1 引 言

世界汽车工业的迅速发展，推动了世界经济交通能源工业等各方面的发展，却也带来了很大弊端；燃油造成的大气污染日益严重。加之目前世界石油资源日益枯竭。因此，百余年来作为人类最主要交通工具之一的汽车的动力系统以燃油为根本的地位开始发生动摇，而电动汽车这一无污染且能源又可多样化配置的动力方案已引起世人的普遍关注。

电动汽车的诞生距今已有120年的历史，但长期以来，一直无法解决充电机充电蓄电池高功率容量及充电机充电等方面的问题，只好让燃油汽车垄断市场。进入本世纪80年代末，节能与环保问题已成为世界各国所关注的主要社会发展问题，进而电动汽车的研究又成为许多发达国家及各大汽车公司的重要发展项目。由于近年来高新技术的飞跃发展，新型高能充电机充电蓄电池不断开发利用，以及充电机充电燃料电池的应用成功，使电动汽车进入了一个新的发展时期，开始步入实用化阶段。可以预计，21世纪将是电动汽车风靡全球的新时代。

2 电动汽车的发展过程

电动汽车和内燃机汽车同样历史悠久，早在世界第一辆燃油汽车诞生于1886年之前，1881年在法国巴黎街上就出现了世界上第一台电动汽车，它是法国工程师Gusave Trouve装配的以充电机充电蓄电池为动力的三轮车。此后电动汽车曾盛行一时，1904年，纽约、波士顿和芝加哥等大城市，有1/3的车辆是电动的，其中不仅有轿车，也有载货车。1915年，美国电动汽车的产量达5000辆。但由于电动汽车的充电机充电蓄电池太重，充电机充电时间长，每一次充电机充电后的行车路程太短，同时汽油机技术发展趋于完善，其轻便、快速、舒适，一次加油能持续行驶400-500公里，燃料费低廉且价格便宜，由于这些原因，使电动车辆逐渐没落了。然而在20世纪末，随着排放法规的日趋严格，电动汽车的优点便显现出来，同时科学的进步也使电动车辆的实用化成为可能。现代电动汽车绝不是百年前阵旧技术的重复，它是汽车、电力拖动、电子、智能控制、化学能源、计算机、新能源、新材料工程技术最新成果的集成产物。

3 电动汽车的技术现状

电动汽车与燃油汽车在外形上没有什么区别，它们之间的主要区别见下表一，其余部分基本相同。  

表一  电动汽车与燃油汽车的差别

名称	燃油汽车	电动汽车
能源系	汽油(柴油)	蓄电池
动力系	发动机(内燃机)	电动机
速度控制系	变速器、离合器	调速控制器
传动系	变速器、离合器、传动轴、驱动桥	传动轴、驱动桥(固定减速器)

3.1  电动汽车的动力驱动系统

3.1.1  直流电机驱动系统

直流电机驱动系统120世纪90年代前的电动汽车几乎全是直流电动机驱动的，该系统中的电机为有刷直流电机。这种驱动系统具有起步快、加速牵引力大、成本低、易于平滑调速、控制器简单、技术成熟等优点，但是直流电机本身效率低，体积大、重量大，换向器电刷限制了它的转速提高，其最高转速在6000-8000r/min之间。

3.1.2  感应电机交流驱动系统

该系统是90年代发展起来的新技术，目前尚处于发展完善阶段。其电机采用转子鼠笼结构的三相交流感应电动机；电机控制采用矢量控制的变频调速方式。其与直流电机驱动系统相比，具有效率高、体积小、重量轻、免维护、寿命长等优点，能很好满足汽车实际行驶的需求。目前只是交流电机控制器械成本较高。

3.1.3  永磁同步电机交流驱动系统

永磁同步电机交流驱动系统的电机包括无刷直流电机和三相永磁同步电机。三相永磁同步电机驱动系统的效率最高，体积最小，重量最轻，也无直流电机的换向器和电刷等。但该类驱动系统永磁材料成本较高，只在小功率的电动汽车中得到了一定的应用。

这三类驱动系统中，永磁同步电机交流驱动系统是最有希望的高性能电机，是电动汽车的发展方向。目前，世界上众多著名的电动汽车中，多数采用感应电机交流驱动系统。例如丰田E-com电动车、日产Hypenmini电动车。

3.2  电动汽车的能源系统

从目前国外电动汽车发展水平来看，制约电动汽车发展的关键因素是动力充电机充电蓄电池不理想。电动汽车充电机充电蓄电池的主要性能指标是比能量、比功率和使用寿命。目前正在使用和开发的动力充电机充电蓄电池主要有以下几种:

3.2.1  充电机充电镍镉蓄电池

充电机充电镍镉蓄电池应用广泛程度仅低于充电机充电蓄电池，其比能量可达55WH/Kg，比功率190W/Kg，可以快速充电机充电，循环使用寿命长，为充电机充电蓄电池的2倍以上，可达2000多次；但其价格较高且存在重金属镉污染问题。由法国产的雪铁龙贝灵格电动车采用该型充电机充电蓄电池。

3.2.2  充电机充电镍氢蓄电池

充电机充电镍氢蓄电池比能量可达75-80WH/Kg，比功率达160-230W/Kg，循环使用寿命超过600次，随着充电机充电镍氢蓄电池技术的发展，其比能量可超过80WH/Kg，循环使用寿命可超过2000次，远景价格可降至150美元/KwH。丰田E-com电动车采用该型充电机充电蓄电池，该车最高车速可达100公里/小时，行驶里程100公里。

3.2.3  充电机充电锂电池

   充电机充电锂电池最大优点是比能量高，锂离子充电机充电蓄电池理论值可达570WH/Kg，因此受到各汽车公司的重视。其目前的比能量为100WH/Kg，比功率为200W/Kg，循环使用寿命为1200次，充电机充电时间2-4小时。日产Hypenmini电动车采用该型充电机充电蓄电池，其最高车速达100公里/小时，行驶里程为130公里。

3.2.4  充电机充电飞轮电池

   充电机充电飞轮电池是90年代才提出的新概念充电机充电蓄电池，它突破了化学充电机充电蓄电池的局限，用物理方法实现储能。即把电能转化为飞轮的动能，使用时再将动能转化为电能。充电机充电飞轮电池中有一个电机，充电机充电时，该电机以电动机形式运转，在外电源的驱动下，电机带动飞轮高速旋转，即用电给充电机充电飞轮电池“充电机充电”—增加飞轮的转速从而增加其动能；放电时，电机则以发电机状态运转。在飞轮的带动下对外输出电能，完成机械能到电能的转换。当飞轮输出电能时，飞轮转速逐渐下降。充电机充电飞轮电池中的飞轮是在真空环境下运转的，转速极高(高达200000r/min)，使用的轴承为非接触式磁轴承。据称，充电机充电飞轮电池的比能量可达150WH/Kg ，比功率可达5000—10000W/Kg，使用寿命长达25年。美国飞轮公司已用最新研制的充电机充电飞轮电池将一辆克莱斯勒LHS轿车改装成电动汽车，它一次充电机充电可行驶600公里，由0到96公里/小时的加速时间为6.5秒。

3.2.4  充电机充电燃料电池

   充电机充电燃料电池是一种将储存在燃料(氢气或碳氢化合物)和氧化剂(氧气或空气)中的化学能通过电极反应直接转化为电能的发电装置。与目前的热力发动机相比较，充电机充电燃料电池直接将化学能转化为电能。由于不通过热机过程，故不受卡诺循环的限制，因而具有很高的能源转换率，在理论上可达100%，实际效率已60%-80%，是普通内燃机的2-3倍。充电机充电燃料电池的燃料和氧化剂由外部源源不断地供给，与普通充电机充电蓄电池相比，不需要更换或充电机充电，因而能象发动机一样源源不断地向外部供应能量。

车用充电机充电燃料电池试验和试用最多的是质子交换膜充电机充电燃料电池和磷酸充电机充电燃料电池。它没有复杂的运动机构，而且生成物主要是水，因此运行平稳且无污染。戴姆勒·克莱斯勒汽车公司成功利用充电机充电燃料电池技术，制成首辆可驾驶的“零污染环保汽NECAR4”。该车在充足电后可不停行驶450公里，最高时速可达145公里。美国的通用和福特汽车公司以及日本本田公司等，均表示会在2004年开始向市场推出充电机充电燃料电池车。制造成本高是充电机充电燃料电池商业化所面临的主要问题，目前充电机充电燃料电池的制造成本约为30美元/KW，而高性能内燃机的制造成本则是5美元/KW，另外，其比功率仅为常规内燃机的1/3。在“99上海国际汽车展”上，福特汽车公司展示了该公司最新研制的充电机充电燃料电池汽车P2000SWUV越野概念车，该车采用甲醇制氢的技术，实现化学能到电能的转换，意味着福特公司已在充电机充电燃料电池方面取得突破性进展。随着科学技术的发展和进步，充电机充电燃料电池前景是不可估量的。

   另外，还有钠硫充电机充电蓄电池、钙硫充电机充电蓄电池、太阳能充电机充电蓄电池等多种充电机充电蓄电池也在研究开发中。

4 国内外电动汽车的发展现状

4.1  国外电动汽车的发展现状

   据OECD 10个国家(美国、加拿大、法国、英国、瑞典、荷兰、瑞士、丹麦、德国、日本)的统计，当今公路上跑的电动车辆大约有4500-5000辆，不包括低速电动车。

  现有商品化电动车，充电机充电后可在城市路况下行驶50-80公里，最高时速70- 90km/h；车辆装备大多是充电机充电蓄电池和直流马达；车辆改型也比较经济快捷，都是在现有内燃车辆的基础上更换相关零件。电动汽车现有的使用水平，仅仅能提供城区用户的基本要求。

  在美国、日本、西欧等发达国家，电动汽车已开始进入实用化阶段。由于高新技术发展的推动和政府对汽车排放越来越苛刻的要求，各大汽车公司在电动汽车方面展开了激烈竞争，不断推出各自的新产品。

4.1.1  日本电动汽车的发展现状

   日本政府直接参与推动电动车发展的事业，并作出具体布置和计划:1.整顿、更新充电机充电蓄电池充电机充电站；2.研制轻量、长寿充电机充电蓄电池；3.降低电动车生产成本；4.建立电动车协会；5.制定电动车普及的税利计划，准备对购买电动车者予以补助和免除法人税制等。另外，日本政府还制定了《电动汽车普及应用计划》，其主要内容有:到2000年实现电动汽车自然地被人们接受并得到普遍使用；2000年时全国电动汽车产量要达到10万辆，保有量达到20万辆；2000年时电动汽车一次充电机充电行驶时程(40km/h等速行驶)达到250km，最高车速达到120km/h，充电机充电蓄电池寿命达4年；价格为同级内燃机汽车的1.2倍。近期工作的任务是:健全电动汽车普及应用综合推进体制，研究开发小型高性能充电机充电蓄电池。

  在应用研究方面，日本东京电力公司和日本研究开发公司，联合研制成功“IZA”豪华型电动车，采用288V充电机充电镍镉蓄电池作为驱动电源，设有制动能量回收装置，车身采用碳纤维强化塑料制品制成。该车最高车速可达176km/h，一次充电机充电行驶里程高达544km(40km/h等速行驶)，创下了当今电动车的世界之最。日产公司研制成功薄而轻的充电机充电镍镉蓄电池，用一组超薄电极，配以高浓度溶液，散热性能好、质量轻、

充电机充电时间短，6min可充至40%的额定容量，15min完全充满。该充电机充电蓄电池已在日产公司的未来型电动车(FEV)上使用，该车一次充电机充电后，能以72km/h的速度行驶160km。

  在商品化生产上，日本各大汽车公司和电力公司纷纷推出所研制的电动车。五十铃公司与COPP公司共同开发的2吨级电动汽车，已在1994年投入使用；丰田公司推出一种电动小客车，可用柴油也可用充电机充电蓄电池作动力，城乡兼用；马自达公司的MX-5型电动车在今后几年内投入市场；东京电力公司的一种高性能电动汽车是在车轮上直接安装驱动系统，最高车速180km/h，一次充电机充电行驶里程500km以上。

4.1.2  美国电动汽车的发展现状

   美国和日本在电动车的研制开发方面均处于世界领先地位。为了抗衡日本在电动汽车方面的竞争，1992年美国政府资助3.5亿美元，让通用、福特、克莱斯勒三大汽车公司组成美国先锋电子财团(VS-ABC)积极从事电动车的开发，重点研究的课题是:1.新型充电机充电蓄电池；2.轻质材料在电动车上的应用；3.低滚动阻力的轮胎；4.制动再生电能系统；5.快速充电机充电装置。

   同时，美国政府为了推动电动车的开发进程，不断制定有关法规。特别是美国加州已经颁布了“零排放”的汽车排放法规，并规定了阶段性实现的保有量份额。这一法案的实施，迫使各汽车厂家竞相推出最新的电动汽车，除了通用公司的“冲击”牌电动车之外，克莱斯勒公司的道厅EDIC微型电动面包车也同样令人注目，该车装用镍铁充电机充电蓄电池，备有自动加水系统，220V电压充电机充电，8h充满，最高时100km/h。最近，美国一汽车公司与奥沃内克充电机充电蓄电池公司联合，旨在开发新一代充电机充电蓄电池:一次充电机充电可行驶480km，从0加速到96km/h只需8s，中期目标是充电机充电蓄电池使用寿命16万km，充电机充电时间仅为15min，长期目标是使电动车的性能可与燃油汽车媲美，并降低费用。

4.1.3  德国电动汽车的发展现状

   德国在电动汽车研制方面也不甘落后，奔驰等三大汽车公司曾筹集5000万马克，1992年开始在德国北部的吕根岛上进行了最新一代电动车的试验，对先进的高能充电机充电蓄电池和电动机进行选型。

   电动车用的钠硫充电机充电蓄电池一直是德国在充电机充电蓄电池研制方面领先于世界的一项新技术。这种充电机充电蓄电池与传统充电机充电蓄电池相比，能量相当，但质量只有传统充电机充电蓄电池的1/4，体积为其1/2，使用寿命则在15万km以上。德国宝马(BMW)公司的两种新型电动汽车E1和E2就使用了这种钠硫充电机充电蓄电池，它从0加速到50km/h用不到6s的时间，加速到80km/h，只需12.7s，最高时速为125km/h，最大续驶里程427km，也属世界领先水平，该车将于1997年投入批量生产。大众汽车公司的“奇科”牌电动车，则利用一台双缸汽油机为其氢化镍充电机充电蓄电池充电机充电，最高时速130km，续驶里程500km，100km油耗仅1.5L，是较理想的电动汽车。此外，大众公司还与美国博施(BUSE)公司合作生产燃油、电动混合驱动型“奥迪100-D”型电动轿车。

4.1.4  法国电动汽车的发展现状

   70年代的石油冲击使法国对电动汽车开发较早，并进行了不同类型的电动汽车实验，在技术上取得了很大进展。

   法国的标致—雪铁龙集团公司长期致力于实用电动汽车的开发。1989年，该集团成为世界上第一个向商业车队和城市销售电动大蓬车的制造商，它的电动垃圾车在巴黎使用了135台，全国300台。充电机充电蓄电池几乎都用充电机充电蓄电池。SAFT公司正着力充电机充电镍镉蓄电池的研究。目前，该公司已拟定了一项叫作“绿色”事业的电动汽车发展计划，它的四个实施阶段为:1.推广“标致”牌JI和“雪铁龙”牌C15E及C25新型电动汽车；2.1995年推广“标致”牌106型和“雪铁龙”牌AX电动汽车，这两种车型既可供车队使用也可家用，该车已经试制成功；3.用10年时间推出另一种全新设计的新型电动汽车—“希特拉”牌；4.发展陆路涡轮电动汽车，在电动汽车上装上涡轮发动机，将为该车提供长途行驶所需要的动力。

5、对充电机充电技术的要求

随着电动汽车的逐步推广和产业化以及电动汽车技术的日益发展，电动汽车对充电机充电站的技术要求体现了一致的趋势，要求充电机充电站尽可能向以下目标靠近。

　　1、充电机充电快速化

　　相比发展前景良好的镍氢和锂离子动力充电机充电蓄电池而言，传统铅酸类充电机充电蓄电池以其技术成熟、成本低、充电机充电蓄电池容量大、跟随负荷输出特性好和无记忆效应等优点，但同样存在着比能量低、一次充电机充电续驶里程短的问题。因此，在目前动力充电机充电蓄电池不能直接提供更多续驶里程的情况下，如果能够实现充电机充电蓄电池充电机充电快速化，从某种意义上也就解决了电动汽车续驶里程短这个致命弱点。

　　2、充电机充电通用化

　　在多种类型充电机充电蓄电池、多种电压等级共存的市场背景下，用于公共场所的充电机充电装置必须具有适应多种类型充电机充电蓄电池系统和适应各种电压等级的能力，即充电机充电系统需要具有充电机充电广泛性，具备多种类型充电机充电蓄电池的充电机充电控制算法，可与各类电动汽车上的不同充电机充电蓄电池系统实现充电机充电特性匹配，能够针对不同的充电机充电蓄电池进行充电机充电。因此，在电动汽车商业化的早期，就应该制定相关政策措施，规范公共场所用充电机充电装置与电动汽车的充电机充电接口、充电机充电规范和接口协议等。

　　3、充电机充电智能化

　　制约电动汽车发展及普及的最关键问题之一，是储能充电机充电蓄电池的性能和应用水平。优化充电机充电蓄电池智能化充电机充电方法的目标是要实现无损充电机充电蓄电池的充电机充电，监控充电机充电蓄电池的放电状态，避免过放电现象，从而达到延长充电机充电蓄电池的使用寿命和节能的目的。充电机充电智能化的应用技术发展主要体现在以下方面：

　　●优化的、智能充电机充电技术和充电机充电机、充电机充电站;

　　●充电机充电蓄电池电量的计算、指导和智能化管理;

　　●充电机充电蓄电池故障的自动诊断和维护技术等。

　　4、电能转换高效化

　　电动汽车的能耗指标与其运行能源费紧密相关。降低电动汽车的运行能耗，提高其经济性，是推动电动汽车产业化的关键因素之一。对于充电机充电站，从电能转换效率和建造成本上考虑，应优先选择具有电能转换效率高，建造成本低等诸多优点的充电机充电装置。

　　5、充电机充电集成化

　　本着子系统小型化和多功能化的要求，以及充电机充电蓄电池可靠性和稳定性要求的提高，充电机充电系统将和电动汽车能量管理系统集成为一个整体，集成传输晶体管、电流检测和反向放电保护等功能，无需外部组件即可实现体积更小、集成化更高的充电机充电解决方案，从而为电动汽车其余部件节约出布置空间，大大降低系统成本，并可优化充电机充电效果，延长充电机充电蓄电池寿命。