電動汽車技術及前景簡介

李冰

（烏魯木齊職業(yè)大學，新疆烏魯木齊830023）

電動汽車技術及前景簡介

李冰

（烏魯木齊職業(yè)大學，新疆烏魯木齊830023）

由于電動汽車在節(jié)能和環(huán)保方面擁有巨大優(yōu)勢，在目前的環(huán)境和能源危機下必然是未來汽車行業(yè)的發(fā)展方向。文章通過總結(jié)近些年電動車技術的發(fā)展，闡述了電動車的分類及特點，分析了電動車的相關技術，指出了電動車的現(xiàn)狀以及未來發(fā)展方向。

電動車；電機技術；驅(qū)動技術；電池；充電技術

自從20世紀70年代全球爆發(fā)石油危機以來，世界上主要的汽車廠家都開始對電動汽車技術進行開發(fā)，經(jīng)過幾十年發(fā)展，生產(chǎn)出了以特斯拉等為代表的電動汽車產(chǎn)品。我國也經(jīng)過了20年不懈的努力，投入了大量人力、物力、財力，取得了一系列豐碩的成果，與國外的同類型產(chǎn)品并沒有明顯差距。隨著能源和環(huán)境危機的惡化，節(jié)能和減排將是汽車技術的未來發(fā)展方向，而發(fā)展電動汽車將是其中最佳的選擇。

1 電動汽車的特點和分類

電動汽車是指以車載電源為動力，利用電動機驅(qū)動車輪行駛，符合道路交通、安全法規(guī)各項要求的車輛。與內(nèi)燃機汽車相比，電動汽車應具有以下特點：動力來源廣泛；對環(huán)境造成的污染較低;維修維護方便；噪聲低；效率高；結(jié)構簡單，使用范圍廣，對環(huán)境影響較小。但是，也存在一些技術問題：如電池技術、電機及其控制系統(tǒng)、社會的基礎設施（充電站或加氫站）等問題。

按照動力類型，電動汽車可分為純電動汽車(PEV)、混合動力汽車（HEV）和燃料電池電動汽車（FCEV）。最近在傳統(tǒng)混合動力汽車基礎上，派生出一種外接充電式的混合動力汽車（PHEV）。

（1）純電動汽車。純電動汽車（BEV）是指僅由電力驅(qū)動的車型。電動汽車的核心是蓄電池電力驅(qū)動及控制系統(tǒng)。電力驅(qū)動及控制系統(tǒng)由電源、驅(qū)動電機和調(diào)速控制裝置等組成。不過目前純電動汽車還存在充電時間長、電池壽命短、續(xù)航里程短，充電設施不完善等缺點，僅局限在某些特定范圍內(nèi)使用，如城市公交、公安巡邏等部門，市場較小。

（2）混合動力汽車（HEV）是指采用傳統(tǒng)內(nèi)燃機同時配以電動機和發(fā)電機，電動機作為發(fā)動機的輔助動力，可以改善低速動力性能和油耗性能。但這種汽車根本上還是采用石油資源作為動力，還存在環(huán)保方面的問題?；旌蟿恿ζ囍皇菫榱私档陀秃暮吞岣攮h(huán)保性能而產(chǎn)生的一種過渡車型，未來終將被取代。

（3）燃料電池汽車。燃料電池汽車是一種新的電動汽車，按照電池類型可以分為氫燃料電池、甲烷燃料電池、甲醇燃料電池及乙醇燃料電池。它的原理是直接將燃料中的化學能轉(zhuǎn)化為電能用以驅(qū)動電機的汽車。優(yōu)點是能量利用率高，對環(huán)境無污染或低污染，電池的續(xù)航能力高。但缺點是造價太高功率低，需要超級電容和其他電池輔助。

2 電動汽車的主要技術

（1）電機及驅(qū)動技術。電機及驅(qū)動系統(tǒng)是電動汽車的心臟，主要組成是電機、功率變換器、電子控制器和機械傳動系統(tǒng)。電動汽車的驅(qū)動電機有直流、交流，有刷、無刷等不同類型，勵磁方式有永磁、電磁之分。驅(qū)動電機具有調(diào)速范圍寬、轉(zhuǎn)速高、起動轉(zhuǎn)矩大、質(zhì)量輕、體積小、效率高且有能量回饋等特性。驅(qū)動電機的調(diào)速控制也分有級、無級調(diào)速，有采用電子調(diào)速控制器、不用調(diào)速控制器之分。目前，電動汽車用電動機主要有直流電機、感應電機、永磁電機和開關磁阻電機共4種類型。

（2）動力電池技術。廣義上講，電池從技術上主要可分為化學電池、物理電池和生物電池三大類，目前電動汽車中使用的是化學電池和物理電池，生物電池現(xiàn)在依然存在很多技術問題。出于實用化的考慮，只對常見的化學電池及物理電池進行介紹。①鋰電池。鋰電池是目前市面上最常用的電池種類之一，具有能量密度高、循環(huán)使用壽命長的優(yōu)點，因此在各個領域使用范圍十分廣泛。鋰離子電池主要優(yōu)點是工作電壓高、能量密度大、體積小、質(zhì)量輕、工作溫度范圍寬、無記憶效應、無污染、自放電小、可快速充放電、循環(huán)壽命長，是理想的綠色電池。但鋰離子電池也存在缺點，主要有價格較高、容量小、不耐過沖過放電，安全性較差，需要設置隔膜防止內(nèi)部短路，需要設置多重保護機制。②鎳氫電池。鎳氫電池是目前在電動汽車上廣泛使用的另一種電池。鎳氫電池的能量密度和鋰離子電池相差不大，但是單體電壓較低，僅為1.2V，故而其占用的體積要比鋰離子電池大一些。鎳氫電池的缺點是高溫時充電耐受性低和低溫時容量減??；原材料價格昂貴，生產(chǎn)成本較高;電池不能過放電，否則會造成永久性損傷，荷電狀態(tài)必須被限制在一個較小的范圍內(nèi)，能量的利用率不高。鎳氫電池屬于電動汽車在過渡階段使用的電池，未來將會被更加成熟的電源代替。③物理電池。物理電池主要通過物理變化來提供、儲存電能的電池統(tǒng)稱，常見的物理電池有超級電容、飛輪電池等。超級電容是一種介于電池與傳統(tǒng)電容之間的電子元件，其主要依靠雙電層和氧化還原假電容電荷儲存電能，在轉(zhuǎn)換的期間不發(fā)生化學反應，因此被歸為物理電池的范疇。飛輪電池簡單來說就是利用類似慣性飛輪轉(zhuǎn)動時產(chǎn)生能量的原理來實現(xiàn)能量的存儲與釋放。目前物理電池的主要優(yōu)點是存放電效率高，缺點是儲能低，因此主要作為輔助電池使用。

（3）電動汽車的充電技術。電動汽車的充電方式：電動汽車的充電方式主要有常規(guī)充電(慢充)、快速充電(快充)、更換電池(快換)、無線充電(感應充電)和移動式充電(MAC)共5種，目前常用前3種方式。①常規(guī)充電。常規(guī)充電主要采用恒壓或恒流的方式，以較低的充電電流(約15A)對電池進行充電。優(yōu)點：充電器安裝成本較低;可利用電力低谷時段充電，降低用電成本;可提高充電效率和延長電池的使用壽命。缺點：充電時間過長，在緊急情況下可能會造成延誤。②快速充電。指以較大的充電電流在短時間內(nèi)完成蓄電池充電。優(yōu)點：充電時間短，沒有記憶性，能進行大容量充電及放電，一般用于大型充電站。缺點：充電器價格昂貴且安裝成本高，影響電池的使用壽命;充電電流較大，對充電技術要求較高，存在安全隱患。③更換電池。優(yōu)點：可以提高車輛使用效率以及用戶使用的方便性和快捷性，對更換下來的蓄電池可利用低谷時段進行充電，降低充電成本。缺點：由于要配備備用電池和電池更換設備，因此設備成本較高，對場地也有一定要求。④無線充電。近些年發(fā)展的一種新的充電方式，將電能轉(zhuǎn)換成特殊激光或微波束，用車上相應的設備進行接收，再轉(zhuǎn)換成電能供蓄電池充電。優(yōu)點：快速、安全、便捷。缺點：電能轉(zhuǎn)換效率低，成本高且技術存在瓶頸。⑤移動式充電。移動式充電是在汽車行駛過程中進行的充電方式。將充電系統(tǒng)埋設在一段路面之下作為充電區(qū)，無需額外的空間。通過接觸式或感應式系統(tǒng)，對行駛過充電區(qū)的充電汽車進行充電。優(yōu)點：不需要額外的空間，占地面積小，且不浪費時間。缺點：工程投資巨大。

3 結(jié)語

目前來看，電動汽車在電源、充電技術、電源控制技術等方面依然存在技術瓶頸，且在政策方面需要汽車生產(chǎn)商、電機生產(chǎn)商、電池生產(chǎn)商、電力部門、科研部門、政府部門、社會組織等各方面的通力合作，這樣才能促進電動汽車的發(fā)展。

［1］陳清泉,孫逢春,祝嘉光.現(xiàn)代電動汽車技術［D］.北京：北京理工大學出版社，2002.

［2］梅小安.世界電動汽車技術發(fā)展及趨勢［J］.汽車研究與開發(fā)，2004，（2）.

［3］曹秉剛.電動汽車技術進展和發(fā)展趨勢［J］.西安交通大學學報，2004，（1）.

李冰（1985-），男，新疆昌吉人，大學本科，主要研究方向：汽車運用及維修技術。