电动汽车是指主要以电池为动力源,全部或部分由电动机驱动,符合道路交通、安全法规各项要求的车辆。电动汽车是涉及到机械、电子、电力、微机控制等多学科的高科技技术产品,是与燃油汽车相对应的。电动车辆最早出现在英国,1834年Thomas Davenport在布兰顿演示了采用不可充电的玻璃封装蓄电池的蓄电池车,此车的出现比世界上第一部内燃机型的汽车早了半个世纪。电动汽车在20世纪20年代达到了鼎盛时期,然而在燃油汽车出现后电动汽车无论在整车质量、动力性能、行驶里程、机动性和灵活性方面愈来愈落后于燃油汽车。在全球温室效应与能源问题逐渐受到各国政府的重视下,主要国家的污染法规渐趋严格,因此对低污染车辆的需求势必增加。随着各种高性能蓄电池和高效率电动机的不断出现,人们又把目光转向了零污染或超低污染排放的电动汽车。从20世纪70年代起,新一代电动汽车脱颖而出,涌现了各种高性能的电动汽车。
1电动汽车的优缺点
1.1电动汽车的优点
(1)环境污染小。这是电动汽车最突出的优点。电动汽车使用过程中不会产生废气,与传统汽车相比根本不存在大气污染问题。电动汽车在本质上是一种零排放汽车,一般无直接排放污染物,间接有关的污染物主要产生于发电和电池废弃物。就发电来说,水力、原子能发电等均十分清洁,就是污染严重的火力发电污染的控制难度也大大低于燃油汽车,电厂废气排放可以集中处理,技术和经济上都优于汽车的废气排放处理;就电池废弃物来讲,电池的后处理也可以集中进行,回收技术也逐渐成熟。因此无论从直接还是间接污染来说,电动汽车均是理想的“清洁车辆”。在美国加利福尼亚州进行的试验和研究表明,在综合考虑上述两个因素影响的前提下,使用电动汽车替代燃油汽车能大大降低CO和HC的排放量,NOx,SOx则随发电厂排污控制技术和使用清洁能源发电而降低。
(2)噪声低,甚至无噪声。这是电动汽车最直观的特点。现在大城市中汽车噪声已经成为一种比较严重的污染,减少噪声污染也是对今后汽车工业的考验。汽车发动机噪声是行驶过程中主要的噪声来源,从噪声的角度与燃油汽车相比,电动汽车有绝对的优势,相关资料显示电动汽车比同类燃油汽车低5 dB以上。
(3)节约能源。据测算,将原油提炼成汽、柴油并用于燃油汽车驱动时,平均能量利用率仅为14%左右。电动汽车即使使用燃烧重油发电的电厂输出的电,其能量经重油提炼、电厂热电转换、电力输配、电池充电、电动机损耗等环节,在电动机输出轴也可得到20%左右的能量。其他发电方式应用于电动汽车时能量利用率将更高。因此以电网电力为动力的电动汽车节能意义重大。
(4)改善能源消耗结构。我国已探明的石油储量仅占世界石油储量的2%-3%,从1993年我国成为石油进口国以来,2005年我国进口石油及其产品超过1.3亿t,石油对外依存度为42%。石油作为重要的能源和化工原料,节油对我国国民经济发展和能源安全有重大意义。目前,我国用于交通运输的石油消耗约占石油总消耗的一半。由此可见,使用电动车辆对减少石油资源消耗具有举足轻重的影响。
(5)高效率。这是电动汽车能源利用方面最显著的特点。在城市中,道路上车辆行驶较多,而且经常遇到红绿灯,车辆必须不断地停车和起步。对于传统燃油汽车而言,这不仅意味着消耗大量能源,而且也意味着更多汽车尾气排出。而使用电动汽车,减速停车时,可以将车辆的动能通过磁电效应,“再生”地转化为电能并贮存在蓄电池或其他储能器中,这样在停车时,就不必让电动机空转,可以大大提高能源的使用效率,减少空气污染。
(6)改善电网负荷。世界各国供电系统都存在负荷平衡问题。峰谷差甚至在1:0.5以下,若一辆电动汽车每天夜间平均能吸收50 kW/h的电能,需几十万辆电动汽车才能完成一个千万千瓦级电厂的调峰任务。因此,利用夜间对电动汽车充电,现有电网容量已经能适应若干年电动汽车发展对电能的需求,不但有利于电动汽车的能量补充,也有利于电网的峰谷平衡,减少为维持电网低负荷运转而引起的费用。
(7)结构简单,使用维修方便,经久耐用。这是电动汽车运行成本方面的最大亮点。与传统燃油汽车相比,电动汽车容易操纵、结构简单,运转传动部件相对较少,无需更换机油、油泵、消声装置等,也无需添加冷却液,车辆维护工作量少。如果有好的蓄电池,它的使用寿命也比燃油车长。
(8)使用范围广,不受所处环境影响。这是电动汽车另一优势所在。在特殊场合,比如不通风、冬天低温场所,或者高海拔缺氧的地方,内燃机车要么不能工作,要么效率降低,而电动车则完全不受影响。
1.2电动汽车的缺点
(1)电动汽车制造成本和价格问题。应该承认,撇开技术开发和前期生产投入不谈,电动汽车的批量生产成本会略高于传统燃油车的成本(含蓄电池)。但是,如果不含蓄电池成本,电动汽车批量生产成本不会高于燃油汽车。因为两者的主要区别在于发动机系统及其相关的整车和多能源控制系统。而电动机及驱动控制系统的大批量生产价格不会高于汽车发动机及其控制器的价格,这是举世公认的。目前电动机及其控制系统价格较高的主要原因是没有批量生产。从基础设施建设的角度看,推广使用电动汽车要比天然气汽车更经济,因为其充电站的建设、使用和维护费用要比天然气加气站低得多。
(2)电动汽车运行成本和价格问题。应该指出,制约电动汽车推广使用的瓶颈是动力蓄电池。动力蓄电池目前的主要问题是:因为能量密度较低而使电动汽车续驶里程较短;生产工艺不成熟而导致循环寿命不高(400次-1 000次);体积和重量较大而使车辆有效载荷降低;蓄电池价格较高而使电动汽车使用成本增加。就目前的技术和生产水平而言,动力蓄电池组的使用寿命在1年-2年,目前各国都在研制和推广使用蓄电池组管理系统和快速更换系统,以期将蓄电池组的使用寿命提高到3年~5年。
(3)产品可靠性和成熟性问题。传统汽车工业已经走过100多年的漫长发展历程,现代制造业和庞大的用户群体使得当今汽车产品技术发挥到极致,其产品可靠性和成熟性已经达到顶峰。电动汽车技术毕竟经历了几十年的休眠期,就目前而言,其成熟性和可靠性自然不能和传统燃油汽车相比,正如天然气汽车的产品成熟性和可靠性不能和燃油汽车相比一样。电动汽车的产品成熟性和可靠性需要有一定批量的产品进行试验,这一过程是不可或缺的。
(4)交通管理和环保产业政策倾斜问题。这是推广使用电动汽车必须解决的问题。正如几年前推广使用LPG和CNG公交车、出租车一样,政府一定要有经济上的补贴政策、使用上的优惠政策。
综上所述,推广使用电动汽车是解决能源危机和大气污染的有效途径之一。电动汽车是未来的主要交通工具之一,也是各国竞相研究、开发和推广应用的热点项目,其技术已经走向成熟,但是动力蓄电池却是制约推广使用的瓶颈。