电动汽车概论第一章 绪论——电动汽车技术发展现状与趋势

1、 第一章 绪论电动汽车技术发展现状与趋势1、21世纪汽车工业发展面临的挑战与机遇(第一节课内容)内燃机汽车经过120多年的发展壮大，逐步实现机电一体化和全面应用现代高科技，在安全、节能、环保、可靠、舒适、成本等性能方面取得了重大进展，但是由于内燃机车以石油为燃料，石油燃烧后会产生大量有害气体污染环境，因此传统内燃机车辆正面临者石油短缺和环境污染问题带来的严峻挑战。1.1石油危机汽车发展遇到石油风险 石油是一种总量有限、不可再生的石化资源，是当前人类经济社会的重要能源，交通运输(航空、航海、铁路、公路)长期以来都以石油制品作为主要原料。目前世界汽车保有量已超过6亿辆，每年新生产汽车超过3500万

2、辆，每年消耗石油70亿桶以上，约占世界石油产量的一半以上。按科学家预测，地球上的石油资源按照目前的消耗水平，仅仅维持几十年（40-60年左右，说法不太一致），石油资源日渐枯竭。 21世纪人类面临更加严峻的石油资源挑战，石油资源是亟待解决的重要问题之一，也是当前世界不稳定的因素之一。 我国目前的能源结构为缺油、少气、富煤。当前中国石油消费量近4亿吨，产量和进口量各占一半，对外依存度达50%，远远超过30%的安全线。因此，大量进口高价石油，势必影响本国经济发展和能源安全，加剧国际石油危机和抬高石油价格，损害我国和全球人民利益。一旦出现国际风波，更会危及国家安全。预测到2020年，中国的石油需求量为

3、5亿6亿吨，而中国只能生产2亿吨，其余的3亿4亿吨要靠进口，对外依存度将达60%67%。中国目前的进口量是当前世界石油总消费量的1/10，相当于德、法、英、意4个国家当前石油消费量总和。进口如此大量的石油，极具风险。 内燃机汽车所需要的石油资源逐渐枯竭是必然趋势，不依人们的意志为转移。而人工合成燃料、液化天然气、氢气等能源来源有限，还不能完全取代石油燃料，电能来源广泛，人们对电力的使用已经积累了丰富的经验，21世纪电能必然会成为各种地面在运工具的主要能源，发展电动汽车是交通运输工业发展的必然趋势，也是汽车工业发展的总趋势。 燃料电池直接将燃料的化学能转变为电能，使燃料的发电效率提高到50%-5

4、5%，而且不会对大气造成污染。 1.2环境污染 内燃机汽车的快速发展与广泛应用，使汽车排气污染日益严重，已成为城市最重要的污染源。 HC, CO, NOX, CO2,SO2，颗粒物（铅微粒、碳微粒）以及光化学烟雾（氮氧化物和碳氢化合物在适当的条件和阳光作用下，会产生光化学烟雾。）、噪声（发动机噪声）1.4电动汽车分类：纯电动汽车：(EV, Electric Vehicle) 结构简单、成本低，控制简单；节能效果好，零排放。但续驶里程短，应用场合受限。混合动力汽车：(HEV, Hybrid Electric Vehicle ) 结构复杂、成本较高，控制较复杂，节能排放效果较好，但续驶里程长，应用

5、场合不受限。燃料电池汽车：(FCEV, Fuel Cell Electric Vehicle)技术难度大，成本高，控制复杂，节能效果好，零排放。续驶里程长，应用场合不受限。短期内难以产业化。2、电动汽车发展历程 电动车发展的三次浪潮世界上第一辆机动车就是1834年诞生的第一辆电动汽车，他比1886年问世的世界上第一辆内燃汽车要早半个世纪。一百多年来，电动汽车在汽车发展史中经历了三次重大机遇。第一次发生在一百余年前,19世纪末期到1920年是电动车发展的一个高峰。由于当时电池和电机的发展较内燃机成熟，而且石油的运用还没有普及，使电动汽车在早期的汽车领域中占有举足轻重的位置。  

6、; 电动汽车在当时的汽车发展中占据着重要位置。据统计，到1890年在全世界4200辆汽车中，有38为电动汽车，40为蒸汽车，22为内燃机汽车。到了1911年，就已经有电动出租汽车在巴黎和伦敦的街头上运营，到了1912年在美国更有至少3.4万辆电动汽车运行。    随着美国德州石油的开发和内燃机技术大大提高，电动车在1920年之后渐渐地失去了优势。汽车市场逐步给内燃机驱动的汽车所取代。   第二次发生在 20世纪70年代，第一、第二次石油危机促使发达国家启动电动汽车研发，日美德英政府规划并资助电动汽车研发，当时出现了少量具有实

7、用价值的产品，政府组织这些电动车在区域试运行。 第三次发生在1990年第三次石油危机爆发，多国政府推出电动汽车推广计划，消费方面，税费减免等鼓励措施出现，欧洲部分城市加快电动汽车配套设施的建设。多数世界级汽车企业启动新能源汽车项目，具有实用价值的二代产品出现。       美国：政府持续投资电动车项目    1976年7月，美国国会通过电动汽车和复合汽车的研究开发和样车试用法令，以立法、政府资助和财政补贴等手段加速发展电动汽车。 1991年，美国通用汽车公司、福特汽车公司和克莱斯勒汽车公司共同协议，成立了

8、“先进电池联合体”（USABC），共同研究开发新一代电动汽车所需要的高能电池，并且与美国能源部签订协议在19911995年间投资2.26亿美元来资助电动汽车用高能电池的研究。    2002年，美国能源部批准经费l500万美元，用于“工业研究、开发和演示使用电池的电动汽车”的费用共担项目，包括使用效率和动力储存、供电质量等。小型、低速、特种用途的纯电动汽车不断发展。    2009年奥巴马上台后明确表示，到2015年美国要有100万辆充电式混合动力车上路。美国能源部将设立20亿美元的政府资助项目，用以扶持新一代电动车所需的电池组及其部

9、件的研发。     欧洲：政府企业联动电动汽车普及良好    相对于国内市场而言，西欧有着一个非常成熟的电动汽车市场及商业推广电动汽车产品的市场环境。与美国相比，欧洲更崇尚追求完美零污染的纯电动汽车。成立于1990年的欧洲“城市电动车”协会至今在欧共体组织内已有60座城市参与，帮助各城市进行电动汽车可行性的研究和安装必要的设备，并指导城市的电动汽车运营。德国政府十分重视环境保护，投入大量资金用于电动汽车的研制。1971年，成立了城市电动车交通公司(GES)，积极组织电动车的研究与开发。1991年，在拜尔州投入了300辆电动汽

10、车进行运行。拜尔州还拨400万马克，购买电动汽车的消费者可以得到车价30%的资助。另外，汉堡市也采取了资助用户车价的25%，用来鼓励用户购买电动汽车的措施。  英国是当今世界生产电动汽车较先进和使用最广泛的国家，使用历史已有50年之久，上个世纪80年代中期英国就有12万辆电动汽车在运行。英国政府投资二千多万英镑支持电动汽车的开发，实行多项优惠政策给使用者，例如免收牌照税、养路费，夜间充电只收12的电费等。英国国际汽车设计公司从1979年开始研制电动汽车。1991年克罗德里蓄电池公司投资建立电动汽车生产集团，研制成MOLC3型混合瓶动电动汽车，行程130km。   

11、   目前，在欧洲还有一些机构继续在做纯电动汽车的研究开发. 法国电力公司与达索集团签约了纯电动汽车的合作开发项目。 追随法国进行理论研究和产品开发的是比利时，主要集中在高等院校之中，例如布鲁塞尔和列日（Liege）大学。此外还有意大利着重两轮纯电动车的研发和运营.瑞士则侧重研究超级电容器，尤其是电动城市轻轨方面的研究。 日本：政府规划持续推进    日本通产省1965年正式把电动车列入国家项目，开始进行电动汽车的研制。1967年，日本成立了日本电动汽车协会，促进了电动汽车事业的发展。1971年，日本通产省制定了电动汽车的开发计划。 

12、   1991年，日本通产省又制定了第三届电动汽车普及计划，提出到2000年日本电动汽车的年产量要达到10万辆，保有量达到20万辆的目标。 在新能源汽车研发战略中，更多的日本汽车企业选择了混合动力汽车作为重点发展方向，坚持纯电动汽车蓄电池技术研发的重点落在三菱重工、富士重工等动力装备类企业。纯电动汽车的产品开发向小型化发展，单人和2人车型成为主力车型，车辆技术、零部件技术、充电设施技术都已相对成熟。截止到2002年，日本纯电动汽车的保有量为2696台。    2007年，日本贸易部表示在未来的五年之间，会耗资17亿美元，日本政府希望能在2010

13、年将一台电动车的价格压至24660美元，而2020年则可以降低至16440美元，开发便宜的混合动力车型。日本政府计划要减少燃料电池车的研究发展，而把重点放在电动车的开发上。  第二节课内容我国电动车研发进程    我国电动汽车发展始于上世纪九十年代。 1、十五期间研究情况 2001年，确立“十五”国家高新技术研究发展计划（863计划）电动汽车重大专项项目，明确了我国的电动汽车战略发展基本原则，即提出“三横三纵”研发布局，并招标确定纯电动轿车由上汽奇瑞、天津汽车来牵头研制。    中科院电工所、上海811所、清华大学、上海同济

14、大学、北京理工大学等单位，在“863”计划和“十五”国家科技专项等国家项目的支持下，取得了阶段性的研究成果，培养了一支能力较强的研发队伍，人才储备体系正在日趋完善。 2、 十一五期间的研究情况 2006年开始实施的国家中长期科技规划对电动汽车研发战略也大体相同。按照项目规定进程，纯电动汽车功能样车已经实现，纯电动轿车和纯电动客车在国家质检中心的型式认证试验中各项指标均满足有关国家标准和企业标准的规定，关键零部件高功率镍氢电池、锂离子电池性能有了较大提高。因此，虽然在传统汽车的开发上，我国与世界先进水平相比有30年以上的差距，但在纯电动汽车技术开发上的差距并不大，几乎站在同一起跑线上，而且关键零

15、部件技术平台相同，有专家认为研发水平最大差距不超过5年。甚至在某些领域，如锌-空气电池和锂电池研究方面，已经达到世界领先水平。燃料电池发动机、动力蓄电池、超级电容-驱动电机、电机传动系总成、发动机- 新材料、新器件、共性技术、基础设施相关技术-各 类 整 车 产 品 检测试验 技术标准 政策法规 示范运营 产业融资 知识产权 技术信息整车动力系统集成技术整车产品开发关键零部件技术共性基础技术公共支撑平台建设代用燃料汽车研发及新型燃料应用关键技术“节能与新能源汽车”重大项目总体布局燃料电池汽车动力系统技术平台混合动力汽车动力系统技术平台纯电动汽车动力系统技术平台   

16、;  从09上海车展可以看到企业在新能源产品的巨大投入，23款新能源中，有13款为纯电动车。 上海车展新能源参展车辆汇总 企业车型类型长安E301混合动力上汽上海牌燃料电池轿车燃料电池杰勋混合动力荣威750轿混合动力奇瑞A3ISG混合动力城市公交车纯电动风云2BSG混合动力混动城市公交客车混合动力吉利IG 概念车纯电动依维可宝迪电动车纯电动远景电子等平衡动力版混合动力东风风神BSG混合动力广汽A-HEV概念车混合动力风神iCar纯电动华晨EV概念车纯电动比亚迪F3DM双模电动长城欧拉纯电动E6纯电动长丰猎豹CS7混合动力海马Me纯电动众泰2008EV纯电动Mpe纯

17、电动青年莲花竞悦纯电动注：23款参展新能源中，13款电动车新能源汽车扶植方向及上市计划厂商主要车型类别级别上市时间比亚迪E6纯电动车C2010年F6DM双模电动车B-海马纯电动轿车Me纯电动车AOO2010年前，海马将完成纯电动汽车的产业化各项技术准备并联式纯电动轿车Mpe纯电动车AOO2010年众泰2008EV纯电动车AO2009年4月长城长城欧拉电动车A002009年年底上汽上海牌汽车-2012年吉利EK-1纯电动车-2009年下半年EK-2纯电动车AO2010年远景CNG双燃料-A2008年7月哈飞赛豹电动车电动车A2010年奇瑞S18电动车A02009年年内A3 ISG混合动力A-风云

18、2 BSG混合动力A 3、“十二五”国家高技术研究发展计划（863计划） 现代交通技术领域电动汽车关键技术与系统集成（一期）重大项目课题申请指南本项目总体目标是：加强电动汽车产业化关键技术突破，强化示范考核和产业化研发，建立以企业为主体的产学研相结合的技术创新体系，支撑和引领我国汽车工业技术进步和跨越式发展。项目主要研究内容是：l 开展系列化混合动力汽车产品的产业化技术研发，重点突破产品性价比的瓶颈，形成市场竞争力；l 开发系列化纯电驱动汽车及其能源供给系统，并探索电动汽车技术与商业运营模式的集成创新；l 发展以燃料电池汽车为代表的高端前沿技术，建立下一代纯电驱动动力系统技术平台，研

19、制下一代纯电驱动汽车并进行考。2010年深圳世界电动汽车大会内容。以上为第一次课程内容  3、 电动车的发展瓶颈    近几年，我国对纯电动车的研发投入不断加大，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，归纳起来电动车的发展瓶颈主要有以下几个方面：    一、电动车电池    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

20、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，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165WH/，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

21、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1.5吨、最高时速130Km/h，一次充电续驶里程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RMB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

22、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。     二、其它技术瓶颈    1、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，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RMB，如果一年或二年后消费者要自

23、费更换电池，其费用将是多么巨大！    2、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(50)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。    3、充电便利性问题：对于无车库的城市车主，在家充电并不方便；即便可以用家用220伏电压充电，安全上也存在一定隐患。为根本解决这一问题，唯一的办法是在小区、停车场建充电站，类似网络的普及不是短期内能够实

24、现的。    4、电量耗尽问题：目前凭借电压判断电量的方式并不准确，这也是世界性的技术难题。一旦误判导致电量耗尽而抛锚，电动车将比内燃机汽车麻烦得多。    5、电动车空调问题：电动空调的耗电功率在34kw，一般开启空调，电动车的续驶里程至少要减少三分之一，换言之，原来能行驶90公里的电动车，当使用空调时最多只能行驶60公里。    6、能量回收困难：在考虑行车安全的前提下，电动车在减速及制动时可以回收的能量很有限，目前最多只能回收这部分能量的20%。这对于需要不断起停的城市

25、工况，会对续航里程造成很大影响。 7、运营需要的电网、充电站和计费系统不健全。 8、电池污染环境，回收等问题都尚未解决。 9、产业化投资大。4、我国电动汽车发展政策2009年，国际金融危机不断蔓延，汽车工业调整和振兴规划颁布，提出新能源汽车战略，提出未来3年形成新能源整车50万辆产能，占乘用车总销量的5，给电动车发展带来重大机遇。财政部、科技部等部门制定了节能与新能源汽车示范推广财政补助资金管理暂行办法，推出了“十城千辆”计划等一系列国家行动方案。在激励政策的鼓舞下，国内汽车企业纷纷增加对电动汽车及相关零部件的研发投入，我国电动汽车产业正在进入高速发展的新阶段。我国新能源汽车每辆最高补贴60万

26、元。  该项目由财政部和科技部共同启动，包括北京、上海、重庆、长春、大连、杭州等13个城市。作为推广试点城市，以财政政策鼓励在公交、出租、公务、环卫和邮政等公共服务领域，首先推广使用节能汽车。 十米以上城市公交客车补助标准，混合动力汽车分为使用铅酸电池和使用镍氢电池、锂离子电池两类，最高补贴额分别为8万元/辆和42万元/辆；纯电动汽车补贴标准为50万元/辆；燃料电池汽车的补贴标准最高为60万元/辆。 2009年6月25日，国家工信部颁布了新能源汽车生产企业及产品准入管理规则 2009年10月14日，为落实国家确定的发展新能源汽车的目标，国内前十位整车企业已签署电动

27、汽车发展共同行动纲要。这些企业电动车项目负责人还组成行业电动汽车领导小组，确定由中国汽车工业协会秘书长担任召集人，设立电动汽车工作组，开展电动汽车专项调研，编制共同行动计划，成立电动汽车标准项目工作组，开展联合制订电动汽车标准的准备工作。   目前电动汽车产业发展面临的问题主要体现在三个方面：一是产品研发能力不足；二是零部件产品的质量不稳定，一致性较差；三是因规模小，导致生产成本较高。最近国家制定了节能与新能源汽车技术政策草案，已经开始征求企业意见。政策把传统汽车节能放在首位，把节约能源的技术放在重要位置。首推传统汽车节能。中国汽车技术研究中心顾问张书林客观地说，目前进入新

28、能源汽车公告的十多家企业和100多种产品距离大规模产业化还有一定距离，随着进一步的管理系统和检测手段完善，新能源汽车的门槛还要进一步提升。在节能技术上，柴油节能技术被再次提及。部分省市成立新能源汽车产业联盟（北京市、山东省等）山东省出台“关于推进型能源汽车产业发展的若干意见”5、混合动力工程机械的研究现状与发展趋势在全球能源面临短缺和对环保日益关注的今天，混合动力技术已经成为了工程机械节能研究的热点，是今后工程机械可持续发展的重要研究方向。国外各大工程机械制造商和相关研究机构都对混合动力工程机械的研究越来越重视，近年来不断加大研发力度，以开始达到实用化阶段。国内的一些工程机械生产厂家和研究院校

29、也开始认识到混合动力技术的重要性。对于正在谋求实现从制造大国向制造强国转变的中国工程机械行业来说，无论是主机企业还是配套企业，提前把握市场未来的发展趋势，率先开展先进技术的研发是十分必要的。一、国外研究现状与发展趋势 混合动力挖掘机：1.住友建机株式会社：2009年3月，有消息称住友建机株式会社将推出世界首创的混合动力磁盘起吊式挖掘机。该挖掘机主要用于处理碎钢铁作业，由于工作时间长，用于能源回收的机械本体旋转频度高，适合混合动力技术的采用，据称该机可节省燃料40%。2.美国凯斯公司:2009年4月在法国工程机械展上展出了与日本住友公司最新研制的CX210B混合动力挖掘机，该挖机回转采用电机驱动

30、，连接可储存电能的超级电容器。与传统的蓄电池相比，超级电容器可直接储存电力，从而达到了节能的功效。3.神钢混合动力挖掘机：油电混合动力挖掘机根据发动机在效率最高的状态恒速运转，当所需要负荷低于发动机输出时向蓄电池充电，而当所需负荷超出发动机输出时蓄电池电力补充。由于蓄电池的能量补充和能量转换率的提高，此装载机重为7t的挖掘机采用发动机功率远小于普通挖掘机。在2006年4月在INTERMAT展会上展出，2007年1月到5月在日本投入实际使用后证明，在达到普通的挖掘机才做性能的同时，还能降低40%的耗油量。4小松公司:发布了其旗舰PC200-8型挖掘机的姊妹机型，混合动力PC200-8，并称这可能

31、是世界上第一台可供销售的混合动力工程机械。并且它比标准型的燃油消耗率减少了25%。在一处工地上的试车显示，机器进行上部平台回转较频繁的作业时，最大的燃料节省甚至达到了41%。5.日立公司在2008年早些时候也推出了工作重量为20t的Zaxis ZX200型混合动力挖掘机。这款混合动力挖掘机型尚未批量生产，目前只在日本本土按订单投产。6.凯斯工程机械公司在Intermat2009上展示了一款带Hybrid油电混合动力的物料处理挖掘机原型机。这是一款带升降驾驶室的废料处理机，设计将减少40%的燃料消耗，并显著降低废气排放水平。7、斗山重工：2009年2月5日，斗山重工宣布开始研发一种混合动力挖掘机，预计将在2014年完成。该新型混合动力挖掘机的二氧化碳排放量将减少35%，节约35%的燃料，