【摘要】 纯电动汽车具有传统汽车无法超越的优点,是清洁环保型的交通工具。在未来的交通运输中将占有一席之地。纯电动汽车在走向市场的过程中面临诸多问题,最关键的问题是电池技术、电机以及传动技术、整车控制技术,我国纯电动汽车在这几个方面有了不同程度的突破。纯电动汽车在走向大众的路上,前途光明,任务艰巨。
背景
随着第十一届北京国际汽车展览会(Auto China 2010)(下称“北京车展”)的召开,电动汽车这个话题又一次成为大家关注的焦点。95台电动汽车亮相,成为本次北京车展的最大看点。不用质疑,在不久的将来,电动汽车将掀起汽车行业一次新的技术革命。
我国从“八五”开始,科技部就启动了电动汽车的相关项目。经过多年的摸爬滚打,我国电动汽车已经有了很大进步,但是电动汽车走入我们的生活,还存在很多亟待解决的问题。
电动汽车分类
在广义上我们可以将电动汽车可分为 3 类 ,即混合动力电动汽车(HEV)、燃料电池电动汽车(FCEV)和纯电动汽车(BEV) 。混合动力电动汽车(HEV)发展的比较早,它需要具备两个动力源,一般是油电混合动力。燃料电池电动汽车(FCEV)是将化学能转换为电能为汽车提供动力,纯电动汽车(BEV)采用蓄电池为车辆提供动力,目前在观光车,高尔夫球场用车等低速短距离场合应用较多,国内公司如比亚迪、奇瑞、长安等汽车制造商也将其电动轿车产品投入市场,虽然从目前看它们的价格相对较高,但它的发展潜力巨大,是未来城市理想的交通工具。本文主要讨论纯电动汽车(BEV)现状以及面临的问题。
电动汽车优点
电动汽车相对传统汽车优点很多,主要有以下几个方面:
①环境污染小 这是电动汽车最突出的优点。电动汽车使用过程中不会产生废气,与传统汽车相比根本不存在大气污染的问题。有人说电动汽车使用的二次能源——电能在火力发电厂产生时污染了大气,它只是把污染从城市转移到了郊区。
②无噪音,噪声低这是电动汽车最直观的特点。现在大城市中汽车噪声已经成为一种比较严重
的污染,减少噪声污染也是对今后汽车工业的考验。汽车发动机噪音是行驶过程中主要噪声来源,与燃油车相比,电动汽车在这方面有绝对的优势。它在行驶运行中基本是宁静的,特别适合在需要降低噪声污染的城市道路行驶。
③高效率这是电动汽车能源利用方面最显著的特点。在城市中,道路上车辆行驶较多,而且经常遇到红绿灯,车辆必须不断的停车和启动。对于传统燃油汽车而言,这不仅意味着消耗大量能源,而且也意味着更多汽车尾气排出。而使用电动汽车,减速停车时,可以将车辆的动能通过磁电效应,“再生”地转化为电能并贮存在蓄电池或其他储能器中。这样在停车时,就不必让电机空转,可以大大提高能源的使用效率,减少空气污染。
④结构简单,使用维修方便,经久耐用 这是电动汽车运行成本方面的最大亮点。与传统燃油汽车相比,电动汽车容易操纵、结构简单,运转传动部件相较对少,无需更换机油、油泵、消声装置等,也无需添加冷却水。维修保养工作量少。如果有好的蓄电池,它的使用寿命也比燃油车长。
⑤使用范围广,不受所处环境影响 这是电动汽车另一优势所在。在特殊场合,比如不通风、冬天低温场所,或者高海拔缺氧的地方,内燃机车要么不能工作,要么效率降低,而电动车则完全不
受影响。
电动汽车发展的几个关键问题
1、 电池问题
动力电池这个关键技术是纯电动汽车发展的瓶颈所在。它是纯电动汽车的主要能量载体和动力来源,也是电动车辆的整车成本的主要组成部分。它直接制约着电动汽车的制造成本、续驶里程和使用寿命等主要问题,间接影响到纯电动汽车的市场化。如果电池问题能够解决,与传统汽车相比,电动汽车将有绝对的优势。
动力电池在经历了铅酸电池、镍氢电池、钠硫电池等多种类型的发展和探索,目前纯电动汽车最具潜力的电池主要集中在一下电池上:阀控铅酸动力电池、镍氢动力电池和锂离子(锂聚合物)电池。
从长远发展来看,由于铅酸蓄电池过于笨重,且衰减快,所以不具有使用前景;镍氢电池虽然在一些领域应用还比较广泛,但其有记忆性、比容量也一般,还有单体电压低,导致其改进起来比较困难电动车电机 ;而锂离子动力蓄电池具有更高的能量密度,从目前看有较好的前景。
尽管如此,与内燃机相比锂离子电池能量密度还是很低,这使得的续驶里程依然是一个难题。目前市场上使用的电动汽车一次充电后的续驶里程一般为100 km～350 km,这是在较理想的行驶环境下才能得到实现的,而绝大多数电动汽车一般行驶环境下续驶里程只有50 km～100 km。
为了增加电动汽车的续驶里程,在汽车制动时,通常采用为蓄电池充电的形式,来吸收回收的能量。但是蓄电池充放电循环次数有限,大功率充放电必将使蓄电池循环寿命大大缩短。
为解决这个新问题,有人采用了超级电容器。但似乎目前超电容器也存在问题,主要是是能量密度低,它比铅酸蓄电池小一个数量级,所以需要更高能量密度的超级电容,现在正在研发过程中。
2、电机以及传动技术
电机以及传动技术是电动汽车关键技术之一。纯电动汽车一般在车辆空间和使用环境上要求较严格,所以对驱动电机驱动系统提出更高的要求:体积/质量密度高,效率高,调速范围宽,制动能量回馈,适应性好,可靠性高。目前电动汽车电动机主要要一下四类:直流电动机(DCM) 、感
应电动机( IM) 、永磁无刷电动机( PMBLM)和开关磁阻电动机( SRM) 。近几年来 ,电动汽车用电机逐渐由直流向交流发展 ,直流电动机基本上已经被交流电动机、永磁电动机或开关磁阻电动机所取代。
经过“十五”和“863” 计划以及后来很长一段时间的集中研发,我国电动汽车用驱动电机系统已经开发出了一系列满足各类整车要求的样机系统,有些成果的主要性能和技术指标都达到了国际同类产品的水平。
3、控制技术方面
整车控制系统由整车控制器、通信系统、部件控制器以及驾驶员操纵系统构成,主要功能是根据驾驶员的操作和当前的工况,在保证安全和动力性要求的前提下选择尽可能优化的工作模式。具体总控制系统结构框图如图1所示。
图1 整车控制系统结构图
目前,较主流的电动汽车整车控制系统都采用CAN总线通信连接,这样不仅大大提高了控制的效率和稳定性,而且能实现数字控制。电动汽车驱动电机、电池等执行动力部分的状态信号被
发送到CAN总线,最终传输到显示终端提供给驾驶人员,以便实现整车控制。
4、其他方面
除了以上三个方面的问题外,纯电动汽车还在汽车轻量化、车体外形设计、电动车标准、充电站基础设施建设、以及电动车成本以及销售方面存在其他多多少少的问题。轻量化以及新型车体设计对提高车的动力性能和续驶里程都有重要意义;电动车标准如能尽快完善,能更好的推动行业健康有序发展;充电站等基础设施建设的大力建设还需政策支持,如能像加油站一样普及,那电动汽车的运行成本将大大降低,有利于更多电动汽车驶入寻常百姓家!
参考文献
[1] 陈清泉,詹宜君. 21 世纪的绿交通工具——电动汽车[M] .北京:清华大学出版社, 2001. 1～16.
[2] 陈清泉 电动车发展概论及前景展望[J]。江苏机械制造与自动化[J]. 1998(1):3~7
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