纯电动汽车的起源比现在最常见的内燃机驱动的汽车要早。早在1828年,被称为直流电机之父的匈牙利发明家、工程师阿纽什·耶德利克(Anyos Jcdlik)在实验室成功试验了电磁驱动的行动装置。1831年,法拉第(Michacl FaradaY)发现了电磁感应定律,从而促进了电动机和发电机的发展,使电力交通成为可能。美国人托马斯·达文波特(Thomas Davenport)于1834年制造出第一辆直流电机驱动的搭载不可再充电电池的纯电动三轮车(图1-1),因此,托马斯于1837年获得美国电机行业的第一个专利。在1832年至1838年,苏格兰人罗伯特.安德森(Robert Andcrson)发明了电驱动的马车,这是一辆使用不能充电的初级电池驱动的车辆。1838年,苏格兰人罗伯特·戴维森(Roben Davidson)发明了电驱动的火车。1859年,普莱德(Plantc)的铅酸蓄电池研制成功;1874年,萨洛蒙发明了由蓄电池驱动的电动三轮车;1881年,真正的纯电动汽车由法国人古斯塔夫·特鲁夫(Custavc Trouvc)制造问世,它采用铅酸蓄电池供电,由0.1hp的直流电动机驱动。1899年,德国人波尔舍发明了一台轮毂电动机,以替代当时在汽车上普遍使用的链条传动,随后开发了Lohner—Porsche电动车,该车采用铅酸蓄电池作为动力源,由前轮内的轮毂电动机直接驱动,这也是第一部以保时捷命名的汽车。此后三四十年间,纯电动汽车在当时的汽车发展中占据着重要位置。据统计,截至1890年,在全世界4200辆汽车中,有38%为纯电动汽车,40%为蒸汽车,22%为内燃机汽车。在1899年和1900年期间,纯电动汽车的销量要比其他类型汽车的销量都要好。实际上,根据全美人口调查局的调查显示,1900年,纯电动汽车生产量占到美国汽车总产量的28%,所出售的纯电动汽车总价值超过了当年汽油汽车和蒸汽汽车总和。
图1-1 第一辆纯电动三轮车
在石油大量开发和内燃机技术提高的同时,电池技术的局限性导致纯电动汽车成本难以下降,譬如1912年,美国一款电动敞篷车的售价高达1750美元,而一款燃油汽车售价仅有650美元;同时交通路网的快速建设完成,要求车辆行驶速度更快、续航里程更长,而这也恰好是纯电动汽车的缺陷,因为当时没有晶体管技术,电动汽车的性能受到限制,极速大约只有32km/h,而当时内燃机汽车的速度就已经能够超过100km/h,所以靠电力驱动的汽车逐渐退出市场,只是在少数城市保留着很少的有轨电车和无轨电车。在中国,由于城市建设的发展,曾经真正环保、在城市公交中起到重要作用的电车,也由于种种原因基本退出了,但与此相反的是在轨道交通方面,电力驱动得到了飞速发展。
在石油资源枯竭来临、大气污染问题开始受到关注的今天,各主要汽车生产厂家又重新把目光聚焦到了纯电动汽车,开始投入资金和技术在纯电动汽车领域进行研发和试制。在20世纪60年代,当时的第一大汽车生产制造企业——通用汽车公司投资1500万美元开发出了Eleetrovair和Electrovan两款纯电动汽车。在1990年1月的洛杉矶汽车展上,通用汽车总裁向全球推介Impact纯电动轿车;1993年,Impact3开始进行批量生产;1995年通用EV1开始商业化生产,EV1最高时速可达128km/h,从静止加速到96km/h只需9s,一次充电可行驶144km。后来,通用电气公司和福特汽车公司联合开发出EXE—Ⅰ、EXE—Ⅱ纯电动汽车,以及福特自己生产的Think City。丰田的RAv4 LEV由于使用了镍氢电池,一次充电可行驶200km,零售价4.2万美元/辆(同型的汽油车零售价为2万美元/辆),其中电池成本占整车成本的40%。1997年法国雷诺公司推出装备锂电池的标致106纯电动汽车;1998年在日本和美国销售的ALTRA电动汽车采用锂电池,循环寿命长,可反复使用1200次,续驶里程124km;大众汽车公司在第18届国际纯电动汽车展会上推出的纯电动汽车采用了300kg的充电电池,汽车在12s内可从0加速到100km/h,最高车速140km/h;雷诺的Clio等也开始进行批量化生产,这些批量化生产的纯电动汽车采用的均是除铅酸蓄电池组以外的电池技术,安装的电机是交流感应电机或永磁同步电机。
真正让纯电动汽车重新回到公众视眼的是新成立的Tesla汽车公司于2006年发布的Roadster跑车(图1-2),该车车速从0加速到60mile/h只要3.9s,每次充电可行驶200mile,到2011年,新上市的Roadster的续航里程超过了240mile,但售价超过10万美元。而真正让纯电动汽车走人大众家庭的是2010年在美国开始销售的日产纯电动汽车Lear(图1-2),其续航里程为100mile,价格在3万美元左右,所以目前仍旧是全球销量最好的纯电动汽车。
2.国内新能源汽车的发展
当前我国新能源汽车的发展状况丰要表现为:纯电动汽车技术成熟,已在特定区域推广应用;混合动力汽车技术渐趋完善,进入商业化推广阶段;燃料电池汽车技术处于新的突破前期,正在成为新的研发重点。
图1-2 Tesla Roadster和日产纯电动汽车Leaf
国内较早涉足新能源研究的大型汽车集团是一汽集团,从20世纪末至今,新能源汽车的发展经历了十多年,从混合动力到插电式混动再到纯电动汽车研发,一汽集团在新能源技术方面有了一定的积累,2010年8月成立了新能源汽车分公司,目前对外宣传的纯电动汽车产品主要是奔腾B50EV和森雅M80EV。东风集团也是国内最早研究新能源汽车技术的大企业集团之一,其纯电动技术的研发始于“八五”期间,至今已经历时20个年头,在新能源汽车关键技术的自主研发方面有一定的积累,除了以日产公司的聆风车型为原型合资生产纯电动汽车启辰晨风外,目前东风风神e30和e301也将面世,如图1-3所示。上汽集团开发新能源汽车是从2001年年底与同济大学合作共同承担了国家“863”纯电动汽车重大专项开始的。但迄今为止,我们能看到的纯电动汽车产品仅是荣威e50,如图1-4所示,定位于城市新型代步工具,具备高效动力操控,节能环保特质,智能周全防护能力。上汽集团新能源方面的主要产品集中在插电混合动力领域。
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图1-3 东风风神E30和E30L
除了三大汽车集团外,最早进行纯电动汽车研发生产的是成立于2001年的天津清源电动车辆有限责任公司,其由中国汽车技术研究中心、天津力神电池股份有限公司、天津蓝天电源公司、天津汽车工业(集团)有限公司四家单位共同投资组建,是一家专门从事电动车辆整车及关键零部件的研究、开发、生产与经营的公司。2008年,清源公司曾投入巨资建成了国内第一条纯电动汽车整车生产线和纯电动汽车动力总成生产线。另外一家较早进入批量化生产纯电动汽车的是比亚迪股份有限公司,由于以研发生产电池起家,在电池技术领域处于国际领先水平,其搭载自主研发铁电池的比亚迪c6先行者是全球首款采用铁电池为动力的纯电动汽车。2010年5月,c6就成为首批电动出租车交付运营,2011年又对c6进行改进升级,面向个人用户销售,近年又有c5和秦(图1-5)等纯电动汽车下线进行销售。
图1-4 荣威e50
图1-5 比亚迪e5、e6和秦
2009年,我国“十城千辆节能与新能源汽车示范推广应用工程”的开展和国家关于《新能源汽车生产企业及产品准入管理规则》的推出,开启了新能源汽车发展的新篇章。与国际电动汽车品牌相比,自主品牌电动汽车企业更侧重于从市场接受度出发,重点发展微型和小型电动乘用车。奇瑞、江淮、吉利、长安、北汽等传统汽车制造企业开始陆续进行纯电动汽车的生产开发。
2009年11月14日,北汽集团成立北京新能源汽车股份有限公司,专门生产新能源纯电动汽车,第一款产品为E150EV。北汽新能源目前已经有EV系列的EV160、EV200,作为国家会议专用贵宾车的有ES系列的ES210,EX系列的EX200、EX260,EU系列的EU260等,还有作为国民普通用车的EC系列EC180,物流车威旺306EV、威旺307EV,使其成为纯电动汽车的领军引领者,如图1-6所示。
图1-6 北汽新能源系列车型
在国产纯电动汽车中,吉利众泰的知豆和吉利的康迪(图1-7)是较早使用换电池模式的,主要在杭州电动出租车领域推行。这些电动出租车统一采用“国家电网”标准电池,采取“换电”能源供给模式,即购置电动出租车不需要购买电池,而是向杭州纯电动汽车服务公司长期租用电池及成套换电服务,租金按物价部门批准的0.5元/km的价格标准支付。后来,为了在其他地区开拓市场,吉利也生产非换电模式的纯电动乘用车。
图1-7 康迪及电池更换
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