【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(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\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(kuò)大內(nèi)需、經(jīng)濟(jì)發(fā)展起到了關(guān)鍵的作用，極大地推動了人類社會的進(jìn)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(yán)重和全球溫室效應(yīng)等亟待解決的難題。因此具有清潔無污染、能量來源多樣化、能量轉(zhuǎn)化效率高、結(jié)構(gòu)簡單、使用維修方便等優(yōu)點的被譽(yù)為“ 21 世紀(jì)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(jī)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(fēng)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(jī)汽車， 80%以上的能量可由電動機(jī)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(jī)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(jī)的噪聲和振動要比發(fā)動機(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（論文） 2 電動汽車更利于電子信息技術(shù)的應(yīng)用，使電動汽車實現(xiàn)智能控制。而且，電動汽車結(jié)構(gòu)簡單，機(jī)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(yán)重和電池技術(shù)的進(jìn)步，電動汽車已被世界公認(rèn)為 21 世紀(jì)汽車工業(yè)改造和發(fā)展的主要方向。各國都制定了相關(guān)的政策以促進(jìn)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(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)出不同特點的電動汽車。同時，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，分工開發(fā)電動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 電動概念車。 Impact 電動汽車證明電力驅(qū)動技術(shù)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(chǔ)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(chǔ)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(jìn)口，油價很貴。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(lǐng)先地位 [4]。為促進(jìn)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(rèn)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(dāng)時世界上最先進(jìn)、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(guān)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(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)推廣電動汽車。標(biāo)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(tuán)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(bǔ)貼促進(jìn)消費的政策，以促進(jìn)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(qiáng)制要求各汽車公司電動汽車的銷售量達(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(jìn)行著。我國純電動汽車研究開始于 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(jìn)水平相比有 30 年以上的差距，但在電動汽車技術(shù)開發(fā)上的差距并不大，幾乎站在同一起跑線上 [2]。 我國在燃料電池汽車、混合動力電動汽車、純電動汽車等多個領(lǐng)域的自主研發(fā)中不斷取得突破 ， 在電動 汽車領(lǐng)域初步構(gòu)建起自主知識產(chǎn)權(quán)技術(shù)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(zhǔn)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(fēng)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(lǐng)域開創(chuàng)多項“國家紀(jì)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(fēng)汽車股份有限公司已經(jīng)開發(fā)出東風(fēng)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(fēng)純電動場地車成為北京奧運會比賽場館的唯一服務(wù)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(jì)性、續(xù)駛里程、重慶大學(xué)本科學(xué)生畢業(yè)設(shè)計（論文） 4 噪聲等指標(biāo)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(guān)鍵技術(shù)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(yù)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(guān)注，被譽(yù)為革命意義的“顛覆性”產(chǎn)品。雙模電動技術(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(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 ， 電動汽車還未真正實現(xiàn)商業(yè)化運作和服務(wù)于經(jīng)濟(jì)增長 ， 電動汽車在公交客車和旅游客車領(lǐng) 域的優(yōu)先發(fā)展優(yōu)勢還未得到實現(xiàn)。隨著技術(shù)和實際使用中關(guān)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(dāng)務(wù)之急 。 因此發(fā)展電動汽車對我國能源結(jié)構(gòu)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(guān)鍵技術(shù) 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(guān)鍵技術(shù)的解決才能迅速發(fā)展。 首先，動力電池技術(shù)是電動汽車 發(fā)展的最關(guān)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(shù)的發(fā)展。 目前，動力蓄電池是現(xiàn)在公認(rèn)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(xué)技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)代電動車的電池技術(shù)得到了飛速的發(fā)展，已達(dá)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(rèn)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(jī)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(jì) 80 年代前，幾乎所有的牽引電機(jī)都為直流電動機(jī)。但是傳統(tǒng)的直流電動機(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機(jī)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(jī)和無刷永磁電機(jī)系統(tǒng)。與原有的直流牽引電機(jī)相比，具有明顯優(yōu)勢，其突出優(yōu)點是體積小，質(zhì)量輕，效率高，基本免維護(hù)，調(diào)速范圍廣。 此外，還有電動汽車的整車技術(shù)。電動汽車是高科技綜合性產(chǎn)品，除電池、1 緒論 5 電動機(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(jì)就已經(jīng)存在，但現(xiàn)在的電動汽車不僅是以電動機(jī)、控制器和電源組成的以電驅(qū)動系統(tǒng)為基礎(chǔ)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(dá)國家對電動汽車技術(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了傳統(tǒng)汽車技術(shù)和產(chǎn)業(yè)的跨越式發(fā)展。同時，一場圍繞著“控制技術(shù)制高點、搶占核心技術(shù)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(fù)雜的系統(tǒng)工程，是一個涉及多個學(xué)科的高科技項目。在電動汽車技術(shù)快速發(fā)展的時代背景