【文章內(nèi)容簡介】 ................................................ 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 ................................................................................................. 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。隨著科學技術的不斷進步和經(jīng)濟的發(fā)展，汽車已經(jīng)成為人們?nèi)粘Ｉ钪斜仨毜拇胶瓦\輸工具。作為支柱產(chǎn)業(yè)的汽車行業(yè)，也帶動了眾多的上、下游產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，對各 國的就業(yè)、擴大內(nèi)需、經(jīng)濟發(fā)展起到了關鍵的作用，極大地推動了人類社會的進步。但是隨之而來的是因汽車快速發(fā)展帶來的石油能源逐漸趨于枯竭、環(huán)境污染日益嚴重和全球溫室效應等亟待解決的難題。因此具有清潔無污染、能量來源多樣化、能量轉(zhuǎn)化效率高、結(jié)構簡單、使用維修方便等優(yōu)點的被譽為“ 21 世紀綠色環(huán)保汽車”的電動汽車越來越受到人們的青睞。 電動汽車概述 電動汽車通常分為純電動汽車（ Electric Vehicle， EV）、混合動力電動汽車（ Hybrid Electric Vehicle， HEV）和燃料電池電動汽車（ Fuel Cell Electric Vehicle， FCEV）三大類。其中純電動汽車也稱為電池電動汽車（ Battery Electric Vehicle， BEV），是指由車載電源提供全部動力，用電動機驅(qū)動車輪行駛，符合道路交通、安全法規(guī)等各項要求的汽車 [1]。 由于電動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、太陽能、風力、潮汐等能源轉(zhuǎn)化而來，從而可以節(jié)省日益枯竭的石油資源。 電動汽車由電力驅(qū)動，在行駛中不排放有害氣體。即使電動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，電動汽車的能源效率已經(jīng)超過內(nèi)燃機汽車， 80%以上的能量可由電動機轉(zhuǎn)化為汽車的動力 [2]。特別是在城市運行，汽車行駛工況變化較快、行駛速度不高。電動汽車沒有怠速損失，停止時不消耗電量，制動時能夠回收能量。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)燃機汽車高 [1]。 汽車的噪聲和振動主要是由其動力部分引起的，與傳統(tǒng)汽 車相比，特別是在加速時，電動機的噪聲和振動要比發(fā)動機低的多，能夠大大降低人口稠密城市的噪音水平。 重慶大學本科學生畢業(yè)設計（論文） 2 電動汽車更利于電子信息技術的應用，使電動汽車實現(xiàn)智能控制。而且，電動汽車結(jié)構簡單，機械傳動部件少，維修使用方便，駕駛操作簡單。 電動汽車發(fā)展現(xiàn)狀 國外發(fā)展現(xiàn)狀 近年來，隨著全球石油資源日漸短缺、大氣污染嚴重和電池技術的進步，電動汽車已被世界公認為 21 世紀汽車工業(yè)改造和發(fā)展的主要方向。各國都制定了相關的政策以促進電動汽車的發(fā)展。 美國發(fā)展電動汽車主要有以下幾項計劃： PNGV 計劃（新一代汽車伙伴計劃）、Freedom CAR 計劃（自由車計劃）、 EV 電池利用研究項目、氫燃料的研究和發(fā)展、綠色校車示范項目和 AVP 計劃 [3]。美國以三大汽車公司 （克萊斯勒、通用、福特）為主導，利用大汽車公司雄厚的技術開發(fā)力量和先進制造條件，開發(fā)出不同特點的電動汽車。同時，還充分利用汽車、機電、電子、控制和材料等行業(yè)的優(yōu)勢，分工開發(fā)電動汽車的各種總成和技術單元。 1990 年洛杉磯車展上，通用公司推出了 Impact 電動概念車。 Impact 電動汽車證明電力驅(qū)動技術對于生產(chǎn)實用化的電動汽車是可行的。之后又經(jīng)過 6 年的努力在此車基礎上開發(fā)了 GM EV1 純電動跑車。1993 年美國能源部與三大汽車公司簽訂了混合動力電動汽車開發(fā)合同，經(jīng)過五年的研制開發(fā)工作，于 1998 年在北美國際汽車展上展出了混合動力樣車，并在此基礎上推出了混合動力概念車 GM Precept、 Ford Prodigy、 Daimler Chrysler Dodge ESX3。 日本是最早開始發(fā)展電動汽車的國家之一。日本國土狹小 ，汽 車保有量居全球第二位 ， 石油資源幾乎全部依賴進口，油價很貴。日本工業(yè)發(fā)達，人口密度很大，城市污染嚴重。因此日本十分重視電動汽車的研發(fā) ， 特別在開發(fā)混合動力汽車方面處于全球領先地位 [4]。為促進電動汽車的發(fā)展，日本制定的電動汽車研發(fā) 計劃有： 低公害車開發(fā)普及行 動計劃 、 日本燃料電池發(fā)展計劃、 JHFC 示范工程和專項研究計劃等。豐田公司于 1971 年就致力于發(fā)展電動汽車。 19831989 年期間，豐田公司研制出從 EV10 到 EV40 的一系列電動汽車。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 得到認可并在 1995 年斯堪的納維亞電動 汽車會議上獲得成功，證實了它的性能。 1997 年豐田公司研制出的 RAVEV 型純電動轎車上市銷售，是當時世界上最先進、最成熟的電動汽車。同年 12 月，豐田汽車公司首先在日本市場推出了世界上第一款批量生產(chǎn)的混合動力汽車 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 種混合動力乘用車在約 50個國家和地區(qū)銷售，占據(jù)混合動力汽車市場 90%的份額。 歐盟也制定了電動汽車及其與能源相關的發(fā)展計劃 ： 如框架 FP 系列計劃 、 歐盟燃料電池研究發(fā)展示范計劃 、 歐盟燃料電池巴士示范計劃和歐洲電動汽車城市運輸系統(tǒng)計劃等。目前，法國電動汽車的普及程度和保有量都位居世界前列。法國政府、法國電力公司、標志 雪鐵龍汽車公司和雷諾汽車公司簽署協(xié)議，共同開發(fā)推廣電動汽車。標志 雪鐵龍 P106 型 4 座轎車已經(jīng)投入了商業(yè)運行。 各國政府在大力扶持大型汽集團的同時，紛紛制定環(huán)保和節(jié)能法規(guī)，采取投資、稅收優(yōu)惠、政府補貼促進消費的政策，以促進電動汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。 如美國的《空氣清潔法》、《國家能源法》，強制要求各汽車公司電動汽車的銷售量達到總銷量的一定比例。日本的《汽車 NOX 污染防治法》，強 制要求政府機構必須逐年增加電動汽車保有量的比例 [3]。 國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀 與世界其他國家一樣，電動汽車的研發(fā)工作在我國也正如火如荼地進行著。我國純電動汽車研究開始于 20 世紀 60 年代，到了 90 年代掀起了一股電動汽車熱，部分高校、汽車科研機構以及生產(chǎn)企業(yè)聯(lián)合開發(fā)充電電池和電動汽車，并取得了一些成果。雖然在傳統(tǒng)汽車的開發(fā)上，我國與世界先進水平相比有 30 年以上的差距，但在電動汽車技術開發(fā)上的差距并不大，幾乎站在同一起跑線上 [2]。 我國在燃料電池汽車、混合動力電動汽車、純電動汽車等多個領域的自主研發(fā)中不斷取得突破 ， 在電動 汽車領域初步構建起自主知識產(chǎn)權技術體系 。 我國早在“八五”期間就啟動了電動汽車的研究與開發(fā)工作。在“九五”期間又啟動了“空氣凈化工程”，并把電動汽車項目列入國家重大科研產(chǎn)業(yè)化工程項目。到了“十五”，科技部提出了我國發(fā)展新能源汽車的實施方案，電動汽車重大專項被批準為 12 個重大科研專項之一?？萍疾吭凇笆晃濉眴恿恕?863”計劃新能源汽車重大項目。 東風公司是我國最早從事電動汽車研發(fā)的汽車企業(yè)之一，在電動汽車領域開創(chuàng)多項“國家紀錄”，研制了第一臺純電動概念轎車、第一臺純電動客車等。至今東風汽車股份有限公司已經(jīng)開發(fā)出東風純電動客車、純電動輕卡、奧丁、帥克等10 款新能源車。在舉世矚目的 2020 北京奧運會、殘奧會期間，東風純電動場地車成為北京奧運會比賽場館的唯一服務車。 天津清源電動車輛有限公司研發(fā)的電動轎車的動力性、經(jīng)濟性、續(xù)駛里程、重慶大學本科學生畢業(yè)設計（論文） 4 噪聲等指標已超過法國雪鐵龍公司的電動轎車和箱式貨車，初步形成了關鍵技術的研發(fā)能力。眾泰 2020EV 是國內(nèi)首款能批量生產(chǎn)、銷售 的純電動汽車，被譽為國內(nèi)純電動“第一車”。 2020 年比亞迪推出的第一款量產(chǎn) F3DM 雙模電動汽車為電動汽車走向市場拉開了序幕。 F6DM 在 2020 年年初的日內(nèi)瓦車展和底特律車展上相繼亮相，引起歐美汽車市場的廣泛關注，被譽為革命意義的“顛覆性”產(chǎn)品。雙模電動技術使比亞迪一舉與通用、豐田等品牌站在同一技術平臺上 [5]。 我國在電動汽車方面已經(jīng)開展了大量的研發(fā)工作 ， 國家和有關部門和單位都投入了相當?shù)娜肆ξ锪?， 也取得了許多的成果。但迄今為止 ， 電動汽車還未真正實現(xiàn)商業(yè)化運作和服務于經(jīng)濟增長 ， 電動汽車在公交客車和旅游客車領 域的優(yōu)先發(fā)展優(yōu)勢還未得到實現(xiàn)。隨著技術和實際使用中關鍵問題的解決 ， 電動汽車的產(chǎn)業(yè)化將成為必然。我 國能源匱乏， 加上 產(chǎn)石油國家地區(qū)政局動蕩和戰(zhàn)火不斷 ， 減少對石化燃料的依賴是我國的當務之急 。 因此發(fā)展電動汽車對我國能源結(jié)構調(diào)整和提高能源系統(tǒng)運行效率具有重要的戰(zhàn)略意義。 電動汽車的關鍵技術 電動汽車在節(jié)能、環(huán)保和改變傳統(tǒng)能源格局方面有較大優(yōu)勢，但是電動汽車的一次續(xù)駛里程短、充電時間長、電池壽命短和價格高等問題已經(jīng)制約了電動汽車的發(fā)展。因此，電動汽車必須通過以下關鍵技術的解決才能迅速發(fā)展。 首先，動力電池技術是電動汽車 發(fā)展的最關鍵因素。動力電池 是純電動汽車的全部動力來源和混合動力汽車的部分動力來源。這表明，無論純電動或混合動力汽車都有賴于電池技術的發(fā)展。 目前，動力蓄電池是現(xiàn)在公認的制約電動汽車發(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；充電時間較長，使用不方便；使用壽命短，成本高。但隨著科學技術的發(fā)展，現(xiàn)代電動車的電池技術得到了飛速的發(fā)展，已達到實用化的要求。 第二代動力電池中的鋰離子電池和鎳氫電池被認為是適用于電動汽車（ EV）和混合電動汽車（ HEV）的兩種動力電池 [6]。 其次，驅(qū)動電機是電動汽車的主 要部件。由于電池提供的是直流電，因此 20世紀 80 年代前，幾乎所有的牽引電機都為直流電動機。但是傳統(tǒng)的直流電動機轉(zhuǎn)子上的電樞繞組使轉(zhuǎn)子體積和慣性都有所增大，機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機低，并且需要維修保養(yǎng)。因此近十年來，主要發(fā)展交流異步電機和無刷永磁電機系統(tǒng)。與原有的直流牽引電機相比，具有明顯優(yōu)勢，其突出優(yōu)點是體積小，質(zhì)量輕，效率高，基本免維護，調(diào)速范圍廣。 此外，還有電動汽車的整車技術。電動汽車是高科技綜合性產(chǎn)品，除電池、1 緒論 5 電動機外，車身本體也包含很多高新技術。采用輕質(zhì)材料如鎂、鋁、優(yōu)質(zhì)鋼材及復合材料，優(yōu)化結(jié)構，可以使電動汽車自身質(zhì)量減輕 30%~50%；實現(xiàn)制動、下坡和怠速時的能量回收；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 盡管電動汽車在 20 世紀就已經(jīng)存在，但現(xiàn)在的電動汽車不僅是以電動機、控制器和電源組成的以電驅(qū)動系統(tǒng)為基礎的車輛，電動汽 車由于其環(huán)保特性和能源的廣泛性，將成為未來汽車最主要、最簡潔的解決方案。以電動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)展的必然趨勢已經(jīng)成為普遍共識。 發(fā)達國家對電動汽車技術和產(chǎn)品的研究以及產(chǎn)業(yè)化投入了大量的資金，一方面促進了電動汽車本身技術和產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展；另一方面極大地推動了傳統(tǒng)汽車技術和產(chǎn)業(yè)的跨越式發(fā)展。同時，一場圍繞著“控制技術制高點、搶占核心技術資源”的沒有硝煙的“戰(zhàn)爭”正在拉開帷幕。 電動汽車是一個復雜的系統(tǒng)工程，是一個涉及多個學科的高科技項目。在電動汽車技術快速發(fā)展的時代背景