電動車關(guān)鍵技術(shù)發(fā)展綜述

代仲

【摘要】：電動車是一種綠色環(huán)保的交通工具，是目前國內(nèi)外研究的熱點問題。我國電動汽車正處于一個相對技術(shù)薄弱但潛力巨大的時期，只有加強技術(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。文章從電動車動力電池、驅(qū)動電動機、能量回收系統(tǒng)、能量管理系統(tǒng)等幾個方面對電動車技術(shù)進行了綜述。隨著技術(shù)的進步，未來電池、電動機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；關(guān)鍵技術(shù)；發(fā)展

1、導(dǎo)言

電動車顧名思義就是通過電力帶動電機運轉(zhuǎn)，電動車類型主要有純電動汽車、混合動力汽車以及燃料電池汽車三類。隨著中國經(jīng)濟的蓬勃發(fā)展，我國汽車工業(yè)也迎來了高速發(fā)展的時期。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)。電動車的出現(xiàn)及時的解決了這些問題。

2、電動車關(guān)鍵技術(shù)

2.1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)存在兩個問題，即對電池缺乏深層次分析和缺乏科學(xué)的評價體系。這不僅需要科研院校、電動汽車企業(yè)加強在這方面的研究，也需要國家給予資金支持，同時出臺相對應(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)南拗疲\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)點就能充分發(fā)揮。

目前，動力電池存在以下缺點：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)投入時間和資金進行研究和探索。

表1電動汽車用電池性能比較

2.2驅(qū)動電動機

電動機驅(qū)動電動車行駛，是電動汽車的核心部件，電動機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，驅(qū)動電動機應(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。電動機在充分滿足汽車的運行需求的同時，還需保證行駛時的舒適性和續(xù)航范圍大等性能。新能源汽車用電動機為滿足上述要求，必須按照比普通工業(yè)用電動機更為嚴(yán)格的技術(shù)規(guī)范設(shè)計生產(chǎn)。

表2電動汽車用電動機基本性能比較

從表2中可以看出，永磁電動機具有高效率、高控制精度、良好的轉(zhuǎn)矩平穩(wěn)性及低振動噪聲等特點，通過合理的設(shè)計磁路結(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)磁阻電動機驅(qū)動系統(tǒng)是高性能機電一體化的產(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工作特性的電動機，未來還需要改進、加強設(shè)計以滿足電動車的需要。

2.3能量回收系統(tǒng)

電動車能量回收指的是當(dāng)車輛制動時，將車輛的動能依靠發(fā)電機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，采用制動能量回收可以至少提高20%的續(xù)航里程。現(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現(xiàn)短時間大功率充電、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，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。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)生汽車緊急制動時車輪抱死的情況，提高汽車操作穩(wěn)定性。

3、國內(nèi)、外關(guān)于電動車控制技術(shù)方面的動向與今后的發(fā)展

3.1混合動力車輛

目前裝用蓄電池裝置的電動車、內(nèi)燃動車、機車越來越多。而在國外，混合動力內(nèi)燃動車以及接觸網(wǎng)-蓄電池混合動力電動車也已問世。在中國臺灣高雄市建設(shè)的全長22.1km、設(shè)置36個停車站的無接觸網(wǎng)輕軌列車將于2015年6月開始商業(yè)運營。2014年8月，西班牙制造的超低地板輕軌車已進入運營現(xiàn)場，今后將陸續(xù)引進這類車輛。

3.2使用了碳化硅（SiC）功率半導(dǎo)體元件的變流器

使用碳化硅（SiC）材料的功率半導(dǎo)體與使用硅（Si）材料的功率半導(dǎo)體相比，具備以下特點：①可在較高頻率下使用；②可在較高溫度下使用；③耐高壓。如果變流器尺寸相同，則可提高功率，從而提高車輛性能；如果變流器功率相同，則能實現(xiàn)小型、輕量化，進而有效地利用車載空間。日本率先在鐵道車輛上使用了此種變流器，于2012年在東京地鐵銀座線1000系車輛上安裝了600V接觸網(wǎng)用Si-IGBT與SiC二極管的混合型逆變器；2014年，在小田急1000系列車上安裝了1500V接觸網(wǎng)用的全SiC逆變器，投入商業(yè)運行，在運用中考察其耐久性。

結(jié)論

綜上所述，今后，隨著新的功率及能量轉(zhuǎn)換元件和媒介物的引進，有可能出現(xiàn)新型電動車控制方式。在繼承前人技術(shù)和知識的基礎(chǔ)上，創(chuàng)造出新的車輛控制技術(shù)，賦予它全新的價值，是研究人員的重要使命。

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