纯电动汽车关键技术

吴俊锋

【摘 要】随着传统燃油车不断增加，能源的资源问题不断凸显，发展新能源汽车就成为了各汽车制造企业的关键发展。纯电动汽车是新能源汽车的一员，与燃油汽车对比，它具有节能、环保的优点，有利于缓解能源稀缺、减轻大气污染。而电机以及控制器技术、电池及其管理技术、整车控制技术等关键技术的突破将会推动纯电动汽车的进一步发展。

【关键词】纯电动汽车；电机及控制器技术；电池及管理技术；整车控制技术

1.电机及控制技术

纯电动汽车的驱动电机属于特种电机，是电动汽车的关键零部件之一。为了使纯电动汽车能够拥有良好的驱动性能，应使驱动电机具有较宽的调速范围以及较高的转速，具有足够大的起动转矩，质量轻、体积小、效率高并且能够有动态制动性能强和能量回馈的性能。纯电动汽车所使用的电机正在朝着高转速、大功率、高效率以及小型化方向发展。

随着电机以及驱动系统技术的不断更新和发展，控制系统不断地趋于数字化和智能化。模糊控制、变结构控制、自适应控制、神经网络控制，以及专家系统、遗传算法等等非线性智能控制技术都在逐步应用在纯电动汽车的点击控制系统上面。它们的应用将会使整个系统结构简单、响应迅速、抗干扰能力强，参数变化也具有了鲁棒性，可以大大地提高整个控制系统的综合性能。

纯电动汽车的再生制动控制系统可以节约能源、提高续航行驶里程，具有较为显著的社会效益和经济价值。与此同时，再生制动还能够减少汽车制动片的磨损，降低车辆的故障率以及使用成本。

2.电池及其管理技术

电池是纯电动汽车的动力源，也是一直制约着纯电动汽车发展的一个关键性因素。纯电动汽车所使用的电池要求比能量高、比功率大、使用寿命长，但是就目前的电池而言，能量密度较低、电池组过重、续航行驶里程短、价格高昂、循环寿命有限。

纯电动汽车车用动力蓄电池经历了三代的发展，在现如今也已经取得了突破性的进展。第一代是铅酸电池，由于其比能量高、价格低廉和能高倍率放电，因此是目前唯一能够大批量生产的纯电动汽车车用电池。第二代是碱性电池，主要有镍镉、镍氢、钠硫、锂离子以及锌空气等多种电池，其比能量和比功率都比铅酸电池高，因此碱性电池大大提高了电动汽车的动力性能和续航行驶里程，但是碱性电池的价格却比铅酸电池的价格高。只要采用材料成本降低，电动汽车使用锂离子电池就能够获得长久的发展，但是目前的关键是要降低量化生产的成本，提高电池的安全可靠性、一致性以及寿命。第三代是以燃料电池为主的电池。燃料电池能量转变效率、比能量和比功率都比铅酸电池和碱性电池都高，并且能够控制反应的过程，能量转化的过程能够连续地进行，因此是理想的电动汽车车用电池。

电池组的性能能够直接影响整车的加速性能、续航行驶里程以及制动能量的回收效率等方面。电池的成本和循环的寿命会直接影响车辆的成本以及可靠性，所有影响电池性能的参数都必须得到优化。纯电动汽车的电池在使用过程当中发热量很大，电池的温度会影响电池的电化学系统运行、循环寿命和充电的可接收性、功率和能量、安全性以及可靠性。所以为了达到最佳的性能和使用寿命，需要将电池包的温度控制在一定的有效范围内。减小包内不均匀的温度分布以避免模块之间的不平衡，以此来避免电池性能的下降，而且可以消除相关的潜在危险。由于电池包的设计既要密封、防水、防尘、绝缘等，又要考虑空气气流流场的分布、均匀散热，所以电池包的散热通风设计，成为纯电动汽车研究的一个重要的领域。

3.整车控制技术

随着电动汽车整车以及关键零部件技术地不断提高，电动汽车正在朝着整车优化控制的方向发展。近几年所推出的纯电动汽车当中有很多都带有整车控制器，使得整车的控制技术正在日渐趋于完善，实现了对车辆个系统的综合控制。

纯电动汽车的整车控制器是纯电动汽车整车控制系统的核心部件，它对汽车的正常行驶性能、安全性能、再生能量回馈性能、网络管理性能、故障诊断与处理能力、车辆状态的监视等方面起着决定性的作用。传统的燃油汽车中，发动机的管理系统是为了使汽车发动机在所有行驶工况下都可以产生低的排放污染物、良好的燃油经济性以及良好的驱动性能。同样的，纯电动汽车也需要一个整车管理系统来增加其续航行驶里程，优化能量的分配。

纯电动汽车的整车控制系统由整车控制器、电机控制器、电池管理系统、电动汽车组合仪表、车内控制器局域网络、通信网络等部分组成。整车控制器根据汽车的实际运行工况，通过CAN总线或者常规的线束发送和接受信息，实现车内数据的实时通信，并对整车进行相应的控制。纯电动汽车的整车控制器应具备以下的动能：

1.整车控制器根据车辆运行工况以及控制的策略，协调控制下层控制器工作，使整车性能指标能够得到改善。

2.整车控制器可以实现驾驶员的驾驶意图，并采用相应的控制策略，实现驱动、再生制动功能。

3.根据动力电池组荷电状态和形式工况，整车控制器可以协调电机控制器与电池管理系统，实现动力电池组各种保护措施，提高动力电池的安全性和使用寿命。

4.整车控制器负责整车高压防护、漏电检测、故障诊断以及处理等等功能。

纯电动汽车的整车控制器除了以上的四个基本功能以外，还可以控制电动附件、低压电器等相关部件。除了整车控制系统的硬件结构设计意外，要有系统控制策略的制定、控制程序編写、调试等方面的工作。控制子程序包括：驱动控制、制动控制、驾驶员意图识别、能量优化控制、安全控制以及故障诊断等等。

整车控制器也是衡量整车控制系统性能以及功能等级的主要部件。整车控制器的性能优良会直接影响到整个纯电动汽车控制系统的控制效果。无论纯电动汽车的其他总成性能完好，但是整车控制器出现了问题，车辆就无法正常地形式，无法实现能量回馈，甚至有可能会出现安全事故。因而开发出功能完备的整车控制器是纯电动汽车整车控制系统产品化过程中必不可少的工作任务。

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