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电动汽车的现状与发展趋势

发布时间:2018-08-17 10:51 作者:凤凰 来源:未知 点击: 字号:

  pt游戏官网上世纪70年代全球三次石油危机迸发后,各跨国汽车公司先后起头研发各品种型的电动汽车。我国颠末“八五”、“九五”、“十五”三个五年打算,正在研发电动汽车的专项上投入了大量的人力、物力和财力,并取得了一系列科研,可是,迄今为止,这些科研实正能为产物,并实现财产化出产的项目并不多。国外大汽车公司投入远比我国更多的资金和人力,已投入批量出产的电动汽车产物也百里挑一。跟着全球能源危机的不竭加深,石油资本的日趋干涸以及大气污染、全球气温上升的风险加剧,及汽车企业遍及认识到节能和减排是将来汽车手艺成长的从攻标的目的,成长电动汽车将是处理这二个手艺难点的最佳路子。下面将为您引见电动汽车的现状取成长趋向。

  现代电动汽车一般可分为三类:纯电动汽车(BEV)、夹杂动力汽车(HEV)、燃料电池电动汽车(FCEV)。可是近几年正在保守夹杂动力汽车的根本上,又派生出一种插电式(Plug-In)夹杂动力汽车,简称PHEV。本文将电动汽车手艺研发的若干问题和趋向,做简要的引见和评述。

  纯电动汽车是指完全由动力蓄电池供给电力驱动的电动汽车,虽然它已有134年的长久汗青,但一曲仅限于某些特定范畴内使用,市场较小。次要缘由是因为各品种此外蓄电池,遍及存正在价钱高、寿命短、外形尺寸和分量大、充电时间长等严沉错误谬误。目前采用的铅酸电池、镍氢电池和锂离子电池,它们已达到的现实机能目标和市场平均价钱,如表1所示。按照现实卸车时的轮回寿命和市场价钱,可估算出电动汽车从各类动力电池上每取出1kWh电能所必需付出的费用。计较时,假设电池最高可充电荷电形态(SOC)为0.9,放电SOC为0.2,即现实可用的电池容量仅占总容量的70%;由电网供电价为0.5元/kWh,电池的平均充放电效率为0.75。

  从表1的粗略计较中可知,虽然从电网取电仅需0.5元/kWh,但充入电池,再从电池取出,铅酸电池每供给1kWh电能,价钱为3.05元摆布,此中2.38元为电池折旧费,0.67元为电网供电费,而从镍氢电池中每供给1kWh电能,费用为9.6元,锂离子电池为10.2元,即后二种先辈电池供电成本是铅酸电池的三倍多。

  目前国内市场上用柴油机发电,价钱大致为3元/kWh,若用汽油机发电,供电价钱估量为4元/kWh,即从铅酸电机供给电能的价钱大致和柴油机发电价钱相等,仅仅从取得能量的成本来考虑,采用铅酸电池比汽油机驱动有必然价钱劣势,可是因为它过分笨沉,充电时间又长,因而只被普遍用于车速小于50km/h的各类场地车、高尔夫球车、垃圾车、叉车以及电动自行车上。实践铅酸电池正在这一低端产物市场上有较强的合作力和适用性。

  镍氢电池的次要长处是相对寿命较长,可是因为镍金属占其成本的60%,导致镍氢电池价钱居高不下。锂离子电池手艺成长很快,近10年来,其比能量由100Wh/kg添加到180Wh/kg,比功率可达2000W/kg,轮回寿命达1000次以上,工做温度范畴达-40~55℃。美国USABC正在2002年制定的锂离子电池手艺成长方针如表2所示。

  近年因为磷酸铁锂离子电池的研发有严沉冲破,又大大提高了电池的平安性。目前已有很多发财国度将锂离子电池做为电动汽车用动力电池的从攻标的目的。我国具有锂资本劣势,锂电池产量到2004年已占全球市场的37.1%,估计到2015年当前,锂离子电池的性/价比无望达到能够和铅酸电池合作的程度,而成为将来电动汽车的次要动力电池。

  图1示出了国表里各类纯电动车辆数量/机能和价钱/机能曲线,以电动自行车为代表的低机能车辆,因为其成本低廉,仅我国正在2006年已达到年产2000万辆,美国通用汽车公司出产的冲击1号电动跑车,虽然已达到了很高的动力性,可是因为售价昂扬,仅出产了区区50辆,因为没有市场而不得不断产。机能较低的场地车,正在我国年产达7000~8000辆摆布;天津清源电动车公司出产的微型电动车,最高车速仅50km/h,年产也能够达千辆以上,这可能是目前市场合能接管的纯电动车辆机能的上限。上述所有电动车辆均采用铅酸电池为动力。跟着高机能锂离子电池的性/价比不竭提拔,将来5~10年内,市场上可能会呈现最高车速≥100km/h,续驶里程≥250km的高机能纯电动汽车。

  因为完全由动力蓄电池驱动的纯电动汽车,其机能/价钱比持久以来都远远低于保守的内燃机汽车,难于取保守汽车相合作,上个世纪90年代以来各大汽车公司都动手开辟夹杂动力汽车。日本丰田公司正在1997年率先向市场推出“者”(Prius)夹杂动力汽车,并正在日本、美国和欧洲市场上均获得较大成功,累计产销量已跨越60万辆。随后日本本田、美国福特、通用和欧洲一些大公司,也纷纷向市场推出各品种型的夹杂动力汽车。

  夹杂动力电动汽车是指具备两个以上动力源、而此中有一个能够电能的汽车。夹杂动力汽车按夹杂体例分歧,可分为式、并联式和混联式三种;按夹杂度(电机功率取内燃机功率之比)的分歧,又可分为微夹杂、轻度夹杂和全夹杂三种。此中外挂式驱动起动/发电(BSG)式是微夹杂动力汽车的典型布局,其电机功率一般仅2~3kW,依赖策动机的泊车断油功能,可节燃油5~7%;正在策动机曲轴后端加拆一个电动/发电型盘式电机(ISG)是轻度夹杂动力汽车的典型布局;具有纯电力驱能的可做为全夹杂或混联式夹杂动力汽车的典型。丰田公司的Prius轿车即属于这类全夹杂汽车。目前我国若干汽车企业研制的夹杂动力汽车,大多采用ISG轻度夹杂或BSG微夹杂方案,次要是考虑这二种方案的手艺难度较小,出产成本也较低。可是按照研究表白,夹杂动力汽车的节油率几乎取汽车功率的夹杂度和汽车的出产成反比上升(如图2)。因而,从久远来看,研制全夹杂电动汽车是一种必然趋向。

  以节油率最佳的丰田Prius汽车为例,正在我国实测它取丰田花冠(Corrolla)油耗正在分歧工况下的对比数据如表3所示。各类工况下的平均节油率为39.6%,平均百公里可节油3.07L。

  以97号汽油价钱为5元/L计较,每百公里可节流油费15.35元,行驶20万km也仅省油费3.07万元,明显还不脚以抵消购买夹杂动力汽车所添加的费用。据中国汽车工业协会统计,2006年一汽丰田普锐斯(Prius)销量仅为2152辆,占全国乘用车总销量的0.04%。考虑到我国用户对汽车售价的性,这一发卖业绩并不令人惊讶,能够认为正在近期,若是没有的鼎力支撑,夹杂动力乘用车正在我国不会有很大的市场。

  (1)据统计我国城镇居平易近日常出门有70%是首选乘坐公交车,我国大部门城市都奉行公交车优先的交通政策,我国公交车的年产量和保有量都居世界第一;

  (2)我国城市公交车大多由市补帮公交企业采购,公交车能否合适节油减排要求,将是需要考虑的一个主要采购准绳;

  (3)从手艺角度来阐发,正在城市工况下,公交车屡次起步、加快、制动和泊车,要额外耗损很多燃油。表4列出了正在国外四种典型城市工况下,汽车制动耗损能量(油耗)所占比例,其算数平均值达47.1%。即有近一半的燃油是被汽车屡次制动所耗损的,这就为夹杂动力公交车的节油减排留下了相当大的空间。

  恰是考虑到以上几个特点,我国至多有7~8家汽车企业将研发、出产夹杂动力公交车做为研发工做的沉点。颠末近几年的开辟,虽然已取得了一系列严沉,但公交车的节油率并未达到估计的要求,一辆总沉15.5t,长11m的夹杂动力公交车,现实油耗大多为33~35L,平均34L/100km,若保守11m公交车的平均油耗为40L/100km,则节油率仅15%。

  (1)汽车的制动过程十分短暂,一半不跨越10s,正在短短的几秒内,电机要求发出很大的电流,才能无效收受接管制动能量,可是电池的充电倍率只要放电倍率的一半,因而电池不克不及接管大电流充电。理论上汽车有50~60%的制动能量可收受接管,现实收受接管的制动能量20%,最简单的改良法子是加大动力电池容量,例如至多加大容量一倍,收受接管的制动能量可由20%添加到40%。但这将大大添加整车成本和汽车自沉,经济上可能是得不偿失。 div=

  (2)夹杂动力公交车若采用泊车断油,以至滑行时即断油,可节油10%摆布(4L/100km),现实上国产柴油机没有特地为夹杂动力汽车设想,一般不答应屡次的泊车断油,不然供油系和废气增压器都可能损坏,严沉影响柴油机寿命。其次,泊车断油就必需拆有电动转向油泵、电动空压机和电动空调系统,这又会大大添加整车成本和分量,二相衡量,不必然合算,所以近期大多未实现泊车断油功能。因而,目前HEV的开辟沉点集中正在节油降耗的工做上,针对以上问题,科研工做者提出了分歧的处理方案,如操纵超等电容器的功率密度达铅酸电池的10倍,具有快速接收大电流充电的优异特征,正在夹杂动力汽车制动时能够快速接收能量,大大提高制动能量的收受接管率,此外它还具有轮回寿命长、充放电效率高、耐低温特好以及免等长处。这种方案因为遭到超等电容价钱高贵的影响,了它正在夹杂动力汽车上的普遍使用。正在进一步降低成本,提高能量密度后,超等电容器最有可能起首正在夹杂动力公交车上获得使用。

  插电式夹杂动力汽车是最新的一代夹杂动力汽车类型,近年来遭到、汽车企业和研究机构的遍及关心,国表里专家认为,PHEV无望正在几年后获得普遍的推广利用。

  据统计,法国城镇居平易近80%以上日均驾车里程少于50km,正在美国,汽车驾驶者也有60%以上日均行驶里程少于50km,80%以上日均行驶里程少于90km。PHEV出格适合于一周有5天仅驾车用于上下班,行驶里程50~90km之间的工薪族利用。PHEV是正在夹杂动力汽车上添加了纯电动行驶工况,而且加大了动力电池容量,使PHEV采用纯电动工况可行驶50~90km,跨越这一里程,即必需起动内燃机,采用夹杂驱动模式。所以PHEV的电池容量一般达5~10kW·h,约是纯电动汽车电池容量的30~50%,是一般夹杂动力汽车电池容量的3~5倍,能够说它是介于夹杂动力汽车取纯电动汽车之间的一种过渡性产物。取保守的内燃机汽车和一般夹杂动力汽车(HEV)对比(见表5),PHEV因为更多的依赖动力电池驱动汽车,因而它的燃油经济性进一步提高,二氧化碳和氮氧化物排放更少。因为动力电池容量的加大,每辆车的售价至多比一般HEV高2000美元。

  图3示出了四种分歧类型乘用车,它们的蓄电池容量取汽车价钱、燃油耗损及尾气排放的对比关系。可见跟着蓄电池容量的加大,汽车价钱将上升,可是燃油耗损和尾气排放则下降。因而能够认为,电动汽车是以利用和损耗蓄电池为价格来换取节油、减排的结果,动力电池性/价比的大幅提拔将是电动汽车可否敏捷推广利用的环节所正在。

  一般HEV动力电池SOC仅正在较小范畴内波动(例如±2%~3%)因而轮回寿命次数很长,而PHEV的动力电池SOC必需正在很大的范畴内波动(例如±40%),属于深充深放,因而轮回工做寿命短得多,和纯电动汽车(PEV)类似。目前正在PHEV上都采用先辈的锂离子电池,由表1可知,锂离子电池每放出1kWh电能,能花费为10.2元,相当于内燃每kWh能花费用的3倍。跟着全球石油价钱不竭上升,燃油内燃机的能花费用也将不竭上升,而锂离子电池跟着手艺前进和产量的扩大,其能花费用将不竭下降(如图4所示),二者可能正在2015至2020年内达到均衡点。因而PHEV无望正在10年内获得大面积推广利用。

  早正在1839年,英国人格罗孚就提出了氢和氧反映发电的道理。20世纪60年代,研发出了液氢和液氧发电的燃料电池,由美国UTC公司起首用于航天和军事用处。近20年来,因为石油危机和大气污染日趋严沉,以质子互换膜式为代表的燃料电池手艺,遭到世界遍及注沉。各大跨国汽车公司纷纷投入巨资,研发出了各品种型的燃料电池电动汽车(FCEV)。

  (4)质量中有75%是氢,地球上氢也几乎是无处不正在。氢仍是化学元素中质量最轻、导热性和燃烧性最好的元素;

  正在我国,国度科技部将研发燃料电池客车和燃料电池轿车列为“十五”和“十一五”打算“863”严沉科技项目。并已取得一系列严沉科技,可是正在多年科研实践中,也出一些手艺、经济问题:

  一般仅1000~1200小时(国外达2200小时),燃料电池汽车行驶4~5万km,功率即下降~40%,和保守内燃机可遍及行驶50万km以上比拟,差距很大;

  一般估量3万元/kW(国外成本约3000美元/kW),取保守内燃机仅200~350元/kW比拟,差距庞大。因为此中如质子互换膜、炭纸、铂金属催化剂、高纯度石墨粉、氢收受接管泵、增压空气泵等环节部件均依托进口,所以取国外比拟,并没有成本劣势;

  国产可正在0~40℃气温下工做,低于0℃有结冰问题,高于40℃过热不克不及一般工做;此外对空气中的粉尘、一氧化碳、硫化物等都十分,铂催化剂极易污染中毒失效;

  例如高纯度(99.999%)高压氢(200大巴)售价约80~100元/kg。按1kg氢可发10kW·h电能计较,仅燃料费即约为10元/kW·h,按燃料电池策动机工做寿命1000小时计较,折旧费为30元/kWh。所以总的动力成本达40元/kW·h。取表1对照可知,至多正在目前,由燃料电池策动机供给1kWh电能的成本远高于各类动力电池,这从一个侧面反映了做为汽车动力源,燃料电池汽车还有相当的距离。

  虽然存正在如斯多的问题,可是燃料电池仍然是人类迄今为止,发现的最洁净、恬静又可无限再生的能源,值得我们为实现燃料电池电动汽车的财产化,付出更大的勤奋。

  (1)以更为立异的思维,对燃料电池的根基理论和根本材料进行深切研究,例如勤奋探索非铂金属催化剂;勤奋研制抗电侵蚀金属双极板和耐高温(110℃)高机械强度质子互换膜等;

  (3)进一步提高零件的优化集成手艺,出力提高零件的耐候性(高、低气温变化)、抗大气污染能力和耐电负荷急剧变化能力等。

  电动汽车驱动电机是所有电动汽车必不成少的环节部件。目前利用较多的有曲流有刷、永磁无刷、交换和开关磁阻等四种电机。

  美国和开辟的电动汽车大多采用交换电机,次要长处是价钱较低、效率高、分量轻,但启动转矩小。日本研制的电动汽车几乎全数利用永磁无刷电机,其次要长处是效率能够比交换电机高6个百分点,但价钱较贵,永磁材料一般仅耐热120℃以下。开关磁阻电机布局较新,长处是布局简单、靠得住、成本较低、起动机能好,没有大的冲击电流,它兼有交换电机变频调速和曲流电机调速的长处,错误谬误是噪声较大,但仍有必然改良余地。表6列出四类电机比力。

  明显表6中四种电机各有优错误谬误,可是对于电动汽车而言,因为电能是由各类电池供给,价钱高贵而弥脚宝贵,所以利用相对效率最高的永磁无刷电机是较为合理的,它已被普遍用于功率小于100kW的现代电动汽车上。

  此外,正在国外已有越来越多的电动汽车采用机能先辈的电动轮(又称轮毂电机),它用电机(多为永磁无刷式)间接驱动车轮,因而无保守汽车的变速箱、传动轴、驱动桥等复杂的机械传动部件,汽车布局大大简化。可是它要求电机正在低转速下有很大的扭矩,出格是对于军用越野车,要求电机基点转速∶最高转速=1∶10(见图5)。近几年,美、英、法、德等国纷纷将电动轮手艺使用于军用越野车和轻型坦克上,并取得了严沉。例如美海军陆和队正在“悍马”根本上研制出式“影子”新型夹杂动力越野车,采用了电动轮手艺,其布局及次要手艺参数如表7所示。取保守“悍马”车对比试验,正在同样侦查试验前提下,“悍马”耗油472kg,而“影子”仅耗油200kg;统一越野段,“悍马”耗时32分钟跑完,而“影子”仅耗时13分50秒,此外它还具有正在纯电动模式下,汽车静音、无“热踪迹”等长处。如斯优异的机能,据闻美军已决定停产保守“悍马”车,全数改产新型夹杂动力电动轮驱动的“影子”型军车。这一主要成长趋向,应惹起高度关心。

  综上所述,能够从手艺/经济阐发出发,对电动汽车手艺的现状和将来做如下结论:

  (1)正在目前国内市场价钱的根本上,可粗略计较出各类供给电能手艺的价钱比。即电网供电∶柴油机供电∶铅酸电池供电∶镍氢电池供电∶锂离子电池供电∶燃料电池供电=1∶6∶6∶19.2∶20.4∶80。这从一个侧面反映了各类供电体例距离电动汽车市场的远近。当然,跟着石油价钱的上升、电池手艺的前进,这些比例关系将发生很大的变化;

  (2)因为铅酸电池的供电成本大体和柴油机供电相等,因而它仍然是低端电动车市场的次要动力电池。磷酸锂离子电池手艺前进较快,它最有可能成为铅酸电池的合作敌手,率先成为高端电动车市场的次要动力电池;

  (3)因为夹杂动力汽车仅需拆用纯电动汽车1/10的动力电池容量,整车有较为接近市场的性/价比,因而它仍将是近期实现财产化的次要电动汽车品种。考虑到我国国情,目前仍应鼎力推广利用夹杂动力大客车,进一步降低制形成本,削减油耗和排放;

  (4)正在锂离子电池性/价比进一步提拔后,外接充电式夹杂动力汽车(PHEV)无望成为抱负的上班族乘用车,它可大幅度削减油耗和降低排放,可是因为较高的价钱,它可能起首正在发财国度获得推广使用;

  (5)燃料电池虽然是抱负的洁净能源,可是目前它的性/价比太低,要达到能够进入市场的性/价比,可说是任沉而道远,必需从根本材料和根基理论上有严沉冲破,才可能进入汽车市场;

  (6)电动轮已成为国外电力驱脱手艺的主要成长趋向,并已正在军用越野车上获得现实使用,它正在手艺/经济上的主要劣势,我国虽也有不少单元研发,但一直未进入“863”打算,手艺前进迟缓,因而有需要奋起曲逃,尽快控制这一先辈的电驱脱手艺。

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