純電動汽車關鍵技術

吳俊鋒

【摘 要】隨著傳統燃油車不斷增加，能源的資源問題不斷凸顯，發展新能源汽車就成為了各汽車制造企業的關鍵發展。純電動汽車是新能源汽車的一員，與燃油汽車對比，它具有節能、環保的優點，有利于緩解能源稀缺、減輕大氣污染。而電機以及控制器技術、電池及其管理技術、整車控制技術等關鍵技術的突破將會推動純電動汽車的進一步發展。

【關鍵詞】純電動汽車；電機及控制器技術；電池及管理技術；整車控制技術

1.電機及控制技術

純電動汽車的驅動電機屬于特種電機，是電動汽車的關鍵零部件之一。為了使純電動汽車能夠擁有良好的驅動性能，應使驅動電機具有較寬的調速范圍以及較高的轉速，具有足夠大的起動轉矩，質量輕、體積小、效率高并且能夠有動態制動性能強和能量回饋的性能。純電動汽車所使用的電機正在朝著高轉速、大功率、高效率以及小型化方向發展。

隨著電機以及驅動系統技術的不斷更新和發展，控制系統不斷地趨于數字化和智能化。模糊控制、變結構控制、自適應控制、神經網絡控制，以及專家系統、遺傳算法等等非線性智能控制技術都在逐步應用在純電動汽車的點擊控制系統上面。它們的應用將會使整個系統結構簡單、響應迅速、抗干擾能力強，參數變化也具有了魯棒性，可以大大地提高整個控制系統的綜合性能。

純電動汽車的再生制動控制系統可以節約能源、提高續航行駛里程，具有較為顯著的社會效益和經濟價值。與此同時，再生制動還能夠減少汽車制動片的磨損，降低車輛的故障率以及使用成本。

2.電池及其管理技術

電池是純電動汽車的動力源，也是一直制約著純電動汽車發展的一個關鍵性因素。純電動汽車所使用的電池要求比能量高、比功率大、使用壽命長，但是就目前的電池而言，能量密度較低、電池組過重、續航行駛里程短、價格高昂、循環壽命有限。

純電動汽車車用動力蓄電池經歷了三代的發展，在現如今也已經取得了突破性的進展。第一代是鉛酸電池，由于其比能量高、價格低廉和能高倍率放電，因此是目前唯一能夠大批量生產的純電動汽車車用電池。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汽車的動力性能和續航行駛里程，但是堿性電池的價格卻比鉛酸電池的價格高。只要采用材料成本降低，電動汽車使用鋰離子電池就能夠獲得長久的發展，但是目前的關鍵是要降低量化生產的成本，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，并且能夠控制反應的過程，能量轉化的過程能夠連續地進行，因此是理想的電動汽車車用電池。

電池組的性能能夠直接影響整車的加速性能、續航行駛里程以及制動能量的回收效率等方面。電池的成本和循環的壽命會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都必須得到優化。純電動汽車的電池在使用過程當中發熱量很大，電池的溫度會影響電池的電化學系統運行、循環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。減小包內不均勻的溫度分布以避免模塊之間的不平衡，以此來避免電池性能的下降，而且可以消除相關的潛在危險。由于電池包的設計既要密封、防水、防塵、絕緣等，又要考慮空氣氣流流場的分布、均勻散熱，所以電池包的散熱通風設計，成為純電動汽車研究的一個重要的領域。

3.整車控制技術

隨著電動汽車整車以及關鍵零部件技術地不斷提高，電動汽車正在朝著整車優化控制的方向發展。近幾年所推出的純電動汽車當中有很多都帶有整車控制器，使得整車的控制技術正在日漸趨于完善，實現了對車輛個系統的綜合控制。

純電動汽車的整車控制器是純電動汽車整車控制系統的核心部件，它對汽車的正常行駛性能、安全性能、再生能量回饋性能、網絡管理性能、故障診斷與處理能力、車輛狀態的監視等方面起著決定性的作用。傳統的燃油汽車中，發動機的管理系統是為了使汽車發動機在所有行駛工況下都可以產生低的排放污染物、良好的燃油經濟性以及良好的驅動性能。同樣的，純電動汽車也需要一個整車管理系統來增加其續航行駛里程，優化能量的分配。

純電動汽車的整車控制系統由整車控制器、電機控制器、電池管理系統、電動汽車組合儀表、車內控制器局域網絡、通信網絡等部分組成。整車控制器根據汽車的實際運行工況，通過CAN總線或者常規的線束發送和接受信息，實現車內數據的實時通信，并對整車進行相應的控制。純電動汽車的整車控制器應具備以下的動能：

1.整車控制器根據車輛運行工況以及控制的策略，協調控制下層控制器工作，使整車性能指標能夠得到改善。

2.整車控制器可以實現駕駛員的駕駛意圖，并采用相應的控制策略，實現驅動、再生制動功能。

3.根據動力電池組荷電狀態和形式工況，整車控制器可以協調電機控制器與電池管理系統，實現動力電池組各種保護措施，提高動力電池的安全性和使用壽命。

4.整車控制器負責整車高壓防護、漏電檢測、故障診斷以及處理等等功能。

純電動汽車的整車控制器除了以上的四個基本功能以外，還可以控制電動附件、低壓電器等相關部件。除了整車控制系統的硬件結構設計意外，要有系統控制策略的制定、控制程序編寫、調試等方面的工作。控制子程序包括：驅動控制、制動控制、駕駛員意圖識別、能量優化控制、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性能以及功能等級的主要部件。整車控制器的性能優良會直接影響到整個純電動汽車控制系統的控制效果。無論純電動汽車的其他總成性能完好，但是整車控制器出現了問題，車輛就無法正常地形式，無法實現能量回饋，甚至有可能會出現安全事故。因而開發出功能完備的整車控制器是純電動汽車整車控制系統產品化過程中必不可少的工作任務。

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