【正文】 前 言 隨著汽車(chē)工業(yè)的告訴發(fā)展，汽車(chē)帶來(lái)的環(huán)境污染、能源短缺、資源枯竭和安全等方面的問(wèn)題越來(lái)越突出。為了保持國(guó)民經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展，保護(hù)人類(lèi)居住環(huán)境和能源供給，各國(guó)政府不惜巨資，投入大量人力、物力，尋求解決這些問(wèn)題的各種途徑。電動(dòng)汽車(chē)具有良好的環(huán)保性能和可以以多種能源為動(dòng)力的顯著特點(diǎn)，即可以保護(hù)環(huán)境，又可以緩解能源短缺和調(diào)整能源結(jié)構(gòu)，保障能源安全。目前發(fā)展電動(dòng)汽車(chē)已成為各國(guó)政府和汽車(chē)行業(yè)的共識(shí)，電動(dòng)汽車(chē)的研發(fā)已成為汽車(chē)行業(yè)的熱點(diǎn)。因此，無(wú)論是從設(shè)計(jì)、研究和開(kāi)發(fā)的觀(guān)點(diǎn)，還是從實(shí)用的角度來(lái)看，了解和掌握電 動(dòng)汽車(chē)技術(shù)的社會(huì)需求會(huì)越來(lái)越大。 本論文應(yīng)用了大量的網(wǎng)上資料和部分專(zhuān)業(yè)著作資料，在此衷心的向他們表示感謝。 第一章 概述 …………………………………………………… … …………… (1) 第一節(jié) 汽車(chē)面臨的挑戰(zhàn)及對(duì)策 …………………………………………… (1) 第二節(jié) 國(guó)內(nèi)電動(dòng)車(chē)的發(fā)展 ………………………………………………… (2) 第三節(jié) 國(guó)外主要國(guó)家電動(dòng)車(chē)的發(fā)展 ……………………………………… (4) 第二章 電動(dòng)汽車(chē)的構(gòu)造與原理 …………………………………………… (5) 第一節(jié) 蓄電池電動(dòng)汽車(chē) ……………………… …………………………… (5) 第二節(jié) 燃料電池電動(dòng)汽車(chē) ………………………………………………… (11) 第三節(jié) 混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(chē) ………………………………………………… (13) 第三章 電動(dòng)汽車(chē)動(dòng)力蓄電池及儲(chǔ)能裝置 ………………………………… (19) 第一節(jié) 電池的分類(lèi)及有關(guān)術(shù)語(yǔ) …………………………………………… (19) 第二節(jié) 鉛酸蓄電池 ………………………………………………………… (21) 第三節(jié) 燃料電池 …………………………………………………………… (21) 第四章 電動(dòng)汽車(chē)的電動(dòng)機(jī)及驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) ………………… ………………… (24) 第一節(jié) 概述 ………………………………………………………………… (24) 第二節(jié) 直流電動(dòng)機(jī) ………………………………………………………… (25) 第三節(jié) 其他電動(dòng)機(jī) ………………………………………………………… (27) 第五章 電動(dòng)汽車(chē)的能源管理與供給系統(tǒng) ………………………………… (28) 第一節(jié) 電動(dòng)汽車(chē)的能源管理系統(tǒng) ………………………………………… (28) 第二節(jié) 蓄電池充電原理與充電器 ………………………………………… (28) 第三節(jié) 電動(dòng)汽車(chē)制動(dòng)能量回饋系統(tǒng) ……………………………… ……… (29) 第四節(jié) 電動(dòng)汽車(chē)能量系統(tǒng)的電源變換裝置 ……………………………… (31) 第六章 我國(guó)發(fā)展電動(dòng)汽車(chē)存在的問(wèn)題 …………………………………… (32) 第七章 國(guó)內(nèi)電動(dòng)汽車(chē)發(fā)展趨勢(shì) …………………………………………… (33) 參考文獻(xiàn) …………………………………………………………………… (35) 第一章 概述 第一節(jié) 汽車(chē)面臨的挑戰(zhàn)及對(duì)策 汽車(chē)自誕生起已 有 100 多年的歷史，其發(fā)展速度不斷的加快，與人們說(shuō)的聯(lián)系越來(lái)越緊密。汽車(chē)已不再是一個(gè)簡(jiǎn)單的代步的運(yùn)輸工具，已成為許多人的生活必 需品和文化生活的一部分，甚至成為一些人的流動(dòng)辦公室。汽車(chē)的普及程度和技術(shù)水平已成為一個(gè)國(guó)家或地區(qū)現(xiàn)代話(huà)程度的標(biāo)志。 汽車(chē)已成為當(dāng)今人類(lèi)社會(huì)不可缺少的交通 工具，它對(duì)人類(lèi)的進(jìn)步產(chǎn)生了不可替代的巨大推動(dòng)作用。但同時(shí)也面臨 著 來(lái)自環(huán)境保護(hù)、能源短缺、道路交通事故等方面越來(lái)越嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，并帶來(lái)了一系列的負(fù)面效應(yīng)。汽車(chē)在其生命的全周期內(nèi)對(duì)公共環(huán)境和公眾健康甚至生命產(chǎn)生了一系列的危害，此即汽車(chē)的環(huán)境危害。汽車(chē)的環(huán)境危害包括汽車(chē)雜生產(chǎn)過(guò)程中、使用中和報(bào)廢后的環(huán)境大氣污染（包括溫室氣體、臭氧層破壞和空氣污染）、水質(zhì) 污染、廢棄物、環(huán)境噪聲、電波對(duì)人體的危害及對(duì)用電器的干擾等。汽車(chē)的環(huán)境大氣污染包括兩層含義：其一是汽車(chē)排放的二氧化碳、硫化物、氮氧化物等使溫室效應(yīng)加劇、臭氧層破壞和形成酸雨等大氣環(huán)境問(wèn)題；其二是汽車(chē)尾氣排放的各種化合物和臭味氣體等造成的局部空氣污染（特別是城市空氣污染），進(jìn)而對(duì)人類(lèi)和動(dòng)植物產(chǎn)生危害，嚴(yán)重威脅著人類(lèi)的身體健康。 隨著人民生活水平的提高，人類(lèi)對(duì)生存環(huán)境的要求也越來(lái)越高，降低汽車(chē)的有害排放物的呼聲與日俱增，在美國(guó)已經(jīng)出臺(tái)了部分汽車(chē)零排量的法規(guī)，在我國(guó)也正在籌劃實(shí)施用于北京 2021 年的 “零排放 ”車(chē)隊(duì)。因此，就目前的情況來(lái)看，環(huán)境 公害 是汽車(chē)行業(yè)面臨的最大挑戰(zhàn)。 汽車(chē)面臨的挑戰(zhàn)之二就是能源供應(yīng)問(wèn)題。從人類(lèi)對(duì)可持續(xù)發(fā)展的觀(guān)點(diǎn)的出發(fā)，人類(lèi)應(yīng)設(shè)法減少對(duì)有限的石油資源的消耗，并且應(yīng)積極研究石油枯竭后汽車(chē)的能源問(wèn)題。目前時(shí)間范圍內(nèi)使用的主要能源有石油、煤、天然氣、核能（原子能）、水能、風(fēng)能以及可再生資源等。雖然每年都有新的油田、氣田的發(fā)現(xiàn)，但是這些資源都是有限的，總有一天會(huì)消耗殆盡。 我國(guó)面臨的形式也十分嚴(yán)峻， 國(guó)內(nèi) 的石油儲(chǔ)藏量和開(kāi)采量相當(dāng)有限，隨著汽車(chē)保有量的增加，石油需求越來(lái)越多， 目前已不 能 自給，不足部分主要通過(guò)進(jìn)口來(lái)滿(mǎn)足 ， 而且每年成遞增趨勢(shì)。 由于電動(dòng)汽車(chē)具有突出的環(huán)保方面的優(yōu)勢(shì)，使得電動(dòng)汽車(chē)的開(kāi)發(fā)和研究成為各國(guó)開(kāi)發(fā)綠色汽車(chē)的主流。電動(dòng)汽車(chē)使用的能源是可以用與發(fā)電的一切能源。因此使用電動(dòng)汽車(chē)可以擺脫汽車(chē)對(duì)化石燃料的依賴(lài)，改善能源結(jié)構(gòu)，使能源供給多樣化，使能源的供給有保障。電動(dòng)汽車(chē)在解決道路交通事故方面和傳統(tǒng)汽車(chē)相比也具有一定優(yōu)勢(shì)。因此，開(kāi)發(fā)電動(dòng)汽車(chē)是迎接汽車(chē)面臨挑戰(zhàn)的重要對(duì)策之一。 第二節(jié) 我國(guó)電動(dòng)汽車(chē)發(fā)展情況 一、我國(guó)電動(dòng)汽車(chē)的發(fā)展概況 與世界其他國(guó) 家一樣，電動(dòng)汽車(chē)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(chē)工業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力、實(shí)現(xiàn)我國(guó)汽車(chē)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(chē)重大科技專(zhuān)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 2021 年 10 月起，國(guó)家共計(jì)撥款 億元作為這一重大科技專(zhuān)項(xiàng)的經(jīng)費(fèi)。 我國(guó)電動(dòng)汽車(chē)重大科技專(zhuān)項(xiàng)實(shí)施 4 年來(lái)，經(jīng)過(guò) 200 多家企業(yè)、高校和科研院所的 2021 多名技術(shù)骨干的努力，目前已取得重要進(jìn)展：燃料電 池汽車(chē)已經(jīng)成功開(kāi)發(fā)出性能樣車(chē)，燃料電池轎車(chē)?yán)塾?jì)運(yùn)行 4000km，燃料電池客車(chē)?yán)塾?jì)運(yùn)行8000km；混合動(dòng)力客車(chē)已在武漢等地公交線(xiàn)路上試驗(yàn)運(yùn)行超過(guò) 14 萬(wàn) km； 純 電動(dòng)轎車(chē)和純電動(dòng)客車(chē)均已通過(guò)國(guó)家有關(guān)認(rèn)證試驗(yàn)。 二、我國(guó)電動(dòng)汽車(chē)的發(fā)展模式 燃料電池汽車(chē) ： 均采用電 電混合驅(qū)動(dòng)方案，在整車(chē)操控性能、行駛性能、安全性能、燃料利用率等方面均已得到較大提高。 2021 年 5 月在北京召開(kāi)的世界氫能大會(huì)上，我國(guó)自主研發(fā)的燃料電池轎車(chē)和客車(chē)樣車(chē)與世界領(lǐng)先的奔馳公司樣車(chē)同堂展示，引起了世界的驚贊。在 10 月舉行的必比登世界 清潔汽車(chē)挑戰(zhàn)賽上，我國(guó)自主研發(fā)的燃料電池轎車(chē)在 7 個(gè)單項(xiàng)獎(jiǎng)中獲得 5 個(gè) A(在高速蛇行障礙賽、噪音、排放、能耗、溫室氣體減排 5 個(gè)單項(xiàng)指標(biāo)方面的最高等級(jí) )的好成績(jī)，燃料電池城市客車(chē)也以較高的技術(shù)性能和可靠性在挑戰(zhàn)賽中取得了良好的成績(jī)。 混合動(dòng)力汽車(chē) ： 一汽、東風(fēng)、長(zhǎng)安、奇瑞等汽車(chē)公司對(duì)此都投入了較大的人力、物力。各車(chē)型均已完成功能樣車(chē)開(kāi)發(fā)。 2021 年 11 月 8 日，湖北省啟動(dòng)武漢電動(dòng)汽車(chē)試驗(yàn)示范運(yùn)行工作，先后投 yk6 輛由東風(fēng)電動(dòng)車(chē)輛股份有限公司研制的混合動(dòng)力客車(chē)，已累計(jì)運(yùn)行 14 萬(wàn) km，載客 15 萬(wàn)人次；混合動(dòng)力 轎車(chē)按 ECE 城市工況與基本車(chē)型進(jìn)行的對(duì)比試驗(yàn)顯示，其燃料經(jīng)濟(jì)性提高 40%左右，達(dá)到了節(jié)油的目的。長(zhǎng)安汽車(chē)公司采用同軸 ISG 輕度混合方案，成功開(kāi)發(fā)了第二輪功能樣車(chē)和第三輪性能樣車(chē)，并在國(guó)內(nèi)率先開(kāi)展了混合動(dòng)力專(zhuān)用發(fā)動(dòng)機(jī)開(kāi)發(fā)。 經(jīng)過(guò)國(guó)家檢測(cè)機(jī)構(gòu)測(cè)試，動(dòng)力性能接近參考車(chē)的水平，綜合油耗降低 17%，排放達(dá)到歐 Ⅲ 標(biāo)準(zhǔn)。 純電動(dòng)汽車(chē) ： 目前純電動(dòng)轎車(chē)和純電動(dòng)客車(chē)均已通過(guò)國(guó)家質(zhì)檢中心的型式認(rèn)證試驗(yàn)，各項(xiàng)指標(biāo)均滿(mǎn)足有關(guān)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。天津清源電動(dòng)車(chē)輛有限公司等單位研發(fā)的純電動(dòng)轎車(chē)，其整車(chē)的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性、續(xù) 駛里程、噪聲等指標(biāo)已超過(guò)法國(guó)雪鐵龍公司贈(zèng)送的純電動(dòng)轎車(chē)和箱式貨車(chē)，初步形成了關(guān)鍵技術(shù)的研發(fā)能力。北京理工大學(xué)等單位初步完成了北京理工科凌電動(dòng)車(chē)輛股份有限公司密云電動(dòng)車(chē)輛產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)基地的建設(shè)，并于 2021 年 12 月 30 日順利通過(guò)北京市公共交通總公司組織的示范運(yùn)行車(chē)組驗(yàn)收。小批量研發(fā)生產(chǎn)的 4 種車(chē)型、近 40 輛公交車(chē)即將投入北京市奧運(yùn)電動(dòng)示范車(chē)隊(duì)的示范運(yùn)行。 第三節(jié) 國(guó)外主要國(guó)家電動(dòng)汽車(chē)發(fā)展情況 世界 各國(guó)著名的汽車(chē)廠(chǎng)商都在加緊研制各類(lèi)電動(dòng)汽車(chē)，并且取得了一定程度的進(jìn)展和突破。 第一，日本 ： 一直以來(lái)，出于 對(duì)能源危機(jī)和環(huán)境保護(hù)的關(guān)注及占領(lǐng)未來(lái) 世界 市場(chǎng)的考慮，日本十分重視電動(dòng)汽車(chē)的研制與開(kāi)發(fā)。從目前世界范圍內(nèi)的整個(gè)形勢(shì)來(lái)看，日本是電動(dòng)汽車(chē)技術(shù)發(fā)展速度最快的少數(shù)幾個(gè)國(guó)家之一，特別是在混合動(dòng)力汽車(chē)的產(chǎn)品發(fā)展方面， 日本居世界領(lǐng)先地位。目前，世界上能夠批量產(chǎn)銷(xiāo)混合動(dòng)力汽車(chē)的企業(yè)，只有日本的豐田和本田兩家汽車(chē)公司。 1997 年 12 月，豐田汽車(chē)公司首先在日本市場(chǎng)上推出了世界上第一款批量生產(chǎn)的混合動(dòng)力轎車(chē) PRIUS。該轎車(chē)于 2021年 7 月開(kāi)始出口北美，同年 9 月開(kāi)始出口歐洲，現(xiàn)在已經(jīng)在全世界 20 多個(gè)國(guó)家上市銷(xiāo)售。目前推出的 產(chǎn)品已經(jīng)是多次改進(jìn)后的第二代產(chǎn)品，其生產(chǎn)工藝更為成熟。根據(jù)豐田汽車(chē)公司的測(cè)試， PRIUS 轎車(chē)在城市工況下比同等排量的花冠轎車(chē)節(jié)油 %；在市郊節(jié)油 %，綜合節(jié)油 %。有關(guān)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，豐田汽車(chē)公司已占有全球混合動(dòng)力汽車(chē)市場(chǎng) 90%的份額。 2021 年 9 月 15 日，一汽集團(tuán)與日本豐田汽車(chē)公司在北京舉行了混合動(dòng)力汽車(chē)合作項(xiàng)目簽字儀式，宣布雙方在 2021 年內(nèi)，共同生產(chǎn)豐田 PRIUS 混合動(dòng)力轎車(chē)。 PRIUS 混合動(dòng)力轎車(chē)將在同年進(jìn)入中國(guó)市場(chǎng)。 繼 PRIUS 混合動(dòng)力轎車(chē)之后，豐田汽車(chē)公司還推出了 ESTIMA 混合動(dòng)力汽車(chē)和搭載軟混合動(dòng)力系統(tǒng)的 CROWN 轎車(chē)。豐田汽車(chē)公司在普及混合動(dòng)力系統(tǒng)的低燃耗、低排放和改進(jìn)行駛性能方面已經(jīng)走在了世界的前列。此外，本田汽車(chē)公司開(kāi)發(fā)的 Insight 混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(chē)也已投放市場(chǎng)，供不應(yīng)求。 2021 年 4 月，本田汽車(chē)公司在美國(guó)市場(chǎng)上投放了 Civic混合動(dòng)力汽車(chē)。日產(chǎn)汽車(chē)公司近日宣布，將于 2021 年向美國(guó)市場(chǎng)銷(xiāo)售 Altima 牌混合動(dòng)力汽車(chē)，這是其于 2021 年與豐田汽車(chē)公司簽署聯(lián)合生產(chǎn)混合動(dòng)力汽車(chē)協(xié)議的第一個(gè)產(chǎn)品。 第二，美國(guó) ： 美國(guó)的汽車(chē)公司在電動(dòng)汽車(chē)產(chǎn)業(yè)化方面比來(lái)自日本的同 行遜色不少，三大汽車(chē)公司僅僅小批量生產(chǎn)、銷(xiāo)售過(guò)純電動(dòng)汽車(chē)，而混合動(dòng)力和燃料電池電動(dòng)汽車(chē)目前還未能實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，來(lái)自日本的混和動(dòng)力電動(dòng)汽車(chē)在美國(guó)市場(chǎng)上占據(jù)了主導(dǎo)地位。 美國(guó)能源部與三大汽車(chē)公司于 1993 年簽訂了混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(chē)開(kāi)發(fā)合同，其中通用汽車(chē)公司投入 億美元，福特汽車(chē)公司投入 億美元，克萊斯勒汽車(chē)公司投入 8480 萬(wàn)美元，進(jìn)行為期 5 年的研制開(kāi)發(fā)工作，并于 1998 年北美國(guó)際汽車(chē)展上展出了樣車(chē)。在此基礎(chǔ)上，現(xiàn)已推出三款混合動(dòng)力概念車(chē) GM 第二章 電動(dòng)汽車(chē)的構(gòu)造與原理 電動(dòng)汽車(chē)的分類(lèi) ， 如 圖 2－ 1 所示。 圖 2－ 1 第一節(jié) 純電動(dòng)汽車(chē)（ EV） 一、 EV 概述 采用電能作為能源的電動(dòng)車(chē)輛，已有 100 多年的歷史，現(xiàn)在已具有多種多樣的電動(dòng)車(chē)輛。電動(dòng)汽車(chē)與普通汽車(chē)的主要區(qū)別是動(dòng)力源的改變， EV 用蓄電池 ——電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)。 EV 是一種最好的 “零污染 ”或 “超低污染 ”的車(chē)輛。它沒(méi)有噪聲和振動(dòng)，操作性良好，遠(yuǎn)遠(yuǎn)地優(yōu)于內(nèi)燃機(jī)汽車(chē)，是當(dāng)前開(kāi)發(fā)和研制取代內(nèi)燃機(jī)的首選車(chē)型。 二、 EV 的基本組成部分 車(chē)載電源 （ 1）、車(chē)載電源的發(fā)展 第一 代的 EV 電池都是鉛酸蓄電池。由于鉛酸電池的比能量和比功率不能滿(mǎn)足EV 動(dòng)力性能的需求，后來(lái)進(jìn)一步發(fā)展了閥控鉛酸電池、鉛布電池等，是鉛酸電池的比能量有所提高，目前仍然能夠作為 EV 的電源。 第二代的高能電池有鋰離子電池、鋰聚合物電池、鋅空電池和鋁空氣電池等。第二代的比能量和比功率都比鉛酸電池高，大大的提高了 EV 的動(dòng)力性和續(xù)駛里電動(dòng)汽車(chē)類(lèi)型 純電動(dòng)汽車(chē)車(chē) 混合動(dòng)力汽車(chē) 燃料電池汽車(chē) 鉛酸蓄電池 鈉硫電池 鎳鋅電池 空氣電池 鋰離子電池 內(nèi)燃機(jī) +電池 燃料 電池蓄電池 燃料電池電容 +太陽(yáng)能 蓄電池 +電容（飛輪） 蓄電池 燃料電池 儲(chǔ)能器 電容 飛輪 H2燃料電池 甲醇燃料電池 重燃料電池 程。但是二代電池中的活性物質(zhì)在使用一定期限后，會(huì)老化變質(zhì)以至于賞識(shí)充電和放電的功能而報(bào)廢，從而增加了 EV 的成本。 第三代電池是以燃料電池為主的電池。燃料電池直接將燃燒的化學(xué)能轉(zhuǎn)變 成電能，能量轉(zhuǎn)換率高，比能量和比功率高，并且燃料電池能量裝化過(guò)程可以連續(xù)進(jìn)行，反應(yīng)過(guò)程能