淺析電動汽車主要技術(shù)難題與解決方案

張麗

摘 要：目前，電動汽車已開始進(jìn)入人們的視野，但速度慢、行駛里程有限、充電不方便等特點阻礙了其進(jìn)一步發(fā)展。因此，探討了電動汽車核心技術(shù)、配套設(shè)施方面存在的問題，并提出了相關(guān)的解決方案，以供相關(guān)單位參考和借鑒。

關(guān)鍵詞：電動汽車；核心技術(shù)；電池；充電站

中圖分類號：TM912 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.21.149

近年來，電動汽車迎著新能源的發(fā)展勢頭進(jìn)入了黃金時期。純電動汽車的動力裝置主要由驅(qū)動電機(jī)、調(diào)速控制器、動力電池、車載充電器這四大部分構(gòu)成。簡單而言，電動汽車技術(shù)主要包括電機(jī)、電控技術(shù)和電池動力、儲能技術(shù)。電動汽車的相關(guān)技術(shù)難題也集中在這四方面。

1 阻礙電動汽車發(fā)展的瓶頸

1.1 核心技術(shù)不完善

1.1.1 電池制造技術(shù)不完善

電動汽車是新能源汽車發(fā)展中幾大最直接、便捷和現(xiàn)實的發(fā)展方向之一，比氫能源、太陽能汽車和燃料汽車等技術(shù)更易掌握和突破。人們不愿意接受電動汽車的重要原因除了充電站建設(shè)落后外，還包括速度慢、行駛里程有限。這也暴露了電池制造技術(shù)的局限性。

目前，通用的電動汽車電池有續(xù)航能力差、充電不便等問題，暴露了其電池在質(zhì)量和電容量方面的不足，但也為電池制造技術(shù)指明了改進(jìn)方向。電動汽車普遍采用鉛酸蓄電池（最常用）、磷酸鐵錳鋰電池（比亞迪的電池技術(shù)）、磷酸鐵鋰電池和鈷酸鋰電池（TESLA的專屬電池）。上述4種電池的比較如表1所示。

目前，通用的4種電池都存在諸多不足之處，必須配合使用。配合難題表現(xiàn)在難以掌握各種電池的配合比例，因為既要保證續(xù)航，又要保證動力強(qiáng)勁。在4種電池中，鈷酸鋰電池的綜合性能突出，TESLA的電池包內(nèi)的保險裝置分布在每一節(jié)18650鈷酸鋰電池中，且在每節(jié)18650鈷酸鋰電池兩端都設(shè)計了保險絲，可保證電池在電流過大時切斷保險絲。這樣的解決方案可能是今后電動汽車的發(fā)展趨勢。

1.1.2 電機(jī)、電控技術(shù)不成熟

電機(jī)、電控技術(shù)在電動汽車上的應(yīng)用已得到了普遍認(rèn)可，但其技術(shù)的成熟度還遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有達(dá)到要求。電動汽車電機(jī)的作用在于在動力、性能穩(wěn)定的基礎(chǔ)上，提高可靠性和實現(xiàn)高精度控制。電動汽車的電機(jī)需要在幾秒內(nèi)將汽車從靜止?fàn)顟B(tài)驅(qū)動到一定的行駛速度，控制該電機(jī)的電力電子控制單元需要具有極高的峰值電流能力，從而產(chǎn)生最大量的扭矩來移動汽車。這個過程會重復(fù)多次。這就要求其應(yīng)具有超高可靠性的功率半導(dǎo)體器件，并實現(xiàn)高峰值電流和異常情況下的自我保護(hù)。而在現(xiàn)實中，電動汽車的電機(jī)電控技術(shù)不完善，無法保證汽車動力強(qiáng)勁、持久，也無法實現(xiàn)電動汽車的安全性和可靠性。由于技術(shù)不成熟，電動汽車的外觀普遍簡單化、微型化，舒適性較差，性能簡劣，阻礙了電動汽車的市場化進(jìn)程。

1.2 相關(guān)配套設(shè)施建設(shè)不完善

充電站及其網(wǎng)絡(luò)建設(shè)不完善，各種充電樁、充電站的建設(shè)不足。以美國為例，近年來，其充電設(shè)施建設(shè)翻了10倍，發(fā)展速度較快。比如，美國的ChargPoint是一種簡單的充電網(wǎng)絡(luò)，可向電動車車主、經(jīng)銷商和制造商提供大量云服務(wù)，可通過相關(guān)APP尋找最近的空閑充電設(shè)備。

目前，我國建成的電動汽車充電樁為2.6萬個，但真正投入使用的比例很低。此外，我國各地的直流充電接口與通訊協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)至今未統(tǒng)一，且雖然電動汽車的地方目錄被取消，但實際上卻依然存在。

2 解決方案

2.1 電池

電池一直是電動汽車的核心技術(shù)難題。世界上所有國家都在尋求更先進(jìn)的電動電池技術(shù)，下一步將展開對高電壓材料、副離層材料、硅碳負(fù)極板等多元新材料的研究，并通過電極、電解質(zhì)的研究來提高電池性能；一些高功率的極片、芯片電池組將盡快實現(xiàn)專利布局；在正負(fù)極、鋁離子生產(chǎn)方面，將圍繞降低成本展開基礎(chǔ)關(guān)鍵技術(shù)的研發(fā)。

2.2 電機(jī)、電控技術(shù)難題的解決方案

2014年，科技部制定了“十三五”電動汽車規(guī)劃，指出在電動汽車的發(fā)展中，下一代電池、電機(jī)、電控技術(shù)的技術(shù)攻關(guān)為發(fā)展重點。電機(jī)方面要聚集驅(qū)動電機(jī)、系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)鏈的核心技術(shù)，借助第三代功率電子半導(dǎo)體研發(fā)高性能的裝置，并提高多系統(tǒng)的集成度，從而開發(fā)高效、輕量化的電機(jī)系統(tǒng)和電驅(qū)動組成，最終提高核心競爭力。

作為我國的自主品牌，比亞迪在2012年對外公布了其掌握的電動汽車電池、電機(jī)電控管理技術(shù)。在電機(jī)控制技術(shù)方面，比亞迪采用高性能空間矢量脈寬調(diào)制控制技術(shù)，可完成車輛在上、下坡時的短暫暫停。車輛的平順性、防滑性、穩(wěn)定性、高精度、集成化和安全性等都需要驅(qū)動電機(jī)控制技術(shù)奠定基礎(chǔ)。

2.3 充電站問題的解決方案

雖然充電站及其網(wǎng)絡(luò)建設(shè)、維護(hù)技術(shù)在全球低碳經(jīng)濟(jì)大發(fā)展模式的刺激下得到了快速發(fā)展，但完善的充電站應(yīng)包含充電設(shè)備、充電監(jiān)控、充電站監(jiān)控設(shè)備、充電站電氣系統(tǒng)和相關(guān)預(yù)警、修復(fù)、升級、更新等一系列電子電控技術(shù)。一座完善的充電站應(yīng)具有智能化、集成化、系統(tǒng)化和可擴(kuò)展等特點，并通過網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和監(jiān)控系統(tǒng)集成組成一套自動化管理系統(tǒng)，具備監(jiān)控充電過程、實時采集設(shè)備狀態(tài)、分析數(shù)據(jù)、計算和收取充電費用等功能。

從2014-06開始，國家能源局已開始制定《電動汽車充電基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)規(guī)劃》。規(guī)劃顯示，到2020年將生產(chǎn)500萬輛新能源汽車，充換電站數(shù)量將達(dá)到12 000座，充電樁將達(dá)到450萬個。目前，具體的建設(shè)方案包括交流慢速充電樁、城市快速充電站和城市快速電池更換站。其中，按建設(shè)模式不同，承載著簡單充電、計費、智能計量、上傳、電池管理和其他集成功能等。

某電力集團(tuán)公司承建的南寧竹溪立交汽車充電站系統(tǒng)可同時為8臺電動公交汽車提供“一車一樁”的充電服務(wù)。此系統(tǒng)集充電操作、計量計費、打印上傳、10 kV配電監(jiān)控和保護(hù)、網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)采于一體，且對門禁系統(tǒng)進(jìn)行了合成設(shè)計，從而為竹溪電動汽車的快速發(fā)展提供了可能。

3 電動汽車的發(fā)展方向

未來的電動汽車將是電機(jī)、電控系統(tǒng)完善，電池、儲能系統(tǒng)技術(shù)成熟，與新產(chǎn)業(yè)、新能源、新信息相互融合的全電的產(chǎn)業(yè)模式。預(yù)計到2020年，新能源汽車的累計產(chǎn)量將超過500萬輛。在國際能源供應(yīng)緊張、全球環(huán)境污染加劇的大形勢下，以電這種清潔能源代替油料驅(qū)動汽車將成為主流。電動汽車具有零污染、零排放、零噪聲的特點，未來的電池技術(shù)、電控技術(shù)和無線充電技術(shù)等將解決現(xiàn)有電動汽車中的諸多問題。

〔編輯：張思楠〕