電動車關鍵技術發展綜述

劉培祥,杜丹豐

(東北林業大學　交通學院,黑龍江　哈爾濱　150040)

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電動車關鍵技術發展綜述

劉培祥,杜丹豐

(東北林業大學交通學院,黑龍江哈爾濱150040)

[摘要]電動車是一種綠色環保的交通工具,是目前國內外研究的熱點問題。文章從電動車動力電池、驅動電動機、能量回收系統、能量管理系統等幾個方面對電動車技術進行了綜述。隨著技術的進步,未來電池、電動機性能將逐漸滿足電動車的需求,電動車必然會得到普及。

[關鍵詞]電動車；電機；電池；能量回收

[DOI]10.13939/j.cnki.zgsc.2016.28.104

隨著中國經濟的蓬勃發展,我國汽車工業也迎來了高速發展的時期。但是，隨著汽車的普及,能源消耗、環境污染等問題也紛紛出現。世界各國對解決這類問題的呼聲日益高漲,新能源汽車產業應運而生,不僅因為天生的環保特性得到了國家的大力支持,也因為其相對燃油汽車低廉的使用成本逐漸被百姓接受。國際汽車巨頭早已對電動車展開了研制工作,我國政府也早在“八五”期間就把其列為科技攻關項目,經過長期發展,自主品牌也有大批新能源汽車面世。坦率地說,我國電動汽車正處于一個相對技術薄弱但潛力巨大的時期,只有加強技術攻關、妥善解決電動汽車關鍵技術問題,才能開辟我國電動汽車的巨大市場。

1動力電池

傳統汽車以液態汽油或柴油作為燃料,而電動汽車用電動機驅動,用蓄電池、超級電容、燃料電池或動能電池作為能源。電池性能的好壞直接決定了電動汽車的續航里程、最高車速等行駛性能。世界電動車協會主席陳清泉院士曾指出我國電動車電池技術存在兩個問題,即對電池缺乏深層次分析和缺乏科學的評價體系。這不僅需要科研院校、電動汽車企業加強在這方面的研究,也需要國家給予資金支持,同時出臺相對應的法律規范、國家標準引導行業發展。

鉛酸蓄電池、鋰離子電池、聚合物電池、磷酸鐵鋰電池及超級電容的單體電壓、比能量、比功率、循環壽命等性能如表1 所示。由表1可知,每種電池均有一些性能短板。總體來講,鋰離子電池性能相對優秀,比能量、比功率十分出色,未來解決其安全性問題后有大量應用的可能。超級電容充電時間短、使用安全、比功率大,但其缺陷在于比能量低,電動汽車采用后續航里程會受到相當的限制,運行里程不大的城市公交可以采用,在其路線兩端建立充電站,這樣超級電容充電速度快的優點就能充分發揮。

目前,動力電池存在以下缺點：①能量密度普遍較低,汽油的能量密度為1.2W·h/kg;②續航里程較短;③電池組價格昂貴且壽命有限;④電池組重量較大,增大行駛阻力消耗能量。目前國際知名電動汽車廠商特斯拉采用的是鋰離子電池,日韓企業多采用錳酸鋰電池,而國內電動車領頭羊比亞迪采用的是磷酸鐵鋰電池,電動車電池未來的路還很漫長,需要各家廠商繼續投入時間和資金進行研究和探索。

2驅動電動機

電動機驅動電動車行駛,是電動汽車的核心部件,電動機性能直接決定電動汽車驅動系統性能。欲使電動汽車具有良好的駕乘體驗,驅動電動機應該具有較寬的調速范圍、足夠高的轉速和足夠大的啟動扭矩,還必須擁有重量輕、體積小、效率高的特點。電動機在充分滿足汽車的運行需求的同時,還需保證行駛時的舒適性和續航范圍大等性能。新能源汽車用電動機為滿足上述要求,必須按照比普通工業用電動機更為嚴格的技術規范設計生產。

表1　電動汽車用電池性能比較

表2　電動汽車用電動機基本性能比較

從表2中可以看出,永磁電動機具有高效率、高控制精度、良好的轉矩平穩性及低振動噪聲等特點,通過合理的設計磁路結構能獲得較高的弱磁性能,在電動車驅動方面具有很好的應用價值,但目前其成本較高,隨著稀土永磁材料的開發,未來擁有廣闊的前景。開關磁阻電動機驅動系統是高性能機電一體化的產品,最高轉速大、調速靈活、成本低廉、工作可靠,但其因噪聲大、設計復雜、控制性能較差等原因還沒有廣泛使用。目前還沒有完全符合電動汽車電動機工作特性的電動機,未來還需要改進、加強設計以滿足電動車的需要。

3能量回收系統

電動車能量回收指的是當車輛制動時,將車輛的動能依靠發電機回收存儲在電動車電池當中。因電動車自身電池容量限制,所以能量回收是電動車設計當中需要著重考慮的問題。研究表明,當行駛工況變化頻繁時,采用制動能量回收可以至少提高20%的續航里程。現有的解決方案通常是直接向蓄電池充電來吸收制動所產生的能量,但由于蓄電池難以實現短時間大功率充電、循環次數有限、成本較高。為此，有研究人員提出采用超級電容的方式吸收制動能量回收的觀點,由表1我們可以看出,超級電容比功率大、壽命長,充電迅速,而且擁有可以平滑放電的優點。該裝置不僅可以延長電動車續航里程、增加電池壽命,還能避免發生汽車緊急制動時車輪抱死的情況，提高汽車操作穩定性。

4能量管理系統

電動車電池是電動車行駛的動力來源,而且目前電池的容量較小,所以我們更應該精細控制電池的使用,優化電池放電曲線,提高比功率。能量管理系統應設計有電子控制單元,對從各傳感器傳回的信號處理分析,做出合理控制,使電池工作處于一個良好的工作狀態。

5結論

本文通過對電動車技術關鍵部分進行綜述,得出以下結論：

(1)電池技術是電動車發展的首要問題,電池性能的提高、價格的降低、壽命的延長對電動車的普及有舉足輕重的意義。

(2)電動機作為電動汽車的動力裝置,目前還沒有一種電動機能完全符合電動車運行要求,目前大量使用的是交流異步電動機,但未來永磁電動機、開關磁阻電動機如果能解決自身缺點那么會有良好的推廣前景。

(3)能量回收系統能增加電動車續航里程,對于電動車的使用性能有所改進,同時能節約能源,保護環境。

(4)能量管理系統對電池工作管理直接影響電池的各項性能指標,能為電池良好的運行帶來保證。

參考文獻:

[1]楊寅,熊鵬,陳統卓,等.基于超級電容的電動車制動能量回收技術研究[J].電子技術應用,2009(3):73-76.

[2]劉純堅.電動車電池管理系統現狀、趨勢以及開發研究[D].上海：復旦大學,2011.