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1、第一章 电动汽车概述,北京理工大学 林 程,车辆电动技术,电动车技术概况,世界人口和汽车的增长趋势如图所示，今后50年，世界人口将由60亿增加到100亿，汽车产量将由7千万增加到2亿5千万 因此我们必须开发清洁、高效、智能的交通车辆，才能使21世纪的交通可持续发展,电动车技术概况,从环保的角度来看，电动汽车是零排放的市区交通工具，即使计及发电厂增加的排气,总量上看，它也将使空气污染大大减少。 从能源的角度来看，电动汽车将使能源的利用多元化（例如可使用各种再生能源）和高效化，达到能源的可靠、均衡和无污染地利用的目的 在改善交通安全和道路使用方面，电动汽车更容易实现智能化 电动汽车的发展将使集中考
2、虑能源、环保和交通成为可能，而且，它对于促进高科技的发展、新兴工业的兴起以及经济的发展将产生深远的影响。,电动汽车的发展历史,1834年，Thomas Davenport制造了一辆电动三轮车，它由一组不可充电的干电池驱动，但只能行驶一小段距离。四年后Robert Davidson也造了一辆用干电池驱动的电动机车。 1881年在法国巴黎街上出现了世界上第一辆以可充电池为动力的电动汽车，它是法国工程师Gustave Trouve 装配的以铅酸电池为动力的三轮车。 在美国，每年销售的4200辆汽车中有38%是电动汽车，22%是燃油汽车，40%是蒸汽机汽车。在当时，电动汽车是金融巨头的代步工具及财富的
3、象征, 一辆电动汽车的价格相当于今天的一辆Rolls Royce,电动汽车的发展历史,由马车改装而成的电动汽车，行驶在街道上,电动汽车的发展历史,英国的伦敦电动出租汽车公司1897年生产了15辆电动出租车,电动汽车的发展历史,1900年之前，法国的BGS电动汽车一直保持着世界电动汽车行驶里程的最高记录，其续驶里程约达290km。,第一辆时速超过100km/h的汽车是电动汽车，它是一辆子弹头的电动赛车，在1899年5月创下速度为110km/h的记录,电动汽车的发展历史,进入无马车时代以后，电动汽车就进入了一个商业化的发展阶段，此时的电动汽车有辐条车轮、充气轮胎、舒适的弹簧椅和豪华的车内装饰。到1
4、912年，美国有34000辆电动汽车注册,18991916年期间，Baker电气公司是美国最重要的电动汽车制造厂之一。 19011920年，英国伦敦电动汽车公司生产了后轮轮毂电机式、后轮驱动、斜轮转向和充气轮胎的电动汽车。 19071938年期间，底特律电气公司生产的电动汽车不仅具有无噪声、清洁可靠的优点，而且最高时速达到40km/h，续驶里程为129km。,电动汽车的发展历史,电动机是电动汽车驱动的关键部件，同时它又帮助燃油汽车与电动汽车竞争对抗。1911年，Kettering发明了汽车发动机起动机，使得燃油汽车对于依赖于方便驾驶的电动汽车司机来说更具吸引力，从此打破了电动汽车在市场的主导地
5、位,而福特的想法彻底结束了电动汽车的生命，他大批量生产福特T型车，使其价格从1909年的850美元降到了1925年的260美元，因此加速了电动汽车的消失。而燃油汽车的续驶里程是电动汽车的23倍，且使用成本低，因而使得电动汽车的制造商想占领一定的市场份额已不可能。到19世纪30年代，电动汽车几乎消失了。,电动汽车近三十年的发展,20世纪70年代的能源危机和石油短缺使电动汽车重新获得生机 但是石油价格在20世纪70年代末开始下跌，在电动汽车成为商业化产品发展起来之前，能源危机和石油短缺变的不再严重。因而电动汽车的商业化失去了动力，电动汽车的发展显著变慢，开始走入低谷。,电动汽车近三十年的发展,20
6、世纪80年代，由于人们日益关注空气质量和温室效应所产生的影响，电动汽车的发展再次获得生机。20世纪90年代初，一些国家和城市开始实行更严格的排放法规。 1990年，美国加州大气资源管理局（CARB）颁布了一项法规，规定1998年在加州出售的汽车中2%必须是零排放车辆（ZEVs），到2003年零排放车辆应达到10%。受加州法规的影响，电动汽车迅速发展起来，虽然加州大气资源管理局1998年的目标没有实现 。,电动汽车近三十年的发展,汽车制造商在不断推动电动汽车技术的发展，并开始将电动汽车商业化。在世界范围内，尤其在美国、日本和欧洲，许多汽车生产商开始生产电动汽车或者涉及电动汽车领域 一些电力公司和
7、电池生产商在电动汽车的示范中也起着积极的作用，其目的都是为了促进以充电电池为动力的电动汽车的商业化，最终获得商业利益 能源和环保机构也积极参与促进电动汽车技术的发展及其商业化的活动中。另外，一些研究所和大学不断研究电动汽车新技术，以使电动汽车能与燃油汽车相竞争。,电动汽车的发展趋势与技术水平,通用公司开发的具有最先进的动力系统的1997双座EV1。该车为前轮驱动，采用一台102kW的三相感应电机，双级减速的单速驱动桥。EV1装备了由26个阀控铅酸电池组成的电池组，电池组可用6.6kW的非车载感应充电器或1.2kW的车载感应充电器进行充电。 该车的电动机在转速为07000时输出恒转矩1640Nm
8、，在转速为700014000时输出恒功率102kW，使得EV1可以获得128km/h（电子限速）的最高车速和096km/h加速小于9秒的性能,电动汽车的发展趋势与技术水平,1997 尼桑四座ALTRA EV，它是尼桑的旗舰级产品。该车采用重量仅为39kg的62kW永磁同步电机，对于目前的电动汽车电机而言，其功率质量比是最高的，为1.6kW/kg。 采用高效率的控制器，使动力系统的总效率高达89%以上。其动力电池为钴基锂离子电池，能量密度为90Wh/kg，功率密度为300W/kg，循环使用寿命达1200次。该电池组可以通过车载感应充电器在5小时内充电完毕。 ALTRA的最高车速为120km/h，
9、市区循环工况续驶里程为192公里。1999年，ALTRA换用了能量密度和功率密度更高的锰基锂离子电池，分别为91Wh/kg和350W/kg。,电动汽车的发展趋势与技术水平,福特公司的P2000车代表了福特公司在燃料电池电动汽车发展中所作的贡献。福特公司2000年研制出的这款四门轿车，它采用Th!nk质子交换膜（PEM）燃料电池系统驱动。储存在下的压缩氢气与空气中的氧气燃烧产生能量输出。该车采用三相感应电动机，其最大输出功率为67kW，最大输出转矩为190Nm, 最高效率为91%。P2000的整车重量为1514kg，最高车速可达128km/h，续驶里程为160km。,电动汽车的发展趋势与技术水平
10、,戴姆勒克莱斯勒公司，1997年推出它的第一辆以甲醇为燃料的燃料电池电动汽车NECAR 3。它采用PEM燃料电池，最大输出功率为50kW。该燃料电池系统通过一个小型重整装置，从甲醇中直接提取氢气，从而克服了必须在车上安装压缩氢气罐的难题。该车的重整装置、甲醇罐和其控制系统都安装在行李箱内，燃料电池安装在底盘上。基于甲醇燃料电池动力系统，NECAR 3用38升液体甲醇，可以行驶400km。 2000年推出的NECAR 5是由NECAR 3技术改进发展而来的，它将驱动系统的体积减少了一半，整车重量减少了300kg。它还将系统功率提高到75kW，使最高车速超过150km/h。,电动汽车的发展趋势与技
11、术水平,丰田公司开发的Prius，它是世界上第一种大批量生产的混合动力汽车。它采用四缸发动机（4500 rpm，52 kW）和永磁同步电机（10405600 rpm，33kW）共同驱动，是发动机主动型混合动力汽车，需要功率分配装置，即行星齿轮装置，将一部分能量传到车轮，另一部分传给发电机。发电机输出的能量可用于增加电动机的输出功率，或者用于给38个镍氢动力电池充电。 Prius的最高车速为160km/h，096km/h的加速时间为12.7s，市区和公路的复合工况的燃油经济性为20kml。其燃油经济性和排放性能比传统的燃油汽车提高了许多。,电动汽车的发展趋势与技术水平,日本本田公司开发的Insi
12、ght，此款车于2000年10月上市，是发动机主动型混合动力系统，由一个三缸发动机（50 kW，5700 rpm）和一个永磁同步电机（10 kW，3000 rpm）共同驱动。电机由144伏的镍氢电池驱动，电池组可利用正常行驶的富裕功率和下坡时的再生制动能量充电。Insight是燃油效率最高的混合动力汽车，燃油经济性为2630kml，而且它能够满足加州超低排放标准。,电动汽车的发展趋势与技术水平,为了同时解决空气污染问题、能源消耗的浪费问题和交通安全问题，日本国家环境保护局（NIES）于1996年开发出高性能的轻型电动汽车Luciole。 后轮由两个永磁同步轮毂电机驱动，其总输出功率为72kW，
13、转矩为154Nm。动力电池组为224V VRLA，电池组安装在特别设计的底盘的方框里，正常充满电需要5小时，快速充电只需15分钟，甚至可以利用太阳能充电。Luciole最高车速可达130km/h，以日本10.15工况循环行驶，续驶里程为130km，040km/h的加速时间3.9秒。,电动汽车的发展趋势与技术水平,香港大学（HKU）1993年研制的U2001电动汽车。它是四座电动汽车，采用功率为45kw的永磁混合电机和264V的镍镉电池组。该车的电机是特殊设计，它可以在一个很广的转速范围内高效率工作。 该车综合了很多先进的电动汽车技术，如应用热电技术制作的变温座椅减少了空调的能量消耗；采用声频导
14、航系统提高了安全性，便于用户驾驶；采用智能能量管理系统使能量的转化和传递达到最优。U2001最高车速为110km/h，048km/h的加速时间6.3秒，以88km/h运行时，续驶里程为176km。,电动汽车近三十年的发展,印度在电动汽车的商业化过程中也起到了积极的作用。Reva EV为双车门、溜背式后行李仓门电动汽车，它是印度2001年所推出、首次大批量生产的电动汽车。该车采用他励直流电机（70 Nm, 最大功率13 kW ）和一个48V的管状铅酸蓄电池组驱动，利用车载充电器（220 V, 2.2 kW）可以在3小时内充电80%，在6小时内充电100%。Reva车重650kg，最高车速65km
15、/h，续驶里程为80km。 该车最具诱惑力的是它令人难以置信的低价格和运行成本，其售价为5000美元，每公里运行费用不足1美分。,电动汽车的发展趋势,发展电动汽车目前存在的主要问题,目前电动汽车存在的主要问题是初始成本高和行驶里程不理想 蓄电池的比能量和能量密度比燃油低得多，对于于电动汽车的燃料电池的开发目前呈现出加速发展的趋势 商业化的混合电动汽车也在迅速发展 为了降低电动汽车的成本，人们现在正努力改善电动汽车的各个子系统，比如电机、功率转换器、电子控制器、能量管理系统、充电器、电池以及其它辅助设施，同时对电动汽车整车系统进行综合和优化,电动汽车的关键技术,车身设计：在设计电动汽车时，影响整
16、车整体性能（如续驶里程、爬坡能力、加速能力以及最高车速）的参数需要进一步改进，比如减轻整车的重量、降低风阻系数和减小滚动阻力等。 电力驱动：现代电机的高转矩、低转速和恒功率、高转速的工作范围可以通过电子控制来获得，使得电动汽车的驱动系统设计更加灵活多样，可采用单电机或多电机驱动，可选用或不用变速器，可选用或不用差速器，可选用轴式电机或轮边电机等。 早期的电动汽车都采用直流电机驱动系统，但直流电机的换向器和电刷需定期维护。目前，随着技术的发展，许多先进的电机驱动技术显示出优于直流电机的性能，它们在高效率、高功率密度、有效的再生能量回馈、坚固性、可靠性和免维护性等方面具有明显的优势。,电动汽车的关
17、键技术,能源系统：任何一种蓄电池都不可能同时满足对比能量、比功率和价格的要求。在不久的将来，锂基电池如锂离子电池和锂聚合物电池在现代电动汽车中的应用将会有很好的前景；超级电容器和超高速飞轮由于其高的比功率将也有希望用于电动汽车；燃料电池能从根本上解决电动汽车续驶里程短的问题，被公认为是目前电动汽车最重要的能源之一 可采用多能源系统即混合动力系统提供动力。对于采用两个能源的混合动力而言，可以选用一个能源具有高的比能量，而另一个具有高的比功率。有蓄电池和蓄电池相结合的混合动力，也有采用蓄电池和超级电容器，蓄电池和超高速飞轮以及燃料电池和蓄电池相结合的混合动力，内燃机和蓄电池结合是混合动力的一种特例，其中燃油的高比能量能保证汽车足够长的行驶里程，而蓄电池的高比功率有利于提高汽车的加速性能并减少废气排放。,
