我国纯电动汽车的发展现状研究.doc

毕业综合训练课题名称 我国纯电动汽车的发展现状研究 系 别 汽车工程学院 专 业 班 级 姓 名 学号 指导老师 江西科技学院毕业综合训练任务书院 汽车工程学院 专业 年级 10级 班级（1）班 姓名 起止日期2012-8-15至9-30 题目 我国纯电动汽车的发展现状研究 1毕业综合训练任务及要求（根据题目性质对学生提出具体要求）1、叙述了我国电动汽车产业发展具有一些有利条件和比较优势；2、掌握了电动汽车的分类与优点；3、分析电动汽车发展的几个关键问题，提出了发展方向鱼策略。2毕业综合训练的原始资料及依据（包括做调研报告的背景，研究条件、应用环境等）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。 3主要参考资料、文献 1陈清泉,詹宜君.21 世纪的绿色交通工具电动汽车M.北京:清华大学出版社,2001:1-16. 2陈清泉.电动车发展概论及前景展望J.江苏机械制造与自动化,1998(1):3-7. 3曹秉刚,张传伟,等.电动汽车技术进展和发展趋势J. 西安交通大学学报,2004(1):1-5. 4 白鹏,李宝华,等.纯电动轿车研发现状与展望J.汽车工程师,2009(8):18-20.指导教师 2012年11月 15 日 指导教师评语建议成绩：优 良 中 及格 不及格 指导教师签字 年 月 日最终评定成绩：优 良 中 及格 不及格系主任签字 年 月 日目 录一、引言1二、我国电动汽车产业发展具有一些有利条件和比较优势1（一）资源优势1（二）产业优势2（三）市场优势2（四）基础设施后发优势2三、电动汽车分类3四、电动汽车优点3（一）环境污染小3（二）无噪音，噪声低3（三）高效率4（四）合理充电4（五）使用范围广，不受所处环境影响4五、电动汽车发展的几个关键问题4（一）电池问题5（二）电机以及传动技术5（三）控制技术方面6（四）能量管理技术6（五）其它方面7六、我国纯电动汽车的发展道路7（一）纯电动汽车的发展7（二）国家应从战略高度制定政策和措施加以推进8七、结语9参考文献10我国纯电动汽车的发展现状研究摘要：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：纯电动汽车；动力电池；电机；传动技术 一、引言 我国必将大力发展新能源汽车，原因是能源安全问题和环境保护问题促使中国需要大力发展新能源汽车；新能源汽车是中国汽车行业实现跨越式赶超的契机，中国本土汽车厂商已经掌握了一定相关技术实力。我国纯电动汽车的研发与国外基本处于同一起跑线上，技术水平与产业化差距较小。我国纯电动汽车的发展能维护中国能源安全、改善大气环境、提高汽车工业竞争力及实现中国工业的跨越式发展。随着汽车的增加，中国面临严重的石油短缺压力。目前中国的石油对外依存度已经超过50%，而且这一比例还在不断提高中。发展电动汽车在中国更为紧迫。混合动力技术再成熟，总是要烧油的，而电动汽车则不需要消耗石油。中国政府自2010年月日起，在上海、长春、杭州、合肥、深圳等个城市，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、我国电动汽车产业发展具有一些有利条件和比较优势（一）资源优势我国在锂离子电池、永磁电机等电动汽车关键零部件的核心材料方面具有资源优势。根据已探明储量，我国锂资源储量380多万吨，居世界第二位，主要分布在四川、江西、新疆、河南、青海、西藏等地区。我国拥有丰富的稀土资源，稀土储量占世界总储量的近58，居世界第一位。我国稀土产量自1988年以来均居世界首位，多年来产品产量和供应量达到世界总量的80以上，是世界稀土第一出口大国。（二）产业优势近年来我国电动自行车、电动摩托车等轻型电动车及相关零配件产业迅猛发展，生产企业已超过3000家，整车保有量已超过5000万辆，生产能力接近千万辆，成为世界最大的轻型电动车生产国和第一大市场。在电动自行车快速普及的带动下，动力电池和驱动电机等关键零部件生产体系迅速建立，在大规模产业化生产技术、成本控制等方面形成一定优势，同时为建立电动汽车关键零部件体系奠定了坚实的产业基础。（三）市场优势我国正处于快速城市化、工业化初期，地区间经济发展不平衡的局面在未来较长一段时期内很难改变。因此，不同地区、不同阶层人们收入水平的差异，势必造成消费者对汽车产品的价格、功能等要求不同，我国具有巨大的多元化市场，使我国汽车消费呈现出明显的差异化和多元化特点。这种形势下，只要紧密围绕市场需求，有针对性地进行产品开发和市场推广，如优先发展微混合、轻混合的混合动力汽车和低成本的小型纯电动汽车，将有利于加快电动汽车在我国的先期市场导入。（四）基础设施后发优势发达国家城市建设基本已经结束，在城市内新建或改建电动汽车充电网络的难度远远大于我们。我国大中城市建设还处于发展期，而在广大农村地区城镇化、城市化刚刚起步，电动汽车充电站等基础设施建设在我国具有较大的发展空间。如果能够适时加强基础设施建设规划，将极大地推动我国电动汽车配套基础设施的建设。总的来说，我国电动汽车发展具备了产业发展的基础和有利条件。在大好形势下，我们一定要把握机遇、再接再厉，开创电动汽车产业发展的新局面，在国际汽车产业转型过程中形成竞争优势，实现我国汽车产业由大变强和自主发展。中国电动汽车虽然没有欧美等国家起步早, 但国家从维护能源安全, 改善大气环境, 提高汽车工业竞争力, 实现我国汽车工业的跨越式发展的战略高度考虑, 从“八五”开始到现在, 电动汽车研究一直是国家计划项目, 并在2001 年设立了“电动汽车重大科技专项”。通过组织企业、高等院校和科研机构, 集中各方面力量进行联合攻关, 现正处于研发势头强劲阶段, 部分技术已经赶上甚至超过世界先进水平。“电动汽车重大科技专项”实施以来, 已成功开发出燃料电池汽车样车, 累计运行数千公里; 混合动力客车已在武汉等地公交线路上试验运行超过百万公里; 纯电动汽车已通过国家有关认证试验三、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。 四、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：（一）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。 （二）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。 （三）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。 （四）合理充电可在夜间利用电网的廉价“谷电”进行充电，起到平抑电网的峰谷差的作用。电动汽车的应用可有效地减少对石油资源的依赖，可将有限的石油用于更重要的方面。向蓄电池充电的电力可以由煤炭、天然气、水力、核能、太阳能、风力、潮汐等能源转化。除此之外，如果夜间向蓄电池充电，还可以避开用电高峰，有利于电网均衡负荷，减少费用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。 （五）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。 五、电动汽车发展的几个关键问题 目前电动汽车的发展依然处于由科研向产业化跃进的过程当中，存在技术不成熟、成本高、社会配套设施不健全等诸多市场化的阻碍和困难。技术没有有效突破，仍是新能源汽车产业化的最大障碍电动车、成本还需要很长时间才能逐步减低。寿命、充电次数、体积、重量、充电时间、一次充电的行驶里程、汽车价格等七方面指标是电动车能否产业化的生死线。虽然电动车具有减少对国外石油依赖和减少排放等优势，但这些都属于外部性效益，近期对企业和消费者并不经济。在技术设施能否跟进、电源能否有保障、生产者和消费者缺乏应有预期的情况下，谁也不愿意贸然改变技术路线。（一）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305020040010003.05镍氢电池507030040010009.6锂离子电池1201401500120010.2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100km350km，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50km100km。 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。 （二）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) 。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。 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。 （三）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。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。 （四）能量管理技术蓄电池是电动汽车的储能动力源。电动汽车要获得非常好的动力特性，必须具有比能量高、使用寿命长、比功率大的蓄电池作为动力源。而要使电动汽车具有良好的工作性能，就必须对蓄电池进行系统管理。能量管理系统是电动汽车的智能核心。一辆设计优良的电动汽车，除了有良好的机械性能、电驱动性能、选择适当的能量源(即电池)外，还应该有一套协调各个功能部分工作的能量管理系统，它的作用是检测单个电池或电池组的荷电状态，并根据各种传感信息，包括力、加减速命令、行驶路况、蓄电池工况、环境温度等，合理地调配和使用有限的车载能量；它还能够根据电池组的使用情况和充放电历史选择最佳充电方式，以尽可能延长电池的寿命。世界各大汽车制造商的研究机构都在进行电动汽车车载电池能量管理系统的研究与开发。电动汽车电池当前存有多少电能，还能行驶多少公里，是电动汽车行驶中必须知道的重要参数，也是电动汽车能量管理系统应该完成的重要功能。应用电动汽车车载能量管理系统，可以更加准确地设计电动汽车的电能储存系统，确定一个最佳的能量存储及管理结构，并且可以提高电动汽车本身的性能。在电动汽车上实现能量管理的难点，在于如何根据所采集的每块电池的电压、温度和充放电电流的历史数据，来建立一个确定每块电池还剩余多少能量的较精确的数学模型。（五）其它方面除了以上四个方面的问题外，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！ 六、我国纯电动汽车的发展道路（一）纯电动汽车的发展电池是电动汽车发展的首要关键，汽车动力电池难在“低成本要求”、“高容量要求”及“高安全要求”等三个要求上。要想在较大范围内应用电动汽车，要依靠先进的蓄电池经过10多年的筛选，现在普遍看好的氢镍电池，铁电池，锂离子和锂聚合物电池。氢镍电池单位重量储存能量比铅酸电池多一倍，其它性能也都优于铅酸电池。但目前价格为铅酸电池的4-5倍，正在大力攻关让它降下来。铁电池采用的是资源丰富、价格低廉的铁元素材料，成本得到大幅度降低，也有厂家采用。锂是最轻、化学特性十分活泼的金属，锂离子电池单位重量储能为铅酸电池的3倍，锂聚合物电池为4倍，而且锂资源较丰富，价格也不很贵，是很有希望的电池。中国在镍氢电池和锂离子电池的产业化开发方面均取得了快速的发展。电动汽车其他有关的技术，近年都有巨大的进步，如：交流感应电机及其控制，稀土永磁无刷电机及其控制，电池和整车能量管理系统，智能及快速充电技术，低阻力轮胎，轻量和低风阻车身，制动能量回收等等，这些技术的进步使电动汽车日见完善和走向实用化。我国大城市的大气污染已不能忽视，汽车排放是主要污染源之一，中国已有10个城市被列入全球大气污染最严重的20个城市之中。中国现今人均汽车是每1000人平均10辆汽车，但石油资源不足，每年已进口几千万吨石油，随着经济的发展，假如中国人均汽车持有量达到现在全球水平-每1000人有110辆汽车，中国汽车持有量将成10倍地增加，石油进口就成为大问题。因此在中国研究发展电动汽车不是一个临时的短期措施，而是意义重大的、长远的战略考虑。传统内燃机进一步提高效率、降低排放的改进空间越来越小，研发成本却越来越高，我国该方面的技术优势不高。汽车动力技术转型是我国以自主知识产权实现技术跨越的战略机遇，电动车全球刚刚起步，我国已基本跟上了世界的步伐，可以此为切入点扭转我国汽车产业大而不强的状况，逐渐进入世界汽车技术的领先行列，实现“弯道超车”。电动车可带动新型电机、动力电池、电控系统、智能软件、电网基础设施和汽车智能化等多个方面的创新发展，形成未来二三十年的增长期，是一个理想的带头产业和战略性新兴产业。 我国本土企业电动汽车的核心技术与国外相差不大。麦肯锡公司咨询报告显示，在传统汽车行业中国落后于世界领先水平几十年，但在新能源汽车上处于相同起跑线。全国政协副主席、科技部部长万钢表示，在电动汽车整车技术方面，我国已经建立了具有自主知识产权、适用于中国公共交通和私人汽车市场特色的混合动力、纯电动、燃料电池动力系统技术平台，掌握了整车集成技术。在电动汽车技术方面，我国接近国际先进水平，部分指标具有一定的优势。我国现有传统技术汽车企业的沉淀资产比较少，技术转换成本相对较低，转换阻力相对较小。电动车的发展是一个漫长的过程，尤其很难成为近期盈利的亮点。但产业化孕育期是争夺未来产业领导地位最重要时期，如果等国外产业化、市场化基本成熟，国内再跟进模仿，尽管投入和风险少，但永远无法取得产业领先地位。只有选定方向后加大政策和资金投入，加快后续研发，完善知识产权体系，制定技术标准，通过探索符合国情的商业模式，以我为主，实现产业化，才能获得先发效应。（二）国家应从战略高度制定政策和措施加以推进专家们表示，电动车产业化初期始终存在技术的成熟度与市场规模，用户的普及程度与技术设施建设，产业规模与生产成本之间的所谓“先有鸡和先有蛋”的矛盾。此时国家应当从战略高度制定和实施一系列政策和措施加以推进，促进电动汽车的发展。1.实施约束性和激励性并重的宏观政策如制定要求水平更高的平均燃油消耗量限制标准，制定开征燃油排放税的计划等，引导社会的预期。在激励性政策方面，可考虑以政府资金支持竞争前的技术研发，政府主导完善相关基础设施，还包括政府采购和在一定期限的购车补贴。2.建立起一套我国自主研发电动汽车严格标准体系我国应尽快建立起一套与我国自主研发的产品和技术特征相配合的电动汽车严格标准体系，避免一哄而上如果市场准入政策环境过于宽松，容易出现一哄而上、一上就乱的现象，目前部分地区已经出现了一些企业购买零部件组装电动车以获得国家和地方补贴的现象，有关部门应尽快制定相关技术标准并严格执行，保证产业的可持续健康发展。3.开发性价比较高、较容易被市场接受的电动汽车产业通过开发性价比较高、较容易被市场接受的电动汽车产业实现市场化重点突破。如城市客车和纯电动小型乘用车等适用于市场需求，具有高舒适性、高可靠性，在当前的基础条件和产业规模下较容易推进。如目前在山东、浙江等地的一些三级城市和城乡交界处，悄然兴起了使用铅酸电池小型四轮低速电动车，有一定的消费市场，且不需要政府补贴。如制定相应的车辆标准准价条件限定行驶道路，正确引导和规范，就有可能如摩托车、电动自行车产业一样，迅速发展成一个大产业，从而较好的解决“先有鸡先有蛋”的产业化初期的矛盾，使电动车平稳较快地实现产业化。4.加大电动汽车的科技创新力度推动技术创新和商业模式创新的结合，支持产业技术创新联盟承担科技计划任务，建立产业技术联盟、跨行业的技术创新联盟以及前沿技术创新联盟，培养具有我国特色的电动汽车战略性新兴产业。七、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。 参考文献：1陈清泉,詹宜君.21 世纪的绿色交通工具电动汽车M.北京:清华大学出版社,2001:1-16. 2陈清泉.电动车发展概论及前景展望J.江苏机械制造与自动化,1998(1):3-7. 3曹秉刚,张传伟,等.电动汽车技术进展和发展趋势J. 西安交通大学学报,2004(1):1-5. 4 白鹏,李宝华,等.纯电动轿车研发现状与展望J.汽车工程师,2009(8):18-20.