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西安航空技术高等专科学校 毕业
论文 电动汽车面临的问题及发展趋势 技术 指导老师: 目 录中文摘要……………………………………………………………………………………… I英文摘要……………………………………………………………………………………… II1 绪论………………………………………………………………………………………… 1 1.1 汽车面临的挑战及对策………………………………………………………………… 1 1.2 国内电动车的发展……………………………………………………………………… 2 1.2.1 我国电动汽车的发展概况………………………………………………………… 2 1.2.2 我国电动汽车的发展模式…………………………………………………………… 2 1.3 国外主要国家电动车的发展……………………………………………………………… 32 电动汽车的构造与原理……………………………………………………………… 3 2.1 纯电动汽车(EV………………………………………………………………………… 4 2.1.1 EV 概述………………………………………………………………………………… 4 2.1.2 EV 的基本组成部分…………………………………………………………………… 4 2.2 燃料电池电动汽车………………………………………………………………………… 6 2.2.1 燃料电池电动汽车的构成…………………………………………………………… 6 2.2.2 燃料电池电动汽车的种类………………………………………………………………6 2.2.3 燃料电池电动汽车动力系统的工作原……………………………………………… 6 2.2.4 燃料电池电动汽车的驱动形式…………………………………………………………8 2.3 混合动力电动汽车……………………………………………………………………………8 2.3.1 概述………………………………………………………………………………………8 2.3.2 混合动力电动汽车的种类及主要组成…………………………………………………83 电动汽车动力蓄电池及储能装置…………………………………………………12 3.1 电池的分类及有关术语…………………………………………………………………… 12 3.1.1 电池的分类………………………………………………………………………………12 3.1.2 有关电池的常见术语……………………………………………………………………13 3.2 铅酸蓄电池………………………………………………………………………………… 13 3.2.1 铅酸蓄电池的分类和特点………………………………………………………………13 3.2.2 铅酸蓄电池的工作原理…………………………………………………………………13 3.3 燃料电池…………………………………………………………………………………… 14 3.3.1 燃料电池的分类和特点…………………………………………………………………14 3.3.2 燃料电池的工作原理……………………………………………………………………154 电动汽车的电动机及驱动系统…………………………………………………… 16 4.1 概述………………………………………………………………………………………… 16 4.1.1 电动汽车驱动系统的组成、分类………………………………………………………16 4.1.2 电动汽车对驱动电动机性能的基本要求…………………………………………………16 4.1.3 电动汽车驱动电动机的分类………………………………………………………………17 4.2 直流电动机…………………………………………………………………………………… 17 4.2.1 电动机的基本构造…………………………………………………………………………17 4.2.2 直流电动机的工作原理……………………………………………………………………17 4.2.3 直流电动机的运动特性与特点……………………………………………………………18 4.3 其他电动机………………………………………………………………………………………18 4.3.1 三相异步感应电动机的结构……………………………………………………………… 18 4.3.2 永磁电动机………………………………………………………………………………… 185 电动汽车的能源管理与供给系统……………………………………………………19 5.1 电动汽车的能源管理系统………………………………………………………………………19 5.2 蓄电池充电原理与充电器………………………………………………………………………19 5.2.1 充电方法与充电过程………………………………………………………………………19 5.2.2 充电器的种类………………………………………………………………………………20 5.3 电动汽车制动能量回馈系统……………………………………………………………………20 5.3.1 制动能量回馈系统的组成………………………………………………………………… 20 5.3.2 电动汽车制动能量回(收)馈系统………………………………………………………20 5.4 电动汽车能量系统的电源变换装置……………………………………………………………21 5.4.1 电动汽车电子设备对电源的要求………………………………………………………… 21 5.4.2 DC/DC 功率转换器………………………………………………………………………… 21 5.4.3 DC/AC 功率转换器………………………………………………………………………… 21 5.4.4 AC/DC 功率转换器……………………………………………………………………………216 我国发展电动汽车存在的问题……………………………………………………… 226.1 续驶里程有限………………………………………………………………………………… 226.2 蓄电池使用寿命太短………………………………………………………………………… 226.3 蓄电池尺寸和质量的制约…………………………………………………………………… 226.4 电动汽车价格昂贵…………………………………………………………………………… 226.5 间接污染严重………………………………………………………………………………… 227 国内电动汽车发展趋势………………………………………………………………… 237.1 纯蓄电池驱动的超微型汽车………………………………………………………………… 237.2 驱动电机呈多样性发展……………………………………………………………………… 237.3 混合动力汽车………………………………………………………………………………… 237.4 燃料电池汽车………………………………………………………………………………… 23致 谢………………………………………………………………………………………… 24参考文献 ……………………………………………………………………………………… 25 中文摘要 随着汽车工业的高速发展,汽车带来的环境污染、能源短缺、资源枯竭和安全等方面的问题越来越突出。
为了保持国民经济的可持续发展,保护人类居住环境和能源供给,各国政府不惜巨资,投入大量人力、物力,寻求解决这些问题的各种途径。
电动汽车具有良好的环保性能和可以以多种能源为动力的显著特点,即可以保护环境,又可以缓解能源短缺和调整能源结构,保障能源安全。
目前发展电动汽车已成为各国政府和汽车行业的共识,电动汽车的研发已成为汽车行业的热点。
因此,无论是从设计、研究和开发的观点,还是从实用的角度来看,了解和掌握电动汽车技术的社会需求会越来越大。
关键词:能源短缺、电动汽车、燃料电池、新能源 英文摘要 As the car industry is developing at breakneck speed the car the environmental pollution energy shortage resources exhausted and safetyproblems are becoming increasingly evident. in order to maintain the sustainabledevelopment and protection of human living environment and energy supply andgovernments at and a lot of manpower and material resources to solve the problemsof various channels. Electric car with a good environmental performance and canbe in a variety of energy to power can to protect the environment and may relievethe shortage of energy and energy restructuring and ensure energy security. The development of electric cars became the governments and the car industryelectronic the development has become a hot car industry. therefore whether bydesign research and development or from a practical point of view understandand grasp the car technology and social needs. 1 绪论1.1 汽车面临的挑战及对策 汽车自诞生起已有 100 多年的历史,其发展速度不断的加快,与人们的联系越来越紧密。
汽车已不再是一个简单的代步的运输工具,已成为许多人的生活必需品和文化生活的一部分,甚至成为一些人的流动办公室。
汽车的普及程度和技术水平已成为一个国家或地区现代话程度的标志。
汽车已成为当今人类社会不可缺少的交通工具,它对人类的进步产生了不可替代的巨大推动作用。
但同时也面临着来自环境保护、能源短缺、道路交通事故等方面越来越严峻的挑战,并带来了一系列的负面效应。
汽车在其生命的全周期内对公共环境和公众健康甚至生命产生了一系列的危害,此即汽车的环境危害。
汽车的环境危害包括汽车在生产过程中、使用中和报废后的环境大气污染(包括温室气体、臭氧层破坏和空气污染)、水质污染、废弃物、环境噪声、电波对人体的危害及对用电器的干扰等。
汽车的环境大气污染包括两层含义:其一是汽车排放的二氧化碳、硫化物、氮氧化物等使温室效应加剧、臭氧层破坏和形成酸雨等大气环境问题;其二是汽车尾气排放的各种化合物和臭味气体等造成的局部空气污染(特别是城市空气污染),进而对人类和动植物产生危害,严重威胁着人类的身体健康。
随着人民生活水平的提高,人类对生存环境的要求也越来越高,降低汽车的有害排放物的呼声与日俱增,在美国已经出台了部分汽车零排量的法规,在我国也正在筹划实施用于北京 2008 年的“零排放”车队。
因此,就目前的情况来看,环境公害是汽车行业面临的最大挑战。
汽车面临的挑战之二就是能源供应问题。
从人类对可持续发展的观点的出发,人类应设法减少对有限的石油资源的消耗,并且应积极研究石油枯竭后汽车的能源问题。
目前时间范围内使用的主要能源有石油、煤、天然气、核能(原子能)、水能、风能以及可再生资源等。
虽然每年都有新的油田、气田的发现,但是这些资源都是有限的,总有一天会消耗殆尽。
我国面临的形式也十分严峻,国内的石油储藏量和开采量相当有限,随着汽车保有量的增加,石油需求越来越多,目前已不能自给,不足部分主要通过进口来满足,而且每年成递增趋势。
由于电动汽车具有突出的环保方面的优势,使得电动汽车的开发和研究成为各国开发绿色汽车的主流。
电动汽车使用的能源是可以用于发电的一切能源。
因此使用电动汽车可以摆脱汽车对化石燃料的依赖,改善能源结构,使能源供给多样化,使能源的供给有保障。
电动汽车在解决道路交通事故方面和传统汽车相比也具有一定优势。
因此,开发电动汽车是迎接汽车面临挑战的重要对策之一。
1.2 国内电动汽车的发展1.2.1 我国电动汽车的发展概况 与世界其他国家一样,电动汽车研发工作在我国也正在如火如荼的进行着。
quot十五quot期间,国家从维护我国能源安全、改善大气环境、提高汽车工业竞争力、实现我国汽车工业的跨越式发展的战略高度考虑,设立quot电动汽车重大科技专项quot,通过组织企业、高等院校和科研机构,集中国家、地方、企业、高校、科研院所等方面的力量进行联合攻关。
为此,从 2001 年 10 月起,国家共计拨款 8.8 亿元作为这一重大科技专项的经费。
我国电动汽车重大科技专项实施 4 年来,经过 2000 多名技术骨干的努力,目前已取 得 重要进展:燃料电池汽车已经成功开发出性能样车,燃料电池轿车累计运 行4000km,燃料电池客车累计运行 8000km;混合动力客车已在武汉等地公交线路上试验运行超过 14 万 km;纯电动轿车和纯电动客车均已通过国家有关认证试验。
1.2.2 我国电动汽车的发展模式 燃料电池汽车:在整车操控性能、行驶性能、安全性能、燃料利用率等方面均已得到较大的提高。
2004 年 5 月在北京召开的世界氢能大会上,我国自主研发的燃料电池轿车样车与世界领先的奔驰公司样车同堂展示,引起世界的惊赞。
在 10 月举行的必比登世界清洁汽车挑战赛上,我国自主研发的燃料电池轿车在 7 个单项奖中获得 5 个 A在高速蛇行障碍赛、噪音、排放、能耗、温室气体减排 5 个单项指标方面的最高等级的好成绩,燃料电池城市客车也以较高的技术性能和可靠性在挑战赛中取得了良好的成绩。
混合动力汽车:一汽、东风、长安、奇瑞等汽车公司对此都投入了较大的人力、物力。
各车型均已完成功能样车开发。
2003 年 11 月 8 日,湖北省启动武汉电动汽车试验示范运行工作,先后投入 6 辆由东风电动车辆股份有限公司研制的混合动力客车,已累计运行 14 万 km,载客 15 万人次;混合动力轿车按 ECE 城市工况与基本车型进行的对比试验显示,其燃料经济性提高 40左右,达到了节油的目的。
长安汽车公司采用同轴 ISG 轻度混合方案,成功开发了第二轮功能样车和第三轮性能样车,并在国内率先开展了混合动力专用发动机开发。
经过国家检测机构测试,动力性能接近参考车的水平,综合油耗降低 17,排放达到欧Ⅲ标准。
〔1〕 纯电动汽车:目前纯电动轿车和纯电动客车均已通过国家质检中心的型式认证试验,各项指标均满足有关国家标准和企业标准的规定。
天津清源电动车辆有限公司等单位研发的纯电动轿车,其整车的动力性、经济性、续驶里程、噪声等指标已超过法国雪铁龙公司赠送的纯电动轿车和箱式货车,初步形成了关键技术的研发能力。
北京理工大学等单位初步完成了北京理工科凌电动车辆股份有限公司密云电动车辆产业化生产基地的建设,并于 2003 年 12 月 30 日顺利通过北京市公共交通总公司组织的示范运行车组验收。
小批量研发生产的 4 种车型、近 40 辆公交车即将投入北京市奥运电动示范车队的示范运行。
1.3 国外主要国家电动汽车发展情况 世界各国著名的汽车厂商都在加紧研制各类电动汽车,并且取得了一定程度的进展和突破。
一直以来,出于对能源危机和环境保护的关注及占领未来世界市场的考虑,日本十分重视电动汽车的研制与开发。
目前,世界上能够批量产销混合动力汽车的企业,只有日本的丰田和本田两家汽车公司。
1997 年 12 月,丰田汽车公司首先在日本市场上推出了世界上第一款批量生产的混合动力轿车 PRIUS。
该轿车于 2000 年 7 月开始出口北美,同年 9 月开始出口欧洲,现在已经在全世界 20 多个国家上市销售。
目前推出的产品已经是多次改进后的第二代产品,其生产工艺更为成熟。
根据丰田汽车公司的测试,PRIUS轿车在城市工况下比同等排量的花冠轿车节油 44.4;在市郊节油 29.7,综合节油40.5。
有关统计数据显示,丰田汽车公司已占有全球混合动力汽车市场 90的份额。
2004 年 9 月 15 日,一汽集团与日本丰田汽车公司在北京举行了混合动力汽车合作项目签字仪式,宣布双方在 2005 年内,共同生产丰田 PRIUS 混合动力轿车。
PRIUS 混合动力轿车将在同年进入中国市场。
美国能源部与三大汽车公司于 1993 年签订了混合动力电动汽车开发合同,其中通用汽车公司投入 1.48 亿美元,福特汽车公司投入 1.38 亿美元,克莱斯勒汽车公司投入8480 万美元,进行为期 5 年的研制开发工作,并于 1998 年北美国际汽车展上展出了样车。
在此基础上,现已推出三款混合动力概念车 GM 2 电动汽车的构造与原理 电动汽车的分类,如图 2-1 所示。
电动汽车类 纯电动汽车 铅酸蓄电池 钠硫电池 镍锌电池 空气电池 锂离子电池 混合动力汽 内燃电池 燃料电池 燃料电池 蓄电池电容 蓄电池 燃料电池 储能器 电容 飞轮 燃料电池 H2 燃料电池 甲醇燃料 重燃料电池 图 2-1 电动汽车的分类 2.1 纯电动汽车(EV) 2.1.1 EV 概述 采用电能作为动力源的电动车辆,距今已有 100 多年的历史,现在世界上已具有多 种多样的电动车辆。
电动汽车与普通内燃机汽车的主要区别在于动力源的改变,EV 用蓄 电池——电动机系统。
纯电动汽车是一种最好的“零污染”或“超低污染”的车辆。
它没有 噪声和振动,操作性良好,远远地优于内燃机汽车,是当前开发和研制取代内燃机的首 选车型。
2.1.2 EV 的基本组成部分(1)车载电源 ①车载电源的发展 第一代的纯电动汽车的电池都是铅酸蓄电池。
由于铅酸电池的比能量和比功率不能 满足纯电动汽车动力性能的需求,后来经过科学家的研究,进一步发展了阀控铅酸电池、 铅布电池等纯电动汽车,是铅酸电池的比能量有所提高,目前仍然能够作为纯电动汽车 的电源。
第二代的高能电池有锂离子电池、锂聚合物电池、锌空电池和铝空气电池等作为电 动汽车的能量来源。
第二代的比能量和比功率都比铅酸电池高,大大的提高了 EV 的动 力性和续驶里程。
但是在使用一定期限后,电池将会老化变质以至于报废,从而增加了 EV 的成本。
第三代电动汽车的电池是以燃料电池为主的电池。
燃料电池直接将燃烧的化学能转 变成电能,能量转换率高,比能量和比功率高,是较理想的电动汽车电池,经过科研人 员的不断努力,一些关键技术正在不断地突破,并且在使用上能够取得了良好的效果。
② 动力电池组的组成和布置形式 纯电动汽车上搭载的唯一的动力源一般是由多个 12V 或 24V 的电池串联形成的动力电池组,动力电池组一般是电压为 155V—400V 的高压直流电源。
为了便于向一些低压用电设备供电,而不至于将车上的一些电子元件损坏,动力电池组还有 DC/DC 转换器。
〔2〕 一般动力电池组采用并联或者串联的方式进行组合,在电动汽车上占据着很大一部分有效的装载空间,在布置上有相当大的难度,通常有“集中”布置和“分散”布置两种形式。
(2)电池组管理系统① 电池组管理系统组成 电动汽车上的动力电池组是它的主要电源,电动汽车形式所需要的驱动力全靠动力电池组提供电能转化成机械能。
根据电动汽车所采用的电池的类型和动力电池组的组合的方法,电池组管理系统主要包括热管理系统、电池管理系统和电线线路管理系统,如图 2-2 所示。
电池管理系统 热管理系统 电池管理系统 线路管理系统 电池组组合方式 电池组电压测试 动力电池组分组 电池组分组和支架 电池组电流测试 动力电线束 通风管道系统 电池组和单元电池 手动或自动断电器 温度管理 ECU SOC 计算及显示技术 传感器的类型 热能的管理和应用 电池组电量显示 传感器的电线束 可行驶里程显示 自动诊断系统 安全防护系统 图 2-2 电池组管理系统组成② 电池组的管理系统 动力电池组的管理系统包括对动力电池组的充电和放电时的电流、电压、放电深度、再生制动反馈的电流、电池的自放电率、电池的温度等进行控制。
因为个.