【正文】 .........................18167?！?電動(dòng)汽車的應(yīng)用缺陷和瓶頸 .............................................................19第 5 章　 電動(dòng)汽車應(yīng)用的解決方式 ...................................................................20167?！?常規(guī)充電 .........................................................................................20167。　 更換電池模式 .........................................................................................21167?！?電池的快速更換 ...........................................................................21167。　 整車充電中的慢速充電方式可以充分利用 .................................23167?！?無(wú)線快速充電將成為最理想充電方式 ..........................................23167。新能源汽車已成為 21 世紀(jì)汽車工業(yè)的發(fā)展熱點(diǎn)。截止到 2022 年，世界汽車保有量已突破 9 億輛，其中中國(guó)約為 6467 萬(wàn)輛，除此之外中國(guó)的摩托車保有量已達(dá)到 8954萬(wàn)輛，掛車 101 萬(wàn)輛，上路行駛的拖拉機(jī) 1464 萬(wàn)輛?？梢?jiàn)汽車是消耗石油的大戶 [1]。總的來(lái)看，新能源汽車發(fā)展趨勢(shì)可歸納為：能源逐漸由化石燃料向可再生、低排放甚至零排放的能源形式過(guò)渡是基本趨勢(shì)，電能、生物燃料和氫能將是汽車能源的最終解決方案。新能源汽車技術(shù)將出現(xiàn)多種技術(shù)共存的局面，先進(jìn)汽油車、先進(jìn)柴油車、混合動(dòng)力汽車、純電動(dòng)汽車、天然氣汽車、醇類燃料汽車、燃料電池汽車都將占據(jù)一定的市場(chǎng)份額。本課題以此為出發(fā)點(diǎn)，著重分析目前新能源汽車技術(shù)優(yōu)缺點(diǎn)，并最終得出電動(dòng)汽車將是未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)。通過(guò)分析本課題最終提出解決這一問(wèn)題的主要方案就是加快充電站的建設(shè)，并且充電站建設(shè)將是以更換電池為主，整車充電為輔的運(yùn)營(yíng)模式。減少對(duì)石油的依賴性，降低能源消耗，減輕環(huán)境污染，緩解氣候變暖壓力，以實(shí)現(xiàn)汽車工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。　 研究意義大力發(fā)展節(jié)能與新能源汽車是國(guó)際社會(huì)應(yīng)對(duì)能源短缺、環(huán)境污染和氣候變暖問(wèn)題在交通領(lǐng)域采取的共同措施。所以，研究汽車新能源技術(shù)對(duì)我國(guó)乃至世界經(jīng)濟(jì)與環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展具有非常大的現(xiàn)實(shí)意義和理論意義。奧巴馬 2022年 4 月曾表示，聯(lián)邦政府將購(gòu)買又美國(guó) 3 大汽車廠商制造的 萬(wàn)輛包括新能源汽車在內(nèi)的節(jié)能汽車。日本政府在 2022 年 6 月啟動(dòng)了“新一代汽車”計(jì)劃，該計(jì)劃力爭(zhēng)在 2050 年，是環(huán)保汽車占據(jù)汽車市場(chǎng)的一半左右，為了實(shí)現(xiàn)這一計(jì)劃，日本政府通過(guò)援建電動(dòng)汽車基礎(chǔ)設(shè)施、減稅和發(fā)放補(bǔ)貼等促進(jìn)環(huán)保汽車發(fā)展。德國(guó)政府表示，到 2020 年，可再生能源要占全部能源消耗的 47%，因此，2020 年德國(guó)境內(nèi)的新能源汽車要超過(guò) 100 萬(wàn)輛。1999 年，政府要求所有市政部門的電動(dòng)汽車及天然氣汽車比例必須占市政部門擁有車輛總數(shù)的 20%以上，以此帶動(dòng)整個(gè)社會(huì)選擇環(huán)保車型。美國(guó)總統(tǒng)奧巴馬提出在 2022 年以前推廣 100 萬(wàn)輛環(huán)保汽車，為鼓勵(lì)美國(guó)消費(fèi)者購(gòu)買，他還宣布將給予購(gòu)買插電式電動(dòng)汽車的人每輛車 7500 美元抵稅額。在日本政府的積極扶持下，日本主要汽車生產(chǎn)廠家無(wú)一例外的提出了自己的新能源汽車戰(zhàn)略。在 2022 年年初德國(guó)政府通過(guò)的 500 億歐元的經(jīng)濟(jì)刺激計(jì)劃中，很大一部分用于電動(dòng)汽車研發(fā)，汽車從電站網(wǎng)絡(luò)建設(shè)和可再生能源研發(fā)。這些措施給電動(dòng)汽車在法國(guó)發(fā)展創(chuàng)造了良好的環(huán)境。2022 年，新能源汽車研究項(xiàng)目被列入國(guó)家“十五”期間的“836”重大科技問(wèn)題，并規(guī)劃了以汽油車為起點(diǎn)，向氫動(dòng)力車目標(biāo)挺進(jìn)的戰(zhàn)略。2022 年 8 月 18 日國(guó)務(wù)院國(guó)有資產(chǎn)監(jiān)督管理委員會(huì)（以下簡(jiǎn)稱國(guó)資委）在北京召開(kāi)中央企業(yè)電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟成立大會(huì)。中國(guó)汽車業(yè)“十二五”規(guī)劃初稿已定，新能源汽車被列為中國(guó)汽車行業(yè)今后五年發(fā)展的重中之重。新能源汽車的發(fā)展重點(diǎn)將以汽車電動(dòng)化和動(dòng)力混合化兩大技術(shù)結(jié)合為標(biāo)志，進(jìn)行換代與產(chǎn)業(yè)升級(jí) [4]。2022 年，新能源汽車在國(guó)內(nèi)已成全面出擊之勢(shì)。國(guó)產(chǎn)新能源汽車如雨后春筍，紛紛嶄露頭角，如長(zhǎng)安的 CV杰勛混合動(dòng)力4 / 34版，奇瑞的 A東方之子燃料電池動(dòng)力汽車，海馬的 H12 電動(dòng)汽車、華普海域甲醇動(dòng)力轎車和海尚油電動(dòng)力混合汽車，力帆 520 混合動(dòng)力汽車等。第 3 章　汽車新能源的類型　 純電動(dòng)汽車5 / 34　純電動(dòng)汽車的類型純電動(dòng)汽車是指以車載電源為動(dòng)力，用電機(jī)驅(qū)動(dòng)車輪行駛，符合道路交通、安全法規(guī)各項(xiàng)要求的車輛，一般采用高效率充電蓄電池為動(dòng)力源。一、 用蓄電池作為動(dòng)力源的純電動(dòng)汽車用單一蓄電池作為動(dòng)力源的純電動(dòng)汽車，只裝置了蓄電池組，它的電力和動(dòng)力傳輸系統(tǒng)如圖 31 所示。因此，在某些純電動(dòng)汽車上增加輔助動(dòng)力源，如超級(jí)電容器、發(fā)電機(jī)組、太陽(yáng)能等，由此改善純電動(dòng)汽車的啟動(dòng)性能和增加續(xù)駛里程。圖 32　裝有輔助動(dòng)力源的純電動(dòng)汽車的電力和動(dòng)力傳輸系統(tǒng)　純電動(dòng)汽車的結(jié)構(gòu)原理燃油汽車主要由發(fā)動(dòng)機(jī)、地盤、車身和電器 4 大部分組成，純電動(dòng)汽車的結(jié)構(gòu)與燃油汽車相比，主要增加了電力驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)，而取消了發(fā)動(dòng)機(jī)，電力驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)的組成與工作原理如圖 33 所示，它由電力驅(qū)動(dòng)模塊、車載電源模塊和輔助模塊 3 大部分組成 [5]。電動(dòng)汽車行駛里程與蓄電池容量有關(guān)，蓄電池容量受諸多因素限制。　 混合動(dòng)力電動(dòng)汽車　混合動(dòng)力電動(dòng)汽車的結(jié)構(gòu)類型一、 串聯(lián)式結(jié)構(gòu)類型如圖 34 所示串聯(lián)式結(jié)構(gòu)的最大特點(diǎn)是：能量的產(chǎn)生和使用完全獨(dú)立，發(fā)動(dòng)機(jī)的功能只是驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)工作，由發(fā)電機(jī)向蓄電池充電。7 / 34圖 34　串聯(lián)式混合動(dòng)力系統(tǒng) 圖 35　并聯(lián)式混合動(dòng)力系統(tǒng)二、并聯(lián)式結(jié)構(gòu)形式并聯(lián)式結(jié)構(gòu)（如圖 35）的混合動(dòng)力汽車可由發(fā)動(dòng)機(jī)與電動(dòng)機(jī)飯別獨(dú)立的驅(qū)動(dòng)，采用異步交流電動(dòng)機(jī)，既可作電動(dòng)機(jī)，又可作發(fā)電機(jī)使用。在一般路面上駕駛員以發(fā)動(dòng)機(jī)作為動(dòng)力行駛。當(dāng)汽車在啟動(dòng)、小負(fù)荷和下坡行駛及汽車需要通過(guò)對(duì)排放要求嚴(yán)格限制的地區(qū)，可通過(guò)離合器是發(fā)動(dòng)機(jī)熄火，汽車由電動(dòng)機(jī)從蓄電池中獲得電能來(lái)驅(qū)動(dòng)。當(dāng)汽車加速或高速行駛需要大功率時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)和電動(dòng)機(jī)可聯(lián)合工作，以獲得所需得峰值功率。大汽車在低負(fù)荷工作時(shí)異步交流電動(dòng)機(jī)作為發(fā)電機(jī)自動(dòng)接通為蓄電池充電，使蓄電池電能獲得補(bǔ)充，這有利于提高發(fā)動(dòng)機(jī)工作效率。由汽車驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)，此時(shí)電動(dòng)機(jī)為蓄電池充電，汽車制動(dòng)時(shí)能量回收部分轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔芏鴥?chǔ)存。8 / 34圖 36　混聯(lián)式混合動(dòng)力系統(tǒng)汽車在不同行駛工況下工作如下:?！〔煌愋偷幕旌蟿?dòng)力電動(dòng)汽車的比較表 31 對(duì)不同類型的混合動(dòng)力電動(dòng)汽車在燃油經(jīng)濟(jì)性、尾氣排放和控制難易程度等方面作了比較。表 31　不同類型的混合動(dòng)力電動(dòng)汽車類型的比較項(xiàng)目 串聯(lián)式 并聯(lián)式 混聯(lián)式公路行駛?cè)加徒?jīng)濟(jì)性 較優(yōu) 優(yōu) 優(yōu)城市行駛?cè)加徒?jīng)濟(jì)性 優(yōu) 較優(yōu) 優(yōu)無(wú)路行駛?cè)加徒?jīng)濟(jì)性 較優(yōu) 優(yōu) 優(yōu)低排放性能 優(yōu) 較優(yōu) 較優(yōu)成本 低 較低 較低復(fù)雜程度 簡(jiǎn)單 較復(fù)雜 復(fù)雜控制難易程度 簡(jiǎn)單 較復(fù)雜 復(fù)雜9 / 34表 32　不同類型的混合動(dòng)力電動(dòng)汽車特點(diǎn)的比較結(jié)構(gòu)模型 串聯(lián)式 并聯(lián)式 混聯(lián)式動(dòng)力總成發(fā)動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)、驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)等三大動(dòng)力總成發(fā)動(dòng)機(jī)、電動(dòng)/發(fā)電機(jī)或電動(dòng)機(jī)兩大動(dòng)力總成發(fā)動(dòng)機(jī)、電動(dòng)/發(fā)電機(jī)、電動(dòng)機(jī)等三大動(dòng)力總成驅(qū)動(dòng)模式 電動(dòng)機(jī)是唯一的驅(qū)動(dòng)模式發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)模式、電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)模式、發(fā)動(dòng)機(jī)電動(dòng)機(jī)混合驅(qū)動(dòng)模式發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)模式、電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)模式、發(fā)動(dòng)機(jī)電動(dòng)機(jī)混合驅(qū)動(dòng)模式、電動(dòng)機(jī)電動(dòng)機(jī)混合驅(qū)動(dòng)模式傳動(dòng)效率 能量轉(zhuǎn)換效率較低 傳動(dòng)效率較高 傳動(dòng)效率較高制動(dòng)能量回收 能夠回收制動(dòng)能量 能夠回收制動(dòng)能量 能夠回收制動(dòng)能量整車總布局三大動(dòng)力總成之間沒(méi)有機(jī)械式連接裝置，結(jié)構(gòu)布置的自由度較大，但三大動(dòng)力總成的質(zhì)量、尺寸都比較大，一般在大型車輛上采用發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)保持機(jī)械式傳動(dòng)系統(tǒng)，發(fā)動(dòng)機(jī)與電動(dòng)機(jī)兩大動(dòng)力總成之間被不同的機(jī)械裝置連接起來(lái)，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，是布局受到一定的限制三大動(dòng)力總成之間采用機(jī)械裝置連接，三大動(dòng)力總成的質(zhì)量、尺寸都較小，能夠在小型車輛上布置，但結(jié)構(gòu)更加緊湊適用條件適用于大型客車或貨車，適應(yīng)在路況較復(fù)雜的城市道路和普通公路上行駛，更加接近電動(dòng)汽車的性能適用于中小型汽車，適應(yīng)在城市道路和高速公路上行駛，接近普通的內(nèi)燃機(jī)汽車性能適用于各種類型的汽車，適應(yīng)在各種道路上行駛，更加接近普通得內(nèi)燃機(jī)汽車性能　 燃料電池電動(dòng)汽車　燃料電池電動(dòng)汽車的類型采用燃料電池作為電源的電動(dòng)汽車稱為燃料電池電動(dòng)汽車(Fuel Cell Electric Vehicle, FCEV)。純?nèi)剂想姵仳?qū)動(dòng)系統(tǒng)將氫氣與氧氣反應(yīng)產(chǎn)生的電能通過(guò)總線傳給驅(qū)動(dòng)電機(jī)，驅(qū)動(dòng)電機(jī)將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能再傳給傳動(dòng)系，從而驅(qū)動(dòng)汽車行駛。在該動(dòng)力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中，燃料電池和蓄電池一起為驅(qū)動(dòng)電機(jī)提供能量，驅(qū)動(dòng)電機(jī)將電能轉(zhuǎn)化成機(jī)械能傳給傳動(dòng)系，從而驅(qū)動(dòng)汽車行駛。三、燃料電池與超級(jí)電容聯(lián)合驅(qū)動(dòng)(FC+C)的 FCEV燃料電池+超級(jí)電容與燃料電池+輔助蓄電池的結(jié)構(gòu)相似，只是把蓄電池?fù)Q成超級(jí)電容。四、燃料電池與輔助蓄電池和超級(jí)電容聯(lián)合驅(qū)動(dòng)（FC+B+C）的 FCEV燃料電池與輔助蓄電池和超級(jí)電容聯(lián)合驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)汽車的動(dòng)力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)也為串聯(lián)式混合動(dòng)力結(jié)構(gòu)。在汽車制動(dòng)時(shí)驅(qū)動(dòng)電機(jī)變成發(fā)電機(jī)，蓄電池和超級(jí)電容將儲(chǔ)存回饋的能量。11 / 34 （a）串聯(lián)式 （b）并聯(lián)式圖 37　混合式燃料電池電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)框圖混合式燃料電池電動(dòng)汽車的動(dòng)力系統(tǒng)主要由燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)、輔助動(dòng)力源、DC/DC 變換器、DC/AC 逆變器、電動(dòng)機(jī)和動(dòng)力控制系統(tǒng)等組成。按照所使用天然氣燃料狀態(tài)的不同，天然氣汽車可分為壓縮天然氣汽車（CNGV）和液化天然氣汽車（ LNGV） 。它是一種無(wú)色透明、無(wú)味、高熱量、比空氣輕的氣體，主要成分是甲烷，由于組分簡(jiǎn)單，易于完全燃燒，加上燃料含碳少、抗爆性好、不稀釋潤(rùn)滑油，能夠延長(zhǎng)發(fā)動(dòng)機(jī)使用壽命。液化天然氣燃點(diǎn)高、安全性能強(qiáng)，適于長(zhǎng)途運(yùn)輸和儲(chǔ)存?！∫夯蜌馄囈夯蜌?簡(jiǎn)稱 LPG)的主要成分是丙烷 C3H8，此外還含有少量的丙烷C4H10，丙烷 C3H6和丁烯 C4H8，作為車用燃料來(lái)說(shuō)，液化石油氣的能量密度比天然氣大，在中小型汽車上推廣比較容易。由于液化氣和天然氣的性質(zhì)相似決定了它們的結(jié)構(gòu)相似性，故液化石油氣汽12 / 34車的主要專用部件與天然氣汽車大部分一致。所謂 LPG 蒸發(fā)調(diào)壓器是集預(yù)熱、蒸發(fā)、減壓、調(diào)壓功能于一體，LPG 被發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水加熱后蒸發(fā)氣化，再經(jīng)減壓達(dá)到接近大氣壓時(shí)供發(fā)動(dòng)機(jī)使用 [8]。甲醇作為燃料在汽車上的應(yīng)用主要有摻燒和純甲醇替代兩種?！∫掖既剂掀囈掖计囀鞘褂密囉靡掖计妥鳛橹饕?jiǎng)恿θ剂系钠嚒５峭ㄓ闷嚧蛩憬Y(jié)束這種爭(zhēng)論，在 2022 年北美車展上，通用汽車大打“E85 牌” ，推出了多款 E85 乙醇燃料車，同時(shí)，推動(dòng)車用能源多樣化的戰(zhàn)略手段，正式宣布與美國(guó) Coskata 能源公司攜手，在乙醇燃料技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)開(kāi)展合作。二甲醚是汽車發(fā)動(dòng)機(jī)，特別是柴油發(fā)動(dòng)機(jī)燃料的理想替代品。近年來(lái)，歐美、日