純電動(dòng)汽車技術(shù)探析

韓悌明

（蘭州知豆電動(dòng)汽車有限公司，甘肅 蘭州 730300）

1 純電動(dòng)汽車概述

純電動(dòng)汽車是新能源汽車的一種，目前行業(yè)對(duì)于純電動(dòng)汽車的界定一般是指以車載電源為工作動(dòng)力、通過電機(jī)驅(qū)動(dòng)車輪行駛的汽車。因此純電動(dòng)汽車與傳統(tǒng)汽車的最大區(qū)別就在于能源獲取途徑的不同，傳統(tǒng)汽車主要以汽油或柴油燃燒來獲得能源，而純電動(dòng)汽車則是以車載電源為行駛能源。目前，常見的純電動(dòng)汽車在結(jié)構(gòu)上主要由電源系統(tǒng)、電力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)、整車控制系統(tǒng)等部分組成，其中最為關(guān)鍵的部分是電源及電力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，這一部分是整車的動(dòng)力來源，也是目前限制純電動(dòng)汽車發(fā)展的技術(shù)難題。

純電動(dòng)汽車的優(yōu)勢主要體現(xiàn)在兩方面：

一方面純電動(dòng)汽車的能源獲取相比傳統(tǒng)汽車更加簡單，電力能源在當(dāng)前城市中獲取十分便利，使用也更加安全；

另一方面則體現(xiàn)在純電動(dòng)汽車在污染控制方面的巨大優(yōu)勢，汽油或柴油的燃燒會(huì)造成嚴(yán)重的空氣污染，而電力能源的使用則沒有這一問題。

但目前，純電動(dòng)汽車在技術(shù)方面仍然還有較大的缺陷，特別是在電池系統(tǒng)的研發(fā)上，還存在著使用壽命較短，充電時(shí)間較長等方面問題。因此，想要充分發(fā)揮純電動(dòng)汽車的優(yōu)勢，還需要不斷提高技術(shù)研究水平，解決當(dāng)前的技術(shù)難題。

2 純電動(dòng)汽車的技術(shù)現(xiàn)狀

從純電動(dòng)汽車的發(fā)展歷史來看，其發(fā)展的歷史已經(jīng)比較長，但是在過去較長的一段時(shí)間里，純電動(dòng)汽車的使用主要局限在一些特定的領(lǐng)域，沒有大范圍的推廣市場，因?yàn)樾袠I(yè)對(duì)于純電動(dòng)汽車的研究還不夠成熟，投入市場的產(chǎn)品都存在一定的技術(shù)缺陷?，F(xiàn)如今，我國基于可持續(xù)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的戰(zhàn)略指導(dǎo)，對(duì)于電動(dòng)汽車行業(yè)有了一定的政策支持，這極大的提高了我國汽車產(chǎn)商在純電動(dòng)汽車技術(shù)方面研究的積極性。因此，總結(jié)歸納純電動(dòng)汽車的技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀，了解當(dāng)前技術(shù)層面所存在的問題，對(duì)于下一階段的技術(shù)發(fā)展有著一定指導(dǎo)意義。目前，就行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀，純電動(dòng)汽車技術(shù)的特點(diǎn)主要表現(xiàn)在以下幾點(diǎn)。

2.1 電池技術(shù)

電池技術(shù)是當(dāng)前純電動(dòng)汽車行業(yè)需要重點(diǎn)攻破的主要技術(shù)難題，電池使用壽命以及充放電的速率會(huì)直接影響到汽車的續(xù)航水平，電池工作的安全性更是會(huì)直接關(guān)系到駕駛?cè)藛T的生命安全。對(duì)于純電動(dòng)汽車的電池系統(tǒng)而言，性能指標(biāo)的評(píng)價(jià)主要通過比能量（E）、能量密度（Ed）、比功率（P）、循環(huán)壽命（L）和成本（C）這五項(xiàng)性能指標(biāo)來進(jìn)行衡量。[1]因此，純電動(dòng)汽車電池技術(shù)的發(fā)展就需要通過在控制生產(chǎn)成本的基礎(chǔ)上，不斷提高比能量、能量密度以及比功率，同時(shí)盡可能的延長電池的使用壽命。

行業(yè)對(duì)于純電動(dòng)汽車的電池研究主要有三個(gè)階段。第一個(gè)階段是酸鉛電池，在這一時(shí)期，純電動(dòng)汽車的電池一般都是閥控酸鉛電池，這一類型的電池在比能量及比功率上有較大的優(yōu)勢，同時(shí)在技術(shù)發(fā)展相對(duì)成熟，能夠有效控制生產(chǎn)成本。而正是因?yàn)檫@一類型電池在純電動(dòng)汽車上的應(yīng)用才使得純電動(dòng)汽車能夠大量走向市場。但是，酸鉛電池在使用壽命及充放電壽命上還存在較大的缺陷，因此電池技術(shù)的發(fā)展又進(jìn)入第二階段堿性電池階段。這一類型的電池種類比較多，常見的有鎳鉻電池、鎳氫電池、鈉硫電池、鋰離子電池以及鋅空氣電池等。而堿性電池相比起鉛酸電池，在比能量方面有了較為顯著的提升，能夠有效提高電動(dòng)汽車的駕駛性能，同時(shí)在電池容量方面的提升也比較明顯，能夠在酸鉛電池的基礎(chǔ)上成倍的提高汽車的續(xù)航公里，因此，現(xiàn)階段市場上的純電動(dòng)汽車也主要是以堅(jiān)持堿性點(diǎn)為主。而第三階段的電池主要是燃料電池，這一類型的電池可將燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能，這一技術(shù)不僅使得電池的能量轉(zhuǎn)變效率提高，在比能量以及比功率方面也有了較大突破。因此，這一類型的電池是純電動(dòng)汽車的理想應(yīng)用電池，但目前技術(shù)還未發(fā)展成熟，無法大規(guī)模投放市場，需要持續(xù)攻破技術(shù)難題。

2.2 電力驅(qū)動(dòng)及控制技術(shù)

驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是汽車整體系統(tǒng)中十分重要的一項(xiàng)，直接關(guān)系到汽車的行駛操控，而對(duì)于純電動(dòng)汽車而言，驅(qū)動(dòng)電機(jī)則是驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的主體，對(duì)于汽車的整體性能至關(guān)重要。目前，行業(yè)對(duì)于驅(qū)動(dòng)電機(jī)的技術(shù)指標(biāo)主要在轉(zhuǎn)速、啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩、體積及質(zhì)量方面。而結(jié)合已有技術(shù)，現(xiàn)在常見的純電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)電機(jī)主要有以下四種類型：

（1）直流電動(dòng)機(jī)；

（2）感應(yīng)電動(dòng)機(jī)；

（3）永磁無刷電動(dòng)機(jī)；

（4）開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)。

其中應(yīng)用最為廣泛的主要是感應(yīng)電動(dòng)機(jī)。使用感應(yīng)電動(dòng)機(jī)作為驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的電動(dòng)汽車主要有兩種控制方式：矢量控制與直線轉(zhuǎn)矩控制。這兩種控制方式中，直線轉(zhuǎn)矩控制模式具備較突出的優(yōu)勢。首先，直線轉(zhuǎn)矩控制相對(duì)來說比較簡單，操作便利，對(duì)駕駛員的操作技術(shù)要求較低。其次，直線轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)雖然結(jié)構(gòu)簡單，但是在控制性能方面表現(xiàn)也比較優(yōu)秀，能夠滿足絕大多數(shù)情況下對(duì)于驅(qū)動(dòng)控制的需求。再則，由于結(jié)構(gòu)簡單，直線轉(zhuǎn)矩系統(tǒng)也能夠具備較快的反應(yīng)速度。這三點(diǎn)優(yōu)勢與純電動(dòng)汽車的技術(shù)特點(diǎn)需求較為符合，因此目前歐美國家在純電動(dòng)汽車的控制系統(tǒng)中主要是使用這一方式。

而在純電動(dòng)汽車的電力驅(qū)動(dòng)及控制技術(shù)的發(fā)展中，永磁無刷電動(dòng)機(jī)的研究是重要方向。永磁無刷電動(dòng)機(jī)在實(shí)際應(yīng)用中能夠表現(xiàn)出十分優(yōu)秀的高功率密度，而根據(jù)驅(qū)動(dòng)方式的區(qū)別，這一類型的電動(dòng)機(jī)又有無刷直流電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)和由正弦波驅(qū)動(dòng)的無刷直流電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)。其中由正弦波驅(qū)動(dòng)的無刷直流電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)類電機(jī)在體積和重量方面控制較為突出，同時(shí)能量密度功率和效率是目前常見幾種電機(jī)中最高的，響應(yīng)速度也較快，因此這一技術(shù)的應(yīng)用前景十分廣闊。

2.3 電動(dòng)汽車整車技術(shù)

伴隨著純電動(dòng)汽車技術(shù)的發(fā)展，汽車整車技術(shù)的研究也進(jìn)入了新的階段。純電動(dòng)汽車是典型的高科技綜合性產(chǎn)品，為了保證汽車?yán)m(xù)航及操控性能的提升，除了在電池及驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)方面需要不斷提升技術(shù)，在車體車身方面也需要進(jìn)一步突破。因?yàn)橄噍^于電池技術(shù)以及驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)技術(shù)的突破，通過減輕車身重量，降低風(fēng)阻等手段來降低純電動(dòng)汽車的能耗更易實(shí)現(xiàn)。目前，在純電動(dòng)汽車的整車技術(shù)中，各種輕質(zhì)材料（如鎂、鋁、碳釬維等復(fù)合材料）已經(jīng)有了廣泛應(yīng)用，通過應(yīng)用這些新型材料能夠有效實(shí)現(xiàn)汽車整體重量的下降。而汽車重量的下降能夠有效提高汽車運(yùn)動(dòng)的整體性能，這一點(diǎn)在純電動(dòng)汽車形式過程中制動(dòng)下坡以及怠速的情況下，在能量回收的效率方面有著明顯的優(yōu)勢。目前，電動(dòng)汽車的整車技術(shù)往往是根據(jù)能量回收的角度去優(yōu)化車身結(jié)構(gòu)，降低車輛行駛過程中所收到的阻力。在接下來，純電動(dòng)汽車的整車技術(shù)發(fā)展趨勢仍然將聚焦在車身重量減低以及減少風(fēng)阻的目標(biāo)上，通過優(yōu)化車身結(jié)構(gòu)，運(yùn)用各種新型材料優(yōu)化車輛性能。

2.4 能量管理技術(shù)

前文提到，電池系統(tǒng)在純電動(dòng)汽車運(yùn)行過程中的重要性，因此為保證汽車的整體性能與使用壽命，還應(yīng)當(dāng)重視電池系統(tǒng)的能量管理技術(shù)。相較于電池技術(shù)、電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制技術(shù)、電動(dòng)汽車整車技術(shù)這一類關(guān)乎汽車硬件方面的技術(shù)，能量管理系統(tǒng)是純電動(dòng)汽車技術(shù)中的軟件部分，是純電動(dòng)汽車智能化、信息化的重要體現(xiàn)。而所謂的能量管理就是指，具備能夠調(diào)節(jié)電動(dòng)汽車整車各個(gè)功能部分能量使用情況的系統(tǒng)。這一系統(tǒng)的設(shè)計(jì)目標(biāo)在于實(shí)現(xiàn)對(duì)于電池以及電池組荷電狀態(tài)的檢測，然后根據(jù)各個(gè)傳感元件所獲取的溫度、電機(jī)轉(zhuǎn)速、電池工況等數(shù)據(jù)，來對(duì)車載能量進(jìn)行合理的調(diào)配，從而使得電池系統(tǒng)的充放電方式能夠達(dá)到最為協(xié)調(diào)的情況。這樣一方面能夠有效提高電動(dòng)汽車的續(xù)航水平，節(jié)約電力的使用，另一方面也能夠大大延長電池的使用壽命。[2]電動(dòng)汽車的能量管理技術(shù)的關(guān)鍵是基于計(jì)算的管理數(shù)學(xué)模型，通過對(duì)數(shù)據(jù)的分析，得到相應(yīng)的作業(yè)指令。因此，對(duì)于模式的不斷優(yōu)化是這一技術(shù)發(fā)展的主要方向，通過不斷積累數(shù)據(jù)，不斷優(yōu)化模型的計(jì)算邏輯，從而提升能量管理系統(tǒng)的實(shí)用性。這一過程是持續(xù)不斷的過程，需要研究人員結(jié)合技術(shù)的發(fā)展不斷更新模型，不斷優(yōu)化計(jì)算。

3 總結(jié)

純電動(dòng)汽車的研究是目前新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展中十分重要的一項(xiàng)工作，伴隨著我國對(duì)于汽車需求量的不斷提升，出于環(huán)境保護(hù)及節(jié)約能源的角度，未來純電動(dòng)汽車將在汽車市場中占據(jù)著越來越重要的位置。為滿足這一發(fā)展需要，就需要不斷在純電動(dòng)汽車的技術(shù)研究上做出突破，本文就純電動(dòng)汽車在電池技術(shù)、電力驅(qū)動(dòng)及控制技術(shù)、電動(dòng)汽車整車技術(shù)、能量管理技術(shù)方面的發(fā)展現(xiàn)狀做出歸納總結(jié)，并結(jié)合當(dāng)下市場的實(shí)際情況對(duì)純電動(dòng)汽車的技術(shù)發(fā)展趨勢做出預(yù)測。