【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 1 降低電動(dòng)車的價(jià)格目前電動(dòng)車整車價(jià)格昂貴的主要原因一方面是由于蓄電池價(jià)格昂貴另一方面也因?yàn)殡妱?dòng)車的產(chǎn)量小其部件大部分都為電動(dòng) 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(dòng)車的標(biāo)準(zhǔn)化是降低電動(dòng)車成本的關(guān)鍵 3 提高一次充電后的行駛里 程電動(dòng)車要大量普及必須進(jìn)一步提高一次充電后的行駛里程 4 延長(zhǎng)蓄電池的使用壽命越是高性能的電池其價(jià)格也越昂貴因此必須延長(zhǎng)蓄電池的使用壽命以求降低年平均費(fèi)用 5 發(fā)展包括充電設(shè)施在內(nèi)的基礎(chǔ)設(shè)施除了工作單位家庭等夜間充電設(shè)備之外還必須建立行車途中充電所必需的充電網(wǎng)絡(luò)為此必須形成一個(gè)由國(guó)家地方團(tuán)體電力公司以及生產(chǎn)廠商共同參與的協(xié)作機(jī)制 6 電動(dòng)車是一門涉及多學(xué)科的工程問題發(fā)展電動(dòng)車必須有來(lái)自不同領(lǐng)域的專家如電氣工程師電子工程師機(jī)械工程師化學(xué)工程師以及汽車工程師聚集一堂共同參與實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的整合和優(yōu)化以改善 電動(dòng)車的性能 7 由于電動(dòng)車的電氣驅(qū)動(dòng)特性與燃油汽車的引擎驅(qū)動(dòng)有著本質(zhì)的不同電動(dòng)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(xué)工程領(lǐng)域中最新的技術(shù)發(fā)展結(jié)合到電動(dòng)車的設(shè)計(jì)中來(lái)實(shí)現(xiàn)能量的最優(yōu)化利用 電動(dòng)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(chǎng)和環(huán)境 2 決定電動(dòng)車的技術(shù)條件 3 決定使用電動(dòng)車所需的基礎(chǔ)設(shè)施以及蓄電池的回收設(shè)施 4 決定整個(gè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 5 設(shè)計(jì)底盤和車體 6 決定能量方式采用發(fā)電方式或儲(chǔ)存方式純電動(dòng)式或混合式 7 決定驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)包括電動(dòng)機(jī)控制器 和變速器的類型單電機(jī)或多電機(jī)驅(qū)動(dòng)有齒輪減速或無(wú)齒輪減速及其安裝方式等等 8 根據(jù)電動(dòng)車的行駛要求決定電驅(qū)動(dòng)的技術(shù)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(gè)子系統(tǒng)之間的相互作用以及對(duì)安全和成本的影響 11 優(yōu)化電機(jī)驅(qū)動(dòng)的效率 12 通過(guò)計(jì)算機(jī)仿真計(jì)算優(yōu)化整個(gè)系統(tǒng) [11] 不久的將來(lái)我們的城市將會(huì)用上由太陽(yáng)能風(fēng)能氫能及核能產(chǎn)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(shí)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(shí)現(xiàn) 211 綜合技術(shù)優(yōu)勢(shì)集中汽車技術(shù)電機(jī)技術(shù)電 子技術(shù)材料技術(shù)等相關(guān)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)進(jìn)行系統(tǒng)綜合和優(yōu)化 2 綜合社會(huì)優(yōu)勢(shì)集中政府工業(yè)電力交通用戶的優(yōu)勢(shì)進(jìn)行大協(xié)作共同分擔(dān)風(fēng)險(xiǎn)和享受成果 3 充分利用本地的市場(chǎng)和資源優(yōu)勢(shì)生產(chǎn)出性能和價(jià)格合理的電動(dòng)車并提供有效的基礎(chǔ)設(shè)施 我國(guó)的國(guó)情有別于西方國(guó)家為了加速我國(guó)的電動(dòng)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(jì)增長(zhǎng)迅速資源豐富和勞動(dòng)力廉價(jià)的優(yōu)勢(shì) 2 合理地分配市場(chǎng)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(guó)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(jì)概念 5 政府采取優(yōu) 惠政策和扶持措施 6 成立電動(dòng)車信息中心促進(jìn)技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)交流 [12] 推動(dòng)電動(dòng)車發(fā)展的動(dòng)力來(lái)源于市場(chǎng)而市場(chǎng)要求電動(dòng)車盡快走出實(shí)驗(yàn)室實(shí)現(xiàn)商品化電動(dòng)車能否成功地實(shí)現(xiàn)商品化一方面取決于制造商能否提供性能優(yōu)良經(jīng)久耐用使用方便及價(jià)格低廉的車輛另一方面還取決于電動(dòng)車是否有足 夠的市場(chǎng)得以激勵(lì)制造商不斷地改進(jìn)和開發(fā)新型電動(dòng)車因此成功發(fā)展電動(dòng)車的關(guān)鍵在于開發(fā)電動(dòng)車本身與開發(fā)市場(chǎng)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(guān)系共同努力開發(fā)電動(dòng)車完善電動(dòng)車市場(chǎng) 推動(dòng)電動(dòng)車發(fā)展的動(dòng)力來(lái)源于環(huán)境保護(hù)和市場(chǎng)需求市場(chǎng)要求 電動(dòng)車盡快降低成本實(shí)現(xiàn)商品化但是用戶政府和企業(yè)對(duì)電動(dòng)車的興趣和側(cè)重點(diǎn)各有不同尋求它們的共識(shí)則將是電動(dòng)車發(fā)展和推廣應(yīng)用的關(guān)鍵如圖 27 所示 圖 27 用戶政府和企業(yè)之間的關(guān)系 目前電動(dòng)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(shuō)要等新型電池有突破才可以推廣電動(dòng)車實(shí)際上即使利用現(xiàn)有的技術(shù)只要根據(jù)上述工程哲學(xué)根據(jù)不同的用途情況加以優(yōu)化不僅從技術(shù)入手更從綜合經(jīng)濟(jì)措施人手即可以取得綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益 現(xiàn)在電動(dòng)車已經(jīng)開始初步進(jìn)入市場(chǎng)但燃油發(fā)動(dòng)機(jī)仍占絕大多數(shù)份額在未來(lái)的 10 年里純電動(dòng)車 混合式電動(dòng)車和燃料電池電動(dòng)車市場(chǎng)份額將以穩(wěn)定的速度增加而燃油汽車的市場(chǎng)份額從現(xiàn)在開始將會(huì)逐漸減少 預(yù)計(jì) 10 年后純電動(dòng)車將占據(jù)一個(gè)明顯的市場(chǎng)份額而混合式電動(dòng)車和燃料電池電動(dòng)車市場(chǎng)份額將與燃油汽車所占的份額相當(dāng)所有電動(dòng)車加在一起的市場(chǎng)份額將會(huì)超過(guò)燃油汽車在未來(lái)的 10 年內(nèi)初始能源將從現(xiàn)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(xiàn)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(yīng)用的技術(shù)如先進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)先進(jìn)蓄電池先進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)燃?xì)廨啓C(jī)超大容量電解電容高速飛輪儲(chǔ)存系統(tǒng)和燃料電池將 都被用來(lái)提高純電動(dòng)車和混合式電動(dòng)車的性能先進(jìn)的電機(jī)驅(qū)動(dòng)技術(shù)發(fā)展將同時(shí)推動(dòng)純電動(dòng)車和混合式電動(dòng)車的發(fā)展低空氣阻力系數(shù)技術(shù)低滾動(dòng)阻力輪胎技術(shù)重量輕的車身和部件技術(shù)將會(huì)被純電動(dòng)車混合式電動(dòng)車和燃油汽車共同應(yīng)用不斷提高它們各自的性能 [13] 未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)將是燃料電池電動(dòng)車和混合式電動(dòng)車將有長(zhǎng)遠(yuǎn)的市場(chǎng)前景因?yàn)檫@兩種電動(dòng)車具有與目前汽車基本相同的功能但它們的結(jié)構(gòu)復(fù)雜成本較高因此要對(duì)性能和價(jià)格兩方面進(jìn)行平衡純電動(dòng)車則適合特定的市場(chǎng)如 1 社區(qū)交通 2 電價(jià)便宜使用方便的地區(qū) 3 零排放管制地區(qū)一般而言對(duì)于小型車輛包括自 行車和摩托車純電動(dòng)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(lái) 10 年中純電動(dòng)車和混合式電動(dòng)車在其特定市場(chǎng)范圍內(nèi)的商業(yè)化將增長(zhǎng)增長(zhǎng)的速度主要取決于它們的價(jià)格未來(lái) 20 年內(nèi)燃料電池電動(dòng)車的商業(yè)化也將增長(zhǎng)總而言之未來(lái) 30 年內(nèi)的前景十分令人鼓舞因?yàn)樵絹?lái)越多的人將駕駛潔凈的交通工具而電源和電力驅(qū)動(dòng)仍是關(guān)鍵技術(shù)環(huán)境問題仍是發(fā)展電動(dòng)車的推動(dòng)力在我國(guó)電動(dòng)車更有著獨(dú)特的市場(chǎng)中國(guó)的大城市普遍存在著十分嚴(yán)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(dòng)車是十分理想的電 動(dòng)車在中國(guó)有很好的發(fā)展條件和廣闊的應(yīng)用前景并已在八五和九五期間將電動(dòng)車列為國(guó)家重大項(xiàng)目可以預(yù)期電動(dòng)車的研制和開發(fā)將會(huì)快取得一批重要成果為電動(dòng)車在我國(guó)的推廣應(yīng)用減少空氣污染保護(hù)環(huán)境發(fā)揮重要的推動(dòng)作用 [14] 電動(dòng)車的組成結(jié)構(gòu) 今天電力在人們的生活中已得到廣泛應(yīng)用因此用電力驅(qū)動(dòng)車輛被認(rèn)為是最自然不過(guò)的事情了但是在很多人的眼里電動(dòng)車既神秘又有很強(qiáng)的吸引力實(shí)際上電動(dòng)車是機(jī)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(dòng)車更是集機(jī)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(dòng)電子智能控制電化學(xué)計(jì)算機(jī)新能源新材料等工程技 術(shù)中最新科技成果的集成產(chǎn)物從廣義來(lái)看電動(dòng)車還不僅僅是一部機(jī)動(dòng)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(jì)等諸多方面的一個(gè)全新的領(lǐng)域 高性能的電動(dòng)車通常是根據(jù)現(xiàn)代電動(dòng)車系統(tǒng)理論專門設(shè)計(jì)制造的為了提高電動(dòng)車的性能必須對(duì)電動(dòng)車的結(jié)構(gòu)和參數(shù)進(jìn)行系統(tǒng)的分析研究 電動(dòng)車基本結(jié)構(gòu) 如圖 31所示電動(dòng)車的基本結(jié)構(gòu)系統(tǒng)可分為 3個(gè)子系統(tǒng)即電力驅(qū)動(dòng)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(qū)動(dòng)子系統(tǒng)又由電控系統(tǒng)電機(jī)機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)和驅(qū)動(dòng)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(gòu)成能量管理系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)能源 利用監(jiān)控能量再生協(xié)調(diào)控制等功能的關(guān)鍵部件而輔助控制子系統(tǒng)主要是為電動(dòng)車提供控制電源具有輔助電源的控制動(dòng)力轉(zhuǎn)向充電控制空氣調(diào)節(jié)等功能 [15] 圖 31 電動(dòng)車的基本結(jié)構(gòu) 圖 321 帶有多級(jí)變速齒輪箱的傳動(dòng)系統(tǒng)可以顯著地減小驅(qū)動(dòng)電機(jī)和控制器的額定容量體積和重量 2 使用齒輪箱驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)能夠在電動(dòng)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(yùn)行 3 能夠在較寬的范圍內(nèi)達(dá)到制動(dòng)能量的再生回饋 4 手動(dòng)變速具有技術(shù)成熟能量效率高的優(yōu)點(diǎn) 5 齒輪箱的使用可能會(huì)增加電動(dòng)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(dòng)變速箱的效率通常只有 75％ 85使用齒輪箱變速會(huì)降低驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的總效率 [16]4級(jí)或 5級(jí)變速在變速時(shí)通過(guò)離合器連接或切斷發(fā)動(dòng)機(jī)到車輪的功率流對(duì)于改裝電動(dòng)車由于離合器變速箱這類機(jī)械部件本身業(yè)已存在采用多級(jí)變速驅(qū)動(dòng)是最簡(jiǎn)單的方法通常這類改裝電動(dòng)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(yuǎn)低于汽油因此改裝電動(dòng)車難 以獲得很高的性能 2 采用固定減速比的電動(dòng)車 采用固定減速比的轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速驅(qū)動(dòng)特性隨著電動(dòng)機(jī)控制性能的改善電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)具有相當(dāng)大的控制靈活性和理想的轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速特性完全可以滿足機(jī)動(dòng)車的驅(qū)動(dòng)性能要求因而用一個(gè)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(dòng)車的自重提高能量傳輸效率并降低電動(dòng)車的成本現(xiàn)代電動(dòng)車大都采用這種結(jié)構(gòu) 3 采用電動(dòng)輪驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)車 如果將驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)直接安裝在車輪中可以使電動(dòng)車的結(jié)構(gòu)變得更加緊湊進(jìn)而進(jìn)一步縮小電動(dòng)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(dòng)機(jī)的電動(dòng)輪驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)車結(jié)構(gòu)這種結(jié)構(gòu)采用低速外轉(zhuǎn)子電機(jī)徹底取代了笨重的減速齒輪箱使得電動(dòng)車的車速控制完全取決于電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速控制這種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是取消了傳動(dòng)齒輪箱其代價(jià)是低速電機(jī)的體積重量和成本通常比較高采用電動(dòng)輪驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)車通常采用兩輪或四輪驅(qū)動(dòng) 4 單電機(jī)或多電機(jī)驅(qū)動(dòng) 汽車在轉(zhuǎn)彎時(shí)由于內(nèi)外側(cè)車輪的轉(zhuǎn)彎半徑不同必須調(diào)整兩側(cè)車輪的速度實(shí)行差速以使得汽車可以平穩(wěn)行駛對(duì)于傳統(tǒng)的燃油汽車無(wú)論是前輪驅(qū)動(dòng)或是后輪驅(qū)動(dòng)機(jī)械式差速器是必備的部件而對(duì)于電動(dòng)車如果采用雙電機(jī)或者四電機(jī)驅(qū)動(dòng)由于每個(gè)電機(jī)的轉(zhuǎn)速可以有效地獨(dú)立調(diào)節(jié)控制 實(shí)現(xiàn)電子差速在這種情況下電動(dòng)車可以不用機(jī)械差速器 電子差速器的優(yōu)點(diǎn)是體積小重量輕又可以實(shí)行精確的電子控制提高電動(dòng)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(jìn)一步降低成本如果電動(dòng)車采用的是單電機(jī)驅(qū)動(dòng)則必須裝有機(jī)械差速器就目前的技術(shù)發(fā)展來(lái)看帶機(jī)械差速器的單電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)仍占主導(dǎo)地位是電動(dòng)車驅(qū)動(dòng)的主流形式而采用電子差速的多電機(jī)系統(tǒng)也在進(jìn)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(duì)電動(dòng)車結(jié)構(gòu)的影響 除了電力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)對(duì)電動(dòng)車結(jié)構(gòu)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(chǔ)能手段都能構(gòu)成不同的電動(dòng)車結(jié)構(gòu)對(duì)電動(dòng)車的性能產(chǎn)生很大的影響 [17] 電動(dòng)車參數(shù) 一般來(lái)說(shuō)電動(dòng)車和燃油汽車同樣都是機(jī)動(dòng)車就外部性能而言描述它們的數(shù)學(xué)和物理手段并無(wú)大異因此大多數(shù)的電動(dòng)車參數(shù)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(dòng)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(shù)卻是傳統(tǒng)的燃油汽車所沒有的 重量和體積參數(shù) 電動(dòng)車的重量是重要的性能參數(shù)因?yàn)樗鼈冎苯佑绊懙诫妱?dòng)車的行駛里程和行駛性能電動(dòng)車的重量定義如下 1 自重不包括載重的電動(dòng)車重量 2 毛重包括載重的電動(dòng)車重量 3 載重乘客和貨物的總重量 4 慣性重量自重加標(biāo)準(zhǔn)的載重量 5 最大重量電動(dòng)車在得以安全行駛條件下的最大毛重 6 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)重量電動(dòng)車整個(gè)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的重量 7 蓄電池重量電動(dòng)車車載蓄電池的重量 電動(dòng)車的體積參數(shù)與傳統(tǒng)汽車類似主要是 1 車體尺寸車體的長(zhǎng)寬高 2 前部面積車體的前部等效面積將直接影響電動(dòng)車的空氣阻力系數(shù) 3 座位容積車內(nèi)允許的乘客數(shù)量 4 貨物容積車內(nèi)允許的貨物容積 力參數(shù) 機(jī)動(dòng)車行駛要克服的阻力稱為道路負(fù)載道路負(fù)載 Fl主要由空氣 阻力 Fd輪胎滾動(dòng)阻力 Fr 和爬坡阻力 Fc 等三個(gè)分量構(gòu)成如圖 27 所示它的數(shù)學(xué)表達(dá)式為 Fl Fd Fr Fc 圖 33 電動(dòng)車的道路負(fù)載 空氣阻力 Fd 是由于機(jī)動(dòng)車高速穿過(guò)空氣障礙而產(chǎn)生的運(yùn)動(dòng)阻力 輪胎滾動(dòng)阻力 Fr 是由于輪胎與地面摩擦產(chǎn)生的阻力影響滾動(dòng)阻力的因素主要有輪胎的形狀壓力溫度胎面厚度線網(wǎng)層車速以及所傳遞的轉(zhuǎn)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(shí)受到更直接的地心引力坡度越大阻力越大 電動(dòng)車的性能評(píng)價(jià) 林林總總洋洋大觀的電動(dòng)車家族種類繁多性能各異如何建立一個(gè)統(tǒng)一的性能標(biāo)準(zhǔn)以評(píng)價(jià) 這些不同廠家生產(chǎn)的不同類型的電動(dòng)車成為電動(dòng)車發(fā)展的一項(xiàng)基礎(chǔ)研究 對(duì)于傳統(tǒng)的