純電動(dòng)汽車關(guān)鍵技術(shù)

吳俊鋒

【摘 要】隨著傳統(tǒng)燃油車不斷增加，能源的資源問(wèn)題不斷凸顯，發(fā)展新能源汽車就成為了各汽車制造企業(yè)的關(guān)鍵發(fā)展。純電動(dòng)汽車是新能源汽車的一員，與燃油汽車對(duì)比，它具有節(jié)能、環(huán)保的優(yōu)點(diǎn)，有利于緩解能源稀缺、減輕大氣污染。而電機(jī)以及控制器技術(shù)、電池及其管理技術(shù)、整車控制技術(shù)等關(guān)鍵技術(shù)的突破將會(huì)推動(dòng)純電動(dòng)汽車的進(jìn)一步發(fā)展。

【關(guān)鍵詞】純電動(dòng)汽車；電機(jī)及控制器技術(shù)；電池及管理技術(shù)；整車控制技術(shù)

1.電機(jī)及控制技術(shù)

純電動(dòng)汽車的驅(qū)動(dòng)電機(jī)屬于特種電機(jī)，是電動(dòng)汽車的關(guān)鍵零部件之一。為了使純電動(dòng)汽車能夠擁有良好的驅(qū)動(dòng)性能，應(yīng)使驅(qū)動(dòng)電機(jī)具有較寬的調(diào)速范圍以及較高的轉(zhuǎn)速，具有足夠大的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，質(zhì)量輕、體積小、效率高并且能夠有動(dòng)態(tài)制動(dòng)性能強(qiáng)和能量回饋的性能。純電動(dòng)汽車所使用的電機(jī)正在朝著高轉(zhuǎn)速、大功率、高效率以及小型化方向發(fā)展。

隨著電機(jī)以及驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)技術(shù)的不斷更新和發(fā)展，控制系統(tǒng)不斷地趨于數(shù)字化和智能化。模糊控制、變結(jié)構(gòu)控制、自適應(yīng)控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制，以及專家系統(tǒng)、遺傳算法等等非線性智能控制技術(shù)都在逐步應(yīng)用在純電動(dòng)汽車的點(diǎn)擊控制系統(tǒng)上面。它們的應(yīng)用將會(huì)使整個(gè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、響應(yīng)迅速、抗干擾能力強(qiáng)，參數(shù)變化也具有了魯棒性，可以大大地提高整個(gè)控制系統(tǒng)的綜合性能。

純電動(dòng)汽車的再生制動(dòng)控制系統(tǒng)可以節(jié)約能源、提高續(xù)航行駛里程，具有較為顯著的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)價(jià)值。與此同時(shí)，再生制動(dòng)還能夠減少汽車制動(dòng)片的磨損，降低車輛的故障率以及使用成本。

2.電池及其管理技術(shù)

電池是純電動(dòng)汽車的動(dòng)力源，也是一直制約著純電動(dòng)汽車發(fā)展的一個(gè)關(guān)鍵性因素。純電動(dòng)汽車所使用的電池要求比能量高、比功率大、使用壽命長(zhǎng)，但是就目前的電池而言，能量密度較低、電池組過(guò)重、續(xù)航行駛里程短、價(jià)格高昂、循環(huán)壽命有限。

純電動(dòng)汽車車用動(dòng)力蓄電池經(jīng)歷了三代的發(fā)展，在現(xiàn)如今也已經(jīng)取得了突破性的進(jìn)展。第一代是鉛酸電池，由于其比能量高、價(jià)格低廉和能高倍率放電，因此是目前唯一能夠大批量生產(chǎn)的純電動(dòng)汽車車用電池。第二代是堿性電池，主要有鎳鎘、鎳氫、鈉硫、鋰離子以及鋅空氣等多種電池，其比能量和比功率都比鉛酸電池高，因此堿性電池大大提高了電動(dòng)汽車的動(dòng)力性能和續(xù)航行駛里程，但是堿性電池的價(jià)格卻比鉛酸電池的價(jià)格高。只要采用材料成本降低，電動(dòng)汽車使用鋰離子電池就能夠獲得長(zhǎng)久的發(fā)展，但是目前的關(guān)鍵是要降低量化生產(chǎn)的成本，提高電池的安全可靠性、一致性以及壽命。第三代是以燃料電池為主的電池。燃料電池能量轉(zhuǎn)變效率、比能量和比功率都比鉛酸電池和堿性電池都高，并且能夠控制反應(yīng)的過(guò)程，能量轉(zhuǎn)化的過(guò)程能夠連續(xù)地進(jìn)行，因此是理想的電動(dòng)汽車車用電池。

電池組的性能能夠直接影響整車的加速性能、續(xù)航行駛里程以及制動(dòng)能量的回收效率等方面。電池的成本和循環(huán)的壽命會(huì)直接影響車輛的成本以及可靠性，所有影響電池性能的參數(shù)都必須得到優(yōu)化。純電動(dòng)汽車的電池在使用過(guò)程當(dāng)中發(fā)熱量很大，電池的溫度會(huì)影響電池的電化學(xué)系統(tǒng)運(yùn)行、循環(huán)壽命和充電的可接收性、功率和能量、安全性以及可靠性。所以為了達(dá)到最佳的性能和使用壽命，需要將電池包的溫度控制在一定的有效范圍內(nèi)。減小包內(nèi)不均勻的溫度分布以避免模塊之間的不平衡，以此來(lái)避免電池性能的下降，而且可以消除相關(guān)的潛在危險(xiǎn)。由于電池包的設(shè)計(jì)既要密封、防水、防塵、絕緣等，又要考慮空氣氣流流場(chǎng)的分布、均勻散熱，所以電池包的散熱通風(fēng)設(shè)計(jì)，成為純電動(dòng)汽車研究的一個(gè)重要的領(lǐng)域。

3.整車控制技術(shù)

隨著電動(dòng)汽車整車以及關(guān)鍵零部件技術(shù)地不斷提高，電動(dòng)汽車正在朝著整車優(yōu)化控制的方向發(fā)展。近幾年所推出的純電動(dòng)汽車當(dāng)中有很多都帶有整車控制器，使得整車的控制技術(shù)正在日漸趨于完善，實(shí)現(xiàn)了對(duì)車輛個(gè)系統(tǒng)的綜合控制。

純電動(dòng)汽車的整車控制器是純電動(dòng)汽車整車控制系統(tǒng)的核心部件，它對(duì)汽車的正常行駛性能、安全性能、再生能量回饋性能、網(wǎng)絡(luò)管理性能、故障診斷與處理能力、車輛狀態(tài)的監(jiān)視等方面起著決定性的作用。傳統(tǒng)的燃油汽車中，發(fā)動(dòng)機(jī)的管理系統(tǒng)是為了使汽車發(fā)動(dòng)機(jī)在所有行駛工況下都可以產(chǎn)生低的排放污染物、良好的燃油經(jīng)濟(jì)性以及良好的驅(qū)動(dòng)性能。同樣的，純電動(dòng)汽車也需要一個(gè)整車管理系統(tǒng)來(lái)增加其續(xù)航行駛里程，優(yōu)化能量的分配。

純電動(dòng)汽車的整車控制系統(tǒng)由整車控制器、電機(jī)控制器、電池管理系統(tǒng)、電動(dòng)汽車組合儀表、車內(nèi)控制器局域網(wǎng)絡(luò)、通信網(wǎng)絡(luò)等部分組成。整車控制器根據(jù)汽車的實(shí)際運(yùn)行工況，通過(guò)CAN總線或者常規(guī)的線束發(fā)送和接受信息，實(shí)現(xiàn)車內(nèi)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)通信，并對(duì)整車進(jìn)行相應(yīng)的控制。純電動(dòng)汽車的整車控制器應(yīng)具備以下的動(dòng)能：

1.整車控制器根據(jù)車輛運(yùn)行工況以及控制的策略，協(xié)調(diào)控制下層控制器工作，使整車性能指標(biāo)能夠得到改善。

2.整車控制器可以實(shí)現(xiàn)駕駛員的駕駛意圖，并采用相應(yīng)的控制策略，實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)、再生制動(dòng)功能。

3.根據(jù)動(dòng)力電池組荷電狀態(tài)和形式工況，整車控制器可以協(xié)調(diào)電機(jī)控制器與電池管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)動(dòng)力電池組各種保護(hù)措施，提高動(dòng)力電池的安全性和使用壽命。

4.整車控制器負(fù)責(zé)整車高壓防護(hù)、漏電檢測(cè)、故障診斷以及處理等等功能。

純電動(dòng)汽車的整車控制器除了以上的四個(gè)基本功能以外，還可以控制電動(dòng)附件、低壓電器等相關(guān)部件。除了整車控制系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)意外，要有系統(tǒng)控制策略的制定、控制程序編寫、調(diào)試等方面的工作?？刂谱映绦虬ǎ候?qū)動(dòng)控制、制動(dòng)控制、駕駛員意圖識(shí)別、能量?jī)?yōu)化控制、安全控制以及故障診斷等等。

整車控制器也是衡量整車控制系統(tǒng)性能以及功能等級(jí)的主要部件。整車控制器的性能優(yōu)良會(huì)直接影響到整個(gè)純電動(dòng)汽車控制系統(tǒng)的控制效果。無(wú)論純電動(dòng)汽車的其他總成性能完好，但是整車控制器出現(xiàn)了問(wèn)題，車輛就無(wú)法正常地形式，無(wú)法實(shí)現(xiàn)能量回饋，甚至有可能會(huì)出現(xiàn)安全事故。因而開發(fā)出功能完備的整車控制器是純電動(dòng)汽車整車控制系統(tǒng)產(chǎn)品化過(guò)程中必不可少的工作任務(wù)。

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