純電動汽車的典型特徵與核心技術

1．純電動汽車的典型特徵與核心技術

純電動汽車指的是採用動力電池作為驅動能源，使用電機驅動車輛行駛的汽車，其英文縮寫為EV（Electric Vehicle），由於純電動汽車的主要驅動能源是動力電池，因此也可縮寫為BEV（Battery Electric Vehicle）。

1）純電動汽車的典型特徵

純電動汽車與傳統汽車相比，有以下典型特徵：

（1）取消了內燃機，改用動力電池加電機的方式來驅動汽車。

（2）不再需要加註燃油，改用需要外部電網進行對車輛充電來續航車輛行駛里程。

（3）延續使用傳統汽車的大部分系統或部件，如轉向系統、車身電器等。

2）純電動汽車的核心技術

純電動汽車的推廣和發展應具備動力電池及管理系統技術、驅動電機及其控制技術、整車控制技術以及能量管理技術4個方面的核心技術。其他關鍵技術還有：驅動電機額定轉速及最高轉速的選擇、驅動電機額定電壓的選擇、純電動汽車傳動系的參數匹配及輔助系統的主要結構等。

（1）動力電池及管理系統技術

純電動汽車上使用的動力電池（車載電源）發展經過了3代。

第1代是鉛酸電池。技術成熟，成本低，但比能量和比功率低，不能滿足純電動汽車續駛里程和動力性能的需求。

第2代是高能電池。主要有鎳鎘（NJ－Cd）、鎳氫（Ni－MH）、鈉硫（Na/S）、鋰離子（Li－ion）和鋅空氣（Zn/Air）等多種電池，其比能量和比功率都比鉛酸電池高，因此大大提高了純電動汽車的動力性能和續駛里程，但價格比鉛酸電池高。有些高能電池需要複雜的電池管理系統和溫度控制系統，各種電池對充電技術有不同要求，電化學電池中的活性物質在使用一定期限後會老化，降低功能直至報廢，從而使純電動汽車的製造及使用成本高。

第3代是飛輪電池與超級電容器。飛輪電池是機械能—化學能—機械能轉換的電池；超級電容是電能器—電位能—電能轉換的電池，這兩種儲能器在理論上具有很強的轉換能力，而且充電和放電方便迅速，但目前還處於研製階段，一些關鍵技術還有待突破。

動力電池除了提供高壓直流電使驅動電機工作外，也是空調系統、制動系統和轉向系統等相關係統工作的電源。動力電池通過DC/DC轉換器，供應12V或24V電源，並儲存到低壓電池組，作為儀錶、照明和信號的工作電源。

動力電池管理系統對動力電池組充電、放電時的電流、電壓、放電深度、再生制動反饋電流、電池溫度等進行控制。個別單個電池性能變化後，會影響整個電池組的工作性能，所以需要電池管理系統對整個電池組和單個電池進行監控，保持各個單體電池的一致性。動力電池必須進行周期性的充電。因此，高效率和高速度充電設備，是電動汽車必需的輔助設備。充電設備有地面充電器和車載充電器，充電方式有接觸式充電和感應式充電。

（2）驅動電機及其控制技術

純電動汽車是利用電機將電能轉換為機械能來實現驅動的。驅動電機與驅動系統是純電動汽車的關鍵部件，要使純電動汽車有良好的使用性能，驅動電機應具有調速範圍寬、轉速高、起動轉矩大、體積小、質量小、效率高且有動態制動強和能量回饋等特性。

電機的種類很多，目前，純電動汽車所用電機主要有直流電機（DCM）、感應電機（IM）、永磁無刷電機（PMBLM）和開關磁阻電機（SRM）等。對於不同的電機，採用的控制理論不同，控制方法也不同，但都是控制電動機的轉速與旋轉方向。電機控制主要採用脈衝寬度調節（PWM）、變頻變壓調節（VVVF）、矢量控制調節（VC）和直流控制調節（DSC）等方法來控制。

再生制動是電動汽車節能的重要措施，制動時電機可實現再生制動，一般可回收10%～15%的能量，有利於延長電動汽車的續駛里程。在電動汽車中還保留了常規制動系統和ABS制動系統，以保證在緊急情況下的制動性能。

（3）整車控制技術

純電動汽車的管理系統主要是對動力電池組的管理和對電動機的控制。將加速踏板和制動踏板的機械位移的行程量轉換為電信號，輸入中央控制器，通過動力控制模塊控制驅動電動機運轉；計算動力電池組剩餘電量和剩餘續駛里程；對整個低壓的電子、電器裝置進行控制；採用各種感測器、報警裝置和自診斷裝置，對整個動力電池組、功率轉換器、驅動電機系統進行監控，並及時反饋信息和報警。

純電動汽車是高科技綜合性產品，除動力電池、驅動電機外，車體本身也包含很多高新技術，有些節能措施比提高電池儲能能力還易於實現。採用輕質材料如鎂、鋁、優質鋼材及複合材料，優化結構，可使汽車自身質量減輕30%～50%；實現制動、下坡和怠速時的能量回收；採用高彈滯材料製成的高氣壓子午線輪胎，可使汽車的滾動阻力減少50%；汽車車身特別是汽車底部更加流線型化，可使汽車的空氣阻力減少50%。

安全保護系統方面，動力電池組具有高壓直流電，必須設置安全保護系統，確保乘員、駕駛員和維修人員的安全。管理系統必須配備故障自診斷系統和故障報警系統，在電氣系統發生故障時自動控制電動汽車不能起動，防止事故的發生。

（4）能量管理技術

動力電池是純電動汽車的儲能動力源。純電動汽車要獲得非常好的動力特性，必須具有比能量高、使用壽命長、比功率大的電池作為動力源。而要使電動汽車具有良好的工作性能，就必須對動力電池進行系統管理。

能量管理系統是電動汽車的智能核心。一輛設計優良的電動汽車，除了具有良好的機械性能、電驅動性能、選擇適當的能量源（即電池）外，還應該有一套協調各個功能部分工作的能量管理系統。其作用是檢測單個電池或電池組的荷電狀態，並根據各種感測信息，包括力、加減速命令、行駛路況、電池工況、環境溫度等，合理地調配和使用有限的車載能量；還能夠根據電池組的使用情況和充放電歷史情況選擇最佳充電方式，以儘可能延長電池的使用壽命。

世界各大汽車製造商的研究機構都在進行電動汽車車載電池能量管理系統的研究與開發。電動汽車電池當前存有多少電能，還能行駛多少里程，是電動汽車行駛中必須知道的重要參數，也是電動汽車能量管理系統應該完成的重要功能。應用電動汽車車載能量管理系統，可以更加準確地設計電動汽車的電能儲存系統，確定一個最佳的能量存儲及管理結構，並且可以提高電動汽車本身的性能。

在電動汽車上實現能量管理的難點，在於如何根據所採集的每塊電池的電壓、溫度和充放電電流的歷史數據，來建立一個確定每塊電池還剩餘多少能量的較精確的數學模型。

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