纯电动汽车四大部件及充电器

纯电动汽车四大部件及充电器之简介纯电动汽车，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。纯电动汽车的发展历程及地区简况纯电动汽车以车载电源（充电蓄电池）作为储能方式、用电动机为动力来驱动车轮行驶，不 仅具有节能、环保的特性，还有动能来源广泛的优点，可以利用水力、风力、核能等发电或 利用电力系统低谷期给蓄电池充电，从而提高电网效能。历史沿革纯电动汽车在电动汽车中发展时间最长。自 19 世纪90 年代美国人制造出世界上第一辆纯电 动汽车以来，20 世纪初第一次达到生产高峰，占领了 40%的汽车市场。后来由于电子启动器 的发明以及纯电动汽车动力性差的原因，在30 年代中期结束了早期的纯电动汽车生产而进 入燃油汽车的黄金时期；1974 年-1975 年和 1979年-1982年欧美两次能源危机推动纯电动 汽车的研制重新进入高峰。这一阶段汽车电力电子学尚未建立，既没有完善的科学理论做指 导，更缺乏高科技含量的汽车电力电子装置可供采用。特别是，当时仅有铅酸蓄电池可供使 用，而铅酸蓄电池体积大、质量重，能量密度小、功率密度低，充电时间长，每次充足电后 续驶里程较短，再加上电力传动系统的制造成本过高等因素困扰，1997 年以后绝大多数公 司对纯电动汽车的研发基本处于停滞状态。第二代纯电动汽车的出现，是以汽车电力电子学的最新发展为基础的，其技术亮点包括高能 量密度锂离子蓄电池、锂离子电容器等的发明，以及乘用车电动轮技术的开发和实用化等。 虽然，纯电动汽车离真正商业化还有一定的距离，但与第一代纯电动汽车相比，它已经在充 电时间、续驶里程、动力性、快速充放电能力等方面取得了可喜的进展。与传统内燃机汽车 及混合动力汽车、氢燃料汽车相比，第二代纯电动汽车也显示出了一定的“比较优势”：控 制精确度高于混合动力车，风阻系数可降至0.19,整车质量大大低于燃料电池车，C02排放 量低于同级别汽油车，使用过程的能耗费用低于汽油车。当然还存在技术瓶颈和若干问题。 地区发展 在新能源汽车的发展战略中，各个国家、地区和世界各大汽车公司都依据自己的评估作了不 同的选择，对纯电动汽车的研究采用了不同的策略。从当前整体情况看，重视混合动力汽车 和燃料电池汽车技术的国家与企业较多，选择重点研发与产业化纯电动汽车的较少。1、美国1991 年，美国通用汽车公司、福特汽车公司和克莱斯勒汽车公司共同协议，成立了“先进电池联合体”（USABC），共同研究开发新一代电动汽车所需要的高能电池，并且与美国能 源部签订协议在19911995年间投资2.26亿美元来资助电动汽车用高能电池的研究。20 世纪90年代中期，美国克林顿政府曾制订了发展电动车的“新一代汽车伙伴（PNGV）计划”， 集中研究电池驱动的纯电动汽车。但鉴于当时蓄电池技术还未能获得关键性突破，纯电动汽 车一次充电后的续驶里程短，充电时间长，降低电池造价困难，在技术上也难以解决处理废 旧电池二次污染、回收困难的问题，而且电池价格昂贵，商业化进展缓慢。美国加州经过 13年在环保及环保车辆的探索实践，表示不再积极鼓励发展纯电动汽车，而转向了燃料电 池。EV1、Chraysler EPIC等相继停产a,通用曾经也宣布不再继续加大对纯电动汽车研究 的投入，只是对已经在路上使用的电动汽车进行维护。不过美国国家实验室还在继续进行纯 电动汽车先进驱动系统、先进电池及其管理系统等的深入研究。 2002年，美国能源部批准 经费l500万美元，用于“工业研究、开发和演示使用电池的电动汽车”的费用共担项目， 包括使用效率和动力储存、供电质量等。小型、低速、特种用途的纯电动汽车不断发展。2、欧洲 与美国相比，欧洲更崇尚追求完美零污染的纯电动汽车。成立于1990 年的欧洲“城市电动 车”协会至今在欧共体组织内已有60 座城市参与，帮助各城市进行电动汽车可行性的研究 和安装必要的设备，并指导城市的电动汽车运营。其中最为成功和著名的就是电动标致106 车型，这种以镍镉电池为动力的电动汽车已经在欧洲各国，尤其是在政府部门当中拥有大量 的用户。这与法国政府给予纯电动汽车高度重视和支持，出台了许多鼓励研发和生产产业化 的优惠、支持、补贴和扶持政策密切相关。法国政府、法国电力公司、标致-雪铁龙汽车公 司和雷诺汽车公司签属协议，共同承担开发和推广电动汽车，共同合资组建了电动汽车的电 池公司一一萨夫特（SAFT）公司承担电动汽车的高能电池的研究和开发，以及电池的租赁和 维修等工作。但它终究还是没有能成功地解决一次充电后的续驶里程短的问题，因此也没有 进行更大规模的扩张，而是更多地转向清洁柴油车的产业化。目前，还有一些机构继续在做 纯电动汽车的研究开发，例如体现法国政府意向的法国重要的国营企业，法国电力公司与达 索集团签约了纯电动汽车的合作开发项目。追随法国进行理论研究和产品开发的是比利时 主要集中在高等院校之中，例如布鲁塞尔和列日（Liege）大学。但是比利时没有自己的汽 车工业，没有很多的企业投资，只有有限的政府资助，缺乏实际运用效果。此外还有意大利 着重两轮纯电动车的研发和运营，瑞士则侧重研究超级电容器，尤其是电动城市轻轨方面的 研究。3、日本日本从 70 年代开始开发纯电动车，许多汽车企业都陆续进行了一些产品发布与销售运行， 但坚持下来进行研发和销售的只有大发和铃木两家。到了90 年代之后，由于环境等问题， 一些大汽车企业重新开始研发第二代纯电动车，丰田、本田、日产等陆续进行了一些产品发 布与销售运行。然而由于技术与价格等方面的原因，在新能源汽车研发战略中，更多的日本 汽车企业选择了混合动力汽车作为重点发展方向，坚持纯电动汽车蓄电池技术研发的重点落 在三菱重工、富士重工等动力装备类企业。纯电动汽车的产品开发向小型化发展，单人和2 人车型成为主力车型，车辆技术、零部件技术、充电设施技术都已相对成熟。截止到2002 年，日本纯电动汽车的保有量为2696台。目前，日本电动车辆协会、汽车协会、汽车电子 协会等部门已经初步建立了一些纯电动汽车共同利用系统，进行实用化试运行和试运营。4、中国我国纯电动汽车的研究开始于20世纪 60年代，到了90年代掀起了一股电动汽车热，部分 高校、汽车研究所以及生产企业联合开发充电电池和纯电动汽车，并取得了一些成果。 2001 年，我国确立“十五”国家高新技术研究发展计划（863 计划）电动汽车重大专项项目，明 确了我国的电动汽车战略发展基本原则，即燃料电池汽车发展居首位、第二为混合动力电动 汽车、纯电动汽车兼顾一下，提出“三横三纵”研发布局，并招标确定纯电动轿车由上汽奇 瑞、天津汽车来牵头研制。 2006 年开始实施的国家中长期科技规划对电动汽车研发战略也 大体相同。按照项目规定进程，纯动力电动汽车功能样车已经实现，纯电动轿车和纯电动客 车在国家质检中心的型式认证试验中各项指标均满足有关国家标准和企业标准的规定，关键 零部件高功率镍氢电池、锂离子电池性能有了较大提高。因此，虽然在传统汽车的开发上 我国与世界先进水平相比有30年以上的差距，但在纯电动汽车技术开发上的差距并不大， 几乎站在同一起跑线上，而且关键零部件技术平台相同，有专家认为研发水平最大差距不超 过5 年。甚至在某些领域，如锌-空气电池和锂电池研究方面，已经达到世界领先水平。国内电动汽车发展现状交通能源与环境保护是 21世纪全球面临的重大挑战。21 世纪汽车产业能源 动力体系转型势在必行，电动汽车已成为汽车能源动力转型的必然选择。我国非 常重视电动汽车的发展，“八五”期间，电动汽车列入国家科技攻关计划，重点 开展电动汽车关键技术的研究；“九五”期间，正式列入国家重大科技产业工程 项目，主要开展电动概念车(含相关技术)研究、电动改装车开发、试验示范区建 设、运行机制和政策法规及技术标准的研究。通过 10 年的研究攻关，在电动汽 车技术方面取得了重大突破，并为“十五”期间以及今后电动汽车技术和产业的 发展奠定良好的基础。“十五”期间，国家从维护我国能源安全和改善大气环境、 提高汽车产业竞争力、实现中国汽车产业的跨越式发展的战略高度考虑，于 2001 年正式启动了“十五”国家高新技术研究发展计划 (863)之电动汽车重大专项 目。国家“十五”863 电动汽车重大专项中投资数亿元，确立了以燃料电池汽 车、混合动力汽车和纯电动汽车为“三纵”，以多能源动力总成、驱动电机和动 力蓄电池共性关键技术为“三横”的“三纵三横”研发布局。其中燃料电池轿车 布局在上海，依托上海燃料电池汽车动力系统有限公司和同济大学；燃料电池大 客车布局在北京，依托清华大学和北京客车厂等；混合动力轿车布局在武汉，主 要依托东风电动汽车公司开发，后奇瑞和长安公司也加入；混合动力大客车布局 在武汉和长春，主要由一汽集团和东风电动汽车公司利用各自的底盘技术进行开 发；纯电动汽车布局在北京和天津，客车由北京理工科凌电动车辆有限公司、轿 车由天津清源动力有限公司研发，之后奇瑞汽车公司也加入。电动汽车重大专项实施以来，在纯电动、混合动力和燃料电池汽车的整车集 成技术、动力系统集成技术以及动力总成关键零部件技术方面取得重要技术突 破，同时也在专利战略和技术标准平台建设方面为自主知识产权新能源汽车产业 化奠定了良好的基础。1.整车开发进展情况由上汽、同济大学等投资组建的上海燃料电池动力系统公司已开发出第三代 “超越”系列燃料电池轿车动力系统平台和示范样车，北京清能华通公司已研发 出燃料电池城市客车，我国燃料电池轿车和客车技术指标接近国际先进水平，运 行里程均已超过3万km；燃料电池汽车正在准备组建商业化示范运行车队。一 汽、东风、长安、奇瑞等汽车公司竞相开发出混合动力汽车性能样车，节油30% 以上，排放减少30%,轿车和客车最高车速分别超过160km / h和80km / h,部分 车型正在申报国家汽车产品公告；北京科凌公司开发出 4 种型号的纯电动客车， 动力性、经济性均达到国际先进水平。天津清源公司开发出3种纯电动轿车车型, 并通过了搭载锂离子动力电池的纯电动轿车正面碰撞试验, 2005 年该公司向美 国出口纯电动轿车112辆。第一,电动汽车。北京理工大学、北京理工科凌电动车辆有限公司等完成以 尼奥普兰公交大客车为基本车型的纯电动豪华旅游客车样车2台,经过了国家质 检中心型式认证试验和5000km可靠性试验；完成了科技奥运计划规定的15辆纯 电动准低地板公交车的生产任务,组建了示范车队。完成以北京公交公司的公交 车为基础车型的纯电动超低地板公交车 BK6120-EV 和纯电动准低地板公交 HFFGK6110-EV客车样车试制。小批量研发生产的4种车型近40辆公交车已投入 北京市公交电动汽车示范车队的示范运行。天津清源动力公司开发了 5辆XL2000 纯电动轿车，在交通部通州汽车试验场按照电动汽车定型试验规程进行了有关标 准检验。该公司继出口美国 6 辆电动汽车试销后，又与美国公司签订了 100 多辆 电动汽车的出口订单。由奇瑞汽车公司承担的纯电动轿车在整车集成技术、高压 电安全管理与控制系统方面具有一定特色。建立北京、天津、威海和武汉 4个电 动汽车示范区，将有 20辆电动客车在北京示范运行。第二，混合动力汽车。一汽、东风、长安、奇瑞等汽车集团都已经开发出混 合动力汽车样车，并在动力控制和机电耦合机构等方面实现了一定的技术创新。 武汉 EQ7200 混合动力轿车选择拥有完全知识产权的风神蓝鸟轿车作为基础车 型，第二轮样车排放指标满足欧III标准，燃油经济性比基础车型低20%,所开发 样车已经完成 3 万 km 行驶试验，计划于 2006 年上半年开始产业化。2003 年以 来，东风电动车辆股份有限公司研制的 6 辆混合动力客车在湖北省武汉市进行示 范运行，截至到2005年年底，6台样车累计安全行驶45.3万km,载客85.9万 人次。2005年12月3日，东风汽车公司在武汉市举行东风混合动力电动公交车 新品发布会、599 路电动公交专线开通暨东风混合动力轿车示范运营投放仪式。 首批下线的 15 台东风混合动力电动公交车向用户交付，标志着东风汽车公司第 一个在国内实现混合动力电动汽车商业化销售。东风混合动力城市公交车 （EQ6110HEV）由东风电动车辆股份有限公司自主研发，拥有完全自主知识产权。 其整车水平国内领先，与国际先进技术相当，某些关键技术处于国际领先水平。 长安公司成功开发了基于同轴ISG轻度混合方案的性能样车，并在国内率先开展 混合动力专用发动机开发。第三，燃料电池汽车。上海燃料电池动力系统有限公司已经成功开发“超越 一号”、“超越二号”和“超越三号”3 代燃料电池动力系统平台和试验样车。 “超越二号”样车参加了第六届世界新能源汽车挑战赛必比登挑战赛，在考 核节能环保性、行驶安全性和运行稳定性的 7 项单项性能测试以及拉力赛中，获 得障碍物绕行、燃料效率、车外噪声、污染物排放和温室气体排放 5 项 A 级成绩 和5项单项技术奖的优秀成绩。从实测性能指标看，总体与通用、奥迪以及戴姆 勒-克莱斯勒公司的参赛车辆性能相当，部分指标优于其他车辆。这充分说明， 我国的燃料电池轿车动力系统平台在基本性能方面已经与国外车辆处于同等的 技术水平。“超越三号”最高车速122km/h,爬坡度大于20%，0100km加速 时间19.5s，1015循环工况续驶里程230km。清华大学与北京客车厂等联合开发 的燃料电池城市客车第一轮功能样车瞬时最高车速达63.5km / h，平均最高车速 62.9km / h，累计运行超过2000km。目前已完成2代3种型号的样车考核、研制、 设计，样车运行考核总里程达8000km以上，性能指标满足城市客车要求。联合 国开发计划署一全球环境设施基金会（UNDP-GEF）和中国科技部启动“中国燃料 电池公交大客车商业化示范运行”项目也正在顺利进行中。2. 电动车关键零部件开发进展情况动力系统关键零部件和关键技术，包括燃料电池发动机、动力蓄电池（镍氢 和锂离子） 、驱动电机，以及多能源动力总成控制技术、电动车关键辅助系统技 术及氢源和氢气加注技术，在提高性能、改善可靠性和安全性，以及趋向工程化 方面取得不断进步。第一，燃料电池发动机。大连物理化学研究所研制了净输出功率为50kW的 客车用燃料电池发动机1台，净输出功率60kW客车用燃料电池发动机2台。其 中，50kW燃料电池发动机已经装车进行了 737km的运行实验；净输出60kW燃料 电池发动机已通过专家组的考评。上海神力科技公司研制的净输出40kW轿车用 燃料电池发动机，净输出功率60kW客车用燃料电池发动机也分别在同济大学、 清华大学燃料电池发动机测试基地通过了严格的测试，并分别被装车运行。整机 能量密度、转换效率、过载能力以及自动运行程度等方面有明显的技术进步。第二，动力蓄电池。2003年10月，由总体组责任专家、监理公司和测试单 位组成的抽样小组顺利完成电池现场抽样和依据2003 年测试规范的测试工作。 较 2002 年电池研发的整体水平有了一定的提高，功率密度有了一定的提高，锂 离子电池的安全性得到加强，部分镍氢电池的循环寿命试验已经接近500次，各 项性能指标表现良好。各动力蓄电池研发课题围绕提高单体电池的电性能、安全 性能和寿命，围绕提高电池组的电性能、模拟工况性能、耐震性以及车用带管理 系统的电池组的综合技术指标进行了大量的研究攻关，高功率镍氢电池、锂离子 电池性能有了较大提高，已经能为整车提供基本符合要求的产品。其中北京理工 大学研制的容量为8Ah的高功率镍氢电池，电池功率密度提高到932W / kg，达 到国际先进水平。部分镍氢电池的循环寿命试验已经超过1500 次，各项性能指 标表现良好。2005 年底，该项目通过了专家验收组的验收。