淺析電動汽車主要技術難題與解決方案

張麗

摘 要：目前，電動汽車已開始進入人們的視野，但速度慢、行駛里程有限、充電不方便等特點阻礙了其進一步發展。因此，探討了電動汽車核心技術、配套設施方面存在的問題，并提出了相關的解決方案，以供相關單位參考和借鑒。

關鍵詞：電動汽車；核心技術；電池；充電站

中圖分類號：TM912 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.21.149

近年來，電動汽車迎著新能源的發展勢頭進入了黃金時期。純電動汽車的動力裝置主要由驅動電機、調速控制器、動力電池、車載充電器這四大部分構成。簡單而言，電動汽車技術主要包括電機、電控技術和電池動力、儲能技術。電動汽車的相關技術難題也集中在這四方面。

1 阻礙電動汽車發展的瓶頸

1.1 核心技術不完善

1.1.1 電池制造技術不完善

電動汽車是新能源汽車發展中幾大最直接、便捷和現實的發展方向之一，比氫能源、太陽能汽車和燃料汽車等技術更易掌握和突破。人們不愿意接受電動汽車的重要原因除了充電站建設落后外，還包括速度慢、行駛里程有限。這也暴露了電池制造技術的局限性。

目前，通用的電動汽車電池有續航能力差、充電不便等問題，暴露了其電池在質量和電容量方面的不足，但也為電池制造技術指明了改進方向。電動汽車普遍采用鉛酸蓄電池（最常用）、磷酸鐵錳鋰電池（比亞迪的電池技術）、磷酸鐵鋰電池和鈷酸鋰電池（TESLA的專屬電池）。上述4種電池的比較如表1所示。

目前，通用的4種電池都存在諸多不足之處，必須配合使用。配合難題表現在難以掌握各種電池的配合比例，因為既要保證續航，又要保證動力強勁。在4種電池中，鈷酸鋰電池的綜合性能突出，TESLA的電池包內的保險裝置分布在每一節18650鈷酸鋰電池中，且在每節18650鈷酸鋰電池兩端都設計了保險絲，可保證電池在電流過大時切斷保險絲。這樣的解決方案可能是今后電動汽車的發展趨勢。

1.1.2 電機、電控技術不成熟

電機、電控技術在電動汽車上的應用已得到了普遍認可，但其技術的成熟度還遠遠沒有達到要求。電動汽車電機的作用在于在動力、性能穩定的基礎上，提高可靠性和實現高精度控制。電動汽車的電機需要在幾秒內將汽車從靜止狀態驅動到一定的行駛速度，控制該電機的電力電子控制單元需要具有極高的峰值電流能力，從而產生最大量的扭矩來移動汽車。這個過程會重復多次。這就要求其應具有超高可靠性的功率半導體器件，并實現高峰值電流和異常情況下的自我保護。而在現實中，電動汽車的電機電控技術不完善，無法保證汽車動力強勁、持久，也無法實現電動汽車的安全性和可靠性。由于技術不成熟，電動汽車的外觀普遍簡單化、微型化，舒適性較差，性能簡劣，阻礙了電動汽車的市場化進程。

1.2 相關配套設施建設不完善

充電站及其網絡建設不完善，各種充電樁、充電站的建設不足。以美國為例，近年來，其充電設施建設翻了10倍，發展速度較快。比如，美國的ChargPoint是一種簡單的充電網絡，可向電動車車主、經銷商和制造商提供大量云服務，可通過相關APP尋找最近的空閑充電設備。

目前，我國建成的電動汽車充電樁為2.6萬個，但真正投入使用的比例很低。此外，我國各地的直流充電接口與通訊協議標準至今未統一，且雖然電動汽車的地方目錄被取消，但實際上卻依然存在。

2 解決方案

2.1 電池

電池一直是電動汽車的核心技術難題。世界上所有國家都在尋求更先進的電動電池技術，下一步將展開對高電壓材料、副離層材料、硅碳負極板等多元新材料的研究，并通過電極、電解質的研究來提高電池性能；一些高功率的極片、芯片電池組將盡快實現專利布局；在正負極、鋁離子生產方面，將圍繞降低成本展開基礎關鍵技術的研發。

2.2 電機、電控技術難題的解決方案

2014年，科技部制定了“十三五”電動汽車規劃，指出在電動汽車的發展中，下一代電池、電機、電控技術的技術攻關為發展重點。電機方面要聚集驅動電機、系統產業鏈的核心技術，借助第三代功率電子半導體研發高性能的裝置，并提高多系統的集成度，從而開發高效、輕量化的電機系統和電驅動組成，最終提高核心競爭力。

作為我國的自主品牌，比亞迪在2012年對外公布了其掌握的電動汽車電池、電機電控管理技術。在電機控制技術方面，比亞迪采用高性能空間矢量脈寬調制控制技術，可完成車輛在上、下坡時的短暫暫停。車輛的平順性、防滑性、穩定性、高精度、集成化和安全性等都需要驅動電機控制技術奠定基礎。

2.3 充電站問題的解決方案

雖然充電站及其網絡建設、維護技術在全球低碳經濟大發展模式的刺激下得到了快速發展，但完善的充電站應包含充電設備、充電監控、充電站監控設備、充電站電氣系統和相關預警、修復、升級、更新等一系列電子電控技術。一座完善的充電站應具有智能化、集成化、系統化和可擴展等特點，并通過網絡技術和監控系統集成組成一套自動化管理系統，具備監控充電過程、實時采集設備狀態、分析數據、計算和收取充電費用等功能。

從2014-06開始，國家能源局已開始制定《電動汽車充電基礎設施建設規劃》。規劃顯示，到2020年將生產500萬輛新能源汽車，充換電站數量將達到12 000座，充電樁將達到450萬個。目前，具體的建設方案包括交流慢速充電樁、城市快速充電站和城市快速電池更換站。其中，按建設模式不同，承載著簡單充電、計費、智能計量、上傳、電池管理和其他集成功能等。

某電力集團公司承建的南寧竹溪立交汽車充電站系統可同時為8臺電動公交汽車提供“一車一樁”的充電服務。此系統集充電操作、計量計費、打印上傳、10 kV配電監控和保護、網絡數據采于一體，且對門禁系統進行了合成設計，從而為竹溪電動汽車的快速發展提供了可能。

3 電動汽車的發展方向

未來的電動汽車將是電機、電控系統完善，電池、儲能系統技術成熟，與新產業、新能源、新信息相互融合的全電的產業模式。預計到2020年，新能源汽車的累計產量將超過500萬輛。在國際能源供應緊張、全球環境污染加劇的大形勢下，以電這種清潔能源代替油料驅動汽車將成為主流。電動汽車具有零污染、零排放、零噪聲的特點，未來的電池技術、電控技術和無線充電技術等將解決現有電動汽車中的諸多問題。

〔編輯：張思楠〕