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1、电动汽车的发展现状和开发动向
2、第1... 1 开发电动汽车的背景 汽车的能源消费占世界能源总消费的近四分之一。随着发展中国家经济水平的提高,汽车的保有数量在急剧增加,由此而引起的能源与环境问题就显得更加严重。为便于说明这一发展趋势,将世界各类能源消费在近20年来的变化示于图1(以1971年为100),图1 世界各类能源消费的推移图2 汽车在世界能源消费中所占比例 并在图2中给出汽车所消费的能源比例[1]。因石油危机的影响,发达国家领先进行节能技术的开发,将产业部门的能源消费停留在GNP的一半水平。但是,以汽车为主的运输部门因其急速普及,能源的消费比其它部门大,占总能源消费的2
3、4%,予计算从全世界汽车排出的CO2为64亿.标准炭吨,由CO2引起的大气污染及地球温暖化已对人类的生活环境产生深刻的影响。在当今世界面临能源与环境的双重危机之机,要求汽车工业提高汽车的能源使用效率,减少污染物质的排出量。但是,仅通过改善现有内燃机车的性能来解决这一问题是很困难的。开发电动汽车(ElectricVehicle,以下简称EV)是解决这一问题的有效途径之一。 2 EV的特点 EV与常规的内燃机车比较有以下特点。 (1)效率高:以图3为例,比较原油转化成汽油和原油转化成电的能量效率。现在的内燃机效率约为38%,因汽车在市内行驶中有频繁的停车、低速行驶、待信号灯等,其
4、最终效率不过12%。而EV无机器空转损失,电池的80%以上的能量可由电动机转为汽车的动力,即使考虑原油的发电效率、送配电效率、充放电效率等,其最终可得到19%左右的能量效率。另外,EV在制动时有回收能量的特点。这个比较在计算时仅以汽车行驶能量为对象,实际上电能有多种方式,还需考虑制造所用能量等,但此结果与其它文献的结果基本相附。图3 EV和内燃机汽车(ICEV)的能源消费比较 (2)环境污染低:EV在行驶中无废气排出,即使以火力发电来估计,相对于常规汽车其废气排出量也会被大幅度减少。 (3)可使用多种能源:因EV使用2次电力能源,其不受石油资源的限制,可利用核能、水力、太阳能等
5、。 (4)噪音低:汽车的噪音、振动大小决定于发动机本身和行驶条件。常规汽车和EV比较,虽然因汽车行驶而引起的噪音、振动无显著差别,但由原动机引起的部分EV占有绝对的优势。 3 EV的现状和开发动向 EV是由电池和电动机驱动。近年来,由于高性能电池的研究有了较大的进展,出现了能在一定程度上满足用户要求的EV。然而,EV在价格及技术上等还有很多函待解决的课题,在性能上不如现有常规汽车,还未能普及。 3.1电源技术图4 有代表性的EV用蓄电池的能量密度 作为EV的电源系统,除蓄电池以外,现在研究开发的还有燃料电池、飞轮、电容器等。以下简介各种蓄能技术的现状。分页 (1)EV用
6、蓄电池: 作为EV用蓄电池必需满足:1．贮能密度高(一次充电行驶距离长);2．能量输出密度高(加速性能、爬坡性能好);3．寿命长;4．维修、保养费低;5．安全性高(包括对环境的安全性);6．价格低,有再利用性等技术要求。 现在实际使用中的主要蓄电池的贮能密度和能量输出密度等特性示于图4[2]。汽油的发热量是8320kcal/l,若把它换算成能量密度大约是13073H电池,在2000～2010年研究开发出实用性Li系电池,Li-FeS2电池等。欧州以SAFT为中心也在研究开发Ni-MH电池和Li-ion电池,同时对Ni-Cd电池也在进行研究开发。日本以LIBES公司为中心,从19
7、92年开始以10年计划开发适合EV实用的大容量Li系电池。除各国政府外,汽车制造业和电池制造业也联合成立了电池开发及生产企业进行积极的共同开发。如由GM和Ovonic联合成立的GM-Ovonic公司(开发Ni-MH电池),由丰田和松下联合成立的PanasonicEVEnergy公司(开发Ni-MH电池),日产和SONY在共同开发Li-ion电池,Benz和BallardPo在共同开发燃料电池等。 (2)燃料电池(FuelCell: FC):FC是以燃料的电化学反应发电,只要不断提供燃料就可以不断发电,它具有发电效率高,低噪音及低公害等特点,作为将来的汽车电源可解决蓄电池的一次充
8、电行驶距离短等问题。近年,Ballard、Benz、丰田等汽车公司正在对其加强研究开发并有所进展。各大汽车公司相继公布了将在2003至2005年燃料电池电动汽车将投入市场。但是,现有水平的燃料电池单位体积的能量密度较低,体积较大,今后要求其小型化、造价低、负荷变动性强、改善出力密度等。 (3)太阳能电池: 太阳能电池汽车无公害,而且利用取之不尽的太阳能资源,是最理想的EV用电源。但太阳能电池的性能低,实用受天气的限制,对要求在各种环境下实用汽车来说,作为主电源利用
