【文章內容簡介】 1 降低電動車的價格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所以蓄電池的高能化和電動車的標準化是降低電動車成本的關鍵 3 提高一次充電后的行駛里 程電動車要大量普及必須進一步提高一次充電后的行駛里程 4 延長蓄電池的使用壽命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 5 發(fā)展包括充電設施在內的基礎設施除了工作單位家庭等夜間充電設備之外還必須建立行車途中充電所必需的充電網絡為此必須形成一個由國家地方團體電力公司以及生產廠商共同參與的協(xié)作機制 6 電動車是一門涉及多學科的工程問題發(fā)展電動車必須有來自不同領域的專家如電氣工程師電子工程師機械工程師化學工程師以及汽車工程師聚集一堂共同參與實現系統(tǒng)的整合和優(yōu)化以改善 電動車的性能 7 由于電動車的電氣驅動特性與燃油汽車的引擎驅動有著本質的不同電動車工程中的主要問題是要將汽車工程電氣電子工程以及化學工程領域中最新的技術發(fā)展結合到電動車的設計中來實現能量的最優(yōu)化利用 電動車開發(fā)中要考慮的具體問題列舉如下 1 了解車輛使用的市場和環(huán)境 2 決定電動車的技術條件 3 決定使用電動車所需的基礎設施以及蓄電池的回收設施 4 決定整個系統(tǒng)的結構 5 設計底盤和車體 6 決定能量方式采用發(fā)電方式或儲存方式純電動式或混合式 7 決定驅動系統(tǒng)包括電動機控制器 和變速器的類型單電機或多電機驅動有齒輪減速或無齒輪減速及其安裝方式等等 8 根據電動車的行駛要求決定電驅動的技術條件和能源容量 9 采用智能化的能量管理系統(tǒng) 10 分析各個子系統(tǒng)之間的相互作用以及對安全和成本的影響 11 優(yōu)化電機驅動的效率 12 通過計算機仿真計算優(yōu)化整個系統(tǒng) [11] 不久的將來我們的城市將會用上由太陽能風能氫能及核能產生的電能而取之不盡用之不竭的海水也將成為人類的主要能源與此同時人類需要開發(fā)更有效更安全的交通工具保護環(huán)境保護自然為了解決空氣污染以及二氧化碳所產生的溫室 效應實現 211 綜合技術優(yōu)勢集中汽車技術電機技術電 子技術材料技術等相關技術的優(yōu)勢進行系統(tǒng)綜合和優(yōu)化 2 綜合社會優(yōu)勢集中政府工業(yè)電力交通用戶的優(yōu)勢進行大協(xié)作共同分擔風險和享受成果 3 充分利用本地的市場和資源優(yōu)勢生產出性能和價格合理的電動車并提供有效的基礎設施 我國的國情有別于西方國家為了加速我國的電動車發(fā)展我們應該考慮如下措施 1 充分利用本地區(qū)經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 制定技術規(guī)范標準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技術和經驗交流 [12] 推動電動車發(fā)展的動力來源于市場而市場要求電動車盡快走出實驗室實現商品化電動車能否成功地實現商品化一方面取決于制造商能否提供性能優(yōu)良經久耐用使用方便及價格低廉的車輛另一方面還取決于電動車是否有足 夠的市場得以激勵制造商不斷地改進和開發(fā)新型電動車因此成功發(fā)展電動車的關鍵在于開發(fā)電動車本身與開發(fā)市場并舉為此必須建立汽車工業(yè)界政府和電力部門三者的良好協(xié)作關系共同努力開發(fā)電動車完善電動車市場 推動電動車發(fā)展的動力來源于環(huán)境保護和市場需求市場要求 電動車盡快降低成本實現商品化但是用戶政府和企業(yè)對電動車的興趣和側重點各有不同尋求它們的共識則將是電動車發(fā)展和推廣應用的關鍵如圖 27 所示 圖 27 用戶政府和企業(yè)之間的關系 目前電動車存在的問題是初始成本高和行駛里程不理想其中主要原因是電池問題有人說要等新型電池有突破才可以推廣電動車實際上即使利用現有的技術只要根據上述工程哲學根據不同的用途情況加以優(yōu)化不僅從技術入手更從綜合經濟措施人手即可以取得綜合技術經濟效益 現在電動車已經開始初步進入市場但燃油發(fā)動機仍占絕大多數份額在未來的 10 年里純電動車 混合式電動車和燃料電池電動車市場份額將以穩(wěn)定的速度增加而燃油汽車的市場份額從現在開始將會逐漸減少 預計 10 年后純電動車將占據一個明顯的市場份額而混合式電動車和燃料電池電動車市場份額將與燃油汽車所占的份額相當所有電動車加在一起的市場份額將會超過燃油汽車在未來的 10 年內初始能源將從現在的石油天然氣煤和核能逐漸發(fā)展到使用可再生的能源燃料從現在汽油柴油和壓縮天然氣逐漸發(fā)展到電能再逐漸發(fā)展到使用乙醇和氫氣日趨成熟的可以應用的技術如先進發(fā)動機先進蓄電池先進電機驅動系統(tǒng)燃氣輪機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先進的電機驅動技術發(fā)展將同時推動純電動車和混合式電動車的發(fā)展低空氣阻力系數技術低滾動阻力輪胎技術重量輕的車身和部件技術將會被純電動車混合式電動車和燃油汽車共同應用不斷提高它們各自的性能 [13] 未來的發(fā)展趨勢將是燃料電池電動車和混合式電動車將有長遠的市場前景因為這兩種電動車具有與目前汽車基本相同的功能但它們的結構復雜成本較高因此要對性能和價格兩方面進行平衡純電動車則適合特定的市場如 1 社區(qū)交通 2 電價便宜使用方便的地區(qū) 3 零排放管制地區(qū)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其根本原因是在小型車輛中電池的不利因素較少 未來 10 年中純電動車和混合式電動車在其特定市場范圍內的商業(yè)化將增長增長的速度主要取決于它們的價格未來 20 年內燃料電池電動車的商業(yè)化也將增長總而言之未來 30 年內的前景十分令人鼓舞因為越來越多的人將駕駛潔凈的交通工具而電源和電力驅動仍是關鍵技術環(huán)境問題仍是發(fā)展電動車的推動力在我國電動車更有著獨特的市場中國的大城市普遍存在著十分嚴重的交通問題和空氣污染問題這些城市人口稠密道路狹窄因此作為一種小型中速和短途的日常交通工具電動車是十分理想的電 動車在中國有很好的發(fā)展條件和廣闊的應用前景并已在八五和九五期間將電動車列為國家重大項目可以預期電動車的研制和開發(fā)將會快取得一批重要成果為電動車在我國的推廣應用減少空氣污染保護環(huán)境發(fā)揮重要的推動作用 [14] 電動車的組成結構 今天電力在人們的生活中已得到廣泛應用因此用電力驅動車輛被認為是最自然不過的事情了但是在很多人的眼里電動車既神秘又有很強的吸引力實際上電動車是機械電力磁力和化學定律巧妙結合的產物現代電動車更是集機電化光各學科領域中最新技術于一體是汽車電力拖動電子智能控制電化學計算機新能源新材料等工程技 術中最新科技成果的集成產物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)境保護政治經濟等諸多方面的一個全新的領域 高性能的電動車通常是根據現代電動車系統(tǒng)理論專門設計制造的為了提高電動車的性能必須對電動車的結構和參數進行系統(tǒng)的分析研究 電動車基本結構 如圖 31所示電動車的基本結構系統(tǒng)可分為 3個子系統(tǒng)即電力驅動子系統(tǒng)主能源子系統(tǒng)和輔助控制子系統(tǒng)其中電力驅動子系統(tǒng)又由電控系統(tǒng)電機機械傳動系統(tǒng)和驅動車輪等部分組成 如圖 3 主能源子系統(tǒng)由主電源和能量管理系統(tǒng)構成能量管理系統(tǒng)是實現能源 利用監(jiān)控能量再生協(xié)調控制等功能的關鍵部件而輔助控制子系統(tǒng)主要是為電動車提供控制電源具有輔助電源的控制動力轉向充電控制空氣調節(jié)等功能 [15] 圖 31 電動車的基本結構 圖 321 帶有多級變速齒輪箱的傳動系統(tǒng)可以顯著地減小驅動電機和控制器的額定容量體積和重量 2 使用齒輪箱驅動系統(tǒng)能夠在電動車的轉速轉矩要求范圍內達到高效和優(yōu)化地運行 3 能夠在較寬的范圍內達到制動能量的再生回饋 4 手動變速具有技術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動系統(tǒng)的總效率 [16]4級或 5級變速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動是最簡單的方法通常這類改裝電動車的性能直接取決于蓄電池由于目前蓄電池的能量密度遠低于汽油因此改裝電動車難 以獲得很高的性能 2 采用固定減速比的電動車 采用固定減速比的轉矩轉速驅動特性隨著電動機控制性能的改善電動機驅動具有相當大的控制靈活性和理想的轉矩轉速特性完全可以滿足機動車的驅動性能要求因而用一個固定速比的減速箱取代汽車中的離合器和變速箱已成為可能從而可以大大減輕電動車的自重提高能量傳輸效率并降低電動車的成本現代電動車大都采用這種結構 3 采用電動輪驅動的電動車 如果將驅動電動機直接安裝在車輪中可以使電動車的結構變得更加緊湊進而進一步縮小電動車的體積減輕其重量提高傳輸效率并降低成本左圖顯示一種采用永磁電 動機的電動輪驅動的電動車結構這種結構采用低速外轉子電機徹底取代了笨重的減速齒輪箱使得電動車的車速控制完全取決于電動機的轉速控制這種結構的優(yōu)點是取消了傳動齒輪箱其代價是低速電機的體積重量和成本通常比較高采用電動輪驅動的電動車通常采用兩輪或四輪驅動 4 單電機或多電機驅動 汽車在轉彎時由于內外側車輪的轉彎半徑不同必須調整兩側車輪的速度實行差速以使得汽車可以平穩(wěn)行駛對于傳統(tǒng)的燃油汽車無論是前輪驅動或是后輪驅動機械式差速器是必備的部件而對于電動車如果采用雙電機或者四電機驅動由于每個電機的轉速可以有效地獨立調節(jié)控制 實現電子差速在這種情況下電動車可以不用機械差速器 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然而目前普及電子差速器的障礙在于它的可靠性以及進一步降低成本如果電動車采用的是單電機驅動則必須裝有機械差速器就目前的技術發(fā)展來看帶機械差速器的單電機驅動系統(tǒng)仍占主導地位是電動車驅動的主流形式而采用電子差速的多電機系統(tǒng)也在進一步的發(fā)展之中兩者孰優(yōu)孰劣目前還沒有定論 5 能源系統(tǒng)對電動車結構的影響 除了電力驅動系統(tǒng)對電動車結構的影響之外不同的能源系統(tǒng)如各種蓄電池燃料電池高速飛輪及超大電容器等 不同的儲能手段都能構成不同的電動車結構對電動車的性能產生很大的影響 [17] 電動車參數 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學和物理手段并無大異因此大多數的電動車參數都可以從發(fā)展成熟的燃油汽車體系中借鑒但是由于電動車的特殊性她的蓄電重量效率再生能量的利用效率等性能參數卻是傳統(tǒng)的燃油汽車所沒有的 重量和體積參數 電動車的重量是重要的性能參數因為它們直接影響到電動車的行駛里程和行駛性能電動車的重量定義如下 1 自重不包括載重的電動車重量 2 毛重包括載重的電動車重量 3 載重乘客和貨物的總重量 4 慣性重量自重加標準的載重量 5 最大重量電動車在得以安全行駛條件下的最大毛重 6 驅動系統(tǒng)重量電動車整個驅動系統(tǒng)的重量 7 蓄電池重量電動車車載蓄電池的重量 電動車的體積參數與傳統(tǒng)汽車類似主要是 1 車體尺寸車體的長寬高 2 前部面積車體的前部等效面積將直接影響電動車的空氣阻力系數 3 座位容積車內允許的乘客數量 4 貨物容積車內允許的貨物容積 力參數 機動車行駛要克服的阻力稱為道路負載道路負載 Fl主要由空氣 阻力 Fd輪胎滾動阻力 Fr 和爬坡阻力 Fc 等三個分量構成如圖 27 所示它的數學表達式為 Fl Fd Fr Fc 圖 33 電動車的道路負載 空氣阻力 Fd 是由于機動車高速穿過空氣障礙而產生的運動阻力 輪胎滾動阻力 Fr 是由于輪胎與地面摩擦產生的阻力影響滾動阻力的因素主要有輪胎的形狀壓力溫度胎面厚度線網層車速以及所傳遞的轉矩等等其中胎型和壓力又是最主要的因素 爬坡阻力 Fc 爬坡時受到更直接的地心引力坡度越大阻力越大 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)一的性能標準以評價 這些不同廠家生產的不同類型的電動車成為電動車發(fā)展的一項基礎研究 對于傳統(tǒng)的