【正文】 前 言 隨著汽車工業(yè)的告訴發(fā)展，汽車帶來的環(huán)境污染、能源短缺、資源枯竭和安全等方面的問題越來越突出。為了保持國民經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展，保護(hù)人類居住環(huán)境和能源供給，各國政府不惜巨資，投入大量人力、物力，尋求解決這些問題的各種途徑。電動汽車具有良好的環(huán)保性能和可以以多種能源為動力的顯著特點(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)展電動汽車已成為各國政府和汽車行業(yè)的共識，電動汽車的研發(fā)已成為汽車行業(yè)的熱點(diǎn)。因此，無論是從設(shè)計(jì)、研究和開發(fā)的觀點(diǎn)，還是從實(shí)用的角度來看，了解和掌握電 動汽車技術(shù)的社會需求會越來越大。 本論文應(yīng)用了大量的網(wǎng)上資料和部分專業(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) 汽車面臨的挑戰(zhàn)及對策 …………………………………………… (1) 第二節(jié) 國內(nèi)電動車的發(fā)展 ………………………………………………… (2) 第三節(jié) 國外主要國家電動車的發(fā)展 ……………………………………… (4) 第二章 電動汽車的構(gòu)造與原理 …………………………………………… (5) 第一節(jié) 蓄電池電動汽車 ……………………… …………………………… (5) 第二節(jié) 燃料電池電動汽車 ………………………………………………… (11) 第三節(jié) 混合動力電動汽車 ………………………………………………… (13) 第三章 電動汽車動力蓄電池及儲能裝置 ………………………………… (19) 第一節(jié) 電池的分類及有關(guān)術(shù)語 …………………………………………… (19) 第二節(jié) 鉛酸蓄電池 ………………………………………………………… (21) 第三節(jié) 燃料電池 …………………………………………………………… (21) 第四章 電動汽車的電動機(jī)及驅(qū)動系統(tǒng) ………………… ………………… (24) 第一節(jié) 概述 ………………………………………………………………… (24) 第二節(jié) 直流電動機(jī) ………………………………………………………… (25) 第三節(jié) 其他電動機(jī) ………………………………………………………… (27) 第五章 電動汽車的能源管理與供給系統(tǒng) ………………………………… (28) 第一節(jié) 電動汽車的能源管理系統(tǒng) ………………………………………… (28) 第二節(jié) 蓄電池充電原理與充電器 ………………………………………… (28) 第三節(jié) 電動汽車制動能量回饋系統(tǒng) ……………………………… ……… (29) 第四節(jié) 電動汽車能量系統(tǒng)的電源變換裝置 ……………………………… (31) 第六章 我國發(fā)展電動汽車存在的問題 …………………………………… (32) 第七章 國內(nèi)電動汽車發(fā)展趨勢 …………………………………………… (33) 參考文獻(xiàn) …………………………………………………………………… (35) 第一章 概述 第一節(jié) 汽車面臨的挑戰(zhàn)及對策 汽車自誕生起已 有 100 多年的歷史，其發(fā)展速度不斷的加快，與人們說的聯(lián)系越來越緊密。汽車已不再是一個簡單的代步的運(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辦公室。汽車的普及程度和技術(shù)水平已成為一個國家或地區(qū)現(xiàn)代話程度的標(biāo)志。 汽車已成為當(dāng)今人類社會不可缺少的交通 工具，它對人類的進(jìn)步產(chǎn)生了不可替代的巨大推動作用。但同時(shí)也面臨 著 來自環(huán)境保護(hù)、能源短缺、道路交通事故等方面越來越嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，并帶來了一系列的負(fù)面效應(yīng)。汽車在其生命的全周期內(nèi)對公共環(huán)境和公眾健康甚至生命產(chǎn)生了一系列的危害，此即汽車的環(huán)境危害。汽車的環(huán)境危害包括汽車雜生產(chǎn)過程中、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、電波對人體的危害及對用電器的干擾等。汽車的環(huán)境大氣污染包括兩層含義：其一是汽車排放的二氧化碳、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)境問題；其二是汽車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)而對人類和動植物產(chǎn)生危害，嚴(yán)重威脅著人類的身體健康。 隨著人民生活水平的提高，人類對生存環(huán)境的要求也越來越高，降低汽車的有害排放物的呼聲與日俱增，在美國已經(jīng)出臺了部分汽車零排量的法規(guī)，在我國也正在籌劃實(shí)施用于北京 2021 年的 “零排放 ”車隊(duì)。因此，就目前的情況來看，環(huán)境 公害 是汽車行業(yè)面臨的最大挑戰(zhàn)。 汽車面臨的挑戰(zhàn)之二就是能源供應(yīng)問題。從人類對可持續(xù)發(fā)展的觀點(diǎn)的出發(fā)，人類應(yīng)設(shè)法減少對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的能源問題。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，總有一天會消耗殆盡。 我國面臨的形式也十分嚴(yán)峻， 國內(nèi) 的石油儲藏量和開采量相當(dāng)有限，隨著汽車保有量的增加，石油需求越來越多， 目前已不 能 自給，不足部分主要通過進(jìn)口來滿足 ， 而且每年成遞增趨勢。 由于電動汽車具有突出的環(huán)保方面的優(yōu)勢，使得電動汽車的開發(fā)和研究成為各國開發(fā)綠色汽車的主流。電動汽車使用的能源是可以用與發(fā)電的一切能源。因此使用電動汽車可以擺脫汽車對化石燃料的依賴，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。電動汽車在解決道路交通事故方面和傳統(tǒng)汽車相比也具有一定優(yōu)勢。因此，開發(fā)電動汽車是迎接汽車面臨挑戰(zhàn)的重要對策之一。 第二節(jié) 我國電動汽車發(fā)展情況 一、我國電動汽車的發(fā)展概況 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 2021 年 10 月起，國家共計(jì)撥款 億元作為這一重大科技專項(xiàng)的經(jīng)費(fèi)。 我國電動汽車重大科技專項(xiàng)實(shí)施 4 年來，經(jīng)過 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 池汽車已經(jīng)成功開發(fā)出性能樣車，燃料電池轎車?yán)塾?jì)運(yùn)行 4000km，燃料電池客車?yán)塾?jì)運(yùn)行8000km；混合動力客車已在武漢等地公交線路上試驗(yàn)運(yùn)行超過 14 萬 km； 純 電動轎車和純電動客車均已通過國家有關(guān)認(rèn)證試驗(yàn)。 二、我國電動汽車的發(fā)展模式 燃料電池汽車 ： 均采用電 電混合驅(qū)動方案，在整車操控性能、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 月在北京召開的世界氫能大會上，我國自主研發(fā)的燃料電池轎車和客車樣車與世界領(lǐng)先的奔馳公司樣車同堂展示，引起了世界的驚贊。在 10 月舉行的必比登世界 清潔汽車挑戰(zhàn)賽上，我國自主研發(fā)的燃料電池轎車在 7 個單項(xiàng)獎中獲得 5 個 A(在高速蛇行障礙賽、噪音、排放、能耗、溫室氣體減排 5 個單項(xiàng)指標(biāo)方面的最高等級 )的好成績，燃料電池城市客車也以較高的技術(shù)性能和可靠性在挑戰(zhàn)賽中取得了良好的成績。 混合動力汽車 ： 一汽、東風(fēng)、長安、奇瑞等汽車公司對此都投入了較大的人力、物力。各車型均已完成功能樣車開發(fā)。 2021 年 11 月 8 日，湖北省啟動武漢電動汽車試驗(yàn)示范運(yùn)行工作，先后投 yk6 輛由東風(fēng)電動車輛股份有限公司研制的混合動力客車，已累計(jì)運(yùn)行 14 萬 km，載客 15 萬人次；混合動力 轎車按 ECE 城市工況與基本車型進(jìn)行的對比試驗(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。長安汽車公司采用同軸 ISG 輕度混合方案，成功開發(fā)了第二輪功能樣車和第三輪性能樣車，并在國內(nèi)率先開展了混合動力專用發(fā)動機(jī)開發(fā)。 經(jīng)過國家檢測機(jī)構(gòu)測試，動力性能接近參考車的水平，綜合油耗降低 17%，排放達(dá)到歐 Ⅲ 標(biāo)準(zhǔn)。 純電動汽車 ： 目前純電動轎車和純電動客車均已通過國家質(zhì)檢中心的型式認(rèn)證試驗(yàn)，各項(xiàng)指標(biāo)均滿足有關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)和企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。天津清源電動車輛有限公司等單位研發(fā)的純電動轎車，其整車的動力性、經(jīng)濟(jì)性、續(xù) 駛里程、噪聲等指標(biāo)已超過法國雪鐵龍公司贈送的純電動轎車和箱式貨車，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車輛股份有限公司密云電動車輛產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)基地的建設(shè)，并于 2021 年 12 月 30 日順利通過北京市公共交通總公司組織的示范運(yùn)行車組驗(yàn)收。小批量研發(fā)生產(chǎn)的 4 種車型、近 40 輛公交車即將投入北京市奧運(yùn)電動示范車隊(duì)的示范運(yùn)行。 第三節(jié) 國外主要國家電動汽車發(fā)展情況 世界 各國著名的汽車廠商都在加緊研制各類電動汽車，并且取得了一定程度的進(jìn)展和突破。 第一，日本 ： 一直以來，出于 對能源危機(jī)和環(huán)境保護(hù)的關(guān)注及占領(lǐng)未來 世界 市場的考慮，日本十分重視電動汽車的研制與開發(fā)。從目前世界范圍內(nèi)的整個形勢來看，日本是電動汽車技術(shù)發(fā)展速度最快的少數(shù)幾個國家之一，特別是在混合動力汽車的產(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)銷混合動力汽車的企業(yè)，只有日本的豐田和本田兩家汽車公司。 1997 年 12 月，豐田汽車公司首先在日本市場上推出了世界上第一款批量生產(chǎn)的混合動力轎車 PRIUS。該轎車于 2021年 7 月開始出口北美，同年 9 月開始出口歐洲，現(xiàn)在已經(jīng)在全世界 20 多個國家上市銷售。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)豐田汽車公司的測試， PRIUS 轎車在城市工況下比同等排量的花冠轎車節(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，豐田汽車公司已占有全球混合動力汽車市場 90%的份額。 2021 年 9 月 15 日，一汽集團(tuán)與日本豐田汽車公司在北京舉行了混合動力汽車合作項(xiàng)目簽字儀式，宣布雙方在 2021 年內(nèi)，共同生產(chǎn)豐田 PRIUS 混合動力轎車。 PRIUS 混合動力轎車將在同年進(jìn)入中國市場。 繼 PRIUS 混合動力轎車之后，豐田汽車公司還推出了 ESTIMA 混合動力汽車和搭載軟混合動力系統(tǒng)的 CROWN 轎車。豐田汽車公司在普及混合動力系統(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，本田汽車公司開發(fā)的 Insight 混合動力電動汽車也已投放市場，供不應(yīng)求。 2021 年 4 月，本田汽車公司在美國市場上投放了 Civic混合動力汽車。日產(chǎn)汽車公司近日宣布，將于 2021 年向美國市場銷售 Altima 牌混合動力汽車，這是其于 2021 年與豐田汽車公司簽署聯(lián)合生產(chǎn)混合動力汽車協(xié)議的第一個產(chǎn)品。 第二，美國 ： 美國的汽車公司在電動汽車產(chǎn)業(yè)化方面比來自日本的同 行遜色不少，三大汽車公司僅僅小批量生產(chǎn)、銷售過純電動汽車，而混合動力和燃料電池電動汽車目前還未能實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，來自日本的混和動力電動汽車在美國市場上占據(jù)了主導(dǎo)地位。 美國能源部與三大汽車公司于 1993 年簽訂了混合動力電動汽車開發(fā)合同，其中通用汽車公司投入 億美元，福特汽車公司投入 億美元，克萊斯勒汽車公司投入 8480 萬美元，進(jìn)行為期 5 年的研制開發(fā)工作，并于 1998 年北美國際汽車展上展出了樣車。在此基礎(chǔ)上，現(xiàn)已推出三款混合動力概念車 GM 第二章 電動汽車的構(gòu)造與原理 電動汽車的分類 ， 如 圖 2－ 1 所示。 圖 2－ 1 第一節(jié) 純電動汽車（ EV） 一、 EV 概述 采用電能作為能源的電動車輛，已有 100 多年的歷史，現(xiàn)在已具有多種多樣的電動車輛。電動汽車與普通汽車的主要區(qū)別是動力源的改變， EV 用蓄電池 ——電動機(jī)系統(tǒng)。 EV 是一種最好的 “零污染 ”或 “超低污染 ”的車輛。它沒有噪聲和振動，操作性良好，遠(yuǎn)遠(yuǎn)地優(yōu)于內(nèi)燃機(jī)汽車，是當(dāng)前開發(fā)和研制取代內(nèi)燃機(jī)的首選車型。 二、 EV 的基本組成部分 車載電源 （ 1）、車載電源的發(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足EV 動力性能的需求，后來進(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 的動力性和續(xù)駛里電動汽車類型 純電動汽車車 混合動力汽車 燃料電池汽車 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 +太陽能 蓄電池 +電容（飛輪） 蓄電池 燃料電池 儲能器 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，會老化變質(zhì)以至于賞識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程可以連續(xù)進(jìn)行，反應(yīng)過程能