【正文】 術(shù)的實用化則是電動車發(fā)展的遠(yuǎn)期目標(biāo)[19]。從上一章的電動車系統(tǒng)理論分析可知，電動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，在整個汽車的壽命期內(nèi)屬于耐用部件，通常不會損壞。然而鉛酸電池的缺點是其比能量相當(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，人們對燃料電池在電動車上應(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年以來國際油價持續(xù)上漲，而小汽車是耗油大戶，電動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。 政府對電動自行車上路態(tài)度(1)堅決禁止電動自行車上路的地區(qū)：廣東、溫州、海南、福州。 取得驕人節(jié)能減排業(yè)績，在面對全球風(fēng)起云涌的電動車發(fā)展大機遇的同時，也面臨著發(fā)展的困局。事實上，電動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，混合動力車型已完成樣車開發(fā)，并有部分車型已經(jīng)實現(xiàn)小批量上市[37]。在未來2~3年內(nèi)，預(yù)計將形成20億Ah以上的動力電池和全系列驅(qū)動電機生產(chǎn)能力，能夠滿足100萬輛混合動力及電動汽車的配套要求。(3)充電時間長，不像燃油汽車那樣幾分鐘即可加滿油。2009年12月，社會上也因國家標(biāo)準(zhǔn)化委員會出臺電摩新國標(biāo)并宣布在2010年元旦正式實施而引起軒然大波，因為按照新國標(biāo)的電動自行車如果重量超過40公斤，速度超過20公里/小時，將對電動自行車按機動車道進(jìn)行規(guī)范和管理，這就意味著目前社會上的絕大部分超標(biāo)電動自行車將面臨走上機動車道，與汽車、摩托車爭車道的場景，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、上牌等一系列冗長的手續(xù)。 隨著電動自行車出現(xiàn)和普及，由于其便捷、省力和廉價的特點，電動車逐漸成為上班族的主要交通工具之一。在中東石油危機之后，人們對它的興趣慢慢減退了。也許，人們還不能期望蓄電池驅(qū)動的電動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力的電動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，電動車就可具有與燃油汽車相當(dāng)?shù)男旭偫锍?。鋰離子電池的優(yōu)點是電壓高，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，化學(xué)反應(yīng)過程相反，電解液中的硫酸不斷地得到補充，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)，以確保電動車達(dá)到合理的行駛里程(2)高比功率，以確保電動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)合理的運行環(huán)境要求；(7)充電快、效率高、設(shè)備簡單；(8)尺寸小；(9)發(fā)生事故時的安全性好；(10)可回收性好；(11)更換簡便。 電動車的性能評價林林總總、洋洋大觀的電動車家族種類繁多、性能各異，如何建立一個統(tǒng)一的性能標(biāo)準(zhǔn)，以評價這些不同廠家生產(chǎn)的、不同類型的電動車，成為電動車發(fā)展的一項基礎(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。對于改裝電動車，由于離合器、變速箱這類機械部件本身業(yè)已存在，采用多級變速驅(qū)動是最簡單的方法。采用齒輪變速箱的主要優(yōu)缺點有：(1) 帶有多級變速齒輪箱的傳動系統(tǒng)可以顯著地減小驅(qū)動電機和控制器的額定容量、體積和重量；(2) 使用齒輪箱，驅(qū)動系統(tǒng)能夠在電動車的轉(zhuǎn)速/轉(zhuǎn)矩要求范圍內(nèi)達(dá)到高效和優(yōu)化地運行；(3) 能夠在較寬的范圍內(nèi)達(dá)到制動能量的再生回饋；(4) 手動變速具有技術(shù)成熟、能量效率高的優(yōu)點；(5) 齒輪箱的使用可能會增加電動車的重量和體積；(6) 由于齒輪箱的效率問題，例如傳統(tǒng)的自動變速箱的效率通常只有75％~85%使用齒輪箱變速會降低驅(qū)動系統(tǒng)的總效率[16]。從廣義來看，電動車還不僅僅是一部機動車輛，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)濟等諸多方面的一個全新的領(lǐng)域。先進(jìn)的電機驅(qū)動技術(shù)發(fā)展將同時推動純電動車和混合式電動車的發(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)濟增長迅速、資源豐富和勞動力廉價的優(yōu)勢；(2) 合理地分配市場、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)計概念；(5) 政府采取優(yōu)惠政策和扶持措施；(6) 成立電動車信息中心，促進(jìn)技術(shù)和經(jīng)驗交流[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)，實現(xiàn)21世紀(jì)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，電動車正面臨著前所未有的發(fā)展機遇和挑戰(zhàn)。目前電動車整車價格昂貴的主要原因一方面是由于蓄電池價格昂貴，另一方面也因為電動車的產(chǎn)量小，其部件大部分都為電動(2) 車專用部件，而不是通用部件。表26是20輛電動和燃油小型巴士每運行5萬公里的總費用在不同的電價和柴油價格下的比較。其中蓄電池的成本占到電動車總成本的一半左右，電動車的一次性投資高于燃油車。雖然該法案未能通過議會表決而最終成為法律，但對電動車進(jìn)入市場已產(chǎn)生了巨大的影響。在這段時期，除了業(yè)余愛好者們還在鍥而不舍地改裝各種電動車，改善它們的性能之外，大汽車制造商們很少再投資發(fā)展電動車了[7]。1899年，金納茨的“永不滿足號”(The Never Satisfied)電動車曾在美國創(chuàng)下了110km/h的當(dāng)時最高時速記錄。這已是世界上第一輛電動車誕生半個多世紀(jì)之后的事了。早在約電動汽車的使用成本只是燃油汽車的20%左右[6]。F3DM雙模電動車搭載了全球最先進(jìn)的DM雙模系統(tǒng)。 大量使用汽車對環(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%。即使電動汽車?yán)檬唾Y源，通過“電能——電動機——車輪”的能量轉(zhuǎn)換和利用效率，也要比通過“石油——內(nèi)燃機——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，這致使目前電動車的售價很高，幾乎是傳統(tǒng)燃油汽車價格的一倍。法國人特魯夫于1881年第一次將直流電機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上，特魯夫展出了一輛能實際操作使用的電動三輪車。在這個時期，電動車占領(lǐng)了美國私人機動車的主要市場。當(dāng)時，一輛電動轎車大約需要5000~6000美金，相當(dāng)于今日一輛豪華勞斯萊斯的價格。1967年，美國成立了電動車協(xié)會，從此，美國的政府部門、企業(yè)和研究機構(gòu)能夠在該協(xié)會的協(xié)調(diào)指導(dǎo)下進(jìn)行電動車的研究開發(fā)工作。但進(jìn)入2000年以來，它還是獲得了迅速的發(fā)展。不怕不識貨，就怕貨比貨，從長遠(yuǎn)來看，電動車并不昂貴！目前推廣電動車的主要障礙是一次充電的行駛里程和初始價格。 電動與柴油小型公共巴士運行總費用比較電價／元／kW越是高性能的電池，其價格也越昂貴，因此必須延長蓄電池的使用壽命，以求降低年平均費用。在發(fā)展電動車方面，亞太地區(qū)的優(yōu)勢在于：自然資源豐富，勞動力廉價，對電動車的性能要求并不苛刻。市場要求電動車盡快降低成本，實現(xiàn)商品化。一般而言，對于小型車輛包括自行車和摩托車，純電動車更具有生命力。圖31 電動車的基本結(jié)構(gòu)圖32 電動車電力驅(qū)動子系統(tǒng)與燃油汽車相比，電動車的特點是結(jié)構(gòu)靈活。與傳統(tǒng)的自動變速箱相比，電動車的自動變速傳動橋同樣包括有盤形和帶形離合器、行星齒輪、差速器、執(zhí)行離合動作的液壓系統(tǒng)、潤滑油以及冷卻劑等等?，F(xiàn)代電動車大都采用這種結(jié)構(gòu)。 電動車參數(shù)一般來說，電動車和燃油汽車同樣都是機動車，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。對于電動車，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，電動車的行駛里程仍將不敵傳統(tǒng)汽車，這就是目前電動車還不能迅速普及的原因之一[21]。然而對于電動車，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)低于電動車本身的壽命。為了適合電動車的應(yīng)用，特別設(shè)計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衔铩⑻烊粴?、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)由于電動車頻繁起動或停車，使得蓄電池的放電過程變化很大。與超大電容器類似，它將電動車正常行駛時、剎車減速時或下坡時的動能儲存起來。消費者使用電動自行車的主要用途如圖51所示[29]。(2)支持電動自行車上路的地區(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)、扶持電動自行車產(chǎn)業(yè)，出臺更加符合電動自行車產(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，中國的電動自行車產(chǎn)業(yè)必將迎來又一波發(fā)展新高潮。混合動力驅(qū)動電動汽車是目前主流的電動車。一汽集團：發(fā)展目標(biāo)：到2012年，、混合動力客車1000輛的生產(chǎn)基地。近來，力神、比亞迪、比克、萬向等動力電池企業(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、大郡、湘潭電機、南車時代等電機企業(yè)加強與上下游企業(yè)合作，積極完善產(chǎn)業(yè)鏈建設(shè)。(2)電動汽車的成本高，是普通燃油汽車的一倍甚至兩倍，沒形成經(jīng)濟規(guī)模。但看到中國電動自行車產(chǎn)業(yè)所做出巨大成績的同時，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)展的一個熱點。因此，盡管這種燃料電池具有非常理想的比功率，但由于價格十分昂貴，降低成本是普及燃料電池的一個重大課題[26]。放電時，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，因為電池極板上均覆以硫酸鉛，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。 電動車的能源特點為了確保點東側(cè)合理的行駛性能，對其能源系統(tǒng)應(yīng)具有如下要求：(1)高比能量（2h放電率時至少44 W坡度越大，阻力越大。電子差速器的優(yōu)點是體積小、重量輕又可以實行精確的電子控制，提高電動車的性能。在變速時，通過離合器連接或切斷發(fā)動機到車輪的功率流。究竟采用哪種方案，主要依據(jù)電動車的能量和經(jīng)濟性，也涉及到電機和控制器的設(shè)計。實際上，電動車是機械、電力、磁力和化學(xué)定律巧妙結(jié)合的產(chǎn)物，現(xiàn)代電動車更是集機、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、電子、智能控制、電化學(xué)、計算機、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)動機、先進(jìn)蓄電池、先進(jìn)電機驅(qū)動系統(tǒng)、燃?xì)廨啓C、超大容量電解電容、高速飛輪儲存系統(tǒng)和燃料電池，將都被用來提高純電動車和混合式電動車的性能。(3) 充分利用本地的市場和資源優(yōu)勢，生產(chǎn)出性能和價格合理的電動車，并提供有效的基礎(chǔ)設(shè)施。與此同時，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。普及電動車的關(guān)鍵在于改善其性能和降低成本，因此電動車開發(fā)工程師、科研人員、發(fā)展商、電力部門以及政府機構(gòu)所面臨的主要課題是：(1) 降低電動車的價格。這樣電動車整個壽命期間的行駛費用比燃油車便宜而不包括電池的電動車價格可與燃油車媲美。目前電動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制增加電動車在該州的銷售。在1924年的全美汽車展中，電動車銷聲匿跡了，燃油汽車迎來了一個黃金時代，而這個黃金時代一直延續(xù)到60年代末。在1909年，克瑞基爾的公司破產(chǎn)之前，他還申請了渦輪機和電機混合型電動車的專利，這在當(dāng)時是非常先進(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構(gòu)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。目前的油價大約花費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