穗牌电动车论文

分布式发电与智能配电网

一、电动车的简介及分类

电动车就是以电力为驱动、以电力为能源的车子。

从类型角度分类可分为电动自行车、电动摩托车、电动汽车等。

从能源角度分类可分为全电动和燃油助力两用车。

从产品角度分类可分为四轮电动车和二轮电动车。

在这篇论文中，我将主要从能源角度对电动车的充放电和电池种类做介绍，即从能源角度和充电方式角度来分析电动车的充放电技术。

随着人们对于生态环境重要性的进一步认识，对可持续发展的进一步关注，对建设能源节约型、环境友好型社会的逐步重视，电力以其清洁便利的优势逐步被更多的应用在各种领域，电动车在这一前提下应运而生。

电动车在我国的发展已经有十几年的历史，并且已经投入市场，现在更是覆盖了生活的各个方面。从1995年清华研制出了第一台轻型电动车至今，短短十几年的时间，电动车产业的迅猛发展是出人意料的。电动车的发展经历了三个阶段：电动自行车的初级阶段、初现生产规模化阶段、超速发展阶段。

电动自行车的初级阶段也被称作是电动自行车的早期实验性生产阶段，从时间上讲，也就是1995年到1999年。这个阶段主要是对电动自行车的四大件，电机、电池、充电器和控制器的关键技术摸索研究。在研发生产方面主要是以生产企业自发的汇集信息、跟踪技术、组织市场观察、小批量的市场试用投放，也使得电动自行车开始进入了消费者的视野，并被他们逐步的认可到接受。从技术层面上来讲，早期的电动自行车，新电池充电一次只能行驶大约30公里，电池寿命短，电机最大输出转矩只14-18N.M，爬坡能力差，容易磨损，而且电机也都是有刷无齿电机。

第二个阶段之所以被称为初现生产规模化阶段，是由于这个时间段内出现了几个将电动自行车推进的机遇，使得在初级阶段里举步维艰的电动自行车一下子迎来了春天，更是的行业的发展进入了规模化，而这几个机遇当中最有价值的则为各个城市的“禁摩令”和2003年度的“非典”。这个时间段一般都认同为是在2000年到2004年这段时间，在这一时间段里，随着关键技术方面的突破和电动自行车的性能不断提升，让电动自行车成为了摩托车和自行车的替代产品，而它的快捷、环保、方便和廉价，也让更多的消费者认同，同时也激发了市场对于电动自行车的诉求。在日益增长的市场需求中，先前研发生产的企业迅速崛起，一些新的企业也开始进入，他们对电动自行车的投入也不断加大，使得产能迅速扩展(具体详见附表1.1)。而且，这个时段迅速蹿上来的企业都是大手笔运作，已经将那些老一辈的研发生产企业抛在了身后。但是，以新日、绿源、千鹤、大陆鸽等品牌为代表的上规模企业已经形成，而且按照南北差异，也亦形成了行业内的江苏无锡、浙江、天津为代表的三大产业集聚地。

第三个个阶段是从2005年至今，这个阶段是中国电动自行车的超速发展阶段，被行业戏称为“喷井阶段”。在这个时间段内，随着企业之间的激烈竞争大大刺激了技术的进步和新技术扩散，全行业的技术水平大幅度提高，蓄电池寿命和容量提高了35%，电机从单一的有刷有齿电机发展成为无刷高效电机为主流，寿命提高了5倍，效率提高了近30%，爬坡和载重能力提高约3.5倍。在性能提高的同时，制造成本也大幅度下降，价格功率下降到原来21%；在控制器系统和充电系统，技术水平也大幅提高。特别是在电池技术和电机技术方面都有了很大的进展，电动车专用铅酸电池在技术上的突破已经领先国际，而且形成了以天能、超威为龙头的浙江长兴板块、康丽恩、双登为代表的江苏板块和以瑞达为代表的广东板块。电池也有单一的铅酸电池演进出多类型的高性能电池，而且锂电池的出现，更加带动了电动自行车，特别是简易款的发展。在电机方面，永磁无刷电机的发明，让行业发展的步伐明显的加快。

随着科技的进步，电动车的生产成本、电力供应、电力储存等方面都在提高过程中，电动车拥有广阔的前景，因此电动车作为二十一世纪的朝阳产业，被各国重视和大力推动。全球迎来了电动车产业的春天，在美国，奥巴马政府投资24亿美元推动电动车的发展，在欧盟，即将出台一项新的计划专门推动电动车研发和使用，得过政府在2011年之前投入5亿欧元用于支持电动车的研发，包括电动车推广、电池研发以及充电设施建设等方面，对购买电动车的消费者提供五年期的免税措施。英国首相布朗在08年10月宣布，政府会提供一亿英镑的资金用于支持电动车、混合动力车和其他新能源车的发展。西班牙政府计划到2014年，使路上行驶的电动车达到一百万辆。此外，芬兰、丹麦、葡萄牙等国家也都表示要大力支持电动车的发展。由此可见，电动车产业正在世界各地如火如荼的展开，下图是一些国家扶植电动汽车政策概要：

一、电动车的充放电技术

1、电池

电动车一般使用电池作为动力，因此在骑行之前需要给电池充电。电池的充电与其他需充电的电气基本相同，即为用充电器给电池进行直接充电。电池是电动车的重要组成不分，也是衡量电动车性能好坏的重要标准，电动车的电池分为只能单次使用，用完即废的一次电池，包括碳锌电池、碱性电池、水银电池、锂电池等，和可以重复使用即可充电电池，包括 镍镉充电电池、镍氢充电电池、锂充电电池、铅酸电池、太阳能电池、晶胶电池、磷酸铁锂电池等。以用途又可以分为工业用及消费性使用两类。下面我想以铅酸电池、锂离子电池、晶胶电池为例来说明电动车的充电和电池性能的区分。

（1）铅酸电池

铅酸电池由于其成本低廉、性能稳定的优点现如今在电动车电池领域拥有广阔的市场，目前出产的电动车多是使用铅酸电池。

铅酸电池（VRLA），是一种电极主要由铅及其氧化物制成，电解液是硫酸溶液的蓄电池。铅酸电池荷电状态下，正极主要成分为二氧化铅，负极主要成分为铅；放电状态下，正负极的主要成分均为硫酸铅。充电是将外部直流电源连在蓄电池上进行充电，使电能转化成化学能储存起来。放电是电能从电池中释放出来去驱动外部设备。当VRLA蓄电池充电将达到顶点时，充电电流只被用来分解电解液中的水，此时，电池正极产生氧气，负极产生氢气，气体会从蓄电池中溢出，造成电解液减少，需不定时加水。另一方面，充电末期或过充条件下，充电能量被用来分解水，正极产生的氧气与负极的海绵状铅反应，使负极的一部分处于未充满状态，拟制负极氢气的产生。

下面具体介绍铅酸电池的充放电：

铅蓄电池内的阳极(PbO2)及阴极(Pb)浸到电解液(稀硫酸)中，两极间会产生2V的电力，这是根据铅蓄电池原理，经由充放电，则阴阳极及电解液即会发生如下的变化：  

(阳极) (电解液) (阴极)  

PbO2 + 2H2SO4 + Pb ---> PbSO4 + 2H2O + PbSO4 (放电反应)  

(过氧化铅) (硫酸) (海绵状铅)  

(阳极) (电解液) (阴极)  

PbSO4 + 2H2O + PbSO4 ---> PbO2 + 2H2SO4 + Pb (充电反应)  

(硫酸铅) (水) (硫酸铅)  

1. 放电中的化学变化  蓄电池连接外部电路放电时，稀硫酸即会与阴、阳极板上的活性物质产生反应,生成新化合物『硫酸铅』。经由放电硫酸成分从电解液中释出，放电愈久，硫酸浓度愈稀薄。所消耗之成份与放电量成比例，只要测得电解液中的硫酸浓度，亦即测其比重，即可得知放电量或残余电量。  

2. 充电中的化学变化  由于放电时在阳极板，阴极板上所产生的硫酸铅会在充电时被分解还原成硫酸,铅及过氧化铅,因此电池内电解液的浓度逐渐增加, 亦即电解液之比重上升，并逐渐回复到放电前的浓度，这种变化显示出蓄电池中的活性物质已还原到可以再度供电的状态，当两极的硫酸铅被还原成原来的活性物质时，即等于充电结束，而阴极板就产生氢，阳极板则产生氧，充电到最后阶段时，电流几乎都用在水的电解，因而电解液会减少，此时应以纯水补充之。

（2）锂离子电池

采用含有锂元素的材料作为电极的电池。它是现代高性能电池的代表。

锂离子电池的性能不稳定，容易引起爆炸，因此目前正处于完善期。

锂离子电池是一种充电电池，它主要依靠锂离子在正极和负极之间移动来工作。在充放电过程中，Li+ 在两个电极之间往返嵌入和脱嵌：充电池时，Li+从正极脱嵌，经过电解质嵌入负极，负极处于富锂状态；放电时则相反。锂离子电池的应用同样非常广泛，不只是在电动车领域，笔记本电脑的电池和我们平时经常使用的安装在手表上的纽扣电池都属于锂离子电池。

锂离子电池的充电有线性充电法和脉冲快速充电法。两种方法达到的电池可用容量近似相等，但是脉冲法用时更短，而且造成的老化相较于线性充电法更低，而且，采用脉冲法有利于提高锂离子电池接收电流的能力。

以上是一些电动车用锂离子电池

（3）晶胶电池

晶胶电池，是由新日国内首创推出的充电电池，处于世界领先水平， 与普通铅酸电池相比，寿命是其二倍，且续行里程长、耐低温，零下环境可保持百分之九十五以上有效容量。晶胶电池分为单晶硅、多晶硅、切磨片、抛光片等，被广泛应用于制作电力电子器件、制作高效率太阳能光伏电池、制作射频器件和微电子机械系统、制作各种探测器传感器远红外窗口等领域。他的成本最高，同时性能最好，最稳定，在目前市场上的应用并不多见。

2、充电

（1）充电电路

根据电动车铅酸电池的特点，当其为36v/12AH时，采用限压恒流充电方式，初始充电电流最大不宜超过3A。也就是说，充电器输出最大值达到43v/3A/129W，已经可以满足。在充电过程中电流还会逐渐降低。以目前开关电源技术和开关管的生产水平而言，单端开关稳压器输出功率的极限已经到了180W，甚至更大。MOSFET开关管的应用，成功地解决了开关管二次击穿的难题，似的开关电源的可靠性更上一层楼。

目前，使用最广泛也是最早的可以直接驱动MOS FET开关管的单端驱动器是MC3842。在稳定输出电压的同时，还具有负载电流控制功能。MC3842是双列8脚单端输入的它激式开关电源驱动集成电路，其内部功能包括：基准电压稳压器、误差放大器、脉冲宽度比较器、锁存器、振荡器、脉宽调制器、脉冲输出驱动等级等。他的内部电路如下图一：

图二是U903按照MC3842的典型应用电路作为单端输出驱动器，各引脚和外围原件的选择如下：

第一脚为内部误差放大器输出端。

第二脚为内部误差放大器反相输入端。

第三脚为充电电流控制端。

第四脚为外接振荡器定时元件，CT为27kHz，RT为27kΩ，R911为10kΩ。

第五脚为共地端。

第六脚为驱动脉冲输出端。

第七脚为供电端。

第八脚为5v基准电压输出端，同时在IC内部经R3、R4分压为2.5v，作为误差检测基准电压。

该充电器电路极为简单，然而可靠性较高。这是因为:MC3842属于逐周控制振荡器，在开关管的每个导通周期进行电压和电流的控制，一旦负载过流，D911漏电击穿；若蓄电池端子短路，第三脚电压必定高于1v，驱动脉冲将立即停止输出；若第二脚取样电压由于输出电压升高超过2.5v，则使第一脚电压低于1v，驱动脉冲也将被关断。

（2）充电站和充电器

和燃油机车需要在加油站加油一样，电动车一样需要补充能源，电动车充电站和充电器就是为了满足这种需要。充电站可以设置在大型便利店、高速公路服务区、居住小区等便于平时生活的地区。充电站是一种“加电”的设备。是一种高效率的充电器，可以快速的给手机电动车 电动汽车等充电。由于电动车一次充电以后行驶路程有限，而且充电一般需要7、8小时，因此如何高效快速的充电一直是被人们关注的问题。 箱式电动汽车快速充电站由1、初级一次侧充电机（为再生储能蓄电池充电）、2、储能蓄电池、3、次级二次侧快速充电机（为电动汽车充电）、4、再生蓄电池检修机、5、计费控制系统、6、线缆配电系统、7、机房组成。 平时（夜间优先）电网电力通过初级一次侧充电机向再生蓄电池进行储能充电，由于储能充电时没有时间要求，因而可用小电流慢速充电，充电电流可根据蓄电池电量自动安排充电时间，最大程度的使用夜间低谷电力。当需要为电动汽车充电时，根据电动汽车的允许最大充电电流和电压，通过次级二次侧快速充电机向电动汽车进行快速充电，由于充电过程是从储能蓄电池向电动汽车“倒电”，而不是直接取自电网，因而对电网没有任何干扰。

3、放电

电池的放电电流不同，所能够放出的容量也不相同，放电电流越大，能够放出的容量越小。而且，放电电流越大，电池的寿命越短，放电程度越深，电池的寿命也越短。因此，放电的电流和程度对于一台电动车的性能有着很大的影响，所以，在使用的过程中，应该尽量避免深度放电和过大的放电电流。深度的放电也会导致硫化十分严重，过大的放电电流也有同样的效果，在使用的过程中，应该避免甚至禁止过量放电，这对于电动车是十分重要的。

2004年，中国电动车行业已有1000多家生产厂，年产量达675万辆。2005年，中国的电动车年产量达960万辆，市场保有量在1500万辆以上。2006年国内电动车产量达到近2000万辆，比上年增幅60%以上。2010年，中国轻型电动车的产销量将可能达到3000万辆，出口量将可能达500万-600万辆，实现工业产值700亿元，包括上下游带动产值的产业总体规模，将达1300亿元。由此可见政府对于电动车产业的扶植和重视程度，而这种新兴清洁的能源确实能够为人类造福，在可持续发展越来越多的被提及的今天，我们更应该大力开发利用电能来为我们的生活带来新的活力。