【正文】 ....................................... 41 哈爾濱工業(yè)大學(xué) 華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 1 第 一 章 緒論 概論 曾經(jīng)有人說過決定 21 世紀(jì)發(fā)展的是能源 ,上世紀(jì) 70 年代全球三次石油危機(jī)爆發(fā)后，各跨國汽車公司先后開始研發(fā)各種類型的電動汽車。我國經(jīng)過 “八五 ”、 “九五 ”、 “十五 ”三個(gè)五年計(jì)劃，在研發(fā)電動汽車的專項(xiàng)上投入了大量的人力、物力和財(cái)力，并取得了一 系列科研成果，但是 ,迄今為止，這些科研成果真正能轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品，并實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)的項(xiàng)目并不多。國外大汽車公司投入遠(yuǎn)比我國更多的資金和人力，已投入批量生產(chǎn)的電動汽車產(chǎn)品也寥寥無幾。隨著全球能源危機(jī)的不斷加深，石油資源的日趨枯竭以及大氣污染、全球氣溫上升的危害加劇，各國政府及汽車企業(yè)普遍認(rèn)識到節(jié)能和減排是未來汽車技術(shù)發(fā)展的主攻方向，發(fā)展電動汽車將是解決這二個(gè)技術(shù)難點(diǎn)的最佳途徑。從汽車工業(yè)的發(fā)展來看，電動汽車的迅速發(fā)展是不可逆的趨勢。因此，我國作為世界汽車生產(chǎn)大國應(yīng)該抓住這一機(jī)遇，加快電動汽車這一塊的發(fā)展 。 就在前不 久目前 ,我們的城市武漢剛獲批了國家綜合配套實(shí)驗(yàn)區(qū)的頭銜 .其中最大的意義就是要合理利用資源 .尤其在環(huán)保方面 .可以看出 ,環(huán)?，F(xiàn)在是世界上最熱門的話題 .在汽車方面 ,發(fā)展電動汽車刻不容緩 .在電動汽車的商業(yè)化運(yùn)作上，無論從產(chǎn)品技術(shù)還是從市場開發(fā)方面。都還面臨許多亟待解決的問題，這就需要政府的大力支持。比如，加快制定相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，出臺對節(jié)能、 環(huán)保汽車的稅費(fèi)減免和補(bǔ)貼措施，在基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)上提供便利條件等 電動汽車技術(shù)及產(chǎn)業(yè)的廣泛關(guān)聯(lián)性決定了電動汽車的開發(fā)是一個(gè)跨行業(yè)、跨部門、跨地區(qū)的產(chǎn)學(xué)研大聯(lián)合、技術(shù)大突破和產(chǎn)業(yè)大創(chuàng)新的 系統(tǒng)工程。在世界電動汽車發(fā)展的關(guān)鍵時(shí)期，必須通過政府組織，充分發(fā)揮企業(yè)的主動作用，通過產(chǎn)、學(xué)、研大聯(lián)合，實(shí)施政府組織的國家汽車創(chuàng)新工程，實(shí)現(xiàn)新一代汽車和技術(shù)的新突破。 哈爾濱工業(yè)大學(xué) 華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 2 電動車的歷史 電動車的發(fā)展史比燃油汽車更長，世界上第一輛機(jī)動車就是電動車。后來，由于燃油汽車技術(shù)的迅速發(fā)展，而電動車在能源技術(shù)和行駛里程的研制上長期未能取得突破，從 20世紀(jì) 20年代初至 60年代末，電動車的發(fā)展進(jìn)入了一個(gè)沉寂期。進(jìn)入 70年代以來，由于中東石油危機(jī)的爆發(fā)以及人類對自然環(huán)境的日益關(guān)注，電動車才再度成為技術(shù)發(fā)展的熱 點(diǎn)。 近幾十年來，主要工業(yè)化國家為電動車的開發(fā)投入了大量的人力和財(cái)力，電動車的各項(xiàng)相關(guān)技術(shù)也取得了重大的進(jìn)展。盡管電動車在能源和行駛里程的研制方面，至今尚未取得突破性的進(jìn)展，但是電動車的美好前景仍然激勵(lì)著人們鍥而不舍地開發(fā)新型電動車，改善其性能。 處于世紀(jì)之交的今天，能源和環(huán)境對人類的壓力越來越大，要求盡快改善人類生存環(huán)境的呼聲越來越高。為了適應(yīng)這個(gè)發(fā)展趨勢，世界各國的政府、學(xué)術(shù)界、工業(yè)界正在加大對電動車開發(fā)的投資力度，加快電動車的商品化步伐。雖然目前電動車在能源和行駛里程方面還未 能盡如人意，但已足以滿足人們的基本需要。從技術(shù)發(fā)展的角度來看，在走過了漫長而艱難的發(fā)展歷程之后，電動車正面臨著重大的技術(shù)突破，有望成為 21世紀(jì)的重要交通工具。 自從汽車誕生的那一天起，環(huán)境問題就一直伴隨其左右，世界人口和汽車的增長趨勢如下圖所示。今后 50 年，世界人口將由 60 億增加到100 億，汽奪數(shù)量將由 7 千萬增加到 2 億 5 千萬。如果這些車輛都采用內(nèi)燃機(jī)，那么所需的燃油從何來 ? 而其排出的廢氣又如何處置，那樣我們的天空將永遠(yuǎn)是灰色的而不是藍(lán)色的。因此我們必須開發(fā)出清潔、高效、智能的交通車輛，才能使 2l 世紀(jì)哈爾濱工業(yè)大學(xué) 華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 3 的交通可持續(xù)發(fā)展。 從當(dāng)今世界的能源與環(huán)保的現(xiàn)狀來看，解決這個(gè)問題的最好的方法就是大力發(fā)展電動車。因?yàn)閺沫h(huán)保的角度來看，電動汽車是零排放的交通工具，即使計(jì)入發(fā)電廠增加的排氣，總量上看，它也將使空氣污染大大減少。從能源的角度來看，電動汽車將使能源的利用多元化 (例如可使用各種再生能源 )和高效化，達(dá)到能源的可靠、均衡和無污染地利用的目的。在改善交通安全和道路使用方面，電動汽車更容易實(shí)現(xiàn)智能化。電動汽車的發(fā)展將使集中考慮能源、環(huán)保利交通成為可能，而且，它對于促進(jìn)高科技的發(fā)展、新興工業(yè)的興起以及經(jīng)濟(jì) 的發(fā)展都將產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。 電動車并不是一個(gè)新興的科技產(chǎn)品，它其實(shí)比內(nèi)燃機(jī)汽車的歷史都要久遠(yuǎn)。早在 1834 年， Thomas davenport 制造了一輛電動三輪車，它由— 組不可充電的干電池驅(qū)動．但只能行駛一小段距離。四年后 Robert davidson 也制造廠一輛用干電池驅(qū)動的電動汽車。 1881 年在法國巴黎街上出現(xiàn)了第一輛以可充電池為動力的電動汽車．它是法國工程師GustaveTrouve 裝配的以鉛酸電池為動力的三輪車。 1886 年， Frank Sprague設(shè)計(jì)生產(chǎn)了有軌電車。從此，電動汽車變得流 行起來，并在車輛運(yùn)輸中起著很重要的作用。在當(dāng)時(shí)的美國．每年銷售的 4200 輛汽車中有 38％是電動汽車， 22％是燃油汽車， 40％是蒸汽機(jī)汽車。那時(shí)，電動汽車是金融巨頭的代步工具及財(cái)富的象征。一輛電動汽車的價(jià)格相當(dāng)于今天的一輛勞斯 萊斯。 哈爾濱工業(yè)大學(xué) 華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 4 圖 12 Morrs 和 Salom電動客車和貨車公司生產(chǎn)的電動汽車 進(jìn)入無馬車時(shí)代以后，電功汽車就進(jìn)人了 — 個(gè)商業(yè)化的發(fā)展階段，此時(shí)的電動汽車有輻條車輪、充氣輪胎、舒適的彈簧椅和豪華的車內(nèi)裝飾。到 1912 年．美國有 34000 輛電動汽車注冊。 1899 到 1916 年期間． Baker電氣公司一直是美國最重要的電動汽車制造廠之一。在 1901 到 1920 年，英國倫敦電動汽車公司生產(chǎn)了后輪輪毅電動機(jī)式、后輪驅(qū)動、斜輪轉(zhuǎn)向和允氣輪胎的電動汽車 1907 到 1938 年期間，底特律電氣公司生產(chǎn)的電動汽車不僅具有無噪聲、清潔可靠的優(yōu)點(diǎn)，而且最高時(shí)速達(dá)到 40Km/h，續(xù)駛里程為 129Km。 人們常說“一個(gè)人的敵人同時(shí)也是他的伙伴”，這句話用于描述電動汽車的發(fā)展尤為合適，因?yàn)殡妱訖C(jī)是電動汽車驅(qū)動的關(guān)鍵部件．同時(shí)它又哈爾濱工業(yè)大學(xué) 華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 5 幫助燃油汽車與電動汽車競爭對抗。 1911 年， Kettering 發(fā)明了汽車起動機(jī)，使得燃油汽車比依賴于方便駕駛的電動汽車來說更具吸引力，從此打破了電動汽車在市場的主導(dǎo)地位。而福持的想法徹底結(jié)束了電動汽車的生命，他大批量生產(chǎn)福特 T 型車，使其價(jià)格從 1909 年的 850 美元降到了 1925年的 260 美元，因此加速了純電動汽車的消失。而燃油汽車的續(xù)駛里程是電動汽車的 2~3 倍，且使用成本低，因而使得電動汽車的制造商想占領(lǐng)一定的市場份額已不可能。到 20 世紀(jì) 30 年代，電動汽車幾乎消失了。而直到近 30 年，能源危機(jī)和石油短缺才使得電動汽車重獲新生。 電動車的現(xiàn)狀以及技術(shù)水平 今天，汽車制造商在不斷推動電動汽車技術(shù)的發(fā)展．并開始始將電動汽車商業(yè)化，在世界范圍內(nèi)，尤其在美國、日本和歐洲，許多汽車生產(chǎn)商開始生產(chǎn)電動汽車或者涉及電動汽車領(lǐng)域。美國的通用、福特、克萊斯勒、美國電動汽車公司以及 Solectria 為了響應(yīng)加州的法規(guī)，在電動汽車的發(fā)展中起著很重要的作用。在日本幾乎所有的汽車生產(chǎn)商，如豐田、尼桑、本田、馬自達(dá)、大發(fā)、三菱、鈴木、五十鈴汽車公司等都制定了自己的商業(yè)化電動汽車的發(fā)展計(jì)劃。歐洲的許多國家，尤其是法國、德國、意大利和英國都發(fā)起了進(jìn)入電動汽車市場的電動汽車發(fā)展計(jì)劃 ，其中較活躍的汽車公司有雪鐵龍、雷諾、寶馬、奔馳、奧迪、沃爾沃、大眾、歐寶、菲亞特等。除了汽車生產(chǎn)商以外，還有一些電力公司和電池生產(chǎn)商在電動汽車的示范中也起著積極的作用，其目的都是為了促進(jìn)以充電電池為動力的電動汽車的商業(yè)化，最終獲得商業(yè)利益。通常他們和汽車生產(chǎn)商合作來發(fā)展電動汽車，或者選購電動汽車用于電他評估和演示，電動汽車具有能源利用效率高、能源多樣性和環(huán)保的特點(diǎn)，為了對電動汽車的使用做出相應(yīng)的哈爾濱工業(yè)大學(xué) 華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 6 反應(yīng)，能源和環(huán)保機(jī)構(gòu)也積極參與促進(jìn)電動汽車技術(shù)的發(fā)展及其商業(yè)化的活動中。另外、一些研究所和大學(xué)不斷研究電動汽車新 技術(shù)，以使電動汽車能與燃油汽車相競爭。 電動車分為三大類型純電動汽車，混合動力電動汽車和燃料電池汽車。 20 世紀(jì) 70 年代，汽車保有量呈幾何級數(shù)增長，造成了嚴(yán)重的環(huán)境污染。隨著光化學(xué)污染等環(huán)境污染的發(fā)生，西方發(fā)達(dá)國家政府開始注重環(huán)境保世紀(jì) 年護(hù)，一些著名的汽車公司轉(zhuǎn)向研究和開發(fā)電動汽車。從 20 世紀(jì)70 年代代起，世界發(fā)達(dá)國家均投入巨資進(jìn)行電動汽車的商業(yè)化開發(fā)和應(yīng)用。到 20 世紀(jì) 90 年代，歐美發(fā)達(dá)國家紛紛制定了汽車尾氣排放標(biāo)準(zhǔn)并嚴(yán)格執(zhí)行。 與世界其他國家一樣．電動汽車研發(fā)工作在我國也正在如火如荼的進(jìn)行著 “ 十五 ” 期間，國家從維護(hù)我國能源安全、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．設(shè)立“ 電動汽車重大科技專項(xiàng) ” ，通過組織 企業(yè) 、高等院校和科研機(jī)構(gòu)，集中國家、地方、 企業(yè) 、高校、科研院所等方面的力量進(jìn)行聯(lián)合攻關(guān)：為此，從 2020 年 10月起，國家共計(jì)撥款 8． 8 億元作為這一重大科技專項(xiàng)的經(jīng)費(fèi)。 電動車目前所面臨的主要問題 續(xù)駛里程有限 : 目前市場上使用的電動汽車一次充電后的續(xù)駛里程一般為 100300 km，并且這個(gè)數(shù)字通常還需要保持適當(dāng)?shù)男旭偹俣燃熬哂辛己玫碾姵卣{(diào)節(jié)系統(tǒng)才能得到保證，而絕大多數(shù)電動汽車在一般行駛環(huán)境下的續(xù)駛里程只有 50~100 km。比起傳統(tǒng)燃油汽車而言電動汽車的較短續(xù)駛里程成為其哈爾濱工業(yè)大學(xué) 華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 7 致命的弱點(diǎn) 。 蓄電池使用壽命問題 : 普通蓄電池充放電次數(shù)僅為 300~400 次，即使性能良好的蓄電池充放電次數(shù)也不過 700~900 次，按每年充放電 200 次計(jì)算，一個(gè)蓄電池的壽命最多為 4 年，與燃油汽車的壽命相比太短。另外，不同類型的電池在性能方面都有各自的優(yōu)勢和不足，例如，鉛酸電池成本低，原材料豐富且易于回收，但續(xù)駛里程短、加速動力差且壽命短。鎳鎘電池加速動力足、壽命較長．但其成本高、可回收性差。鈉硫電池的比能量較高，能夠提供較長的續(xù)駛里程。但它要求的工作環(huán)境較苛刻．且其沽性物質(zhì)具有強(qiáng)腐化性并易爆炸。就整體來看．成熟電池的壽命都相對較短。 蓄電池尺寸和質(zhì)量的制約 : 現(xiàn)有電動汽車所使用的電池都不能在儲存足夠能量的前提下保持合理的尺寸和質(zhì)量。如果電動汽車自身裝備質(zhì)量大．就會影響加速性能和最大車速的提高。例如，現(xiàn)有電動汽車電池的外體積一般要達(dá)到 550 L．當(dāng)把這么大體積的電池用于家庭轎車上時(shí)，就必然要擠占轎車的行李廂空間。 電動汽車價(jià)格昂貴 主要是電池 技術(shù) 復(fù)雜，成本太高，另外也由于采用一系列新材料、新技術(shù) ，致使電動汽車的造價(jià)居高不下。電動汽車蓄電池的價(jià)格約為 100美元／ kwh ，甚至有的高達(dá) 350 美元／ kwh ，成本太高，用戶難以承受。 間接污染嚴(yán)重 電動汽車本身雖無排放污染，但其間接污染也是不容忽視的。如鉛酸電池中的鉛，從開采、冶煉到生產(chǎn)的排污，都會對環(huán)境造成污染。再如所用電能，相當(dāng)大一部分來自火力發(fā)電，煤炭燃料也會造成大氣污染。 哈爾濱工業(yè)大學(xué) 華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 8 電動車的未來發(fā)展方向 自上世紀(jì)爆發(fā)石油 危機(jī)后，不少跨國汽車公司都開始研制電動汽車。其中不乏福特，豐田等知名大型汽車廠?？梢灶A(yù)見到電動汽車的發(fā)展將會是本實(shí)際汽車工業(yè)的重點(diǎn)和主流。電動汽車具有無排放污染、噪聲低、易于操縱、維修及運(yùn)行成本低等優(yōu)點(diǎn)，在環(huán)保和節(jié)能上具有不可比擬的優(yōu)勢，它是解決人類巨大能源和環(huán)境壓力的最有效途徑。上文已經(jīng)提到電動車問世以來，主要有三種形式，即純電動車、混合動力汽車和燃料電池電動車。下面就詳細(xì)的來說說這幾種形式的電動車。 純電池電動車是完全由二次電池（如鉛酸電池、鎳鎘電池、鎳氫電池或鋰離子電池）提供動力的汽車。純電池技術(shù)發(fā)展 已經(jīng)相當(dāng)成熟，國外汽車發(fā)達(dá)國家和我國都進(jìn)行了小批量生產(chǎn)。近日，北京公交線上推出的兩輛以鉛酸蓄電池和鋰離子電池為動力的電動車已投入商業(yè)運(yùn)行，表現(xiàn)出了較好的經(jīng)濟(jì)性和環(huán)保性。純電池電動車具有無污染，零排放等優(yōu)點(diǎn)，但其缺點(diǎn)也十分突出，能量低，質(zhì)量大，充電時(shí)間長，成本高，折舊快，還容易對環(huán)境造成二次污染，其應(yīng)用范圍有限。 混合動力汽車采用內(nèi)燃機(jī)和電動機(jī)兩種動力，克服了純電池電動車行駛里程短、充電時(shí)間長等致命弱點(diǎn)，雖然混合動力車不能實(shí)現(xiàn)零排放，但其兼俱環(huán)保與節(jié)能，同時(shí)又能實(shí)現(xiàn)規(guī)模生產(chǎn)，因此，具有非常好的發(fā)展前景。近年來 ，世界 各大汽車公司紛紛推出這種車型日本已經(jīng)走在了世界前列，如豐田汽車公司推出的 PRIUS 汽車，本田推出的 INSIGHT 汽車均早已上市。 PRIUS汽車尾氣排放水平僅相當(dāng)于日本現(xiàn)行法規(guī)的 1