第一章 电动汽车的历史、现状及特点
1.1电动汽车的定义及种类
电动汽车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（又称二次电池），燃料电池、太阳能电池等。最常见的分类方法是把电动汽车分为蓄电池电动汽车、燃料电池汽车和混台动力电动汽车三类。其中，蓄电池电动汽车亦称二次电池电动汽车、纯电动汽车等，电动汽车还常以使用的电池名称命名，如氢燃料电池汽车、蓄电池汽车、太阳能电动汽车、铅蓄电池汽车等。
1.2电动汽车的历史与现状
1885年，世界上第一辆汽油机汽车由德国人本茨研制成功，并于1886年回月
26日获得专利，后人为了纪念本茨对汽车发展所作的贡献，将1886年1月26日定为世界L第一辆汽车诞生日。电动汽车的历史同样可以追溯到19世纪，并且早于内燃机汽车的发明时间，最早开发电动车辆的人为法国和英国人，1881年法国工程师古斯塔夫一特鲁夫发明了第一辆电动汽车铅酸蓄电池动力三轮车，并于1881年8月到11月间在巴黎举办的国际电器展览会上展出，遗憾的是这辆电动汽车的照片没有留下来。现在留有照片的最早的电动汽车是英国人阿顿和培里于1882年发明的三轮电动汽车。应该说明的是，若把一次电池电动汽车作为电动汽车的诞生日的话，则第一辆电动汽车的诞生时间是1873年，由英国人罗伯特一戴维森发明。戴维森制作的世界一最初可供实用的电动汽车是一辆载货车，长4800mm，宽 1800mm，使用铁、锌、汞台金与硫酸进行反应的一次电池。
电动汽车在欧洲发明之后，很快传到了美国，并在美国得到了快速发展。1890
年美国第一辆蓄电池汽车在美国衣阿华州诞生，时速达到23 km/h。在此之后的十多年里，电动汽车在美国飞速发展，到 1900年保有量已达到 33384辆。到 1900年为止，美国的电动汽车相对来说比内燃机车还要多占一些优势。其原因是在美国辽阔的乡村，当时坚硬道路稀少，而城市内大多都是坚硬的道路，市区面积狭小，因此，续驶里程为30英里并不被认为是一个严重的缺陷。英法两国
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的情况就大不一样，由干欧洲历史悠久，文化古老，在主要城市之间当时已有公路相连，无论什么天气，车辆都能行驶。因此，在英国和法国，汽油动力车就成为主要对象。连接主要城市的公路系统推动了旅游业的发展，而旅游业则要求车辆具有相当长的续驶里程。尤其是法国，当时汽车工业比较成熟，在1905年之前，机动车辆出口量居世界首位。但在1905年之后，由于美国各家汽车公司零部件的互换性提高，而且产品价格低廉，所以在此后的几十年里．美国一直是汽车出口量最大的国家。直到20世纪初，美国以蓄电池为动力的电动汽车占汽车保有量的38%，其比例仅次于占汽车保有量40%的蒸汽机汽车。到了1915年，美国电动汽车的年产量达5000辆。后来由于起动机的发明促进了汽油机汽车的发展和美国州际公路的发展，使电动汽车不能适应长距离行驶的缺点更为突出，因而电动汽车开始走向衰落，在1935年到1960年的25年里，电动汽车几乎处于停产状态，并逐步退出使用。
20世纪60年代，随着汽车保有量的增加，汽车的排气污染使美国等发达国
家相继出现光化学烟雾等空与污染事故，使人们的健康与生命安全受到了严重威胁。因而，首先在受到汽车污染威胁的汽车工业发达国家又重新开始电动汽车的开发。如日本在1976年就成立了电动汽车协会，并开展了电动汽车的研究与开发工作。但是，由于电动汽车技术一直没有重大突破，到20世纪80年代电动汽车的研究、开发和应用仍然处于停滞不前的状态。1900年9月美国加州政府通过的法规规定了“零排放车辆”ZEV的销售比例，随后其他各州仿效立法，这些措施推动了美国及世界范围内电动汽车的迅速发展。1991年美国三大汽车公司签订协议，合作研究电动汽车用先进电池，成立美国先进电池联台体USABC;同年 7月美国电力研究院 EPRI参加了美国先进电池联台体，10月布什总统批准了226亿美元拨款资助此项研究。通用汽车公司于1990年在洛杉矶展出“冲击”牌电动轿车，该车采用铅酸电池与高新技术。从此掀起了一个以高新技术为基础、得到各国政府大力支持的、世界性的电动汽车研发热潮。
1.3电动汽车的优势
电动汽车包括蓄电池车、燃料电池车和混合动力电动汽车三类。由传统的汽车动力（如内燃机等）和电力组成的混合动力电动汽车由于装备了内燃机等传统的汽车动力，因此，此类混合动力车仅在以电力运行时具备蓄电池汽车和燃料电池汽车的一些优势。故在以下论述一些优势中，对混合动力电动汽车仅指以电力运行时而言。
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1.3.1良好的环境保护效果
燃料电池电动汽车通常以富氢气体为燃料，而富氢气体的主要来源是通过矿物燃料取。在富氢气体的制取过程中，其CO2的排放量比热机过程减少40%以上，这对缓解地球的温室效应是十分重要的。由于燃料电池的燃料在反应前必须脱除硫及其化合物，而且燃料电池是按电化学原理发电，不经过热机的燃烧过程，所以它几乎不排放氮、硫氧化物，减轻了对大气的污染。当燃料电池以纯氢为燃料时，它的化学反应产物仅为水，从根本上消除了NOX、SOX及CO2等的排放。故以纯氢为燃料的燃料电池电动汽车在行驶中不排放任何有害气体（包括CO2）。蓄电池车以电力为动力，混合动力电动车在城市运行时也可以仅使用储存的电力。因此可以说，电动汽车是零排放汽车。电动汽车可广泛应用于城市公交、公共场所以及对排放控制有特殊要求的地方。但是如果算总账，并不能说电动汽车是零排放汽车，因为电动汽车使用的电能或燃料电池车使用的燃料，在其生产过程中已产生了NOX和CO2等污染物。表1-5为燃料制造过程中NOX的排放值，图1-5为单位里程的NOX排放量随汽车种类的变化，其中FCEV的燃料氢和甲醇假定由天然气制造（图中小线段为误差范围）[2]。
表1-5 NOx排放量比较
燃料种类 汽 油 柴 油 电 力 甲 醇 氢 NOx排放量/（G·MJ-1） 0.113 0.056 0.047 0.019-0.022 0.022-0.042 1.3.2噪声低
燃料电池按电化学原理工作，运动部件很少，无内燃机的燃烧噪声和进气门、排气门、活塞与曲轴等运动部件的机械噪声。燃料电池系统中最大的噪声源是空气压缩机（仅采用压力供气的燃料电池）。在没有采取隔声措施的燃料电池概念车中，空气压缩机在汽车运行中产生的噪声也相当大。总的来看，燃料电池车的噪声明显低于内燃机汽车。实验表明，4.5MW和11MW的大功率磷酸燃料电池电站的噪声水平已经达到不高于55dB的水平。蓄电池汽车和混合动力电动汽车仅使用储存的电力在城市运行时也具备类似特点。因此可以说，电动汽车工作时产生的噪声低，较传统汽车安静。汽车加速和等速运行时的噪声构成情况。可见在加速时发动机及其排气系统的噪声占有很大比例，等速行驶时轮胎的噪声大。在汽车加速时，对于电动汽车而言，没有与发动机相关的如排气系统等的噪声；对混合动力车而言，发动机仍然稳定运转，与发动机的噪声大约为汽油机和柴油机的一半；燃料电池车加速时动力系统的噪声主要来自进气系统和冷却风扇
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等。如果以柴油车和汽油车加速时噪声作为1，则燃料电池车FCEV、蓄电池车及混合动力车加速时的噪声。可见电动汽车加速时的噪声明显低于普通汽车。
1.3.3可以改善能源结构、解决汽车的替代能源问题
装备蓄电池的电动汽车所消耗的电能可以由普通电网得到，故所有获取电能的方法都可以用作电动汽车的能源获取途径，如水力发电、核能发电、潮汐发电、燃煤发电、风能发电、地热发电及太阳能发电等。燃料电池可以以氢、甲醇等非化石燃料为能源，因此电动汽车改变了传统汽车单纯依赖石油燃料的不足，既可改变能源结构、弥补化石燃料的不足，又可以作为石油枯竭后的交通工具，因此可以说开发电动汽车具有重要的能源战略意义。
1.4电动汽车的主要不足
1.4.1续驶里程短，载质量小
能量密度（指单位体积的动力电池组所能输出的能量）低是除内燃机混合动力车外的电动汽车存在的最大的问题。目前实际使用的电池有铅酸电池、镍－镉电池、镍－氢电池、锂离子电池等，常见的蓄电池比能量（指单位质量的动力电池组所能输出的能量）的范围为35～110Wh/kg，而汽油的低热值为44MJ/kg（即为1.2×104Wh/kg），可见汽油的能量密度约为蓄电池的110～340倍，即使把电动机的工作效率高于发动机这一因素考虑在内，两者之差也相当悬殊。镍－氢电池、锂离子电池等电动汽车的一次充电行驶里程目前虽然已超过200km，最高车速已超过130km/h，但这仍然难以和内燃机汽车相比。燃料电池车由于采取了35MPa的高压储存技术等各种措施，其续驶里程已超过300km，但仍然无法与燃油汽车相比。内燃机混合动力汽车虽然没有续驶里程短的问题，但由于其结构复杂，在载重量上仍然难以与传统内燃机汽车相比，加之其在制造成本和可靠性等方面的不足，目前仍然难以与传统内燃机汽车相媲美。
1.4.2制造成本高
目前纯电动汽车的价格一般为同级燃油汽车的2～5倍。当然生产规模扩大后，会有一定幅度的降低，但仍然难以达到内燃机汽车的水平。内燃机混合动力汽车价格明显高于同级别的燃油汽车。燃料电池汽车的价格非常昂贵，达到同级别的燃油汽车的数十倍，甚至上百倍，还处于消费者无法接受的地步。
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