电气工程基础论文
题目：关于电动汽车的调研报告
院 系:电子信息工程学院
学科专业:电气工程及其自动化 学 生:毛明明 学 号:130417114 指导教师:张宏鹏
2015年10月
电气工程基础论文
题目：关于电动汽车的调研报告
院 系:电子信息工程学院
学科专业:电气工程及其自动化 学 生:毛明明 学 号:130417114 指导教师:张宏鹏
2015年10月
关于电动汽车的调研报告 关于电动汽车的调研报告
摘要
随着人类社会的不断进步，环境压力日益增大，人们开始更加注意自身的生活方式。汽车废气的排放及对石油的过度消耗所引发的环境、能源问题日益严重，控制汽车废气污染及石油的替代能源已成为亟待解决的课题。电动汽车日益进入人们的视野，随着电池技术的进步，转化效率也在不断提高。电动汽车技术也日趋成熟，本文对国内电动汽车发展现状进行了总结，以及对纯电动汽车、混合动力汽车及燃料电池电动汽车三种最常见的电动汽车做了综述；并在简要梳理国内外电动汽车技术发展应用现状的基础上，分析了当前电动汽车领域的一些上下游产业的发展，指出了未来的一些发展思路。
关键词：电动汽车；现状；趋势；电池；新能源；混合动力
- 1 -
关于电动汽车的调研报告 Research Report on electric vehicles
Abstract
Along with the advance of human society, the environment pressure increasing, people began to pay more attention to their own way of life. Automobile exhaust emissions and excessive consumption of oil caused by environmental and energy problem increasingly serious, to control automobile exhaust gas pollution and oil alternative energy has become a pressing issue. Electric car is becoming more and more into people's horizons, along with the progress of the battery technology, the conversion efficiency has been improved. Electric vehicle technology is mature, this paper summarizes the current situation of the development of domestic electric cars, as well as to the pure electric vehicles, hybrid vehicles, and fuel cell electric vehicle electric cars do three most common were reviewed in this paper; and briefly carding electric vehicle technology development at home and abroad on the basis of the status quo of the application, analyzes some upstream and downstream industry development in the field of electric vehicles, points out the future development ideas.
Key Words : the electric car; present situation; tendency ; battery; new energy; hybrid
- 2 -
关于电动汽车的调研报告 目 录
1 绪论 .............................................. - 5 - 2 电动汽车背景概况 .................................. - 5 -
2.1 背景综述 ................................................ - 5 - 2.2 电动汽车的优点 .......................................... - 5 -
3 电动汽车的发展现状 ................................ - 6 -
3.1 国外电动汽车发展状况 .................................... - 6 - 3.2 我国电动汽车发展状况 .................................... - 6 - 3.3 电动汽车类型和原理 ...................................... - 7 -
3.3.1 以蓄电池驱动的纯电动汽车........................... - 7 - 3.3.2 混合动力电动汽车................................... - 7 - 3.3.3 燃料电池为动力的燃料电池电动汽车................... - 8 -
4 电动汽车的接入对电力系统的影响 ..................... - 8 -
4.1 对电源发展的要求 ........................................ - 8 - 4.2 对输电网的影响 .......................................... - 9 - 4.3 对配电网的影响 .......................................... - 9 -
4.3.1 对配电网电能质量的影响............................. - 9 - 4.3.2 对配电网经济运行的影响............................. - 9 -
5 电动汽车方面研究方向 ............................... - 9 - 6 制约电动新能源汽车发展因素 ........................ - 10 -
6.1 价格太高，没有竞争力 ................................... - 10 - 6.2 基础设施比较落后 ....................................... - 10 - 6.3 安全性问题 ............................................. - 10 -
7 加快电动汽车普及的一些对策 ........................ - 10 - 8 电动汽车发展趋势 ................................. - 11 -
- 3 -
关于电动汽车的调研报告 8.1 汽车电池的发展 ......................................... - 11 - 8.2 电动机发展的优势 ....................................... - 11 - 8.3 电机驱动控制系统 ....................................... - 12 - 8.4 发展电动汽车意义重大 ................................... - 12 -
9 结束语 ........................................... - 12 - 致 谢 ............................................. - 14 - 参考文献 ......................................... - 15 -
- 4 -
关于电动汽车的调研报告 1 绪论
自从1886年汽车问世以来，汽油与柴油一直都是汽车发动机使用的主要燃料。然而，随着现代汽车工业的飞速发展，高油耗、环境污染等不可回避的问题摆在了人们的面前。在人类生活日趋高质量的今天，拯救我们赖以生存的自然环境，对汽车工业的发展提出了极为严峻的挑战，全球汽车产业变革迫在眉睫。电动汽车作为一种无污染、低噪声的绿色车辆具有十分诱人的发展前景。为了汽车工业的持续发展，开发和推广电动车、多种代用燃料汽车的工程已经在世界范围内展开，世界各大汽车公司争相研究各种新型无污染的环保汽车。我国电动汽车目前正在进入产业化的前夜，由研发向产业化过渡。
2 电动汽车背景概况
2.1 背景综述
电动汽车技术是未来汽车技术的发展趋势,为了在未来的汽车市场占有一席之地,美、日、欧等发达国家纷纷制定了自己的电动汽车产业政策,推行电动汽车产业化发展。我国也在“863计划”中明确提出了电动汽车产业化目标。迄今为止,我国电动汽车技术已经得到了长足的发展,但是目前我国电动汽车大规模产业化还有一段距离。在电动汽车产业化的道路上涉及到政府、企业、消费者等多方利益,电动汽车产业化是否能迅速地、顺利地进行,也是各利益方利益均衡的结果。“电动汽车技术从90年代起步，在各国政府和各大汽车公司的推动下得到飞速的发展。尽管目前在价格、技术成熟度方面还不能与传统内燃机汽车比拟，但电动汽车具有深厚的发展潜力，将最终在今后10—20年中逐步取代传统汽车。”在不久前由国家科技部组织的一次电动汽车试验总结报告会上，国家863计划电动汽车专项组组长万钢这样回答记者的提问。
2.2 电动汽车的优点
电动汽车之所以成为本世纪技术开发的宠儿，首先是因为电动汽车直接采用电机驱动，本身不排放污染大气的有害气体，即使按所耗电量换算为发电厂的排
- 5 -
关于电动汽车的调研报告 放，除硫和微粒外，其它污染物也显著减少。发电厂大多建于远离人口密集的城市，对人类伤害较少，而且发电厂的场所固定，有害排放物集中排放，较容易清除。并且，电力可以从多种一次能源中获得，如煤、核能、水力、风力、光、热等，可以很好地解除人们对石油资源日见枯竭的担心。其次，电动汽车能够充分利用晚间用电低谷时富余的电力充电，使发电设备得到充分利用，大大地提高了经济效益。有关研究表明，同样的原油经过粗炼，送至电厂发电、充入电池、由电池驱动汽车，其能量利用效率比经过精炼变为汽油，再经汽油机驱动汽车高，因此有利于节约能源和减少二氧化碳的排量。
3 电动汽车的发展现状
2002年，中国轿车产销量因超过40%的增长而被称为“中国轿车元年”。尽管汽车生产商因销量大增而欢天喜地，消费者因品种增加而选择余地更大，但由此造成的现实与未来的交通拥堵、原油进口以及环境压力却不能不让人感到担忧。统计资料显示，中国从1994年已开始成为石油纯进口国。2000年进口石油7000万吨，成品油3000万吨，进口石油价格达25亿美元；2001年进口石油大约8000万吨；2002年的统计数字还没有出来，但预计不会少于9000万吨。另据联合国调查，世界上污染最严重的10个城市中有7个在中国。近几年我国汽车保有量持续快速增长，汽车尾气已成了大气污染的罪魁祸首，有预测报告说，到2010年，我国许多大城市的汽车尾气排放量将比现在增长一倍。面对严重的形势，中国政府与世界其他国家一样，也在为传统内燃机汽车寻找新的出路。
3.1 国外电动汽车发展状况
随着环境压力的不断增大，不少国家和政府都制定了本国的电动汽车发展规划，在这方面，西方发达国家走在前列，美国，欧洲都制定了相应的远景电动汽车规划纲要。一些国家甚至把电动汽车纳入国家财政资金支持的新型科技项目，不少发达国家更是投入庞大的人力、财力资源抢占电动汽车关键技术的制高点。此外，不少国家开始在财政和税收上给予更多的优惠。
3.2 我国电动汽车发展状况
我国电动汽车的发展起步较晚，但最近几年来呈现出加速发展的趋势。源于
- 6 -
关于电动汽车的调研报告 我国庞大的市场潜力，不少外资、合资企业纷纷在华设立电动汽车研发中心。大批汽车厂家押注我国的电动汽车市场。从开始科技立项到政府发布相关标准，整体上我国电动汽车有一定的后发优势，比亚迪在国内电动汽车技术研发行走在最前列，相关技术已将足以和发达国家一较高下，在一些细分领域，比亚迪甚至更有自己独到的优势。目前，电动汽车的整个完整的产业体系已经建立起来，我国无论是上游的蓄电池技术，还是一些中下游相关产业，均比较完善。国家在政策层面也开始更多的支持电动汽车的发展，一些细则也正在草拟论证之中，在达到上市的相关标准后，会逐步推出。
3.3 电动汽车类型和原理
电动汽车属于新能源汽车，新能源汽车包括混合动力汽车、纯电动汽车、燃料电池电动汽车、氢发动机汽车、其他新能源（如高效储能器、二甲醚）汽车等各类别产品。电动汽车则是指以车载电源为动力，用电机驱动车轮行驶。所以混合动力汽车、纯电动汽车、燃料电池电动汽车都被归为电动汽车。
3.3.1 以蓄电池驱动的纯电动汽车
用蓄电池驱动的电动汽车的推进系统主要由蓄电池和驱动系统组成，其中核心系统为驱动系统，主要由驱动电机、机械传动装置、功率变换器和控制器等组成。电驱动系统是纯电动汽车的研究开发重点，也是影响纯电动汽车的动力性能和经济性能的主要因素。不同类型驱动电机直接决定了功率变换器和控制器的类型，也能满足对能量控制不同的要求。
目前纯电动汽车主要选用铅酸蓄电池、锂离子蓄电池、镍氢蓄电池等作为车载能量源。由于传统的蓄电池存在诸如比功率低，不能瞬时大电流充放电等缺点，极大的限制了电动汽车动力性能的提高。目前正在研制的各类高能蓄电池有镍、银、锂和空气四大系列，如镍锌电池、镍氢电池、银锌电池、锌空气电池等多种。这些电池相比传统电池的优点是比能量高、续驶里程长，充电快速；但仍旧存在寿命短、价格高等缺点。
3.3.2 混合动力电动汽车
混合动力汽车是指汽车同时装备内燃机车的发电机组与一定容量的蓄电池两种动力来源的汽车。混合动力汽车所使用的内燃机既有柴油机又有汽油机，所
- 7 -
关于电动汽车的调研报告 以可以使用传统的汽油和柴油作为能源。混合动力车辆具有节能、低排放等特点，引起了全世界的极大关注并成为目前汽车研究与开发的一个重点。
根据混合动力驱动的联结方式，混合动力系统主要分为以下三类：串联式混合动力系统、并联式混合动力系统、混联式混合动力系统。
串联式混合动力系统通常将发动机与发电机做成一体，由内燃机直接带动发电机发电，其电能通过控制系统直接输送给电机转化为动能，最后通过变速机构来直接驱动汽车。当汽车减速或低速行驶时，发电机的发电功率大于电动机所需功率，此时电池充电；当汽车起步、加速或者高速行驶时，发电机发出的功率小于电动机所需功率，电池则向外提供电能。并联式混合动力系统有两套驱动系统：传统的内燃机系统和电机驱动系统。汽车既可以由发动机和电动机共同驱动或者单独驱动。这种系统的优点是适用于多种不同的行驶工况，具有显著的燃油经济性；混联式混合动力系统的特点在于内燃机系统和电机驱动系统分别有一套机械变速机构，两套机构通过齿轮系或行星轮式结构结合在一起，从而综合调节内燃机与电动机之间的转速关系。
3.3.3 燃料电池为动力的燃料电池电动汽车
燃料电池电动车是一种用氢气为动力燃料，在常温状态下，通过电化学反应，直接转换成电能驱动汽车行驶的电动车。目前已开发的燃料电池有磷酸燃料电池、碱性燃料电池、熔化碳酸盐燃料电池、固态氧化物燃料电池和质子交换膜燃料电池。
燃料电池是燃料电池汽车的核心。其与普通电池区别在于：燃料电池是将燃料的化学能转变为电能的装置。但燃料电池在产生电能时，参加反应的反应物质在经过反应后，不断地消耗且不再重复使用，因此，要求不断地输入反应物质；普通蓄电池是一种能量储存装置，不产生电能。蓄电池的活性物质随蓄电池的充电和放电反复进行可逆性化学变化，活性物质并不消耗，一般只需要适当地添加一些电解液等。
4 电动汽车的接入对电力系统的影响
4.1 对电源发展的要求
- 8 -
关于电动汽车的调研报告 电动汽车充电负荷的增长要求相应的发电规模必须匹配。在美国的市场看来，enholm P等学者研究指出，如果采用有序充电的方式，对发电则总体影响不大。
4.2 对输电网的影响
对于输电网，由于电动汽车在充电时存在时间和地理位置的较大不固定性，很难规律的去充电，这样不固定的大规模增加符合，必然会给输电网带来不良后果。
4.3 对配电网的影响
同输电网相比，电动汽车接入对配电网造成的危害是整个电力系统里面最严重的。电动汽车充电负荷时空的易变性、不确定性，给配电网系统的运行带来了很多的不确定性。目前学者们的主要研究内容涉及配电网的电能质量、可靠性和经济运行等方面。
4.3.1 对配电网电能质量的影响
电动汽车的接入对配电网电能质量的主要影响体现在以下三个层次：电压下降、谐波污染和三相不平衡。Gomez J C等学者主要研究电动汽车充电机对配网电能质量的影响，电动汽车在深夜充电时，会成为造成电压畸变的主要设备，充电产生的谐波有可能减少变压器的寿命。其他电缆以及继电保护装置也会受到很大的影响。
4.3.2 对配电网经济运行的影响
在配网经济运行方面，电动汽车接入后对配电网网损和配电变压器寿命也会产生一定程度的影响。Kelly L研究了电动汽车充电对配电变压器寿命的影响，研究实验结果表明，电动汽车的接入可能会损害配电变压器的寿命，尤其在电动汽车用户使用240V充电但不施加任何控制保护措施时，对变压器的负面影响会变得很大。
5 电动汽车方面研究方向
从电力电网系统发展趋势来看，未来电网将逐渐向分布式发电、交互式供电的分散智能电网过渡，这将促进可再生能源发电的应用，也对环境保护、分布式
- 9 -
关于电动汽车的调研报告 储能设施等都提出了更高的要求。电动汽车与电网之间的互动是下一步智能电网发展的重要方向，也是电力电子、通信、调度和计量、需求侧管理等众多技术的高端综合应用，体现了车辆和电网之间能量双向、实时、可控的流动，未来的一些研究方向可能包括以下几项：含大规模电动汽车的城市电网动态运行机制，电动汽车与电网的协调优化经济运行，V2G的多场景发展。
6 制约电动新能源汽车发展因素
6.1 价格太高，没有竞争力
任何一种产品要推向市场，没有合理的经济价值是不会被消费者接受的。在市场化经济当中，电动汽车还只是新产品，传统的汽车依然占据着主导地位。要想有效打破这种市场格局，电动汽车一定要具备性价比优势。即使目前没有性价比的优势，也不宜超出传统同类车型很多。在这方面，只能靠政府对制造商的补贴，把价格降低，同时也要对消费者进行补贴，使得消费者买得起。
6.2 基础设施比较落后
电动汽车的基础服务设施还比较落后，充换电站的相关配套设施数量太少，只在一线城市建设的较多，全国范围内布局严重不均衡，整体数量偏少。
6.3 安全性问题
最重要的一个因素是消费者对电动汽车安全性的不放心，在不能保证消费者一定安全需求的情况下，消费者不敢放心的购买电动汽车，这也导致了整个电动汽车市场上观望气氛比较严重。
7 加快电动汽车普及的一些对策
a. 最关键最核心的原因在于政府，在没有重大几乎突破的情况下，政府对待电动汽车的政策决定了未来整个电动汽车行业的发展。因此，政府要本着对社会对环境负责的态度，高瞻远瞩，牺牲一些短期的利益，在更大程度上去支持电动汽车的发展。把电动汽车纳入更高层次的规划，确保我国在这个领域的地位，目前比亚迪的技术储备很丰富，也比较有潜力，政府要加大对优质电动汽车制造商的支持，让电动汽车做大做强。
- 10 -
关于电动汽车的调研报告 b. 在电动汽车产业化推进过程中，政府起着很关键的作用。政府科学制定政策，及时到位发放补贴，加大对科技研发的支持力度。同时在规范行业标准，布置示范运行方面，电动汽车的推动者制造商也要发挥主体作用，对技术标准要严格执行，合理规范。
c. 产业链的上中下游要形成协同效应，完善各个层级的服务保障。不能仅仅依靠政府的补贴，也不能单靠制造商的力推。要整合社会各层面的积极因素，加强对公共服务基础设施的投入、对电动汽车经销商实施更优惠的激励措施、协同电力供应商共同参与、购买保险公司的保险服务等诸多措施多管齐下，这样才能起到更好的效果。在期初设施建设方面，由于工程较大，设计部门单位庞杂，需要有专门的政府机构总览全局，系统指导，最大限度的发挥所有部门的积极性。电动汽车和以往的传统汽车不同，充换电对充换电设施的网络布局和具体操作效率有更高的要求。负责配套设施的投资建设单位应综合评估科学设计，建立经济高效、少而精并覆盖运行范围的充换电网络。
8 电动汽车发展趋势
8.1 汽车电池的发展
电动汽车要发展，电池是首要关键，汽车动力电池难在 “低成本”、“高容量”及“高安全”等三个要求上。要想在较大范围内应用电动汽车，要依靠先进的蓄电池。经过10多年的筛选，现在普遍看好的氢镍电池，铁电池，锂离子和锂聚合物电池。氢镍电池单位重量储存能量比铅酸电池多一倍，其它性能也都优于铅酸电池。但目前价格为铅酸电池的4-5倍。铁电池采用的是资源丰富、价格低廉的铁元素材料，成本得到大幅度降低，也有厂家采用。锂是最轻、化学特性十分活泼的金属，锂离子电池单位重量储能为铅酸电池的3倍，锂聚合物电池为4倍，而且锂资源较丰富，价格也不很贵，是很有希望的电池。我国在镍氢电池和锂离子电池的产业化开发方面均取得了快速的发展。
8.2 电动机发展的优势
电动汽车以电动机代替燃油机，由电机驱动而无需自动变速箱。相对于自动变速箱，电机结构简单、技术成熟、运行可靠。 传统的内燃机能把高效产生转
- 11 -
关于电动汽车的调研报告 矩时的转速限制在一个窄的范围内，这是为何传统内燃机汽车需要庞大而复杂的变速机构的原因；而电动机可以在相当宽广的速度范围内高效产生转矩，在纯电动车行驶过程中不需要换挡变速装置，操纵方便容易，噪音低。
8.3 电机驱动控制系统
与混合动力汽车相比，纯电动车使用单一电能源，电控系统大大减少了汽车内部机械传动系统，结构更简化，也降低了机械部件摩擦导致的能量损耗及噪音，节省了汽车内部空间、重量。电机驱动控制系统是新能源汽车车辆行驶中的主要执行结构，驱动电机及其控制系统是新能源汽车的核心部件（电池、电机、电控）之一，其驱动特性决定了汽车行驶的主要性能指标，它是电动汽车的重要部件。电动汽车中的燃料电池汽车FCV、混合动力汽车HEV 和纯电动汽车EV 三大类都要用电动机来驱动车轮行驶，选择合适的电动机是提高各类电动汽车性价比的重要因素，因此研发或完善能同时满足车辆行驶过程中的各项性能要求，并具有坚固耐用、造价低、效能高等特点的电动机驱动方式显得极其重要。
8.4 发展电动汽车意义重大
电动汽车其他有关的技术，近年都有巨大的进步，如：交流感应电机及其控制，稀土永磁无刷电机及其控制，电池和整车能量管理系统，智能及快速充电技术，低阻力轮胎，轻量和低风阻车身，制动能量回收等等，这些技术的进步使电动汽车日见完善和走向实用化。 虽然在能源与环保的压力下，世界各大汽车公司无不涉足电动汽车领域，但是由于技术和经济上存在的各种困难，电动汽车还有很长一段路要走才能实现绝对的产业化。因此在我国研究发展电动汽车不是一个临时的短期措施，而是意义重大的、长远的战略考虑。
9 结束语
科学技术的日益进步必将推动新能源汽车的发展，在环境污染严重的今天，减少传统污染源的排放成为当务之急。面对环境的污染，我们必须尽可能的多做一些改变环境的事，逐渐用新能源电动汽车替代传统汽车，已成为当今汽车行业的共识。汽车是汽车工业发展的必然趋势。电动汽车的发展牵涉多学科、多方面的内容，既有技术层面的问题，又要考虑经济、能源、环境等方面的影响。与传
- 12 -
关于电动汽车的调研报告 统内燃机汽车相比，电动汽车在环境保护与节能方面具有不可比拟的优势。尽管电动汽车的产业化还有很长的路要走，但在当今“节能”和“环保”的世界科技发展的大环境下，电动汽车将成为未来汽车产业的必然选择。未来在国家的更有利的支持政策下，我国的电动汽车业将迎来很好的机遇。
- 13 -
关于电动汽车的调研报告 致 谢
感谢导师张宏鹏的关心、指导和教诲。张宏鹏老师追求真理、献身科学、严以律己、宽已待人的崇高品质对学生将是永远的鞭策。
作者在该论文设计期间的工作是在张宏鹏老师全面、具体的指导下进行的。张老师渊博的学识、敏锐的思维、民主而严谨的作风，使学生收益匪浅，终生难忘。
感谢张宏鹏老师的关心和帮助。
感谢我的学友和朋友们对我的关心和帮助。
- 14 -
关于电动汽车的调研报告 参考文献
[1]陈清泉，孙立清，电动汽车的现状与发展趋势，科技导报，2005,23（4） [2]杨孝纶，电动汽车技术发展趋势及前景（上），《汽车科技》2007年 第6期 [3]杨孝纶，电动汽车技术发展趋势及前景（下），《汽车科技》2008年 第1期 [4]田美娥，电动汽车发展趋势，《轻型汽车技术》2010年 第11期
[5]陈清泉，孙逢春，祝嘉光.现代电动汽车技术.北京：北京理工大学出版社，2002
- 15 -
关于电动汽车的调研报告
- 16 -
因篇幅问题不能全部显示，请点此查看更多更全内容