电动车关键技术发展综述

代仲

【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。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。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；关键技术；发展

1、导言

电动车顾名思义就是通过电力带动电机运转，电动车类型主要有纯电动汽车、混合动力汽车以及燃料电池汽车三类。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。电动车的出现及时的解决了这些问题。

2、电动车关键技术

2.1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。

表1电动汽车用电池性能比较

2.2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。

2.3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。

3、国内、外关于电动车控制技术方面的动向与今后的发展

3.1混合动力车辆

目前装用蓄电池装置的电动车、内燃动车、机车越来越多。而在国外，混合动力内燃动车以及接触网-蓄电池混合动力电动车也已问世。在中国台湾高雄市建设的全长22.1km、设置36个停车站的无接触网轻轨列车将于2015年6月开始商业运营。2014年8月，西班牙制造的超低地板轻轨车已进入运营现场，今后将陆续引进这类车辆。

3.2使用了碳化硅（SiC）功率半导体元件的变流器

使用碳化硅（SiC）材料的功率半导体与使用硅（Si）材料的功率半导体相比，具备以下特点：①可在较高频率下使用；②可在较高温度下使用；③耐高压。如果变流器尺寸相同，则可提高功率，从而提高车辆性能；如果变流器功率相同，则能实现小型、轻量化，进而有效地利用车载空间。日本率先在铁道车辆上使用了此种变流器，于2012年在东京地铁银座线1000系车辆上安装了600V接触网用Si-IGBT与SiC二极管的混合型逆变器；2014年，在小田急1000系列车上安装了1500V接触网用的全SiC逆变器，投入商业运行，在运用中考察其耐久性。

结论

综上所述，今后，随着新的功率及能量转换元件和媒介物的引进，有可能出现新型电动车控制方式。在继承前人技术和知识的基础上，创造出新的车辆控制技术，赋予它全新的价值，是研究人员的重要使命。

【参考文献】：

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