電動汽車是指以車載電源為動力，用電機(jī)驅(qū)動車輪行駛，符合道路交通、安全法規(guī)各項要求的車輛。由于對環(huán)境影響相對傳統(tǒng)汽車較小，其前景被廣泛看好，但當(dāng)前技術(shù)尚不成熟。

電源為電動汽車的驅(qū)動電動機(jī)提供電能，電動機(jī)將電源的電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，通過傳動裝置或直接驅(qū)動車輪和工作裝置。目前，電動汽車上應(yīng)用最廣泛的電源是鉛酸蓄電池，但隨著電動汽車技術(shù)的發(fā)展，鉛酸蓄電池由于比能量較低，充電速度較慢，壽命較短，逐漸被其他蓄電池所取代。正在發(fā)展的電源主要有鈉硫電池、鎳鎘電池、鋰電池、燃料電池、飛輪電池等，這些新型電源的應(yīng)用，為電動汽車的發(fā)展開辟了廣闊的前景。

1、引言

現(xiàn)代電動汽車一般可分為三類：純電動汽車（PEV）、混合動力汽車（HEV）、燃料電池電動汽車（FCEV）。但是近幾年在傳統(tǒng)混合動力汽車的基礎(chǔ)上，又派生出一種外接充電式（Plug-In）混合動力汽車，簡稱PHEV。本文將電動汽車技術(shù)研發(fā)的若干問題和趨勢，作簡要的介紹和評述。

2、純電動汽車（PEV）

純電動汽車是指完全由動力蓄電池提供電力驅(qū)動的電動汽車，雖然它已有134年的悠久歷史，但一直僅限于某些特定范圍內(nèi)應(yīng)用，市場較小。主要原因是由于各種類別的蓄電池，普遍存在價格高、壽命短、外形尺寸和重量大、充電時間長等嚴(yán)重缺點。目前采用的鉛酸電池、鎳氫電池和鋰離子電池，它們已達(dá)到的實際性能指標(biāo)和市場平均價格，如表1所示。根據(jù)實際裝車時的循環(huán)壽命和市場價格，可估算出電動汽車從各種動力電池上每取出1kWh電能所必須付出的費用。計算時，假設(shè)電池最高可充電荷電狀態(tài)（SOC）為0.9，放電SOC為0.2，即實際可用的電池容量僅占總?cè)萘康?0%;由電網(wǎng)供電價為0.5元/kWh，電池的平均充放電效率為0.75。

粗略計算中可知，雖然從電網(wǎng)取電僅需0.5元/kWh，但充入電池，再從電池取出，鉛酸電池每提供1kWh電能，價格為3.05元左右，其中2.38元為電池折舊費，0.67元為電網(wǎng)供電費，而從鎳氫電池中每提供1kWh電能，費用為9.6元，鋰離子電池為10.2元，即后二種先進(jìn)電池供電成本是鉛酸電池的三倍多。

目前國內(nèi)市場上用柴油機(jī)發(fā)電，價格大致為3元/kWh，若用汽油機(jī)發(fā)電，供電價格估計為4元/kWh，即從鉛酸電機(jī)提供電能的價格大致和柴油機(jī)發(fā)電價格相等，僅僅從取得能量的成本來考慮，采用鉛酸電池比汽油機(jī)驅(qū)動有一定價格優(yōu)勢，但是由于它太過笨重，充電時間又長，因此只被廣泛用于車速小于50km/h的各種場地車、高爾夫球車、垃圾車、叉車以及電動自行車上。實踐證實鉛酸電池在這一低端產(chǎn)品市場上有較強(qiáng)的競爭力和實用性。

鎳氫電池的主要優(yōu)點是相對壽命較長，但是由于鎳金屬占其成本的60％，導(dǎo)致鎳氫電池價格居高不下。鋰離子電池技術(shù)發(fā)展很快，近10年來，其比能量由100Wh/kg增加到180Wh/kg，比功率可達(dá)2000W/kg，循環(huán)壽命達(dá)1000次以上，工作溫度范圍達(dá)-40～55℃。 。

近年由于磷酸鐵鋰離子電池的研發(fā)有重大突破，又大大提高了電池的安全性。目前已有許多發(fā)達(dá)國家將鋰離子電池作為電動汽車用動力電池的主攻方向。我國擁有鋰資源優(yōu)勢，鋰電池產(chǎn)量到2004年已占全球市場的37.1％，預(yù)計到2015年以后，鋰離子電池的性/價比有望達(dá)到可以和鉛酸電池競爭的水平，而成為未來電動汽車的主要動力電池。

以電動自行車為代表的低性能車輛，由于其成本低廉，僅我國在2006年已達(dá)到年產(chǎn)2000萬輛，美國通用汽車公司生產(chǎn)的沖擊1號電動跑車，雖然已達(dá)到了很高的動力性，但是由于售價高昂，僅生產(chǎn)了區(qū)區(qū)50輛，由于沒有市場而不得不停產(chǎn)。性能較低的場地車，在我國年產(chǎn)達(dá)7000～8000輛左右；天津清源電動車公司生產(chǎn)的微型電動車，最高車速僅50km/h，年產(chǎn)也可以達(dá)千輛以上，這可能是目前市場所能接受的純電動車輛性能的上限。上述所有電動車輛均采用鉛酸電池為動力。隨著高性能鋰離子電池的性/價比不斷提升，未來5～10年內(nèi)，市場上可能會出現(xiàn)最高車速≥100km/h，續(xù)駛里程≥250km的高性能純電動汽車。

3、混合動力電動汽車（HEV）

由于完全由動力蓄電池驅(qū)動的純電動汽車，其性能/價格比長期以來都遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于傳統(tǒng)的內(nèi)燃機(jī)汽車，難于與傳統(tǒng)汽車相競爭，上個世紀(jì)90年代以來各大汽車公司都著手開發(fā)混合動力汽車。日本豐田公司在1997年率先向市場推出“先驅(qū)者”（Prius）混合動力汽車，并在日本、美國和歐洲各國市場上均獲得較大成功，累計產(chǎn)銷量已超過60萬輛。隨后日本本田、美國福特、通用和歐洲一些大公司，也紛紛向市場推出各種類型的混合動力汽車。

3.1 研制全混合電動汽車的必要性

混合動力電動汽車是指具備兩個以上動力源、而其中有一個可以釋放電能的汽車?；旌蟿恿ζ嚢椿旌戏绞讲煌?，可分為串聯(lián)式、并聯(lián)式和混聯(lián)式三種；按混合度（電機(jī)功率與內(nèi)燃機(jī)功率之比）的不同，又可分為微混合、輕度混合和全混合三種。其中外掛式皮帶驅(qū)動起動/發(fā)電（BSG）式是微混合動力汽車的典型結(jié)構(gòu)，其電機(jī)功率一般僅2～3kW，依賴發(fā)動機(jī)的停車斷油功能，可節(jié)燃油5～7％；在發(fā)動機(jī)曲軸后端加裝一個電動/發(fā)電型盤式電機(jī)（ISG）是輕度混合動力汽車的典型結(jié)構(gòu)；具有純電力驅(qū)動功能的可作為全混合或混聯(lián)式混合動力汽車的典型。豐田公司的Prius轎車即屬于這類全混合汽車。目前我國若干汽車企業(yè)研制的混合動力汽車，大多采用ISG輕度混合或BSG微混合方案，主要是考慮這二種方案的技術(shù)難度較小，生產(chǎn)成本也較低。但是根據(jù)研究表明，混合動力汽車的節(jié)油率幾乎與汽車功率的混合度和汽車的生產(chǎn)成正比上升 因此，從長遠(yuǎn)來看，研制全混合電動汽車是一種必然趨勢。

4、外接充電式混合動力汽車

外接充電式混合動力汽車是最新的一代混合動力汽車類型，近年來受到各國政府、汽車企業(yè)和研究機(jī)構(gòu)的普遍關(guān)注，國內(nèi)外專家認(rèn)為，PHEV有望在幾年后得到廣泛的推廣使用。

據(jù)統(tǒng)計，法國城鎮(zhèn)居民80％以上日均駕車?yán)锍躺儆?0km，在美國，汽車駕駛者也有60％以上日均行駛里程少于50km，80％以上日均行駛里程少于90km。PHEV特別適合于一周有5天僅駕車用于上下班，行駛里程50～90km之間的工薪族使用。PHEV是在混合動力汽車上增加了純電動行駛工況，并且加大了動力電池容量，使PHEV采用純電動工況可行駛50～90km，超過這一里程，即必須起動內(nèi)燃機(jī)，采用混合驅(qū)動模式。所以PHEV的電池容量一般達(dá)5～10kW·h，約是純電動汽車電池容量的30～50％，是一般混合動力汽車電池容量的3～5倍，可以說它是介于混合動力汽車與純電動汽車之間的一種過渡性產(chǎn)品。與傳統(tǒng)的內(nèi)燃機(jī)汽車和一般混合動力汽車（HEV）對比（見表5），PHEV由于更多的依賴動力電池驅(qū)動汽車，因此它的燃油經(jīng)濟(jì)性進(jìn)一步提高，二氧化碳和氮氧化物排放更少。由于動力電池容量的加大，每輛車的售價至少比一般HEV高2000美元。

乘用車的蓄電池容量與汽車價格、燃油消耗及尾氣排放的對比關(guān)系?？梢婋S著蓄電池容量的加大，汽車價格將上升，但是燃油消耗和尾氣排放則下降。因此可以認(rèn)為，電動汽車是以使用和損耗蓄電池為代價來換取節(jié)油、減排的效果，動力電池性/價比的大幅提升將是電動汽車能否迅速推廣使用的關(guān)鍵所在。

一般HEV動力電池SOC僅在較小范圍內(nèi)波動（例如±2％～3％）因此循環(huán)壽命次數(shù)很長，而PHEV的動力電池SOC必須在很大的范圍內(nèi)波動（例如±40％），屬于深充深放，因此循環(huán)工作壽命短得多，和純電動汽車（PEV）相似。目前在PHEV上都采用先進(jìn)的鋰離子電池，由表1可知，鋰離子電池每放出1kWh電能，能耗費為10.2元，相當(dāng)于內(nèi)燃每kWh能耗費用的3倍。隨著全球石油價格不斷上升，燃油內(nèi)燃機(jī)的能耗費用也將不斷上升，而鋰離子電池隨著技術(shù)進(jìn)步和產(chǎn)量的擴(kuò)大，其能耗費用將不斷下降 。

5、燃料電池電動汽車

早在1839年，英國人格羅孚就提出了氫和氧反應(yīng)發(fā)電的原理。20世紀(jì)60年代，研發(fā)出了液氫和液氧發(fā)電的燃料電池，由美國UTC公司首先用于航天和軍事用途。近20年來，由于石油危機(jī)和大氣污染日趨嚴(yán)重，以質(zhì)子交換膜式為代表的燃料電池技術(shù)，受到世界各國普遍重視。各大跨國汽車公司紛紛投入巨資，研發(fā)出了各種類型的燃料電池電動汽車（FCEV）。

5.1 質(zhì)子交換膜燃料電池（PEMFC）主要優(yōu)點

（1）其排放生成物是水及水蒸汽，為零污染；

（2）能量轉(zhuǎn)換效率可高達(dá)60～70％；

（3）無機(jī)械振動、低噪聲、低熱輻射；

（4）宇宙質(zhì)量中有75％是氫，地球上氫也幾乎是無處不在。氫還是化學(xué)元素中質(zhì)量最輕、導(dǎo)熱性和燃燒性最好的元素；

（5）氫的熱值很高，1kg氫和3.8L汽油的熱值相當(dāng)。

5.2 燃料電池電動汽車存在的技術(shù)、經(jīng)濟(jì)問題

在我國，國家科技部將研發(fā)燃料電池客車和燃料電池轎車列為“十五”和“十一五”計劃“863”重大科技項目。并已取得一系列重大科技成果，但是在多年科研實踐中，也暴露出一些技術(shù)、經(jīng)濟(jì)問題：

（1）燃料電池發(fā)動機(jī)的耐久性壽命短

一般僅1000～1200小時（國外達(dá)2200小時），燃料電池汽車行駛4～5萬km，功率即下降～40％，和傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)可普遍行駛50萬km以上相比，差距很大；

（2）燃料電池發(fā)動機(jī)的制造成本居高不下

一般估計3萬元/kW（國外成本約3000美元/kW），與傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)僅200～350元/kW相比，差距巨大。由于其中如質(zhì)子交換膜、炭紙、鉑金屬催化劑、高純度石墨粉、氫回收泵、增壓空氣泵等關(guān)鍵部件均依靠進(jìn)口，所以與國外相比，并沒有成本優(yōu)勢；

（3）燃料電池發(fā)動機(jī)對工作環(huán)境的適應(yīng)性很差

國產(chǎn)可在0～40℃氣溫下工作，低于0℃有結(jié)冰問題，高于40℃過熱不能正常工作；此外對空氣中的粉塵、一氧化碳、硫化物等都十分敏感，鉑催化劑極易污染中毒失效；

（4）燃料電池汽車的使用成本過于高昂

例如高純度（99.999％）高壓氫（>200大巴）售價約80～100元/kg。按1kg氫可發(fā)10kW·h電能計算，僅燃料費即約為10元/kW·h，按燃料電池發(fā)動機(jī)工作壽命1000小時計算，折舊費為30元/kWh。所以總的動力成本達(dá)40元/kW·h。與表1對照可知，至少在目前，由燃料電池發(fā)動機(jī)提供1kWh電能的成本遠(yuǎn)高于各種動力電池，這從一個側(cè)面反映了作為汽車動力源，燃料電池汽車還有相當(dāng)?shù)木嚯x。

5. 目前燃料電池電動汽車的研究課題

盡管存在如此多的問題，但是燃料電池仍然是人類迄今為止，發(fā)明的最清潔、安靜又可無限再生的能源，值得我們?yōu)閷崿F(xiàn)燃料電池電動汽車的產(chǎn)業(yè)化，付出更大的努力。

6、電機(jī)及電動車輪

電動汽車驅(qū)動電機(jī)是所有電動汽車必不可少的關(guān)鍵部件。目前使用較多的有直流有刷、永磁無刷、交流感應(yīng)和開關(guān)磁阻等四種電機(jī)。美國和德國開發(fā)的電動汽車大多采用交流感應(yīng)電機(jī)，主要優(yōu)點是價格較低、效率高、重量輕，但啟動轉(zhuǎn)矩小。日本研制的電動汽車幾乎全部使用永磁無刷電機(jī)，其主要優(yōu)點是效率可以比交流感應(yīng)電機(jī)高6個百分點，但價格較貴，永磁材料一般僅耐熱120℃以下。開關(guān)磁阻電機(jī)結(jié)構(gòu)較新，優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單、可靠、成本較低、起動性能好，沒有大的沖擊電流，它兼有交流感應(yīng)電機(jī)變頻調(diào)速和直流電機(jī)調(diào)速的優(yōu)點，缺點是噪聲較大，但仍有一定改進(jìn)余地。

但是對于電動汽車而言，由于電能是由各類電池提供，價格昂貴而彌足珍貴，所以使用相對效率最高的永磁無刷電機(jī)是較為合理的，它已被廣泛用于功率小于100kW的現(xiàn)代電動汽車上。

此外，在國外已有越來越多的電動汽車采用性能先進(jìn)的電動輪（又稱輪轂電機(jī)），它用電機(jī)（多為永磁無刷式）直接驅(qū)動車輪，因此無傳統(tǒng)汽車的變速箱、傳動軸、驅(qū)動橋等復(fù)雜的機(jī)械傳動部件，汽車結(jié)構(gòu)大大簡化。但是它要求電機(jī)在低轉(zhuǎn)速下有很大的扭矩，特別是對于軍用越野車，要求電機(jī)基點轉(zhuǎn)速∶最高轉(zhuǎn)速=1∶10 近幾年，美、英、法、德等國紛紛將電動輪技術(shù)應(yīng)用于軍用越野車和輕型坦克上，并取得了重大成果。例如美海軍陸戰(zhàn)隊在“悍馬”基礎(chǔ)上研制出串聯(lián)式“影子”新型混合動力越野車，采用了電動輪技術(shù)， 與傳統(tǒng)“悍馬”車對比試驗，在同樣偵察試驗條件下，“悍馬”耗油472kg，山地車而“影子”僅耗油200kg；同一越野路段，“悍馬”耗時32分鐘跑完，而“影子”僅耗時13分50秒，此外它還具有在純電動模式下，汽車靜音、無“熱痕跡”等優(yōu)點。如此優(yōu)異的性能，據(jù)聞美軍已決定停產(chǎn)傳統(tǒng)“悍馬”車，全部改產(chǎn)新型混合動力電動輪驅(qū)動的“影子”型軍車。這一重要發(fā)展趨勢，應(yīng)引起高度關(guān)注。

7、結(jié)束語

（1）由于鉛酸電池的供電成本大體和柴油機(jī)供電相等，因此它仍然是低端電動車市場的主要動力電池。磷酸鋰離子電池技術(shù)進(jìn)步較快，它最有可能成為鉛酸電池的競爭對手，率先成為高端電動車市場的主要動力電池；

（2）由于混合動力汽車僅需裝用純電動汽車1/10的動力電池容量，整車有較為接近市場的性/價比，因此它仍將是近期實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化的主要電動汽車種類?？紤]到我國國情，目前仍應(yīng)大力推廣使用混合動力大客車，進(jìn)一步降低制造成本，減少油耗和排放；

（3）在鋰離子電池性/價比進(jìn)一步提升后，外接充電式混合動力汽車（PHEV）有望成為理想的上班族乘用車，它可大幅度減少油耗和降低排放，但是由于較高的價格，它可能首先在發(fā)達(dá)國家得到推廣應(yīng)用；

（4）燃料電池雖然是理想的清潔能源，但是目前它的性/價比太低，要達(dá)到可以進(jìn)入市場的性/價比，可說是任重而道遠(yuǎn)，必須從基礎(chǔ)材料和基本理論上有重大突破，才可能進(jìn)入汽車市場；

一是純電動車的行駛半徑很小，按照現(xiàn)有的電池發(fā)展水平，可能只能在一個區(qū)域范圍能會比較適用。適合區(qū)域運(yùn)行純電動車，行駛半徑不大的地方。比如對于需要長距離行駛的出租車，企業(yè)商務(wù)車等就不適合。而這卻同時使得汽車這種快速便捷的特點體現(xiàn)不出來。使用戶受到制約，因此就可以說電動車的性能并不好。

第二，新能源汽車主要是的目的是實現(xiàn)節(jié)能環(huán)保低碳。電動車是以電力為能源，而我國主要是煤力發(fā)電。這樣電動車在區(qū)域范圍內(nèi)的減排換來的可能是更大范圍的排放家中，其節(jié)能效果和傳統(tǒng)車差不多，加上電池本身的污染，可能推廣電動車之后甚至比原有內(nèi)燃機(jī)排放還高。因此電動車環(huán)保只是適合局域范圍。

第三，價格貴。即使國家補(bǔ)貼電池也不能抵消電池成本，電機(jī)成本可能比內(nèi)燃機(jī)高5倍。這些都會使得電動車的價格居高不下。難以普及推廣，而另一方面，電動車本身核心零部件消耗稀有資源為代價，越普及價格越貴。以上這三點還沒有考慮到電動車電網(wǎng)普及的花費。

綜合以上這三點個人覺得純電動汽車是沒有發(fā)展前途的，至少在全球范圍內(nèi)不具備這種潛質(zhì)。

混合動力汽車更容易實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化

混合動力汽車由于節(jié)能，短期內(nèi)多花點錢值得。能源價格高到一定程度的時候，他的優(yōu)勢就會體現(xiàn)出來。為什么普銳斯賣的好，一是因為日本政府的補(bǔ)貼高，還有另外一個更重要的原因是日本能源價格貴。因此長遠(yuǎn)來看，我覺得混合動力車對于產(chǎn)業(yè)發(fā)展和各方面都會是更好的選擇。

混合動力汽車是一個方向，另外國外以氫作為燃料是通過發(fā)展氫發(fā)動機(jī)而不是靠純電動車。電動車實際上炒作宣傳的意義更大，車企更希望以此來促進(jìn)傳統(tǒng)汽車的銷售。