论电动汽车的发展

1、论电动汽车的发展 材料科学与技术学院最近几年里，电动汽车成为人们嘴边很热的一个话题，很多汽车公司都 相继推出自己的电动汽车，像丰田推出的，国内以电池技术着称的比亚迪汽 车公司推出的一款PHEV曾有人就此提出由于我们国家在传统内燃机汽车领 域要落后欧美国家几十年， 在如今新一轮的电动汽车领域我们国家完全可以 抓住这个机遇，从而能在这轮竞争中脱颖而出。曾有很多人一度认为电动汽车是从近两年才兴起的，其实不然。电动汽 车早在 1873年就诞生了，而此后 12 年，戴勒姆一奔驰才制造出最初的汽油 车。显然最初的较量中，电动汽车占了上风 1899 年，比利时人称“卡米尔 杰那奇”的卷叶型电动汽车突破陆地车

2、速 100km/h的极限，创下105km/h的 骄人纪录，风光一时，而且当时的汽车市场半数的份额由电动汽车垄断。但 是，电动汽车的致命问题蓄电池，随着汽油车生产技术的日益完善而愈 加突出。因为 1kg 的汽油完全燃烧可以释放出 4300 万 J 的能量，而 1kg 铅 酸电池仅能提供 15万 J 的能量，尽管考虑内燃机的热效率不足 30，它们 的差距仍然有几十倍。由于这个缘故，使得电动汽车的发展在一百多年的时 间里停滞不前。到了 20 世纪 80 年代，两大难题摆在人类面前：一是日益严 重的污染问题；二是石油产品的日益短缺和价格日益上涨的能源危机问题。 解决问题的关键在于找到一种既没有排放又可

3、以不使用石油产品的替代交 通工具，电动汽车因此引起了世界的注意从能源的环境角度分析，电动汽 车的尾气是氢气和水气，完全可以达到零污染；从能源替代的角度分析，电 力可以从许多能源中获得，电动汽车是燃料来源最灵活的汽车；从补充能源的角度分析，电动汽车可以在晚间电网电力富余下进行充电目前，电动汽车技术已有了一定进步，在短途低速、城市公交及旅游区 交通等特定用途已经得到应用，但是，主要由于电池性能和成本的限制，电 动汽车在轿车领域内才刚刚起步，距离质量稳定、符合标准地大批量生产， 依然还是“长路漫漫”。人们普遍青睐的高功率高性能电动轿车，更是徘徊 于理想与现实之间。近几年，我国对纯电动车的研发投入不断

4、加大，一些技术难点正逐步被 克服，但是仍有很多业内专家对当前的电动车技术及其产业化前景存有质 疑，可能有以下几个方面：1）电池性能与成本的矛盾。电动汽车对电池的要求极高，必须具有高比 能量、高比功率、快速充电和深度放电的性能，而且要求成本尽量低、使用 寿命尽量长。目前，铅酸电池作为比较成熟的技术，因其成本较低，而且能 够高倍率放电，依然是唯一可供大批量生产的电动车用电池。但是铅酸电池 的比能量、比功率和能量密度都很低，以此为动力源的电动车不可能拥有良 好的车速及续航里程。其它较成熟的电池，如镍镉电池和镍氢电池，虽然性 能好于铅酸电池，但含有重金属，价格较高，且用完遗弃后对环境会造成严 重污染，

5、都不适宜大批量生产。目前，越来越多的研究人员考虑采用锂离子电池作为电动车的动力电池。 锂离子电池具有以下优点：工作电压高（是镍镉电池、氢镍电池的 3 倍）、 比能量大（可达165WHM，是氢镍电池的3倍）、体积小、质量轻、循环寿 命长、自放电率低、无记忆效应、无污染等。在锂离子电池中，磷酸铁锂电 池较被看好，这种电池虽然比能量不及钴酸锂电池，但是其安全性高，单体电池的循环次数能达到 2000 次，放电稳定，价格相对便宜（相比于钴酸锂 电池），可能成为未来电动车动力的新选择。然而，即使是这种比较便宜的 铁锂电池，其成本依然十分高昂。假如一款成熟的电动轿车按整备质量吨、 最高时速130Km/h 次

6、充电续驶里程200Km（ 60Km/h等速）来计算，所需 的磷酸铁锂电池（76AH工作电压320V）将重达350Kg,仅仅电池的价格就 大约在 10 万左右！即使在电池上取得重大突破的汽车公司，对外也承认他 们的双模电动车要比现有的同级别车型价格高出78万元。那么有多少消费者愿意花 15 万去买一款相当于夏利的动力的紧凑型车呢？这正是全世界 电动车无法形成气候的根本原因之一。总之，目前尚无一种高性价比的电池 能够同时满足电动车产业化的性能与成本需要。2）电池使用寿命短而更换成本高： 现在国内多数锂电池生产厂家提出免 费质保期限只有一年， 2008 奥运会唯一指定锂电池供应商中信国安的锂电 池，

7、免费质保期限也只有二年。如前所述，即使是一辆性能相当普通的电动 车，电池成本也要 810万，如果一年或二年后消费者要自费更换电池，其 费用将是多么巨大！3）电池适应性差：除了快速充电问题很难解决外，电池在低温条件下容 量将明显降低，在高温条件下（50C）又需要泠却才能正常工作，而这也是 要消耗自身能量的。此外，随着使用时间的延长，电池的各种性能将逐渐下 降，其结果将造成电动车整车性能（车速、加速性、一次充电的续驶里程） 不断下降。4） 基础设施建设耗资巨大。电动汽车商业化的基础设施包括充电站网 络、车辆维修服务网络、多种形式的电池营销、服务网络等。建立一定数量在一的公用充电站并配备专用电缆及插

8、座等是实现电动汽车产业化的关键 个城市内至少要建设十几个到数十个公用充电站， 才能满足市区内的出租汽 车、私家车、商务车快速充电的需要。此外停车场和社区内也要设立充电设 备。这些基础设施装备需要系统规划和巨额投资。以北京奥运会为例， 50 辆电动大巴的快速充电站总计占地 5000 平方米，共花费近亿元，另有服务 人员 40 人。显然如果电动车实现大规模产业化，这些费用恐怕还是要分摊 到电动车用户头上，这样折算下来，那时的电费就不会像现在大家想的那么 便宜了。尽管存在上述的种种问题，不可否认的是电动汽车依然是未来汽车发展 趋势之一。但种种迹象表明，真正实现产业化的家用电动轿车距离我们还十 分遥远

9、。电动车未来的发展取决于电池技术的革命，而任何技术的发展都是 循序渐进的，现在就宣布电动车时代即将到来恐怕为时尚早。实际情况是， 目前电动车使用的动力电池组的成本要占整车造价的二分之一， 而且购车人 在几年之内就需要更换昂贵的蓄电池组或单体电池， 这是电动车商业化尚无 法突破的最大瓶颈。再来说说我国的电动汽车发展状况。可以说我国已基本掌握了纯电动汽 车整车动力系统的匹配与集成设计、整车控制技术，样车的动力性和能耗水 平与国外相当。但是，我国纯电动汽车的发展也存在多方面的问题：整车产 品在续驶里程和工程化上仍落后于国外先进产品；电池的安全性、使用寿命 等还不能满足整车要求；电机、电池所需部分部件

10、、材料需进口，同时控制 器基础硬件、芯片、高速CAN网关和信号处理放大部件等也依赖进口；电 动附件还没有成熟的产品可用，成本高并依赖进口。总体来说，我国纯电动 汽车的发展与国外先进水平相比差距还是很大的。不过，即便在国外，受电 池技术发展所限，纯电动汽车大规模进入市场也为时尚早。国外近期攻关重 点仍集中在提高电池性能、降低成本方面。由于电动汽车上存在的种种不足，也有人提出混合动力汽车的概念。混 合动力装置是将保守发成效尽量做小一点， 让一局部动力由电池电成效零 碎来承当，既发扬了发成效继续任务时间长、动力性好的长处，又可以发扬 电成效无污染、低噪声的长处。混合动力汽车是采用保守的内燃机和电成效

11、 作为动力源， 经过混合运用人力和电力两套装置开动汽车到达俭省燃料和升 高排放净化的手段，适用的内燃机既有柴油机又有汽油机，但是单独的特性 是排量小、质量轻、速度快、排放好。电动零碎中包括高效强化的电成效、 发电机和蓄电池。 混合动力汽车依照能量的分解次要分为串联式和并联式两 种。混合动力汽车与纯电动汽车相比， 升高了对电池能量密度和容量的请求， 加重了电池局部的质量，有益于提高汽车的质量使用系数；动力性、续驶里 程以及乘员的舒服性都失掉了保证；无需增加充电设备，易于推行使用。与 保守的汽车相比，原成效常常处于最佳工况，升高了排放；能量自动回收， 提高了能量使用率；采用纯电动行驶形式，可以在特

12、定的区域完成零排放。 混合动力汽车除发成效、电成效、蓄电池等各种单元根底外，主要的技术是 各零碎的电子把握技术和整车的动力零碎优化， 分配好的零碎能到达俭省燃 料 50%、排放降落 80%、制动能量回收到达 30%。我国也在竭力发展混合动力汽车， 但我国混合动力汽车的发展尚存在三 大问题：一是多数产品尚处于样车阶段，未经过多轮验证研究，未达到系统 优化和批量生产要求；二是产业链尚不完整，关键原材料和电力电子元器件依赖进口；三是整车和零部件工程化不足，产品处于产业化初期，成本较高 虽然我国混合动力汽车与国际领先水平存在较大差距，但是与纯电动汽车相比，混合动力汽车更具有产业化推广的基础和相对优势。国家“十一五”