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电动汽车研究报告


电动汽车研究报告 (乘用车篇)

单位:

辽宁 XX 汽车集团 轻型车桥所

部门:车桥研究院

二〇一四年十二月十六日

摘要
环境污染、 石油匮乏已成为目前汽车发展的新问题,加之近几年石油价格高 涨,汽车传统的能源形势已经显现出危机的端倪。因此,开发节能环保型汽车

及 研发新的替代能源已经迫在眉睫。国际上各大汽车集团在积极的推进研究工作, 我国政府也在积极推进此项工作,并在政策上给予极大的扶持政策。同时也有一 批有竞争能力的自主品牌企业在节能环保型汽车的研发制造上取得了一定的成 绩。 XX 车桥作为专业的驱动桥及悬架系统研发制造企业,在面临能源形式可能 发生历史性变革的情况下,能否紧跟着新能源型汽车的传动形式推出相应产品, 将直接影响未来 XX 车桥在市场上的份额。车桥研究院轻型车桥所通过对目前各 种形式新能源汽车的传动系统特点及国家对新能源汽车发展规划的研究, 初步预 测出未来 XX 车桥可能存在的市场。 进而使 XX 车桥在未来的产品规划中更加有目 的性,以奠定 XX 车桥在行业中的龙头地位。 关键词:电动汽车、新能源汽车、传动系统、电动车桥、XX 车桥

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目录
1、绪论 ......................................................................................................................... 1 1.1、国内外电动汽车发展概况 .......................................................................... 1 1.1.1、国外电动汽车发展 ........................................................................... 1 1.1.2、国内电动汽车发展 ........................................................................... 1 1.2、国内外政策支持 .......................................................................................... 2 1.2.1、国外政策支持 ................................................................................... 2 1.2.2、国内政策支持及发展规划 ............................................................... 3 2、电动汽车的能源来源 ............................................................................................. 4 2.1、蓄能电池 ...................................................................................................... 4 2.1.1、各种电池优缺点对比 ....................................................................... 5 2.2、超级电容电池 .............................................................................................. 5 2.2.1、超级电容优缺点 ............................................................................... 6 2.3、燃料电池 ...................................................................................................... 6 2.3.1 燃料电池的优缺点 .............................................................................. 7 2.4、氢能 .............................................................................................................. 7 2.4.1、氢能的特点 ....................................................................................... 7 3、电动汽车的驱动形式及能源传递路径 ................................................................. 8 3.1、各种驱动形式介绍 ...................................................................................... 8 3.1.1、混合动力汽车 ................................................................................... 8 3.1.2、纯电动汽车 ..................................................................................... 12 3.1.3、氢动力汽车 ..................................................................................... 13 4、电动汽车兴起传动系统能否发生变革 ............................................................... 14 4.1、传统传动是否会消失 ................................................................................ 14 4.2、“十二五”及“十三五”期间国内电动汽车传动形式预测 ................ 14 4.3、未来电动汽车最佳模式 ............................................................................ 15 5、结语 ....................................................................................................................... 16

1、绪论
1.1、国内外电动汽车发展概况
国内外电动汽车发展从动力技术上来说,目前主要分为三种类型:纯电动汽 车、燃料电池电动汽车和混合动力汽车。纯电动汽车完全由二次电池(蓄电池) 提供动力驱动汽车; 燃料电池电动汽车以燃料电池作为动力源,利用燃料和氧化 剂在催化剂作用下直接经电化学反应产生电能驱动汽车; 混合动力汽车则采用内 燃机和电动机两种动力,将内燃机与储能器件(蓄电池)驱动的电动机通过先进 控制系统相结合实现油电结合的动力源驱动汽车。 随着环境污染和能源危机的加 剧,世界各国在电动汽车的研发布局中,出现了三者并驾齐驱的局面,究竟哪种 形式最终会成为国际上主流的模式还有待于市场的检验。

1.1.1、国外电动汽车发展
国外电动汽车通过多年的发展形成了以美国、日本、欧洲为主的多元化发展 格局。 同时面对能源危机及环境问题,各国政府也对电动汽车的发展给予了高度 的重视及政策支持。 美国: 将重心从清洁能源和燃料电池汽车转向充电式混合动力汽车和纯电动 汽车。最具有代表性的车型为雪弗兰沃蓝达(Chevrolet Volt)。传动形式已经 发生变革。 日本:由于资源匮乏,日本最早开始研究新能源汽车汽车。发展重点是混合 动力汽车和纯电动汽车, 目前也是混合动力技术最成熟的国家。最具代表性的车 型为丰田普锐斯(TOYOTA PRIUS)、日产聆风(NISSAN LEAF)。混合动力仍具 有传统的驱动系统。 欧洲:致力于发展清洁能源,生物柴油、燃料电池及氢能源开发。宝马 7 系(BMW Hydrogen 7)作为氢动力发展的前沿产品,奔驰(BENZ)也将在 2014 年推出自己的氢动力车型。 氢动力究竟能走多远还要看其的制取与存储问题。作 为氢动力, 其传动方式仍然和目前的燃油汽车相同。 同时欧洲目前也在开发纯电 动汽车。

1.1.2、国内电动汽车发展
虽然我国汽车工业起步较晚,但是面对能源危机、环境问题我国在 20 世纪 80 年代掀起了电动汽车的研究高潮,电动汽车被国家列为“八五”、“九五” 科技攻关项目。 国内一些科研院所和生产企业相继开始研究电动汽车,并取得了
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一些成果。目前技术较为成熟的车型右有比亚迪 F3DM、F6DM、E6,天津清源系 列车型,奇瑞 QQ3 EV、M1 EV。一汽、上汽、广汽、吉利等车企也在积极投身到 电动汽车研发中去。比亚迪与广汽乘用车已经开始着手研究混合动力车型,比亚 迪混合动力车型已经量产,广汽乘用车产品也即将上市。就传动形式而言,纯电 动汽车机械传动机构只有主减速器,混合动力车型具备完整的传统传动机构。

1.2、国内外政策支持
1.2.1、国外政策支持
美国:在奥巴马的倡导下, 联邦政府为推进充电式混合动力汽车计划出台了 一系列强力的措施,并斥资 140 亿美元支持动力电池、关键零部件的研发和生 产, 支持充电基础设施建设以及消费者购车补贴和政府采购。美国政府还设立了 一个总额为 250 亿美元的基金,以低息贷款方式支持厂商在节能和新能源汽车 领域的研发和生产。美国政府的新能源政策,进一步明确了研发汽车新产品的方 向和目标。预计到 2012 年末,美国联邦政府购车中一半是充电式混合动力汽车 或纯电动汽车。到 2015 年,美国本土将有 100 万辆混合动力汽车投入使用。 日本: 日本政府将电动汽车、 插电式混合动力汽车、 清洁动力车、 混合汽车、 天然动力车都定义为新的下一代汽车。 日本政府对购买环保车的消费者给予补贴, 从日本政府对环保车的优惠政策来看,可以享受优惠政策的车型已经超过 160 种,占现在所有销售车型的 80%以上。凡购买电动汽车的用户可减免汽车购置 税、固定资产税、特别土地保护税等。据日本汽车研究院预计,按照日本现在在 混合动力车的普及程度推算, 到 2020 年混合动力车将在日本国内将有 360 万辆。 如果高性能锂电池在近几年得到更多的推广,到 2020 年,混合动力车与可能进 一步到达 720 万辆。 欧洲:欧洲历来重视节能和减排。欧盟委员会于 2007 年公布了“新欧洲能 源政策”,其目标是 2020 年将温室效应气体排放降低 20%,将可再生能源的比 例提高到 20%,同时将今后 5 年欧盟能源领域的研究开发预算提高 50%。德国 政府积极倡导电动汽车,早在 1994 年,德国技术研究部就对电动汽车人开发补 助了 1.5 亿马克。以后进一步对在吕根岛的新一代电动汽车试验进行了补助,对 电动汽车给予超价补贴、 低息贷款及减税等优惠。法国政府为了推广电动汽车的 使用,采取了“企业购买电动汽车的第一年可以免税”的政策。同时,电动汽车 生产厂家每生产一辆电动汽车, 法国电力公司将提供 1 万法郎的补助, 以扩大电 力的使用范围。目前,法国电动汽车的普及程度和保有量都位居世界前列。英国 政府投资 2000 多万英镑用于支持电动汽车的开发,实行多项电动汽车使用优惠
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政策,例如免收牌照税、养路费,夜间充电只收 50%的电费等。

1.2.2、国内政策支持及发展规划
1、修订《汽车产业发展政策》 调整和完善节能与新能源汽车发展的相关内容。 支持企业开发具有自主知识 产权的节能与新能源汽车及其关键零部件产品; 大力推进新能源汽车关键零部件 产业化和基础材料本地化生产; 完善节能与新能源汽车整车及关键零部件生产企 业及产品准入条件;新建车用动力电池、驱动电机、整车控制系统及电池电机的 基础材料等关键零部件。 合资企业需具有自主研发能力和知识产权,中方股比不 得低于 51%。 2、实施国家节能与新能源汽车研发和产业化专项 2011-2020 年,中央财政安排专项资金,重点支持节能与新能源汽车关键技 术研发和技术改造。 以实现节能与新能源汽车大规模产业化为专项主要目标,突 破和掌握一批节能与新能源汽车关键核心技术, 形成一批具有较强国际竞争力的 自主品牌纯电动汽车、 插电式混合动力汽车、中重度混合动力汽车等节能与新能 源汽车产品。创新专项组织实施模式,以企业为主体,形成由整车企业牵头的产 业联盟,集中力量,开展联合攻关。 3、加大财政补贴力度 2011-2015 年,中央财政安排专项资金,重点支持新能源汽车示范推广和以 混合动力汽车为重点的节能汽车推广。 私人购买新能源汽车的示范推广试点城市 应安排专项配套资金,主要用于支持私人购买新能源汽车、建设充电设施、开展 电池回收, 其中对私人购买新能源汽车的财政补贴比例,不得低于中央财政资金 的 50%。 4、加大税收政策支持 2011-2020 年, 纯电动汽车、 插电式混合动力汽车免征车辆购置税。 2011-2015 年,中重度混合动力汽车减半征收车辆购置税、消费税和车船税。将节能与新能 源汽车及其关键零部件列入《国家重点支持的高新技术领域》,享受国家有关高 新技术企业所得税税收优惠政策。 2011-2020 年,企业销售新能源汽车及其关键零部件的增值税税率调整为 13 %。新能源及其关键零部件企业在计算应纳税所得额时,可以按照研究开发费 用的 100%加计扣除。对节能与新能源汽车及其关键零部件生产、研发企业从事 技术转让、技术开发业务和与之相关的技术咨询、技术服务业务所取得的收入,

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减免营业税。 5、建立基于燃料消耗量标准的财税奖罚机制 完善汽车燃料消耗量标示管理制度, 建立基于乘用车生产企业平均燃料消耗 量和车型燃料消耗量目标值的财税奖罚机制。 对提前达到下一阶段车型燃料消耗 量目标值的节能汽车, 给予财政补贴或车辆购置税减免优惠;对未达到车型燃料 消耗量目标值的汽车产品, 加征车辆购置税;对未达到平均燃料消耗量要求的乘 用车生产企业的全部产品加征消费税。 6、引导社会资金投入新能源汽车产业 设立中央新能源汽车产业投资基金投资于新能源汽车关键零部件企业和项 目, 鼓励社会资金通过参股或债权等多种方式投资新能源汽车产业。进一步拓宽 企业融资渠道。 优先支持符合条件的节能与新能源汽车及关键零部件企业在境内 外上市、发行企业(公司)债券等,充分发挥现有上市公司的再融资功能。 7、营造良好的新能源汽车使用环境 各级地方政府应根据本地情况,对新能源汽车免除现行的限号行驶、牌照拍 卖等限制政策,制定实行新能源汽车过路过桥费、停车费减免,充电费优惠等扶 持政策。 8、公共机构采购公务用车向节能与新能源汽车倾斜 将符合条件的节能与新能源汽车产品列入有关节能环保和自主创新产品政 府采购清单(目录),享受国家关于自主创新产品、节能产品等政府优先采购的 扶持政策。各级政府及公共机构,实行节能与新能源汽车强制性采购,逐步扩大 采购规模, 至 2015 年新能源汽车采购比例不得低于 10%, 节能汽车不得低于 50%。 9、建立完善动力电池回收和资源利用管理制度 制定新能源汽车动力电池回收利用管理办法, 设定动力电池回收及再生企业 准入条件,明确动力电池收集、存储、运输、再生处理等环节的管理要求。研究 制定促进电池再生企业提高技术水平和环保水平的优惠政策。 完善行业准入等相 关管理办法,合理利用锂、稀土等战略性资源。

2、电动汽车的能源来源
传统汽车的能源来源一直以石油衍生品为主。 电动汽车逐渐实现了 “油到电” 的过渡。现阶段电动汽车的能源来源主要由以下几方面:

2.1、蓄能电池
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以电池作为单一能源的汽车中, 电池技术的先进与否直接影响正车的使用及 寿命。目前应用到电动汽车中的电池种类繁多,从铅酸电池到锂离子电池,再到 磷酸铁锂电池(比亚迪称“铁电池”)。电池技术发展可谓之非常迅速,但是目 前仍然是价格高、能量密度低,制约电动汽车发展。

2.1.1、各种电池优缺点对比
类型
1、 价格低

优点

缺点
1、 能量密度低 2、 无法快速充电 4、 环境污染(铅、硫酸) 5、 高温性能差 1、 锂离子电池均需保护线路,防 止电池被过充过放电 题会发生爆炸) 3、 生产要求条件高,成本高、价 格高(串联电池组的控制电路 复杂,占成本 50%) 1、 振实密度较小(等容量电池体 积大于锂离子电池) 2、 低温性能差 3、 电池组总单个电池的一致性差 4、 高倍率充放电时,实际比容量 低(原因是:导电性差、锂离 子扩散速度慢)

备注
逐渐会 车弃用

铅酸 电池

2、 安全性高 3、 低温性能好(-40℃—65℃) 4、 耐过充电和过放电

3、 寿命低(充放电次数≤500 次) 被乘用

1、 能量密度较高

2、 寿命长 (充放电次数≥1000 次) 2、 存在安全隐患(控制电路出问

能量密 度为铅 酸电池 5-6 倍

锂电池 3、 自放电率低
4、 高低温适应性强(≤200℃) 5、 绿色环保

磷酸铁 次) 锂电池 2、 安全性高 (比亚 3、 耐高温(300—500℃) 迪“铁 4、 快速充电性能好 电池” )
5、 绿色环保

1、 超长寿命(充放电次数≥2000

目前比 亚迪车 型全部 应用, 但 还有技 术问题 需克服

2.2、超级电容电池
超级电容器作为一种新型储能装置,具有显著的特点和优势,可以在某些领 域取代传统蓄电池, 在节能环保日益成为主题的今天,它的应用越来越引起世界 各国的重视。 正由于超级电容尤其诸多的优势,美国、日本、俄罗斯、瑞士、韩国、法国 的一些公司凭借多年的研究开发和技术积累,目前处于领先地位。目前国内从事 大容量超级电容器研发的厂家共有 50 多家,能够批量生产并达到实用型使用标 准的厂家有 10 多家。 超级电容电池大多应用在商用车、专用车上,乘用车上还没有进行大规模应 用。
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2.2.1、超级电容优缺点
类型 超级电容电池
1、 充电速度快,环使用寿命长; 2、 大电流放电能力超强,能量转换效率高,过程损失小; 3、 功率密度高; 4、 绿色环保; 5、 充放电线路简单; 6、 超低温特性好; 7、 检测方便; 8、 高耐压; 1、 超级电容耐电压太低,储电量不够; 2、 可靠性很差;

优点

缺点

3、 单个电容容量不大; 4、 耐压太低; 5、 需要专用的充电设备,使用成本很高;

2.3、燃料电池
燃料电池是一种能够持续的通过发生在阳极和阴极的氧化还原反应将化学 能转化为电能的能量转换装置。 燃料电池与常规电池的区别在于,它工作时需要 连续不断地向电池内输入燃料和氧化剂,只要持续供应,燃料电池就会不断提供 电能。燃料电池由阳极、阴极和离子导电的电解质构成,其工作原理与普通电化 学电池类似,燃料在阳极氧化,氧化剂在阴极还原,电子从阳极通过负载流向阴 极构成电回路,产生电流,如图 1。

图1
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燃料电池的:根据工作温度可分为低温型、中温型和高温型三种。根据电解 质的种类可分为:碱性燃料电池(AFC)、磷酸燃料电池(PAFC)、熔融碳酸盐燃料 电池(MCFC)、固体氧化物燃料电池(SOFC)和聚合物离子膜燃料电池(PCMFC)。

2.3.1 燃料电池的优缺点
类型
1、 燃料多样性; 2、 高效能;

燃料电池

优点

3、 环境亲和性; 4、 可弹性设置/用途广; 5、 免充电、无火花、低噪音、无废弃物处理问题、高机动性; 1、 燃料电池造价偏高; 2、 反应/启动性能差;

缺点

3、 碳氢燃料无法直接利用; 4、 氢气储存技术还有待开发; 5、 氢燃料基础建设不足;

2.4、氢能
氢能被视为 21 世纪最具发展潜力的清洁能源,人类对氢能应用自 200 年前 就产生了兴趣, 到 20 世纪 70 年代以来,世界上许多国家和地区就广泛开展了氢 能研究。 中国对氢能的研究与发展可以追溯到 20 世纪 60 年代初,科学家为发展 本国的航天事业,对作为火箭燃料的液氢的生产、H2/O2 燃料电池的研制与开发 进行了大量而有效的工作, 上文所述氢燃料电池也是利用氢能的先进技术。以氢 气代替汽油作汽车发动机的燃料, 经过日本、 美国、 德国的许多汽车公司的试验, 在技术上是可行的,目前主要是廉价氢的来源问题。

2.4.1、氢能的特点
安全环保: 氢气分子量为 2, 比空气轻 1/14, 因此, 氢气泄漏于空气中会自 动逃离地面, 不会形成聚集。 而其他燃油燃气均会聚集地面而构成易燃易爆危险。 无味无毒,不会造成人体中毒,燃烧产物仅为水,不污染环境。 高温高能:1kg 氢气的热值为 34000Kcal, 是汽油的三倍。氢氧焰温度高达 2800 度,高于常规液气。 可再生性:氢能来源于水,燃烧后又还原成水。 催化特性: 氢气是活性气体催化剂, 可以与空气混合方式加入催化燃烧所有 固体,液体、气体燃料。加速反应过程,促进完全燃烧,达到提高焰温、节能减
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排之功效。 来源广泛:氢气可由水电解制取,水取之不尽,而且每 kg 水可制备 1860 升氢氧燃气。

3、电动汽车的驱动形式及能源传递路径
电动汽车经过半个多世纪的发展,出现了多种驱动形式,目前较为主流的是 混合动力驱动形式、纯电动电机驱动形式(包含轮毂电机驱动)。以氢为动力的 车型, 燃料电池类型车型的与纯电动车型驱动系统相同,若以氢气作为直接燃料 的车型其驱动及能源传递形式与目前的燃油汽车相同,但是实现“零排放”。

3.1、各种驱动形式介绍
3.1.1、混合动力汽车
混合动力汽车(Hybrid Electrical Vehicle, 简称 HEV) 是指同时装备两 种动力来源——热动力源(由传统的汽油机或者柴油机产生)与电动力源(电池 与电动机)的汽车。通过在混合动力汽车上使用电机,使得动力系统可以按照整 车的实际运行工况要求灵活调控,而发动机保持在综合性能最佳的区域内工作, 从而降低油耗与排放。 混合动力系统分类: 根据混合动力驱动的联结方式, 混合动力系统主要分为 以下三类——串联式、并联式、混联式。根据在混合动力系统中,电机的输出功 率在整个系统输出功率中占的比重,也就是常说的混合度的不同,混合动力系统 还可以分为以下四类——微混合动力系统、轻合动力系统、中混合动力系统、完 全混合动力系统。 混合动力汽车的工作原理:“混合动力”顾名思义,动力是通过“混合”后 通过传动系统驱动车轮,最终实现车辆行走。在“混合”与“不混合”的复杂系 统控制过程中实现燃油经济的目的。鉴于混合动力形式上复杂多变,下面详细介 绍一下各种形式的混合动力汽车: 串联式混合动力汽车结构及能量传递路径
1、结构

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2、能量传递路径:

a、能量流程图:
发电机电能

电能

机械能

控制系统实现纯电动 与混合动力驱动切换

b、工作模式 电池能量充足时, 车辆无需启动燃油发动机,通过电池输出电能经过控制系 统驱动调速驱动电机, 经过传动系统最终实现车轮行走。整车的速度控制通过控 制系统中的调速器对驱动电机发出指令,达到车速调整的目的。 电池电量耗尽时, 控制系统启动燃油发动机,并将发动机转速控制在经济转 速下工作。此时燃料的内能释放转化成机械能,机械能通过发电机转化为电能, 产生的电能通过控制系统传递到驱动电机,最终驱动车轮。当发动机工作时,若 发电机产生的电能超过驱动电机所有的电能则会在控制系统的控制下向电池充 电,以达到能量的最大限度使用。 目前应用此类型混合动力模式的量产车型是雪弗兰沃蓝达( Chevrolet Volt),行业称此模式为“增程式混合动力系统”。 并联式混合动力汽车结构及能量传递路径
1、结构

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2、能量传递路径:

a、能量流程图 机械能

电能

b、工作模式 并联式混合动力系统实际上是在原有的燃油汽车上增加大容量电池与驱动 电机, 将驱动电机输出端与发动机输出端进行整合,最终将动力传递到传动系统 输入端,实现车轮行走。理论上燃油发动机与驱动电机都能单独驱动车辆,但是 由于各个厂家对车辆的设计理念差异,可能会出现一些差异。 此种传动模式即可以实现纯电动驱动车辆,又可纯燃油驱动车辆,而且在燃 油工况下直接通过机械式传动系统驱动驱动车辆, 避免了串联混合动力系统中能 量转换过程,效率相对较高,但是整车重量较大。并联式混合动力是混合动力的 初级阶段模式, 控制系统要求相对较低。是多数刚介入混合动力车型研究公司的 首选模式。 通过把充电设备植入到车辆中去,可以实现插电式混合动力汽车的初 级形式,用户可以通过民用电网进行充电。最新的发展情况大都为混联式,下面
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将详细介绍混联式混合动力系统。 混联式混合动力汽车结构及能量传递路径
1、结构

2、能量传递路径

a、能量流程图

制动能量 回收过程

电能

机械能 电池 充电 能量回收 电池充电 能量回收时作 为发电机使用

混联混合动力系统能量传递路径
b、工作模式 混联式混合动力系统集成了串联、并联混合动力的所有工况,可以通过控制 系的有机设置实现智能化的驱动车辆。 从而达到在任何路面状况下都能实现最经 济的工况行驶,节能环保。在制动或怠速时,若车辆燃油发动机处于工作状态, 则会通过发电机向蓄能电池充电,不浪费燃油。还可以通过民用电网进行外插式 充电,充分利用夜间低谷电价。 混联式混合动力系统复杂, 整车质量大。 尤其是电控单元的研发相当高尖端,
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目前国际上研发此类车型最成功的是日本丰田公司, 已经推出多款混合动力车型。 丰田普锐斯(TOYOTA Prius)目前仍然是目前科技最先进,量产最多,客户反响 最好的混合动力车型。

3.1.2、纯电动汽车
纯电动汽车是一种采用单一蓄电池作为储能动力源的汽车。 它利用蓄电池作 为储能动力源, 通过电池向电机提供电能, 驱动电动机运转, 从而推动汽车前进。 从外形上看, 电动汽车与日常见到的汽车并没有什么区别,区别主要在于动力源 及其驱动系统。 即纯电动汽车的电动机相当于传统汽车的发动机,蓄电池相当于 原来的油箱。 电动汽车实现了真正意义的车辆零排放,可以在不减少汽车数量的 前提下解决目前严峻的气候问题。但是由于电池、控制系统成本昂贵,实现大规 模生产还有待技术进步。另外一次充电续驶里程较短,也不利于大规模推广。 目前纯电动汽车可以分为三类: 基础式纯电动汽车、 调速电机式纯电动汽车、 轮毂电机式纯电动汽车。 基础式纯电动汽车最为简单, 仅仅是将发动机换成了电 动机,传动系统(变速器、主减速器)仍存在,现在多用在大型商用车及小型观 光专用车上。 调速电机式纯电动汽车式目前采用较为广泛的一种形式,通过控制 系统调速驱动电机直接从而实现车速变化,传动系统简化为只有主减速器。国内 外乘用车生产企业大多都采用此种形式。 轮毂电机式纯电动汽车作为概念性产品 目前只是在概念车中使用, 没有大规模进行推广。电动自行车便是轮毂电机驱动 车辆行驶。 下面对上述三种形式的穿电动汽车加以介绍: 1、结构形式

基础式纯电动汽车

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调速电机式纯电动汽车

轮毂电机式纯电动汽车 2、工作模式 纯电动汽车都是通过蓄能电池存储能量, 通过驱动电机将电能在转化为机械 能,实现车辆行走。 目前纯电动汽车的生产企业很多,具有代表性的有日产、比亚迪。国内其他 企业——江淮、奇瑞、长城等也在进行纯电动汽车研发,采用的形式多为调速电 机式纯电动汽车。目前全球最具有代表性的车型为日产聆风(NISSAN Leaf)。

3.1.3、氢动力汽车
氢动力汽车一般有两种形式:一是直接将氢气作为燃料,采用传统的内燃机 及传动机构实现车辆行走, 原理与普通燃油汽车相同。另一种是将氢气作为燃料 电池的原料, 通过燃料电池产生电能驱动电机使车辆行走,此种形式与电动汽车 原料与电动汽车相同。故此两种形式都不再作详细介绍。
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4、电动汽车兴起传动系统能否发生变革
能源形式的变化必将使传动系统的结构发生深刻的变革, 最终将会变成何种 传动形式仍然不能确定,关键还是取决于电池技术、可再生能源(氢气)制取技 术、驱动电机技术、控制系统开发技术的进步。通过对各种形式电动汽车的深入 了解及各国政策的导向,本文作者做出如下推测:

4.1、传统传动是否会消失
虽然目前石油能源危机及全球气候问题严峻, 但是支撑电动汽车发展的各种 关键技术还有待提高。同时各种零部件的价格很高,质量稳定性差,也是制约电 动汽车快速发展的原因。另外电动汽车在国外已经有三十多年的发展史,目前能 批量生产的还是寥寥无几,国内汽车行业落后欧美、日韩多年,电动汽车发展也 会滞后。故传统内燃机式汽车还会在很长时间内长期存在。目前 XX 车桥的业务 板块的驱动桥部分也不会迅速面临市场萎缩的危险。

4.2、“十二五”及“十三五”期间国内电动汽车传动形式预测
国内大部分汽车企业对整车的开发还尚处于懵懂的正向设计阶段, 自主研发 能力相对薄弱, 对汽车动力总成匹配与调校仍然没有达到国际水平。甚至针对目 前传统的燃油汽车的动力总成及底盘布置也没有那个汽车公司独立开发完成。 在 此背景下, 是无法进行混合动力系统的设计开发与调试。因为混合动力之所以要 混合目的是节油,需要对汽车在行驶中的各种工况(路况)进行测试模拟,最终 形成一套最佳的方案——燃油经济性最好。 借助这个方案来进行混合动力中 CAN 总线的设计开发,最终达到汽车从静止→怠速→启动→加速→···→制动→停 止整个过程中每个时刻都为燃油经济性最佳。 由此可见混合动力车型如要在短时 间内推行是很困难的——受制于技术条件薄弱制约。而纯电动汽车,特别上上文 中提到的“调速电机式纯电动汽车”从技术角度来说相对简单,省去大多数复杂 的控制系统,直接通过调速电机输出动力作用于主减速器,最终驱动汽车。国内 车企实现此种电动汽车模式相对容易。 同时国家也鼓励此类型的电动汽车大规模 生产。 对于 XX 车桥目前的产品,多以 SUV、轻客、皮卡后桥为主,此类车型若电 动化, 对主驱动的后桥来说面临一些挑战。由于驱动电机主轴横直能使车辆布置 上更容易, 便于驱动电机与驱动桥总成集成装配。同时圆柱斜齿轮传递效率稍高 且价格相对便宜。 综合上述因素可能需要开发圆柱斜齿轮作为主减速器主被动齿 轮的后驱动桥(同目前轿车主减速器结构类似)如下图 2。基于此种类型的主减
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速器也可以轻松的实现断开式驱动桥模式,灵活方便。 电动机输 入动力轴 分体式 桥壳 两对圆柱斜 齿轮主减速器 常规差速 器总成

图2 XX 车桥一直致力于开发锥齿轮主减速器前、后驱动桥。没有涉足圆柱斜齿 轮主减速器的驱动桥。若未来轻型客车、SUV 电动化,XX 车桥的若没有类似于上 图 2 形式的驱动桥,则会面临市场的丢失。就此类车桥的内外形势作如下分析: 1、大多数变速器厂商对圆柱斜齿轮设计、制造、装配要比 XX 公司更有优势 ——变速器为圆柱斜齿轮传动,他们会基于自身的优势很快的研发出相应产品, 研发周期较短,非常容易实现产业链的延伸,从电动车桥市场分一杯羹。 2、XX 车桥则对此类齿轮的设计、制造、装配无任何经验,全新研发需要长 时间的摸索验证, 而且圆柱斜齿轮的供应商资源缺乏。一系列因素都制约着圆柱 斜齿轮主减速器开发工作,所以就此类车桥如果能及早的投入人力、物力、财力 进行前瞻性的开发工作。 能在市场产生需求时及时的向客户推荐相应的设计方案 及样件,这样便会在不丢失原有驱动桥市场的情况下又争取到电动车桥的市场。 以 XX 车桥行业中的影响力, XX 电动车桥将会在一定程度上引导此类车桥的发展 趋势, 同时我们努力做到将目光放在前瞻性产品的研发换代中去,以保持在行业 中的地位。同时圆柱斜齿轮的应用也能使 XX 车桥有条件进入轿车驱动主减速器 开发市场, 毕竟目前电动汽车多数还是小轿车为主。再有目前市场中四驱动汽车 的分动器也是由圆柱斜齿轮实现动力分配及减速增扭。 掌握了圆柱斜齿轮的设计、 制造、装配技术也可以顺利的进入这个行业! 总之,此类型车桥未来几年可能会有市场需求。若此类车桥发展不顺利,掌 握圆柱斜齿轮的系列技术也是非常重要的!因为前置前驱的轿车、CUV、MPV 以 及四驱车桥的分动器都在应用圆柱斜齿轮结构, 所以圆柱斜齿轮技术的研发也可 以扩展 XX 车桥目前的产业链,为未来潜在市场做技术准备。

4.3、未来电动汽车最佳模式

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综合考虑能量在使用过程中的损耗,主要有以下几方面:能量转化损失、发 热损失、机械传递损失、负载过重损失、能量回收不充分损失及控制系统设计不 周损失。 如果能最大限度的规避这些方面的损失,那么能源利用上就会上一个新 的台阶。分析各种能源来源、驱动形式、整车布置等信息,不难发现燃料电池是 能源转化的最佳方式, 而调速电机式纯电动汽车不仅在控制系统上相对简单而且 传递效率较高,同时传动链较短,整车重量轻,容易实现能量回收。若以氢气为 能源时几乎零排放, 而且也不受续驶里程的限制。 可见以燃料电池为动力源的调 速电机式纯电动汽车(如下图)将会成为未来电动汽车的最佳选择。可能成为若 干年后电动车的主力军。 主减速器 氢燃料存储

控制系统

氧化剂 存储

调速电机

燃料电池

5、结语
文中多数资料来源于网络, 没有进行真实性验证,加之本人对电动汽车相关 零件、技术了解不够透彻,肯定会有错误、考虑不周之处,提到的观点也可能和 实际有背离,希望领导批评指正。谢谢!

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