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高等教育自学考试

毕业设计（论文）说明书

汽车检测与维修（独立本科段）

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准考证号

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指导教师：

河南科技大学高等教育自学考试办室

电动汽车的研究与发展方向的分析

摘要

我国政府着眼长远，超前部署，长期以来积极组织开展电动汽车的自主创新。

“九五”期间，电动汽车列入国家重大科技产业工程。

“十五”、“十一五”期间电动汽车列入国家863计划。

在自主创新过程中，坚持了政府支持，以核心技术、关键部件和系统集成为重点的原则，确立了以混合电动汽车、纯电动汽车、燃料电池汽车为“三纵”，以整车控制系统、电机驱动系统、动力蓄电池/燃料电池为“三横”的研发布局，通过产学研紧密合作，我国电动汽车自主创新取得了重大进展。

电动汽车的核心是动力系统电气化。

我国电动汽车开发高起点起步，围绕重点目标和核心技术，建立起了纯电动、混合动力和燃料电池三类汽车动力系统技术平台和产学研合作研发体系，取得了一系列突破性成果，为整车开发奠定了坚实的基础。

自2002~2008年，我国在电动汽车领域已获得专利1796项，其中发明专利达940项。

我国自主研制出容量为6Ah-100Ah的镍氢和锂离子动力电池系列产品，能量密度和功率密度接近国际水平，同时突破了安全技术瓶颈，在世界上首次规模应用于城市公交大客车；自主开发的200kW以下永磁无刷电机、交流异步电机和开关磁阻电机，电机重量比功率超过1300w/kg，电机系统最高效率达到93％；自主开发的燃料电池发动机技术先进，效率超过50%，成为世界上少数几个掌握车用百千瓦级燃料电池发动机研发、制造以及测试技术的国家之一。

混合动力汽车在系统集成、可靠性、节油性能等方面进步显著，不同技术方案可实现节油10%-40%；纯电动汽车技术在国际上处于先进水平，大容量锂离子动力电池纯电动客车实现了规模应用，小型纯电动轿车批量出口欧美；燃料电池汽车可靠性明显提高，无故障间隔里程与国外同步达到3000公里，燃料经济性国际领先。

关键词:

自主研制，电气化，混合动力汽车，自主创新

Electriccarstotheresearchanddevelopmentof

theanalysis

Abstract

China'sgovernmentlong-termperspectiveandmakeplansforalongtimetoactivelyorganizetheelectriccarinnovation."NinthFive-Year"period,electricvehiclesincludedinthenationalkeyscientificandtechnologicalindustrialengineering."15","during"theinclusionofelectricvehicles,863plans.Intheinnovationprocess,insistedthegovernmentsupporttocoretechnology,keycomponentsandsystemintegrationasthekeyprinciple,establishedthehybridelectricvehicles,pureelectricvehicles,fuelcellvehiclesasthe"threevertical"tovehiclecontrolsystem,motordrivesystems,powerbattery/fuelcellforthe"threehorizontal"layoutofthedevelopment,throughcloselinksbetweenproductioncooperation.Chinaelectriccarmadesignificantprogressinindependentinnovation.

Isthecoreofelectricvehicleelectricpowersystem.DevelopmentofelectricvehiclesinChina,CNNC,aroundkeyobjectivesandcoretechnologyforbuildingapureelectric,hybridandfuelcelltechnologyplatformforthreetypesofvehiclepowersystemthroughCooperativeR&Dsystemandmadeaseriesofbreakthroughsforthewholevehicledevelopmentlaidasolidfoundation.From2002to2008,Chinahasbeeninthefieldofelectricvehiclespatent1,796,ofwhichover940patents.

Chinahasindependentlydevelopedthecapacityto6Ah-100AhNi-MHandLi-ionbatteryproducts,energydensityandpowerdensityclosetotheinternationallevelandbreakthroughthebottleneckofsecuritytechnologyintheworldforthefirsttimethescaleusedinurbantransitbuses;independentFollowingthedevelopmentof200kWpermanentmagnetbrushlessmotors,inductionmotorsandswitchedreluctancemotor,motorpowertoweightratiothan1300w/kg,motorsystemtoachievemaximumefficiency93%;self-developedadvancedfuelcellenginetechnology,efficiencymorethan50%.Tomastertheworld'sfewcarahundredkilowattfuelcellenginedevelopment,manufacturingandtestingtechnologyoneofthecountries.

Hybridvehiclesinthesystemintegration,reliability,fueleconomyandsoonmadesignificantprogressinthedifferenttechnicalsolutionstoachievefueleconomy10%-40%;pureelectricvehicletechnologyintheadvancedinternationallevel,high-capacitylithium-ionbatteryelectricBusapplicationstoachievethescale,smallelectriccarsexportedtoEuropeandtheUnitedStates;significantlyimprovethereliabilityoffuelcellvehicles,trouble-freemilesandforeignsynchronizationintervaltoreach3,000km,aninternationalleaderinfueleconomy.

KEYWORDS:

Independent,development,electrification,hybridcars,independent,novation

目录

前言1

第一章电动汽车的基本理论知识2

§1.1电动汽车的工作原理2

§1.2电动汽车的主要结构2

§1.2.1电动汽车的组成2

§1.2.2电动汽车的优缺点5

§1.3电动汽车的主要特点6

第二章国内电动汽车发展现状分析9

§2.1自主创新9

§2.2示范运行和产业化10

§2.3我国电动汽车的发展优势11

§2.3.1资源和产业优势11

§2.3.2市场和基础设施后发优势12

§2.4我国电动汽车发展的总体战略构想12

§2.4.1战略定位和目标13

§2.4.2战略途径14

第三章国外电动汽车的发展现状的分析15

§3.1各国政府发布电动汽车发展战略和计划15

§3.2动力电池的研发15

§3.3各国政府电动汽车政策16

§3.4纯电动汽车锂离子电池的发展16

结论18

参考文献19

致谢20

前言

电动汽车是指以车载电源为动力，用电机驱动车轮行驶，符合道路交通、安全法规各项要求的车辆。

由于对环境影响相对传统汽车较小，其前景被广泛看好，但当前技术尚不成熟

经过10多年的努力，我国电动汽车自主创新取得了重要突破，自主开发的产品开始批量化进入市场，发展环境逐步改善，产业发展具备了较好基础，具有了加快发展的有利条件和比较优势

世界汽车产业进入全面交通能源转型期，国际电动汽车发展开始加速。

全球汽车工业为破解能源、环境制约，实现可持续发展，长期以来一直在积极探索和努力推动交通能源动力系统转型。

特别是2011年以来，面对金融危机、国际油价高位震荡和日益严峻的节能减排压力，世界汽车产业进入全面交通能源转型时期，发展电动汽车成为国际取得高度共识的实现交通能源转型的技术路线，世界电动汽车产业进入了加速发展的新阶段。

第一章电动汽车的基本理论知识

§1.1电动汽车的工作原理

蓄电池——电流——电力调节器——电动机——动力传动系统——驱动汽车行驶。

§1.2电动汽车的主要结构

§1.2.1电动汽车的组成

电动汽车的组成包括：

电力驱动及控制系统、驱动力传动等机械系统、完成既定任务的工作装置等。

电力驱动及控制系统是电动汽车的核心，也是区别于内燃机汽车的最大不同点。

电力驱动及控制系统由驱动电动机、电源和电动机的调速控制装置等组成。

电动汽车的其他装置基本与内燃机汽车相同。

1、电源

电源为电动汽车的驱动电动机提供电能，电动机将电源的电能转化为机械能，通过传动装置或直接驱动车轮和工作装置。

目前，电动汽车上应用最广泛的电源是铅酸蓄电池，但随着电动汽车技术的发展，铅酸蓄电池由于比能量较低，充电速度较慢，寿命较短，逐渐被其他蓄电池所取代。

正在发展的电源主要有钠硫电池、镍镉电池、锂电池、燃料电池、飞轮电池等，这些新型电源的应用，为电动汽车的发展开辟了广阔的前景。

2、驱动电动机

驱动电动机的作用是将电源的电能转化为机械能，通过传动装置或直接驱动车轮和工作装置。

目前电动汽车上广泛采用直流串激电动机，这种电机具有"软"的机械特性，与汽车的行驶特性非常相符。

但直流电动机由于存在换向火花，比功率较小、效率较低，维护保养工作量大，随着电机技术和电机控制技术的发展，势必逐渐被直流无刷电动机（BCDM）、开关磁阻电动机（SRM）和交流异步电动机所取代。

3、电动机调速控制装置

电动机调速控制装置是为电动汽车的变速和方向变换等设置的，其作用是控制电动机的电压或电流，完成电动机的驱动转矩和旋转方向的控制。

早期的电动汽车上，直流电动机的调速采用串接电阻或改变电动机磁场线圈的匝数来实现。

因其调速是有级的，且会产生附加的能量消耗或使用电动机的结构复杂，现在已很少采用。

目前电动汽车上应用较广泛的是晶闸管斩波调速，通过均匀地改变电动机的端电压，控制电动机的电流，来实现电动机的无级调速。

在电子电力技术的不断发展中，它也逐渐被其他电力晶体管（入GTO、MOSFET、BTR及IGBT等）斩波调速装置所取代。

从技术的发展来看，伴随着新型驱动电机的应用，电动汽车的调速控制转变为直流逆变技术的应用，将成为必然的趋势。

在驱动电动机的旋向变换控制中，直流电动机依靠接触器改变电枢或磁场的电流方向，实现电动机的旋向变换，这使得孔子哈电路复杂、可靠性降低。

当采用交流异步电动机驱动时，电动机转向的改变只需变换磁场三相电流的相序即可，可使控制电路简化。

此外，采用交流电动机及其变频调速控制技术，使电动汽车的制动能量回收控制更加方便，控制电路更加简单。

4、传动装置

电动汽车传动装置的作用是将电动机的驱动转矩传给汽车的驱动轴，当采用电动轮驱动时，传动装置的多数部件常常可以忽略。

因为电动机可以带负载启动，所以电动汽车上无需传统内燃机汽车的离合器。

因为驱动电机的旋向可以通过电路控制实现变换，所以电动汽车无需内燃机汽车变速器中的倒档。

当采用电动机无级调速控制时，电动汽车可以忽略传统汽车的变速器。

在采用电动轮驱动时，电动汽车也可以省略传统内燃机汽车传动系统的差速器。

5、行驶装置

行驶装置的作用是将电动机的驱动力矩通过车轮变成对地面的作用力，驱动车轮行走。

它同其他汽车的构成是相同的，由车轮、轮胎和悬架等组成。

6、转向装置

转向装置是为实现汽车的转弯而设置的，由转向机、方向盘、转向机构和转向轮等组成。

作用在方向盘上的控制力，通过转向机和转向机构使转向轮偏转一定的角度，实现汽车的转向。

多数电动汽车为前轮转向，工业中用的电动叉车常常采用后轮转向。

电动汽车的转向装置有机械转向、液压转向和液压助力转向等类型。

7、制动装置

电动汽车的制动装置同其他汽车一样，是为汽车减速或停车而设置的，通常由制动器及其操纵装置组成。

在电动汽车上，一般还有电磁制动装置，它可以利用驱动电动机的控制电路实现电动机的发电运行，使减速制动时的能量转换成对蓄电池充电的电流，从而得到再生利用。

8、工作装置

工作装置是工业用电动汽车为完成作业要求而专门设置的，如电动叉车的起升装置、门架、货叉等。

货叉的起升和门架的倾斜通常由电动机驱动的液压系统完成。

§1.2.2电动汽车的优缺点

1、电动汽车的优点是：

它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放，除硫和微粒外，其它污染物也显著减少，

由于电厂大多建于远离人口密集的城市，对人类伤害较少，而且电厂是固定不动的，集中的排放，清除各种有害排放物较容易，也已有了相关技术。

由于电力可以从多种一次能源获得，如煤、核能、水力等，解除人们对石油资源日见枯竭的担心。

电动汽车还可以充分利用晚间用电低谷时富余的电力充电，使发电设备日夜都能充分利用，大大提高其经济效益。

有些研究表明，同样的原油经过粗炼，送至电厂发电，经充入电池，再由电池驱动汽车，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，正是这些优点，使电动汽车的研究和应用成为汽车工业的一个“热点”。

2、电动汽车的困难是：

目前蓄电池单位重量储存的能量太少，还因电动车的电池较贵，又没形成经济规模，故购买价格较贵，至于使用成本，有些试用结果比汽车贵，有些结果仅为汽车的1／3，这主要取决于电池的寿命及当地的油、电价格。

有专家认为，对于电动车而言，目前最大的障碍就是基础设施建设以及价格影响了产业化的进程，与混合动力相比，电动车更需要基础设施的配套，而这不是一家企业能解决的，需要各企业联合起来与当地政府部门一起建设，才会有大规模推广的机会。

§1.3电动汽车的主要特点

纯电动汽车，相对燃油汽车而言，主要差别（异）在于四大部件，驱动电机，调速控制器、动力电池、车载充电器。

相对于加油站而言，它由公用超快充电站。

纯电动汽车之品质差异取决于这四大部件，其价值高低也取决于这四大部件的品质。

纯电动汽车的用途也在四大部件的选用配置直接相关。

纯电动汽车时速快慢，和启动速度取决于驱动电机的功率和性能，其续行里程之长短取决于车载动力电池容量之大小，车载动力电池之重量取决于选用何种动力电池如铅酸、锌碳、锂电池等，它们体积，比重、比功率、比能量、循环寿命都各异。

这取决于制造商对整车档次的定位和用途以及市场界定、市场细分。

纯电动汽车的驱动电机目前有直流有刷、无刷、有永磁、电磁之分，再有交流步进电机等，它们的选用也与整车配置、用途、档次有关。

另外驱动电机之调速控制也分有级调速和无级调速，有采用电子调速控制器和不用调速控制器之分。

电动机有轮毂电机、内转子电机、有单电机驱动、多电机驱动和组合电机驱动等。

电机及调速控制器的选用和配制对整车档次和价位也有影响。

公用超快充电站是纯电动汽车商业化的基础设施，将它做完善到位了才能使前者畅行无忧，反之则是它的短腿，受其制约和影响，欧洲、美国电动汽之商业实践充分说明了这点。

我们对此认识到了，但行动不力。

另外，充电机与车载电池之电缆连接器问题必须规范，形成电池品种、电压分档、快慢（功率大小）诸要素的一致，否则纯电动汽车及公用超快充电站无法有效无法对接，这个产业目前白纸一张，待我们去开拓，但必须规划、设计成型后实施，以免徒劳，以免劳命伤财。

纯电动汽车之四大部件及公用充电站之大型充电机，专用电缆、线缆连接器乃至计费、收费系统，这是汽车行业新的零部件，没它们将是无米之炊，没做到位、不完善则是短腿受其制约。

同时与此相关的零部件制造商应以此形成产业链，共图发展。

国家发政委“新能源汽车公告管理办法和实施细则”已于2007年11月1日施行。

“城镇乡村农用（专用）电动汽车通用技术条件”也在酝酿过程中，纯电动汽车商业化在农村已经初现雏形，我们不该视而不见。

将来符合国际和符合市场需求的纯电动汽车必定遵守以下几项：

1、电动车辆研发制造运营必须符合国家各项相关法规。

整车、零部件性能必须满足国家技术标准和各项具体要求。

2、电动车辆是以电为能源，由电动机驱动行驶的，不再产生新的污染，不再产生易燃、易爆之隐患。

3、电动车辆储能用的电池必须是无污染、环保型的。

且具有耐久的寿命，具备超快充电（2-3C以上电流）的功能。

车辆根据用途确定一次充电之续行里程，以此装置够用电量的电池组，充分利用公用充电站超快充电以延长续行里程。

4、电动机组应有高效率的能量转换。

刹车、减速之能量的直接利用和回收，力求车辆之综合能源利用的高效率。

5、根据车辆用途和行驶场合设定最高车速，且不得超过交通法规的限定值，以合理选择电动机的功率和配置电池组容量。

6、车辆驾驶操作，控制简单有效、工作可靠，确保行车安全。

7、机械、电气装置耐用少维修。

车辆运营之费用低廉。

8、以目标市场需求为依据，提供实用、合适车型满足之，力求做到技术、经济、实用、功能诸方面的综合统一。

将来产业化、商业化为用户所欢迎的电动汽车，必定符合以下几点特征：

准确的定位、恰当的用途、宜驶的区域、最佳的效能。

合适的车型、经济的配置。

可靠的性能、便当的操控。

环保的电池、耐久的寿命、够用的电量、超快的充电、完善的网络、到位的服务。

低廉的费用、最少的维修。

第二章国内电动汽车发展现状分析

§2.1自主创新

我国政府着眼长远，超前部署，长期以来积极组织开展电动汽车的自主创新。

“九五”期间，电动汽车列入国家重大科技产业工程。

“十五”、“十一五”期间电动汽车列入国家863计划。

在自主创新过程中，坚持了政府支持，以核心技术、关键部件和系统集成为重点的原则，确立了以混合电动汽车、纯电动汽车、燃料电池汽车为“三纵”，以整车控制系统、电机驱动系统、动力蓄电池/燃料电池为“三横”的研发布局，通过产学研紧密合作，我国电动汽车自主创新取得了重大进展。

电动汽车的核心是动力系统电气化。

我国电动汽车开发高起点起步，围绕重点目标和核心技术，建立起了纯电动、混合动力和燃料电池三类汽车动力系统技术平台和产学研合作研发体系，取得了一系列突破性成果，为整车开发奠定了坚实的基础。

自2002~2008年，我国在电动汽车领域已获得专利1796项，其中发明专利达940项。

我国自主研制出容量为6Ah-100Ah的镍氢和锂离子动力电池系列产品，能量密度和功率密度接近国际水平，同时突破了安全技术瓶颈，在世界上首次规模应用于城市公交大客车；自主开发的200kW以下永磁无刷电机、交流异步电机和开关磁阻电机，电机重量比功率超过1300w/kg，电机系统最高效率达到93％；自主开发的燃料电池发动机技术先进，效率超过50%，成为世界上少数几个掌握车用百千瓦级燃料电池发动机研发、制造以及测试技术的国家之一。

混合动力汽车在系统集成、可靠性、节油性能等方面进步显著，不同技术方案可实现节油10%-40%；纯电动汽车技术在国际上处于先进水平，大容量锂离子动力电池纯电动客车实现了规模应用，小型纯电动轿车批量出口欧美；燃料电池汽车可靠性明显提高，无故障间隔里程与国外同步达到3000公里，燃料经济性国际领先。

§2.2示范运行和产业化

从2003年起，北京、天津、武汉、深圳等7个城市及国家电网公司先后开展了新能源汽车小规模示范运行考核，累计投入运营车辆超过500辆，运营里程超过1500万公里，平均故障间隔里程达到3500公里以上，出勤率达到95％以上。

在2008年北京奥运期间，集中投入了595辆自主研发的混合动力、纯电动及燃料电池汽车，累计运行370多万公里，运送乘客440多万人次，实现奥运史上最大规模的电动汽车示范运行。

去年初，科技部、财政部、发改委、工信部四部门组织启动了节能与新能源汽车示范推广试点工作（简称“十城千辆”工程），研究出台了专项财政补贴政策，支持在北京、上海、重庆等13个城市的公交、出租、公务、环卫和邮政等公共服务领域示范推广电动汽车，计划利用三年多时间示范推广6万辆电动汽车，可实现新增销售收入300亿元。

汽车企业将电动汽车作为未来主流竞争型产品在战略上高度重视，一汽、东风、上汽、长安、奇瑞、比亚迪等都已制定了电动汽车产品研发和产业化规划。

与此同时，电动汽车关键零部件的产业化全面跟进，生产配套能力显著增强。

近来，力神、比亚迪、比克、万向等动力电池企业投入数十亿资金加快产业化建设，上海电驱动、大郡、湘潭电机、南车时代等电机企业加强与上下游企业合作，积极完善产业链建设。

在未来2-3年内，预计将形成20亿Ah以上的动力电池和全系列驱动电机生产能力，能够满足100万辆电动汽车的配套要求。

截止目前，我国已制定电动汽车相关标准38项，其中国家标准34项、行业标准4项。

形成了整车、动力蓄电池、驱动电机等相关检测评价和产品认证能力。

同时，我国还积极进行了新能源汽车产品准入条件、准入程序等研究。

《新能源汽车生产准入管理规则》已于2007年11月发布实施，电动汽车正式纳入国家汽车新产品公告管理，为自主开发成果进入市场铺平了道路。

§2.3我国电动汽车的发展优势

§2.3.1资源和产业优势

我国在锂离子电池、永磁电机等电动汽车关键零部件的核心材料方面具有资源优势。

根据已探明储量，我国锂资源储量380多万吨，居世界第二位，主要分布在四川、江西、新疆、河南、青海、西藏等地区。

我国拥有丰富的稀土资源，稀土储量占世界总储量的近58％，居世界第一位。

我国稀土产量自1988年以来均