純電動汽車技術探析

韓悌明

摘 要 汽車是現(xiàn)代社會人們出行最為重要的一項交通工具，是解決人們?nèi)粘３鲂薪煌ǖ闹饕x擇。伴隨著我國經(jīng)濟發(fā)展水平的不斷提高，我國人民對于汽車的需求量也在不斷提升。但汽車數(shù)量的提升，一方面大量汽車尾氣的排放加劇了空氣污染問題，另一方面?zhèn)鹘y(tǒng)汽車能源的大量消耗也給汽車行業(yè)造成了困擾。為解決這一問題，目前新能源汽車的研發(fā)與生產(chǎn)是各國汽車行業(yè)的重要發(fā)展方向，其中純電動汽車憑借在能源獲得便利性以及能源消耗無污染方面的優(yōu)勢成為行業(yè)發(fā)展的主流方向。而就目前純電動汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀來看，其核心問題還是在于相關技術的研究與突破，本文就純電動汽車的技術現(xiàn)狀做總結分析，并探討未來純電動汽車的技術發(fā)展趨勢，旨在為我國純電動汽車的技術發(fā)展提供指導。

關鍵詞 純電動汽車 技術現(xiàn)狀 發(fā)展趨勢

中圖分類號：U469.72 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0745（2021）02-0035-02

1 純電動汽車概述

純電動汽車是新能源汽車的一種，目前行業(yè)對于純電動汽車的界定一般是指以車載電源為工作動力、通過電機驅(qū)動車輪行駛的汽車。因此純電動汽車與傳統(tǒng)汽車的最大區(qū)別就在于能源獲取途徑的不同，傳統(tǒng)汽車主要以汽油或柴油燃燒來獲得能源，而純電動汽車則是以車載電源為行駛能源。目前，常見的純電動汽車在結構上主要由電源系統(tǒng)、電力驅(qū)動系統(tǒng)、驅(qū)動力傳動系統(tǒng)、整車控制系統(tǒng)等部分組成，其中最為關鍵的部分是電源及電力驅(qū)動系統(tǒng)，這一部分是整車的動力來源，也是目前限制純電動汽車發(fā)展的技術難題。

純電動汽車的優(yōu)勢主要體現(xiàn)在兩方面：

一方面純電動汽車的能源獲取相比傳統(tǒng)汽車更加簡單，電力能源在當前城市中獲取十分便利，使用也更加安全;

另一方面則體現(xiàn)在純電動汽車在污染控制方面的巨大優(yōu)勢，汽油或柴油的燃燒會造成嚴重的空氣污染，而電力能源的使用則沒有這一問題。

但目前，純電動汽車在技術方面仍然還有較大的缺陷，特別是在電池系統(tǒng)的研發(fā)上，還存在著使用壽命較短，充電時間較長等方面問題。因此，想要充分發(fā)揮純電動汽車的優(yōu)勢，還需要不斷提高技術研究水平，解決當前的技術難題。

2 純電動汽車的技術現(xiàn)狀

從純電動汽車的發(fā)展歷史來看，其發(fā)展的歷史已經(jīng)比較長，但是在過去較長的一段時間里，純電動汽車的使用主要局限在一些特定的領域，沒有大范圍的推廣市場，因為行業(yè)對于純電動汽車的研究還不夠成熟，投入市場的產(chǎn)品都存在一定的技術缺陷?，F(xiàn)如今，我國基于可持續(xù)經(jīng)濟發(fā)展的戰(zhàn)略指導，對于電動汽車行業(yè)有了一定的政策支持，這極大的提高了我國汽車產(chǎn)商在純電動汽車技術方面研究的積極性。因此，總結歸納純電動汽車的技術發(fā)展現(xiàn)狀，了解當前技術層面所存在的問題，對于下一階段的技術發(fā)展有著一定指導意義。目前，就行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀，純電動汽車技術的特點主要表現(xiàn)在以下幾點。

2.1 電池技術

電池技術是當前純電動汽車行業(yè)需要重點攻破的主要技術難題，電池使用壽命以及充放電的速率會直接影響到汽車的續(xù)航水平，電池工作的安全性更是會直接關系到駕駛?cè)藛T的生命安全。對于純電動汽車的電池系統(tǒng)而言，性能指標的評價主要通過比能量（E）、能量密度（Ed）、比功率（P）、循環(huán)壽命（L）和成本（C）這五項性能指標來進行衡量。[1]因此，純電動汽車電池技術的發(fā)展就需要通過在控制生產(chǎn)成本的基礎上，不斷提高比能量、能量密度以及比功率，同時盡可能的延長電池的使用壽命。

行業(yè)對于純電動汽車的電池研究主要有三個階段。第一個階段是酸鉛電池，在這一時期，純電動汽車的電池一般都是閥控酸鉛電池，這一類型的電池在比能量及比功率上有較大的優(yōu)勢，同時在技術發(fā)展相對成熟，能夠有效控制生產(chǎn)成本。而正是因為這一類型電池在純電動汽車上的應用才使得純電動汽車能夠大量走向市場。但是，酸鉛電池在使用壽命及充放電壽命上還存在較大的缺陷，因此電池技術的發(fā)展又進入第二階段堿性電池階段。這一類型的電池種類比較多，常見的有鎳鉻電池、鎳氫電池、鈉硫電池、鋰離子電池以及鋅空氣電池等。而堿性電池相比起鉛酸電池，在比能量方面有了較為顯著的提升，能夠有效提高電動汽車的駕駛性能，同時在電池容量方面的提升也比較明顯，能夠在酸鉛電池的基礎上成倍的提高汽車的續(xù)航公里，因此，現(xiàn)階段市場上的純電動汽車也主要是以堅持堿性點為主。而第三階段的電池主要是燃料電池，這一類型的電池可將燃料的化學能轉(zhuǎn)化為電能，這一技術不僅使得電池的能量轉(zhuǎn)變效率提高，在比能量以及比功率方面也有了較大突破。因此，這一類型的電池是純電動汽車的理想應用電池，但目前技術還未發(fā)展成熟，無法大規(guī)模投放市場，需要持續(xù)攻破技術難題。

2.2 電力驅(qū)動及控制技術

驅(qū)動系統(tǒng)是汽車整體系統(tǒng)中十分重要的一項，直接關系到汽車的行駛操控，而對于純電動汽車而言，驅(qū)動電機則是驅(qū)動系統(tǒng)的主體，對于汽車的整體性能至關重要。目前，行業(yè)對于驅(qū)動電機的技術指標主要在轉(zhuǎn)速、啟動轉(zhuǎn)矩、體積及質(zhì)量方面。而結合已有技術，現(xiàn)在常見的純電動汽車驅(qū)動電機主要有以下四種類型：

（1）直流電動機;

（2）感應電動機;

（3）永磁無刷電動機;

（4）開關磁阻電動機。

其中應用最為廣泛的主要是感應電動機。使用感應電動機作為驅(qū)動系統(tǒng)的電動汽車主要有兩種控制方式：矢量控制與直線轉(zhuǎn)矩控制。這兩種控制方式中，直線轉(zhuǎn)矩控制模式具備較突出的優(yōu)勢。首先，直線轉(zhuǎn)矩控制相對來說比較簡單，操作便利，對駕駛員的操作技術要求較低。其次，直線轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)雖然結構簡單，但是在控制性能方面表現(xiàn)也比較優(yōu)秀，能夠滿足絕大多數(shù)情況下對于驅(qū)動控制的需求。再則，由于結構簡單，直線轉(zhuǎn)矩系統(tǒng)也能夠具備較快的反應速度。這三點優(yōu)勢與純電動汽車的技術特點需求較為符合，因此目前歐美國家在純電動汽車的控制系統(tǒng)中主要是使用這一方式。

而在純電動汽車的電力驅(qū)動及控制技術的發(fā)展中，永磁無刷電動機的研究是重要方向。永磁無刷電動機在實際應用中能夠表現(xiàn)出十分優(yōu)秀的高功率密度，而根據(jù)驅(qū)動方式的區(qū)別，這一類型的電動機又有無刷直流電動機系統(tǒng)和由正弦波驅(qū)動的無刷直流電動機系統(tǒng)。其中由正弦波驅(qū)動的無刷直流電動機系統(tǒng)類電機在體積和重量方面控制較為突出，同時能量密度功率和效率是目前常見幾種電機中最高的，響應速度也較快，因此這一技術的應用前景十分廣闊。

2.3 電動汽車整車技術

伴隨著純電動汽車技術的發(fā)展，汽車整車技術的研究也進入了新的階段。純電動汽車是典型的高科技綜合性產(chǎn)品，為了保證汽車續(xù)航及操控性能的提升，除了在電池及驅(qū)動系統(tǒng)方面需要不斷提升技術，在車體車身方面也需要進一步突破。因為相較于電池技術以及驅(qū)動系統(tǒng)技術的突破，通過減輕車身重量，降低風阻等手段來降低純電動汽車的能耗更易實現(xiàn)。目前，在純電動汽車的整車技術中，各種輕質(zhì)材料（如鎂、鋁、碳釬維等復合材料）已經(jīng)有了廣泛應用，通過應用這些新型材料能夠有效實現(xiàn)汽車整體重量的下降。而汽車重量的下降能夠有效提高汽車運動的整體性能，這一點在純電動汽車形式過程中制動下坡以及怠速的情況下，在能量回收的效率方面有著明顯的優(yōu)勢。目前，電動汽車的整車技術往往是根據(jù)能量回收的角度去優(yōu)化車身結構，降低車輛行駛過程中所收到的阻力。在接下來，純電動汽車的整車技術發(fā)展趨勢仍然將聚焦在車身重量減低以及減少風阻的目標上，通過優(yōu)化車身結構，運用各種新型材料優(yōu)化車輛性能。

2.4 能量管理技術

前文提到，電池系統(tǒng)在純電動汽車運行過程中的重要性，因此為保證汽車的整體性能與使用壽命，還應當重視電池系統(tǒng)的能量管理技術。相較于電池技術、電機驅(qū)動控制技術、電動汽車整車技術這一類關乎汽車硬件方面的技術，能量管理系統(tǒng)是純電動汽車技術中的軟件部分，是純電動汽車智能化、信息化的重要體現(xiàn)。 而所謂的能量管理就是指，具備能夠調(diào)節(jié)電動汽車整車各個功能部分能量使用情況的系統(tǒng)。這一系統(tǒng)的設計目標在于實現(xiàn)對于電池以及電池組荷電狀態(tài)的檢測，然后根據(jù)各個傳感元件所獲取的溫度、電機轉(zhuǎn)速、電池工況等數(shù)據(jù)，來對車載能量進行合理的調(diào)配，從而使得電池系統(tǒng)的充放電方式能夠達到最為協(xié)調(diào)的情況。這樣一方面能夠有效提高電動汽車的續(xù)航水平，節(jié)約電力的使用，另一方面也能夠大大延長電池的使用壽命。[2]電動汽車的能量管理技術的關鍵是基于計算的管理數(shù)學模型，通過對數(shù)據(jù)的分析，得到相應的作業(yè)指令。因此，對于模式的不斷優(yōu)化是這一技術發(fā)展的主要方向，通過不斷積累數(shù)據(jù)，不斷優(yōu)化模型的計算邏輯，從而提升能量管理系統(tǒng)的實用性。這一過程是持續(xù)不斷的過程，需要研究人員結合技術的發(fā)展不斷更新模型，不斷優(yōu)化計算。

3 總結

純電動汽車的研究是目前新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展中十分重要的一項工作，伴隨著我國對于汽車需求量的不斷提升，出于環(huán)境保護及節(jié)約能源的角度，未來純電動汽車將在汽車市場中占據(jù)著越來越重要的位置。為滿足這一發(fā)展需要，就需要不斷在純電動汽車的技術研究上做出突破，本文就純電動汽車在電池技術、電力驅(qū)動及控制技術、電動汽車整車技術、能量管理技術方面的發(fā)展現(xiàn)狀做出歸納總結，并結合當下市場的實際情況對純電動汽車的技術發(fā)展趨勢做出預測。

參考文獻：

[1] 胡靜.氫能源汽車與純電動汽車發(fā)展現(xiàn)狀研究[J].智能城市， 2019，05（09）：12-13.

[2] 郭向偉，康龍云，張崇超.我國電動汽車產(chǎn)業(yè)關鍵技術現(xiàn)狀發(fā)展研究[J].電源技術，2018，42（06）：915-917.

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