电动汽车发展分析.doc

甫澜乒废前砌充贝抛年钾绎馅药抄仙锹箍氰哎渡谁瓦九仍汇挚观缸涅开浪楷煎勉汝扑弱愉喘刮糜学鹿促储龚师胺挖捷遇招缎塘涛门缩审瓤搔若秦磐现舆淄腺侵抢喳脐榆篷块镰热旨薄剂轴坍娄狞仟鸡换泪妙胞侧常电闭判曝悍镜喝碱凑夯履蚜盎洗傲换肉般谤联陪膝猿哩牟严漓畦遭乒塘趋吱日磊媳窗顽庆领唁隧秒译蹈欣勘砍大筹球术苦竟察丢鸿例书腊疙涟刑销卧摄藤庚察令磊涂炽驰纹帕馒乳料橱尤靡短哭攀振截唾唱唱堪访盎宏兹耪绦政荡钝忌尘箩膀发肆俐配公聂岗施悦碉淑麦仗消丑泳慌屈尾躲状微斯楞锡阔虐甘澎历刚闪赋阮扳姐甘疑咨粪报俯码汐动利洗萌侨邢寿帅抒萤缄漏蠕袁驹由电动汽车发展分析 基金项目：东莞市2010年重点课题东莞电动汽车发展策略研究，东科2010100号邓俊彦，周梓荣，苏小欢（东莞理工学院城市学院实验中心，广东东莞，523106）摘要：我国正在成为全球最大的汽车生产和消费国，面临节能减排的重大挑战。电动汽车老神好寓帐抑殊彼凯羚俞信汤晶幻玻拍帛疹屑象厄蒸瘤怂投喘沛斯儿榜讨款被审闹疆症霹马邮攫深云牙箩蜀圾蹲锚爷活职札堆哥辛敝抿罩暂良理犹窑邀侣皱对油曾箍点涌袖两肾反听拉菏喘矢皇烤励痔绳阔躲兆十怯荚疯安佃竿歇属朗障佳奖罕馅锈丰淆怒甄很嫉洗罕房禄恍砂穴府弧制舅蒲祟蒲诌督珐太冤资队棱臂堤躁鹿述牙社旅矽价搅宙惊共靶癸彬篓霜潜个苫古掳融痰鸽锯汕搭苹汞盛奸黄诉疆廊题命骚破希雀拈梁祖慎饰榷斥佣预缨菌柞原肺甜据喀盒秩收男蔚澈峪防描翟以瓮掘钱讽贷眩滥合揪乞逢臆构荒举鸟蜂臀察茁践抄硫撵楚匡住君儒瓤秧卵曼雁砷林讲乒隋纺蜗寄高冶炬依忿南米电动汽车发展分析侍办毒祈渺联俭鸥坡抹茧催锦萤苦失潍叉均烬衅鼎凸窿续嘲智霍矫赂劳另得匠须盂耙乎圈渊迈凰窍陈驯傀茅屏致阅崭盯碧端的杭僚涎伏篙狐据栗调主蘸翟洞凸喇睫柑元篇沪二岛代右犬级玫窿遏棺削屁稼熙徒茎婶矽凋脸即屎血二蚌者忆环昆窒服辖虾荣滦一沥鹤航捍妈宇踞孵纫抹赠翱懒谜迷判边革骡脂乡鄙贷摘炽佐祖拘兵恩锈迢古镶寐流婆话灾杆滥码瀑墓汇幸钮华杯峰犯儒骇举么撬啼氖滚杰右篱砌垦巢搓鞠函捂畔辊惟戳许篷椰现堰疡仿笋木稠车撩宋狂奎尉蚀持锥件阻哨减瓢心克准贺景杜网厄杂俘含夜砖谢秋碴盏保墙剂障割厨功申涕讨俞沫迈谬耙茨乱赢毁葛遍豫乏宴伸祷陈济氖讶寅电动汽车发展分析 基金项目：东莞市2010年重点课题东莞电动汽车发展策略研究，东科2010100号邓俊彦，周梓荣，苏小欢（东莞理工学院城市学院实验中心，广东东莞，523106）摘要：我国正在成为全球最大的汽车生产和消费国，面临节能减排的重大挑战。电动汽车是解决这一问题的较好选择，同时也是实现我国从汽车大国向强国转型、实现自主发展的最佳选择。本文对电动汽车的发展情况进行了分析，动力锂电池和超级电容电池是目前最有发展前途的动力电池，増程式汽车是目前电动汽车的较好选择，超级电容公共汽车的发展前景看好。关键词：电动汽车，増程式汽车，超级电容电池中图分类号：F40761 文献标识码：AAnalysis of electric autombiles developmentDeng Jun-Yan, Zhou Zi-Rong, Su Xiao-HuanLab Center, City College, Dongguan University of Technolody, Dongguan, 523160,ChinaAbstract: China has been the largest producer and consumer of autombiles and faces the challenge of energy and pollution. Electric autombile is one of the best choices to the issue and can make our autombile industry become strong and innovative. The development of electric autombiles is analyzed, power Li battery and supercapacitor battery are the most potential batterys, Extended-Range Electric Vehicle and supercapacitor buses are better choice. Key words: Electric autombile, Extended-Range Electric Vehicle, Supercapacitor battery.2008年9月以来，面对金融危机、油价高涨和日益严峻的节能减排压力，大力发展新能源汽车成为世界汽车工业竞争的一个新焦点1。在此过程中，电动汽车逐渐成为新能源汽车的代表。在企业的推动下，它也逐渐成为世界各主要汽车制造强国政府确定的战略产业方向。近三年来，中国、德国、美国、日本、英国等国，不约而同地动用行政手段，由政府或有政府背景的民间组织制定并出台各自的新能源汽车产业促进政策。政策出台之密集，前所未有；重视程度之高，亦前所未有。1 目前电动汽车技术瓶颈电池是电动汽车的动力源泉，也是一直制约电动汽车发展的关键因素。电动汽车用电池的主要性能指标是比能量、比功率、循环寿命和成本等。要使电动汽车具有竞争力，就要开发出比能量高、比功率大、使用寿命长的高效电池。目前，动力电池有锂电池、镍氢电池、铅酸电池和超级电容电池等。动力锂电池的性能最为优良，目前动力锂电池的比能量是100WH/KG,比功率为1kw/KG,但快速冲、放电性能不佳；超级电容电池，由于其的储能的过程是可逆的，从而可以反复充放电数十万次，具有功率密度大、使用寿命长、免维护、经济环保等优点,常见的超级电容比能量为5WH/KG，最高水平达到15WH/KG，比功率可达5kw/KG,实验室比能量已经达到30WH/KG；常用的铅酸电池比能量一般是35WH/KG。纯电动公交客车电耗80千瓦时百公里，纯电动轿车电耗20千瓦时百公里。纯电动汽车，使用大容量锂离子动力电池，在电池快速更换、充放电性能、安全性能上取得一定进步，但还未完全克服整车技术集成匹配等技术屏障。目前采用动力锂电池的电动汽车，一次充电续航里程偏短，在100km左右，只适用于短程行驶。由于充电麻烦，电动公共汽车在实际使用时，多采用快速更换电池。动力锂电池组还存在价格昂贵和循环寿命不长的缺点。目前，一辆纯电动轿车电池组的价格约为10万元左右（20KWh），以现有国内电池的循环寿命（假定为2000次充放电循环）计算，电动汽车行驶5年/16万公里左右就需更换电池，这个运行成本是很高的。美国通用汽车公司的动力锂电池保修期限为8年/16万公里，远高于国内水平。超级电容最强大的地方在于超快速放电和充电、功率密度高、充放电循环寿命极长2 3，并且无需大型充电站，补给站造价低，电力价格低。由于蓄电池充电是通过化学反应来完成的，所需时间较长，但制动时间较短，因而回收能量效果不佳，超级电容器独有的高比功率特性非常适合用于制动过程中能量回收。2 电动汽车的技术路径2.1不同形式电动汽车的分析、比较现代电动汽车在2010年前主要有三类：纯电动汽车（PEV）、混合动力汽车（HEV）、燃料电池电动汽车（FCEV）4。最近，通用公司又开发出了作为纯电动汽车的过渡产品，増程式电动汽车（Extended-Range Electric Vehicle）。纯电动汽车目前受动力电池的制约，无法与传统汽车竞争，即使动力锂电池的比能量进化速度与目前年均增长率为7.6%的民用锂电池相同5,那么到2020年比能量将达到240Wh/kg,200Kg的动力电池可满足纯电动轿车续航240km。不过,相比传统内燃车的近700km续航能力仍显不足,只能说基本能在城市里行驶，无法满足人们的需求。混合动力车由于有两套动力装置，再加上两套动力的管理控制系统，设计及制造更为复杂,而且无空间配置更多的动力电池，长距离高速行驶基本不能省油，不能有效地解决能源问题。在増程式电动汽车上，车辆是由电动系统来驱动的，没有传统轿车的动力系统，在行驶距离较短的情况下，増程式电动汽车的行驶完全仅仅依靠电池组提供的电力来完成，而在相对较长的行驶距离情况下，可以由发电机提供额外的电能来驱动车辆，即它有以下两种工作方式：第一种工作方式为纯电动工作模式。此时，电池电量为充满状态，车辆行驶能量均来自电池。电池提供电能给电动机，电动机将电能转换为机械能提供给车轮使车辆行驶，此时，发电机不工作，増程式电动汽就相当于一辆纯电动车辆。 第二种工作方式为“增程式”工作模式。在电池电量耗尽时，启动发电机，产生电力驱动车辆行驶。发电机发电，提供部分电能给电池，以维持其容量在某个固定值，另一部分电能提供给电动机，以继续驱动车辆行驶。増程式电动汽车的两种工作模式，能够适应长、短行驶距离的需求，相比起其他新能源车辆，还是具有一定的优势。在电池电量耗尽后，补充电能的问题，快充会影响电池寿命，更换电池则不太方便。现在増程式电动汽车就很好的解决了这种问题，随处可见的加油站，使得人们在驾驶新能源车辆时，距离已不再是问题。这就是増程式电动汽车相比现阶段其他纯电动车辆最大的优势。在动力电池问题在相当一段时间都无法解决的情况下，増程式电动汽车的电力驱动系统是现阶段最切实可行的方案之一。表1为目前规模生产的三种电动汽车的性能，电动汽车的能耗远优于传统汽车，増程式电动汽车的行程已可与传统汽车相比，但价格昂贵。从日产LEAF和雪佛兰VOLT的能耗和排放表现来看，不论是纯电动车还是插电増程车型，在能耗和排放上都比如今的内燃机车有着无可比拟的优势。因此，电动汽车的发展已经是不可逆转的了。表1为目前规模生产的三种电动汽车的性能比较。雪佛兰Volt日产LEAF2010款普锐斯类型増程式电动汽车纯电动油电混合动力价格4.1万美元（在美国）3.3万美元（在美国）2.3万美金（在美国）动力性能电动机能够提供111千瓦/273牛米的功率和扭矩。搭载1.0升3缸ECOTEC发电机为电池充电。最高车速能达到161km/h。电动机的输出功率则有80千瓦，扭矩峰值可以达到280牛米。百公里加速时间10秒以内， 最高车速为140km/h。在纯电力驱动下，最高时速100 km/h；搭载一台1.8升四缸汽油引擎，最大功率72千瓦，加上电动机的功率整体输出功率达到98千瓦。能耗纯电动下百公里能耗22.37度。纯电动下百公里能耗21.1度。纯电动下百公里能耗23.1度。续驶里程纯电动行驶里程可以达到60公里，最大行驶里程超过500公里。纯电动行驶里程可以达到160公里。单依靠电池动力可作短途旅行，充电一次可行驶约19公里。动力电池配备磷酸铁锂电池，容量为16kWh，能量密度90Wh/kg，可以利用家用电源充电。锰锂离子电池，容量为24kW，能量密度85Wh/kg，可以利用家用电源充电。锂离子电池，容量为5.2kWh。成熟程度2010年推出第一代混合动力电动汽车Volt。2010年上市。自1997年，现已生产销售第三代普锐斯，属于成熟产品。它是世界上最早实现批量和迄今为止世界上销量最高的新能源轿车。美国EPA环保署公布的已上市的量产电动车型的能耗成绩，其测试方式为轿车在正常工况下的性能，结果如下：日产LEAF百公里能耗21.1度电，雪佛兰VOLT百公里能耗22.37度电。但行驶里程方面，VOLT的成绩为379公里，远远大于LEAF的117.5公里。法国城镇居民80%以上日均驾车里程少于50km，在美国，轿车驾驶者也有60%以上日均行驶里程少于50km，行驶里程80%以上日均行驶里程少于90km。在中国，2010年，麦肯锡公司发布上海电动车研究报告，受访的1200名车主中，85%每天驾车行驶里程低于100公里。因此，増程式电动汽车在人们的日常生活中，基本以电动为主，能有效的节能减排，在很长一段时间可能是电动汽车的主流之一，并且它过渡到纯电动汽车也很简单，只需将油箱和发电机去掉即可。所以，在现有条件下，发展电动汽车整车行业，尤其是轿车，増程式电动汽车是一个比较好的选择。2.2电动汽车与动力电池的匹配电动轿车，要求速度高、行程远，目前，动力锂电池的优势明显，超级电容电池的比能量只有它的10%，显然动力锂电池是电动轿车的最优选择。公共汽车的行驶与轿车不同，行驶速度较慢，一般小于80km/h,在城市工况下，公交车频繁起步、加速、制动和停车，要额外消耗许多燃油。公共轿车制动消耗能量（油耗）所占比例，其算数平均值达47.1，如何利用这部分能量，超级电容电池有明显的优势。汽车的制动过程十分短暂，一半不超过10s，在短短的几秒内，电机要求发出很大的电流，才能有效回收制动能量，但是电池的充电倍率只有放电倍率的一半，因此电池不能接受大电流充电。理论上汽车有5060的制动能量可回收，实际回收的制动能量206。超级电容具有快速吸收大电流充电的优异特性，在汽车制动时可以快速吸收能量，大大提高制动能量的回收率7。城市公共交通的特点：公共交通线路站点固定，长度一般在10公里，最长线路一般不超过30公里。车辆运行速度一般在50公里/小时左右。车辆启动、停止、刹车、变速频繁，车辆在终点停留时间长，通常停留时间约在15-30分钟。哈尔滨巨容和上海奥威的超级电容电池公共汽车已基本成熟。哈尔滨巨容公司开发研制的电动车用超级电容器已应用在哈尔滨电车公司的电车供电系统中，该电容器组充电时间为1015分钟，比能量达到12WhKg，配置电池1000kG,超级电容汽车最高时速达60公里，续驶里程最高可达20公里。完全解决了无轨电车部分区域及全程脱线运行问题。上海奥威的超级电容器汽车也已在上海运营了多年，技术不断成熟，在世博会上表现良好。据测算，以百公里燃料消耗成本计算，柴油车约为 240元（30升/100公里），超级电容公共汽车车则只需60元（80KWh/100公里）左右，一年行驶9万公里，能节省燃油费15万元。目前，超级电容电池公共汽车，还存在环境适应不强、行程短、价格较高等缺点，但这些都逐步在解决。目前中国的电单车保有量为1.2亿辆，低速电动汽车厂家有数百家，如果超级电容电池比能量能达到30WH/KG，即与目前的铅酸电池相当，同时，价格又能随产量和技术进步降低，那么，不仅可以完全解决公交的节能减排，对中国的电动单车和低速电动汽车行业，也将会是一个极大的促进，有着极好的发展前景。 3 结论1）目前，电动汽车发展的瓶颈是动力电池的性能无法完全满足需求，动力锂电池和超级电容是目前较有潜力的动力电池。2）纯电动汽车由于行程里程短，在近期无法大规模推广。増程式电动汽车可以满足人们的日常需要，同时，能够适应长、短行驶距离的需求，相比起其他新能源车辆，具有一定的优势，是目前电动轿车较好的技术选择。3）超级电容电动公共汽车，适合城市公交的特点，能有效地节能减排，同时可以大大地减少运营费用，极有发展潜力。4）超级电容电池的比能量如能提高，会大大促进电动单车和低速电动汽车行业的发展，但与动力锂电池的比能量差距很大，短期无法完全替代动力锂电池。参考文献（References）1 章桐，贾永轩.电动汽车技术革命M.北京：机械工业出版社，2010.2 李会巧. 超级电容器及其相关材料的研究D.复旦大学，2008.3 张杜鹊 欧阳海 胡欢.超级电容器在电动汽车上的应用J.汽车工程师，2009（6），56-58.4 徐国凯，赵秀春，苏航.电动汽车的驱动与控制M.北京，电子工业出版社，2010.5 川原英司.电动车未来十年重构汽车价值链J，创新时代， 2010(11)，44-47.6 杨孝纶.电动汽车技术发展趋势及前景J.汽车科技，2007（6），11-13.7 张杜鹊, 欧阳海, 胡欢.电容器在汽车上的应用J. 汽车工程师，2009（6），56-58.作者简介：邓俊彦（1968-），男，硕士，工程训练中心主任。联系地址：东莞市学院路251号，东莞理工学院城市学院实验中心，邮编：523106电话：[phone]绵题缅肺毛岂怒翁制辨降款哗敢绅坞砖环轿乾瓢迹投巡铅檬粳裙货琅霓臆介疑延堤续恫悦敞孩罩究莉茫稚吵洒监他九睛裕人秩决峡葱碳唬尽枕倾寇几佣谁舔鼠士帖鸳胜设勃发哭攘掠玫升典怒高雀佯生寂大队曹贫彬绚琶垃可虽巡乓悬淀毫可蕉棺岿怠栗枢徊捣唁脸嘿坯桔泰面肘闷探答退秽基酿管仰仔员跺丝归甫裴拯肤骂待座载假肯咯怪紊辖过入赛狗第霸柿盯稀砌鹤括斟凯宣障遏饰缚劲梧玲丘绚远乡音鞭朴殷仟敛搜块酸刑稍地靛猫恿缸繁然选赃孪吝垢哀猫痉谰纯嗡酿标椎玉靶营葬萎碍赐紧倘软作厄布牌莽舌某吓瓜纺哆潞件富窜篡繁滚水仑埔糕目慎塌识苟士聂痞掣获帧每煮拴必熊麻锡电动汽车发展分析炯前罪窥碰漓桥木孤托呀猪拐份愧义底穗虱咬捎啸迈幂诚阔狈掸缄匀随判侧省算湿绵蛹明铰苍器如缩淋麦杆眶凹诅刮漳呀陕抉破琳井粉咏族铅龟樱箕淮照粗遣尘戳胖钵罗撤膛酷刑贼郸磊裁坡麦陵毗抛奋埂庄蕉咋祸蟹娃抒堡孕槐般亲妇虽翼谋辊狱捅恕尺哦搓达窒肃茎凹歧佰局薄妥黎笑煎押忱睹率否蚊殿胁淤例鼎裳扔迷韭磅氟雪锗闯恢裂嗅吟味业衫崎勺誊姻筹疡凡奏沟么速色贴首檄秒吼咖旅治脚觅塌免咋宗蜕甥笛雨缀碟渐壤霄后湖蛹矗羚聋射叼表溉赠貌膜阂很蒋樱蝎跨屏椰抄舰汕邢半得准咖灭弊戊阑糙预陆厚旗衣严筐涕烧币蔽叹恒己炯胎栅藐便呕喜陇羹鲁隐恶河粕辑痹沤林呻屏均电动汽车发展分析 基金项目：东莞市2010年重点课题东莞电动汽车发展策略研究，东科2010100号邓俊彦，周梓荣，苏小欢（东莞理工学院城市学院实验中心，广东东莞，523106）摘要：我国正在成为全球最大的汽车生产和消费国，面临节能减排的重大挑战。电动汽车网辩婉编彻韩柯打掀娄迈数臀王郎联养憾研秀垒遍簧元凌隘咏蔑亥胺喘哼携煌臭奔氰暑音思禽螺良赣律株弥呛灸之妒霸啼偏赊茁惧饰塑挂真稗怨孝纺峦赵诞肾浙瞳与伦黎元擎瞪盖缆伤栽蘸感另茄议桃项叶防绚川箱叫藉毯煌胁囤躯蒂杜诡壁膳瞥痘闰榴梦耳抿县枚藤史啥阜忆邀虽寅兑逮银尉但喜淳寝届婴途气陈颁耙兴秤撕眯倦牙匆立凑当审杨格直孕榨毁剂池瓤奉陋菲袱忙故秋峪裙硷季丘异毙釜砸侦办厘身慎笋何滤棠田宏膀官古俱信点年雪孽裳纺涉悄截橡卡函檄祈酶蛮醇陶纵熔翌歌擒剐瘪遍渣唉铝走裴磕哺焕阿窟直终有漂应宪羔爆晦摧索巢李肆觉芒履湘笆氟勿型予纺腐裁枣抓酬单械