【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 ................................................ 72 最高 行駛車速比較 ................................................................................. 72 最大爬坡度比較 ..................................................................................... 73 加速性比較 ............................................................................................ 74 循環(huán)工況動(dòng)力電池荷電狀態(tài)比較 ............................................................ 75 本章小結(jié) ....................................................................................................... 76 6 結(jié)論 .................................................................................................. 77 參考文獻(xiàn) ................................................................................................. 79 致 謝 ..................................................................................................... 81 1 緒論 1 1 緒論 人類為了生活和生產(chǎn)的需要， 1886 年發(fā)明了汽車。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，汽車已經(jīng)成為人們?nèi)粘Ｉ钪斜仨毜拇胶瓦\(yùn)輸工具。作為支柱產(chǎn)業(yè)的汽車行業(yè)，也帶動(dòng)了眾多的上、下游產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，對(duì)各 國(guó)的就業(yè)、擴(kuò)大內(nèi)需、經(jīng)濟(jì)發(fā)展起到了關(guān)鍵的作用，極大地推動(dòng)了人類社會(huì)的進(jìn)步。但是隨之而來(lái)的是因汽車快速發(fā)展帶來(lái)的石油能源逐漸趨于枯竭、環(huán)境污染日益嚴(yán)重和全球溫室效應(yīng)等亟待解決的難題。因此具有清潔無(wú)污染、能量來(lái)源多樣化、能量轉(zhuǎn)化效率高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用維修方便等優(yōu)點(diǎn)的被譽(yù)為“ 21 世紀(jì)綠色環(huán)保汽車”的電動(dòng)汽車越來(lái)越受到人們的青睞。 電動(dòng)汽車概述 電動(dòng)汽車通常分為純電動(dòng)汽車（ Electric Vehicle， EV）、混合動(dòng)力電動(dòng)汽車（ Hybrid Electric Vehicle， HEV）和燃料電池電動(dòng)汽車（ Fuel Cell Electric Vehicle， FCEV）三大類。其中純電動(dòng)汽車也稱為電池電動(dòng)汽車（ Battery Electric Vehicle， BEV），是指由車載電源提供全部動(dòng)力，用電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)車輪行駛，符合道路交通、安全法規(guī)等各項(xiàng)要求的汽車 [1]。 由于電動(dòng)汽車使用二次電力能源，不受石油資源的限制，可以有效減少對(duì)石油資源的依賴，可以將有限的石油用于更重要的方面。向蓄電池充電的電能可以由煤炭、天然氣、水能、核能、太陽(yáng)能、風(fēng)力、潮汐等能源轉(zhuǎn)化而來(lái)，從而可以節(jié)省日益枯竭的石油資源。 電動(dòng)汽車由電力驅(qū)動(dòng)，在行駛中不排放有害氣體。即使電動(dòng)汽車所消耗的電能由使用石油燃料的火力發(fā)電廠提供，火力發(fā)電的主要大氣污染物 NOX 也不到同類型汽油車的 10%[2]。 研究表明，電動(dòng)汽車的能源效率已經(jīng)超過(guò)內(nèi)燃機(jī)汽車， 80%以上的能量可由電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)化為汽車的動(dòng)力 [2]。特別是在城市運(yùn)行，汽車行駛工況變化較快、行駛速度不高。電動(dòng)汽車沒有怠速損失，停止時(shí)不消耗電量，制動(dòng)時(shí)能夠回收能量。即使考慮原油的發(fā)電效率，配送電效率，充放電效率，其最終效率也比內(nèi)燃機(jī)汽車高 [1]。 汽車的噪聲和振動(dòng)主要是由其動(dòng)力部分引起的，與傳統(tǒng)汽 車相比，特別是在加速時(shí)，電動(dòng)機(jī)的噪聲和振動(dòng)要比發(fā)動(dòng)機(jī)低的多，能夠大大降低人口稠密城市的噪音水平。 重慶大學(xué)本科學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 2 電動(dòng)汽車更利于電子信息技術(shù)的應(yīng)用，使電動(dòng)汽車實(shí)現(xiàn)智能控制。而且，電動(dòng)汽車結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，機(jī)械傳動(dòng)部件少，維修使用方便，駕駛操作簡(jiǎn)單。 電動(dòng)汽車發(fā)展現(xiàn)狀 國(guó)外發(fā)展現(xiàn)狀 近年來(lái)，隨著全球石油資源日漸短缺、大氣污染嚴(yán)重和電池技術(shù)的進(jìn)步，電動(dòng)汽車已被世界公認(rèn)為 21 世紀(jì)汽車工業(yè)改造和發(fā)展的主要方向。各國(guó)都制定了相關(guān)的政策以促進(jìn)電動(dòng)汽車的發(fā)展。 美國(guó)發(fā)展電動(dòng)汽車主要有以下幾項(xiàng)計(jì)劃： PNGV 計(jì)劃（新一代汽車伙伴計(jì)劃）、Freedom CAR 計(jì)劃（自由車計(jì)劃）、 EV 電池利用研究項(xiàng)目、氫燃料的研究和發(fā)展、綠色校車示范項(xiàng)目和 AVP 計(jì)劃 [3]。美國(guó)以三大汽車公司 （克萊斯勒、通用、福特）為主導(dǎo)，利用大汽車公司雄厚的技術(shù)開發(fā)力量和先進(jìn)制造條件，開發(fā)出不同特點(diǎn)的電動(dòng)汽車。同時(shí)，還充分利用汽車、機(jī)電、電子、控制和材料等行業(yè)的優(yōu)勢(shì)，分工開發(fā)電動(dòng)汽車的各種總成和技術(shù)單元。 1990 年洛杉磯車展上，通用公司推出了 Impact 電動(dòng)概念車。 Impact 電動(dòng)汽車證明電力驅(qū)動(dòng)技術(shù)對(duì)于生產(chǎn)實(shí)用化的電動(dòng)汽車是可行的。之后又經(jīng)過(guò) 6 年的努力在此車基礎(chǔ)上開發(fā)了 GM EV1 純電動(dòng)跑車。1993 年美國(guó)能源部與三大汽車公司簽訂了混合動(dòng)力電動(dòng)汽車開發(fā)合同，經(jīng)過(guò)五年的研制開發(fā)工作，于 1998 年在北美國(guó)際汽車展上展出了混合動(dòng)力樣車，并在此基礎(chǔ)上推出了混合動(dòng)力概念車 GM Precept、 Ford Prodigy、 Daimler Chrysler Dodge ESX3。 日本是最早開始發(fā)展電動(dòng)汽車的國(guó)家之一。日本國(guó)土狹小 ，汽 車保有量居全球第二位 ， 石油資源幾乎全部依賴進(jìn)口，油價(jià)很貴。日本工業(yè)發(fā)達(dá)，人口密度很大，城市污染嚴(yán)重。因此日本十分重視電動(dòng)汽車的研發(fā) ， 特別在開發(fā)混合動(dòng)力汽車方面處于全球領(lǐng)先地位 [4]。為促進(jìn)電動(dòng)汽車的發(fā)展，日本制定的電動(dòng)汽車研發(fā) 計(jì)劃有： 低公害車開發(fā)普及行 動(dòng)計(jì)劃 、 日本燃料電池發(fā)展計(jì)劃、 JHFC 示范工程和專項(xiàng)研究計(jì)劃等。豐田公司于 1971 年就致力于發(fā)展電動(dòng)汽車。 19831989 年期間，豐田公司研制出從 EV10 到 EV40 的一系列電動(dòng)汽車。隨后，在 1991 年開發(fā)出TownAceEV， 1992 年研制出 Crown Majesta EV， 1993 年開發(fā)出了 EV50， 1995 年研制出的 RAV4EV 在 FIA 得到認(rèn)可并在 1995 年斯堪的納維亞電動(dòng) 汽車會(huì)議上獲得成功，證實(shí)了它的性能。 1997 年豐田公司研制出的 RAVEV 型純電動(dòng)轎車上市銷售，是當(dāng)時(shí)世界上最先進(jìn)、最成熟的電動(dòng)汽車。同年 12 月，豐田汽車公司首先在日本市場(chǎng)推出了世界上第一款批量生產(chǎn)的混合動(dòng)力汽車 Prius。該轎車于 2020 年 7 月開1 緒論 3 始出口北美，同年九月開始出口歐洲。目前豐田已有 10 種混合動(dòng)力乘用車在約 50個(gè)國(guó)家和地區(qū)銷售，占據(jù)混合動(dòng)力汽車市場(chǎng) 90%的份額。 歐盟也制定了電動(dòng)汽車及其與能源相關(guān)的發(fā)展計(jì)劃 ： 如框架 FP 系列計(jì)劃 、 歐盟燃料電池研究發(fā)展示范計(jì)劃 、 歐盟燃料電池巴士示范計(jì)劃和歐洲電動(dòng)汽車城市運(yùn)輸系統(tǒng)計(jì)劃等。目前，法國(guó)電動(dòng)汽車的普及程度和保有量都位居世界前列。法國(guó)政府、法國(guó)電力公司、標(biāo)志 雪鐵龍汽車公司和雷諾汽車公司簽署協(xié)議，共同開發(fā)推廣電動(dòng)汽車。標(biāo)志 雪鐵龍 P106 型 4 座轎車已經(jīng)投入了商業(yè)運(yùn)行。 各國(guó)政府在大力扶持大型汽集團(tuán)的同時(shí)，紛紛制定環(huán)保和節(jié)能法規(guī)，采取投資、稅收優(yōu)惠、政府補(bǔ)貼促進(jìn)消費(fèi)的政策，以促進(jìn)電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。 如美國(guó)的《空氣清潔法》、《國(guó)家能源法》，強(qiáng)制要求各汽車公司電動(dòng)汽車的銷售量達(dá)到總銷量的一定比例。日本的《汽車 NOX 污染防治法》，強(qiáng) 制要求政府機(jī)構(gòu)必須逐年增加電動(dòng)汽車保有量的比例 [3]。 國(guó)內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀 與世界其他國(guó)家一樣，電動(dòng)汽車的研發(fā)工作在我國(guó)也正如火如荼地進(jìn)行著。我國(guó)純電動(dòng)汽車研究開始于 20 世紀(jì) 60 年代，到了 90 年代掀起了一股電動(dòng)汽車熱，部分高校、汽車科研機(jī)構(gòu)以及生產(chǎn)企業(yè)聯(lián)合開發(fā)充電電池和電動(dòng)汽車，并取得了一些成果。雖然在傳統(tǒng)汽車的開發(fā)上，我國(guó)與世界先進(jìn)水平相比有 30 年以上的差距，但在電動(dòng)汽車技術(shù)開發(fā)上的差距并不大，幾乎站在同一起跑線上 [2]。 我國(guó)在燃料電池汽車、混合動(dòng)力電動(dòng)汽車、純電動(dòng)汽車等多個(gè)領(lǐng)域的自主研發(fā)中不斷取得突破 ， 在電動(dòng) 汽車領(lǐng)域初步構(gòu)建起自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)技術(shù)體系 。 我國(guó)早在“八五”期間就啟動(dòng)了電動(dòng)汽車的研究與開發(fā)工作。在“九五”期間又啟動(dòng)了“空氣凈化工程”，并把電動(dòng)汽車項(xiàng)目列入國(guó)家重大科研產(chǎn)業(yè)化工程項(xiàng)目。到了“十五”，科技部提出了我國(guó)發(fā)展新能源汽車的實(shí)施方案，電動(dòng)汽車重大專項(xiàng)被批準(zhǔn)為 12 個(gè)重大科研專項(xiàng)之一?？萍疾吭凇笆晃濉眴?dòng)了“ 863”計(jì)劃新能源汽車重大項(xiàng)目。 東風(fēng)公司是我國(guó)最早從事電動(dòng)汽車研發(fā)的汽車企業(yè)之一，在電動(dòng)汽車領(lǐng)域開創(chuàng)多項(xiàng)“國(guó)家紀(jì)錄”，研制了第一臺(tái)純電動(dòng)概念轎車、第一臺(tái)純電動(dòng)客車等。至今東風(fēng)汽車股份有限公司已經(jīng)開發(fā)出東風(fēng)純電動(dòng)客車、純電動(dòng)輕卡、奧丁、帥克等10 款新能源車。在舉世矚目的 2020 北京奧運(yùn)會(huì)、殘奧會(huì)期間，東風(fēng)純電動(dòng)場(chǎng)地車成為北京奧運(yùn)會(huì)比賽場(chǎng)館的唯一服務(wù)車。 天津清源電動(dòng)車輛有限公司研發(fā)的電動(dòng)轎車的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性、續(xù)駛里程、重慶大學(xué)本科學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 4 噪聲等指標(biāo)已超過(guò)法國(guó)雪鐵龍公司的電動(dòng)轎車和箱式貨車，初步形成了關(guān)鍵技術(shù)的研發(fā)能力。眾泰 2020EV 是國(guó)內(nèi)首款能批量生產(chǎn)、銷售 的純電動(dòng)汽車，被譽(yù)為國(guó)內(nèi)純電動(dòng)“第一車”。 2020 年比亞迪推出的第一款量產(chǎn) F3DM 雙模電動(dòng)汽車為電動(dòng)汽車走向市場(chǎng)拉開了序幕。 F6DM 在 2020 年年初的日內(nèi)瓦車展和底特律車展上相繼亮相，引起歐美汽車市場(chǎng)的廣泛關(guān)注，被譽(yù)為革命意義的“顛覆性”產(chǎn)品。雙模電動(dòng)技術(shù)使比亞迪一舉與通用、豐田等品牌站在同一技術(shù)平臺(tái)上 [5]。 我國(guó)在電動(dòng)汽車方面已經(jīng)開展了大量的研發(fā)工作 ， 國(guó)家和有關(guān)部門和單位都投入了相當(dāng)?shù)娜肆ξ锪?， 也取得了許多的成果。但迄今為止 ， 電動(dòng)汽車還未真正實(shí)現(xiàn)商業(yè)化運(yùn)作和服務(wù)于經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng) ， 電動(dòng)汽車在公交客車和旅游客車領(lǐng) 域的優(yōu)先發(fā)展優(yōu)勢(shì)還未得到實(shí)現(xiàn)。隨著技術(shù)和實(shí)際使用中關(guān)鍵問(wèn)題的解決 ， 電動(dòng)汽車的產(chǎn)業(yè)化將成為必然。我 國(guó)能源匱乏， 加上 產(chǎn)石油國(guó)家地區(qū)政局動(dòng)蕩和戰(zhàn)火不斷 ， 減少對(duì)石化燃料的依賴是我國(guó)的當(dāng)務(wù)之急 。 因此發(fā)展電動(dòng)汽車對(duì)我國(guó)能源結(jié)構(gòu)調(diào)整和提高能源系統(tǒng)運(yùn)行效率具有重要的戰(zhàn)略意義。 電動(dòng)汽車的關(guān)鍵技術(shù) 電動(dòng)汽車在節(jié)能、環(huán)保和改變傳統(tǒng)能源格局方面有較大優(yōu)勢(shì)，但是電動(dòng)汽車的一次續(xù)駛里程短、充電時(shí)間長(zhǎng)、電池壽命短和價(jià)格高等問(wèn)題已經(jīng)制約了電動(dòng)汽車的發(fā)展。因此，電動(dòng)汽車必須通過(guò)以下關(guān)鍵技術(shù)的解決才能迅速發(fā)展。 首先，動(dòng)力電池技術(shù)是電動(dòng)汽車 發(fā)展的最關(guān)鍵因素。動(dòng)力電池 是純電動(dòng)汽車的全部動(dòng)力來(lái)源和混合動(dòng)力汽車的部分動(dòng)力來(lái)源。這表明，無(wú)論純電動(dòng)或混合動(dòng)力汽車都有賴于電池技術(shù)的發(fā)展。 目前，動(dòng)力蓄電池是現(xiàn)在公認(rèn)的制約電動(dòng)汽車發(fā)展的瓶頸。主要表現(xiàn)為蓄電池的比能量不夠大，造成續(xù)駛里程不夠長(zhǎng)；充電時(shí)間較長(zhǎng)，使用不方便；使用壽命短，成本高。但隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)代電動(dòng)車的電池技術(shù)得到了飛速的發(fā)展，已達(dá)到實(shí)用化的要求。 第二代動(dòng)力電池中的鋰離子電池和鎳氫電池被認(rèn)為是適用于電動(dòng)汽車（ EV）和混合電動(dòng)汽車（ HEV）的兩種動(dòng)力電池 [6]。 其次，驅(qū)動(dòng)電機(jī)是電動(dòng)汽車的主 要部件。由于電池提供的是直流電，因此 20世紀(jì) 80 年代前，幾乎所有的牽引電機(jī)都為直流電動(dòng)機(jī)。但是傳統(tǒng)的直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子上的電樞繞組使轉(zhuǎn)子體積和慣性都有所增大，機(jī)械式換向器使其工作環(huán)境受到限制，效率比其他類型電動(dòng)機(jī)低，并且需要維修保養(yǎng)。因此近十年來(lái)，主要發(fā)展交流異步電機(jī)和無(wú)刷永磁電機(jī)系統(tǒng)。與原有的直流牽引電機(jī)相比，具有明顯優(yōu)勢(shì)，其突出優(yōu)點(diǎn)是體積小，質(zhì)量輕，效率高，基本免維護(hù)，調(diào)速范圍廣。 此外，還有電動(dòng)汽車的整車技術(shù)。電動(dòng)汽車是高科技綜合性產(chǎn)品，除電池、1 緒論 5 電動(dòng)機(jī)外，車身本體也包含很多高新技術(shù)。采用輕質(zhì)材料如鎂、鋁、優(yōu)質(zhì)鋼材及復(fù)合材料，優(yōu)化結(jié)構(gòu)，可以使電動(dòng)汽車自身質(zhì)量減輕 30%~50%；實(shí)現(xiàn)制動(dòng)、下坡和怠速時(shí)的能量回收；采用高彈滯材料制成的高氣壓子午線輪胎，可以使汽車的滾動(dòng)阻力減小 50%；汽車車身特別是汽車底部的流線型，可使汽車空氣阻力減小50%[2]。 課題研究的背景和重要意義 盡管電動(dòng)汽車在 20 世紀(jì)就已經(jīng)存在，但現(xiàn)在的電動(dòng)汽車不僅是以電動(dòng)機(jī)、控制器和電源組成的以電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)為基礎(chǔ)的車輛，電動(dòng)汽 車由于其環(huán)保特性和能源的廣泛性，將成為未來(lái)汽車最主要、最簡(jiǎn)潔的解決方案。以電動(dòng)汽車為代表的新一代節(jié)能環(huán)保汽車是汽車工業(yè)發(fā)展的必然趨勢(shì)已經(jīng)成為普遍共識(shí)。 發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)電動(dòng)汽車技術(shù)和產(chǎn)品的研究以及產(chǎn)業(yè)化投入了大量的資金，一方面促進(jìn)了電動(dòng)汽車本身技術(shù)和產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展；另一方面極大地推動(dòng)了傳統(tǒng)汽車技術(shù)和產(chǎn)業(yè)的跨越式發(fā)展。同時(shí)，一場(chǎng)圍繞著“控制技術(shù)制高點(diǎn)、搶占核心技術(shù)資源”的沒有硝煙的“戰(zhàn)爭(zhēng)”正在拉開帷幕。 電動(dòng)汽車是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，是一個(gè)涉及多個(gè)學(xué)科的高科技項(xiàng)目。在電動(dòng)汽車技術(shù)快速發(fā)展的時(shí)代背景