电动车关键技术发展综述

刘培祥,杜丹丰

(东北林业大学　交通学院,黑龙江　哈尔滨　150040)



电动车关键技术发展综述

刘培祥,杜丹丰

(东北林业大学交通学院,黑龙江哈尔滨150040)

[摘要]电动车是一种绿色环保的交通工具,是目前国内外研究的热点问题。文章从电动车动力电池、驱动电动机、能量回收系统、能量管理系统等几个方面对电动车技术进行了综述。随着技术的进步,未来电池、电动机性能将逐渐满足电动车的需求,电动车必然会得到普及。

[关键词]电动车；电机；电池；能量回收

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

随着中国经济的蓬勃发展,我国汽车工业也迎来了高速发展的时期。但是，随着汽车的普及,能源消耗、环境污染等问题也纷纷出现。世界各国对解决这类问题的呼声日益高涨,新能源汽车产业应运而生,不仅因为天生的环保特性得到了国家的大力支持,也因为其相对燃油汽车低廉的使用成本逐渐被百姓接受。国际汽车巨头早已对电动车展开了研制工作,我国政府也早在“八五”期间就把其列为科技攻关项目,经过长期发展,自主品牌也有大批新能源汽车面世。坦率地说,我国电动汽车正处于一个相对技术薄弱但潜力巨大的时期,只有加强技术攻关、妥善解决电动汽车关键技术问题,才能开辟我国电动汽车的巨大市场。

1动力电池

传统汽车以液态汽油或柴油作为燃料,而电动汽车用电动机驱动,用蓄电池、超级电容、燃料电池或动能电池作为能源。电池性能的好坏直接决定了电动汽车的续航里程、最高车速等行驶性能。世界电动车协会主席陈清泉院士曾指出我国电动车电池技术存在两个问题,即对电池缺乏深层次分析和缺乏科学的评价体系。这不仅需要科研院校、电动汽车企业加强在这方面的研究,也需要国家给予资金支持,同时出台相对应的法律规范、国家标准引导行业发展。

铅酸蓄电池、锂离子电池、聚合物电池、磷酸铁锂电池及超级电容的单体电压、比能量、比功率、循环寿命等性能如表1 所示。由表1可知,每种电池均有一些性能短板。总体来讲,锂离子电池性能相对优秀,比能量、比功率十分出色,未来解决其安全性问题后有大量应用的可能。超级电容充电时间短、使用安全、比功率大,但其缺陷在于比能量低,电动汽车采用后续航里程会受到相当的限制,运行里程不大的城市公交可以采用,在其路线两端建立充电站,这样超级电容充电速度快的优点就能充分发挥。

目前,动力电池存在以下缺点：①能量密度普遍较低,汽油的能量密度为1.2W·h/kg;②续航里程较短;③电池组价格昂贵且寿命有限;④电池组重量较大,增大行驶阻力消耗能量。目前国际知名电动汽车厂商特斯拉采用的是锂离子电池,日韩企业多采用锰酸锂电池,而国内电动车领头羊比亚迪采用的是磷酸铁锂电池,电动车电池未来的路还很漫长,需要各家厂商继续投入时间和资金进行研究和探索。

2驱动电动机

电动机驱动电动车行驶,是电动汽车的核心部件,电动机性能直接决定电动汽车驱动系统性能。欲使电动汽车具有良好的驾乘体验,驱动电动机应该具有较宽的调速范围、足够高的转速和足够大的启动扭矩,还必须拥有重量轻、体积小、效率高的特点。电动机在充分满足汽车的运行需求的同时,还需保证行驶时的舒适性和续航范围大等性能。新能源汽车用电动机为满足上述要求,必须按照比普通工业用电动机更为严格的技术规范设计生产。

表1　电动汽车用电池性能比较

表2　电动汽车用电动机基本性能比较

从表2中可以看出,永磁电动机具有高效率、高控制精度、良好的转矩平稳性及低振动噪声等特点,通过合理的设计磁路结构能获得较高的弱磁性能,在电动车驱动方面具有很好的应用价值,但目前其成本较高,随着稀土永磁材料的开发,未来拥有广阔的前景。开关磁阻电动机驱动系统是高性能机电一体化的产品,最高转速大、调速灵活、成本低廉、工作可靠,但其因噪声大、设计复杂、控制性能较差等原因还没有广泛使用。目前还没有完全符合电动汽车电动机工作特性的电动机,未来还需要改进、加强设计以满足电动车的需要。

3能量回收系统

电动车能量回收指的是当车辆制动时,将车辆的动能依靠发电机回收存储在电动车电池当中。因电动车自身电池容量限制,所以能量回收是电动车设计当中需要着重考虑的问题。研究表明,当行驶工况变化频繁时,采用制动能量回收可以至少提高20%的续航里程。现有的解决方案通常是直接向蓄电池充电来吸收制动所产生的能量,但由于蓄电池难以实现短时间大功率充电、循环次数有限、成本较高。为此，有研究人员提出采用超级电容的方式吸收制动能量回收的观点,由表1我们可以看出,超级电容比功率大、寿命长,充电迅速,而且拥有可以平滑放电的优点。该装置不仅可以延长电动车续航里程、增加电池寿命,还能避免发生汽车紧急制动时车轮抱死的情况，提高汽车操作稳定性。

4能量管理系统

电动车电池是电动车行驶的动力来源,而且目前电池的容量较小,所以我们更应该精细控制电池的使用,优化电池放电曲线,提高比功率。能量管理系统应设计有电子控制单元,对从各传感器传回的信号处理分析,做出合理控制,使电池工作处于一个良好的工作状态。

5结论

本文通过对电动车技术关键部分进行综述,得出以下结论：

(1)电池技术是电动车发展的首要问题,电池性能的提高、价格的降低、寿命的延长对电动车的普及有举足轻重的意义。

(2)电动机作为电动汽车的动力装置,目前还没有一种电动机能完全符合电动车运行要求,目前大量使用的是交流异步电动机,但未来永磁电动机、开关磁阻电动机如果能解决自身缺点那么会有良好的推广前景。

(3)能量回收系统能增加电动车续航里程,对于电动车的使用性能有所改进,同时能节约能源,保护环境。

(4)能量管理系统对电池工作管理直接影响电池的各项性能指标,能为电池良好的运行带来保证。

参考文献:

[1]杨寅,熊鹏,陈统卓,等.基于超级电容的电动车制动能量回收技术研究[J].电子技术应用,2009(3):73-76.

[2]刘纯坚.电动车电池管理系统现状、趋势以及开发研究[D].上海：复旦大学,2011.