純電動汽車技術探析

韓悌明

（蘭州知豆電動汽車有限公司，甘肅 蘭州 730300）

1 純電動汽車概述

純電動汽車是新能源汽車的一種，目前行業對于純電動汽車的界定一般是指以車載電源為工作動力、通過電機驅動車輪行駛的汽車。因此純電動汽車與傳統汽車的最大區別就在于能源獲取途徑的不同，傳統汽車主要以汽油或柴油燃燒來獲得能源，而純電動汽車則是以車載電源為行駛能源。目前，常見的純電動汽車在結構上主要由電源系統、電力驅動系統、驅動力傳動系統、整車控制系統等部分組成，其中最為關鍵的部分是電源及電力驅動系統，這一部分是整車的動力來源，也是目前限制純電動汽車發展的技術難題。

純電動汽車的優勢主要體現在兩方面：

一方面純電動汽車的能源獲取相比傳統汽車更加簡單，電力能源在當前城市中獲取十分便利，使用也更加安全；

另一方面則體現在純電動汽車在污染控制方面的巨大優勢，汽油或柴油的燃燒會造成嚴重的空氣污染，而電力能源的使用則沒有這一問題。

但目前，純電動汽車在技術方面仍然還有較大的缺陷，特別是在電池系統的研發上，還存在著使用壽命較短，充電時間較長等方面問題。因此，想要充分發揮純電動汽車的優勢，還需要不斷提高技術研究水平，解決當前的技術難題。

2 純電動汽車的技術現狀

從純電動汽車的發展歷史來看，其發展的歷史已經比較長，但是在過去較長的一段時間里，純電動汽車的使用主要局限在一些特定的領域，沒有大范圍的推廣市場，因為行業對于純電動汽車的研究還不夠成熟，投入市場的產品都存在一定的技術缺陷。現如今，我國基于可持續經濟發展的戰略指導，對于電動汽車行業有了一定的政策支持，這極大的提高了我國汽車產商在純電動汽車技術方面研究的積極性。因此，總結歸納純電動汽車的技術發展現狀，了解當前技術層面所存在的問題，對于下一階段的技術發展有著一定指導意義。目前，就行業發展現狀，純電動汽車技術的特點主要表現在以下幾點。

2.1 電池技術

電池技術是當前純電動汽車行業需要重點攻破的主要技術難題，電池使用壽命以及充放電的速率會直接影響到汽車的續航水平，電池工作的安全性更是會直接關系到駕駛人員的生命安全。對于純電動汽車的電池系統而言，性能指標的評價主要通過比能量（E）、能量密度（Ed）、比功率（P）、循環壽命（L）和成本（C）這五項性能指標來進行衡量。[1]因此，純電動汽車電池技術的發展就需要通過在控制生產成本的基礎上，不斷提高比能量、能量密度以及比功率，同時盡可能的延長電池的使用壽命。

行業對于純電動汽車的電池研究主要有三個階段。第一個階段是酸鉛電池，在這一時期，純電動汽車的電池一般都是閥控酸鉛電池，這一類型的電池在比能量及比功率上有較大的優勢，同時在技術發展相對成熟，能夠有效控制生產成本。而正是因為這一類型電池在純電動汽車上的應用才使得純電動汽車能夠大量走向市場。但是，酸鉛電池在使用壽命及充放電壽命上還存在較大的缺陷，因此電池技術的發展又進入第二階段堿性電池階段。這一類型的電池種類比較多，常見的有鎳鉻電池、鎳氫電池、鈉硫電池、鋰離子電池以及鋅空氣電池等。而堿性電池相比起鉛酸電池，在比能量方面有了較為顯著的提升，能夠有效提高電動汽車的駕駛性能，同時在電池容量方面的提升也比較明顯，能夠在酸鉛電池的基礎上成倍的提高汽車的續航公里，因此，現階段市場上的純電動汽車也主要是以堅持堿性點為主。而第三階段的電池主要是燃料電池，這一類型的電池可將燃料的化學能轉化為電能，這一技術不僅使得電池的能量轉變效率提高，在比能量以及比功率方面也有了較大突破。因此，這一類型的電池是純電動汽車的理想應用電池，但目前技術還未發展成熟，無法大規模投放市場，需要持續攻破技術難題。

2.2 電力驅動及控制技術

驅動系統是汽車整體系統中十分重要的一項，直接關系到汽車的行駛操控，而對于純電動汽車而言，驅動電機則是驅動系統的主體，對于汽車的整體性能至關重要。目前，行業對于驅動電機的技術指標主要在轉速、啟動轉矩、體積及質量方面。而結合已有技術，現在常見的純電動汽車驅動電機主要有以下四種類型：

（1）直流電動機；

（2）感應電動機；

（3）永磁無刷電動機；

（4）開關磁阻電動機。

其中應用最為廣泛的主要是感應電動機。使用感應電動機作為驅動系統的電動汽車主要有兩種控制方式：矢量控制與直線轉矩控制。這兩種控制方式中，直線轉矩控制模式具備較突出的優勢。首先，直線轉矩控制相對來說比較簡單，操作便利，對駕駛員的操作技術要求較低。其次，直線轉矩控制系統雖然結構簡單，但是在控制性能方面表現也比較優秀，能夠滿足絕大多數情況下對于驅動控制的需求。再則，由于結構簡單，直線轉矩系統也能夠具備較快的反應速度。這三點優勢與純電動汽車的技術特點需求較為符合，因此目前歐美國家在純電動汽車的控制系統中主要是使用這一方式。

而在純電動汽車的電力驅動及控制技術的發展中，永磁無刷電動機的研究是重要方向。永磁無刷電動機在實際應用中能夠表現出十分優秀的高功率密度，而根據驅動方式的區別，這一類型的電動機又有無刷直流電動機系統和由正弦波驅動的無刷直流電動機系統。其中由正弦波驅動的無刷直流電動機系統類電機在體積和重量方面控制較為突出，同時能量密度功率和效率是目前常見幾種電機中最高的，響應速度也較快，因此這一技術的應用前景十分廣闊。

2.3 電動汽車整車技術

伴隨著純電動汽車技術的發展，汽車整車技術的研究也進入了新的階段。純電動汽車是典型的高科技綜合性產品，為了保證汽車續航及操控性能的提升，除了在電池及驅動系統方面需要不斷提升技術，在車體車身方面也需要進一步突破。因為相較于電池技術以及驅動系統技術的突破，通過減輕車身重量，降低風阻等手段來降低純電動汽車的能耗更易實現。目前，在純電動汽車的整車技術中，各種輕質材料（如鎂、鋁、碳釬維等復合材料）已經有了廣泛應用，通過應用這些新型材料能夠有效實現汽車整體重量的下降。而汽車重量的下降能夠有效提高汽車運動的整體性能，這一點在純電動汽車形式過程中制動下坡以及怠速的情況下，在能量回收的效率方面有著明顯的優勢。目前，電動汽車的整車技術往往是根據能量回收的角度去優化車身結構，降低車輛行駛過程中所收到的阻力。在接下來，純電動汽車的整車技術發展趨勢仍然將聚焦在車身重量減低以及減少風阻的目標上，通過優化車身結構，運用各種新型材料優化車輛性能。

2.4 能量管理技術

前文提到，電池系統在純電動汽車運行過程中的重要性，因此為保證汽車的整體性能與使用壽命，還應當重視電池系統的能量管理技術。相較于電池技術、電機驅動控制技術、電動汽車整車技術這一類關乎汽車硬件方面的技術，能量管理系統是純電動汽車技術中的軟件部分，是純電動汽車智能化、信息化的重要體現。而所謂的能量管理就是指，具備能夠調節電動汽車整車各個功能部分能量使用情況的系統。這一系統的設計目標在于實現對于電池以及電池組荷電狀態的檢測，然后根據各個傳感元件所獲取的溫度、電機轉速、電池工況等數據，來對車載能量進行合理的調配，從而使得電池系統的充放電方式能夠達到最為協調的情況。這樣一方面能夠有效提高電動汽車的續航水平，節約電力的使用，另一方面也能夠大大延長電池的使用壽命。[2]電動汽車的能量管理技術的關鍵是基于計算的管理數學模型，通過對數據的分析，得到相應的作業指令。因此，對于模式的不斷優化是這一技術發展的主要方向，通過不斷積累數據，不斷優化模型的計算邏輯，從而提升能量管理系統的實用性。這一過程是持續不斷的過程，需要研究人員結合技術的發展不斷更新模型，不斷優化計算。

3 總結

純電動汽車的研究是目前新能源汽車產業發展中十分重要的一項工作，伴隨著我國對于汽車需求量的不斷提升，出于環境保護及節約能源的角度，未來純電動汽車將在汽車市場中占據著越來越重要的位置。為滿足這一發展需要，就需要不斷在純電動汽車的技術研究上做出突破，本文就純電動汽車在電池技術、電力驅動及控制技術、電動汽車整車技術、能量管理技術方面的發展現狀做出歸納總結，并結合當下市場的實際情況對純電動汽車的技術發展趨勢做出預測。