電動汽車驅(qū)動與控制技術(shù)緒論

電動汽車驅(qū)動與控制技術(shù)本章內(nèi)容1.1電動汽車發(fā)展背景及意義1.2電動汽車的分類1.3電動汽車的發(fā)展概況1.4電動汽車驅(qū)動與控制系統(tǒng)緒論1.1電動汽車發(fā)展的背景及意義1.1.1電動汽車發(fā)展的背景需求汽車大量使用的兩大突出問題：能源危機和環(huán)境惡化。截止2022年，世界主要汽車市場中，美國汽車保有量為2.832億，中國3.021億，日本為0.791億，德國0.529億，意大利0.461億，法國0.463億元，俄羅斯0.535億，巴西0.472億。2009年，中國汽車以300萬輛的優(yōu)勢超越美國成為世界第一產(chǎn)銷大國，之后一直保持每年2000萬輛以上的增長態(tài)勢。1.1電動汽車發(fā)展的背景及意義石油是有限的資源。按現(xiàn)在全球每天保守的0.8億桶耗速,世界石油儲量可供全球消費54年。2020年以后，全球石油需求與常規(guī)石油供給之間將出現(xiàn)凈缺口,2050年的供需缺口幾乎相當(dāng)于2000年世界石油總產(chǎn)量的兩倍。隨著汽車保有量的增長,石油的供應(yīng)日趨緊張。世界目前汽車保有量超10億,2050年保有量據(jù)估將達(dá)25億。2001年交通領(lǐng)域消耗全球57%的石油資源,預(yù)計2020年將達(dá)62%以上。1.能源危機2012年我國汽車產(chǎn)銷雙雙突破1900萬輛,成為世界第一大汽車生產(chǎn)國和第一新車銷售市場。2021年超越美國，成為汽車保有量最多的國家。國際能源署2014年在《全球能源展望》中稱,中國石油消耗將在20年內(nèi)超過美國成為全球最大的石油消費國。中國面臨的能源安全問題十分嚴(yán)峻。中國2017年石油進(jìn)口比例達(dá)到了70%,2030年80%需要依靠進(jìn)口。隨著我國汽車保有量的增加,推行交通能源轉(zhuǎn)型勢在必行,發(fā)展新能源汽車是重要舉措之一。1.1電動汽車發(fā)展的背景及意義2.環(huán)境惡化汽車尾氣排放：污染環(huán)境(光化學(xué)煙霧、硫酸煙霧、酸雨、臭氧層破壞)。據(jù)統(tǒng)計，全球大氣污染42%源于交通車輛產(chǎn)生的污染，一些城市已達(dá)到70%以上。汽車尾氣排放：加重霧霾，影響健康。中國最大的500個城市只有不到1%的城市達(dá)到世界衛(wèi)生組織推薦的空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，世界上污染最嚴(yán)重的城市多個在中國。嚴(yán)重的霧霾天氣，嚴(yán)重影響了人們的身心健康和日常出行，而機動車排放是霧霾形成的重要因素之一。1.1電動汽車發(fā)展的背景及意義化石能源的大量消耗產(chǎn)生的CO2排放帶來全球變暖問題。汽車CO2總排放量將從1990年的29億噸增加到2020年的60億噸，對地球環(huán)境造成了巨大影響。2009年CO2實際排放量距法定目標(biāo)仍有差距,只有通過新技術(shù)才能使汽車排放量達(dá)標(biāo)。我國目前已成為世界第二大CO2排放國。應(yīng)對能源緊張與環(huán)境污染,節(jié)能減排是汽車技術(shù)發(fā)展創(chuàng)新的潮流。世界主要國家的CO2排放情況各國制定的2015或2016年法定減排目標(biāo)及2009年實際排放量1.1電動汽車發(fā)展的背景及意義1.1.2發(fā)展電動汽車的意義雖然汽車工業(yè)發(fā)展面臨著能源危機和環(huán)境污染兩大主要問題，但汽車在社會發(fā)展中的地位仍無法被撼動。汽車已成為日常生活中不可或缺的重要組成部分。汽車的普遍使用，改變了經(jīng)濟社會結(jié)構(gòu)，改善了人們的生活質(zhì)量，促進(jìn)了經(jīng)濟發(fā)展。汽車工業(yè)能夠創(chuàng)造巨大的產(chǎn)值，汽車工業(yè)的繁榮是一個國家工業(yè)整體實力的綜合體現(xiàn)。一個國家的汽車發(fā)展水平在一定程度上反映了國家的工業(yè)發(fā)展水平，一定程度上代表了其核心科學(xué)技術(shù)的競爭力。當(dāng)前世界各國在汽車領(lǐng)域內(nèi)的競爭，實際上就是各國核心科學(xué)技術(shù)的競爭。1.1電動汽車發(fā)展的背景及意義1.電動汽車可以較好地解決汽車對城市環(huán)境污染的問題電動汽車本身不排放有害氣體。所用電力可以來自對大氣不造成污染的能源，如水能、核能、風(fēng)能、地?zé)帷⒊毕取＜词故怯妹喊l(fā)電，有害氣體排放也比內(nèi)燃機汽車少。電動汽車噪聲低。2.電動汽車可以擺脫汽車對石油資源的依賴電動汽車可不依賴石油資源，充分利用水能、核能、太陽能等能源轉(zhuǎn)化。1.1電動汽車發(fā)展的背景及意義3.電動汽車可以節(jié)約大量能源電動汽車驅(qū)動電機效率能達(dá)90%以上。可利用晚間富余的電力進(jìn)行充電，從而避免大量富余電力的浪費，提高電網(wǎng)電能的利用率。電動汽車還可在減速、制動和下坡時，將電動機轉(zhuǎn)換為發(fā)電機，實現(xiàn)能量回饋，進(jìn)一步提高能量的利用率。電動汽車的發(fā)展需要在電池技術(shù)、電動機控制、充電設(shè)施等領(lǐng)域進(jìn)行技術(shù)創(chuàng)新，有助于提高整個社會的科技水平。1.1電動汽車發(fā)展的背景及意義4.電動汽車可以促進(jìn)技術(shù)創(chuàng)新2009年工信部出臺的《新能源汽車生產(chǎn)企業(yè)及產(chǎn)品準(zhǔn)入管理規(guī)則》，再一次對新能源汽車做出了明確的定義：

新能源汽車是指采用非常規(guī)的車用燃料作為動力來源(或使用常規(guī)的車用燃料、采用新型車載動力裝置)，綜合車輛的動力控制和驅(qū)動方面的先進(jìn)技術(shù)，形成的技術(shù)原理先進(jìn)、具有新技術(shù)、新結(jié)構(gòu)的汽車。1.2電動汽車的分類新能源汽車包括純電動汽車、混合動力汽車、燃料電池汽車、氫發(fā)動機汽車、其它新能源汽車等。

區(qū)別于使用常規(guī)燃料（汽油或柴油）的傳統(tǒng)汽車和其它新能源汽車，電動汽車是指采用非常規(guī)的車用燃料作為動力來源，依靠電動機驅(qū)動行駛，且符合道路交通、安全法規(guī)各項要求的汽車。

電動汽車主要包括純電動汽車、混合動力汽車、燃料電池汽車。1.2電動汽車的分類

純電動汽車（BatteryElectricVehicle，BEV）是一種采用單一蓄電池作為儲能動力源，通過電池向電動機提供電能，驅(qū)動電動機運轉(zhuǎn)，從而推動汽車行駛的電動汽車。1.2.1純電動汽車1.2電動汽車的分類特斯拉Model3比亞迪

漢小米SU7特點：純電動汽車以清潔的電能作為能源，不會產(chǎn)生有害氣體，也不會產(chǎn)生CO2等溫室氣體，基本可以實現(xiàn)“零排放”。相比于內(nèi)燃機汽車，結(jié)構(gòu)簡單，運轉(zhuǎn)和傳動部件少，使用維修方便，并且維修保養(yǎng)工作量小。驅(qū)動電機在工作過程中產(chǎn)生的噪聲也遠(yuǎn)小于傳統(tǒng)汽車內(nèi)燃機的噪聲，大大提高了汽車的乘坐舒適性。但是當(dāng)前的純電動汽車動力電池成本較高，并且壽命較短，無法達(dá)到理想的續(xù)航里程。1.2電動汽車的分類混合動力汽車（HybridElectricVehicle，簡稱HEV）是指驅(qū)動系統(tǒng)由兩個或多個能同時運轉(zhuǎn)的單個驅(qū)動系統(tǒng)聯(lián)合組成的車輛，車輛的行駛功率依據(jù)實際的車輛行駛狀態(tài)由單個驅(qū)動系單獨或共同提供。2003年，聯(lián)合國將“混合動力汽車”的定義規(guī)定為，混合動力汽車是“為了推動車輛的革新，至少擁有兩個能量變換器和兩個能量儲存系統(tǒng)（車載狀態(tài))”的車輛。

當(dāng)前研發(fā)的混合動力汽車，多采用電機作為主要動力或者作為輔助動力。1.1.2混合動力汽車1.2電動汽車的分類混合動力汽車是在傳統(tǒng)汽車的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的產(chǎn)物，不但擁有傳統(tǒng)內(nèi)燃機汽車的特點，同時與傳統(tǒng)汽車相比，經(jīng)濟性良好是其突出的優(yōu)點，混合動力汽車可以在傳統(tǒng)汽車的基礎(chǔ)上實現(xiàn)節(jié)油30%~50%。混合動力汽車的核心技術(shù)是其混合動力系統(tǒng)：

一般分為普通混合動力汽車、插電式混合動力汽車和增程式混合動力汽車.

同時根據(jù)其傳動系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)或者動力總成配置和組合方式的不同，混合動力汽車可以分成串聯(lián)式、并聯(lián)式以及混聯(lián)式三種類型。1.2電動汽車的分類1997年豐田公司推出普銳斯(Prius)，是世界上第一款也是最成功的普通混合動力汽車。普銳斯采用1.5L汽油發(fā)動機可以實現(xiàn)28km/L的燃油目標(biāo)；相比于傳統(tǒng)汽車，CO2排放量減少50%，而CO和氮氧化物的排放量僅為傳統(tǒng)車的10%。1.2電動汽車的分類屬于混聯(lián)式構(gòu)型，采用THS(ToyotaHybridSystem)系統(tǒng)，通過行星齒輪裝置的作用，可以實現(xiàn)功率分流與無級變速的功能。普通混合動力汽車插電式混合動力汽車（Plug-inHybridElectricVehicle,PHEV）或稱可外接充電式混合動力電動汽車，是指可以使用電力網(wǎng)對動力電池進(jìn)行充電的混合動力電動汽車。1.2電動汽車的分類插電式混合動力汽車BMW330e比亞迪唐奧迪Q5TFSIePHEV介于純電動和普通混合動力汽車之間，里程短時采用純電動模式，里程長時采用以內(nèi)燃機為主的混合動力模式。燃油經(jīng)濟性、排放等進(jìn)一步提高，解決了純電動車?yán)m(xù)航里程不足的難題。在純電動車車載動力電池技術(shù)未1.2電動汽車的分類取得突破性進(jìn)展前，PHEV是一種由混合動力汽車向純電動汽車發(fā)展的良好過渡方案。比亞迪秦雙模混合動力系統(tǒng)組成增程式混合動力汽車是在純電動汽車的基礎(chǔ)上開發(fā)的。與純電動汽車類似，也是依靠車載電池為電機提供能量驅(qū)動，但通過為車輛追加增程器，可以進(jìn)一步提升純電動汽車的續(xù)航里程，盡量避免頻繁地停車充電。增程器主要是由一臺經(jīng)過特殊標(biāo)定的、可在最高燃油效率運轉(zhuǎn)模式下運行的小排量汽油機或柴油機發(fā)電機組。其運行模式可以根據(jù)需要處于純電動模式、增程模式，也是介于純電動汽車和混合動力汽車之間的一種過渡車型。理想L71.2電動汽車的分類增程式混合動力汽車燃料電池汽車(FuelCellVehicle,FCV)使用燃料電池作為能源。燃料電池是將燃料和氧化劑的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能的發(fā)電裝置。氫燃料電池零排放，當(dāng)前研究的重點主要是氫燃料電池。1.2.3燃料電池汽車豐田燃料電池汽車

與內(nèi)燃機汽車相比,燃料電池電動汽車是直接將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能,利用電機驅(qū)動,不經(jīng)過燃料的燃燒過程,能量轉(zhuǎn)換效率較內(nèi)燃機高2-3倍。1.2電動汽車的分類特點：無污染:用氫能作為能量來源,幾乎不產(chǎn)生有害氣體；效率高:燃料電池汽車直接將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能,中間不經(jīng)過傳統(tǒng)內(nèi)燃機汽車的燃燒過程,因而具有較高的能量轉(zhuǎn)化效率；低噪聲:燃料電池比傳統(tǒng)的內(nèi)燃發(fā)動機噪聲小;

燃料來源多樣:除了氫,還可以采用甲醇、天然氣等常見燃料。1.2電動汽車的分類存在的問題：氫作為主要燃料對安全性要求很高。多個單體燃料電池組合成為燃料電池組時，為了防止氫氣泄漏，對密封要求高，使制造工藝與維修變得復(fù)雜。造價高：目前最有發(fā)展前途的質(zhì)子交換膜燃料電池，需要用貴金屬鉑作為催化劑。需要配備輔助電池系統(tǒng)，無法進(jìn)行充電和能量回收。1.2電動汽車的分類1.3電動汽車發(fā)展概況1.3.1電動汽車的發(fā)展歷史1.第一次發(fā)展機遇1859年，法國人普蘭特發(fā)明了第一塊鉛酸蓄電池。1873年，英國人羅伯特·戴維遜制造可供實用的電動汽車。1881年，法國工程師居斯塔夫·特魯維研發(fā)了全世界第一臺可工作用的三輪電動汽車。1890年，美國人威廉·莫里森在的愛荷華州制造了美國第一輛電動汽車，時速可達(dá)23km/h。1899年，法國人考門·吉納駕駛一輛以雙電動機為動力的44kW后輪驅(qū)動電動汽車，創(chuàng)造了時速106km/h的記錄。1.3電動汽車發(fā)展概況1881年，法國電氣工程師居斯塔夫·特魯維制造的世界上第一輛以鉛酸電池為動力的電動三輪車1899年，德國人費迪南德·波爾舍發(fā)明的Loner-Porsche電動車1902年，費迪南德·波爾舍發(fā)明的混合動力汽車SemperVivus1884年，英國發(fā)明家托馬斯·帕克發(fā)明的電動汽車19世紀(jì)末20世紀(jì)初是電動汽車的鼎盛時期。1890年，電動大客車就已經(jīng)在法國和英國的街道上行駛；1890年全世界共有4200輛汽車，其中有38%為電動汽車，40%為蒸汽機汽車，22%為內(nèi)燃機汽車；1900年美國生產(chǎn)了15755輛電動汽車，而蒸汽機汽車和內(nèi)燃機汽車卻分別只有1684輛和936輛；1911年，在法國巴黎和英國倫敦的街頭已經(jīng)有運營的電動出租車出現(xiàn)；1912年，美國至少有34000輛電動汽車在運行；1915年，美國的電動汽車年產(chǎn)量已達(dá)到5000輛。1.3電動汽車發(fā)展概況進(jìn)入20世紀(jì)以后，電動汽車逐漸萎縮。當(dāng)時的蓄電池性能太差，電動汽車的成本太高，而續(xù)駛里程太短。油田的大量開發(fā)提供了廉價石油，降低汽油車的使用成本。到20世紀(jì)20年代，燃油車的改進(jìn)，完善的道路基礎(chǔ)設(shè)施，價格合理的汽油的廣泛應(yīng)用，續(xù)航能力更強，在各方面都超越了電動汽車。電動汽車在20世紀(jì)初之后便逐漸開始失去其在汽車市場的地位，也慢慢的退到歷史幕后很長一段時間。1.3電動汽車發(fā)展概況1.3電動汽車發(fā)展概況2.第二次發(fā)展機遇從20世紀(jì)60年代中期以來，世界各國汽車保有量急劇上升，內(nèi)燃機汽車的廢氣排放逐漸成為公害，對空氣污染逐漸成為社會關(guān)注的問題。20世紀(jì)70年代，世界性的能源危機和石油短缺問題出現(xiàn)，使人們又想起可不用石油資源的電動汽車。美國、英國、法國、德國、意大利和日本等汽車工業(yè)發(fā)達(dá)國家都開始發(fā)展電動汽車。1959年，美國汽車公司（AMC）和Sonotone公司宣布聯(lián)合研究，考慮生產(chǎn)一種由“自充電”電池供電的電動汽車。1.3電動汽車發(fā)展概況1966年Enfield8000進(jìn)入了小規(guī)模生產(chǎn)，最終生產(chǎn)了112個。1967年，AMC又與GultonIndustries合作開發(fā)了一種基于鋰的新電池和由VictorWouk設(shè)計的速度控制器。1967年，日本成立了日本電動汽車協(xié)會以促進(jìn)電動汽車事業(yè)的發(fā)展。1971年，日本通產(chǎn)省制定了《電動汽車的開發(fā)計劃》。石油價格在20世紀(jì)70年代末開始下跌，在電動汽車還未成為商業(yè)化產(chǎn)品之前，能源危機和石油短缺問題已不再嚴(yán)重。電動汽車又遭遇了冷落，電動汽車的發(fā)展又走入了低谷。1.3電動汽車發(fā)展概況3.第三次發(fā)展機遇20世紀(jì)80年代以來，隨著全球汽車保有量的不斷增加，內(nèi)燃機汽車排出的有害氣體對人類健康及生命的影響日益突出，并且內(nèi)燃機汽車需要消耗大量的石油資源。于是，人們又想起了無須消耗石油資源也不會對空氣造成污染的電動汽車，電動汽車又進(jìn)入了較快的發(fā)展時期。在這一時期，世界各國政府都紛紛推出相關(guān)的政策和計劃，大力扶植和鼓勵電動汽車的開發(fā)和使用，如日本政府的2000年電動汽車普及計劃、美國政府主導(dǎo)的電動汽車研發(fā)計劃（PNGV計劃和FreedomCAR計劃）、歐盟電動汽車相關(guān)的發(fā)展計劃和中國政府的電動汽車重大專項等。1.3電動汽車發(fā)展概況世界各大汽車公司紛紛投人大量的人力和資金，研究與開發(fā)的新型電動汽車不斷涌現(xiàn)，不僅有以蓄電池為車載電源的電動汽車，而且將混合動力電動汽車和燃料電池電動汽車列為研發(fā)的重點。2004年特斯拉汽車公司開始研發(fā)特斯拉跑車，使用松下研發(fā)的鋰離子電池。2008年Roadster首次交付給客戶，是全球首輛一次充滿電行駛320公里(200英里)以上的全電動汽車。1.3電動汽車發(fā)展概況1.3.2國內(nèi)外電動汽車的研發(fā)與發(fā)展現(xiàn)狀1.國內(nèi)外電動汽車的研發(fā)計劃美國：PNGV計劃主要由商務(wù)部負(fù)責(zé)組織協(xié)調(diào)，聯(lián)合國防部、能源部、運輸部、環(huán)保署、宇航局及國家科學(xué)基金會等聯(lián)邦政府機構(gòu)和三大汽車公司(通用、克萊斯勒、福特)共同組織實施。1.3電動汽車發(fā)展概況

FreedomCAR計劃于2002年由布什政府提出，其主要目標(biāo)是：開發(fā)出無污染、燃料能量轉(zhuǎn)換效率高、成本具有競爭力、燃料添加方便的燃料電池電動汽車；開發(fā)出排放達(dá)到或低于排放標(biāo)準(zhǔn)、成本具有競爭力的內(nèi)燃機電動機混合動力電動汽車，2015年美國成為全球第一個電動汽車數(shù)量過百萬的國家。2016年，奧巴馬政府宣布了推動電動汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展的一攬子計劃，包括政府和科研機構(gòu)等46個利益相關(guān)方共同簽署了“推動電動汽車和充電基礎(chǔ)設(shè)施指導(dǎo)原則”。其聯(lián)邦政府已經(jīng)以法律法規(guī)的形式確立了發(fā)展電動汽車的戰(zhàn)略定位，并且各州政府也制定了促進(jìn)電動汽車產(chǎn)業(yè)化的政策法規(guī)。1.3電動汽車發(fā)展概況歐盟：

歐盟各國一直高度重視溫室氣體排放問題，該問題也是其制定電動汽車相關(guān)發(fā)展計劃的重要考慮因素，包括FP系列計劃、歐洲燃料電池研究發(fā)展計劃、歐盟燃料電池巴士示范計劃和歐洲電動汽車城市運輸系統(tǒng)計劃等。從20世紀(jì)80年代開始，歐洲共同體投入大量資金，組織多方力量，開展了多期FP計劃，對“能源、環(huán)境可持續(xù)發(fā)展”進(jìn)行了更加深入的研究。歐洲燃料電池研究發(fā)展計劃對電力生產(chǎn)燃料電池、各種運輸車輛和船舶用燃料電池、便攜式燃料電池和偏遠(yuǎn)地區(qū)特殊用途燃料電池進(jìn)行了示范應(yīng)用。1.3電動汽車發(fā)展概況歐盟燃料電池巴士示范計劃圍繞歐洲清潔城市運輸和歐洲生態(tài)城市運輸系統(tǒng)兩大項目展開，并通過大巴改裝的燃料電池大客車作為示范運行車，選擇了不同氣候環(huán)境和不同使用條件的8個國家中的10個城市進(jìn)行示范運營。歐洲電動汽車城市運輸系統(tǒng)計劃以法國雪鐵龍Berlingos牌電動汽車為基本車型，通過建立城市運輸中心進(jìn)行貨物和包裹的集散運輸工作，選擇了63輛純電動汽車和混合動力電動汽車進(jìn)行評估工作，對電動汽車城市運輸系統(tǒng)的效率和環(huán)境影響進(jìn)行評估。2008年金融危機以后，歐盟各國將汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展重心轉(zhuǎn)移到純電動汽車領(lǐng)域。歐盟從不同層面頒布一系列純電動汽車發(fā)展計劃，指引歐洲各國純電動汽車的發(fā)展。法國作為純電動車研發(fā)與應(yīng)用最早的國家之一，推出比較有代表性的車型是電動標(biāo)致106車型，該車已經(jīng)在政府部門擁有大量的用戶，計劃到2020年推廣200萬輛電動汽車。2011年德國政府提出了第六能源研究計劃，確立了能源發(fā)展的兩大重點研究方向：“可再生能源研究”和“提高能效研究”。1.3電動汽車發(fā)展概況日本：日本的電動汽車研發(fā)計劃主要有低公害汽車開發(fā)普及行動計劃、JHFC示范工程和專項研究計劃等。低公害汽車開發(fā)普及行動計劃包括已處于實用階段的低公害汽車和燃料電池汽車等下一代低公害汽車。處于實用階段的低公害汽車是指壓縮天然氣汽車、純電動汽車、混合動力電動汽車、甲醇汽車、低功耗且低排放的認(rèn)證車等5種，其目標(biāo)是處于實用階段的低公害汽車在2010年前盡快普及，達(dá)到1000萬輛以上；燃料電池汽車等下一代低公害汽車是指燃料電池汽車和通過技術(shù)創(chuàng)新、采用新燃料或新技術(shù)能減輕環(huán)境負(fù)荷的車輛。1.3電動汽車發(fā)展概況JHFC示范工程由日本經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)省負(fù)責(zé)實施，在2002-2005年示范應(yīng)用“燃料電池汽車示范研究”和“燃料電池用氫供給設(shè)施示范研究”兩大工程。專項研究計劃是針對電動汽車某項技術(shù)的研究計劃，包括燃料電池汽車等電動汽車用鋰電池技術(shù)、氫能利用技術(shù)、質(zhì)子交換膜燃料電池系統(tǒng)技術(shù)等。1.3電動汽車發(fā)展概況中國：中國電動汽車的研究始于20世紀(jì)60年代，但當(dāng)時的研究開發(fā)工作都是零散和小規(guī)模的，投入也很少。自1980年開始，國內(nèi)開始掀起電動汽車的研究熱潮，電動汽車被國家列為“八五”、“九五”科技攻關(guān)項目，國內(nèi)一些科研院所和生產(chǎn)企業(yè)相繼開始研究電動汽車，并取得了一些成果。2001年，國家科技部在863計劃中，設(shè)立了電動汽車重大專項，確定了“三縱三橫”的研發(fā)布局及其組織管理模式。1.3電動汽車發(fā)展概況1.3電動汽車發(fā)展概況電動汽車重大專項“三縱三橫”的研發(fā)布局及其組織管理模式1.3電動汽車發(fā)展概況“三縱”以純電動汽車、混合動力電動汽車、燃料電池汽車三種車型的整車為主導(dǎo)，“三橫”是指多能源動力總成控制系統(tǒng)、驅(qū)動電機及其控制系統(tǒng)、動力蓄電池及其管理系統(tǒng)三種共性技術(shù)，“三縱”帶動“三橫”，關(guān)鍵材料和零部件研發(fā)緊密結(jié)合，基礎(chǔ)設(shè)施協(xié)調(diào)發(fā)展，政策、法規(guī)和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)同步研究。國家科學(xué)技術(shù)部組織實施的國家重點基礎(chǔ)研究發(fā)展計劃(973計劃)中，也設(shè)立了電動汽車專項，致力于氫能的規(guī)模制備、儲運及相關(guān)的燃料電池基礎(chǔ)研究。1.3電動汽車發(fā)展概況《國家中長期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要（2006-2020年）》分別將“低能耗與新能源汽車”和“氫燃料電池技術(shù)”列入優(yōu)先主題和前沿技術(shù)。2007年發(fā)布實施《新能源汽車生產(chǎn)準(zhǔn)入管理規(guī)則》，將電動汽車正式納入國家汽車新產(chǎn)品公告管理。2008年北京奧運會應(yīng)用了500多輛自主研發(fā)的電動汽車，發(fā)揮了大規(guī)模的示范作用。1.3電動汽車發(fā)展概況2、國內(nèi)外電動汽車技術(shù)與發(fā)展現(xiàn)狀（1）純電動汽車

作為解決石油資源匱乏問題和汽車對環(huán)境污染問題的最佳方案之一，純電動汽車已被世界各國重點關(guān)注。車型動力電池組驅(qū)動電動機最高車速/(km/h)續(xù)駛歷程/km類型性能類型功率/kw通用EV1鎳氫343V，77A

h交流100128200福特Ranger鉛酸312V交流67128144奔馳Aclass-EVZcber202V，58KW交流50130200雪鐵龍SAXO鎳鎘120V，13KW直流2090100菲亞特ZIC鎳氫216V，50A

h永磁50100160標(biāo)志QCCS106EV鎳鎘120V直流20110200豐田RAV4-EV鎳氫288V永磁45125220本田Plus-EV鎳氫288V永磁49130350日產(chǎn)FEV-II鋰離子1000A

h交流55120200產(chǎn)品名彌長

寬

高(mm)整備質(zhì)量/kg最高車速(km/h)最大爬坡度(%)續(xù)駛里程/km電池種類電動機種類主要研制單位2022款唐EV4900×1950×1725256018055635刀片電池交流永磁同步電機比亞迪汽車有限公司漢EV創(chuàng)世版4995×1910×1495210018530610刀片電池交流永磁同步電機宋PLUSEV4705×1890×1680192016035505刀片電池交流永磁同步電機Model34694

1850

1443176122530556磷酸鐵鋰電池永磁/同步特斯拉中國ModelY1750

0621

1624192921730545磷酸鐵鋰電池永磁/同步2022款eDrive35L487218461481202918030526三元鋰電池他勵同步電機華晨寶馬小鵬G9489119371680219020030570磷酸鐵鋰電池永磁/同步小鵬汽車近年研制的部分純電動汽車的技術(shù)參數(shù)1.3電動汽車發(fā)展概況（2）混合動力汽車1.3電動汽車發(fā)展概況1997年，豐田公司推出了混合動力轎車Prius。此外，還在幾款品牌車型上開發(fā)了混合動力類汽車，如RAV4、皇冠、雷克薩斯、凱美瑞等。1998年，本田公司推出了輕度混合動力汽車Insight，成為第一個成功在北美銷售的混合動力車型。1998年，美國通用汽車公司開發(fā)出了EV1型混合動力汽車。福特汽車公司較成功的混合動力車型主要有Escape、Edge和Fusion等。2008年，比亞迪推出了比亞迪F3DM插電式混合動力汽車。歐洲的混合動力汽車研發(fā)則主要在德國和法國。奧迪、寶馬、雷諾及PSA集團都開發(fā)了混合動力車型。我國的混合動力電動汽車的研發(fā)與競爭也是空前激烈。除合資公司相繼引進(jìn)國外相應(yīng)的混合動力車型外，在國家“863”計劃電動汽車重大專項的資助和企業(yè)的推動下，我國各汽車公司都在開發(fā)自主品牌的混合動力汽車。

較為成功的混合動力品牌主要有：比亞迪旗下的秦、唐、宋混合動力車型奇瑞汽車旗下的瑞虎7、艾瑞澤5e混合動力車型吉利汽車旗下的繽越、博越、繽瑞混合動力車型廣汽集團旗下的傳祺GS4PHEV、傳祺GA4PHEV混合動力車型上汽集團旗下的名爵HS、榮威eRX5混合動力車型眾泰汽車旗下的眾泰T700PHEV、眾泰E200EV混合動力車型1.3電動汽車發(fā)展概況1.3電動汽車發(fā)展概況（3）燃料電池電動汽車美國通用汽車公司在1968年生產(chǎn)出了世界上第一輛以燃料電池為電源的電動汽車。1993年，加拿大Ballard公司研制出了以質(zhì)子交換膜燃料電池為動力的燃料電池公共汽車。1994年，克萊斯勒公司推出了NECARI(NewElectricCarⅠ)燃料電池轎車。1999年，重組后的戴姆勒-克萊斯勒公司研制出了第四代燃料電池車VECAR4，這種5座轎車最高時速可達(dá)145km/h。1.3電動汽車發(fā)展概況美國通用汽車公司于2000年成功推出了“氫動一號”氫燃料電動汽車。2001年，日本豐田汽車公司推出了FCHV-3運動型多功能汽車(SUV)。2001年6月，豐田汽車公司又推出了FCHV4型燃料電池電動汽車。2002年，美國通用汽車公司又推出了Hy-wire燃料電池電動汽車。隨后，豐田汽車推出了名為Mirai的一款四座位燃料電池轎車，本田推出了名為ClarityFuelCell的一款五座位燃料電池轎車，奧迪的h-tronquattroconcept和奔馳的GLCF-CELL均為燃料電池汽車。1998年，清華大學(xué)與北京世紀(jì)富原燃料電池公司合作研制出我國第一輛PEM-FC型8座小型電動車。上汽、同濟大學(xué)等研究開發(fā)了三代“超越”系列燃料電池轎車動力系統(tǒng)平臺和示范樣車。北京清華能通公司與清華大學(xué)等共同研發(fā)出了“清能1號”燃料電池城市客車。一汽、東風(fēng)、長安、奇瑞等汽車公司也競相開發(fā)出了混合動力汽車性能樣車。2020年，比亞迪推出了“比亞迪漢燃料電池版”的車型。1.3電動汽車發(fā)展概況1.3.3電動汽車的發(fā)展前景與關(guān)鍵技術(shù)目前全球石油產(chǎn)量1/3以上用于汽車燃料消費，美國這一比例高達(dá)75%，中國預(yù)計2020年會增至57%。荷蘭、挪威兩國宣布將在2025年全面禁止傳統(tǒng)燃油車的銷售，德國也通過了2030年停售燃油車的提案，英國和法國也宣布將于2040年全面停售燃油車。國務(wù)院發(fā)布的《節(jié)能與新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃(2012-2020)》:中國電動汽車生產(chǎn)能力到2020年將達(dá)到200萬輛,保有量將達(dá)到500萬輛,約占全球電動汽車總量的40%～50%。1.電動汽車的發(fā)展前景1.3電動汽車發(fā)展概況2024年產(chǎn)量1288.8萬輛，保有量3140萬輛純電動電動汽車：對電池組要求較高，有成本高、續(xù)駛里程短、充電時間長、電池電解液污染等問題。燃料電池電動汽車：成本高、氫的儲存和運輸存在技術(shù)問題，因此應(yīng)用很少。混合動力電動汽車：是目前產(chǎn)業(yè)化率較高的電動汽車。但是，混合動力電動汽車不能實現(xiàn)零排放，仍然需要消耗石油資源，因此，混合動力電動汽車不可能是長期發(fā)展的目標(biāo)。美國、日本等國家早已將純電動汽車和燃料電池電動汽車作為產(chǎn)業(yè)化的重點，這也是未來電動汽車的發(fā)展方向。我國以純電動汽車作為汽車工業(yè)轉(zhuǎn)型的主要戰(zhàn)略趨向，重點推進(jìn)純電動汽車、插電式混合動力汽車的產(chǎn)業(yè)化，同時繼續(xù)開展燃料電池技術(shù)的研究。1.3電動汽車發(fā)展概況我國新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展線路全景圖1.3電動汽車發(fā)展概況（1）車載電源鋰基電池如鋰離子電池和鋰聚合物電池將會有很好的應(yīng)用前景；超級電容器和超高速飛輪由于其高的比功率將也有希望用于電動汽車；燃料電池能從根本上解決電動汽車?yán)m(xù)駛里程短的問題，被公認(rèn)為是目前電動汽車最重要的能源之一。1.3電動汽車發(fā)展概況2.電動汽車的關(guān)鍵技術(shù)鋰電池雖有較高的比能量，其比功率卻較低；而超級電容器和超高速飛輪雖具有較高比功率，但其能量密度很低。因此，為了滿足電動汽車的應(yīng)用需求，可采用多能源系統(tǒng)即混合動力系統(tǒng)提供動力。電動汽車電動機及控制器的基本要求是：起動轉(zhuǎn)矩大且具有較寬的恒功率范圍；

功率密度高；

具有較大的轉(zhuǎn)速范圍(足以覆蓋恒轉(zhuǎn)矩區(qū)和恒功率區(qū))；

具有快速的轉(zhuǎn)矩響應(yīng)特性；

在轉(zhuǎn)矩/轉(zhuǎn)速特性的較寬范圍內(nèi)具有高的效率；

再生制動時的能量回收效率高；

在各種工作環(huán)境下的工作可靠性好，且工作噪聲小；

結(jié)構(gòu)尺寸小，重量小，成本低。1.3電動汽車發(fā)展概況（2）電機驅(qū)動與控制技術(shù)直流電動機在電動汽車發(fā)展的早期，大部分的電動汽車都采用直流電動機作為驅(qū)動電機。這類電機技術(shù)較為成熟，控制方式容易，調(diào)速優(yōu)良，曾經(jīng)在調(diào)速電動機領(lǐng)域內(nèi)有著最為廣泛的應(yīng)用。但是直流電動機機械結(jié)構(gòu)復(fù)雜。此外，電動機運轉(zhuǎn)時電刷冒出的火花使轉(zhuǎn)子發(fā)熱，浪費能量，散熱困難，也會造成高頻電磁干擾，影響整車性能。由于直流電動機有著以上缺點，目前的電動汽車已經(jīng)基本將直流電機淘汰。1.3電動汽車發(fā)展概況交流異步電動機交流異步電機是目前工業(yè)中應(yīng)用十分廣泛的一類電機，結(jié)構(gòu)簡單，運行可靠耐用，維修方便。由于有著效率高、比功率較大、適合于高速運轉(zhuǎn)等優(yōu)勢，交流異步機是目前大功率電動汽車上應(yīng)用最廣的電機。但在高速運轉(zhuǎn)的情況下電機的轉(zhuǎn)子發(fā)熱嚴(yán)重，工作時要保證電機冷卻，同時異步電機的驅(qū)動、控制系統(tǒng)很復(fù)雜，電機本體的成本也偏高。相比較于永磁式電動機和開關(guān)磁阻電機而言，異步電機的效率和功率密度偏低，對于提高電動汽車的最大行駛里程不利。1.3電動汽車發(fā)展概況永磁式電動機永磁式電動機的控制系統(tǒng)相比于交流異步電機的控制系統(tǒng)來說更加簡單。由于受到永磁材料工藝的限制，永磁式電動機的功率范圍較小，一般最大功率只有幾十千萬。同時，轉(zhuǎn)子上的永磁材料在高溫、震動和過流的條件下，會產(chǎn)生磁性衰退的現(xiàn)象，所以在相對復(fù)雜的工作條件下，永磁式電機容易發(fā)生損壞。永磁材料價格較高，因此整個電機及其控制系統(tǒng)成本較高。1.3電動汽車發(fā)展概況開關(guān)磁阻電機開關(guān)磁阻電機作為一種新型電機，結(jié)構(gòu)最為簡單，具有結(jié)構(gòu)簡單堅固、可靠性高、質(zhì)量輕、成本低、效率高、溫升低、易于維修等諸多優(yōu)點。它具有直流調(diào)速系統(tǒng)的可控性好的優(yōu)良特性，同時適用于惡劣環(huán)境，非常適合作為電動汽車的驅(qū)動電機使用。20世紀(jì)80年代后期和90年代，轉(zhuǎn)差控制、矢量控制、直接轉(zhuǎn)矩控制等交流電動機的調(diào)速技術(shù)日趨成熟，交流電動機驅(qū)動系統(tǒng)在電動汽車上的應(yīng)用逐漸增多。近年來，開關(guān)磁阻電動機驅(qū)動系統(tǒng)開始在電動汽車中應(yīng)用。1.3電動汽車發(fā)展概況要求電動汽車能量管理系統(tǒng)所具有的功能主要