纯电动汽车的发展及其关键技术
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【摘 要】当下传统燃油汽车的保有量日趋增加，国内外相继出现了能源短缺的情况，发展新能源汽车成为各国汽车制造企业的重中之重。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。而诸如电池核心技术、电机及电机控制、能量管理方法等关键技术的研究会是纯电动汽车发展所面对的一系列问题。充电基站的建立以及量产使用也是未来电动汽车发展的核心部分。
【关键词】能源短缺；纯电动汽车；关键技术；产业化
【Abstract】The traditional fuel car ownership is increasing， the corresponding energy shortages， so the development of new energy vehicles become a top priority of automobile manufacturing industry. Pure electric vehicles as a kind of new energy vehicles， its relative to fuel cars with the advantages of energy-saving， environmental protection， can effectively relieve the strain on energy resources， such as atmospheric pollution problem and the development of pure electric vehicles is faced with many key technology breakthrough， concentrated expression in battery technology， motor control， energy management strategy， etc.Industrialization of pure electric vehicle charging station construction， and also is the core content of the future development.
【Key words】Energy shortage；Blade electric vehicles；Key technology；Industrialization
新能源汽车指采用非常规车用燃料作为动力来源，综合考虑车辆的动力控制和驱动形式的先进技术，形成的技术先进、具备新技术、结构的汽车。新能源汽车有：纯电动汽车、混合动力汽车、燃料电池电动汽车、其他新能源汽车等[1]。电动汽车指的是全部或者部分的动力用电能来驱动电机运行转动的汽车，根据汽车的驱动原理，也可以将电动汽车分为纯电动汽车、混合动力汽车以及燃料电池电动汽车。当下日趋严峻的环境以及能源问题给人们的生活带来不少负面影响，传统的燃油汽车造成的环境污染特别严重，并且消耗了大量的资源。电动汽车不仅有节能环保的优点，而且有效缓解了能源稀缺、环境污染。
1 电动汽车的发展现状与趋势
1.1 国外电动汽车发展现状
发达国家诸如欧美日已经将电动汽车发展作为其在汽车产业具备核心竞争的一枚重要棋子，电动汽车的发展不仅得到了政府的诸多鼓励措施，而且受到了民众的欢迎。纯电动、混合动力以及燃料电池汽都已经在其能够大放异彩的营运地点试用着，如日本东京电力的客服服务车、美国的街道垃圾清扫车等[2]。图2为特斯拉纯电动汽车。
影响着电动汽车发展的最核心关键的因素是动力电池。这其中，锂离子电池已经逐步成为国外混合动力以及纯电动汽车的御用动力电池。为了让锂离子电池在全球范围内得到广泛的使用，各大车厂已经将动力电池的标准化作为全球推广的关键一步。日本车企在此做出表率，丰田、日产在与松下电器的合作之中将合作制定了车用动力电池的标准，该电池标准包含测试、充电、安全[3]等主要方面。
1.2 国内电动汽车发展现状
进入21世纪以来，中国在新能源汽车方面的研究有着相当不错的成绩，在车用动力电池等核心技术上的研究取得成果的前提下，研发并生产出了一批电动汽车的整车产品，并且在诸多城市开展了公共交通示范运作。如北京121纯电动公交线路、上海Y1纯电动公交线路等。纯电动公交的投入使用成为电动汽车在中国更好发展的先驱者。图3为奇瑞S18纯电动汽车。
2005年以来，电动汽车的关键技术探讨研究和量产推广得到了国家相关部门的大力支持，动力电池及电机总成、供充电基站、能源供给及回收模式、示范试用考核、政府支持政策等都在协同推进过程中得到发展。
1.3 电动汽车的发展趋势
汽车工业发展的趋势必将是电动汽车的使用，纯电动、混合动力汽车现已是电动汽车发展的两大类型。电动汽车的量产化及推广使用一定会经历漫长的过程和不同阶段。电动汽车的发展阶段可以大致分为起步、过渡和成熟这三个时期：起步期主要是电动汽车技术方面的探索和研究；过渡期是混合动力汽车的发展研究；成熟期是以纯电动和燃料电池汽车作为最终发展目标。事实上传统汽车行业受到金融危机的不小冲击，其带来的国际油价的不稳定，造成了节能减排的压力增长、动力电池技术研发迟滞，使得部分主流车企在纯电动汽车的投入研发资金增多，如丰田、大众、日产、比亚迪等，相信在各国新能源产业政策的支持下，纯电动汽车的发展会迎来新的市场热潮。
2 纯电动汽车发展的关键技术
车身、底盘、动力电池组、电机、电机控制器和辅助设备是纯电动汽车的主要构成部分。纯电动汽车作为新能源汽车分类下的重要角色，国内外关于纯电动汽车的研究更是有着良好的发展。要做好纯电动汽车的关键技术研发工作并不容易，需要车企及研究人员在诸多关键的技术上有突破性进展。这其中电动整车结构、电池组、电机及电控以及电能管理技术等将都是发展电动汽车的最关键的地方。
2.1 电池技术
纯电动汽车的车用动力电池的发展经历了三代，第一代是铅酸电池，第二代是碱性电池，第三代是燃料电池。各种类型的电池性能比较如表1所示。但这些电池技术成熟但相对陈旧，新型的电池技术，诸如模块化电池技术、无线快速充电技术等都有待研发，并有效提升电池性能。
2.2 电机及控制技术
驱动电机同样是纯电动汽车的关键组成。为了使纯电动汽车的具备良好的行驶性能，驱动电机应该具有调速范围宽、转速高，扭矩大等基本特征。另外要质量轻、体积小、机械效率高、制动效能高和能量回收的性能。纯电动汽车驱动电机的性能表现如表2所示。
在机电一体化快速应用的时代，智能数字化的控制系统得到广泛应用。自适应、变结构、遗传算法模糊、神经网络等非线性的智能控制技术也会被快速的应用与电机控制系统。合理使用这些技术将使得系统结构更加优化、响应更加灵敏、抗干扰能力更强，这大大提高整个系统的综合性能。
2.3 整车技术
纯电动汽车是多学科的高合成度的产品，在动力电池、电动机以及电动控制系统之外，整车总布置和车身结构也是最基本的构成部分。对于整车技术的研究多借鉴于传统燃油汽车，并以此作为电动汽车的改进基础。轻量化材料如铝镁合金、优质合成钢材及诸如碳纤维等材料的采用，会使得车身质量大量减轻；高性能的子午线轮胎的使用会减少车辆行驶过程中的车轮滚动阻力；流线型车身造型，可使得汽车行驶的空气阻力减少等等[4]。
这其中整车车身轻量化始终是纯电动汽车的各项整车技术当中核心的研究内容。纯电动汽车因为布置了动力蓄电池组，增加了整车重量，所以轻量化得问题更加突出，汽车轻量化的技术主要有以下几种。第一，使用轻型材料，例如铝合金、碳纤维等。第二，通过结构优化，利用 CAD/CAE 结合技术对车身结构进行多工况强度分析以及模态分析研究，计算试验相结合验证，实现结构最优，达到质量减轻的效果。第三，采用先进的汽车制造工艺技术，例如激光拼焊等。
2.4 能量管理技术
比能量高、比功率大、使用寿命长的蓄电池是电动汽车具备高续驶里程和良好动力特性的必要条件，但是一个优秀的电池能量管理系统不仅能够延长电池的使用寿命而且可以增加电动汽车的续驶里程。电动汽的ECU是能量管理系统。一方面，它能够采集汽车各个子系统的实时运行数据，进行实时监控和修复诊断；另一方面，有着控制充放电模式、显示电池剩余电量等功能。能量管理系统是电动汽车的安全保障，它需要执行的功能之多，负担之重前所未有。它不仅可以在线对电池进行修复并且能够实时保护电池，监测电池电压、电流和温度，建立安全保护机制，有效提升电池使用寿命[5]。
3 电动汽车产业化的前景展望
技术成熟程度、使用便利性及经济性是影响电动汽车普及的主要因素，电动汽车必须在这三个方面具有与燃油汽车相比较的核心竞争力，这样才能让电动汽车大规模应用和量产。
在对纯电动汽车产业的考察分析之后，可以看到推动其发展的因素主要技术、能源以及政府政策。纯电动汽车产业发展必须要汽车技术、市场需求、政府支持及能源等因素协同作用下才能够更快的实现产业化，也只有这样才能够有效的缓解渐趋严峻的能源及环境问题。
【参考文献】
[1]章桐，贾永轩著.电动汽车最新技术[M].北京：机械工业出版社，2010.
[2]崔胜民.新能源汽车技术[M].北京：北京大学出版社，2010.
[3]罗兰贝格国际管理咨询公司.2010年汽车行业分析报告[A].2010.
[4]张新磊.电动汽车总体设计及性能仿真优化[D].黑龙江：哈尔滨工业大学.2010.
[5]郭康泽，谢峰，杨成望.纯电动乘用车传动系参数设计及其动力性仿真[J].机械，2012，3（3）：23-26.