1、电动汽车现状与发展趋势研究 1 电动汽车 现状与 发展趋势 研究 摘要 ： 本 论文 文探讨了 电动汽车的发展方向以及 电动汽车发展的重要性，分析了电动汽车发展的机遇揭示了电动汽车发展中存在的问题，并分析了电动汽车发展的背景 和前景 。 论文首先 论述了纯电动汽车、混合动力电动汽车和燃料电池电动汽车的研究现状 ,探讨了世界发达国家和地区电动汽车的发展状况，并 了解了超级电容器、驱动电机系统和动力电池。借鉴发达国家 (地区 )发展电动汽车的成熟经验 ,结合我国现有的政策环境 和低碳生活。 研究提出适合我国电动汽车发展切实可行的配套政策体系 ,并提出相关的政策建议。重点介绍了电 动汽车在今后人们生
2、活的中广泛应用 。 针对电动汽车发展现状 ，本 论 文对电动汽车的未来做了积极展望：驱动电机呈多样化发展；新能源汽车的突出地位日渐显现；混合动力汽车最具发展潜力。 关键词： 电动汽车 超级电容 驱动电机 现状 趋势 发展 电动汽车现状与发展趋势研究 2 Research on the Present Situations and Development Trends for Electric Vehicles Abstract： This article analyzes the importance of electric vehicle. And it puts focus on the
3、opportunities, threats and real problems in the development of the electric vehicle. This article explains the backgrounds of electric vehicle. This paper analyzes the importance of electric vehicle, gives a brief view for present status of battery electric vehicle, hybrid electric vehicle and fuel
4、cell electric vehicle in the world. And it confers the projects of the electric vehicle industry in the main developed countries. Meanwhile it explains electric automobile purpose driving motor system, the battery and the Super-Capacitor. With existing policy environment in China, this paper refers
5、the mature experience of developing electric vehicles industry in developed countries (regions), proposes a supporting politic system that can be practically fulfilled in Chinese electric vehicles development. It centers on the applications of electric vehicle in Beijing Olympic and the World Exposi
6、tion in Shanghai. According to the present situation of electric vehicles, this article put forwards some active prospects, including that the clean power vehicles will be more and more welcomed by the whole world, the purpose driving motor system varieties and the hybrid electric vehicle have the p
7、otential to develop. Key words： Electric Vehicle Super-Capacitor Driving Motor Present Situations Trends develop 电动汽车现状与发展趋势研究 3 引 言 汽车在全球保有量的不断增加使人类 生活 面临能源短缺、全球变暖、空气质量水平下降等诸多挑战，同时也推动汽车自身技术的发展，为此汽车工程师正在不断努力研究降低油耗的方法，寻求各种代用燃料以及开发不用或少用汽油的新型车辆；越来越多的人士已经认识到各种类型电动汽车和燃料电池汽车是实现清洁汽车的解决方案，全世界的汽车业界也正在为此努力并投
8、入了巨大的资金和人力。 电动汽车 是集机械、电子、电机、智能控制、化学能源、计算机、新材料 等科学领域和工程技术中最新成果于一体，是多种高新技术凝聚的成果。 先进的电动汽车包括纯电动汽车、混合动力电动汽车和燃料电池电动汽车，具有低污染排放、热辐射低、噪声低且环境友好等诸多优点。毫无疑问，电动汽车具有广阔的发展前景。本文将着重研究电动汽车的发展趋势。 电动汽车现状与发展趋势研究 4 第一章 绪 论 全部或部分由电机驱动、并配置大容量电能储存装置的汽车统称为电动汽车，电动汽车的组成包括：电力驱动及控制系统、驱动力传动等机械系 统 、完成既定任务的工作装置等。电力驱动及控制系统是电动汽车的核心，也是
9、区别于内燃机汽车的最大不同点。电力驱动及控制系统由驱动电动机、电源和电动 机的调速控制装置等组成。电动汽车的其他装置基本与内燃机汽车相同 电动汽车在工作过程中 电源为电动汽车的驱动电动机提供电能，驱动电动机将电源的电能转化为机械能，通过传动装置或直接驱动车轮和工作装置。行驶装置将电动机的驱动力矩通过车轮变成对地面的作用力，驱动车轮行走。 汽 车 屏 幕显 示 系 统蓄 电 池 组管 理 系 统刹 车 信 号 加 速 信 号电 动 机控 制 系 统车 辆 灯 光管 理 系 统汽 车 总 成控 制 系 统C A N 总 线电 动 机图 1.1 电动汽车的工作原理 1.1 电动汽车的 分类 电动汽车
10、主要有纯电动汽车、混合动力电动汽车和燃料电池电动汽车 3 种类型。纯电动汽车是完全由二次电池 (如铅酸电池、 镍镉电池、 镍氢电池或锂离子电池等 )提供动力的汽车。混合动力电动汽车是在纯电动汽车开发过程中为有利于市场化而产生的一种新车型。 一般是指采用内燃机和电动机两种动力 , 将内燃机与储能器件 (如高性能电池或超级电容器 )通过先进控制系统相结合 , 提供车辆行驶所需要的动力 , 混合动力电动汽车并未从根本上摆脱交通运输对石油资源的依赖。因此 ,混合动力电动汽车是电动汽车发展过程中的一种过渡车型。 燃料电池电 动汽车是以燃料电池作为动力源的电动汽车。 燃料电池是利用氢气和氧气 (或空气 )
11、在催化剂的作用下直接经电化学反应产生电能的装置 , 具有完全无污染 (排放物为水 )的优点 , 但现阶段 , 燃料电池的许多关键技术还处于研发试验阶段。 3 种类型电动汽车的比较如附表所示。 电动汽车现状与发展趋势研究 5 表 1.1 蓄电池电动汽车、混合动力电动汽车和燃料电池电动汽车的特征 电动汽车类型 蓄电池电动汽车 混合动力电动汽车 燃料电池电动汽车 驱动方式 电机驱动 电机驱动、内燃机驱动 电机驱动 能量系统 蓄电池、超级电容器 蓄电池、超级电容器、内燃机发电单元 燃料电池 能源和基础设施 电网充电设施 加油站、电网充电设施 氢气、甲醇或汽油 主要特点 零排放续驶里程短；初期成本高 很
12、低排放续驶里程长依赖原油结构复杂 超低排放、续驶里程较长、成本高 主要问题 蓄电池和蓄电池管理、充电设施 多能源管理优化控制、蓄电池评估和管理 燃料电池、燃料处理器燃料系统 1.2 电动汽车的发展背景及必要性 能源的短缺和人们对生活质量的更高要求是电动车发展的主要原因。汽车的能源消费占世界能源总消费的近四分之一。随着世界经济的发展，汽车的保有数量在急剧增加，由此而引起的能源与环境 问题就显得更加严重。 因石油危机的影响，发达国家领先进行节能技术的开发，将产业部门的能源消费停留在 GNP(能源消费总量 )的一半水平。但是，以汽车为主的运输部门因其急速发展，能源的消费比其它部门大，占总能源消费的
13、24%。以传统的石油作为动力能源的汽车因其尾气中的有害物质如 CO、 HC 和 NOX 等对人类及环境造成的危害，人类必将面临巨大的挑战。经计算从全世界汽车排出的 CO2 为 64 亿标准炭吨。在当今世界面临能源与环境的双重危机之前，势必要求汽车工业提高汽车的能源使用效率，减少污染物质的排出量。但是，仅通过改善现有内燃 机车的性能来解决这一问题是很困难的。 各国政府及汽车企业普遍认识到节能和减排是未来汽车技术发展的主攻方向 , 发展电动汽车 将是解决这两个技术难题的最佳途径。 1.3 电动汽车发展简史 其实 100 多年前汽车诞生时，工程师们考虑过使用电力驱动，不过当时的电能储存技术支持不了让
14、车跑太远，便宜高效的汽油才逐渐成为了公路世界的主流。半个多世纪以后，电力汽车再次来到路上。 电动汽车现状与发展趋势研究 6 一百余年前。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。第一辆电动汽车（ 3 轮）由法国人 古斯塔夫土维在 1881 年制造出来，此后三四十年间，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
15、动汽车运行。 19 世纪末期到 1920 年是电动车发展的一个高峰。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。 在 70 年代石油危机的爆发时 .由 于石油的大量开采和内燃机的种种优越性，电动汽车渐渐被人们忽视。直到上世纪 70 年代石油危机的爆发，给世界各国政界一次不小的打击，开始考虑替代石油的其他能源，包括风能、太阳能、电能等可再生能源。因此从政治经济方面考虑，才又给了电动汽车第二次机遇，又一次被人瞩目。 1966 年，通用汽车展示了燃料电池技术的潜力，推出全球第一款燃料电池汽车。 如今 世界上除了已存在的
16、能源问题之外，环境保护问题也逐渐成为了各个方面所 关心重大课题，内燃机汽车的排放污染，给全球的环境以灾难性的影响，因此开发生产零污染交通工具成为各国所追求的目 标，电动汽车的无（低）污染优点，使其成为当代汽车发展的主要方向。 各个主要的汽车生产厂家开始关注电动车的未来发展并且开始投入资金和技术在电动车领域。 在刚刚结束的以 “ 畅想绿色未来 ” 为主题的北京车展 ， 新能源车型成为车展上最受瞩目的车型。因此各大参展厂商纷纷拿出了自己的新能源车型。在本届北京车展上，共有 95 台新能源汽车亮相，众多汽车厂商都将推出新近研发的节能、环保车， “ 突出展示近年来新能源及 混合动力 汽车的研发及推广、
17、节能减排技术的运用等最新成果，向世人展示面向未来的环保技术和当代汽车工业与最新科技的完美结合，引领广大观众走进明日汽车的崭新境界。 ” 第二章 国外 电动汽车发展状况 在当前全球汽车工业面临金融危机和能源环境问题的巨大挑战的情况下，发展电动汽车，实现汽车能源动力系统的电气化，推动传统汽车产业的战略转型，电动汽车现状与发展趋势研究 7 在国际上已经形成了广泛共识。根据各大汽车公司发布的产品上市计划，预计2012 年前后将迎来国际电动汽车产业化发展的一次高潮。全球汽车工业为破解能源、环境制约，实现可持续发展 ，长期以来一直在积极探索和努力推动交通能源动力系统转型。特别是 08 年以来，面对金融危机
18、、国际油价高位震荡和日益严峻的节能减排压力，世界汽车产业进入全面交通能源转型时期，发展电动汽车成为国际取得高度共识的实现交通能源转型的技术路线，世界电动汽车产业进入了加速发展的新阶段。 2.1 国外 先进国家对电动汽车的支持情况 国外先进 国家 对电动汽车发展 常用的政策手段主要有 以下 3 种类型。 经济上扶持：在研发期间，政府给予较高强度资助，支持研究单位和企业，尽快开发出经济实用型电动汽车。资金上的大力扶持，为发展电动汽车奠定了良好 的经济基础。 政策上优惠：对电动汽车的使用者给予政策上的倾斜，让用户得到使用上的实惠。政策上的优惠是对发展电动汽车的有力推动，它给生产者和使用者提供了开发和
19、购买的动力。 法规上强制：一方面，在合适的时间、地点，对燃油汽车的生产、销售、使用和排放实行限制性法规；另一方面，制定推广应用电动汽车的计划。 总体来说，国外对电动汽车产业政策的制定一般根据国情，比较注重从组织管理、经济激励、市场推广、技术研发等方面的系统配套、协调发展 。 总结起来如图 2.1 所示 。 图 2.1 电动汽车发展的一般步骤 电动汽车现状与发展趋势研究 8 2.1.1 美国 2.1.1.1 美国电动汽车的发展概况 汽车工业是美国的支柱产业，在给美国带来繁荣昌盛的同时，也带来了能源危机、环境污染以及资源的浪费。近年来，美国从国外进口石油约占其全国消耗量的一半以上。 1973 年因
20、争夺石油资源而爆发的中东战争，引起了世界性的石油危机，导致美国、欧洲和日本等一些依赖进口石油的国家，在国家安全和国民经济上受到了石油危机的威胁。 美国有丰富的电力资源，有强大的电力网络。为了适应经济建设的发展和社会发展的需要，美国投入了大量的人力和物力，研制开发各种型式的电动汽车。 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“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。 1991 年 10 月美国电力研究院也参加了先进电池联合体来参与高能电池与电动汽车的开发，美国通用汽车公司还在底特律建成 EV 1(纯电动汽车 )电动轿车
21、总装线，每天生产 10 辆电动轿车。 美国电动汽车的研究和开发，得到了美国政府的支持，投入了大量的资金和科研力量，使资金来源有了可靠的保证，在应用现代技术上得到了广泛的支持。在美国，三大汽车公司相互协商，共同促进电动汽车的开发和研究。该 国以三大汽车公司为主导，利用大汽车公司雄厚的技术开发力量和先进制造条件，开发出不同特点的电动汽车。同时，还充分利用汽车、机电、电子、控制和材料等行业的优势，分工开发电动汽车的各种总成和技术单元，也使电动汽车得以迅速发展和不断改进提高。 2.1.1.2 美国发展电动汽车的计划 美国电动汽车联盟提出的电动汽车发展目标和行动计划，主要内容有： 1）到2040 年美国
22、将拥有 2.5 亿辆电动车 , 其中 3/4 的轻型车需求由电动汽车提供 , 届时美国轻型车耗油量将减少 75%,美国基本上摆脱进口石油依赖； 2）争取到2020 年 ，全美拥有电动汽车 1400 万辆，近 1/4 的轻型汽车需求由纯电动汽车或插入式电动汽车提供； 3）呼吁联邦政府拨款 1300 亿美元，资助电动车电池开发生产 和传统汽车厂商的转型；呼吁出台有吸引力的鼓励民众使用电动车和建设电动汽车基础设施的税收激励或财务补助政策措施，先行在美国 33 个重点城市展电动汽车现状与发展趋势研究 9 开，以期到 2013 年，全美有 75 万辆电动汽车上路，到 2018 年全美初步形成良好的电动汽
23、车生态系统（ Electrification Ecosystem）。 虽然近 5 年美国新车 （ 主要 指轻型汽车 ）销量逐年下滑，但混合动力汽车这一最早规模 化生产的 “ 新能源汽车 ” 的销量在 2008 年之前基本是呈逐年增长态势， 2008、 2009 年因为美国汽车整体需求下降及由此导致的油价回落等因素导致美国混合动力汽车销量出现同比下滑。但混合动力汽车在美国新车总销量中的份额（见图 2.2）却逐年上升 从 2005 年的 1.2%逐渐上升至 2009 年的 2.8%，未出现滑落。 图 2.2 2005 2009 年美国混合动力汽车占轻型车新车销售的份额 2.1.2 欧盟 2.1.2
24、.1 欧盟 电动汽车的发展概况 （ 1)法国 法国是一个缺少石油的国家，每年要从国外进口大量石油。石油制品的 价格很高，约是美国的四倍，法国大气环节的污染源，主要来自汽车的排放。因此，法国是全世界最积极研制和推广电动汽车的国家之一。法国电力供应充沛且多用核能发电和水力发电，发电源干净且电价便宜，汽车工业发达。法国有多个核发电站核丰富的电力资源，核发电站的电力占全国总电力的 75%，水力发电站的电力占全国总电力 15%，电力的价格也较便宜。法国政府鼓励开发电动汽车和充分利用电力资源，在政策上给予支持，为开发电动汽车提供资助。法国政府、法国电力公司、标致雪铁龙汽车公司和雷诺汽车公司共同承担开发和推
25、广电动汽车电动汽车现状与发展趋势研究 10 的协议，共同合 资组建了电动汽车的电池公司，和萨夫特 (SAFT)公司承担电动汽车的高能电池的研究和开发，以及电池的租赁和维修等工作。 不仅如此，法国非常鼓励使用电动汽车，使法国电动汽车的发展位居世界前列。四年前法国政府电力公司与汽车制造商签订了协议，使全国电动汽车保有量达到 10 万台，在 20 个城市推广电动汽车。法国已有十几个城市运行电动汽车且有比较完善的充电站等服务设施，政府机关带头使用电动汽车。法国在电池、电子控制和电机技术等电动汽车技术方面各列世界前茅，因此发展电动汽车有了技术上的保障。 法国政府为了鼓励用户使用电动汽车 ，还宣布企业购买
26、电动汽车第一年可以免税。法国电力公司向电动汽车生产厂家每生产一辆电动汽车提供 1 万法郎的补助，以扩大电力使用范围。目前，法国电动汽车的普及程度和保有量都位居世界前列。 （ 2)德国 德国政府十分重视环节保护，投入了大量的资金用于电动汽车的研发， 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 辆电动汽车进行运行。拜尔州还拨 400 万马克，用于资助用户车价的 30%购买电动汽车。另外，汉堡市也采取资助用户车价的 25%来鼓励用户购买电动汽车。德国政府 指定奔驰汽车公司和大众合资建立的德国汽车工业有限公司的科技开发机构， 199
27、2 年德国政府拨款 2200 万马克，在吕根 (Rugen)岛建立欧洲电动汽车试验基地，组织了四大公司 62 辆各类电动车在吕根半岛城运行试验，对 64 辆电动汽车和电动汽车的系统工程进行长达 4 年的大规模试验，并有很多国家和城市都派有电动汽车参加吕根岛的实验。 1994 年展示出了 19 种轿车， 13 种面包车， 4 种大客车，都进入了实用阶段。 随着亚欧电动汽车产业发展迅速进行，特别是美国的 2015 年百万电动计划的实施，德国这个老牌汽车王国不甘在新能源汽车上落后 ，也于近期推出国家电动车发展规划，希望未来成为全球最大的零排放汽车市场。新推出的产业政策的核心目标是 2020 年拥有电动车 100 万辆，为此政府安排了 5 亿欧元刺激基金。用于充电站建设和电池技术开发。 （ 3)欧盟 其它国家
