纯电动汽车技术探析

2022-04-03 09:30:43 | 浏览次数：

摘要：节能和环保是未来汽车可持续发展的永恒主题，纯电动汽车被看作能够解决内燃机汽车诸多问题的重要途径之一。如何以低成本快速开发技术指标高、符合市场需求的纯电动汽车，成为汽车界新的热点之一。文章介绍了纯电动汽车特点、类型、组成、控制技术等内容。

关键词：纯电动汽车；控制技术；内燃机汽车；车载电源；蓄电池文献标识码：A

中图分类号：U469 文章编号：1009-2374（2015）16-0096-03 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.16.046

随着汽车保有量的增加，全球石油存储量的日趋减少，汽车的排气对环境的污染越来越严重，已成为当今世界汽车工业面临的问题。大力发展纯电动汽车可能成为石油枯竭、零污染等问题下的“最终解决方案”，如何以低成本快速开发技术指标高、符合市场需求的纯电动汽车，成为汽车界新的热点之一。

1 纯电动汽车的定义、特点

1.1 定义

纯电动汽车是指以车载电源为动力，用电机驱动车轮行驶，符合道路交通、安全法规各项要求的车辆。一般采用高效率充电电池或燃料电池为动力源。纯电动汽车无需再用内燃机，因此，纯电动汽车的电动机相当于传统汽车的发动机，蓄电池相当于原来的油箱。

1.2 特点

（1）节能、不消耗石油；（2）环保、无污染、噪声和振动小；（3）能量主要通过柔性的电线传递，部件布置灵活；（4）驱动系统布置灵活；（5）其质量取决于不同类型电动机、蓄能装置；（6）能源效率高，多样化；（7）结构相对简单，生产工艺相对成熟，使用维护方便；（8）动力电源使用成本高，续驶里程短。

2 纯电动汽车的分类

2.1 按蓄能装置分类

主要有铅酸蓄电池、锂蓄电池、镍氢蓄电池、钠硫蓄电池等纯电动汽车。

2.2 按驱动电动机分类

直流电动机、交流电动机、永磁无刷电动机、开关磁阻电动机等纯电动汽车。

2.3 按驱动结构布置分类

实际上是按驱动传递方式来分，归纳其典型基本结构主要有四种：传统的驱动模式、电动机-驱动桥组合式、电动机-驱动桥整体式、轮毂电动机分散驱动。

2.4 按用途分类

按照用途不同，纯电动汽车可分为电动轿车、电动货车和电动客车三种。

3 纯电动汽车的关键技术

纯电动汽车主要由底盘、车身、蓄电池组、电动机、控制器和辅助装置六部分组成。发展纯电动汽车必须解决好四个方面的关键技术：电池技术、电机驱动及其控制技术、电动汽车整车技术以及能量管理技术。

3.1 电池技术

电池是电动汽车发展的首要关键，是电动汽车的动力源泉，其续驶里程之长短取决于车载动力电池容量之大小。电动汽车用电池的主要性能指标是比能量（E）、能量密度（Ed）、比功率（P）、循环寿命（L）和成本（C）等。要使纯电动汽车能与燃油汽车相竞争，关键就是要开发出比能量高、比功率大、使用寿命长的高效电池。

纯电动汽车电池种类主要有铅酸蓄电池、镍镉（NJ-Cd）、镍氢（Ni-MH）、钠硫（Na/S）、锂离子（Li-ion）和锌空气（Zn/Air）等多种电池。

铅酸电池极板由铅及其氧化物制成，电解液是硫酸溶液的一种蓄电池，也是现在汽车上应用最为广泛的电池，主要归功于其成熟的技术、低廉的成本。缺点是寿命短、比能量低、易造成铅污染等。不能满足纯电动汽车的需求。

镍镉电池和镍氢电池营运而生的出现在人们的生活中，它们的能量和功率都要高过传统的铅酸电池，并且其属于碱性电池，所以一经出现就在市场上受到了相应的关注，并逐渐投入到实际的需求中，满足电动汽车的耐时性和动力性。根据实际的测量得知，氢镍电池单位重量内储存的能量大概是铅酸电池的两倍，并且其他特性也远远高于铅酸电池。只是这两种新型的电池造价较高，甚至高达铅酸电池的5倍左右，还有一点就是镍镉电池在失去实际工作能力之后，需要对其进行妥善的回收，不然将会对我们的环境造成很大伤害，这两点原因限制镍镉电池和镍氢电池的广泛使用，也是我们后期需要改善的问题。

出现较早的铅酸电池、镍镉电池和镍氢电池生产制造技术已经较为完善，但是将其放置在汽车上仍然不够现实，存在待优化的问题。当前的实际情况使不少的汽车厂家更加看重锂电池，并在不断投入人力、物力和财力来对其进行研究，这使得锂电池越来越优于以往的电池，在不断的研究过程中，钴酸锂、三元材料、锰酸锂和磷酸铁锂等多种类型的锂离子电池出现在人们的生活中，并不断投入市场，也不断被更新换代。汽车生产厂家为何如此钟爱于锂电池的研究呢？说到底还是源于锂电池的强大的储电能力和输出电能的持久性，锂是最轻、化学性质非常活泼的金属，其构成的电池单位重量内的储电能力是铅酸电池的3倍，锂电池能够承受较大的工作电压，体积更加小巧、轻便，使用年限较长，此外，锂资源的含量较大、无污染，是众多国家发展电动汽车行业的首选，既能增加使用期限，又能完全贴合绿色环保的时代主题，所以广大的汽车生产商都在加大研究锂电池的力度。但是，即便锂电池拥有如此多的优点，其安全性、成本的控制、材料的使用等也限制其的发展和技术的完善，导致其在市场上的投入使用仍然有限。现在电动汽车上使用的锂电池主要有锰酸锂和磷酸铁锂两种，效果不错。

3.2 电机技术详细研究

电动汽车要想受控制地行驶在道路上，能不能够听取驾驶员的操控就要看电机的技术做得是否到位。当前市场上对电机的调速主要通过调压和调频两种方式，电动汽车速度的快慢和启动的灵活性主要受驱动电机的功率和性能的影响，要想使电动汽车的使用性能理想，效果满意，就要保证驱动电机的调速功能范围广、转速快、体积小巧、质量轻便并且能够及时进行能量观测和制动迅速等优势。

直流电动机具有控制较简单、成本低、技术成熟的优点，但直流电动机由于有电刷，因此存在换向火花，电刷易磨损，需定期维护。对于直流电动机，主要是通过DC-DC转换器进行调压调速控制。

感应电动机本身具有坚固耐用、效率高、体积小、免维护的优点，并且整个驱动系统调速范围宽，能较有效地实现再生制动，但驱动控制器通过DC-AC控制器进行调频调压矢量控制调速，其线路较复杂，价格也较高。

永磁无刷电动机可以分为无刷直流电动机和三相永磁同步电动机，由于采用永久磁铁励磁，其体积小、惯性低、响应快，所以具有能量转换效率高、过载能力强、免维护等优点，非常适应于电动汽车的驱动系统，有极好的应用前景。缺点是成本较高、功率受限，可靠性需改进。

开关磁阻电动机的优点较多，但是在实际的使用过程中依然存在了一些待解决的问题，在这里我们首先介绍其优点：结构简单、质量坚固耐用、价格低、控制灵活、响应各项指令快速；其缺点如下：噪音较大、不够舒适、转矩波动大、运行途中不够顺畅、需要位置检测装置等，这些缺点限制了其应用到更广阔的市场需求中，该电机的这些缺点急需改善，才能为电动汽车的发展做出更大的贡献。

电动汽车运动性能的好坏主要受制于驱动系统类型和性能，因为电机本身拥有优秀的调速功能，它的变速构造能够逐渐简化，更多的是变化一种固定的减速设置来完成其他的应用。此外因为电机能够带负载直接启动，不但可以减少离合器，更可以完成正反旋转，所以不用通过变速器来完成电动汽车的倒车行为。

伴随着科学技术的发展，越来越多的新时代技术应用到电动汽车的制造中，电动机和驱动系统的日益完善，控制系统中加大力度数字化和智能化技术的使用，使得电动汽车的发展越来越迅速，也使得电动汽车在消费者眼中越来越可靠，相信在不久的将来电动汽车会对传统汽车在市场销售中形成一定的压迫感。

3.3 电动汽车整车技术

电动汽车作为新时代、新科技的综合产物，除了在电池和驱动系统等方面大做改善之外，车体的自身也投入了大量的心血设计，使其更加适应市场的考验，更能符合人们的选购需求。要想整体提高电动汽车的行驶距离，除了大力提高电池的储电能力之外，还应在其车身上大下工夫，例如车身材质摒弃以往的钢铁等笨重材质，选择镁铝、优质钢材等轻便材料，科学设计车身外在构造，使电动汽车在减少自身整体重量的同时，依然具有优秀的安全性；在汽车制动、下坡的状态时减少能量输出，保证能量的有效利用；对于电动汽车的车轮材质，则选取高弹材料，能够大大减少汽车的阻力，使汽车从车身到车胎都减少用电量，最大程度地实现电量的有效利用，实现汽车的长途行驶。

3.4 汽车能量管理探究

汽车上的电池是电动汽车的唯一能源，一旦其电力不足，汽车就难以运行。车上的电池除了保证汽车正常运行之外，车上的辅助装置也需要电能来开启、维持正常的运转，例如冷暖气、音响等，所以汽车的电池能源一定要有足够的储蓄能力，输出时间也一定要足够长，不能因为车子的长时间运作，导致电池有能源但是输出受到限制，这样一样会导致汽车无法正常运转。要想保证汽车能源的良好工作性能，就要对汽车蓄电池进行科学的管理。

首先电池管理系统负责汽车行驶过程中能源到达汽车各部的量的多少，一旦出现能源短缺，优先将电供应到汽车的哪个部位，从而使汽车能源得到最高效的利用。

其次能量管理系统作为车子的核心系统，主要是监测电池的能源储存量，并将更加具体的情况和操作指令，合理地输出电能到各功能单位；最后还可以根据电池的使用情况来选择最理想的充电方式，保证电池的使用时限，缩减汽车的资本投资。

4 纯电动汽车的优势及存在的问题

4.1 纯电动汽车的优势

纯电动车省去了油箱、发动机、变速器、冷却系统和排气系统，相比传统汽车的内燃汽油发动机动力系统，电动机和控制器的成本更低，且纯电动车能量转换效率更高，即具有故障少、零排放（环保）、高效、节能、经济等优点。

4.2 纯电动汽车的不足

目前蓄电池单位重量储存的能量太少，还因电动车的电池较贵，又没有形成经济规模，故购买价格较贵。

充电时间长，充电基础设施不能满足要求；充电后，续驶里程短，

5 结语

纯电动汽车成为“十二五”时期国家选择新能源汽车发展的主要方向。因此熟悉纯电动汽车技术，以便今后在技术上不断创新、更好运用，为维护提供理论依据。

参考文献

[1] 张金柱.新能源汽车技术[M].北京：机械工业出版社，2014.