摘要：節(jié)能和環(huán)保是未來汽車可持續(xù)發(fā)展的永恒主題，純電動汽車被看作能夠解決內(nèi)燃機(jī)汽車諸多問題的重要途徑之一。如何以低成本快速開發(fā)技術(shù)指標(biāo)高、符合市場需求的純電動汽車，成為汽車界新的熱點之一。文章介紹了純電動汽車特點、類型、組成、控制技術(shù)等內(nèi)容。

關(guān)鍵詞：純電動汽車；控制技術(shù)；內(nèi)燃機(jī)汽車；車載電源；蓄電池 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

中圖分類號：U469 文章編號：1009-2374（2015）16-0096-03 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.16.046

隨著汽車保有量的增加，全球石油存儲量的日趨減少，汽車的排氣對環(huán)境的污染越來越嚴(yán)重，已成為當(dāng)今世界汽車工業(yè)面臨的問題。大力發(fā)展純電動汽車可能成為石油枯竭、零污染等問題下的“最終解決方案”，如何以低成本快速開發(fā)技術(shù)指標(biāo)高、符合市場需求的純電動汽車，成為汽車界新的熱點之一。

1 純電動汽車的定義、特點

1.1 定義

純電動汽車是指以車載電源為動力，用電機(jī)驅(qū)動車輪行駛，符合道路交通、安全法規(guī)各項要求的車輛。一般采用高效率充電電池或燃料電池為動力源。純電動汽車無需再用內(nèi)燃機(jī)，因此，純電動汽車的電動機(jī)相當(dāng)于傳統(tǒng)汽車的發(fā)動機(jī)，蓄電池相當(dāng)于原來的油箱。

1.2 特點

（1）節(jié)能、不消耗石油；（2）環(huán)保、無污染、噪聲和振動小；（3）能量主要通過柔性的電線傳遞，部件布置靈活；（4）驅(qū)動系統(tǒng)布置靈活；（5）其質(zhì)量取決于不同類型電動機(jī)、蓄能裝置；（6）能源效率高，多樣化；（7）結(jié)構(gòu)相對簡單，生產(chǎn)工藝相對成熟，使用維護(hù)方便；（8）動力電源使用成本高，續(xù)駛里程短。

2 純電動汽車的分類

2.1 按蓄能裝置分類

主要有鉛酸蓄電池、鋰蓄電池、鎳氫蓄電池、鈉硫蓄電池等純電動汽車。

2.2 按驅(qū)動電動機(jī)分類

直流電動機(jī)、交流電動機(jī)、永磁無刷電動機(jī)、開關(guān)磁阻電動機(jī)等純電動汽車。

2.3 按驅(qū)動結(jié)構(gòu)布置分類

實際上是按驅(qū)動傳遞方式來分，歸納其典型基本結(jié)構(gòu)主要有四種：傳統(tǒng)的驅(qū)動模式、電動機(jī)-驅(qū)動橋組合式、電動機(jī)-驅(qū)動橋整體式、輪轂電動機(jī)分散驅(qū)動。

2.4 按用途分類

按照用途不同，純電動汽車可分為電動轎車、電動貨車和電動客車三種。

3 純電動汽車的關(guān)鍵技術(shù)

純電動汽車主要由底盤、車身、蓄電池組、電動機(jī)、控制器和輔助裝置六部分組成。發(fā)展純電動汽車必須解決好四個方面的關(guān)鍵技術(shù)：電池技術(shù)、電機(jī)驅(qū)動及其控制技術(shù)、電動汽車整車技術(shù)以及能量管理技術(shù)。

3.1 電池技術(shù)

電池是電動汽車發(fā)展的首要關(guān)鍵，是電動汽車的動力源泉，其續(xù)駛里程之長短取決于車載動力電池容量之大小。電動汽車用電池的主要性能指標(biāo)是比能量（E）、能量密度（Ed）、比功率（P）、循環(huán)壽命（L）和成本（C）等。要使純電動汽車能與燃油汽車相競爭，關(guān)鍵就是要開發(fā)出比能量高、比功率大、使用壽命長的高效電池。

純電動汽車電池種類主要有鉛酸蓄電池、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。

鉛酸電池極板由鉛及其氧化物制成，電解液是硫酸溶液的一種蓄電池，也是現(xiàn)在汽車上應(yīng)用最為廣泛的電池，主要歸功于其成熟的技術(shù)、低廉的成本。缺點是壽命短、比能量低、易造成鉛污染等。不能滿足純電動汽車的需求。

鎳鎘電池和鎳氫電池營運而生的出現(xiàn)在人們的生活中，它們的能量和功率都要高過傳統(tǒng)的鉛酸電池，并且其屬于堿性電池，所以一經(jīng)出現(xiàn)就在市場上受到了相應(yīng)的關(guān)注，并逐漸投入到實際的需求中，滿足電動汽車的耐時性和動力性。根據(jù)實際的測量得知，氫鎳電池單位重量內(nèi)儲存的能量大概是鉛酸電池的兩倍，并且其他特性也遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于鉛酸電池。只是這兩種新型的電池造價較高，甚至高達(dá)鉛酸電池的5倍左右，還有一點就是鎳鎘電池在失去實際工作能力之后，需要對其進(jìn)行妥善的回收，不然將會對我們的環(huán)境造成很大傷害，這兩點原因限制鎳鎘電池和鎳氫電池的廣泛使用，也是我們后期需要改善的問題。

出現(xiàn)較早的鉛酸電池、鎳鎘電池和鎳氫電池生產(chǎn)制造技術(shù)已經(jīng)較為完善，但是將其放置在汽車上仍然不夠現(xiàn)實，存在待優(yōu)化的問題。當(dāng)前的實際情況使不少的汽車廠家更加看重鋰電池，并在不斷投入人力、物力和財力來對其進(jìn)行研究，這使得鋰電池越來越優(yōu)于以往的電池，在不斷的研究過程中，鈷酸鋰、三元材料、錳酸鋰和磷酸鐵鋰等多種類型的鋰離子電池出現(xiàn)在人們的生活中，并不斷投入市場，也不斷被更新?lián)Q代。汽車生產(chǎn)廠家為何如此鐘愛于鋰電池的研究呢？說到底還是源于鋰電池的強(qiáng)大的儲電能力和輸出電能的持久性，鋰是最輕、化學(xué)性質(zhì)非?；顫姷慕饘伲錁?gòu)成的電池單位重量內(nèi)的儲電能力是鉛酸電池的3倍，鋰電池能夠承受較大的工作電壓，體積更加小巧、輕便，使用年限較長，此外，鋰資源的含量較大、無污染，是眾多國家發(fā)展電動汽車行業(yè)的首選，既能增加使用期限，又能完全貼合綠色環(huán)保的時代主題，所以廣大的汽車生產(chǎn)商都在加大研究鋰電池的力度。但是，即便鋰電池?fù)碛腥绱硕嗟膬?yōu)點，其安全性、成本的控制、材料的使用等也限制其的發(fā)展和技術(shù)的完善，導(dǎo)致其在市場上的投入使用仍然有限?，F(xiàn)在電動汽車上使用的鋰電池主要有錳酸鋰和磷酸鐵鋰兩種，效果不錯。

3.2 電機(jī)技術(shù)詳細(xì)研究

電動汽車要想受控制地行駛在道路上，能不能夠聽取駕駛員的操控就要看電機(jī)的技術(shù)做得是否到位。當(dāng)前市場上對電機(jī)的調(diào)速主要通過調(diào)壓和調(diào)頻兩種方式，電動汽車速度的快慢和啟動的靈活性主要受驅(qū)動電機(jī)的功率和性能的影響，要想使電動汽車的使用性能理想，效果滿意，就要保證驅(qū)動電機(jī)的調(diào)速功能范圍廣、轉(zhuǎn)速快、體積小巧、質(zhì)量輕便并且能夠及時進(jìn)行能量觀測和制動迅速等優(yōu)勢。

直流電動機(jī)具有控制較簡單、成本低、技術(shù)成熟的優(yōu)點，但直流電動機(jī)由于有電刷，因此存在換向火花，電刷易磨損，需定期維護(hù)。對于直流電動機(jī)，主要是通過DC-DC轉(zhuǎn)換器進(jìn)行調(diào)壓調(diào)速控制。

感應(yīng)電動機(jī)本身具有堅固耐用、效率高、體積小、免維護(hù)的優(yōu)點，并且整個驅(qū)動系統(tǒng)調(diào)速范圍寬，能較有效地實現(xiàn)再生制動，但驅(qū)動控制器通過DC-AC控制器進(jìn)行調(diào)頻調(diào)壓矢量控制調(diào)速，其線路較復(fù)雜，價格也較高。

永磁無刷電動機(jī)可以分為無刷直流電動機(jī)和三相永磁同步電動機(jī)，由于采用永久磁鐵勵磁，其體積小、慣性低、響應(yīng)快，所以具有能量轉(zhuǎn)換效率高、過載能力強(qiáng)、免維護(hù)等優(yōu)點，非常適應(yīng)于電動汽車的驅(qū)動系統(tǒng)，有極好的應(yīng)用前景。缺點是成本較高、功率受限，可靠性需改進(jìn)。

開關(guān)磁阻電動機(jī)的優(yōu)點較多，但是在實際的使用過程中依然存在了一些待解決的問題，在這里我們首先介紹其優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單、質(zhì)量堅固耐用、價格低、控制靈活、響應(yīng)各項指令快速；其缺點如下：噪音較大、不夠舒適、轉(zhuǎn)矩波動大、運行途中不夠順暢、需要位置檢測裝置等，這些缺點限制了其應(yīng)用到更廣闊的市場需求中，該電機(jī)的這些缺點急需改善，才能為電動汽車的發(fā)展做出更大的貢獻(xiàn)。

電動汽車運動性能的好壞主要受制于驅(qū)動系統(tǒng)類型和性能，因為電機(jī)本身擁有優(yōu)秀的調(diào)速功能，它的變速構(gòu)造能夠逐漸簡化，更多的是變化一種固定的減速設(shè)置來完成其他的應(yīng)用。此外因為電機(jī)能夠帶負(fù)載直接啟動，不但可以減少離合器，更可以完成正反旋轉(zhuǎn)，所以不用通過變速器來完成電動汽車的倒車行為。

伴隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，越來越多的新時代技術(shù)應(yīng)用到電動汽車的制造中，電動機(jī)和驅(qū)動系統(tǒng)的日益完善，控制系統(tǒng)中加大力度數(shù)字化和智能化技術(shù)的使用，使得電動汽車的發(fā)展越來越迅速，也使得電動汽車在消費者眼中越來越可靠，相信在不久的將來電動汽車會對傳統(tǒng)汽車在市場銷售中形成一定的壓迫感。

3.3 電動汽車整車技術(shù)

電動汽車作為新時代、新科技的綜合產(chǎn)物，除了在電池和驅(qū)動系統(tǒng)等方面大做改善之外，車體的自身也投入了大量的心血設(shè)計，使其更加適應(yīng)市場的考驗，更能符合人們的選購需求。要想整體提高電動汽車的行駛距離，除了大力提高電池的儲電能力之外，還應(yīng)在其車身上大下工夫，例如車身材質(zhì)摒棄以往的鋼鐵等笨重材質(zhì)，選擇鎂鋁、優(yōu)質(zhì)鋼材等輕便材料，科學(xué)設(shè)計車身外在構(gòu)造，使電動汽車在減少自身整體重量的同時，依然具有優(yōu)秀的安全性；在汽車制動、下坡的狀態(tài)時減少能量輸出，保證能量的有效利用；對于電動汽車的車輪材質(zhì)，則選取高彈材料，能夠大大減少汽車的阻力，使汽車從車身到車胎都減少用電量，最大程度地實現(xiàn)電量的有效利用，實現(xiàn)汽車的長途行駛。

3.4 汽車能量管理探究

汽車上的電池是電動汽車的唯一能源，一旦其電力不足，汽車就難以運行。車上的電池除了保證汽車正常運行之外，車上的輔助裝置也需要電能來開啟、維持正常的運轉(zhuǎn)，例如冷暖氣、音響等，所以汽車的電池能源一定要有足夠的儲蓄能力，輸出時間也一定要足夠長，不能因為車子的長時間運作，導(dǎo)致電池有能源但是輸出受到限制，這樣一樣會導(dǎo)致汽車無法正常運轉(zhuǎn)。要想保證汽車能源的良好工作性能，就要對汽車蓄電池進(jìn)行科學(xué)的管理。

首先電池管理系統(tǒng)負(fù)責(zé)汽車行駛過程中能源到達(dá)汽車各部的量的多少，一旦出現(xiàn)能源短缺，優(yōu)先將電供應(yīng)到汽車的哪個部位，從而使汽車能源得到最高效的利用。

其次能量管理系統(tǒng)作為車子的核心系統(tǒng)，主要是監(jiān)測電池的能源儲存量，并將更加具體的情況和操作指令，合理地輸出電能到各功能單位；最后還可以根據(jù)電池的使用情況來選擇最理想的充電方式，保證電池的使用時限，縮減汽車的資本投資。

4 純電動汽車的優(yōu)勢及存在的問題

4.1 純電動汽車的優(yōu)勢

純電動車省去了油箱、發(fā)動機(jī)、變速器、冷卻系統(tǒng)和排氣系統(tǒng)，相比傳統(tǒng)汽車的內(nèi)燃汽油發(fā)動機(jī)動力系統(tǒng)，電動機(jī)和控制器的成本更低，且純電動車能量轉(zhuǎn)換效率更高，即具有故障少、零排放（環(huán)保）、高效、節(jié)能、經(jīng)濟(jì)等優(yōu)點。

4.2 純電動汽車的不足

目前蓄電池單位重量儲存的能量太少，還因電動車的電池較貴，又沒有形成經(jīng)濟(jì)規(guī)模，故購買價格較貴。

充電時間長，充電基礎(chǔ)設(shè)施不能滿足要求；充電后，續(xù)駛里程短，

5 結(jié)語

純電動汽車成為“十二五”時期國家選擇新能源汽車發(fā)展的主要方向。因此熟悉純電動汽車技術(shù)，以便今后在技術(shù)上不斷創(chuàng)新、更好運用，為維護(hù)提供理論依據(jù)。

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作者簡介：紀(jì)光蘭，女，甘肅交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院副教授，工程師，研究方向：汽車電子控制技術(shù)、新能源汽車等。

（責(zé)任編輯：黃銀芳）