電動汽車動力源不同位置優化

摘要：新能源汽車包含純電動汽車、太陽能汽車、混合動力汽車、氫能源汽車等等，而這些汽車的組成部件中，蓄電池是不可缺少的一個部分，甚至可以說蓄電池是新能源汽車的心臟，正如發動機是柴油機/汽油機汽車的心臟一樣。蓄電池在新能源汽車中位置不同，所帶來的汽車系統布置、動力性能、經濟性能和噪聲等等都會有著重要的影響。本文基于這種影響對新能源汽車進行研究，研究蓄電池不同位置對新能源汽車的影響，包括前置式、中置式和后置式三種類型，對這些類型的新能源汽車的優缺點進行分析，并針對缺點而提出了一些優化措施。

關鍵詞：新能源汽車；電池；優缺點；優化

隨著科技的進步，汽車行業也得到了快速的發展。但同時也帶來了很多嚴峻的問題，尤其是汽車排除的尾氣，不僅對污染了環境，也危害了居民的身體健康。隨著世界各地人民環境保護的意識增加，人們對于汽車排放的標準也提出了更高的要求。同時隨著世界油價的持續上升，以及金融危機的爆發，促使了人們開始關注汽車的經濟性能。新能源汽車正是在這種背景下產生的，新能源汽車具有很好的經濟性能以及低排放性能，可以很好滿足人們的需求，但是新能源汽車作為新型產品也具備一定的不足，需要進行更多的研究。

1.電池前置式電動汽車

對于純電動汽車而言，不管是將電池前置、后置、底置，其基本組成部分都是一樣的，主要組成部件還是電池組和驅動電機。將電池組前置能夠帶來很多的好處，但是也會帶來一定的不利因素。電池組前置，通常驅動電機后置，由電池組帶動電機工作，這種純電動汽車電池組補充電量的唯一方法就是充電。

1.1.電池前置式電動汽車的優點

由于這種純電動汽車沒有發動機的存在，所以整個能夠容納其他零部件的空間也相對比較多，使得整車的體積進一步縮小，這樣可以在一定程度上節省成本。將電池組前置后，可以騰出更多的后置空間，而且汽車在行駛的過程中，前面是迎風面，這樣會對電池組的散熱更加有利，可以延長電池組的連續工作時間。與后置想比較而言，電池組前置式也有利于檢修。至于動力性能和經濟性能，前置式比后置式具有更好的經濟性能，但其動力性能卻嚴重不足。

由于驅動電機后置，使得這種純電動汽車的工作原理與傳統發動機汽車相似，通過使用離合器來接通或切斷驅動，使得動力從電機傳遞到驅動車輪，這種汽車配備的是不同速比的齒輪變速器，具有更好的反應更快的變速效果。正是由于這種快速相應的變速器，使得這種純電動汽車在爬坡時能輸出低轉速高轉矩的動力特性，在快速行駛的時候也能夠輸出低轉矩高轉速的動力特性。這種驅動模式發展的也較早，技術較成熟，在前置式純電動汽車中也應用的比較多。

1.2.電池前置式電動汽車的缺點

前置式純電動汽車的唯一能量來源只有蓄電池，這也是制約其發展的最關鍵因素。因為目前的電池質量大、續航能力差、能量密度低、循環使用壽命短的特點，沒有達到理想純電動汽車電池組的要求。純電動汽車的電池已經經過了三代的發展，但是這些問題依舊沒有得到解決。第一代鉛酸蓄電池，它具有成本低、比能量密度高和高效充電放電等功能，所以這種電池在電動汽車上得到普遍的應用，但是他的體積太大，壽命短、儲存電量有限等等依舊是一個難題。第二代主要是鎳鎘、鎮氫、鋰離子等堿性電池，這種電池的比能量密度和比功率密度都較高，可以更好的滿足純電動汽車行駛時的經濟性和動力性要求，但是價格太貴是最大的問題。第三代電池主要是燃料電池，這種電池的結構相對比較簡單，能量轉換效率也很高，比功率也能滿足要求，但是燃料電池的燃料來源太過單一，而且還要求對電池進行嚴格密封處理，這就導致了燃料電池的成本高，同時還需要配備輔助電池系統，整個系統結構有些復雜。

另外一個方面就是安全方面，由于車輛在碰撞過程中，前置式電池組被車身保護的力度要小一些，所以前置式電池組容易在碰撞過程中出現故障，一旦發生泄漏或者爆炸，這些將對司機造成很大的傷害。

1.3.優化策略

安裝電池保護裝置，使得在碰撞過程中能夠得到更好的保護，減少電池出故障的概率。同時還要研發出能量密度和功率密度都較高的電池組，同時還要滿足經濟性、電容量大、充電放電速度快等特點。也可以采用其他的儲能元件，比如超級電容、飛輪盤等等，這些儲能元件充電和放電速度快，功率釋放能力也較強，壽命周期長，同時也沒有污染等等，可以朝這方面進行研究。

2.電池中置式電動汽車

電池中置式電動汽車通常指的是并聯式混合動力汽車，因為中置式的空間較小，如果單純的將電池組中置，而沒有其他的動力源的話，那么所能容納的電池相對要少，其輸出的動力性也將遠遠不能滿足要求。所以，通常情況下電池中置和發動機聯合使用，來為電動汽車提供動力。

2.1.電池中置式電動汽車的優點

在這種模式下，電池組通常放在車身中間的位置，這主要由其并聯的工作性質決定的，而且這種結構與串聯模式相比也具有很多優越性，但是在控制方面卻要繁瑣一些。并聯式混合動力汽車通常配備雙能源，包括驅動電機和發動機。可以由發動機工作來帶動汽車工作，也可以由驅動電機來帶動汽車工作。發動機可以直接將輸出動力提供給汽車，也可以提供給交流發電機，再經過整流器后儲存在電池里。串聯式不能直接將輸出動力作用到汽車上，這是并聯式的優勢。

2.2.電池中置式電動汽車的缺點

電池中置式電動汽車，所能容納的電池空間較小，這就是說，這種汽車發動機的動力輸出是主要的部分，這樣其經濟性和排放性能就會降低，同時還會帶來一定的振動和噪聲，影響市內居民工作或生活。另外一方面，這種中置式的新能源汽車結構也比較復雜，包含多種零部件，這樣增加了其控制難度，也增加了其優化匹配的效果。

2.3.優化策略

可以以整車的排放和油耗作為控制目標，再基于此目標而制定出發動機和電池的工作區間。通過控制手段，使得發動機在較高效率區間工作，提供整車所需要的動力性，此時電機只是作為負荷的調節裝置，如果需要較大的動力時電機就參與工作，一起提供動力；如果整車對動力的要求小于發動機輸出動力時，控制系統就會就將多余的動力轉換為電能。為了避免發動機在起步、怠速、減速、停機等工況下運行，可以對電池組的電量儲存進行設定，當電量值達到設定后，汽車采用電機來起步；同樣的，當汽車的行使速度比設定的車速要低時，也可以只由電機來驅動；當車速超過了設定值后，發動機就開始工作，電機就停止工作；當汽車所需要的負荷較大時，單獨的發動機滿足不了其動力性后，電機開始工作，聯合驅動車輪。

3.電池后置式電動汽車

電池后置式電動汽車，主要由儲能裝置、電動機、車輛傳動系統和電機控制器等幾個部分組成，其蓄電池通常放在后面。通常情況下，這種純電動汽車也包含發動機，但是發動機不會直接向汽車提供動力，而是在蓄電池電量不足的時候給電池充電。

電池后置式電動汽車一般情況下只是由驅動電機來給汽車提供動力，其工作流程如下：首先發動機工作，帶動電機旋轉，使得電池產生電能，這些電能經過逆變器后被儲存在蓄電池中，一直到電池的電量達到設定的最大值；當汽車起動時，由蓄電池提供電能，使得驅動電機工作。

這樣的一套工作系統就是串聯式混合動力汽車的工作流程，這套系統主要有如下的特點：整個汽車的唯一驅動動力源是驅動電機；沒有安裝變速裝置，驅動電機可以實現無極變速；不需要安裝離合器；整車傳統系統和發動機沒有機械耦合；發動機的運行工況在最佳耗油狀態；沒有發動機怠速工況。

3.1.電池后置式電動汽車優點

對于蓄電池后置的電動汽車，由于汽車后面空間還算比較充足，所以能容納較大的電池組，這樣整個電池組能儲存的電量也就會增多，可以使得汽車運行更長的時間，這樣相對而言充電次數也減少了，在一定程度上有利于電池的保護。通常情況下，后置式純電動汽車都是采用的鋰離子電池，這種電池體積相對要小，循環使用壽命長，質量也比較輕，具有很高的功率密度和能量密度，能夠在很大程度上滿足純電動汽車的行駛要求。另外一個方面，由于發動機工作時將其輸出的動力全部轉換為電能，所以發動機的動力使用率較高，損耗量比較小。同時，發動機可以一直在額定工況運轉，發動機燃油消耗率最低，排放也小，對于發動機的壽命也最有利。

這樣的話，后置式純電動汽車的經濟性特別好，在城市外采用發動機充電或者直接插電式充電，在城市內采用蓄電池驅動工作，在城市內幾乎實現零排放。振動及噪聲也很小，不會對城市內居民生活工作造成影響。

3.2.電池后置式電動汽車缺點

由于只是單純的由蓄電池帶動驅動電機，但是蓄電池瞬間能輸出的最大能量有限，也就是說當這種純電動汽車需要高負荷運行時，蓄電池是無法滿足的，如果采用更多的電池來提升整車的動力性，這樣又會增加成本。同時，由于后置式通常采用的是鋰離子電池，這種電池的快速放電和充電能力較差，過度放電和充電保護也存在一定的問題。

當蓄電池的儲存電能未達到設定狀態時，發動機在高效區域按照恒定功率運轉，一方面提供給電機做功，另一方面繼續給蓄電池補充電能；當蓄電池儲存電量達到設定狀態時，發動機停止工作，由蓄電池給電動機提供電能，這種工況下，汽車純電動運行，達到了零排放；當蓄電池儲存電量達到最低值時，蓄電池停止輸出能量，發動機開始工作，繼續提供能量。在發動機停止工作的過程中，驅動電機所需要的能量都是從蓄電池中獲得，這樣就經常會需要蓄電池以大電流的形式放電，這樣對于電池的壽命和放電效率對于造成很大的影響。而且，雖然發動機可以在最佳工況下運行，但是能量轉換的環節卻增加了，這樣就會增加電能的消耗。這種控制方式對于發動機有利但是對于電池卻不利。

3.3.優化策略

可以采取恒溫器及功率跟隨綜合控制方式，這種方式可以在一定程度上解決純電動汽車動力系統存在的問題。通過這種方式對純電動汽車進行控制，當蓄電池儲存電量不充足和汽車負載較大時，發動機都會啟動工作。只有當發動機的負載很小，并且蓄電池儲存電量達到設定值的時候，發動機才會停止工作。這樣，在發動的起動和關閉之間就存在一定的范圍，這樣就能夠很好的避免發動機的頻繁起動和停止，可以很好的保護發動機。另外，當發動機起動后，汽車上的測控系統就會對整車的負載進行監控，如果負載過大，發動機輸出動力性無法滿足要求，這樣要求蓄電池輸出電能，將兩者所輸出的能量聯合一起，承擔汽車的負載。對于蓄電池而言，要想更好的保護蓄電池，就應該避免頻繁的充電和放電，當發動機保持在一定范圍內工作時，就能很好的保護電池，只有超過了這個范圍，蓄電池才需要工作。

4.結論

新能源汽車是未來的發展趨勢，尤其是純電動汽車，將會是未來城市汽車的主流。目前很多城市已經全面推行純電動汽車了，盡管很多方面的技術還不成熟，但是人們考慮更多的則是環境問題和經濟性問題。對于純電動汽車而言，電池依舊是制約其普遍化的最大因素，還有相關的輔助設備，比如電池充電站、轉換車站等等。同時政府的政策也很重要，對于推動純電動汽車的發展也具有很大的作用。所以，我們也需要加快研究步伐，投入更多的時間和精力，為純電動汽車的發展作出一份貢獻。

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