電動(dòng)汽車關(guān)鍵技術(shù)分析

洪 飛

（湖北省咸寧職業(yè)技術(shù)學(xué)院 湖北 咸寧 437000）

電動(dòng)汽車關(guān)鍵技術(shù)分析

洪 飛

（湖北省咸寧職業(yè)技術(shù)學(xué)院 湖北 咸寧 437000）

基于能源和環(huán)保的角度出發(fā)，提出電動(dòng)車將成為汽車發(fā)展產(chǎn)業(yè)的一種必然趨勢(shì)，介紹了電動(dòng)車的優(yōu)缺點(diǎn)、現(xiàn)狀以及影響其普及的因素，指出價(jià)格低性能高的開發(fā)是能否在社會(huì)上普及應(yīng)用的關(guān)鍵所在，并對(duì)電動(dòng)汽車的發(fā)展趨勢(shì)和前景作出展望。

環(huán)保；污染；能源；電動(dòng)汽車；電池技術(shù)

隨著社會(huì)的發(fā)展，由于人類對(duì)石油需求性的永無(wú)止境加之石油資源的有限性，目前的石油資源將面臨消耗殆盡的危機(jī)。據(jù)有關(guān)報(bào)道表明，就目前的開采程度，石油消耗以靜態(tài)數(shù)字顯示，僅供全世界消費(fèi)41年。而機(jī)動(dòng)車作為大氣的移動(dòng)污染源約占全球汽油消費(fèi)量的1/3，給人類身體帶來(lái)了極大危害。采用新的能源方式成為汽車發(fā)展產(chǎn)業(yè)的新出路，而電動(dòng)車作為唯一能達(dá)到零排放且不用石油的機(jī)動(dòng)車很快將進(jìn)入高潮期。

1.電動(dòng)車發(fā)展的優(yōu)勢(shì)

1、環(huán)境污染低

電動(dòng)車相比較于常規(guī)汽車，雖然也會(huì)產(chǎn)生酸氣造成一定的污染但在行駛中無(wú)廢氣排出，即使依靠火力發(fā)電也能將廢氣排出量降到最低。

2、可使用多種能源

常規(guī)汽車一般只能使用石油資源作為能源燃料，而電動(dòng)車的蓄電池充電可以由多種能源轉(zhuǎn)化，比如煤炭、天然氣、太陽(yáng)能等，完全沒(méi)有石油資源的約束。

3、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用維修方便

電動(dòng)車運(yùn)轉(zhuǎn)、傳動(dòng)部件少，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用交流感應(yīng)電動(dòng)機(jī)時(shí)，電機(jī)不需要保養(yǎng)維護(hù)。

4、效率高

電動(dòng)車無(wú)機(jī)器空轉(zhuǎn)損失，電池的一大部分能量可由電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)化為汽車的動(dòng)力，用燃料電池的話效率可達(dá)到80％。而電動(dòng)車制動(dòng)的時(shí)候還可以回收能量。

5、適用范圍廣，不受所處環(huán)境影響

電動(dòng)車完全不受不通風(fēng)場(chǎng)所、易燃易爆、高海拔、低溫等場(chǎng)所的限制。

2.電動(dòng)汽車關(guān)鍵技術(shù)分析

目前電動(dòng)車的發(fā)展仍存在一些問(wèn)題，除了社會(huì)基礎(chǔ)設(shè)施、電機(jī)及控制系統(tǒng)外，最主要的是電源問(wèn)題，電動(dòng)車的充電時(shí)間長(zhǎng)、行駛距離短、加速和爬坡的性能太差等問(wèn)題。解決這些問(wèn)題的關(guān)鍵還是電池技術(shù)的發(fā)展。下面簡(jiǎn)介各種蓄能技術(shù)發(fā)展的現(xiàn)狀。

1、燃料電池

燃料電池作為繼水力、火力、核電后發(fā)展的最新一代代發(fā)電技術(shù)，從理論上講，只要能夠連續(xù)供給燃料，電池就能連續(xù)發(fā)電。

燃料電池具有以下幾方面優(yōu)點(diǎn)：第一，燃料電池依靠化學(xué)原理發(fā)電，幾乎不會(huì)排放氮、硫的氧化物，有利于緩解溫室效應(yīng)。第二，燃料電池不受卡諾循環(huán)效應(yīng)的影響，電池能量的轉(zhuǎn)化效率大約是40％～60％。如果實(shí)現(xiàn)熱電聯(lián)供，燃料總的利用率就可高達(dá)80％以上。(3)可靠性高，靈活性大：堿性和磷性燃料電池的運(yùn)行都可證明燃料電池的運(yùn)行是高度可靠的，它可作為不間斷電源和應(yīng)急電源使用。

燃料電池根據(jù)電解質(zhì)的類型來(lái)劃分可以分為磷酸型燃料電池、固態(tài)氧化物燃料電池、堿性氫氧燃料電池、熔融性鹽燃料電池、質(zhì)子交換膜燃料電池五種類型。

燃料電池可以使用氫氣、甲醇等作為燃料，而這兩者均可通過(guò)煤氣化制氧、農(nóng)植物制甲醇等方式獲得。天然氣等化石燃料也可以直接被燃料電池拿來(lái)使用。但就目前的情況來(lái)看，電動(dòng)汽車大量使用燃料電池還不能實(shí)現(xiàn)，原因之一就是其使用的催化劑是貴金屬鉑金，增加成本的同時(shí)鉑的年開采量及全球儲(chǔ)量都不能滿足當(dāng)前大規(guī)模使用的需要。二是因?yàn)槭褂脷錃庾鳛槿剂希写嬖谝恍┘夹g(shù)上未解決的難題，國(guó)際上一般采用純氫氣及使用碳?xì)浠衔镏卣茪涞姆绞絹?lái)解決氫氣來(lái)源問(wèn)題，但前者對(duì)儲(chǔ)氫容器有很高的要求，所以氫氣的儲(chǔ)存問(wèn)題尚待解決，后者則是得到的氫氣中含有CO，CO的存在會(huì)降低電池中催化劑的活性。

2.蓄電池

電動(dòng)車的蓄電池必須滿足：充電時(shí)間短、壽命長(zhǎng)；貯能密度高；能量輸出密度高；價(jià)格低；維修、保養(yǎng)費(fèi)低；可再利用等技術(shù)要求。

(1)鋰電池

鋰具有價(jià)格低資源豐富的優(yōu)點(diǎn)，鋰電池有聚合物鋰離子電池和液態(tài)鋰離子電池兩種類型，鋰電池目前實(shí)際達(dá)到的比能量為150Wh/kg，比功率250W/kg，充電時(shí)間大概是2～4h,循環(huán)使用壽命達(dá)到1200次。

(2)鉛酸蓄電池

鉛酸蓄電池是成熟的電動(dòng)汽車蓄電池，比功率基本可以滿足電動(dòng)車的動(dòng)力性要求，但是它的使用壽命短、比能量低，充電時(shí)會(huì)產(chǎn)生酸氣，造成一定的污染。

(3)鎳鎘蓄電池

鎳鎘蓄電池的比能量可達(dá)到55Wh/kg，比功率超過(guò)190Wh/kg，其應(yīng)用程度僅次于鉛酸蓄電池。它的循環(huán)使用壽命較長(zhǎng)，可以快速充電，是鉛酸蓄電池的兩倍多，但價(jià)格卻是鉛酸蓄電池的4～5倍，不過(guò)在使用過(guò)程中要特別注意以免造成重金屬污染。

（4）鋅空氣電池

鋅空氣電池的比能量潛在值為大概200Wh/ kg，但是它還存在比功率小、不能輸出大電流、壽命短等缺點(diǎn)。

3.太陽(yáng)能電池

太陽(yáng)能電池不僅是最理想的電動(dòng)車用電源而且無(wú)公害。由于硅太陽(yáng)能電池制造方法較為復(fù)雜，且需要花費(fèi)的成本太高，所以現(xiàn)在已經(jīng)出現(xiàn)了一種具有制造容易、成本低廉、易彎曲和重量輕的特點(diǎn)的太陽(yáng)能電池。這種可以在表面上“印制”的太陽(yáng)能電池與現(xiàn)代印刷廠中快速操作的過(guò)程相似。這種技術(shù)利用的是太陽(yáng)能為電動(dòng)車電池充電，但是受天氣限制，太陽(yáng)能電池的轉(zhuǎn)換效率不高，車上的受光面積小，作為備用充電電源的可作為性大。

4、飛輪

飛輪由于輸出密度大更適合于加速與減速時(shí)的能量貯放，但是飛輪也存在單位重量密度低、機(jī)械磨損等問(wèn)題。

5、超電容器

超電容器可作為輔助力量提高燃料電池或蓄電池在快速起動(dòng)時(shí)的輸出密度，汽車制動(dòng)時(shí)回收的再生電流可以緩和短時(shí)間內(nèi)大電流極速充電的情況。而它的缺點(diǎn)也是比鉛酸蓄電池小一個(gè)數(shù)量級(jí)，能量密度低。

除以上所述之外，電動(dòng)車的發(fā)展最重要的因素之一還包括市場(chǎng)。市場(chǎng)是一切生產(chǎn)規(guī)模的基礎(chǔ)，沒(méi)有規(guī)模成本跟價(jià)格自然無(wú)法降低，也就不會(huì)有優(yōu)良的社會(huì)基礎(chǔ)設(shè)施 。電動(dòng)車作為可以搶占21世紀(jì)汽車霸主之位的主要車型之一，其發(fā)展經(jīng)過(guò)二十幾年的試驗(yàn)已經(jīng)進(jìn)入一個(gè)新的階段。但由于電池的成本普遍偏高，電動(dòng)車的價(jià)格高出常規(guī)汽車的3倍之多，要想使其普及還需要進(jìn)一步的改善。

結(jié)語(yǔ)

本文論述的觀點(diǎn)無(wú)論從環(huán)保角度還是能源角度來(lái)看，都表明了汽車的新發(fā)展方向是電動(dòng)車的使用，在未來(lái)的10到20年間，采用鋰電池的純電動(dòng)車在特定的市場(chǎng)范圍內(nèi)的商業(yè)化生產(chǎn)將會(huì)增長(zhǎng)，而作為輔助電源的太陽(yáng)能也將得到發(fā)展。緊隨其后的燃料電池的商業(yè)化業(yè)務(wù)得到增長(zhǎng)后，采用太陽(yáng)能與鋰電池的純電動(dòng)車將會(huì)獲得極大的發(fā)展。而在未來(lái)的30年，不僅鋰電池和太陽(yáng)能的純電動(dòng)車成為人們的首要選擇，燃料電池也會(huì)有飛速的發(fā)展，且新能源的使用還能有效減少空氣污染，因此新能源電動(dòng)汽車的發(fā)展前景是非常樂(lè)觀的。。

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The electric car key technical analysis

HONG Fei. (Xianning Vocational and Technical College, Hubei Province, Xianning 437000, China)

This paper from the perspective of energy and environmental protection, put forward electric vehicles will be an inevitable trend of development of industry, the advantages and disadvantages of electric vehicles, the present situation is introduced, and factors affecting its popularity, points out that the low price and high performance is the key to popularize and apply in society, and the prospects for the development trend of electric cars and.

Environmental protection; Pollution; Energy; The electric car; Battery technology

U461.2

A

1009-5624-（2016）02-0042-02