【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(shuō)過(guò)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(guó)汽車公司先后開始研發(fā)各種類型的電動(dòng)汽車。我國(guó)經(jīng)過(guò) “八五 ”、 “九五 ”、 “十五 ”三個(gè)五年計(jì)劃，在研發(fā)電動(dòng)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(guó)外大汽車公司投入遠(yuǎn)比我國(guó)更多的資金和人力，已投入批量生產(chǎn)的電動(dòng)汽車產(chǎn)品也寥寥無(wú)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(guó)政府及汽車企業(yè)普遍認(rèn)識(shí)到節(jié)能和減排是未來(lái)汽車技術(shù)發(fā)展的主攻方向，發(fā)展電動(dòng)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(lái)看，電動(dòng)汽車的迅速發(fā)展是不可逆的趨勢(shì)。因此，我國(guó)作為世界汽車生產(chǎn)大國(guó)應(yīng)該抓住這一機(jī)遇，加快電動(dòng)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(guó)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(dòng)汽車刻不容緩 .在電動(dòng)汽車的商業(yè)化運(yùn)作上，無(wú)論從產(chǎn)品技術(shù)還是從市場(chǎng)開發(fā)方面。都還面臨許多亟待解決的問(wèn)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(tái)對(duì)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(dòng)汽車技術(shù)及產(chǎn)業(yè)的廣泛關(guān)聯(lián)性決定了電動(dòng)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(dòng)汽車發(fā)展的關(guān)鍵時(shí)期，必須通過(guò)政府組織，充分發(fā)揮企業(yè)的主動(dòng)作用，通過(guò)產(chǎn)、學(xué)、研大聯(lián)合，實(shí)施政府組織的國(guó)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(dòng)車的歷史 電動(dòng)車的發(fā)展史比燃油汽車更長(zhǎng)，世界上第一輛機(jī)動(dòng)車就是電動(dòng)車。后來(lái)，由于燃油汽車技術(shù)的迅速發(fā)展，而電動(dòng)車在能源技術(shù)和行駛里程的研制上長(zhǎng)期未能取得突破，從 20世紀(jì) 20年代初至 60年代末，電動(dòng)車的發(fā)展進(jìn)入了一個(gè)沉寂期。進(jìn)入 70年代以來(lái)，由于中東石油危機(jī)的爆發(fā)以及人類對(duì)自然環(huán)境的日益關(guān)注，電動(dòng)車才再度成為技術(shù)發(fā)展的熱 點(diǎn)。 近幾十年來(lái)，主要工業(yè)化國(guó)家為電動(dòng)車的開發(fā)投入了大量的人力和財(cái)力，電動(dòng)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(dòng)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(dòng)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(dòng)車，改善其性能。 處于世紀(jì)之交的今天，能源和環(huán)境對(duì)人類的壓力越來(lái)越大，要求盡快改善人類生存環(huán)境的呼聲越來(lái)越高。為了適應(yīng)這個(gè)發(fā)展趨勢(shì)，世界各國(guó)的政府、學(xué)術(shù)界、工業(yè)界正在加大對(duì)電動(dòng)車開發(fā)的投資力度，加快電動(dòng)車的商品化步伐。雖然目前電動(dòng)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(lái)看，在走過(guò)了漫長(zhǎng)而艱難的發(fā)展歷程之后，電動(dòng)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(wèn)題就一直伴隨其左右，世界人口和汽車的增長(zhǎng)趨勢(shì)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(wàn)增加到 2 億 5 千萬(wàn)。如果這些車輛都采用內(nèi)燃機(jī)，那么所需的燃油從何來(lái) ? 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(lái)看，解決這個(gè)問(wèn)題的最好的方法就是大力發(fā)展電動(dòng)車。因?yàn)閺沫h(huán)保的角度來(lái)看，電動(dòng)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(lái)看，電動(dòng)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(wú)污染地利用的目的。在改善交通安全和道路使用方面，電動(dòng)汽車更容易實(shí)現(xiàn)智能化。電動(dòng)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(duì)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(dòng)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(dòng)三輪車，它由— 組不可充電的干電池驅(qū)動(dòng)．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(dòng)的電動(dòng)汽車。 1881 年在法國(guó)巴黎街上出現(xiàn)了第一輛以可充電池為動(dòng)力的電動(dòng)汽車．它是法國(guó)工程師GustaveTrouve 裝配的以鉛酸電池為動(dòng)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(dòng)汽車變得流 行起來(lái)，并在車輛運(yùn)輸中起著很重要的作用。在當(dāng)時(shí)的美國(guó)．每年銷售的 4200 輛汽車中有 38％是電動(dòng)汽車， 22％是燃油汽車， 40％是蒸汽機(jī)汽車。那時(shí)，電動(dòng)汽車是金融巨頭的代步工具及財(cái)富的象征。一輛電動(dòng)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(dòng)客車和貨車公司生產(chǎn)的電動(dòng)汽車 進(jìn)入無(wú)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(dòng)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(guó)有 34000 輛電動(dòng)汽車注冊(cè)。 1899 到 1916 年期間． Baker電氣公司一直是美國(guó)最重要的電動(dòng)汽車制造廠之一。在 1901 到 1920 年，英國(guó)倫敦電動(dòng)汽車公司生產(chǎn)了后輪輪毅電動(dòng)機(jī)式、后輪驅(qū)動(dòng)、斜輪轉(zhuǎn)向和允氣輪胎的電動(dòng)汽車 1907 到 1938 年期間，底特律電氣公司生產(chǎn)的電動(dòng)汽車不僅具有無(wú)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(shuō)“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(dòng)汽車的發(fā)展尤為合適，因?yàn)殡妱?dòng)機(jī)是電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)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(dòng)汽車競(jìng)爭(zhēng)對(duì)抗。 1911 年， Kettering 發(fā)明了汽車起動(dòng)機(jī)，使得燃油汽車比依賴于方便駕駛的電動(dòng)汽車來(lái)說(shuō)更具吸引力，從此打破了電動(dòng)汽車在市場(chǎng)的主導(dǎo)地位。而福持的想法徹底結(jié)束了電動(dòng)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(dòng)汽車的消失。而燃油汽車的續(xù)駛里程是電動(dòng)汽車的 2~3 倍，且使用成本低，因而使得電動(dòng)汽車的制造商想占領(lǐng)一定的市場(chǎng)份額已不可能。到 20 世紀(jì) 30 年代，電動(dòng)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(dòng)汽車重獲新生。 電動(dòng)車的現(xiàn)狀以及技術(shù)水平 今天，汽車制造商在不斷推動(dòng)電動(dòng)汽車技術(shù)的發(fā)展．并開始始將電動(dòng)汽車商業(yè)化，在世界范圍內(nèi)，尤其在美國(guó)、日本和歐洲，許多汽車生產(chǎn)商開始生產(chǎn)電動(dòng)汽車或者涉及電動(dòng)汽車領(lǐng)域。美國(guó)的通用、福特、克萊斯勒、美國(guó)電動(dòng)汽車公司以及 Solectria 為了響應(yīng)加州的法規(guī)，在電動(dòng)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(dòng)汽車的發(fā)展計(jì)劃。歐洲的許多國(guó)家，尤其是法國(guó)、德國(guó)、意大利和英國(guó)都發(fā)起了進(jìn)入電動(dòng)汽車市場(chǎng)的電動(dòng)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(dòng)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(dòng)力的電動(dòng)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(lái)發(fā)展電動(dòng)汽車，或者選購(gòu)電動(dòng)汽車用于電他評(píng)估和演示，電動(dòng)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(duì)電動(dòng)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(dòng)汽車技術(shù)的發(fā)展及其商業(yè)化的活動(dòng)中。另外、一些研究所和大學(xué)不斷研究電動(dòng)汽車新 技術(shù)，以使電動(dòng)汽車能與燃油汽車相競(jìng)爭(zhēng)。 電動(dòng)車分為三大類型純電動(dòng)汽車，混合動(dòng)力電動(dòng)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(jí)數(shù)增長(zhǎng)，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(guó)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(dòng)汽車。從 20 世紀(jì)70 年代代起，世界發(fā)達(dá)國(guó)家均投入巨資進(jìn)行電動(dòng)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(guó)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(guó)家一樣．電動(dòng)汽車研發(fā)工作在我國(guó)也正在如火如荼的進(jìn)行著 “ 十五 ” 期間，國(guó)家從維護(hù)我國(guó)能源安全、改善大氣環(huán)境、提高汽車工業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力、實(shí)現(xiàn)我國(guó)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(dòng)汽車重大科技專項(xiàng) ” ，通過(guò)組織 企業(yè) 、高等院校和科研機(jī)構(gòu)，集中國(guó)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(guó)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(dòng)車目前所面臨的主要問(wèn)題 續(xù)駛里程有限 : 目前市場(chǎng)上使用的電動(dòng)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(dòng)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(dòng)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(wèn)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(guò) 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(shì)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(dòng)力差且壽命短。鎳鎘電池加速動(dòng)力足、壽命較長(zhǎng)．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(zhǎng)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(lái)看．成熟電池的壽命都相對(duì)較短。 蓄電池尺寸和質(zhì)量的制約 : 現(xiàn)有電動(dòng)汽車所使用的電池都不能在儲(chǔ)存足夠能量的前提下保持合理的尺寸和質(zhì)量。如果電動(dòng)汽車自身裝備質(zhì)量大．就會(huì)影響加速性能和最大車速的提高。例如，現(xiàn)有電動(dòng)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(dòng)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(dòng)汽車的造價(jià)居高不下。電動(dòng)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(dòng)汽車本身雖無(wú)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(huì)對(duì)環(huán)境造成污染。再如所用電能，相當(dāng)大一部分來(lái)自火力發(fā)電，煤炭燃料也會(huì)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(dòng)車的未來(lái)發(fā)展方向 自上世紀(jì)爆發(fā)石油 危機(jī)后，不少跨國(guó)汽車公司都開始研制電動(dòng)汽車。其中不乏福特，豐田等知名大型汽車廠。可以預(yù)見到電動(dòng)汽車的發(fā)展將會(huì)是本實(shí)際汽車工業(yè)的重點(diǎn)和主流。電動(dòng)汽車具有無(wú)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(shì)，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(dòng)車問(wèn)世以來(lái)，主要有三種形式，即純電動(dòng)車、混合動(dòng)力汽車和燃料電池電動(dòng)車。下面就詳細(xì)的來(lái)說(shuō)說(shuō)這幾種形式的電動(dòng)車。 純電池電動(dòng)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(dòng)力的汽車。純電池技術(shù)發(fā)展 已經(jīng)相當(dāng)成熟，國(guó)外汽車發(fā)達(dá)國(guó)家和我國(guó)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(dòng)力的電動(dòng)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(dòng)車具有無(wú)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(zhǎng)，成本高，折舊快，還容易對(duì)環(huán)境造成二次污染，其應(yīng)用范圍有限。 混合動(dòng)力汽車采用內(nèi)燃機(jī)和電動(dòng)機(jī)兩種動(dòng)力，克服了純電池電動(dòng)車行駛里程短、充電時(shí)間長(zhǎng)等致命弱點(diǎn)，雖然混合動(dòng)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(lái) ，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