電動(dòng)汽車關(guān)鍵技術(shù)研究*

楊培善

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電動(dòng)汽車關(guān)鍵技術(shù)研究*

楊培善

（宿州職業(yè)技術(shù)學(xué)院，安徽 宿州 234000）

發(fā)展新能源汽車是全世界汽車業(yè)的共同目標(biāo)，電動(dòng)汽車是中國趕超汽車強(qiáng)國的一個(gè)機(jī)遇。本文從電動(dòng)汽車的結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)及國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀出發(fā)，從整車控制技術(shù)、電機(jī)與電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、動(dòng)力電池技術(shù)和能量管理技術(shù)等四個(gè)方面詳細(xì)闡述了電動(dòng)汽車的關(guān)鍵技術(shù)。

電動(dòng)汽車；能源；電池

1 電動(dòng)汽車的基本結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)

純電動(dòng)汽車（EV）是指以驅(qū)動(dòng)電機(jī)為唯一驅(qū)動(dòng)力的汽車。純電驅(qū)動(dòng)汽車的結(jié)構(gòu)主要由電力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、汽車底盤、汽車車身以及各種輔助裝置等部分組成，它以傳統(tǒng)燃油汽車為基礎(chǔ)上，用電力驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)替代了發(fā)動(dòng)機(jī)。純電動(dòng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)主要包括動(dòng)力電池組、電池管理系統(tǒng)（BMS）、驅(qū)動(dòng)電機(jī)、控制系統(tǒng)等。

電動(dòng)汽車行駛時(shí)，動(dòng)力電池輸送電能到驅(qū)動(dòng)電機(jī)，驅(qū)動(dòng)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)產(chǎn)生動(dòng)力驅(qū)動(dòng)車輪，使電動(dòng)汽車行駛。其中，依據(jù)電動(dòng)汽車制動(dòng)踏板與加速踏板輸入信號(hào)，電機(jī)控制器控制動(dòng)力電池和驅(qū)動(dòng)電機(jī)之間的功率流，從而調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)速，進(jìn)而調(diào)節(jié)電動(dòng)汽車車速。輔助動(dòng)力源主要給動(dòng)力轉(zhuǎn)向單元和輔助裝置提供動(dòng)力。

電動(dòng)汽車具有能源利用率高、環(huán)境污染小、噪音低、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，維修方便及智能化等優(yōu)點(diǎn)。

2 國內(nèi)外電動(dòng)汽車發(fā)展現(xiàn)狀

目前，全球主要的汽車大國紛紛將電動(dòng)汽車提升至國家戰(zhàn)略地位，特別是歐盟一些國家不但提出“禁售燃油汽車時(shí)間表”，而且提升至具體的法律層面，同時(shí)采取某些“限行”措施。在電動(dòng)汽車的發(fā)展上，中國則是表現(xiàn)的更為主動(dòng)、積極和系統(tǒng)。

2.1 國外電動(dòng)汽車發(fā)展現(xiàn)狀

綠色低碳成為能源發(fā)展的主要方向，各國都在推動(dòng)能源結(jié)構(gòu)由化石能源向非化石能源為主轉(zhuǎn)變，作為化石能源消費(fèi)端的汽車產(chǎn)業(yè)，正經(jīng)歷一場(chǎng)新的革命，新能源電動(dòng)汽車再次走進(jìn)人們的視野，并將在不遠(yuǎn)的將來取代燃油車。豐田公司在1997推出普銳斯車型，到2015年推出第4代普銳斯車型，全球累計(jì)銷量超過1000萬輛；特斯拉在2008年推出全球第一款大規(guī)模量產(chǎn)的雙座電動(dòng)跑車Roadster，2012年推出ModelS，帶動(dòng)全球電動(dòng)汽車的高速發(fā)展。

2.2 國內(nèi)電動(dòng)汽車發(fā)展現(xiàn)狀

中國電動(dòng)汽車的發(fā)展規(guī)劃相對(duì)健全。中央地方財(cái)政同時(shí)對(duì)電動(dòng)汽車的生產(chǎn)成本差價(jià)進(jìn)行補(bǔ)貼，減免電動(dòng)汽車購置稅，對(duì)電動(dòng)公交車運(yùn)營(yíng)給予補(bǔ)貼，設(shè)置了專門的電動(dòng)汽車車牌和道路優(yōu)先通行權(quán)等。這樣多的支持政策，是其他國家沒有的。

在大量?jī)?yōu)惠政策的推動(dòng)下，中國電動(dòng)汽車市場(chǎng)需求飛速上升，每年一個(gè)大突破。2016年50萬輛、2017年80萬輛、2018年將超100萬輛以上，2020年規(guī)劃為200萬輛。各大車廠都有推出各種電動(dòng)汽車，比亞迪、北汽、江淮、奇瑞都有量產(chǎn)車上市，還有一大波互聯(lián)網(wǎng)造車的企業(yè)也把各種技術(shù)和資金投入到電動(dòng)汽車行業(yè)。2018年以來，眾多新上市的電動(dòng)汽車如吉利帝豪EV 450、比亞迪秦EV 450、北汽新能源EU5等車型續(xù)航里程紛紛突破400公里大關(guān)。

國家在政策和資金方面的大力支持是我國在汽車領(lǐng)域趕超世界先進(jìn)水平的最好時(shí)機(jī)，電動(dòng)汽車的第三個(gè)黃金時(shí)代來臨。在中國電動(dòng)汽車的迅速發(fā)展的前景下，中國政府又推出未來智能網(wǎng)聯(lián)汽車發(fā)展規(guī)劃，推動(dòng)中國電動(dòng)汽車向智能網(wǎng)聯(lián)汽車方向發(fā)展。

3 電動(dòng)汽車關(guān)鍵技術(shù)

3.1 整車技術(shù)

電動(dòng)汽車整車技術(shù)是燃油汽車整車技術(shù)的升級(jí)。在確保電動(dòng)汽車安全性、舒適性的前提下，電動(dòng)汽車整車技術(shù)應(yīng)向輕量化發(fā)展。電動(dòng)汽車重量的減輕會(huì)增加續(xù)航里程。為了緩解電動(dòng)汽車的續(xù)航壓力，電動(dòng)汽車整車技術(shù)增加新型材料如高強(qiáng)度鋼材、鋁鎂合金、工程塑料、碳纖維、新型玻璃等減輕車身質(zhì)量；采用高性能的子午線輪胎減少電動(dòng)汽車行駛過程中的滾動(dòng)阻力；采用流線型的車身形狀降低電動(dòng)汽車行駛時(shí)的空氣阻力等。這其中整車車身輕量化是整車技術(shù)的核心研究?jī)?nèi)容。此外，還可以通過改進(jìn)汽車結(jié)構(gòu)對(duì)整車的內(nèi)部空間進(jìn)行充分的利用。

3.2 電機(jī)和電驅(qū)動(dòng)技術(shù)

驅(qū)動(dòng)電機(jī)從第一代的中央集中驅(qū)動(dòng)技術(shù)和第二代的輪邊電機(jī)技術(shù)，發(fā)展到現(xiàn)在的第三代的輪轂電機(jī)技術(shù)。輪轂電機(jī)技術(shù)是將動(dòng)力、傳動(dòng)和制動(dòng)裝置整合到輪轂內(nèi)，把中央集中式驅(qū)動(dòng)變?yōu)榉植际津?qū)動(dòng)。由于省去了變速器、傳動(dòng)軸、差速器等傳動(dòng)部件，所以輪轂電機(jī)驅(qū)動(dòng)技術(shù)簡(jiǎn)化了底盤，減輕了自身重量，增加了續(xù)航里程，同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)四輪獨(dú)立驅(qū)動(dòng)。目前電動(dòng)汽車的驅(qū)動(dòng)電機(jī)有直流電機(jī)、交流電機(jī)、永磁電機(jī)或開關(guān)磁阻電機(jī)，首選是交流電機(jī)，主流電動(dòng)汽車多數(shù)選擇永磁交流電機(jī)。

電動(dòng)汽車的性能，不但受到驅(qū)動(dòng)電機(jī)的影響，同時(shí)也受到電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)的影響。對(duì)傳統(tǒng)集中驅(qū)動(dòng)技術(shù)的電機(jī)，人們采用了不同的控制理論與控制方法，如變結(jié)構(gòu)控制、模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、自適應(yīng)控制、專家控制、遺傳算法等非線性智能控制技術(shù)。第三代輪轂電機(jī)控制技術(shù)作為一種最直接、最高效的驅(qū)動(dòng)方式，又催生出新的電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。合理運(yùn)用驅(qū)動(dòng)控制技術(shù)對(duì)提高電動(dòng)汽車的綜合性能產(chǎn)生嚴(yán)重影響。

3.3 電池技術(shù)

動(dòng)力電池是電動(dòng)汽車的能量來源，也是電動(dòng)汽車最重要的核心技術(shù)，電池性能的優(yōu)劣直接決定著續(xù)航能力、爬坡能力等電動(dòng)汽車的性能?，F(xiàn)代電動(dòng)汽車動(dòng)力電池應(yīng)具有如下要求：比能率密度高，使用壽命長(zhǎng)，自放電率低，使用成本低，充電快捷，安全環(huán)保，穩(wěn)定性好，易維護(hù)。車用電池已由第一代鉛酸電池發(fā)展到第三代燃料電池，此外還出現(xiàn)了飛輪電池、空氣電池、鈉硫電池等。第二代高能電池中的鋰離子電池的比能量、放電率、充放電壽命及密封性較好等優(yōu)點(diǎn)，成為目前電動(dòng)汽車的動(dòng)力電池組首選。但它也具有需要優(yōu)秀的能量管理系統(tǒng)和充電系統(tǒng)及成本高等缺點(diǎn)。第三代燃料電池雖然目前還處于研制階段，但它在續(xù)行里程和燃料補(bǔ)充上比前兩代電池具有顯著優(yōu)越，且燃科電池所需燃科如甲醇、天然氣等具有來源廣、可再生、無污染和零排放等環(huán)保特性。因此，一旦燃料電池的關(guān)鍵技術(shù)取得突破，它將成為最理想的汽車用電池。

3.4 能量管理技術(shù)

能量管理技術(shù)是對(duì)動(dòng)力電池的系統(tǒng)管理，即電池管理系統(tǒng)（BMS）主要功能是增加續(xù)航里程，延長(zhǎng)使用壽命，使電動(dòng)汽車具有良好的工作性能。電池管理系統(tǒng)的基本功能主要包括電池狀態(tài)的數(shù)據(jù)采集與監(jiān)測(cè)、各電池組電量的均衡管理、熱管理、安全管理和數(shù)據(jù)通信等。

能量管理系統(tǒng)在充電與行駛時(shí)，能準(zhǔn)確可靠的對(duì)各單體電池的電流、電壓、溫度等狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)，對(duì)當(dāng)前剩余電能進(jìn)行估計(jì)，對(duì)剩余行駛里程進(jìn)行計(jì)算。SOC 即電池剩余電量，目前，國內(nèi)外主要應(yīng)用安時(shí)積分法、放電試驗(yàn)法、開路電壓法、Kalman濾波法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法等SOC 評(píng)估方法，其中大部分能量管理系統(tǒng)采用的估算方法是安時(shí)積分法。

電動(dòng)汽車的ECU是能量管理系統(tǒng)的核心。首先，它能夠采集汽車各個(gè)子系統(tǒng)的實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)，進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控和修復(fù)診斷；其次，它能夠控制充電/放電模式、計(jì)算電池剩余電量等。能量管理系統(tǒng)因其可以對(duì)電池進(jìn)行在線修復(fù)及實(shí)時(shí)保護(hù)，對(duì)電池電壓、電流和溫度進(jìn)行監(jiān)測(cè)等功能，從而提升電池使用壽命，成為電動(dòng)汽車的安全保障。

4 結(jié)束語

推進(jìn)新能源汽車發(fā)展，是全球汽車業(yè)的共同目標(biāo)。雖然中國傳統(tǒng)汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展相對(duì)落后，但在新能源汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展上起步較早，個(gè)別領(lǐng)域有趕超趨勢(shì)。因此，中國應(yīng)順應(yīng)全球汽車業(yè)發(fā)展趨勢(shì)，抓住傳統(tǒng)汽車向電動(dòng)汽車轉(zhuǎn)型的戰(zhàn)略機(jī)遇，堅(jiān)持技術(shù)革新，推動(dòng)和實(shí)現(xiàn)電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)的彎道超車。

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Research on Key Technology of electric vehicle*

Yang Peishan

( Suzhou Vocational and Technical College, Anhui Suzhou 234000 )

The development of new energy vehicles is a common goal of the automotive industry around the world. Electric vehicles are an opportunity for China to catch up with other countries. Based on the structure and characteristics of electric vehicles and the current development situation domestic and foreign, This paper describes the key technologies of electric vehicles with vehicle control technology, motor and electric drive system, power battery technology and energy manage -ment technology.

Electric vehicles; Energy; battery

G423.04

A

1671-7988(2018)21-22-03

G423.04

A

1671-7988(2018)21-22-03

楊培善，男，漢族，碩士，講師，就職于宿州職業(yè)技術(shù)學(xué)院，主要研究方向新能源汽車技術(shù)。

安徽省質(zhì)量工程研究項(xiàng)目自控視角下發(fā)動(dòng)機(jī)電控系統(tǒng)檢修教學(xué)模式研究（2016jyxm 1041）。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2018.21.008