新能源汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)及動(dòng)力總成相關(guān)技術(shù)分析

蘇保國

摘要：汽車制造行業(yè)促進(jìn)了社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，縮短了交通時(shí)間，有效提高了生產(chǎn)效率。汽車在投入使用的過程中，會(huì)消耗大量的能源，且在運(yùn)行過程中，會(huì)給環(huán)境造成較大的壓力。為了保證汽車行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，需要通過新技術(shù)的運(yùn)用，解決汽車耗能與環(huán)境污染問題。本文主要圍繞能源與環(huán)境兩個(gè)重點(diǎn)，分析新能源汽車的新型技術(shù)，探討新能源汽車的發(fā)展趨勢(shì)。

關(guān)鍵詞：新能源;驅(qū)動(dòng)系統(tǒng);動(dòng)力總成

0? 引言

交通工具的發(fā)展進(jìn)步，是提高社會(huì)生產(chǎn)效率，發(fā)展社會(huì)經(jīng)濟(jì)的重要渠道。但從另一層面來看，汽車的大量使用，給自然能源與自然環(huán)境都造成了嚴(yán)峻的影響。為了緩解汽車與能源、環(huán)境的矛盾，需要在新能源技術(shù)上進(jìn)行創(chuàng)新。本文將以新能源汽車的基本概念為基礎(chǔ)，探討其技術(shù)發(fā)展的現(xiàn)狀與未來趨勢(shì)。

1? 新能源汽車的簡(jiǎn)要概述

從新能源汽車的表面含義來看，與汽車常用能源不同，新能源汽車的動(dòng)力來源不僅僅依靠傳統(tǒng)的汽油能源，還需要電能的支持。新能源汽車技術(shù)綜合了現(xiàn)階段的先進(jìn)技術(shù)，依據(jù)動(dòng)力的來源不同，可分為燃料電池、混合動(dòng)力、純電動(dòng)等三種不同的電動(dòng)汽車[1]。其中，利用化學(xué)反應(yīng)創(chuàng)造電流，以此驅(qū)動(dòng)車輛運(yùn)行的汽車被稱之為燃料電池電動(dòng)汽車。這類電動(dòng)汽車的尾氣排放量低，因此，不會(huì)對(duì)自然環(huán)境造成加大影響;混合動(dòng)力主要使用內(nèi)燃機(jī)、電力驅(qū)動(dòng)兩種驅(qū)動(dòng)方式。在不同的路況下，可采用不同的驅(qū)動(dòng)方式，既能保持較高的動(dòng)力狀態(tài)，也具備節(jié)能環(huán)保的優(yōu)勢(shì)，是較為綜合的汽車類型;純電動(dòng)汽車在行駛過程中，主要依靠電池驅(qū)動(dòng)（如圖1），只要保證電池有足夠的電量，汽車就能有足夠的形式動(dòng)力。在現(xiàn)階段的發(fā)展過程中，即便純電動(dòng)汽車的技術(shù)已經(jīng)有了較大進(jìn)步，但仍舊存在電池儲(chǔ)電能力弱、電池成本貴、電池儲(chǔ)電時(shí)間長等技術(shù)問題亟待解決。

2? 新能源汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)及動(dòng)力總成相關(guān)技術(shù)分析

從新能源的概述與分類來看，新能源汽車的動(dòng)力總成，包括電源系統(tǒng)和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)兩部分。電源系統(tǒng)與汽車的行駛路程、汽車行駛成本息息相關(guān)，而汽車的動(dòng)力性能，主要由驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的性能所決定。由此可見，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)與電源系統(tǒng)是影響新能源汽車技術(shù)發(fā)展的重要因素。下面將對(duì)電源系統(tǒng)和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)兩者的技術(shù)核心進(jìn)行詳細(xì)分析。

2.1 電源系統(tǒng)

從圖1 的結(jié)構(gòu)示意圖可以看出，電源系統(tǒng)是電動(dòng)汽車動(dòng)力總成的重要組成部分，由電池和電池管理系統(tǒng)兩個(gè)部分組成。下面將對(duì)這兩個(gè)部分進(jìn)行詳細(xì)闡述。

2.1.1 電池

電動(dòng)汽車主要依靠電池的能量輸出，形成汽車的動(dòng)力，但因其生產(chǎn)成本較高，是制約電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展的重要因素，在使用過程中儲(chǔ)電量與儲(chǔ)電技術(shù)都是備受關(guān)注的重要技術(shù)。目前，新能源汽車的發(fā)展已經(jīng)有了較為明顯的突破，但電池技術(shù)的發(fā)展還有一定局限，其儲(chǔ)電量沒有達(dá)到較為完美的狀態(tài)，因此，電動(dòng)汽車在行駛到一定里程后，需要及時(shí)充電。

能量密度、功率密度是衡量電池性能的連個(gè)重要指標(biāo)。電池單位質(zhì)量和單位體積所儲(chǔ)備的能力被分別成為“比能量”與“能力密度”[2]。在這兩種能力密度中，影響車輛行駛里程的因素為比能量。能力密度對(duì)電池性能的影響較少;除了能量密度，功率密度也是電池性能的重要影響因素，其主要以電池單位質(zhì)量或單位體積輸出能量的速度為衡量指標(biāo)[3]。

由此可見，提高電動(dòng)汽車的市場(chǎng)占有率的重要途徑是，研發(fā)出更具備高能量、更大功率、更長壽命的大容量電池。現(xiàn)階段常用的鎳鎘、鎳氫、鋰離子等電池，都存在功率較低的缺點(diǎn)，不利于電源系統(tǒng)的技術(shù)發(fā)展。“超級(jí)電容”是一種新型的儲(chǔ)能器件，其不僅具備傳統(tǒng)電池的儲(chǔ)電能力，還能單獨(dú)使用，為電動(dòng)汽車提供動(dòng)力，能與電池并聯(lián)，較大的增加了傳統(tǒng)電池的功率。從當(dāng)前的發(fā)展趨勢(shì)來看，電動(dòng)汽車的電池充電主要有車載充電與充電站充電兩種，當(dāng)然，無論哪一種充電方式，對(duì)汽車的單程里程數(shù)都有一定的限制，無法達(dá)到傳統(tǒng)能源的動(dòng)力效果。

2.1.2 電源管理系統(tǒng)

電源管理系統(tǒng)是監(jiān)測(cè)電池運(yùn)行、保護(hù)電池安全的綜合性智能系統(tǒng)。在電池的使用過程中，對(duì)電池溫度、電流、電壓等數(shù)據(jù)的變化進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，若發(fā)現(xiàn)異常，需要及時(shí)進(jìn)行斷路與報(bào)警處置;純電動(dòng)汽車的動(dòng)力來源主要以電池為主，電源管理系統(tǒng)需要對(duì)電量進(jìn)行有效估計(jì)，是保證車輛正常運(yùn)行的重要方式;電源系統(tǒng)是由多個(gè)單電池組合而成，不同電池的性能會(huì)有一定的差異，因此，電源系統(tǒng)需要對(duì)每個(gè)單電池進(jìn)行有效監(jiān)控，實(shí)時(shí)采集相關(guān)數(shù)據(jù)。

2.2 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)

從圖1 的結(jié)構(gòu)圖可以看出，控制器、變速器和、驅(qū)動(dòng)電機(jī)是驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的重要組成部分，也是新能源汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)技術(shù)分析的要點(diǎn)。下面將對(duì)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的重要技術(shù)進(jìn)行詳細(xì)分析。

2.2.1 驅(qū)動(dòng)電機(jī)技術(shù)

目前，國內(nèi)外的驅(qū)動(dòng)電機(jī)技術(shù)都得到了較好的發(fā)展，直流電機(jī)、交流電機(jī)、開關(guān)磁阻電機(jī)、永磁電機(jī)是較為常用的四種驅(qū)動(dòng)電機(jī)[4]。直流電機(jī)通過改變輸入的電流、電壓，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)轉(zhuǎn)矩的獨(dú)立控制，具備較好的動(dòng)態(tài)性和過載能力。目前運(yùn)用的技術(shù)較為成熟。直流電機(jī)的缺點(diǎn)是體積較大，工作效率不高，不能高速運(yùn)作;交流電機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)更簡(jiǎn)單，有更高的工作效率，在運(yùn)行過程中，也便于維護(hù)。其主要的缺點(diǎn)是輕載的效率較低，仍舊存在快速動(dòng)態(tài)響應(yīng)的技術(shù)難題;開關(guān)磁阻電機(jī)，有較高的可靠性與調(diào)速性，且生產(chǎn)成本較低，是新能源汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)發(fā)展過程中的重要技術(shù)支持;永磁電機(jī)在溫度與振動(dòng)的影響下，會(huì)因溫度過高，出現(xiàn)退磁的現(xiàn)象，從而影響電機(jī)運(yùn)行。

2.2.2 驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制技術(shù)

驅(qū)動(dòng)電機(jī)的控制技術(shù)是影響新能源汽車性能的關(guān)鍵技術(shù)。不同類別的驅(qū)動(dòng)電機(jī)的原理不同，其相關(guān)的控制技術(shù)也存在一定的差異。直流電機(jī)的控制技術(shù)是通過電樞和勵(lì)磁的控制實(shí)現(xiàn)的;與交流電機(jī)的運(yùn)行原理相似，其控制原理也是通過矢量控制，實(shí)現(xiàn)交流電機(jī)的控制。永磁電機(jī)在運(yùn)行過程中，控制技術(shù)與其他幾種電機(jī)相比，更為復(fù)雜，通常采用兩種以上的控制方案，以此達(dá)到較好的控制狀態(tài)。例如，將轉(zhuǎn)矩控制、弱磁控制兩種方式相結(jié)合，從而實(shí)現(xiàn)電機(jī)的最佳運(yùn)行效率。

2.3 系統(tǒng)集成技術(shù)

新能源汽車在未來的發(fā)展過程中，需要將各種技術(shù)與設(shè)備進(jìn)行有機(jī)結(jié)合。系統(tǒng)集成技術(shù)體現(xiàn)在電力驅(qū)動(dòng)、動(dòng)力系統(tǒng)、整成集成等方面。例如，將變速箱、電機(jī)和控制器等獨(dú)立的系統(tǒng)進(jìn)行集成處理，以此形成電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)集成技術(shù);而電池與電源管理系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的集成，是動(dòng)力系統(tǒng)集成技術(shù)的研究方向;整車集成是提高車輛性能的主要方式，是動(dòng)力總成與其余控制系統(tǒng)的集成。

3? 結(jié)束語

總之，新能源的技術(shù)發(fā)展是一個(gè)復(fù)雜的過程，本文僅從驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的造成結(jié)構(gòu)與技術(shù)發(fā)展進(jìn)行了闡述，所涉及的內(nèi)容還較為淺顯。從本文的探討結(jié)果來看，要實(shí)現(xiàn)新能源汽車的大力推廣，需要不斷優(yōu)化電池、電源管理系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)等方面的技術(shù)。電池是保證新能源汽車正常運(yùn)行的關(guān)鍵，需要進(jìn)一步提高電池的生產(chǎn)與研發(fā)技術(shù)。

參考文獻(xiàn)：

[1]陸順土.新能源汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)及動(dòng)力總成相關(guān)技術(shù)分析[J]. 中國科技縱橫，2016（012）：175.

[2]陳躍.新能源汽車電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)控制技術(shù)分析[J].南方農(nóng)機(jī)，2019，50（09）：241.

[3]息偉.新能源汽車動(dòng)力總成系統(tǒng)測(cè)試平臺(tái)概述[J].商品與質(zhì)量，2019（009）：3.

[4]成哲.新能源汽車動(dòng)力總成系統(tǒng)測(cè)試平臺(tái)概述[J].時(shí)代汽車，2018（04）：76-77.