最早出現在歷史舞臺的汽車是電動車。但隨著技術的發展，電動車逐漸被內燃機汽車所取代。自21世紀開始，汽車動力裝置發生了一場巨大的變革，為蓄電池提供電力來源的充電設施成為了一個有待解決的重要課題，提高充電基礎設施與社會基礎設施兼容性的工作也在得以推進。回顧電動車的上百年歷史，目前應圍繞最新技術開展研究，大力推進電動車的發展。

1電動車開發的歷史

關于電動車的誕生目前有諸多說法，但都是建立在1777年伏特（意大利）發明電池和1823年法拉第（英國）發明電動機兩項重大舉措的基礎上。而且，達文波特在1834年發明直流電動機以及普蘭特（法國）在1859年發明鉛蓄電池，因此，至少在1890年就出現了投入實際應用的電動車。1894年凱勒（美國）注冊了電動車的專利，1899年熱納茨（比利時）的“永不滿足”號電動車實現了105 km/h的速度記錄等，1900年前后的電動車在動力性能和保有量上都優于當時處于萌芽期的蒸汽車和汽油車。此外，就電動驅動技術而言，1879年西門子（德國）還開始運營了世界首條無軌電車等，在該時代電動車輛處于明顯優勢。

在該時代寫下濃墨重彩一筆的人物有愛迪生（美國）和保時捷（德國）。愛迪生在1909年開發了堿性蓄電池，制造了安裝有堿性蓄電池的電動車。愛迪生制造的電動車充電1次就可以行駛160km，該數據相當于當時鉛電池電動車行駛距離的2倍，因此在當時頗受矚目。然而，隨著汽油車技術的快速革新和生產的普及，電動車隨后被汽油車超越。保時捷與博世兩大企業也從電動車領域開始發家，但受到電池性能的制約，雖然在1900年就開發出利用發動機發電并用電機進行驅動的車輛（即混合動力汽車），但是最終未能投入實際使用。

在日本，1908年東京電燈公司（現在的東京電力株式會社）購買了電動車，1911年日本汽車株式會社以東京電燈公司購買的車輛為原型，嘗試開始試制電動車。這可認為是電動車的起步階段。

日本電動車制造機構于1934年設立，開始了小型電動車的制造，1937年中島制作所和湯淺電池公司生產了全新的電動車。該電動車在日本國內各地以及中國東北、***等地投入使用，但并未能得以普及。無論過去還是現在，電動車普及面臨的最大課題是電池性能和成本。

在此之后的第一個電動車時代是自1970年起，美國加利福尼亞州因防治大氣污染出臺了“馬斯基法”；1973年因中東戰爭引發了石油危機，當時雖然電動車因其清潔且可使用多種能量來源而廣泛受到關注。根據當時蓄電池的性能，車輛續航距離僅為100km，最高時速在80km/h左右，尚無法投入實際應用。

第二個電動車時代從1990年起，由于加利福尼亞州大氣資源局（CARB）制定了“零排放法（ZEV）”。當時因為有了鉛電池、鎳鎘電池和NaS電池等最新的電池技術，可以實現高功率化和高容量化，有效提高車速并延長續航距離。東京電力的高性能樣車IZA的最高時速可達到176km/h，續航距離達到548km/h，由此可以看到電動車在性能上的長足進步。但是，因為續航距離在100km的電動車充電時間較長，因此其應用領域受到限制，未能真正普及。當時用于電動車開發的NaS電池和熔鹽電池，在此之后作為定置型蓄電池投入了商業應用。

因此，雖然電動車有出色的環保性能，但是主要由于電池技術的限制而未能真正得以普及。進入21世紀后，隨著用于移動設備的鎳氫電池和鋰離子電池的開發和普及，由此開啟了迎接電動車的新時代。

2電動車的發展

2.1 批量生產的電動乘用車

本文對在2016年在市面上銷售的的新型電動車進行介紹。另外，馬自達的Demio電動車和富士重工業的插電式Stella等車型也開始在市場上銷售。

2.1.1三菱汽車

三菱汽車從20世紀60年代開始，就對電動車進行開發。第一時期的電動車是輕型汽車，主要安裝了鉛電池和直流電機，生產規模非常小（圖1）。

圖1 三菱汽車公司電動車開發歷史

此后在1990年左右，與東京電力共同開發的LIBERO—電動車開始在市場上銷售，但由于一次性充電后的續航里程非常短，因此，并未得以推廣。

從1993年開始，電動車的續航里程得以大幅度地改善，三菱著力開發了混合動力車（系列HEV），配裝了大型鋰離子電池，并在1994年提供給CARB用于驗證測試。

此后，將鋰離子電池的控制技術加以應用，開發了FTO-電動車研究試驗車。并參加了四國EV拉力賽，通過與快速充電技術進行組合，在驗證實用性方面挑戰了24小時續航里程的記錄。

在電機開發領域，在提高逆變器技術的同時，開始關注無刷電機和輪內電機（IWM）的有效性，并嘗試在三菱創新型電動車的4個車輪上安裝了電機；同時還試制了COLT型電動車，可以將更加小型化的IWM安裝在車輛后端。

在2005年左右，經過試制開發和驗證試驗，三菱決定開發可批量生產的電動車，并認為同一時期開發的新形態輕型汽車“i”的底盤更適合應用于電動車。

在同一時期，東京電力與富士重工業一起著手修訂快速充電標準并，通過協同合作，加速了電動車基礎設施的開發。

開發批量生產的電動車，其電池、電機等重要設備幾乎都采用了新部件。從供應商選定、零部件說明書的撰寫，到公司內部體制的構建等，其中的艱辛超乎想象。三菱曾經因成本制約而一度想要放棄IWM，但經過與各個供應商的合作，在2009年，終于將i-MiEV投放到市場，截止到2015年7月末銷售總量達20587輛（日本海外：9747輛，日本國內：10840輛）

三菱在電動車開發的同時，同時進行著GDI-混合動力車的開發。

隨著i-MiEV在市場上銷售，為了解決技術層面及成本方面的問題設定了目標，并以此為契機，再次對以電動車為基礎的原混合動力車及插電式混合動力車開展了研發工作，同時升級了三菱混合動力車開發的串聯式混合動力車系統。從2013年起開始銷售歐藍德-插電式混合動力車，截止到2015年7月末，銷售總量達70646輛（日本海外：45663輛，日本國內：24983輛）。

2.1.2日產聆風

日產聆風從2010年12月起，開始在美國、日本、歐洲開始銷售。2015年11月在世界范圍內累計銷售了約20萬輛。e-NV200廂式商用車從2014年起開始銷售，并拓展了電動車的應用領域。

日產從1992年開始研發用于聆風的鋰離子電池。從1996年起，安裝有鋰離子電池的“PRAIRIEJOY”型電動車在日本國內開始銷售；在聆風正式上市前，在北美市場上銷售Altra型電動車，在日本市場上銷售“RENAISSA”型電動車“Hypermini”型電動車，積累了技術。

聆風可在零轉速下產生最大扭矩，并且具有堪比跑車的起步加速性能。行駛過程中的超車加速性能同樣優秀。

聆風的電池還可以作為家用蓄電池來使用。在JC08工況下，行駛距離可達到280km。

2.1.3本田FIT

2012年夏美國和日本開始租售FIT電動車，該車不但具有一流的低電耗性能，同時具備3種驅動模式，增添了駕駛樂趣并廣受好評。該車是本田第一輛裝有鋰離子電池的電動車車型，從能量密度的角度而言，重點關注了可靠性和耐久性等因素。在負極采用了具有鈦酸鋰的鋰離子電池。車輛地板下部安裝有電池組，具有100kW的功率和20kW/h的容量。由于有冷卻系統，確保了高耐久性，并通過使用提升了用戶的使用習慣和放心感。（圖2）。

PCU（動力控制單元）變速箱同軸電機電動助力制動系統充電口蓋（駕駛員側）鋰離子電池多連桿式懸架

圖2 FIT電動車的外觀及內部

2.1.4豐田RAV4

豐田在美國洛杉磯召開的2012年第26屆國際電動車研討會上公布了與特斯拉共同開發的電動車。在高實用性的運動用多用途車RAV4的車身上安裝了特斯拉的電動車系統，在實際行駛環境下實現了160km的行駛距離（圖3）。豐田和特斯拉在2010年5月就電動車及其零部件的開發、生產系統及生產技術等業務合作達成共識，并于2年后銷售共同開發的車輛。豐田方面以電力為首要目標開展能源替代的推進工作，致力于抑制石油消費和降低CO2的排放量。RAV4電動車安裝了41.8kWh的鋰離子電池，實現了最高功率115kW、最高速度160km/h的運動性能。

圖3 RAV4 EV外觀

圖4住林電動巴士

圖5 羽村電動巴士

圖6 與東京電力共同開發的IZA

2012年2月29日，公交線路用小型電動巴士開始投入運營。雖然之前也生產過一定數量的驗證試驗用車，但是作為正式運營，用小型電動巴士正式投入公交運營，則是邁出了第一步。

2.2電動商用車

現在，以東京晴空塔為中心，在東京都墨田區內運行的巴士——“住林電動巴士”（圖4），在羽村市新線路運行的巴士——“羽村電動巴士”（圖5），都是在固定路線上運營的巴士。近年來，為了解決地球變暖的問題，在商用車領域，日野公司順應潮流，在2008年成立了項目組，以小型巴士“Poncho”為原型車著手開發小型電動巴士。但在實車開發過程中，在技術上遇到了電池“大·重·貴”等限制。為此，專門采用了IHI公司制作的電池組，該公司的正極材料上使用了充放電性能優良且安全性高壽命長的的磷酸鐵鋰。

采納了短距離行駛·高頻次充電的概念，并使用CHAdeMO快速充電器，在一天時間內多次進行短時間充電，從而可以在固定公交線路實現運營。并且進一步開發了電動車的能源管理技術，降低了70%的能源消耗。

3快速發展的電動車技術

迄今為止東京R&D制作的東京電力的IZA（圖6）等，是20世紀90年代出現的4輪IWM和安裝有鎳鎘電池的試制車，進入21世紀后，由于成本方面的考慮，投入批量生產的電動車的規格通常以1電機為主。另一方面，在20世紀90年代初期有鎳鎘電池，后期有鎳氫電池，進入21世紀后，日本國內的電動車采用了鋰離子電池（表1，圖7，圖8）。

3.1車身輕量化

最先開始銷售的BMW，為了抵消蓄電池等電氣裝置的重量，采用碳纖維增強基復合材料（CFRP），實現了車身的輕量化。i3（圖9）的客艙采用了多個CFRP面板來構成。采用RTM成型技術，在工藝上縮短了成型和樹脂硬化時間，利用RTM成型技術將各個CFRP面板制作成型后，通過水流噴射對面板四周進行加工，通過機器人粘接面板，這樣的生產過程與以往的生產工藝完全不同。該生產方式除了現有i3車型，還將應用于超級跑車i8上。此外，BMW采用風力發電補充能源的體制，對碳纖維煅燒工序等先進制造工序所需耗費的電力進行補償，并且公開宣布對難以循環利用的CFRP發起挑戰。

表1 鎳鎘和鋰的性能對比

安裝車型	東京電力IZA	日產·聆風
制造商	GS湯淺	AESC
電池種類	鎳鎘	鋰離子
尺寸（mm）	長度	303	290
寬度	172	216
高度	231	-
重量（kg）	22	0.787
電壓（V）	12	3.75
容量（Ah）	100	32.5
能量密度	（Wh/L）	99.7	317.0
（Wh/kg）	54.5	157.0

圖7 鎳鎘電池

圖8 鋰離子電池

圖9 BMW i3 外觀圖

3.2電力電子技術

作為下一代電力電子用半導體設備，碳化硅元件（以SiC）和氮化鎵元件（GaN）受到關注。同其他元件相比，具有高耐壓、耐低溫、可在高溫下工作等特性，這些特性可以同時實現。特別是SiC已經進入實用化階段，率先應用于家用產品。以其高效化、小型化程度高等優勢，必然會在汽車領域得以應用。

目前應用于耐電壓領域的一般是將兩種元件，在耐中、低電壓方面使用GaN，在耐中、高電壓方面使用SiC。例如，在筆記本PC的AC轉接器采用GaN，GaN是可耐電壓數十伏、開關頻率在數百kHz的電氣元件；另一方面，面向耐電壓1kV以上的電動車和電車用逆變器，則需使用SiC。

3.3充電方式

3.3.1傳導式充電

在車輛充電方面，直接充電大致有兩種方式。一種是車輛本身安裝有充電器，使用AC電力的中、小容量充電系統；還有一種是采用在車輛外部配置的充電器，這種充電器可短時間以大功率輸出電量。AC方式是主要的使用方式，在家中于夜間用插座連接，清晨前可充電完畢，并可在移動線路上適當地配備DC快速充電裝置。日本國內的DC充電基于CHAdeMO標準，最大充電能力為50kW左右。2015年10月前，日本國內配備有5400臺，海外配備超過3900臺CHAdeMO充電器。

使充電方式標準化，在不同國家都可以便捷地充電。上述CHAdeMO方式由日本主張和提出作為IEC標準，2014年成為國際標準。為此，在世界各地都可以容易地引進并加以普及。

3.3.2感應式充電

20世紀90年代，GM提出了采用充電板的充電方式，并在市場銷售非接觸式充電設備。6kW級別的電池使用了將內置線圈的充電板插在車輛上即可充電的技術。該充電方式為豐田、日產、本田等用于日本國內銷售的車輛所采用（圖10）。該方式雖然由SAE寫入標準，但在美國被限定于傳導式充電方式。

圖10 充電板式充電 日產Hyper mini

3.3.3非接觸式充電

近年來，非接觸供電是重要發展趨勢，由于駕駛員無需接觸充電線纜和接頭而具有顯著優勢。

現在所討論的是與上述20世紀90年代提出的充電板方式所不同的方式（圖11）。非接觸充電的思路是將充電器中的變壓器在一次側和二次側進行分離，也就是作為有間隙的變壓器來工作。為了應用于各種車輛正在推進統一標準的工作。同時還開展了行駛過程中供電技術的研究，如果得以實現，客戶就無須擔憂車輛行駛所需能源如何在進行儲備。

圖11 非接觸供電示例

3.3.4電池交換式充電

除了普通充電、快速充電以外，還開發了電池交換的充電方式（圖12）。由以色列的Better Place公司提出，日本從2009年起用1年左右的時間，開展了電池交換式電動車演示活動。電池余量減少的電動車回到電池交換站，將已充電完畢的電池組自動地進行交換，大約1分鐘就可完成交換。在充電站將溫度調整至20℃左右，根據車輛工作狀況實施普通充電或快速充電。在以色列，已開始銷售雷諾公司生產的風朗Z.E.電池交換式電動車。

圖12 電池交換式裝置

4未來技術可加速提升電動車性能

4.1電動車的運動控制

如上所述，電動車具有優良的環境性能，并且其優勢還不止于此。電機作為驅動力來源是電動車電機的特征之一。在下述方面具有很大的優勢：

（1）扭矩響應性高速且準確；

（2）通過測量電流可以準確地測算相應的扭矩；

（3）如果使用輪內電機，則可以分別配置到各車輪；

（4）可產生再生制動扭矩。

關注電機的特征，使用安裝有輪內電機（IWM）的電動車，開展了電動車特有的車輛運動控制的研究活動。

這些車輛姿態控制的研究大致可分為行進方向、旋轉方向和垂直方向。針對行進方向的運動開展了加速時和減速時的牽引控制和側滑率控制的研究；針對旋轉方向的運動開展了驅動力矩差異所導致的橫擺控制研究，以及前后輪主動轉向所導致的側滑角控制的研究。并且，在IWM車輛中，在垂直方向上可以產生防俯沖力，導致上下兩個方向之間存在很大的力。利用這些研究提出了抑制俯仰運動控制和側傾運動控制的技術。

IWM中由于簧下重量變大，通常被認為不利于車輛的平順性。但是，根據這些研究成果，由于IWM車可以控制垂直方向的力，利用其優勢可以克服上述缺點，在下文會對該項成果加以簡單介紹。

4.2利用IWM實施俯仰控制

俯仰運動特別容易在制動時發生，對于車輛平順性有很大影響。下面，就對利用電機驅動力抑制俯仰運動的控制技術進行講解。

在IWM車中如果考慮懸架幾何學，則會產生有如圖13所示的上下方向的力，如果將驅動與再生進行組合，可以生成任意的俯仰力矩。圖14所示為所使用的試驗用車，制動時抑制俯仰運動的結果如圖15所示。在只有機械制動的情形下，如虛線所示產生了較大的俯仰，可以通過實線所示的電機扭矩予以抑制。

圖13 IWM帶來的上下防首傾力

圖14 試驗用車（FPEV2-Kanon）和安裝的IWM

圖15 試驗結果

4.3在延長續航里程控制方面所做的努力

一次充電后的續航里程對于電動車而言是個重要問題。如上所述，由于擔心會進一步增加能源消耗，對此開展了詳盡的探討。

早期了解到利用IWM控制技術可以提高車輛安全性，但現狀是只在緊急情況下啟動的系統卻沒有投入到實際應用。今后，如本文所介紹的那樣，為了改善舒適性和續航里程，期待通過平時操作用的控制技術，推動系統的實際應用。

此外，在IWM實際應用過程中，電機的動力線和傳感器的信號線因懸架的運動和轉向會反復彎曲，是線路耐久性及可靠性所面臨的課題。作為解決該課題的根本性措施，使用無線電力傳送和無線通信技術，可以完全取消線纜，該研究取得了成功并對外公布了研究成果。

4.4V2X（車輛到家和車輛到電網）

電動車安裝了大容量的蓄電池，并可提供電力來補充家庭用電。不但可以在斷電時作為緊急用電提供電力，還可以在每天午后電力消耗高峰時段，為電力供應不足的區域提供電力。

5總結

本文回顧了電動車的發展史，并對電動車的相關技術和充電方式進行了介紹。并且列舉了將來可進一步提升電動車性能的幾項技術。

電動車在挪威、荷蘭和美國的加利福尼亞州等國家及地區得以普及，但同時也不能無視因續航里程不足而影響普及的現狀。近年來，通過安裝大容量的電池，各個電動車企業推出的電動車一次性充電后可行駛的里程超過300~500km。目前，多個國家正在策劃公共試驗，即在道路上鋪設無線供電用線圈，通過無線方式給行駛過程中的車輛供電。

為了應對地球變暖和化石燃料枯竭的問題，在世界范圍內強化了降低車輛油耗的法規，其中最為嚴格的是歐洲預計在2020年實施的將二氧化碳排放量控制在95kg/km的限值，很多車型必須要開始考慮引進電傳動裝置。在2025~2030年，準備引進更為嚴格的油耗法規，即將二氧化碳排放量控制在60~70g/km。如果該趨勢得以持續，預計將來的二氧化碳排放限值將無限接近于零，這就使得燃料電池汽車和電動車被寄予較高的期望。