電動(dòng)汽車技術(shù)及前景簡(jiǎn)介

李冰

（烏魯木齊職業(yè)大學(xué)，新疆烏魯木齊830023）

電動(dòng)汽車技術(shù)及前景簡(jiǎn)介

李冰

（烏魯木齊職業(yè)大學(xué)，新疆烏魯木齊830023）

由于電動(dòng)汽車在節(jié)能和環(huán)保方面擁有巨大優(yōu)勢(shì)，在目前的環(huán)境和能源危機(jī)下必然是未來(lái)汽車行業(yè)的發(fā)展方向。文章通過總結(jié)近些年電動(dòng)車技術(shù)的發(fā)展，闡述了電動(dòng)車的分類及特點(diǎn)，分析了電動(dòng)車的相關(guān)技術(shù)，指出了電動(dòng)車的現(xiàn)狀以及未來(lái)發(fā)展方向。

電動(dòng)車；電機(jī)技術(shù)；驅(qū)動(dòng)技術(shù)；電池；充電技術(shù)

自從20世紀(jì)70年代全球爆發(fā)石油危機(jī)以來(lái)，世界上主要的汽車廠家都開始對(duì)電動(dòng)汽車技術(shù)進(jìn)行開發(fā)，經(jīng)過幾十年發(fā)展，生產(chǎn)出了以特斯拉等為代表的電動(dòng)汽車產(chǎn)品。我國(guó)也經(jīng)過了20年不懈的努力，投入了大量人力、物力、財(cái)力，取得了一系列豐碩的成果，與國(guó)外的同類型產(chǎn)品并沒有明顯差距。隨著能源和環(huán)境危機(jī)的惡化，節(jié)能和減排將是汽車技術(shù)的未來(lái)發(fā)展方向，而發(fā)展電動(dòng)汽車將是其中最佳的選擇。

1 電動(dòng)汽車的特點(diǎn)和分類

電動(dòng)汽車是指以車載電源為動(dòng)力，利用電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)車輪行駛，符合道路交通、安全法規(guī)各項(xiàng)要求的車輛。與內(nèi)燃機(jī)汽車相比，電動(dòng)汽車應(yīng)具有以下特點(diǎn)：動(dòng)力來(lái)源廣泛；對(duì)環(huán)境造成的污染較低;維修維護(hù)方便；噪聲低；效率高；結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用范圍廣，對(duì)環(huán)境影響較小。但是，也存在一些技術(shù)問題：如電池技術(shù)、電機(jī)及其控制系統(tǒng)、社會(huì)的基礎(chǔ)設(shè)施（充電站或加氫站）等問題。

按照動(dòng)力類型，電動(dòng)汽車可分為純電動(dòng)汽車(PEV)、混合動(dòng)力汽車（HEV）和燃料電池電動(dòng)汽車（FCEV）。最近在傳統(tǒng)混合動(dòng)力汽車基礎(chǔ)上，派生出一種外接充電式的混合動(dòng)力汽車（PHEV）。

（1）純電動(dòng)汽車。純電動(dòng)汽車（BEV）是指僅由電力驅(qū)動(dòng)的車型。電動(dòng)汽車的核心是蓄電池電力驅(qū)動(dòng)及控制系統(tǒng)。電力驅(qū)動(dòng)及控制系統(tǒng)由電源、驅(qū)動(dòng)電機(jī)和調(diào)速控制裝置等組成。不過目前純電動(dòng)汽車還存在充電時(shí)間長(zhǎng)、電池壽命短、續(xù)航里程短，充電設(shè)施不完善等缺點(diǎn)，僅局限在某些特定范圍內(nèi)使用，如城市公交、公安巡邏等部門，市場(chǎng)較小。

（2）混合動(dòng)力汽車（HEV）是指采用傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)同時(shí)配以電動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)，電動(dòng)機(jī)作為發(fā)動(dòng)機(jī)的輔助動(dòng)力，可以改善低速動(dòng)力性能和油耗性能。但這種汽車根本上還是采用石油資源作為動(dòng)力，還存在環(huán)保方面的問題。混合動(dòng)力汽車只是為了降低油耗和提高環(huán)保性能而產(chǎn)生的一種過渡車型，未來(lái)終將被取代。

（3）燃料電池汽車。燃料電池汽車是一種新的電動(dòng)汽車，按照電池類型可以分為氫燃料電池、甲烷燃料電池、甲醇燃料電池及乙醇燃料電池。它的原理是直接將燃料中的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能用以驅(qū)動(dòng)電機(jī)的汽車。優(yōu)點(diǎn)是能量利用率高，對(duì)環(huán)境無(wú)污染或低污染，電池的續(xù)航能力高。但缺點(diǎn)是造價(jià)太高功率低，需要超級(jí)電容和其他電池輔助。

2 電動(dòng)汽車的主要技術(shù)

（1）電機(jī)及驅(qū)動(dòng)技術(shù)。電機(jī)及驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是電動(dòng)汽車的心臟，主要組成是電機(jī)、功率變換器、電子控制器和機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)。電動(dòng)汽車的驅(qū)動(dòng)電機(jī)有直流、交流，有刷、無(wú)刷等不同類型，勵(lì)磁方式有永磁、電磁之分。驅(qū)動(dòng)電機(jī)具有調(diào)速范圍寬、轉(zhuǎn)速高、起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大、質(zhì)量輕、體積小、效率高且有能量回饋等特性。驅(qū)動(dòng)電機(jī)的調(diào)速控制也分有級(jí)、無(wú)級(jí)調(diào)速，有采用電子調(diào)速控制器、不用調(diào)速控制器之分。目前，電動(dòng)汽車用電動(dòng)機(jī)主要有直流電機(jī)、感應(yīng)電機(jī)、永磁電機(jī)和開關(guān)磁阻電機(jī)共4種類型。

（2）動(dòng)力電池技術(shù)。廣義上講，電池從技術(shù)上主要可分為化學(xué)電池、物理電池和生物電池三大類，目前電動(dòng)汽車中使用的是化學(xué)電池和物理電池，生物電池現(xiàn)在依然存在很多技術(shù)問題。出于實(shí)用化的考慮，只對(duì)常見的化學(xué)電池及物理電池進(jìn)行介紹。①鋰電池。鋰電池是目前市面上最常用的電池種類之一，具有能量密度高、循環(huán)使用壽命長(zhǎng)的優(yōu)點(diǎn)，因此在各個(gè)領(lǐng)域使用范圍十分廣泛。鋰離子電池主要優(yōu)點(diǎn)是工作電壓高、能量密度大、體積小、質(zhì)量輕、工作溫度范圍寬、無(wú)記憶效應(yīng)、無(wú)污染、自放電小、可快速充放電、循環(huán)壽命長(zhǎng)，是理想的綠色電池。但鋰離子電池也存在缺點(diǎn)，主要有價(jià)格較高、容量小、不耐過沖過放電，安全性較差，需要設(shè)置隔膜防止內(nèi)部短路，需要設(shè)置多重保護(hù)機(jī)制。②鎳氫電池。鎳氫電池是目前在電動(dòng)汽車上廣泛使用的另一種電池。鎳氫電池的能量密度和鋰離子電池相差不大，但是單體電壓較低，僅為1.2V，故而其占用的體積要比鋰離子電池大一些。鎳氫電池的缺點(diǎn)是高溫時(shí)充電耐受性低和低溫時(shí)容量減小；原材料價(jià)格昂貴，生產(chǎn)成本較高;電池不能過放電，否則會(huì)造成永久性損傷，荷電狀態(tài)必須被限制在一個(gè)較小的范圍內(nèi)，能量的利用率不高。鎳氫電池屬于電動(dòng)汽車在過渡階段使用的電池，未來(lái)將會(huì)被更加成熟的電源代替。③物理電池。物理電池主要通過物理變化來(lái)提供、儲(chǔ)存電能的電池統(tǒng)稱，常見的物理電池有超級(jí)電容、飛輪電池等。超級(jí)電容是一種介于電池與傳統(tǒng)電容之間的電子元件，其主要依靠雙電層和氧化還原假電容電荷儲(chǔ)存電能，在轉(zhuǎn)換的期間不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，因此被歸為物理電池的范疇。飛輪電池簡(jiǎn)單來(lái)說就是利用類似慣性飛輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生能量的原理來(lái)實(shí)現(xiàn)能量的存儲(chǔ)與釋放。目前物理電池的主要優(yōu)點(diǎn)是存放電效率高，缺點(diǎn)是儲(chǔ)能低，因此主要作為輔助電池使用。

（3）電動(dòng)汽車的充電技術(shù)。電動(dòng)汽車的充電方式：電動(dòng)汽車的充電方式主要有常規(guī)充電(慢充)、快速充電(快充)、更換電池(快換)、無(wú)線充電(感應(yīng)充電)和移動(dòng)式充電(MAC)共5種，目前常用前3種方式。①常規(guī)充電。常規(guī)充電主要采用恒壓或恒流的方式，以較低的充電電流(約15A)對(duì)電池進(jìn)行充電。優(yōu)點(diǎn)：充電器安裝成本較低;可利用電力低谷時(shí)段充電，降低用電成本;可提高充電效率和延長(zhǎng)電池的使用壽命。缺點(diǎn)：充電時(shí)間過長(zhǎng)，在緊急情況下可能會(huì)造成延誤。②快速充電。指以較大的充電電流在短時(shí)間內(nèi)完成蓄電池充電。優(yōu)點(diǎn)：充電時(shí)間短，沒有記憶性，能進(jìn)行大容量充電及放電，一般用于大型充電站。缺點(diǎn)：充電器價(jià)格昂貴且安裝成本高，影響電池的使用壽命;充電電流較大，對(duì)充電技術(shù)要求較高，存在安全隱患。③更換電池。優(yōu)點(diǎn)：可以提高車輛使用效率以及用戶使用的方便性和快捷性，對(duì)更換下來(lái)的蓄電池可利用低谷時(shí)段進(jìn)行充電，降低充電成本。缺點(diǎn)：由于要配備備用電池和電池更換設(shè)備，因此設(shè)備成本較高，對(duì)場(chǎng)地也有一定要求。④無(wú)線充電。近些年發(fā)展的一種新的充電方式，將電能轉(zhuǎn)換成特殊激光或微波束，用車上相應(yīng)的設(shè)備進(jìn)行接收，再轉(zhuǎn)換成電能供蓄電池充電。優(yōu)點(diǎn)：快速、安全、便捷。缺點(diǎn)：電能轉(zhuǎn)換效率低，成本高且技術(shù)存在瓶頸。⑤移動(dòng)式充電。移動(dòng)式充電是在汽車行駛過程中進(jìn)行的充電方式。將充電系統(tǒng)埋設(shè)在一段路面之下作為充電區(qū)，無(wú)需額外的空間。通過接觸式或感應(yīng)式系統(tǒng)，對(duì)行駛過充電區(qū)的充電汽車進(jìn)行充電。優(yōu)點(diǎn)：不需要額外的空間，占地面積小，且不浪費(fèi)時(shí)間。缺點(diǎn)：工程投資巨大。

3 結(jié)語(yǔ)

目前來(lái)看，電動(dòng)汽車在電源、充電技術(shù)、電源控制技術(shù)等方面依然存在技術(shù)瓶頸，且在政策方面需要汽車生產(chǎn)商、電機(jī)生產(chǎn)商、電池生產(chǎn)商、電力部門、科研部門、政府部門、社會(huì)組織等各方面的通力合作，這樣才能促進(jìn)電動(dòng)汽車的發(fā)展。

［1］陳清泉,孫逢春,祝嘉光.現(xiàn)代電動(dòng)汽車技術(shù)［D］.北京：北京理工大學(xué)出版社，2002.

［2］梅小安.世界電動(dòng)汽車技術(shù)發(fā)展及趨勢(shì)［J］.汽車研究與開發(fā)，2004，（2）.

［3］曹秉剛.電動(dòng)汽車技術(shù)進(jìn)展和發(fā)展趨勢(shì)［J］.西安交通大學(xué)學(xué)報(bào)，2004，（1）.

李冰（1985-），男，新疆昌吉人，大學(xué)本科，主要研究方向：汽車運(yùn)用及維修技術(shù)。