Después de que estallaron las tres crisis petroleras mundiales en la década de 1970, las empresas automotrices multinacionales comenzaron a desarrollar varios tipos de vehículos eléctricos. Después del Octavo Plan Quinquenal, el Noveno Plan Quinquenal y el Décimo Plan Quinquenal, nuestro país ha invertido mucha mano de obra, recursos materiales y recursos financieros en la investigación y el desarrollo de vehículos eléctricos, y ha logrado una serie de resultados de investigaciones científicas. Sin embargo, hasta el momento, no hay muchos proyectos que realmente puedan transformar estos resultados de investigación científica en productos y lograr la producción industrial. Las grandes empresas automovilísticas extranjeras han invertido mucho más dinero y mano de obra que China, y pocos productos de vehículos eléctricos se han puesto en producción en masa. Con la profundización de la crisis energética mundial, el agotamiento de los recursos petroleros, la contaminación del aire y el aumento de las temperaturas globales, los gobiernos y las empresas automovilísticas de todo el mundo se han dado cuenta en general de que la conservación de energía y la reducción de emisiones son las principales direcciones para el desarrollo del futuro automóvil. La tecnología. El desarrollo de vehículos eléctricos será la solución a estos dos problemas. La mejor manera de resolver las grandes dificultades técnicas. A continuación le presentaremos el estado actual y las tendencias de desarrollo de los vehículos eléctricos.
1. Situación actual de los vehículos eléctricos
Los vehículos eléctricos modernos generalmente se pueden dividir en tres categorías: vehículos eléctricos puros (BEV), vehículos eléctricos híbridos (HEV) y vehículos eléctricos de pila de combustible. (FCEV) ). Pero en los últimos años, los vehículos híbridos tradicionales han derivado en un vehículo híbrido enchufable, denominado PHEV. Este artículo presenta y revisa brevemente algunos temas y tendencias en la investigación y el desarrollo de tecnología de vehículos eléctricos.
1. Vehículos eléctricos puros (BEV)
Los vehículos eléctricos desnudos se refieren a vehículos eléctricos propulsados íntegramente por baterías. Aunque tiene una larga trayectoria de 134 años, sólo se ha utilizado en algunos campos concretos y el mercado es muy pequeño. La razón principal es que varios tipos de baterías generalmente tienen graves deficiencias, como precio elevado, vida corta, gran tamaño y peso y tiempo de carga prolongado. Los indicadores de rendimiento reales y los precios promedio de mercado de las baterías de plomo-ácido, baterías de níquel-hidruro metálico y baterías de iones de litio que se utilizan actualmente se muestran en la Tabla 1. Con base en el ciclo de vida real y el precio de mercado, podemos estimar el costo de los vehículos eléctricos por 1 kWh de electricidad generada por varias baterías. Al calcular, se supone que el estado de carga recargable (SOC) máximo de la batería es 0,9 y el SOC de descarga es 0,2, es decir, la capacidad real disponible de la batería solo representa el 70% de la capacidad total del precio del suministro de energía; de la red eléctrica es de 0,5 yuanes/kWh, y la eficiencia media de carga y descarga de la batería es de 0,75.
Se puede ver en el cálculo aproximado de la Tabla 1 que, aunque solo es necesario tomar energía de la red
0,5 yuanes/kWh, después de cargar la batería y sacarla , la batería de plomo-ácido costará 1 kilovatio. El precio de la electricidad por hora es de aproximadamente 3,05 yuanes, de los cuales la tarifa de depreciación de la batería es de 2,38 yuanes y la tarifa de suministro de energía es de 0,67 yuanes. El costo de las baterías de hidruro metálico de níquel es de 1. El kilovatio-hora de electricidad cuesta 9,6 yuanes y las baterías de iones de litio cuestan 10,2 yuanes.
En la actualidad, el precio del uso de motores diésel para generar electricidad en el mercado interno es de aproximadamente 3 yuanes/kWh. Si se utiliza un motor de gasolina para generar electricidad, el precio del suministro de energía se estima en 4 yuanes/kWh, es decir, el precio de la energía eléctrica proporcionada por un motor de plomo-ácido es aproximadamente el mismo que el de un motor diésel. Teniendo en cuenta el coste de obtención de energía, las baterías de plomo-ácido tienen cierta ventaja de precio sobre los motores de gasolina. Sin embargo, debido a que son demasiado voluminosas y requieren largos tiempos de carga, sólo se utilizan mucho en vehículos con velocidades inferiores a 50 kilómetros por hora.
En diversos vehículos del recinto, carritos de golf, camiones de basura, montacargas y bicicletas eléctricas. La práctica ha demostrado que en este mercado de productos de gama baja, las baterías de plomo-ácido son muy competitivas y prácticas.
La principal ventaja de las baterías de níquel-hidruro metálico es su vida relativamente larga, pero como el níquel metálico representa el 60% de su coste, el precio de las baterías de níquel-hidruro metálico sigue siendo alto. La tecnología de las baterías de iones de litio se está desarrollando rápidamente. En los últimos 10 años, su energía específica ha aumentado de 100 Wh/kg a 180 Wh/kg, su potencia específica puede alcanzar los 2000 W/kg, su ciclo de vida puede alcanzar más de 1000 veces y su temperatura de funcionamiento el rango es - 40~55 ℃. Banco Agrícola de América
Los objetivos de desarrollo de la tecnología de baterías de iones de litio formulados en 2002 se muestran en la Tabla 2.
En los últimos años, debido a importantes avances en la investigación y el desarrollo de baterías de fosfato de hierro y iones de litio, la seguridad de las baterías ha mejorado enormemente. En la actualidad, muchos países desarrollados han adoptado baterías de iones de litio como la dirección principal de las baterías de vehículos eléctricos.
China tiene ventajas en materia de recursos de litio. En 2004, la producción de baterías de litio representó el 37,1% del mercado mundial. Se prevé que después de 2015, la rentabilidad de las baterías de iones de litio alcance un nivel que pueda competir con las baterías de plomo-ácido, convirtiéndose en la principal batería de energía para los futuros vehículos eléctricos.
La Figura 1 muestra las curvas de volumen/rendimiento y rentabilidad de varios vehículos eléctricos puros nacionales y extranjeros. Debido a su bajo costo, la producción anual en China de vehículos de bajo rendimiento, como bicicletas eléctricas, alcanzó los 20 millones de unidades sólo en 2006. Aunque el deportivo eléctrico Impact 1 producido por General Motors de Estados Unidos ha alcanzado gran potencia, solo se produjeron 50 unidades debido a su elevado precio. La producción anual de vagones de bajo rendimiento en mi país es de aproximadamente 7.000 a 8.000 unidades; los microvehículos eléctricos producidos por Tianjin Qingyuan Electric Vehicle Co., Ltd. tienen una velocidad máxima de sólo 50 km/h y una producción anual de más de 50 km/h. 1.000 unidades pueden ser vehículos eléctricos puros aceptables en el mercado actual. Todos los vehículos eléctricos mencionados anteriormente funcionan con baterías de plomo-ácido. A medida que las baterías de iones de litio de alto rendimiento se vuelven más rentables, en los próximos 5 a 10 años pueden aparecer en el mercado vehículos eléctricos puros de alto rendimiento con una velocidad máxima de ≥100 km/h y una autonomía de conducción de ≥250 km.
2. Vehículos eléctricos híbridos
Dado que la rentabilidad de los vehículos eléctricos puros impulsados por baterías ha sido durante mucho tiempo mucho menor que la de los vehículos tradicionales con motor de combustión interna, es difícil competir. con vehículos tradicionales. Desde la década de 1990, las principales empresas automovilísticas han comenzado a desarrollar vehículos híbridos. La japonesa Toyota tomó la delantera en el lanzamiento del automóvil híbrido Prius al mercado en 1997 y logró un gran éxito en Japón, Estados Unidos y los mercados europeos, con una producción y ventas acumuladas que superaron los 600.000 vehículos. Posteriormente, la japonesa Honda, la estadounidense Ford, General Motors y algunas grandes empresas europeas también introdujeron en el mercado varios tipos de vehículos híbridos.
2.1 La necesidad de desarrollar vehículos eléctricos totalmente híbridos
Los vehículos híbridos se refieren a vehículos con más de dos fuentes de energía, una de las cuales puede liberar energía eléctrica. Según los diferentes modos de potencia híbrida, los vehículos híbridos se pueden dividir en serie, paralelo e híbridos. Según el grado de mezcla (la relación entre la potencia del motor y la potencia del motor de combustión interna), se puede dividir en tres tipos: microhíbrido, híbrido ligero y híbrido completo. Entre ellos, el arrancador/generador con transmisión por correa externa (BSG) es una estructura típica de los vehículos microhíbridos. Su potencia de motor es generalmente de sólo 2 a 3 kW. Puede ahorrar de 5 a 7 combustibles confiando en las funciones de parada y corte de combustible del motor. . Agregar un motor de disco eléctrico/generador (ISG) al extremo trasero del cigüeñal del motor es una estructura típica de los vehículos eléctricos híbridos suaves. Tiene función de propulsión puramente eléctrica y puede considerarse como un vehículo híbrido completo o híbrido híbrido típico. El Toyota Prius es uno de esos vehículos totalmente híbridos. En la actualidad, los vehículos híbridos desarrollados por varias empresas automotrices nacionales utilizan principalmente soluciones híbridas suaves ISG o híbridas suaves BSG, principalmente porque la dificultad técnica y el costo de producción de estas dos soluciones son relativamente bajos. Pero según la investigación, la tasa de ahorro de combustible de los vehículos híbridos es casi directamente proporcional al grado de combinación de potencia y rendimiento del vehículo (Figura 2). Por tanto, a largo plazo, el desarrollo de vehículos eléctricos totalmente híbridos es una tendencia inevitable.
2.2 RD y situación del mercado
A continuación se presenta la investigación y el desarrollo y la situación del mercado de los turismos híbridos y los autobuses híbridos.
Tomando como ejemplo el Toyota Prius, que tiene la mejor eficiencia de combustible, los datos de comparación del consumo de combustible entre este y el Toyota Corrolla en diferentes condiciones de trabajo en China se muestran en la Tabla 3. La tasa promedio de ahorro de combustible en diversas condiciones de trabajo es de 39,6 y el ahorro promedio de combustible por cada 100 kilómetros es de 3,07 litros.
Con base en que el precio de la gasolina No. 97 es de 5 yuanes/litro, el costo del combustible se puede ahorrar en 15,35 yuanes cada 100 kilómetros, y el costo del combustible para conducir 200.000 kilómetros es de solo 30.700 yuanes, lo que es Evidentemente, no es suficiente para compensar el aumento del coste de compra de un coche híbrido. Según estadísticas de la Asociación China de Fabricantes de Automóviles, las ventas del FAW Toyota Prius en 2006 fueron sólo de 265.438.052 unidades, lo que representa el 0,04 del total de ventas de automóviles de pasajeros del país. Teniendo en cuenta la sensibilidad de los usuarios chinos a los precios de los automóviles, este desempeño de las ventas no es sorprendente. Se puede creer que en un futuro próximo, sin un fuerte apoyo gubernamental, los turismos híbridos no tendrán un gran mercado en China.
2.3 Características de uso de los autobuses urbanos
En China, la situación de los autobuses urbanos y los turismos privados es muy diferente, que se puede resumir de la siguiente manera:
(1 )Según las estadísticas, el 70% de los residentes urbanos de China prefieren tomar el autobús para viajar a diario. La mayoría de los gobiernos urbanos de China siguen una política de transporte que prioriza el transporte público, y China ocupa el primer lugar en el mundo en términos de producción anual y propiedad de autobuses.
(2) La mayoría de los autobuses urbanos de mi país están subsidiados por el gobierno municipal. Si los autobuses cumplen con los requisitos de conservación de combustible y reducción de emisiones será un principio de adquisición importante que el gobierno deberá considerar. p>
(3) Desde una perspectiva técnica, en condiciones de operación urbana, los autobuses frecuentemente arrancan, aceleran, frenan y paran, consumiendo una gran cantidad de combustible adicional. La Tabla 4 enumera la proporción del consumo de energía de frenado del vehículo (consumo de combustible) en cuatro condiciones de trabajo urbanas típicas en países extranjeros, y el promedio aritmético es 47,1. Es decir, casi la mitad del consumo de combustible se debe al frenado frecuente, lo que deja un margen considerable para el ahorro de combustible y la reducción de emisiones de los autobuses híbridos.
Es precisamente en vista de las características anteriores que al menos 7 u 8 empresas automotrices en mi país se centrarán en la investigación, el desarrollo y la producción de autobuses híbridos. Tras el desarrollo de los últimos años, aunque se han logrado una serie de resultados notables, la tasa de ahorro de combustible de los autobuses no ha cumplido los requisitos esperados. Para un autobús híbrido con un peso total de 15,5 toneladas y una longitud de 11 m, el consumo real de combustible es mayoritariamente de 33 ~ 35 litros, con una media de 34 litros/100 km. Si se trata de un autobús tradicional, el consumo medio de combustible de un autobús de 11 m es de 40 l/100 km y la tasa de ahorro de combustible es de sólo 15.
2.4 Razones por las que es difícil mejorar aún más la tasa de ahorro de combustible
Hay dos razones principales por las que es difícil mejorar aún más la tasa de ahorro de combustible:
(1) El proceso de frenado del coche es muy lento, la mitad menos de 10s. En solo unos segundos, el motor requiere una gran corriente para recuperar efectivamente la energía de frenado, pero la tasa de carga de la batería es solo la mitad de la tasa de descarga, por lo que la batería no puede aceptar una carga de alta corriente. En teoría, se puede recuperar entre el 50% y el 60% de la energía de frenado de un automóvil, pero la energía de frenado realmente recuperada
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(2) Si un autobús híbrido Corta Eliminar el combustible al parar, incluso durante el rodaje, puede ahorrar alrededor de 65.438.000 combustibles (4 litros/65.438.000 km). De hecho, los motores diésel domésticos no están diseñados específicamente para vehículos híbridos, por lo que generalmente no se permiten paradas frecuentes ni cortes de combustible; de lo contrario, el sistema de suministro de combustible y el sobrealimentador de gases de escape podrían dañarse, lo que afectaría gravemente la vida útil del motor diésel. En segundo lugar, se debe instalar una bomba de aceite de dirección eléctrica, un compresor de aire eléctrico y un sistema de aire acondicionado eléctrico cuando el vehículo está detenido y se corta el combustible. Esto aumentará considerablemente el costo y el peso del vehículo y no necesariamente es un costo. Por lo tanto, recientemente, la mayoría de los vehículos no han implementado la función de corte de combustible cuando el vehículo está parado. Por ello, el desarrollo actual de los HEV se centra en el ahorro de combustible y la reducción del consumo. En respuesta a los problemas anteriores, los investigadores han propuesto diferentes soluciones, como el uso de supercondensadores con una densidad de potencia 10 veces mayor que la de las baterías de plomo-ácido, que pueden absorber rápidamente grandes corrientes para cargar, absorber rápidamente energía cuando los vehículos híbridos frenan y aumentar considerablemente. Energía de frenado. Excelentes características de tasa de recuperación. Además, también tiene las ventajas de un ciclo de vida prolongado, alta eficiencia de carga y descarga, excelente resistencia a bajas temperaturas y no requiere mantenimiento. Esta solución se ve afectada por el elevado precio de los supercondensadores, lo que limita su amplia aplicación en vehículos híbridos. Después de reducir aún más los costos y aumentar la densidad de energía, lo más probable es que los supercondensadores se utilicen por primera vez en autobuses híbridos.
3. Vehículos híbridos enchufables
Los vehículos híbridos enchufables son el último tipo de vehículos híbridos que en los últimos años han recibido una amplia atención por parte de los gobiernos, las empresas automotrices y la investigación. instituciones. Los expertos nacionales y extranjeros creen que se espera que el PHEV se utilice ampliamente en unos pocos años.
Según las estadísticas, más del 80% de los residentes urbanos franceses conducen menos de 50 km. En Estados Unidos, más del 60% de los conductores conducen menos de 50 km y más del 80% de la gente conduce menos de 50 km. 50 kilómetros.
90 kilómetros es especialmente adecuado para trabajadores asalariados que solo conducen hacia y desde el trabajo 5 días a la semana con un kilometraje de 50 ~ 90 km.
PHEV agrega condiciones de conducción puramente eléctricas a los vehículos híbridos y aumenta la capacidad de la batería, lo que permite que PHEV viaje de 50 a 90 km en condiciones de conducción puramente eléctrica. Si se excede este kilometraje, se debe arrancar el motor de combustión interna y adoptar el modo de conducción híbrido. Por lo tanto, la capacidad de la batería de los PHEV es generalmente de 5 ~ 10 kW·h, que es aproximadamente de 30 a 50 veces la de los vehículos eléctricos puros y de 3 a 5 veces la de los vehículos híbridos generales. Se puede decir que PHEV es un producto de transición entre vehículos híbridos y vehículos eléctricos puros. En comparación con los vehículos tradicionales con motor de combustión interna y los vehículos eléctricos híbridos (HEV) ordinarios (ver Tabla 5), los PHEV dependen más de baterías para impulsar los vehículos, por lo que su economía de combustible mejora aún más y emiten menos dióxido de carbono y óxidos de nitrógeno. Debido al aumento en la capacidad de la batería, el precio de cada vehículo es al menos $2,000 más alto que el de un HEV general.
La Figura 3 muestra cuatro tipos diferentes de turismos y la capacidad de su batería se compara con el precio del coche, el consumo de combustible y las emisiones de escape. Se puede ver que a medida que aumenta la capacidad de la batería, el precio del automóvil aumentará, pero el consumo de combustible y las emisiones de escape disminuirán. Por lo tanto, se puede creer que los vehículos eléctricos ahorran combustible y reducen las emisiones a expensas del uso y desgaste de la batería. La mejora sustancial en el rendimiento de costos de las baterías eléctricas será la clave para la rápida popularización y uso de los vehículos eléctricos.
Generalmente, el SOC de las baterías HEV solo fluctúa dentro de un rango pequeño (como 2 ~ 3), por lo que el ciclo de vida es muy largo, mientras que el SOC de las baterías PHEV debe fluctuar dentro de un rango grande. (como 40), que pertenece a la carga y descarga profunda, por lo que el ciclo de vida es mucho más corto, similar a los vehículos eléctricos puros (PEV). Actualmente, los PHEV utilizan baterías avanzadas de iones de litio. Como puede verse en la Tabla 1, por cada kWh de energía eléctrica liberada por una batería de iones de litio, el consumo de energía es de 10,2 yuanes, lo que equivale a la combustión interna.
Tres veces el coste del consumo de energía por kilovatio hora. A medida que aumentan los precios mundiales del petróleo, el consumo de energía de los motores de combustión interna también aumentará, mientras que el consumo de energía de las baterías de iones de litio disminuirá con el avance tecnológico y la expansión de la producción (Figura 4). Los dos pueden alcanzar un punto de equilibrio entre 2015 y 2020. . Por lo tanto, se espera que el PHEV se utilice ampliamente en 10 años.
4. Vehículo eléctrico de pila de combustible
Ya en 1839, el británico Grover propuso el principio de la reacción hidrógeno-oxígeno para generar electricidad. Las pilas de combustible de hidrógeno líquido y oxígeno líquido se desarrollaron en la década de 1960 y fueron utilizadas por primera vez con fines aeroespaciales y militares por la empresa estadounidense UTC. En los últimos 20 años, debido a la crisis del petróleo y a la cada vez más grave contaminación del aire, la tecnología de pilas de combustible representada por una membrana de intercambio de protones ha atraído una amplia atención de países de todo el mundo. Las principales empresas automotrices multinacionales han invertido mucho en el desarrollo de varios tipos de vehículos eléctricos de pila de combustible (FCEV).
4.1 Las principales ventajas de la pila de combustible de membrana de intercambio de protones (PEMFC)
(1) Sus productos de emisión son agua y vapor, cero contaminación;
(2 ) La eficiencia de conversión de energía puede llegar a 60-70;
(3) Sin vibración mecánica, bajo nivel de ruido, baja radiación térmica
(4) 75% de la masa; del universo es hidrógeno, casi en todas partes de la tierra. Todo es hidrógeno. El hidrógeno es también el elemento químico más ligero, tiene la mejor conductividad térmica y es inflamable.
(5) El poder calorífico del hidrógeno es muy alto. El poder calorífico de 1kg de hidrógeno equivale a 3,8L de gasolina.
4.2 Cuestiones técnicas y económicas de los vehículos eléctricos de pila de combustible
En China, el Ministerio de Ciencia y Tecnología incluyó los autobuses de pila de combustible en los planes quinquenales décimo y undécimo y en la investigación. y el desarrollo de vehículos de pila de combustible figuran entre los "863" principales proyectos científicos y tecnológicos. Y ha logrado una serie de importantes logros científicos y tecnológicos, pero en muchos años de práctica de investigación científica, también han quedado expuestos algunos problemas técnicos y económicos:
(1) El motor de pila de combustible tiene una durabilidad corta.
Generalmente, sólo se necesitan entre 1.000 y 1.200 horas (hasta 2.200 horas en el extranjero). Cuando un vehículo de pila de combustible recorre entre 40.000 y 50.000 kilómetros, su potencia disminuirá ~40, lo que es muy diferente de un motor de combustión interna tradicional que generalmente puede recorrer más de 500.000 kilómetros.
(2) El coste de fabricación de los motores de pila de combustible sigue siendo elevado.
En general, se estima en 30.000 yuanes/kW (el costo en el exterior es de aproximadamente 3.000 dólares estadounidenses/kW), lo que representa una enorme diferencia en comparación con los motores de combustión interna tradicionales, que solo cuestan entre 200 y 350 yuanes/kW. . Debido a que los componentes clave como las membranas de intercambio de protones, el papel carbón, los catalizadores de metal de platino, el polvo de grafito de alta pureza, las bombas de recuperación de hidrógeno y las bombas de aire presurizado son todos importados, no hay ninguna ventaja de costos en comparación con los países extranjeros;
(3) Los motores de pila de combustible tienen poca adaptabilidad al entorno de trabajo.
Los productos domésticos pueden funcionar a temperaturas de 0 ~ 40 ℃. Hay problemas de congelación por debajo de 0 ℃ y no pueden funcionar correctamente cuando se sobrecalientan por encima de 40 ℃, además, son muy resistentes al polvo y al monóxido de carbono; y sulfuros en el aire, los catalizadores de platino sensibles se contaminan y envenenan fácilmente.
(4) El coste del uso de vehículos de pila de combustible es demasiado elevado.
Por ejemplo, hidrógeno de alta pureza (99,999) y alta presión (>: el precio de 200 autobuses es de aproximadamente 80 ~ 100 yuanes/kg. Se calcula que 1 kg de hidrógeno puede generar 10 kWh de electricidad, el coste del combustible por sí solo es de unos 10 yuanes
/kWh, calculado en base a la vida útil del motor de pila de combustible de 1.000 horas, el coste de depreciación es de 30 yuanes/kWh, por lo que el coste total de la energía puede llegar a ser de hasta 10 yuanes/kWh. 40 yuanes 0kWh Comparando la Tabla 1, se puede ver que, al menos en la actualidad, el costo del motor de pila de combustible para proporcionar 1kWh de energía eléctrica es mucho mayor que el de varias baterías de potencia, lo que refleja que todavía queda un largo camino. Aún queda mucho por hacer antes de que los vehículos de pila de combustible puedan utilizarse como fuente de energía para los automóviles.
4.3 Temas de investigación actuales sobre los vehículos eléctricos de pila de combustible
Aunque hay tantos problemas, las pilas de combustible sí lo son. sigue siendo la fuente de energía más limpia, silenciosa e infinitamente renovable inventada por la humanidad hasta el momento. Es digno de nuestros mayores esfuerzos para lograr la industrialización de los vehículos eléctricos de pila de combustible.
Para ello, se recomienda. partir de los siguientes aspectos:
(1) Estudio en profundidad de la teoría básica y los materiales de las pilas de combustible con un pensamiento más innovador, como tratar de encontrar metales distintos del platino y esforzarse por desarrollar metales; placas bipolares como membranas de intercambio de protones que son resistentes a la corrosión eléctrica, resistencia a altas temperaturas (>: 110 °C) y alta resistencia mecánica
(2) Esforzarse por lograr la producción nacional de componentes clave como la copia. bombas de papel y aire de refuerzo y reducir el costo de toda la máquina;
(3) Mejorar aún más la tecnología de optimización e integración de toda la máquina y esforzarse por mejorar la resistencia a la intemperie (altas y bajas temperaturas). cambios), resistencia a la contaminación del aire y cambios rápidos en la carga eléctrica.
5. Clasificación de motores y ruedas eléctricas
Los motores de propulsión de vehículos eléctricos son un componente esencial y clave de todos los vehículos eléctricos. Actualmente, existen cuatro motores ampliamente utilizados: motores sin escobillas de CC y motores sin escobillas de imanes permanentes, motores de inducción de CA y motores de reluctancia conmutada
La mayoría de los vehículos eléctricos desarrollados en Estados Unidos y Alemania utilizan motores de inducción de CA. Las principales ventajas son el bajo precio, la alta eficiencia y el peso ligero, pero el bajo par de arranque. Casi todos los vehículos eléctricos desarrollados en Japón utilizan motores sin escobillas de imanes permanentes. Motores de inducción, pero el precio es generalmente más alto que el de los materiales de imán permanente. El motor de resistencia tiene una estructura relativamente nueva y tiene las ventajas de una estructura simple, confiabilidad, bajo costo, buen rendimiento de arranque y sin gran corriente de entrada. ventajas del control de frecuencia del motor de inducción de CA y el control de velocidad del motor de CC. La desventaja es que es ruidoso, pero todavía hay margen de mejora para enumerar la comparación de los cuatro motores. Los motores de la Tabla 6 tienen sus propias ventajas y desventajas, pero para los vehículos eléctricos, dado que la energía eléctrica es generada por Varias baterías son costosas y valiosas, por lo que es más razonable usar un motor sin escobillas de imán permanente de eficiencia relativamente alta, que ha sido ampliamente utilizado en vehículos eléctricos modernos con una potencia de menos de 100kW.
Además, cada vez más automóviles eléctricos en el extranjero utilizan ruedas eléctricas avanzadas (también llamadas motores de cubo), que utilizan motores (en su mayoría sin escobillas de imán permanente). ) para impulsar directamente las ruedas, por lo que no hay cajas de cambios, ejes de transmisión, ejes motrices, etc. de los automóviles tradicionales. Los complejos componentes de transmisión mecánica y la estructura del automóvil se simplifican enormemente. Pero requiere que el motor tenga un gran par a baja velocidad, especialmente para vehículos militares todoterreno. La velocidad del punto base del motor: la velocidad máxima = 1:10 (consulte la Figura 5). En los últimos años, Estados Unidos, Gran Bretaña, Francia, Alemania y otros países han aplicado la tecnología de ruedas eléctricas a vehículos militares todoterreno y tanques ligeros, y han logrado grandes resultados.
Por ejemplo, el Cuerpo de Marines de Estados Unidos ha desarrollado una serie de vehículos todoterreno híbridos "Shadow" basados en el Hummer, que utilizan tecnología de ruedas eléctricas. Su estructura y principales parámetros técnicos se muestran en la Tabla 7. En comparación con el Hummer tradicional, en las mismas condiciones de prueba de reconocimiento, el Hummer consume 472 kg de combustible, mientras que el Shadow consume sólo 200 kg de combustible. En la misma carretera de fondo, el Hummer corrió durante 32 minutos, mientras que el Shadow sólo tardó 13 minutos y 50 segundos. Además, también tiene las ventajas de ser silencioso y sin "huellas de calor" en modo puramente eléctrico. Con un rendimiento tan excelente, se informa que el ejército estadounidense ha decidido dejar de producir el Humvee tradicional y reemplazarlo con un nuevo vehículo militar híbrido eléctrico de ruedas "Shadow". Esta importante tendencia de desarrollo debería atraer gran atención.
2. Tendencias de desarrollo del vehículo eléctrico
En resumen, del análisis técnico/económico, podemos extraer las siguientes conclusiones sobre el estado actual y futuro de la tecnología del vehículo eléctrico:
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(1) Con base en los precios actuales del mercado interno, podemos calcular aproximadamente la relación de precios de varias tecnologías de suministro de energía. Es decir, suministro de energía procedente de la red eléctrica, motor diésel, batería de plomo-ácido, batería de hidruro metálico de níquel, batería de iones de litio y pila de combustible = 1:6:6:19,2:20,4:80. Esto refleja la distancia entre los distintos modos de suministro de energía y el mercado de vehículos eléctricos. Por supuesto, a medida que aumenten los precios del petróleo y avance la tecnología de las baterías, estas relaciones proporcionales cambiarán enormemente;
(2) Dado que el coste del suministro de energía de las baterías de plomo-ácido es aproximadamente el mismo que el de los motores diésel, Sigue siendo de gama baja la principal batería de potencia del mercado de vehículos eléctricos. La tecnología de las baterías de fosfato de litio está avanzando rápidamente y es muy probable que se convierta en un competidor de las baterías de plomo-ácido y tome la delantera para convertirse en la principal batería de energía en el mercado de vehículos eléctricos de alta gama.
(3) Dado que los vehículos híbridos solo necesitan estar equipados con una batería con 1/10 de la capacidad de los vehículos eléctricos puros, la rentabilidad de todo el vehículo está cerca del mercado y seguirá siendo el principal tipo de vehículo eléctrico para la industrialización en el futuro próximo. Teniendo en cuenta las condiciones nacionales de mi país, aún se debe promover enérgicamente el uso de autobuses eléctricos híbridos para reducir aún más los costos de fabricación, reducir el consumo de combustible y las emisiones;
(4) Después del desempeño de costos de las baterías de iones de litio Si se mejora aún más, se espera que los vehículos eléctricos híbridos enchufables (PHEV) se conviertan en un vehículo de pasajeros ideal para los trabajadores de oficina, lo que puede reducir significativamente el consumo de combustible y las emisiones. Sin embargo, debido a su alto precio, puede promoverse y aplicarse en los países desarrollados. los países primero;
(5) Aunque las pilas de combustible son una fuente de energía limpia ideal, su relación rendimiento-precio es actualmente demasiado baja. Queda un largo camino por recorrer para lograr una rentabilidad que pueda ingresar al mercado. Se requieren grandes avances en materiales básicos y teorías básicas antes de poder ingresar al mercado del automóvil.
(6) Las ruedas eléctricas se han convertido en una importante tendencia de desarrollo en la tecnología de propulsión eléctrica extranjera y se han aplicado en vehículos militares todoterreno, lo que demuestra sus importantes ventajas técnicas y económicas. Aunque existen muchas unidades de I + D en nuestro país, nunca han entrado en el plan "863" y el progreso tecnológico es lento. Por lo tanto, es necesario ponerse al día y dominar esta avanzada tecnología de propulsión eléctrica lo antes posible.