淺談純電動車技術(shù)及發(fā)展(黃光宇)

PAGEPAGE4淺談純電動車技術(shù)及發(fā)展黃光宇摘要：汽車是我國第二大碳排放源和第二大原油消費(fèi)領(lǐng)域，節(jié)能減排刻不容緩。我國二氧化碳總排放量全球領(lǐng)先，公路運(yùn)輸僅次于煤炭燃燒成為我國第二大二氧化碳排放源，占全國主要城市二氧化碳排放量的16.50%。因此我國提出：20年實(shí)現(xiàn)單位國內(nèi)生產(chǎn)總值二氧化碳排放比2005年下降40%~45%，汽車作為第二大二氧化碳排放源，減排刻不容緩，必將成為未來10年節(jié)能減排重點(diǎn)。電動車是以電力作為能源、由電動機(jī)驅(qū)動的車輛。他是僅以自身攜帶的電源為驅(qū)動能源的公路運(yùn)輸工具。純電動車是典型的零排放車。它不燃燒燃料,沒有燃燒產(chǎn)生的廢氣,也沒有冷卻劑、機(jī)油等污染物。在空氣污染日益嚴(yán)重、而傳統(tǒng)燃油汽車廢氣排放問題無法徹底解決的情況下,電動車日益受到人們的重視。本文基于上述原因，對純電動車的結(jié)構(gòu)、性能進(jìn)行了初步探討并對純電動車的發(fā)展提出了個人觀點(diǎn)。關(guān)鍵詞：排污純電動車電機(jī)電池純電動車由底盤、車身、蓄電池組、電動機(jī)、控制器和輔助設(shè)施等六部分組成。由于電動機(jī)具有良好的牽引特性，因此蓄電池汽車的傳動系統(tǒng)不需要離合器和變速器。車速控制由控制器通過調(diào)速系統(tǒng)改變電動機(jī)的轉(zhuǎn)速即可實(shí)現(xiàn)?；诃h(huán)保的思想,利用電動機(jī)的可逆工作特性,還可以實(shí)現(xiàn)制動能量回收,即在電動車制動時,驅(qū)動電機(jī)的工作狀況由電動機(jī)狀態(tài)轉(zhuǎn)為發(fā)電機(jī)狀態(tài),并將這些能量送回電池,儲存起來。（見下圖）一、電動車的電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)是電動車中最關(guān)鍵的系統(tǒng),電動車運(yùn)行性能主要決定于電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)的類型和性能。電動汽車驅(qū)動系統(tǒng)由電力驅(qū)動系統(tǒng)、電源系統(tǒng)和輔助系統(tǒng)等三部分組成。電力驅(qū)動系統(tǒng)包括電子控制器、功率轉(zhuǎn)換器、電動機(jī)、機(jī)械傳動裝置和車輪，其功用是將存儲在蓄電池中的電能高效地轉(zhuǎn)化為車輪的動能，并能夠在汽車減速制動時，將車輪的動能轉(zhuǎn)化為電能充入蓄電池。后一種功能稱作再生制動。電源系統(tǒng)包括電源、能量管理系統(tǒng)和充電機(jī)，其功用主要是向電動機(jī)提供驅(qū)動電能、監(jiān)測電源使用情況以及控制充電機(jī)向蓄電池充電。輔助系統(tǒng)包括輔助動力源、動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、導(dǎo)航系統(tǒng)、空調(diào)器、照明及除霜裝置、刮水器和收音機(jī)等等，借助這些輔助設(shè)備來提高汽車的操縱性和乘員的舒適性。（一）電動車與其它電力驅(qū)動系統(tǒng)相比較,有其自身的特點(diǎn)。它對驅(qū)動系統(tǒng)有其相應(yīng)的特殊要求:1、能夠頻繁地起動、停車、加減速,對轉(zhuǎn)矩控制的動態(tài)性能要求高。2、電動車驅(qū)動的速度、轉(zhuǎn)矩變化范圍大,既要工作在恒轉(zhuǎn)矩區(qū),又要運(yùn)行在恒功率區(qū),同時還要求保持較高的運(yùn)行效率。3、能在惡劣工作環(huán)境下可靠地工作。在確定了電動車的目標(biāo)性能后,對與之相匹配的電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)的性能可提出如下要求:①電機(jī)的轉(zhuǎn)矩、速度特性能滿足電動車對驅(qū)動性能的要求。②能實(shí)現(xiàn)對輸出功率和轉(zhuǎn)矩的迅速、平滑的控制。③系統(tǒng)整體效率高,功率密度大。④能夠在惡劣的工作環(huán)境下可靠地工作。⑤成本低,易維修。（二）、電動車驅(qū)動系統(tǒng)的組合形式各個系統(tǒng)在電動汽車上的布置各式各樣，這是因?yàn)樵陔妱悠嚿夏芰渴峭ㄟ^柔性的電線而不是通過剛性聯(lián)軸器和轉(zhuǎn)軸傳輸?shù)?，因此，電動汽車各個系統(tǒng)或各個部件的布置有很大的靈活性。例如一輛電動機(jī)前置，前輪驅(qū)動的電動汽車，充電機(jī)經(jīng)汽車前端的充電界面向置于汽車尾部的蓄電池充電。在汽車行駛時，蓄電池經(jīng)控制器向電動機(jī)供電。來自加速踏板的信號輸入控制器并通過控制器調(diào)節(jié)電動機(jī)輸出的轉(zhuǎn)矩或轉(zhuǎn)速。電動機(jī)輸出的轉(zhuǎn)矩經(jīng)汽車傳動系統(tǒng)驅(qū)動車輪。目前電能量。在車輛起動和加速時，利用雙向DC/DC將存儲的能量釋放出來，協(xié)助電池向電機(jī)供電，不但增加了電動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)省能源、降低剎車片磨損和提高蓄電池壽命的目的（見圖3）。2、運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)的燃油汽車故障診斷系統(tǒng)功能有限，但是對于電動汽車，其驅(qū)動與控制系統(tǒng)由電力電子器件組成，所以可以方便地獲取各種傳感器信號。在電動汽車上建立適時監(jiān)控和故障診斷系統(tǒng)，可以為車輛維修服務(wù)提供便捷的通道。3、電動輪技術(shù)

電動輪亦稱輪內(nèi)電動機(jī)。目前大部分重型礦用自卸汽車所采用的電動輪是直流電動機(jī)，而第二代純電動汽車所采用的是交流傳動系統(tǒng)。其工作原理如下：交流傳動系統(tǒng)中的永磁式三相同步伺服交流電動機(jī)緊湊地收藏于車輪內(nèi)，電動機(jī)的轉(zhuǎn)子通過轉(zhuǎn)子托架與車輪輪轂相聯(lián)，而輪轂支撐于轉(zhuǎn)向節(jié)上，輪胎隨同電動機(jī)的轉(zhuǎn)子一同旋轉(zhuǎn)；而電動機(jī)的定子則通過定子托板、輪轂、轉(zhuǎn)向節(jié)連接于車身上。該電動機(jī)的轉(zhuǎn)子為永久磁鐵，當(dāng)向電動機(jī)的定子線圈中通以交流電流時，定子便會產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，使永磁式轉(zhuǎn)子連同輪胎一起旋轉(zhuǎn)，即整個車輪旋轉(zhuǎn)起來。目前已有三菱公司與東洋公司合作開發(fā)了用于藍(lán)瑟（Lancer）四輪驅(qū)動純電動轎車的電動輪。每個電動輪的最大功率為50千瓦，最大扭矩為518牛·米，最高轉(zhuǎn)速為1500轉(zhuǎn)/分，一次充電的行駛里程可達(dá)250公里，最高車速可達(dá)到150公里/小時。 三、電動車電池技術(shù)發(fā)展情況在蓄電池技術(shù)領(lǐng)域，具有重量輕、儲能大、功率大、無污染（也無二次污染）、壽命長、自放電系數(shù)小、溫度適應(yīng)范圍寬泛等優(yōu)點(diǎn)的鋰離子電池技術(shù)逐漸取代鉛和鎳氫電池，成為純電動汽車中的核心技術(shù)之一。1、鎳氫電池：鎳氫（Ni-MH）電池與Ni-Cd電池有許多相同的特性，但由于無鎘，因此不存在重金屬污染問題，被稱為"綠色電池"。批量生產(chǎn)的成本約為鉛酸電池的四倍。Ni-MH電池單體額定電壓為1.2V，其負(fù)電極為經(jīng)吸氫處理后的儲氫合金，正電極為氫氧化鎳，電解液為KOH溶液。2、鈉硫電池：鈉硫（Na-S）電池有很高的比功率和比能量，但其工作溫度高，再加上鈉的活化性和腐蝕性，因此在結(jié)構(gòu)設(shè)計上必須保證堅固和安全。Na-S電池以熔融態(tài)鈉為負(fù)電極，熔融態(tài)硫?yàn)檎姌O，陶瓷β-Al2O3作電解質(zhì)，并作為離子傳導(dǎo)媒介和熔融態(tài)電極的隔離物，以避免電池自放電。3、燃料電池：燃料電池是燃料與氧化劑通過電極反應(yīng)將其化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能的裝置。燃料電池不需要充電，只要外部不斷地供給燃料和氧化劑，就能連續(xù)穩(wěn)定地發(fā)電。電動汽車用燃料電池的燃料為氫和甲醇，氧化劑為空氣。燃料電池具有比能量高、使用壽命長、維護(hù)工作量少以及能連續(xù)大功率供電等優(yōu)點(diǎn)。另外，燃料電池電動汽車可達(dá)到與燃油汽車相同的續(xù)駛里程。4、鋰離子電池：鋰離子（Li-Ion）電池自20世紀(jì)90年代初問世以來發(fā)展很快。雖然目前鋰離子電池仍處于開發(fā)階段，但在日本和美國等電動汽車上都采用鋰離子電池。它具有單體額定電壓高，比能量和能量密度高和使用壽命長等優(yōu)點(diǎn)，缺點(diǎn)是自放電率高。四、純電動車的發(fā)展前景電動車產(chǎn)業(yè)化不是突然一夜之間的事，而是一個漸進(jìn)的過程。要通過示范運(yùn)營，不斷擴(kuò)大規(guī)模，通過規(guī)?；膽?yīng)用促進(jìn)電池技術(shù)進(jìn)一步提升、降低電池成本、完善相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。電動車的技術(shù)瓶頸主要在于電池技術(shù)，目前汽車動力電池的能量密度還比較低，要提高續(xù)航里程就需要裝配更多的電池。雖然目前國內(nèi)企業(yè)不少都推出了電動車，但實(shí)驗(yàn)室造出幾輛電動車與大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)是兩個概念。不過，前途是光明的，道路是曲折的，我們有理由相信，純電動車在近3-5年，必將迎來他輝煌的時代。參考資料：1、電動汽車技術(shù)革命，章桐、賈永軒編著機(jī)械工業(yè)出版社2、新能源汽車技術(shù)及未，（日）石川憲二著