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1、若是指技术的话,国内比亚迪确实不错,全产业链推进。若是国外的话,特斯拉不错,很多设计很有想象空间。其他传统车企,大多是玩票性质,采用的多是跟随战略。造车新势力基本都是ppt造车,玩的是概念,拉一堆零部件玩拼凑,没有什么有价值的创新。
2、电动汽车是指以车载电源为动力,用电机驱动车轮行驶,符合道路交通、安全法规各项要求的车辆。由于对环境影响相对传统汽车较小,其前景被广泛看好,但当前技术尚不成熟。
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风波再起
任何一件事情从弱小到强大的发展,都要经历曲折,汽车在发展的初期也曾受到歧视和低估,也走过一段坎坷的道路,如今这条道路上的新能源汽车又遭遇到了小磨难。
日前,深圳一辆红色跑车与一辆的士相撞,而后的士起火,司机和两乘客惨死。本来一起交通事故,却因为豪车、醉驾、顶包、等等的敏感词语让这一事件成为了街头巷尾的谈资,而恰恰因为着火的的士是比亚迪刚推出市场不久的纯电动e6,也让人们将更多的关注目光投向了电动汽车安全的问题。比亚迪纯电动e6被撞起火事故发生5天后,来自科技部的专家受深圳市有关部门的邀请,开始对起火原因进行深入调查。就在这短短的5天里,凭借电动车而闻名海外的比亚迪遇到了巨大的信任危机,市值一度蒸发60亿元。
虽然目前事故原因有待调查,起火原因尚不能与电池和电动车设计直接挂钩。但事故发生后比亚迪急剧下跌的股价,还是透露出公众对于电动汽车行业的担忧。
电动汽车爱起火?
回想过去,自从大力发展纯电动汽车以来,纯电动汽车起火的事件就频频发生。为什么电动汽车爱起火?
对于电动汽车起火原因,总结下来,电动车碰撞起火可能会有三点原因:一是电池本身爆炸起火;二是被撞短路、漏电后,导致电路起火;三是,高速碰撞时,金属摩擦产生火花,引燃内饰或打火机等明火源其他易燃物。其中,第一点原因随着电池技术的发展,已经基本克服,而第三点原因,传统汽车也存在这样的问题。所以电动汽车真正的危险在于高电压之下的短路隐患,通用汽车电池专家马克?威尔布鲁格也曾指出,如果由于工艺上的问题,两个电极接到一起,造成内部短路就会出问题。在其他电子产品上出现这个问题的概率是千万分之一,但一辆电动汽车的电池组由几千个电池组成,发生问题的概率就会升到几千分之一。而电动汽车发生碰撞后短路导致电路起火也与电动车动力设计有关,相对于传统汽车发动机置于前部,电动车电池后部放置的方式也会令事故发生的比例增加。
电动车电压达到300多伏,在理论上,若发生碰撞,电动车应在第一时间自动断电,以确保不会短路。但若防短路的保险失效,就会酿成严重事故。这就如同传统汽油车,在发生碰撞时应该具备油路自动锁止功能一样。否则,也会出现因燃油泄露而爆炸的极端情况。从这个角度来说,与传统汽车一样,电动车的安全性不仅仅是技术能力,还与制造水平、使用条件、客观环境等息息相关。
起火≠不安全
起火的比亚迪E6纯电动汽车是国内第一款大规模量产的电动汽车,是一款纯电动四驱轿车,是比亚迪继F3DM之后再次打造的第二款新能源车型。比亚迪e6最高车速可达每小时160Km以上,而百公里能耗约为20度电,只相当于燃油车1/3至1/4的消费价格。e6续驶里程超过300Km,采用的是比亚迪独自研发的磷酸铁锂电池, e6可使用220V民用电源慢充 ,大约10小时左右即可充好,快充为3C充电 ,15分钟左右可充满电池80%。
比亚迪e6电动汽车,在2010年作为深圳出租车在深圳市内试运营,在将近2年多的大规模运营的时间内,单车最高运行里程已超20万公里,累计运行总里程1500万公里,期间曾发生18起追尾事故,均未发生人员伤亡和车辆燃烧。而据比亚迪方面出示的文件,比亚迪e6进入工信部的产品公告目录前,也经过国家权威机构的检测,碰撞测试符合国家法规,e6搭载的电池也经过国家权威部门的挤压测试,电池模块50%变形后并没有发生起火燃烧,符合国家标准。
据了解,按照电池检验中的两种方式:多点针刺和高速挤压,电池自身不会着火。但碰撞中将电解液挤出后,碰到一点火星就能造成燃烧。一般这种情况目前无法避免,如果燃油车被直接撞破油箱,漏油碰到火星同样会燃烧,甚至发生爆炸。
“在当前的情况下,无论采用哪种电池技术,都会出现一定的问题。”汽车业知名分析师贾新光表示, “电动车发生碰撞时,可能导致电池正负极材料冲破隔膜,刹车时能量快速回充至电池时,瞬间的超高电流会导致电池发生短路,电解液在高温下被电解,产生气体,内部压力升高,最终将导致起火燃烧甚至爆炸。”
所以,这次的事故尽管电动汽车碰撞后发生了起火事故,但这并不代表电动汽车就不安全,当然不可否认的是,在现在的技术条件下电动汽车还存在着诸多的问题,但在极端条件下,传统的汽车都会发生起火爆炸,何况是电动汽车。
电池类型 正在使用的车型 优点 缺点
氢镍电池 丰田普锐斯、丰田RAV4 EV 成本低
比容大
高低温性能好 重量大
磷酸铁锂电池 通用雪佛兰Volt、众泰5008EV
比亚迪e6 可大电流快速放充电
高温性能好
容量大
重量轻 低温性能差
高倍率放电性能差
电池成本高
锰酸锂电池 宝马MINI E、现代BlueOn 成本较低
电能储存量较高 重量大
成长中的电动汽车
传统汽车发展了这么多年才被人认可和信赖,电动汽车也要经过这个过程。从这多次 的突发事故中我们也看到了相关部门和企业的进步,在2011年杭州众泰纯电动汽车发生自燃事故后,没有相关部门出来澄清,直到媒体、公众多次催促下才召开新闻会,之后我们又苦苦期盼了三个月,才拿到结果。相比杭州众泰的自燃事件,这次的比亚迪纯电动汽车事件,深圳警方在事故5天后就召开了新闻会,并迅速成立了第三方机构,从这已经可以看出对于电动汽车起火事件的重视,也看到了相关部门对于电动汽车安全事故的态度已经从藏着、掖着变成了正视。当然我们也从这次事故中学习到了许多经验。
从企业应对突发事件来看,对比沃蓝达电池着火事件,通用汽车做的比我们自主品牌相对聪明多了。通用汽车在沃蓝达电池着火后迅速采取措施挽回品牌形象:在雪佛兰沃蓝达电动车锂离子电池接受安全调查期间,有任何沃蓝达车主担心车子存在火灾隐患,雪佛兰都将从车主手中回购此车。此外,雪佛兰还致信沃蓝达车主,一一打电话给他们,和他们讨论出现的问题,通用汽车还向6,000名美国沃蓝达车主推出了提供代用车的措施,以期恢复客户信心。不管最终事件处理如何,这种做法都值得我国汽车厂商效仿。相比比亚迪的三缄其口,通用公司采取了更为积极的应对措施,笔者想如果比亚迪学会了通用这套危机应对方面,市值也不会猛掉60亿元。
从行业标准来看,目前我国对锂电池的检验还停留在单体电池检验,或者小规模成组检验。对于电池包的检验目前还没有。而专门针对电动汽车整车安全的设计标准和安全验证标准几乎没有 少之又少。针对电动汽车,应该制定专项标准,仅仅依靠传统汽车的碰撞试验方式,并不能全面检验电动汽车是否存在安全问题。
俗话说关心则乱,正因为国人对于电动汽车有很高的期待,所以才对此事如此的关注。虽然从技术和原理上来看传统汽油车在极端情况下也极易发生自燃、碰撞后燃烧、爆炸等情况,但作为新生事物的电动车要想被公众接受,还需要电动车企业、监督机构有充分的数据与说服力来证明,其安全性不比传统燃油汽车低。
我国的电动汽车市场,刚刚起步。如果还会不停的发生的电动汽车的安全事故问题,那么对于未来电动汽车的市场是个很大的打击。我们呼吁从主机厂到汽车零部件厂商,在电动汽车方面,还是应该把安全放在第一位。对待每一次的起火事件,切切实实的找到根本原因,才让消费者用着放心。
盘点大事件
电动汽车的发展绝对可以用崎岖来形容,就起火的事件来说,在国内外已经不是第一起了,让我们来细数这些大事件。
普锐斯
时间:2008年6月7日
原因:美国CEPCI公司购入混合动力普锐斯后,欲将其改装为插电式混合动力。因为一个电芯电极连接处没有按照规定连接,从而导致连接处松动,继而热控片不起作用,导致电池发热,从而电池爆开,电解液被引燃。
众泰汽车
时间:2011年4月11日
原因:众泰电动出租车在杭州市内行驶过程中,发生自燃事故。后经过第三方机构最终的鉴定报告,众泰电动汽车起火事故发生不能认定电池单体设计、制造方面存在质量问题,而是电池成组后不能完全满足车辆使用环境的需求,在应用过程中,出现了电池漏液、绝缘受损以及局部短路的情况,且未能及时发现,在经过多次重复使用以后,隐患显现,引发事故。
雪佛兰沃蓝达
时间:2011年5月12日
原因:美交管局对雪佛兰沃蓝达进行了碰撞测试,碰撞之后的沃蓝达放在停车场三周之后自己起火,之后美交管局对该款雪佛兰电池组发起正式调查。调查发现,起火的雪佛兰沃蓝达在接受初次碰撞试验后,锂离子电池组的温度在短时间内迅速升高,电池保护冷却系统存在设计缺陷。
Karma电动车
时间:2012年3月
原因:美国著名电动汽车制造商菲斯克公司制作的Karma电动车在车库起火,至今还没有任何调查结果发出,但是电池系统出现故障的几率较大。
TIPS:
[关键词]充换电技术;整车充电系统;换电系统;交流;直流
中图分类号:TM910.6 文献标识码:A 文章编号:1009-914X(2015)42-0363-01
1 引言
随着城市化、工业化进程的加速,汽车工业得到了飞速发展,但同时也造成国际原油供求矛盾逐步加深,全球气候变暖日益明显。在此背景下,加快发展电动汽车产业对于推动低碳经济发展和低碳城市建设,降低汽车污染排放,优化能源消费结构,保障国家能源安全,促进环境与人类和谐及可持续发展等方面具有重要意义。
电动汽车的动力来源为装载于车体内部的动力蓄电池。当动力电池的电能消耗到一定程度时,就必须对其进行能量补充,以保证电动汽车能够持续循环使用。目前电动汽车的能量补给方式主要分为充电和换电两种,所谓充电是指使用外部交流或直流电源通过交流或直流充电口直接对整车动力电池进行充电;换电则是指用充满电能的动力电池替换电动车上电能已耗尽的动力电池来完成电能的补充。
2 电动汽车产业发展现状
“十二五”以来,我国着力于研究和发展电动汽车关键技术,在动力电池、电机等方面取得了显著的成果。国内主流整车企业纷纷把发展电动汽车当做转型升级的战略机遇。2014年,我国新能源汽车生产7.85万辆,同比增长3.5倍。截至目前,我国电动汽车保有量已突破11万辆大关。
从2009年开始,电动汽车充换电关键技术取得长足的发展,产业方向也逐步明确。同时,随着基础类、监控系统、充换电接口及通信协议、充换电设施、建设与运行等六大方向相关标准的不断完善,充电模块、连接器、换电设备和监控平台等产品日趋成熟,我国充换电产业已具备较好的技术和配套基础。
目前全国已建成约600座充换电站和3.6万个充电桩。充换电基础设施的建设,为电动汽车产业奠定了良好的应用基础。另外,随着产业形势逐渐明朗,民间资本表现出了很大的积极性。从网络建设到设施运营,民营企业已经开始了不同层次的产业布局。
3 电动汽车能源供给方式
对于能源供给方式的选择,目前普遍存在整车充电系统(慢充、快充)和换电系统(商用大巴车两侧换电、乘用车底盘换电、乘用车后备箱换电)两种模式。
整车充电系统:慢充
慢充,通常指的是交流充电,目前交流充电主要包括7kW单相交流充电、40kW三相交流充电,充电电流大约为32A、64A。一般单相交流充电时间大约为8小时,三相交流充电时间大约为2小时。
整车充电系统:快充
快充,通常指的是直流充电,充电电压可根据具体服务车辆进行设计生产,充电电流目前国标限制最大250A。商用大巴车充电时间大约为3-5小时,乘用车充电时间大约为1小时或更少。
换电系统:商用大巴车两侧换电
商用大巴车两侧换电,顾名思义就是在商用大巴车两侧布置全自动换电设备更换车辆电池。目前国内主流商用大巴车换电车辆上布置有8-12块电池,换电时间约为10分钟。
换电系统:乘用车底盘换电
乘用车底盘换电,即在乘用车底部布置全自动换电设备更换车辆电池。目前国内主流底盘换电车辆上布置有1块电池,换电时间约为3-6分钟。
换电系统:乘用车后备箱换电
乘用车后备箱换电,即在后备箱附近布置换电机械臂或人工换电小车更换车辆电池。目前国内主流后备箱换电车辆上布置有4块电池,更换时间约为6-8分钟。
4 充换电技术存在的问题
虽然目前电动汽车充换电技术取得长足的发展,但是仍存在不少问题:
整车充电系统
整车充电系统方面存在慢充充电模式不统一、商用大巴车快充与乘用车快充辅助电源不一致等问题。目前慢充充电模式不光存在单相交流与三相交流充电的差异,还存在单相交流充电模式不统一的现象,充电设备主要生产厂家的交流充电桩一般采用标准中的“充电模式3”,然而车企的交流充电车辆一般采用标准中的“充电模式1 ”;直流快充模式不光存在商用大巴车快充与乘用车快充辅助电源不一致(商用大巴车快充辅助电源24V、乘用车快充辅助电源12V)还存在充电电压范围差异大的问题,商用大巴车充电电压范围一般350~700V,乘用车充电电压范围一般为200~500V。
换电系统
相对而言换电系统主要利用在商用大巴车方面,前面也提到一般商用大巴车换电车辆上布置有8-12块电池,更换时绝大部分都是2-4块电池一起抓取,一方面由于电池取放加剧车辆重量变化,对全自动换电设备定位要求高,电池在车上需要有严格的布局要求;另一方面全自动换电设备体积较大,对场地的空间要求及承重要求增加。
5 建议解决方案
整车充电系统
充电设施厂家与车厂加强交流,慢充方面统一充电模式,避免后期实施过程中重新花费人力物力进行整改;快充方面统一辅助电源12V或24V,研制通用的直流充电模块,囊括乘用车充电最低电压以及商用大巴车充电最高电压,同时满足乘用车及商用大巴车快充。
换电系统
建议采用单箱换电模式,统一电池箱充电接口、尺寸,减少电池在车上布局的限制,真正实现多种车辆电池的互换;由于全自动电池更换设备只取1箱电池,缩小了设备的体积,对场地空间以及承重要求减少。
6 结语
电动汽车充换电设施是电动汽车发展的基石。合理先进的充换电设施技术对电动汽车的普及发展将起到不可替代的作用。由于笔者水平有限 ,文中不足之处请读者多指正。
参考文献
关键词 电动汽车 动力能源 燃料电池
前 言
在污染日益严重、能源日益缺乏的今天,电动汽车的出现给人们带来了新的希望,可以形象地把它称为21世纪的交通工具、明日之星。
电动汽车是一种高新技术产品,它集光、电、机、化等各学科领域中的最新技术于一体,是汽车、电力拖到、功率电子、智能控制、化学电源、计算机、新能源、新材料等工程技术中最新成果的集成物。从外形上看,电动汽车于常见的汽车并没有什么区别,它们的区别主要在于来自蓄电池。汽车行驶时,蓄电池电流通过控制器输入到电机中,电机输出扭矩,经离合器、变速器、万向传动装置、主减速器、差速器、半轴等驱动车轮转动。电动汽车在行驶过程中,不排出任何污染物,噪声也很小,而且不仅不消耗汽油、柴油等石油产品,还可应用多种能源,具有结构简单、使用维修保养方便的特点,是一种新型的交通工具。
1. 电动汽车定义
电动汽车是指全部或部分用电能驱动电动机作为动力系统的汽车。驱动电动汽车的电力常见的有各种蓄电池,燃料电池、太阳能电池等。
2.电动汽车分类
电动汽车的种类:纯电动汽车(BEV)、混合动力汽车(HEV)、燃料电池汽车(FCEV)。
2.1纯电动汽车
纯电动汽车(BEV):由电动机驱动的汽车。电动机的驱动电能来源于车载可充电蓄电池或其他能量储存装置。大部分车辆直接采用电机驱动,有一部分车辆把电动机装在发动机舱内,也有一部分直接以车轮作为四台电动机的转子,其难点在于电力储存技术。
2.2混合动力汽车
混合动力汽车指能够至少从下述两类车载储存的能量中获得动力的汽车。既可消耗的燃料;也可再充电能/能量储存装置。根据动力系统结构形式可分为以下三类:串联式混合动力汽车(SHEV):车辆的驱动力只来源于电动机的混合动力(电动)汽车。结构特点是发动机带动发电机发电,电能通过电机控制器输送给电动机,由电动机驱动汽车行驶。并联式混合动力汽车(PHEV):车辆的驱动力由电动机及发动机同时或单独供给的混合动力(电动)汽车。结构特点是并联式驱动系统可以单独使用发动机或电动机作为动力源,也可以同时使用电动机和发动机作为动力源驱动汽车行驶。混联式混合动力汽车(CHEV):同时具有串联式、并联式驱动方式的混合动力(电动)汽车。结构特点是可以在串联混合模式下工作,也可以在并联混合模式下工作,同时兼顾了串联式和并联式的特点。
2.3燃料电池汽车
燃料电池汽车:以燃料电池作为动力电源的汽车。燃料电池的化学反应过程不会产生有害产物,因此燃料电池车辆是无污染汽车,燃料电池的能量转换效率比内燃机要高2-3倍,因此从能源的利用和环境保护方面,燃料电池汽车是一种理想的车辆。
3.纯电动汽车组成及原理
3.1纯电动车的电机及控制系统
纯电动汽车以电动机代替燃油机,由电机驱动而无需自动变速箱。相对于自动变速箱,电机结构简单、技术成熟、运行可靠。 传统的内燃机能把高效产生转矩时的转速限制在一个窄的范围内,这是为何传统内燃机汽车需要庞大而复杂的变速机构的原因;而电动机可以在相当宽广的速度范围内高效产生转矩,在纯电动车行驶过程中不需要换挡变速装置,操纵方便容易,噪音低。 与混合动力汽车相比,纯电动车使用单一电能源,电控系统大大减少了汽车内部机械传动系统,结构更简化,也降低了机械部件摩擦导致的能量损耗及噪音,节省了汽车内部空间、重量。 电机驱动控制系统是新能源汽车车辆行驶中的主要执行结构,驱动电机及其控制系统是新能源汽车的核心部件(电池、电机、电控)之一,其驱动特性决定了汽车行驶的主要性能指标,它是电动汽车的重要部件。电动汽车中的燃料电池汽车FCV、混合动力汽车HEV 和纯电动汽车EV 三大类都要用电动机来驱动车轮行驶,选择合适的电动机是提高各类电动
汽车性价比的重要因素,因此研发或完善能同时满足车辆行驶过程中的各项性能要求,并具有坚固耐用、造价低、效能高等特点的电动机驱动方式显得极其重要。 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。
3.2纯电动车的主要特点
1)无污染,噪声低
2)能源效率高,多样化
3)电动汽车较内燃机汽车结构简单,传动部件少,维修保养工作量小。
4)动力电源使用成本高,续驶里程短
3.3纯电动车的动力电池
动力电池是电动汽车的关键技术,决定了它的续行里程和成本。电池是电动汽车发展的首要关键,汽车动力电池难在 “低成本要求”、“高容量要求”及“高安全要求”等三个要求上。要想在较大范围内应用电动汽车,要依靠先进的蓄电池经过10多年的筛选,现在普遍看好的氢镍电池,铁电池,锂离子和锂聚合物电池。
3.4电动汽车的充电
电动汽车充电 类似于手机充电的ICM 阶梯波六段式充电,具有较好的去硫化效果,可对电池首先激活,然后进行维护式快速充电,具有定时、充满报警、电脑快充、密码控制、自识别电压、多重保护、四路输出等功能,配套万能输出接口,可对所有的电动车快速充电。 商场、超市、医院、停车场、小区门口、路边小卖部等公共场所。 汽车充电网络建设模式,在充电设施推进过程中,亟待突破的难题就是充电服务网络布点问题。电力部门依托现有的停车场设施,因地制宜地建设微电网、分布式、综合化的可充、可换全功能充电站,可避免充电模式存在的两个短板:一是充电时间长,二是停车环境有限。
参考文献
[1].范从山.电动汽车技术原理及发展展望[J].扬州职业大学学报.2007,03
[2].祝占元.电动汽车[M]・黄河水利出版社.2007,09
[3].高义民.现代电动汽车、混合动力电动汽车和燃料电池车[M].机械工业出版社.2008
Nissan Leaf:
首辆为大规模量产而生的电动车
即使没有预测未来的能力也能猜到,越来越多的人会舍弃那些“吃”油的大家伙而选择高效低能耗的电动车。2009年,离这个转折性的时刻已经不远,汽车行业于惊喜中迎未了第一个丰收的成果――Nissan Leaf,它于本届东京车展上正式亮相,虽然从外观上看NissaR Leaf稀松平常,和Tiida几乎没有区别,一点也没有夺人眼球之势,但不容置疑,作为第一辆即将量产的电动车,它已经引起了不少人的极大兴趣,这其中就有Yves Behar,“我有点迫不及待,真希望有人能让我试试这辆车”,这位美国著名的工业设计师对于电动车的偏爱众所皆知,他设计过一款电动摩托车,时速可达240公里,一下打破了同类车的最高时速纪录。
Leaf车身尺码为4445mm×1770mm×1550mm,拥有108匹马力与28.57kgm扭力的输出,在动力方面,Leaf挂载了48个锂电池模块(总重270公斤)作为主要电力来源,透过电动马达的驱动可让Leaf在10秒内完成静止到100km/h的加速,而其极速则约140km/h。至于充电的速度与便利性,Leaf可通过家用插座于8小时内完成充电,而快速充电模式则可在30分钟内让电池电力达到80%。在充饱电的情况下,Leaf可连续行驶约160公里,这样的里程数足以满足全世界70%驾驶人每天行驶的平均里程数。
Leaf并不是第一辆电动车,甚至不是第一辆量产的电动车,2006年美国导演克里斯・佩恩的纪录片《谁杀死了电动汽车》展现了第一批量产电动汽车通用EV1的生与死,并将其陨落归于石油巨头的阴谋。正因如此,早在2009年初NissanLeaf即将量产的消息之日起,便在美国掀起了一阵前所未有的电动车热,并毫无悬念地入选了《时代》的“年度最伟大的发明”之一,《时代》给出的入选理由是:Leaf并不是第一辆电动汽车,却是世界上首辆为大规模量产而设计的纯电动汽车,Leaf将于2010年在日本和美国率先登场,于2010年底投放欧洲市场,Leaf无疑有助于转变驾驶者的思维,是从汽油到绿色能源的重要一步。
同时,Nissan已经开始在全世界范围内与超过30个国家、地区以及相关组织建立了合作伙伴关系,致力于电池充电站等相关基础设施的建设,确保电动汽车能够顺畅地在公路上行驶。
都市电动小“精灵”
可以预见不远的将来,世界上将有50%的人口生活在大都市中,越来越拥挤的都市交通让小型车成为人们的新宠,如果是环保、快捷又灵活的电动小车呢,没有什么比这个更好的了。
在本届车展上Nissan了一款电动车Land Glider,它为解决都市拥挤的交通状况、方便停车而设计。Land Glider与其说是车,倒不如说更像个私人飞机舱位,全景式玻璃顶棚与飞行器非常相似,车内的方向盘为操纵杆式,座椅也是接近机的前后双座布局。
为了在有限的行驶速度内,给驾驶者带来澎湃的驾驶激情,Land Glider四个轮胎均能倾斜17度,转向时车身也随之倾斜,其角度取决于车速、转向角度和偏线率等参数,从这点上看,Land Glider的驾驶感受更像是一辆摩托车。Land Glider的动力来自两台电动机,其电力由一个锂离子电池组输送,并采用无接触式充电技术,可以在无线充电站中完成充电。
而一直在混合动力车领域内独领的Toyota继2009年初底特律车展推出FT-EV之后,在本届东京车展其二代车型Toyota FT-EVII,这是一款适合日常使用并可高速行驶的电动车。
我讲一下欧洲电动车发展的一些历史和在历史发展中的一些潮流及一些有意思的故事。同时要跟着中国历史发展的主线来讨论一下电动车作为历史发展的趋势在以后未来当中会对中国的产业意味着什么。
中国作为一个文明古国,在世界上,特别是在交通上一直有自己的交通方案,或者是某一段时间里经常会有一些很有创意的交通工具。我们可以看到公元前200年左右秦始皇统一中国的时候用到的交通工具,那时候在欧洲,交通这个问题就相对来说比较原始。
我们看到乾隆皇帝骑在他的一匹战马上,皇帝也不能免俗的,希望有一匹漂亮的马。这张图符合现代人对交通工具所有的需求,不管他是什么社会地位的人,都希望自己的交通工具是一个非常时尚、有效的。
世界进到19世纪工业化时代,有一次类似于交通工具而引起的环保危机。1890年的时候,纽约马路上每天有17.5万匹在跑,它们产生的粪便一天大概是1500吨,这些东西对大城市是非常厉害的污染。那时候整个纽约的交通状况不容乐观,每年有3亿只苍蝇会死掉,纽约的街头每年因为交通事故要死亡200人左右。
正当人们措手不及的时候,汽车开始进入了人们的视线,汽车开始慢慢取代马车成为人们的主要交通工具。
当初的汽车走上马路的时候,碰到现在电动车一样的麻烦,没有一个可以支持它的基础网络,1888年奔驰夫人第一次开上奔驰先生开发的这辆车回娘家的时候,路上必须要去一家药店买几升酒精装到车上,以便能够让这辆车跑到目的地。
1899年,第一辆时速超过100公里的交通工具,不是汽油车,而是一辆电动车。这辆电动车有一个很有意思的法国名字,意思就是“我永远对自己不满足”,在以后一个多世纪的发展里面也证明,汽车的发展永远不满足、永远进行创新的一个精神。
1907年,奔驰已经在伦敦和其他城市建立了自己的电动车销售中心。但是电动车并没有成气候。1957年,凯迪拉克汽车百公里油耗超过30升,但是人们对这个产品还是很满意。
接下来就是我们都知道的故事,1973年出现了第一次石油危机,于是就有了在德国拍的一张很著名的照片:两匹马在拉着一辆大众的面包车走,因为那时候大家都没有油可以购买。
中国是一个地大物博的国家,中国的交通工具也是非常多元化。中国经过30多年发展超过了西方一百多年的发展路径,所以我们现在在北京,或者是上海经常碰到这种大堵车的现象。如果我们按照目前的这种发展模式进行下去,总有一天我们会把汽车工业搞垮,因为环境、能耗等各种各样的问题。
中国相对于其他西方发达国家有一个好处,中国的政府还是愿意对工业进行一些主导、前瞻性的政策上的设计。目前中国是全球范围内发展新能源,特别是电动车最积极的一个政府。
但是,中国政府给自己和自己的汽车工业提出了一个难度很高的挑战目标,就是要求在很短的时间里面能赶超世界汽车工业先进水平。中国有一句古话叫“欲速则不达”,我们在过去几年也看到,由于强调要在电动车产业化上有所成就的速度过快,大家陷入了一种迷茫和困惑。
我们要重新审视电动车这个新生事物,或者说这个老的新生事物。我想了一下,中国应该有很好的理由能很好地发展电动车。中国可以像在一张白纸画图一样重新规划它的电动汽车计划。中国已经有成千上万的年轻工程师,他们可以用自己一生中最好的生涯为这个事业做出贡献。
发展电动车,中国的主机厂必须掌握三个核心的竞争力:第一是整车的概念和设计;第二是系统集成能力,第三是开发核心零部件的能力。
我先从最底层核心零部件来说。目前中国电动车行业的核心零部件供应商基础很薄弱,中国的主机厂不能依赖这些供应商,它们不能提供核心的、优质的零部件,因此,中国的主机厂必须在这个时期主导核心零部件的开发。
比如高效的水冷电池包,增程模块。我们不光是要在车身轻量化做大量的工作,在电动车电池没有真正达到工业化产量之前,增程模块也是很重要的一个核心零部件。在接下来的十年当中,每一辆电动车都有可能需要装一个增程装置,以便主机厂真正有时间十年或者是十五年以后研究出百分之百的纯电动车。
如果这个方案解决得很好,将会对目前混合动力车型提出一个很强有力的挑战。如果中国企业再回到日本企业的开发思路,跟着他们去开发轻混、中混,包括插电式的混合动力,由于中国企业在这个方面相对日本企业又有10-15年的差距,那么这个差距又不是中国在很短时间能够赶得上的。
混合动力虽然在目前一定的测试范围内有很好的燃油经济性,但是不能从根本上解决它是传统意义上的汽油车演变过来的现实。混合动力的车绝大部分还是一辆内燃机车,一辆增程电动车已经有了未来电动车的模型和基础,增程模块给它一定现实的使用和增程的可能性,让现有的电动车不受电池技术的限制而得不到推广。相对来说增程式电动车比混合动力电动车开发得好,如果中国在这方面进行突破,相信能够取得更快的技术突破。
我们认为,中国的主机厂只有通过电动车才能在世界汽车领域占一席之地,创造自己的品牌。同时我们要指出,一个产品在不受到国家财政补贴的时候也能受到市场欢迎才是一个真正好的产品。
作为一个瑞士人肯定避免不了聊一下瑞士的手表,瑞士手表之所以在全世界有名,有很大的一点就是通过设计和包装,让每一个买瑞士表的人都让他为戴在自己手腕上的产品感到骄傲。汽车行业曾在过去一百年历史当中不断地推陈出新,对自己进行外观上的设计和重新定义,让汽车永远成为符合潮流的一个产品。
这是今年的日内瓦车展上一位亚洲的女士坐在一辆电动车里面的表情。她不是特别请的模特,我们从她的表情看得出她是很喜欢这辆电动车的。至少她坐在这辆车的感觉不比她背上GUCCI包的感觉要差。
举一个例子,至少从第一眼来看,第一代的苹果手机是有一点问题,但是它可以挑起占有它的欲望。为什么?从苹果这个产品的发展情况来看,在产品不一定能一步达到完美程度的时候,首先通过形式让消费者对它产生一种浓厚的兴趣,让他们对这个产品感到新鲜好奇的时候,我们至少成功了一半。
我想指出的是,如果想真正做一辆电动车,就要让人第一眼看到它就会心动。我们现在汽车消费的主力人群已经发生变化,我们不能用老式的、传统的思路去设计,只有这种潜在的消费者才是电动车真正的强有力推手,他们有能力去消费一些物超所值,或者是物有所值的产品。这些潜在的用户是更关注产品的外观、前瞻性和技术层面,对价格不太敏感的群体,他们应该是电动车首先需要挖掘的一个消费群体。
我们现在的首席设计师,他在加入德锂龙之前是德国大众和以前奔驰的前任首席设计师,他有一句非常有名的名言,“一个人要非常自信,才能创作出一些新的东西”。这话同样也适合于中国,中国和中国的企业也必须拥有自己新的自信,才能够创造出很好的产品。它可能从一个非常漂亮的内饰开始,要让电动车作为新鲜的产品,能让每个人都激起好奇和他的兴趣。
曾经有一位古董拍卖行的朋友跟我说,在欧洲找不到一个有瑕疵,或者是有伤痕的明朝陶瓷器皿,因为在明代做陶瓷的那些师傅,他们对自己的产品要求是非常高的,每一件不满意的产品他们会亲手毁掉。我们希望中国再一次创造当初的那个奇迹,为世界重新带来像明代花瓶一样这种世界性的产品。
中国汽车公司现在表现得好像他们真的知道些什么。从以往的经验来看,这其中的原因可能是,以及中国有关汽车和能源的未来整体规划。
吉利汽车控股有限公司(Geelv Automobile Holdings Ltd)和东风汽车(Dongfeng Motors)等中国汽车公司2月为收购Fisker Automotive竞价。后者是Karma豪华电动跑车的制造商。此外,巴菲特投资的比亚迪(BYD)计划今年晚些时候推出腾势(Denza),这是比亚迪与戴姆勒(Daimler)合资打造的新的电动汽车品牌。
中国的万向集团(Wanxiang Group)上个月刚刚获得了美国政府的批准,以2.56亿美元的价格收购了A123 Systems Inc。在破产之前,A123Systems一直是美国最先进的电动汽,车电池开发商,并获得了联邦政府1.33亿美元的补贴。
万向美国公司(Wanxiang America Corp.)的总裁倪频上个月说,A123Systems的未来一片光明。该公司拥有卓越的才能和潜力。
中国对电动汽车的追捧看起来有点莫名其妙,因为此时美国和世界其他地区对电动汽车的信心似乎已经跌入谷底。电动汽车在汽车销售中的比重仍然很小。尽管电动汽车吸引了许多媒体的关注,但其市场份额仍然远远不到1%。私人购买者对电动汽车还是没有十足的信心。
以尼桑(Nissan)大力宣传的全电动小汽车聆风(Leaf)为例。尽管实施了积极的营销活动,聆风2012年仅吸引了9819名客户,还不到年销售目标的一半。日产备受尊重的首席执行长戈恩(Carlos Ghosn)说,我们对此很失望。
电动汽车2月又一次闹了个灰头土脸。在《纽约时报》(New York Times)的试驾活动中,备受瞩目的特斯拉(Tesla)Model S豪华电动轿车因为电力耗尽而被拖到附近的车站。
影响电动汽车销量的两个主要缺陷是:
首先,电池令电动汽车的成本比传统轿车高出至多1万美元。一个恰当的例子是,汽油动力的雪佛兰科鲁兹(Chevrolet Cruze)的销量与电动的雪佛兰Volt销量之比为10比1,虽然这两款车基于同样的基本平台。
其次里程焦虑。如果你平常会因为手机电池电量过低而烦躁,想象一下,寒冷的冬天车子在城际公路上抛锚是什么感觉,比如前文提到的特斯拉S型车发生过的这种事。
那么,如何解释中国加速寻求电动汽车技术的原因呢?吉利、比亚迪和万向等公司主要押注的是,中国政府将兑现在2020年之前中国道路上电动汽车达到500万辆的承诺。中国政府竭力避免像美国那样对中东等不稳定地区的石油产生依赖。随着中国的各个部分被有毒的空气污染所笼罩,中国的民众变得越来越怒气冲冲。
从普通汽车转换到电动汽车,首先会从公共汽车、出租车和政府的车队开始,这些车辆往往有固定的行车路线,可以很容易地通过当地的充电站充电。北京、上海和深圳这样的城市通过简单的规定就可以提振对电动汽车的需求,因为这些城市直接拥有的车队规模很大,车辆数以万计。
当你意识到2009年上海市地方国有企业上汽集团与如今已为中国所有的A123Systems组建了一个合资企业时,这个形势就变得更加一目了然。这样做可以把市场、电池制造商和汽车生产商纳入围绕上海的一个紧密圈子里。
在实际工作中,混合电动汽车工作环境复杂、各种干扰因素的影响较大,给研究其能量流状态带来了较人的困难。能否在实验室对动力电池的工作性能进行模拟与仿真呢?这样,不仅可以节省大量的人力物力,而且对于混合电动汽车的设计和总成有很好的参照作用。
本文将介绍的混合电动汽车能量流仿真系统就是针对上述要求而设计的,该系统可仿真混合电动汽车的实际工作环境,为研究混合电动汽车控制策略提供了一个灵活、简便、高效的平台。系统特点
整个系统采用组合式平台搭建,根据仿真工作的要求,按照工作电流的大小组合使用对应的仿真模块来构成整个系统的能量控制部分。采用这种结构设计可以大大减小整个系统的体积与功耗。
系统中集成了CAN2.0B和RS232C接口,可以与汽车内的各种控制仪表进行通信与数据交换,与汽车总控系统的标准通信接口兼容,能够方便的移植到实际的混合电动汽车系统中。同时,可以直接与计算机通信,由计算机来控制系统的运行,便于实现监控与仿真。
系统结构
混合电动汽车能量流仿真系统主要由充电系统、放电系统和控制系统三个部分组成。系统结构框图如图1所示。
在充电系统中,采用高技率的脉宽调制方式(PWM),同时采用反馈稳定控制系统,使得充电过程快速稳定。
在放电系统中,采用全能型的能量回馈方式,将电能返回电网或者仍然回到充电系统,达到节能降耗的目的。
在控制系统中,采用高速嵌入式微处理器,具有抗干扰能力强、响应速度快,控制方式灵活的特点。
1 充电系统
首先将电网电压进行整流,经过脉冲宽度调制,再经过隔离变压器变换,然后进行整流稳压,即可得到所需的工作电压。为了保证充电过程的快速稳定,将电压、电流采样值引入稳定控制系统,使得充电过程快速稳定。
2 放电系统
电池的放电系统采用能量回馈方武。首先将动力电池的电能进行变换,送入中间缓冲器,然后通过逆变方式将电能变换为三相交流,这部分能量既可以用于返回电网,又可以将它再次送人充电系统,实现电能的重复利用,同时可有效减少电流波动对电网的影响。放电系统结构。
3 控制系统
本系统采用基于高速嵌入式微处理器的控制系统。高速处理器能够保证快速完成动力电池的充放电任务,并且通过数字滤波算法使系统具有较好的抗干扰能力。高精度的A/D,D/A控制单元使得充放电过程动态稳定,满足控制要求。转换状态用中断方式通知CPU读取转换结果,保证系统的快速响应。监控计算机通过接口函数就可以控制系统的运行,并且可以采集实时参数进行数据的分析、处理与监控。控制系统结构。
选用Microchip公司的PIC18F6720为主控制器,该MCU片内集成多通道的10位精度的采样转换器,可以方便的采集电池的电压、充电电流、放电电流和电池温度等多种信号;内置两个串行通信接口。可以与上位机进行异步通信;SPI接口可以用来扩展内部总线;PWM输出可以对回路电流进行调节等。控制系统电路。
4 人机交互
通过LCD显示器可以直观的显示系统的工作状态和电池工作情况,具有良好的人机交互界面。在控制系统中设置了短路与过热保护,故障报警指示,最大限度达到系统的安全可靠,保护系统与动力电池的安全。
通信系统
系统内建于两种通信总线CAN2.0B和RS-232C。
1 CAN总线通信
CAN总线是专为解决现代汽车中各种控制器、执行机构、监测仪器和传感器之间的数据通信开发的总线式串行通信技术。但CAN只包括了物理层和数据链路层,在汽车工程师协会SAE推荐的标准SAE J1939进一步规范了汽车内部网络的标准。
J1939采用CAN2.0B的扩展帧格式。进一步定义了CAN数据帧仲裁域中的标识位。29位ID的格式。
一个协议数据单元(PDU)包括7个预定的域。它们是优先级、保留位、数据页、PDU格式、PDU细节、源地址和数据域。CAN数据帧中的SOF、SRR、IDE和RTR部分控制域,CRC、ACK和EOF没有包括在PDU。
数据域为0~8字节的数据。当需要使用9~1785字节来表达某个参数组时,数据通信将南多个CAN数据帧完成。
2 RS-232C通信
RS-232C用来与监控计算机进行数据与控制命令通信,根据监控计算机的控制指令来执行相应的动作,同时将系统的状态参数传递到监控计算机系统。
监挖计算机使用查询方式与仿真系统通信。数据格式分为数据头、数据体及校验码三部分。数据头用于判断该条信息的类别,以便接收到数据信息后做出对应的处理;数据体存放真正要传输的数据信息;校验码采用奇偶检验码来对整条数据进行校验。在系统中统一采用“@”作为传输数据的开始,“:”作为传输数据的结束。
对于命令信息只有信息头和校验码,对于数据信息则还包括了数据体部分。在上下位机通信期间,数据发送方会在相同的时间间隔内重复发送相同的数据,直到收到对方的应答信息;若在一定时间间隔内仍未收到应答信息,则表示出现通信故障,数据发送失败。接收方收到数据后,会根据数据头、数据屋及校验码判断数据是否完整、正确。若是则回复表示成功接收的应答信息,否则等待发送方继续发送。
如果一条数据分成多次发送的时候,采用的是发送一应答模式,即每当收到应答信息后才发送下一条数据。
系统性能指标
混合电动汽车能量流仿真系统为研究混合电动汽车提供了一个硬件平台,适用于铅酸、镍氢、锂离子等大功率动力电池系统。系统实时显示电池的充、放电状态,发动机工作状态、能量流动状态等重要参数。
系统的性能参数。
关键词:电动汽车 交流充电桩
一、充电桩的定义
充电桩是电动汽车的电站,其功能类似于加油站里面的加油机。每个充电桩都装有充电插头,充电桩可以根据不同的电压等级,为各种型号的电动车充电。电动汽车充电桩采用的是交、直流供电方式,需要特制的充电卡刷卡使用,充电桩显示屏能显示充电量、费用、充电时间等数据。充电桩可分为直流充电桩和交流充电桩。本文仅对交流充电桩的相关问题进行探讨。
交流充电桩,又称交流供电装置,是指固定在地面或墙壁,安装于公共建筑(办公楼宇、商场、公共停车场等)和居民小区停车场或充电站内,采用传导方式为具有车载充电机的电动汽车提供人机交互操作界面及交流充电接口充电,并具备相应测控保护功能的专用装置,功率一般不大于7 kW。
常用的交流充电桩可分为一桩一充式、一桩双充式及壁挂式。壁挂式交流充电桩适用于地面空间狭小、周边有墙壁等固定建筑物的场所。交流充电桩的建设应以“统一标准、统一规范、统一标识、优化分布、安全可靠、适度超前”为原则。外观设计风格应体现绿色、醒目、亲和、现代等要素,突出差异性,易识别记忆。
二、交流充电桩技术要求
1. 环境条件要求
工作环境温度:-20℃~+50℃;相对湿度:5%~95%;海拔高度:≤1000m;安装地点:户外;抗震能力:地面水平加速度 0.3g;地面垂直加速度0.15g;设备应能承受同时作用持续三个正弦波,并且安全系数应大于1.67;
2. 结构要求
交流充电桩壳体应坚固;结构上须防止手轻易触及露电部分;交流充电桩应选用厚度1.0以上钢组合结构,表面采用浸塑处理,并充分考虑散热的要求。充电桩应有良好的防电磁干扰的屏蔽功能;充电桩应有足够的支撑强度,应提供必要设施,以保证能够正确起吊、运输、存放和安装设备,且应提供地脚螺栓孔;桩体底部应固定安装在高于地面不小于200mm的基座上。基座面积不应大于500mm×500mm;桩体外壳应采用抗冲击力强、防盗性能好、抗老化的材质;非绝缘材料外壳应可靠接地;
3. 电源要求
输入电压:单相220V;输出功率:单相220V/5KW;频率:50Hz±2Hz;允许电压波动范围为:单相220V±15%;
4. 电气要求
插头与插座正确连接确认成功后,带负载可分合电路方可闭合,实现对插座的供电;漏电保护装置应安装在供电电缆进线侧;低压配电设备及线路的保护应满足《低压配电设计规范》(GB/50053)中的相关规定;对IT系统配电线路,当第一次接地故障时,应由绝缘监察装置发出音响或灯光信号,当发生第二次异相接地故障时应由过电流保护电器或漏电电流动作保护器切断故障电路;照明配电系统中,照明和插座回路不宜由同一回路供电。插座回路的电源侧应设置剩余电流动作保护装置,其额定动作电流为30mA;
5.安全防护功能
交流充电桩应具备急停开关,可通过手动或远方通信的方式紧急停止充电;应具备输出侧的漏电保护功能;应具备输出侧过流和短路保护功能;应具有阻燃功能;
6. IP防护等级
交流充电桩应遵守IP54(在室外),并配置必要的防雨、防晒装置;
7. 三防(防潮湿,防霉变,防盐雾)保护
充电机内印刷线路板、接插件等电路应进行防潮湿、防霉变、防盐雾处理,其中防盐雾腐蚀能力满足 GB/T 4797.6-1995《电工电子产品自然环境条件 尘、沙、盐雾》中表9的要求,使充电机能在室外潮湿、含盐雾的环境下正常运行;
8. 防锈(防氧化)保护
充电桩铁质外壳和暴露在外的铁质支架、零件应采取双层防锈措施,非铁质的金属外壳也应具有防氧化保护膜或进行防氧化处理;
9. 防风保护
安装在平台上的充电机以及暴露在外的部件应能承受 GB/T 4797.5-9《电工电子产品自然环境条件降水和风》中表9规定的不同地区、不同高度处相对风速的侵袭;
10. 防盗保护
电桩外壳门应装防盗锁,固定交流充电桩的螺栓必须在打开外壳门后方能安装或拆卸;
11. 温升要求
交流充电桩在额定负载长期连续运行,内部各发热元器件及各部位温升应不超过Q/GDW 397-2009中表2规定;
12. 平均故障间隔时间(MTBF)MTBF应不小于8760h;
13. 安装垂直倾斜度不超过5%;
14. 设备安装地点不得有爆炸危险介质,周围介质不含有腐蚀金属和破坏绝缘的有害气体及导电介质
三、功能规范
1. 交流充电桩应具有定电能、定时间、自动(充满为止)等功能。
2. 交流充电桩应具有人机交互功能。应具有实现外部手动控制的输入设备,以设定充电方式;应显示当前充电模式、时间(已充电时间、剩余时间等)、电能(已充电电能、待充电电能)及计费信息等。设置刷卡接口,支持常见刷卡方式。可配置打印机,提供票据打印功能。
3. 交流充电桩应为计量表计预留电气接口和安装空间。
4. 安全防护功能。交流充电桩应具备急停开关、输出侧的剩余电流动作保护功能、输出侧的过流保护功能。交流充电桩应能够判断充电连接器、充电电缆是否正确连接。当交流充电桩与电动汽车正确连接后,交流充电桩才允许启动充电进程;当交流充电桩检测到与电动汽车的连接不正常时,必须立即停止充电。另外,交流充电桩应具有阻燃功能。
5. 提供完善的通信功能,可根据需要上传交流充电桩的运行状态参数,接受远程控制
6. 按照标准不同,交流充电桩分为简易充电桩和标准充电桩2种。
四、交流充电桩与电动汽车的电气接口
它们的电气额定值如下:动力线L线电压220 V,电流最大32 A;动力线N线电压220 V,电流最大32 A;保护地线以故障(用)规定值为标准;充放电控制导引线+及充放电控制导引线-、备用1、备用2,电压30 V,电流2 A。
五、计量计费
1. 电网和交流充电桩之间的计量配置三相四线多功能双向计量电能表,准确度等级为有功1级和无功2级。电流互感器等级为0.5 s级。
2. 交流充电桩和电动汽车用户之间的计量计费结算交流充电桩和电动汽车用户之间的计费结算可采用现场缴费和储值卡预付费等方式,推荐使用储值卡预付费方式。交流充电桩的电能计量装置应选用智能电能表。