽車3525輛,其中,純電動(dòng)轎車3444輛、插電式混合動(dòng)力汽車81輛?!栋l(fā)展規(guī)劃》對(duì)能源未來的發(fā)展規(guī)劃是:到2015年,純電動(dòng)轎車和插電式混合動(dòng)力汽車?yán)塾?jì)產(chǎn)銷量力爭達(dá)到50萬輛,到2020年,累計(jì)產(chǎn)銷量超過500萬輛。