電動(dòng)汽車關(guān)鍵技術(shù)發(fā)展綜述

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上隨著世界汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，日益增大的石油能源的消耗，將加快從能源短缺到能源枯竭的步伐。汽車排放造成的大氣污染和地球的溫室效應(yīng)，成為世界全人類的公害。人類社會(huì)和汽車產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，受到極大的威脅，發(fā)展汽車新能源、開發(fā)汽車新動(dòng)力，成為世界汽車產(chǎn)業(yè)面臨十分緊迫的任務(wù)。當(dāng)代融合多種高新技術(shù)而興起的純電動(dòng)汽車、混合電動(dòng)汽車、燃料電池汽車，尤其是立足于氫能基礎(chǔ)上的燃料電池汽車正在引發(fā)世界汽車工業(yè)的一場革命，展現(xiàn)了汽車工業(yè)新能源、新動(dòng)力發(fā)展的光明前景。本文就從電池技術(shù)、電力驅(qū)動(dòng)及其控制技術(shù)、整車技術(shù)及能源管理技術(shù)方面作簡要分析。 一、電池技術(shù) 1.電池技術(shù)存在的問題 電池是電動(dòng)汽車

2、的動(dòng)力源泉，也是一直制約電動(dòng)汽車發(fā)展的關(guān)鍵因素。電動(dòng)汽車用電池的主要性能指標(biāo)是比能量、能量密度、比功率、循環(huán)壽命和成本等。要使電動(dòng)汽車具有競爭力，就要開發(fā)出比能量高、比功率大、使用壽命長的高效電池。目前面臨最關(guān)鍵的電池技術(shù)問題是： （1）極低的電池能量密度。汽油的能量密度是1.2萬W·h/kg，而目前通常使用的鉛酸電池能量密度不足40W·h/kg。近年來，其他類型電池，如空氣電池等的開發(fā)雖有進(jìn)展，但是在價(jià)格、性能、工藝性等方面欠成熟，近期無法實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)。 （2）過重的電池組。盡管在車身設(shè)計(jì)方面采取了諸如玻璃鋼車身等技術(shù)以盡可能減輕整車質(zhì)量，但是，電池過重的自身質(zhì)量仍會(huì)使一部電

3、動(dòng)汽車的總質(zhì)量較同樣大小的內(nèi)燃機(jī)汽車重。 （3）有限的續(xù)駛里程與汽車動(dòng)力性能。因?yàn)殡姵氐哪芰棵芏容^低，電池組的質(zhì)量過大，因此，即使電動(dòng)汽車動(dòng)力系統(tǒng)的效率很高，使用鉛酸電池的電動(dòng)汽車一次充電的續(xù)駛里程也只有100km左右。因?yàn)殡姵匦阅懿?，電?dòng)汽車的動(dòng)力性能無法達(dá)到當(dāng)前內(nèi)燃機(jī)汽車的水平。 （4）電池組昂貴的價(jià)格及有限的循環(huán)壽命。一輛載容量20人的輕型電動(dòng)客車電池組的價(jià)格高達(dá)2萬元人民幣，以現(xiàn)有電池的循環(huán)壽命（假定為500次充放電循環(huán)）計(jì)算，電動(dòng)汽車行駛4萬km就需更換電池。高昂的運(yùn)行成本難以讓市場接受。 （5）汽車附件的使用受到限制。因?yàn)殡妱?dòng)汽車所能攜帶的電能有限，所以在車上對(duì)電能的使用必須注意節(jié)

4、省，車內(nèi)空調(diào)和暖風(fēng)的選用必須充分考慮其對(duì)電動(dòng)汽車?yán)m(xù)駛里程的影響。除此之外，動(dòng)力轉(zhuǎn)向、真空助力器、主動(dòng)（半主動(dòng)）懸架以及其他一些車載電器的使用也受到限制。因此，乘員的舒適性受到影響。 2.電池技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用 到目前為止，電動(dòng)汽車車用動(dòng)力蓄電池經(jīng)過3代的發(fā)展，已取得了突破性的進(jìn)展。第1代是鉛酸電池，目前主要是閥控鉛酸電池（VRLA），因?yàn)槠浔饶芰枯^高、價(jià)格低和能高倍率放電，因此是目前唯一能大批量生產(chǎn)的電動(dòng)汽車用電池。第2代是堿性電池，主要有鎳鍋、鎳氫、鈉硫、鏗離子和鋅空氣等多種電池，其比能量和比功率都比鉛酸電池高，因此大大提高了電動(dòng)汽車的動(dòng)力性能和續(xù)駛里程，但其價(jià)格卻比鉛酸電池高。只要能采用廉價(jià)

5、材料，電動(dòng)汽車用銼離子電池將獲得長足的發(fā)展，目前關(guān)鍵是要降低批量化生產(chǎn)的成本，提高電池的可靠性、一致性及壽命。第3代是以燃料電池為主的電池。燃料電池直接將燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?，能量轉(zhuǎn)變效率高，比能量和比功率都高，并且、可以控制反應(yīng)過程，能量轉(zhuǎn)化過程可以連續(xù)進(jìn)行，因此是理想的汽車用電池。表1為各種車用電池的性能比較。 從目前車用電池的發(fā)展來看，鎳氫電池可能是電動(dòng)汽車動(dòng)力能源的首選電池，它已經(jīng)規(guī)?；a(chǎn)，性能穩(wěn)定，其質(zhì)量比、體積比功率、電池壽命和重復(fù)充放電次數(shù)方面均已達(dá)到USABC（美國先進(jìn)電池聯(lián)合會(huì)）性能指標(biāo)。從產(chǎn)品規(guī)?；?、生產(chǎn)程度和發(fā)展前景看，有可能成為電動(dòng)汽車車用電池的潛在競爭者，其容量大

6、、體積質(zhì)量小的優(yōu)點(diǎn)正符合現(xiàn)代電動(dòng)汽車的要求。另外，燃料電池的應(yīng)用前景樂觀。隨著電化學(xué)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，燃料電池可能成為電動(dòng)汽車的主要能源之一。其他尚在實(shí)驗(yàn)階段的電池如飛輪電池、太陽能電池，有著壽命長、環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，在未來的車用電池中也必將占有一席之地。 二、電力驅(qū)動(dòng)及其控制技術(shù) 1.電動(dòng)車用電動(dòng)機(jī)性能分析 目前，電動(dòng)汽車用電動(dòng)機(jī)主要有直流電動(dòng)機(jī)（DCM）、感應(yīng)電動(dòng)機(jī)（IM）、永磁無刷電動(dòng)機(jī)（PM-BLM）和開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)（SRM）4類，其性能對(duì)比見表2。 電動(dòng)車輛的驅(qū)動(dòng)電機(jī)屬于特種電機(jī)，是電動(dòng)汽車的關(guān)鍵部件。要使電動(dòng)汽車有良好的使用性能，驅(qū)動(dòng)電機(jī)應(yīng)具有較寬的調(diào)速范圍及較高的轉(zhuǎn)速，足夠大的啟動(dòng)扭矩

7、，體積小、質(zhì)量輕、效率高且有動(dòng)態(tài)制動(dòng)強(qiáng)和能量回饋的性能。目前電動(dòng)汽車所采用的電動(dòng)機(jī)中，直流電動(dòng)機(jī)基本上已被交流電動(dòng)機(jī)、永磁電動(dòng)機(jī)或開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)所取代。電動(dòng)汽車所用的電動(dòng)機(jī)正在向大功率、高轉(zhuǎn)速、高效率和小型化方向發(fā)展。當(dāng)今世界已研制出功率密度超過1 kW/kg，額定點(diǎn)的效率大于90%的小型電動(dòng)機(jī)，電機(jī)滿足低速衡（大）扭矩和高速衡功率的牽引控制要求。 2.控制系統(tǒng) 隨著電機(jī)及驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的發(fā)展，控制系統(tǒng)趨于智能化和數(shù)字化。變結(jié)構(gòu)控制、模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、自應(yīng)控制、專家系統(tǒng)、遺傳算法等非線性智能控制技術(shù)，都將各自或結(jié)合應(yīng)用于電動(dòng)汽車的電機(jī)控制系統(tǒng)。它們的應(yīng)用將使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、響應(yīng)迅速、抗干擾

8、能力強(qiáng)，參數(shù)變化具有魯棒性，可大大提高整個(gè)系統(tǒng)的綜合性能。 電動(dòng)汽車再生制動(dòng)控制系統(tǒng)可以節(jié)約能源、提高續(xù)駛里程，具有顯著的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和社會(huì)效益。再生制動(dòng)還可以減少剎車片的磨損，降低車輛故障率及使用成本。圖1所示為XJTUEV 1電動(dòng)汽車再生制動(dòng)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖。該系統(tǒng)由超級(jí)電容或飛輪及其控制器組成，利用超級(jí)電容或飛輪吸收再生制動(dòng)能量，具有非常突出的優(yōu)點(diǎn)。當(dāng)車輛制動(dòng)時(shí)，電機(jī)工作于發(fā)電機(jī)工況，將一部分動(dòng)能或重力勢能轉(zhuǎn)化為電能儲(chǔ)存在超級(jí)電容或飛輪中，因?yàn)槌?jí)電容或飛輪的功率密度大，可以更快速、高效地吸收電機(jī)回饋能量。在車輛起動(dòng)和加速時(shí)，利用雙向DC/DC將存儲(chǔ)的能量釋放出來，協(xié)助電池向電機(jī)供

9、電，不但增加了電動(dòng)汽車一次充電的行駛里程，而且避免了蓄電池的大電流放電，達(dá)到了節(jié)約能源、降低剎車片磨損和提高蓄電池壽命的目的。 三、電動(dòng)汽車整車技術(shù) 電動(dòng)汽車是高科技綜合性產(chǎn)品，除電池、電動(dòng)機(jī)外，車體本身也包含很多高新技術(shù)。采用輕質(zhì)材料如鎂、鋁、優(yōu)質(zhì)鋼材及復(fù)合材料，優(yōu)化結(jié)構(gòu)，可使汽車自身質(zhì)量減輕3050%；實(shí)現(xiàn)制動(dòng)、下坡和怠速時(shí)的能量回收；采用高彈滯材料制成的高氣壓子午線輪胎，可使汽車的滾動(dòng)阻力減少50%；汽車車身特別是汽車底部流線型化，可使汽車的空氣阻力減少50%。4能量管理技術(shù) 蓄電池是電動(dòng)汽車的儲(chǔ)能動(dòng)力源。電動(dòng)汽車要獲得非常好的動(dòng)力特性，必須具有比能量高、使用壽命長、比功率大的蓄電池作為動(dòng)力源。因此必須對(duì)蓄電池進(jìn)行系統(tǒng)管理。 能量管理系統(tǒng)是電動(dòng)汽車的智能核心。一輛設(shè)計(jì)優(yōu)良的電動(dòng)汽車，除了有良好的機(jī)械性能、電驅(qū)動(dòng)性能、適當(dāng)?shù)哪芰吭矗措姵?/p>