【正文】 術(shù)的實(shí)用化則是電動(dòng)車發(fā)展的遠(yuǎn)期目標(biāo)[19]。從上一章的電動(dòng)車系統(tǒng)理論分析可知，電動(dòng)車的行駛里程則完全是由車載總能量決定的。傳統(tǒng)汽車的能源結(jié)構(gòu)即油箱，在整個(gè)汽車的壽命期內(nèi)屬于耐用部件，通常不會(huì)損壞。然而鉛酸電池的缺點(diǎn)是其比能量相當(dāng)?shù)牡?，自放電率高，循環(huán)壽命低。它與鎳鎘電池的主要區(qū)別在于它的負(fù)極是氫，而不是金屬鎘。 其他新興的電動(dòng)車能源系統(tǒng) 燃料電池燃料電池是一種利用燃料和氧化劑產(chǎn)生電能的系統(tǒng)。近年來，人們對(duì)燃料電池在電動(dòng)車上應(yīng)用開發(fā)的興趣日益增加。超高速飛輪可以用作電動(dòng)車的輔助能源系統(tǒng)。此外，由于石油資源日益緊張，2008年以來國際油價(jià)持續(xù)上漲，而小汽車是耗油大戶，電動(dòng)自行車正日益成為我國交通系統(tǒng)不可缺少的重要組成部分。 政府對(duì)電動(dòng)自行車上路態(tài)度(1)堅(jiān)決禁止電動(dòng)自行車上路的地區(qū)：廣東、溫州、海南、福州。 取得驕人節(jié)能減排業(yè)績，在面對(duì)全球風(fēng)起云涌的電動(dòng)車發(fā)展大機(jī)遇的同時(shí)，也面臨著發(fā)展的困局。事實(shí)上，電動(dòng)汽車也并沒有停止發(fā)展，它正在以其他的形式前進(jìn)。目前，國內(nèi)汽車企業(yè)已將混合動(dòng)力汽車作為未來主流競爭型產(chǎn)品在戰(zhàn)略上高度重視，一汽、東風(fēng)、上汽、長安、奇瑞、比亞迪等都已投入了大量的人力、物力，混合動(dòng)力車型已完成樣車開發(fā)，并有部分車型已經(jīng)實(shí)現(xiàn)小批量上市[37]。在未來2~3年內(nèi)，預(yù)計(jì)將形成20億Ah以上的動(dòng)力電池和全系列驅(qū)動(dòng)電機(jī)生產(chǎn)能力，能夠滿足100萬輛混合動(dòng)力及電動(dòng)汽車的配套要求。(3)充電時(shí)間長，不像燃油汽車那樣幾分鐘即可加滿油。2009年12月，社會(huì)上也因國家標(biāo)準(zhǔn)化委員會(huì)出臺(tái)電摩新國標(biāo)并宣布在2010年元旦正式實(shí)施而引起軒然大波，因?yàn)榘凑招聡鴺?biāo)的電動(dòng)自行車如果重量超過40公斤，速度超過20公里/小時(shí)，將對(duì)電動(dòng)自行車按機(jī)動(dòng)車道進(jìn)行規(guī)范和管理，這就意味著目前社會(huì)上的絕大部分超標(biāo)電動(dòng)自行車將面臨走上機(jī)動(dòng)車道，與汽車、摩托車爭車道的場(chǎng)景，車主也將由“騎行者”身份轉(zhuǎn)變?yōu)椤榜{駛員”身份，必須接受考駕照、買保險(xiǎn)、上牌等一系列冗長的手續(xù)。 隨著電動(dòng)自行車出現(xiàn)和普及，由于其便捷、省力和廉價(jià)的特點(diǎn)，電動(dòng)車逐漸成為上班族的主要交通工具之一。在中東石油危機(jī)之后，人們對(duì)它的興趣慢慢減退了。也許，人們還不能期望蓄電池驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)車在行駛里程方面與燃油汽車相媲美，但是以燃料電池為動(dòng)力的電動(dòng)車的行駛里程則完全是由車載燃料量決定的，只要有適量的燃料，電動(dòng)車就可具有與燃油汽車相當(dāng)?shù)男旭偫锍獭ｄ囯x子電池的優(yōu)點(diǎn)是電壓高，達(dá)到4 V；比能量高，達(dá)到120 W它以羥基氫氧化鎳為正極，金屬鎘為負(fù)極．堿性電解液為一種水溶性氧化鉀溶液， kg/L。當(dāng)電池充電時(shí)，化學(xué)反應(yīng)過程相反，電解液中的硫酸不斷地得到補(bǔ)充，以恢復(fù)產(chǎn)生電能的能力。充放電循環(huán)壽命越長，電池的性能越好。其量綱為（wh/kg)，以確保電動(dòng)車達(dá)到合理的行駛里程(2)高比功率，以確保電動(dòng)車的加速和爬坡性能；(3)壽命長，免維護(hù)；(4)制造成本低廉；(5)自放電、自衰減??；(6)合理的運(yùn)行環(huán)境要求；(7)充電快、效率高、設(shè)備簡單；(8)尺寸?。?9)發(fā)生事故時(shí)的安全性好；(10)可回收性好；(11)更換簡便。 電動(dòng)車的性能評(píng)價(jià)林林總總、洋洋大觀的電動(dòng)車家族種類繁多、性能各異，如何建立一個(gè)統(tǒng)一的性能標(biāo)準(zhǔn)，以評(píng)價(jià)這些不同廠家生產(chǎn)的、不同類型的電動(dòng)車，成為電動(dòng)車發(fā)展的一項(xiàng)基礎(chǔ)研究。然而目前普及電子差速器的障礙在于它的可靠性以及進(jìn)一步降低成本。對(duì)于改裝電動(dòng)車，由于離合器、變速箱這類機(jī)械部件本身業(yè)已存在，采用多級(jí)變速驅(qū)動(dòng)是最簡單的方法。采用齒輪變速箱的主要優(yōu)缺點(diǎn)有：(1) 帶有多級(jí)變速齒輪箱的傳動(dòng)系統(tǒng)可以顯著地減小驅(qū)動(dòng)電機(jī)和控制器的額定容量、體積和重量；(2) 使用齒輪箱，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)能夠在電動(dòng)車的轉(zhuǎn)速/轉(zhuǎn)矩要求范圍內(nèi)達(dá)到高效和優(yōu)化地運(yùn)行；(3) 能夠在較寬的范圍內(nèi)達(dá)到制動(dòng)能量的再生回饋；(4) 手動(dòng)變速具有技術(shù)成熟、能量效率高的優(yōu)點(diǎn)；(5) 齒輪箱的使用可能會(huì)增加電動(dòng)車的重量和體積；(6) 由于齒輪箱的效率問題，例如傳統(tǒng)的自動(dòng)變速箱的效率通常只有75％~85%使用齒輪箱變速會(huì)降低驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的總效率[16]。從廣義來看，電動(dòng)車還不僅僅是一部機(jī)動(dòng)車輛，而且是涉及交通、能源、汽車工業(yè)、電力部門、環(huán)境保護(hù)、政治、經(jīng)濟(jì)等諸多方面的一個(gè)全新的領(lǐng)域。先進(jìn)的電機(jī)驅(qū)動(dòng)技術(shù)發(fā)展將同時(shí)推動(dòng)純電動(dòng)車和混合式電動(dòng)車的發(fā)展。我國的國情有別于西方國家，為了加速我國的電動(dòng)車發(fā)展，我們應(yīng)該考慮如下措施：(1) 充分利用本地區(qū)經(jīng)濟(jì)增長迅速、資源豐富和勞動(dòng)力廉價(jià)的優(yōu)勢(shì)；(2) 合理地分配市場(chǎng)、自然資源和人力資源；(3) 制定技術(shù)規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)以及特別適合中國地區(qū)的新型交通體系；(4) 發(fā)展具有本地特色的創(chuàng)新設(shè)計(jì)概念；(5) 政府采取優(yōu)惠政策和扶持措施；(6) 成立電動(dòng)車信息中心，促進(jìn)技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)交流[12]。為了解決空氣污染以及二氧化碳所產(chǎn)生的溫室效應(yīng)，實(shí)現(xiàn)21世紀(jì)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，電動(dòng)車正面臨著前所未有的發(fā)展機(jī)遇和挑戰(zhàn)。目前電動(dòng)車整車價(jià)格昂貴的主要原因一方面是由于蓄電池價(jià)格昂貴，另一方面也因?yàn)殡妱?dòng)車的產(chǎn)量小，其部件大部分都為電動(dòng)(2) 車專用部件，而不是通用部件。表26是20輛電動(dòng)和燃油小型巴士每運(yùn)行5萬公里的總費(fèi)用在不同的電價(jià)和柴油價(jià)格下的比較。其中蓄電池的成本占到電動(dòng)車總成本的一半左右，電動(dòng)車的一次性投資高于燃油車。雖然該法案未能通過議會(huì)表決而最終成為法律，但對(duì)電動(dòng)車進(jìn)入市場(chǎng)已產(chǎn)生了巨大的影響。在這段時(shí)期，除了業(yè)余愛好者們還在鍥而不舍地改裝各種電動(dòng)車，改善它們的性能之外，大汽車制造商們很少再投資發(fā)展電動(dòng)車了[7]。1899年，金納茨的“永不滿足號(hào)”(The Never Satisfied)電動(dòng)車曾在美國創(chuàng)下了110km/h的當(dāng)時(shí)最高時(shí)速記錄。這已是世界上第一輛電動(dòng)車誕生半個(gè)多世紀(jì)之后的事了。早在約電動(dòng)汽車的使用成本只是燃油汽車的20%左右[6]。F3DM雙模電動(dòng)車搭載了全球最先進(jìn)的DM雙模系統(tǒng)。 大量使用汽車對(duì)環(huán)境造成了嚴(yán)重的污染，因此近幾十年來，世界各國政府、學(xué)術(shù)界以及工業(yè)界一直努力致力于研究開發(fā)和推廣使用各種低排放或零排放汽車，以解決空氣污染問題。2009年在丹麥舉辦的哥本哈根氣候峰會(huì)再次呼吁各國一起為減緩全球氣候變暖作出努力，我國也在會(huì)議上承諾2020年減排目標(biāo) 碳排放下降40~45%。因此近幾十年來，世界各國政一直努力致力于研究開發(fā)和推廣使用各種低排放或零排放汽車，以解決空氣污染問題。我國作為最大的發(fā)展中國家，目前也已成為全球酸雨最為嚴(yán)重的國家之一。法案規(guī)定，到1998年，所有汽車商在加利福尼亞州出售的汽車中，零排放車至少要占售出總數(shù)的2%，到2003年，零排放車至少要占總數(shù)10%。即使電動(dòng)汽車?yán)檬唾Y源，通過“電能——電動(dòng)機(jī)——車輪”的能量轉(zhuǎn)換和利用效率，也要比通過“石油——內(nèi)燃機(jī)——變速器——車輪”的能量轉(zhuǎn)換和利用率要高1倍左右。另外電動(dòng)車的電池組成本高出傳統(tǒng)燃油汽車的油箱太多，這致使目前電動(dòng)車的售價(jià)很高，幾乎是傳統(tǒng)燃油汽車價(jià)格的一倍。法國人特魯夫于1881年第一次將直流電機(jī)和可充電的電池用于私人車輛，在同年巴黎舉辦的國際電器展覽會(huì)上，特魯夫展出了一輛能實(shí)際操作使用的電動(dòng)三輪車。在這個(gè)時(shí)期，電動(dòng)車占領(lǐng)了美國私人機(jī)動(dòng)車的主要市場(chǎng)。當(dāng)時(shí)，一輛電動(dòng)轎車大約需要5000~6000美金，相當(dāng)于今日一輛豪華勞斯萊斯的價(jià)格。1967年，美國成立了電動(dòng)車協(xié)會(huì)，從此，美國的政府部門、企業(yè)和研究機(jī)構(gòu)能夠在該協(xié)會(huì)的協(xié)調(diào)指導(dǎo)下進(jìn)行電動(dòng)車的研究開發(fā)工作。但進(jìn)入2000年以來，它還是獲得了迅速的發(fā)展。不怕不識(shí)貨，就怕貨比貨，從長遠(yuǎn)來看，電動(dòng)車并不昂貴！目前推廣電動(dòng)車的主要障礙是一次充電的行駛里程和初始價(jià)格。 電動(dòng)與柴油小型公共巴士運(yùn)行總費(fèi)用比較電價(jià)／元／kW越是高性能的電池，其價(jià)格也越昂貴，因此必須延長蓄電池的使用壽命，以求降低年平均費(fèi)用。在發(fā)展電動(dòng)車方面，亞太地區(qū)的優(yōu)勢(shì)在于：自然資源豐富，勞動(dòng)力廉價(jià)，對(duì)電動(dòng)車的性能要求并不苛刻。市場(chǎng)要求電動(dòng)車盡快降低成本，實(shí)現(xiàn)商品化。一般而言，對(duì)于小型車輛包括自行車和摩托車，純電動(dòng)車更具有生命力。圖31 電動(dòng)車的基本結(jié)構(gòu)圖32 電動(dòng)車電力驅(qū)動(dòng)子系統(tǒng)與燃油汽車相比，電動(dòng)車的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)靈活。與傳統(tǒng)的自動(dòng)變速箱相比，電動(dòng)車的自動(dòng)變速傳動(dòng)橋同樣包括有盤形和帶形離合器、行星齒輪、差速器、執(zhí)行離合動(dòng)作的液壓系統(tǒng)、潤滑油以及冷卻劑等等?，F(xiàn)代電動(dòng)車大都采用這種結(jié)構(gòu)。 電動(dòng)車參數(shù)一般來說，電動(dòng)車和燃油汽車同樣都是機(jī)動(dòng)車，就外部性能而言，描述它們的數(shù)學(xué)和物理手段并無大異。對(duì)于電動(dòng)車，一次充電后的最大行駛里程則是最重要的性能指標(biāo)。 電動(dòng)車蓄電池 蓄電池的容量蓄電池的容量就是蓄電池的蓄電能力。由于電動(dòng)車車載能源的比能量遠(yuǎn)低于傳統(tǒng)汽車車載能源的比能量，這就決定了在蓄電池技術(shù)還未能取得有效突破的情況下，電動(dòng)車的行駛里程仍將不敵傳統(tǒng)汽車，這就是目前電動(dòng)車還不能迅速普及的原因之一[21]。然而對(duì)于電動(dòng)車，由于蓄電池隔板的自然銹蝕或者充放電過程中的人為損壞，使得蓄電池的壽命遠(yuǎn)低于電動(dòng)車本身的壽命。為了適合電動(dòng)車的應(yīng)用，特別設(shè)計(jì)的鉛酸電池采取了一系列的改進(jìn)措施，這包括采用無銻網(wǎng)格板、內(nèi)部氣體再結(jié)合以及電池密封技術(shù)，以提高電池的比能量和比功率，使電池真正地做到免維護(hù)和全封閉，即構(gòu)成所謂閥控鉛酸電池。氫化金屬在電池充放電時(shí)能夠進(jìn)行氫吸收和釋放的可逆反應(yīng)，與鎳鎘電池一樣，水溶性氧化鉀溶液是鎳氫電池電解液的主要成分。燃料可以是氫氣、碳?xì)浠衔?、天然氣、甲醇甚至汽油等，在催化劑的作用下，燃料慢慢地與空氣或氧氣之類的氧化劑相結(jié)合，可以不斷地產(chǎn)生電流。 超大電容器輔助能源系統(tǒng)由于電動(dòng)車頻繁起動(dòng)或停車，使得蓄電池的放電過程變化很大。與超大電容器類似，它將電動(dòng)車正常行駛時(shí)、剎車減速時(shí)或下坡時(shí)的動(dòng)能儲(chǔ)存起來。消費(fèi)者使用電動(dòng)自行車的主要用途如圖51所示[29]。(2)支持電動(dòng)自行車上路的地區(qū)：北京、天津、山東、安徽、江蘇、上海、浙江、河北、四川、河南、云南。有理由相信，如果國家產(chǎn)業(yè)部門能更加積極地引導(dǎo)、扶持電動(dòng)自行車產(chǎn)業(yè)，出臺(tái)更加符合電動(dòng)自行車產(chǎn)業(yè)政策和扶持政策，給行業(yè)以更廣闊的發(fā)展空間和技術(shù)創(chuàng)新空間，中國的電動(dòng)自行車產(chǎn)業(yè)必將迎來又一波發(fā)展新高潮?；旌蟿?dòng)力驅(qū)動(dòng)電動(dòng)汽車是目前主流的電動(dòng)車。一汽集團(tuán)：發(fā)展目標(biāo)：到2012年，、混合動(dòng)力客車1000輛的生產(chǎn)基地。近來，力神、比亞迪、比克、萬向等動(dòng)力電池企業(yè)投入數(shù)十億資金加快產(chǎn)業(yè)化建設(shè)，上海電驅(qū)動(dòng)、大郡、湘潭電機(jī)、南車時(shí)代等電機(jī)企業(yè)加強(qiáng)與上下游企業(yè)合作，積極完善產(chǎn)業(yè)鏈建設(shè)。(2)電動(dòng)汽車的成本高，是普通燃油汽車的一倍甚至兩倍，沒形成經(jīng)濟(jì)規(guī)模。但看到中國電動(dòng)自行車產(chǎn)業(yè)所做出巨大成績的同時(shí)，我們不能不提及的是，如此驕人的成績是在我國當(dāng)前并不寬松的產(chǎn)業(yè)政策環(huán)境中取得的，“禁止”、“禁售”、“限制上牌” 、“稱重” 、“上路罰款”等等限制，常常見諸各地城市新聞報(bào)端。在我國的大中城市，以小汽車為主的出行方式帶來了道路的擁堵，出行費(fèi)用高，帶來了高能源消耗以及較為嚴(yán)重的大氣污染等問題。 超高速飛輪儲(chǔ)能技術(shù)高速飛輪技術(shù)在20世紀(jì)70年代至80年代初曾是技術(shù)發(fā)展的一個(gè)熱點(diǎn)。因此，盡管這種燃料電池具有非常理想的比功率，但由于價(jià)格十分昂貴，降低成本是普及燃料電池的一個(gè)重大課題[26]。放電時(shí)，鋰離子被負(fù)電極釋放，通過電解液游離至正電極，充電過程則相反。h/kg，比功率225 W/kg。當(dāng)電池完全放電時(shí)，因?yàn)殡姵貥O板上均覆以硫酸鉛，而電解液中主要是水而非硫酸，已不能再產(chǎn)生電流了。在一定的充放電條件下，電池容量降至某一規(guī)定值之前，電池能耐受的充放電次數(shù)，稱為蓄電池的充放電循環(huán)壽命。 比能量 能源系統(tǒng)的比能量被定義為單位質(zhì)量的能量。 電動(dòng)車的能源特點(diǎn)為了確保點(diǎn)東側(cè)合理的行駛性能，對(duì)其能源系統(tǒng)應(yīng)具有如下要求：(1)高比能量（2h放電率時(shí)至少44 W坡度越大，阻力越大。電子差速器的優(yōu)點(diǎn)是體積小、重量輕又可以實(shí)行精確的電子控制，提高電動(dòng)車的性能。在變速時(shí)，通過離合器連接或切斷發(fā)動(dòng)機(jī)到車輪的功率流。究竟采用哪種方案，主要依據(jù)電動(dòng)車的能量和經(jīng)濟(jì)性，也涉及到電機(jī)和控制器的設(shè)計(jì)。實(shí)際上，電動(dòng)車是機(jī)械、電力、磁力和化學(xué)定律巧妙結(jié)合的產(chǎn)物，現(xiàn)代電動(dòng)車更是集機(jī)、電、化、光各學(xué)科領(lǐng)域中最新技術(shù)于一體，是汽車、電力拖動(dòng)、電子、智能控制、電化學(xué)、計(jì)算機(jī)、新能源、新材料等工程技術(shù)中最新科技成果的集成產(chǎn)物。日趨成熟的、可以應(yīng)用的技術(shù)，如先進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)、先進(jìn)蓄電池、先進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、燃?xì)廨啓C(jī)、超大容量電解電容、高速飛輪儲(chǔ)存系統(tǒng)和燃料電池，將都被用來提高純電動(dòng)車和混合式電動(dòng)車的性能。(3) 充分利用本地的市場(chǎng)和資源優(yōu)勢(shì)，生產(chǎn)出性能和價(jià)格合理的電動(dòng)車，并提供有效的基礎(chǔ)設(shè)施。與此同時(shí)，人類需要開發(fā)更有效、更安全的交通工具，保護(hù)環(huán)境、保護(hù)自然。普及電動(dòng)車的關(guān)鍵在于改善其性能和降低成本，因此電動(dòng)車開發(fā)工程師、科研人員、發(fā)展商、電力部門以及政府機(jī)構(gòu)所面臨的主要課題是：(1) 降低電動(dòng)車的價(jià)格。這樣電動(dòng)車整個(gè)壽命期間的行駛費(fèi)用比燃油車便宜而不包括電池的電動(dòng)車價(jià)格可與燃油車媲美。目前電動(dòng)車的制造成本大約是燃油汽車的一倍左右，有的車型甚至達(dá)到二倍。在此情況下，美國加利福尼亞州州政府試圖通過立法來強(qiáng)制增加電動(dòng)車在該州的銷售。在1924年的全美汽車展中，電動(dòng)車銷聲匿跡了，燃油汽車迎來了一個(gè)黃金時(shí)代，而這個(gè)黃金時(shí)代一直延續(xù)到60年代末。在1909年，克瑞基爾的公司破產(chǎn)之前，他還申請(qǐng)了渦輪機(jī)和電機(jī)混合型電動(dòng)車的專利，這在當(dāng)時(shí)是非常先進(jìn)的技術(shù)。1893年美國人杜耶兄弟倆首先將燃油汽車投入商業(yè)化生產(chǎn)，他們生產(chǎn)的汽車于1895年在美國芝加哥舉辦的汽車?yán)愔幸慌e擊敗了奔馳汽車，而成為當(dāng)時(shí)的明星汽車。自行車的大量使用促進(jìn)了市區(qū)道路的發(fā)展，同時(shí)也為后來汽車工業(yè)不可缺少的冶金鑄造、軸承制造、車輪工藝以及變速機(jī)構(gòu)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。目前的油價(jià)大約花費(fèi)50元左右。我國產(chǎn)的比亞迪F3DM(如圖26)，作為世界首款即將量產(chǎn)的雙模電動(dòng)車，在中國乃至世界的新能源汽車領(lǐng)域具有里程碑的意義。這些污染物不但污染城市空氣，還會(huì)直接竄入車廂，危害駕乘人員的健康。溫室氣體的大量排放導(dǎo)致全球氣溫上升，恒河20年后或干枯、圖瓦盧50年后沉入海底、馬爾