電動車關(guān)鍵技術(shù)發(fā)展綜述

劉培祥,杜丹豐

(東北林業(yè)大學(xué)　交通學(xué)院,黑龍江　哈爾濱　150040)

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電動車關(guān)鍵技術(shù)發(fā)展綜述

劉培祥,杜丹豐

(東北林業(yè)大學(xué)交通學(xué)院,黑龍江哈爾濱150040)

[摘要]電動車是一種綠色環(huán)保的交通工具,是目前國內(nèi)外研究的熱點(diǎn)問題。文章從電動車動力電池、驅(qū)動電動機(jī)、能量回收系統(tǒng)、能量管理系統(tǒng)等幾個(gè)方面對電動車技術(shù)進(jìn)行了綜述。隨著技術(shù)的進(jìn)步,未來電池、電動機(jī)性能將逐漸滿足電動車的需求,電動車必然會得到普及。

[關(guān)鍵詞]電動車；電機(jī)；電池；能量回收

[DOI]10.13939/j.cnki.zgsc.2016.28.104

隨著中國經(jīng)濟(jì)的蓬勃發(fā)展,我國汽車工業(yè)也迎來了高速發(fā)展的時(shí)期。但是，隨著汽車的普及,能源消耗、環(huán)境污染等問題也紛紛出現(xiàn)。世界各國對解決這類問題的呼聲日益高漲,新能源汽車產(chǎn)業(yè)應(yīng)運(yùn)而生,不僅因?yàn)樘焐沫h(huán)保特性得到了國家的大力支持,也因?yàn)槠湎鄬θ加推嚨土氖褂贸杀局饾u被百姓接受。國際汽車巨頭早已對電動車展開了研制工作,我國政府也早在“八五”期間就把其列為科技攻關(guān)項(xiàng)目,經(jīng)過長期發(fā)展,自主品牌也有大批新能源汽車面世。坦率地說,我國電動汽車正處于一個(gè)相對技術(shù)薄弱但潛力巨大的時(shí)期,只有加強(qiáng)技術(shù)攻關(guān)、妥善解決電動汽車關(guān)鍵技術(shù)問題,才能開辟我國電動汽車的巨大市場。

1動力電池

傳統(tǒng)汽車以液態(tài)汽油或柴油作為燃料,而電動汽車用電動機(jī)驅(qū)動,用蓄電池、超級電容、燃料電池或動能電池作為能源。電池性能的好壞直接決定了電動汽車的續(xù)航里程、最高車速等行駛性能。世界電動車協(xié)會主席陳清泉院士曾指出我國電動車電池技術(shù)存在兩個(gè)問題,即對電池缺乏深層次分析和缺乏科學(xué)的評價(jià)體系。這不僅需要科研院校、電動汽車企業(yè)加強(qiáng)在這方面的研究,也需要國家給予資金支持,同時(shí)出臺相對應(yīng)的法律規(guī)范、國家標(biāo)準(zhǔn)引導(dǎo)行業(yè)發(fā)展。

鉛酸蓄電池、鋰離子電池、聚合物電池、磷酸鐵鋰電池及超級電容的單體電壓、比能量、比功率、循環(huán)壽命等性能如表1 所示。由表1可知,每種電池均有一些性能短板?？傮w來講,鋰離子電池性能相對優(yōu)秀,比能量、比功率十分出色,未來解決其安全性問題后有大量應(yīng)用的可能。超級電容充電時(shí)間短、使用安全、比功率大,但其缺陷在于比能量低,電動汽車采用后續(xù)航里程會受到相當(dāng)?shù)南拗?運(yùn)行里程不大的城市公交可以采用,在其路線兩端建立充電站,這樣超級電容充電速度快的優(yōu)點(diǎn)就能充分發(fā)揮。

目前,動力電池存在以下缺點(diǎn)：①能量密度普遍較低,汽油的能量密度為1.2W·h/kg;②續(xù)航里程較短;③電池組價(jià)格昂貴且壽命有限;④電池組重量較大,增大行駛阻力消耗能量。目前國際知名電動汽車廠商特斯拉采用的是鋰離子電池,日韓企業(yè)多采用錳酸鋰電池,而國內(nèi)電動車領(lǐng)頭羊比亞迪采用的是磷酸鐵鋰電池,電動車電池未來的路還很漫長,需要各家廠商繼續(xù)投入時(shí)間和資金進(jìn)行研究和探索。

2驅(qū)動電動機(jī)

電動機(jī)驅(qū)動電動車行駛,是電動汽車的核心部件,電動機(jī)性能直接決定電動汽車驅(qū)動系統(tǒng)性能。欲使電動汽車具有良好的駕乘體驗(yàn),驅(qū)動電動機(jī)應(yīng)該具有較寬的調(diào)速范圍、足夠高的轉(zhuǎn)速和足夠大的啟動扭矩,還必須擁有重量輕、體積小、效率高的特點(diǎn)。電動機(jī)在充分滿足汽車的運(yùn)行需求的同時(shí),還需保證行駛時(shí)的舒適性和續(xù)航范圍大等性能。新能源汽車用電動機(jī)為滿足上述要求,必須按照比普通工業(yè)用電動機(jī)更為嚴(yán)格的技術(shù)規(guī)范設(shè)計(jì)生產(chǎn)。

表1　電動汽車用電池性能比較

表2　電動汽車用電動機(jī)基本性能比較

從表2中可以看出,永磁電動機(jī)具有高效率、高控制精度、良好的轉(zhuǎn)矩平穩(wěn)性及低振動噪聲等特點(diǎn),通過合理的設(shè)計(jì)磁路結(jié)構(gòu)能獲得較高的弱磁性能,在電動車驅(qū)動方面具有很好的應(yīng)用價(jià)值,但目前其成本較高,隨著稀土永磁材料的開發(fā),未來擁有廣闊的前景。開關(guān)磁阻電動機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)是高性能機(jī)電一體化的產(chǎn)品,最高轉(zhuǎn)速大、調(diào)速靈活、成本低廉、工作可靠,但其因噪聲大、設(shè)計(jì)復(fù)雜、控制性能較差等原因還沒有廣泛使用。目前還沒有完全符合電動汽車電動機(jī)工作特性的電動機(jī),未來還需要改進(jìn)、加強(qiáng)設(shè)計(jì)以滿足電動車的需要。

3能量回收系統(tǒng)

電動車能量回收指的是當(dāng)車輛制動時(shí),將車輛的動能依靠發(fā)電機(jī)回收存儲在電動車電池當(dāng)中。因電動車自身電池容量限制,所以能量回收是電動車設(shè)計(jì)當(dāng)中需要著重考慮的問題。研究表明,當(dāng)行駛工況變化頻繁時(shí),采用制動能量回收可以至少提高20%的續(xù)航里程?，F(xiàn)有的解決方案通常是直接向蓄電池充電來吸收制動所產(chǎn)生的能量,但由于蓄電池難以實(shí)現(xiàn)短時(shí)間大功率充電、循環(huán)次數(shù)有限、成本較高。為此，有研究人員提出采用超級電容的方式吸收制動能量回收的觀點(diǎn),由表1我們可以看出,超級電容比功率大、壽命長,充電迅速,而且擁有可以平滑放電的優(yōu)點(diǎn)。該裝置不僅可以延長電動車?yán)m(xù)航里程、增加電池壽命,還能避免發(fā)生汽車緊急制動時(shí)車輪抱死的情況，提高汽車操作穩(wěn)定性。

4能量管理系統(tǒng)

電動車電池是電動車行駛的動力來源,而且目前電池的容量較小,所以我們更應(yīng)該精細(xì)控制電池的使用,優(yōu)化電池放電曲線,提高比功率。能量管理系統(tǒng)應(yīng)設(shè)計(jì)有電子控制單元,對從各傳感器傳回的信號處理分析,做出合理控制,使電池工作處于一個(gè)良好的工作狀態(tài)。

5結(jié)論

本文通過對電動車技術(shù)關(guān)鍵部分進(jìn)行綜述,得出以下結(jié)論：

(1)電池技術(shù)是電動車發(fā)展的首要問題,電池性能的提高、價(jià)格的降低、壽命的延長對電動車的普及有舉足輕重的意義。

(2)電動機(jī)作為電動汽車的動力裝置,目前還沒有一種電動機(jī)能完全符合電動車運(yùn)行要求,目前大量使用的是交流異步電動機(jī),但未來永磁電動機(jī)、開關(guān)磁阻電動機(jī)如果能解決自身缺點(diǎn)那么會有良好的推廣前景。

(3)能量回收系統(tǒng)能增加電動車?yán)m(xù)航里程,對于電動車的使用性能有所改進(jìn),同時(shí)能節(jié)約能源,保護(hù)環(huán)境。

(4)能量管理系統(tǒng)對電池工作管理直接影響電池的各項(xiàng)性能指標(biāo),能為電池良好的運(yùn)行帶來保證。

參考文獻(xiàn):

[1]楊寅,熊鵬,陳統(tǒng)卓,等.基于超級電容的電動車制動能量回收技術(shù)研究[J].電子技術(shù)應(yīng)用,2009(3):73-76.

[2]劉純堅(jiān).電動車電池管理系統(tǒng)現(xiàn)狀、趨勢以及開發(fā)研究[D].上海：復(fù)旦大學(xué),2011.