電動(dòng)汽車關(guān)鍵技術(shù)發(fā)展綜述77

1、隨著世界汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，日益增大的石油能源的消耗，將加快從能源短缺到能 源枯竭的步伐。汽車排放造成的大氣污染和地球的溫室效應(yīng)，成為世界全人類的公 害。人類社會(huì)和汽車產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，受到極大的威脅，發(fā)展汽車新能源、開發(fā) 汽車新動(dòng)力，成為世界汽車產(chǎn)業(yè)面臨十分緊迫的任務(wù)。當(dāng)代融合多種高新技術(shù)而興 起的純電動(dòng)汽車、混合電動(dòng)汽車、燃料電池汽車，尤其是立足于氫能基礎(chǔ)上的燃料 電池汽車正在引發(fā)世界汽車工業(yè)的一場(chǎng)革命，展現(xiàn)了汽車工業(yè)新能源、新動(dòng)力發(fā)展 的光明前景。本文就從電池技術(shù)、電力驅(qū)動(dòng)及其控制技術(shù)、整車技術(shù)及能源管理技 術(shù)方面作簡(jiǎn)要分析。一、電池技術(shù)1. 電池技術(shù)存在的問題 電池是電動(dòng)汽車的動(dòng)力源泉，也

2、是一直制約電動(dòng)汽車發(fā)展的關(guān)鍵因素。電動(dòng)汽 車用電池的主要性能指標(biāo)是比能量、能量密度、比功率、循環(huán)壽命和成本等。要使 電動(dòng)汽車具有競(jìng)爭(zhēng)力，就要開發(fā)出比能量高、比功率大、使用壽命長(zhǎng)的高效電池。 目前面臨最關(guān)鍵的電池技術(shù)問題是：(1) 極低的電池能量密度。汽油的能量密度是1.2萬W- h/kg，而目前通常使 用的鉛酸電池能量密度不足 40W h/kg。近年來，其他類型電池，如空氣電池等的 開發(fā)雖有進(jìn)展，但是在價(jià)格、性能、工藝性等方面欠成熟，近期無法實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)。(2) 過重的電池組。 盡管在車身設(shè)計(jì)方面采取了諸如玻璃鋼車身等技術(shù)以盡可 能減輕整車質(zhì)量，但是，電池過重的自身質(zhì)量仍會(huì)使一部電動(dòng)汽車的總質(zhì)量較

3、同樣 大小的內(nèi)燃機(jī)汽車重。( 3)有限的續(xù)駛里程與汽車動(dòng)力性能。因?yàn)殡姵氐哪芰棵芏容^低，電池組的質(zhì) 量過大，因此，即使電動(dòng)汽車動(dòng)力系統(tǒng)的效率很高，使用鉛酸電池的電動(dòng)汽車一次 充電的續(xù)駛里程也只有100km左右。因?yàn)殡姵匦阅懿?，電?dòng)汽車的動(dòng)力性能無法達(dá) 到當(dāng)前內(nèi)燃機(jī)汽車的水平。(4) 電池組昂貴的價(jià)格及有限的循環(huán)壽命。一輛載容量 20人的輕型電動(dòng)客車 電池組的價(jià)格高達(dá) 2 萬元人民幣，以現(xiàn)有電池的循環(huán)壽命(假定為 500次充放電循 環(huán))計(jì)算，電動(dòng)汽車行駛 4萬km就需更換電池。高昂的運(yùn)行成本難以讓市場(chǎng)接受。(5) 汽車附件的使用受到限制。因?yàn)殡妱?dòng)汽車所能攜帶的電能有限，所以在車 上對(duì)電能的使用必

4、須注意節(jié)省，車內(nèi)空調(diào)和暖風(fēng)的選用必須充分考慮其對(duì)電動(dòng)汽車 續(xù)駛里程的影響。除此之外，動(dòng)力轉(zhuǎn)向、真空助力器、主動(dòng)(半主動(dòng))懸架以及其 他一些車載電器的使用也受到限制。因此，乘員的舒適性受到影響。2. 電池技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用到目前為止，電動(dòng)汽車車用動(dòng)力蓄電池經(jīng)過3 代的發(fā)展，已取得了突破性的進(jìn)展。第1代是鉛酸電池，目前主要是閥控鉛酸電池( VRLA，因?yàn)槠浔饶芰枯^高、 價(jià)格低和能高倍率放電，因此是目前唯一能大批量生產(chǎn)的電動(dòng)汽車用電池。第 2代 是堿性電池，主要有鎳鍋、鎳氫、鈉硫、鏗離子和鋅空氣等多種電池，其比能量和 比功率都比鉛酸電池高，因此大大提高了電動(dòng)汽車的動(dòng)力性能和續(xù)駛里程，但其價(jià) 格卻比鉛酸

5、電池高。只要能采用廉價(jià)材料，電動(dòng)汽車用銼離子電池將獲得長(zhǎng)足的發(fā) 展，目前關(guān)鍵是要降低批量化生產(chǎn)的成本，提高電池的可靠性、一致性及壽命。第 3 代是以燃料電池為主的電池。燃料電池直接將燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?，能量轉(zhuǎn) 變效率高，比能量和比功率都高，并且、可以控制反應(yīng)過程，能量轉(zhuǎn)化過程可以連 續(xù)進(jìn)行，因此是理想的汽車用電池。表 1 為各種車用電池的性能比較。表1各種車用電池的性能比較電眥熒型（箱 h/蚯）比功率（階如能呂密度 目譏）期率密度 （W兒）雀環(huán)壽命 僦）鉛妄電池531309C500400600攥輪電池S517094278300以上謀至電地SQ225用4-701000以上鈍離子電池1C030

6、021577$直054J0別飛輪電社14800i25年從目前車用電池的發(fā)展來看，鎳氫電池可能是電動(dòng)汽車動(dòng)力能源的首選電池， 它已經(jīng)規(guī)模化生產(chǎn)，性能穩(wěn)定，其質(zhì)量比、體積比功率、電池壽命和重復(fù)充放電次 數(shù)方面均已達(dá)到USAB（美國(guó)先進(jìn)電池聯(lián)合會(huì)）性能指標(biāo)。從產(chǎn)品規(guī)模化、生產(chǎn)程 度和發(fā)展前景看，有可能成為電動(dòng)汽車車用電池的潛在競(jìng)爭(zhēng)者，其容量大、體積質(zhì) 量小的優(yōu)點(diǎn)正符合現(xiàn)代電動(dòng)汽車的要求。另外，燃料電池的應(yīng)用前景樂觀。隨著電 化學(xué)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，燃料電池可能成為電動(dòng)汽車的主要能源之一。其他尚在實(shí) 驗(yàn)階段的電池如飛輪電池、太陽能電池，有著壽命長(zhǎng)、環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，在未來的車用 電池中也必將占有一席之地。二、

7、電力驅(qū)動(dòng)及其控制技術(shù)1.電動(dòng)車用電動(dòng)機(jī)性能分析目前，電動(dòng)汽車用電動(dòng)機(jī)主要有直流電動(dòng)機(jī)（DCM、感應(yīng)電動(dòng)機(jī)（IM）、永磁無刷電動(dòng)機(jī)（PM-BLM和開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)（SRM 4類，其性能對(duì)比見表 2。表2電動(dòng)汽車用電動(dòng)機(jī)及驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的性能比較電動(dòng)機(jī)類型DCMEMPMBLMSRftr電動(dòng)機(jī)功率誘摩j 般好轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)徒特性一舉好好好轉(zhuǎn)鐫范閤小一般大最大敗率差般高般晶操作性疑好好好好可靠性差好好成本高低高較高電動(dòng)機(jī)尺寸大£小小電豹機(jī)質(zhì)宣£一毅輕輕控制性好好好綜合性能羞骰好電動(dòng)車輛的驅(qū)動(dòng)電機(jī)屬于特種電機(jī)，是電動(dòng)汽車的關(guān)鍵部件。要使電動(dòng)汽車有 良好的使用性能，驅(qū)動(dòng)電機(jī)應(yīng)具有較寬的調(diào)速范圍及較高的

8、轉(zhuǎn)速，足夠大的啟動(dòng)扭 矩，體積小、質(zhì)量輕、效率高且有動(dòng)態(tài)制動(dòng)強(qiáng)和能量回饋的性能。目前電動(dòng)汽車所 采用的電動(dòng)機(jī)中，直流電動(dòng)機(jī)基本上已被交流電動(dòng)機(jī)、永磁電動(dòng)機(jī)或開關(guān)磁阻電動(dòng) 機(jī)所取代。電動(dòng)汽車所用的電動(dòng)機(jī)正在向大功率、高轉(zhuǎn)速、高效率和小型化方向發(fā) 展。當(dāng)今世界已研制出功率密度超過 1 kW/kg，額定點(diǎn)的效率大于90%勺小型電動(dòng) 機(jī)，電機(jī)滿足低速衡（大）扭矩和高速衡功率的牽引控制要求。2.控制系統(tǒng)隨著電機(jī)及驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的發(fā)展，控制系統(tǒng)趨于智能化和數(shù)字化。變結(jié)構(gòu)控制、模 糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、自應(yīng)控制、專家系統(tǒng)、遺傳算法等非線性智能控制技術(shù)，都將 各自或結(jié)合應(yīng)用于電動(dòng)汽車的電機(jī)控制系統(tǒng)。它們的應(yīng)用將使系統(tǒng)結(jié)

9、構(gòu)簡(jiǎn)單、響應(yīng) 迅速、抗干擾能力強(qiáng)，參數(shù)變化具有魯棒性，可大大提高整個(gè)系統(tǒng)的綜合性能。電動(dòng)汽車再生制動(dòng)控制系統(tǒng)可以節(jié)約能源、提高續(xù)駛里程，具有顯著的經(jīng)濟(jì)價(jià) 值和社會(huì)效益。再生制動(dòng)還可以減少剎車片的磨損，降低車輛故障率及使用成本。 圖1所示為XJTUEV 1電動(dòng)汽車再生制動(dòng)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖。該系統(tǒng)由超級(jí)電容或 飛輪及其控制器組成，利用超級(jí)電容或飛輪吸收再生制動(dòng)能量，具有非常突出的優(yōu) 點(diǎn)。當(dāng)車輛制動(dòng)時(shí)，電機(jī)工作于發(fā)電機(jī)工況，將一部分動(dòng)能或重力勢(shì)能轉(zhuǎn)化為電能 儲(chǔ)存在超級(jí)電容或飛輪中，因?yàn)槌?jí)電容或飛輪的功率密度大，可以更快速、高效 地吸收電機(jī)回饋能量。在車輛起動(dòng)和加速時(shí)，利用雙向DC/DC將存儲(chǔ)的能量

10、釋放出來，協(xié)助電池向電機(jī)供電，不但增加了電動(dòng)汽車一次充電的行駛里程，而且避免了 蓄電池的大電流放電，達(dá)到了節(jié)約能源、降低剎車片磨損和提高蓄電池壽命的目的。圖1電動(dòng)汽車再生制動(dòng)掛制系統(tǒng)三、電動(dòng)汽車整車技術(shù)電動(dòng)汽車是咼科技綜合性產(chǎn)品，除電池、電動(dòng)機(jī)外，車體本身也包含很多咼新 技術(shù)。采用輕質(zhì)材料如鎂、鋁、優(yōu)質(zhì)鋼材及復(fù)合材料，優(yōu)化結(jié)構(gòu)，可使汽車自身質(zhì) 量減輕30%50%實(shí)現(xiàn)制動(dòng)、下坡和怠速時(shí)的能量回收；采用高彈滯材料制成的 高氣壓子午線輪胎，可使汽車的滾動(dòng)阻力減少50%汽車車身特別是汽車底部流線型化，可使汽車的空氣阻力減少 50% 4能量管理技術(shù)蓄電池是電動(dòng)汽車的儲(chǔ)能動(dòng)力源。電動(dòng)汽車要獲得非常好的動(dòng)力特性，必須具有比能量高、使用壽命長(zhǎng)、比功率大的蓄電池作為動(dòng)力源。因此必須對(duì)蓄電池進(jìn)行 系統(tǒng)管理。能量管理系統(tǒng)是電動(dòng)汽車的智能核心。一輛設(shè)計(jì)優(yōu)良的電動(dòng)汽車，除了有良好 的機(jī)械