魏高飛 姚學(xué)會(huì)

摘要：新能源汽車是指采用非常規(guī)的車用能源，如氫氣，電池，壓縮空氣等作為動(dòng)力來源，具有新的結(jié)構(gòu)，新的技術(shù)，綜合常規(guī)汽車動(dòng)力和驅(qū)動(dòng)方面優(yōu)勢(shì)的新型汽車。當(dāng)前新能源汽車主要有純電動(dòng)汽車、燃?xì)馄?、混合?dòng)力汽車和空氣動(dòng)力汽車。

關(guān)鍵詞：新能源汽車;電池技術(shù);電機(jī)控制技術(shù);電控技術(shù)。

迄今為止，新能源汽車的發(fā)展仍處于試運(yùn)行階段，各種汽車類型仍存在發(fā)展的瓶頸問題。純電動(dòng)汽車所用的電池綜合能力較差，氣動(dòng)汽車能量轉(zhuǎn)化率和能量利用率低等問題有待解決，燃?xì)馄嚢l(fā)動(dòng)機(jī)效率有待進(jìn)一步提高，混合動(dòng)力汽車兩種能源相互交替的控制策略還需進(jìn)一步完善。隨著研究的進(jìn)展，燃?xì)馄嚺c混合動(dòng)力汽車將占據(jù)大部分市場(chǎng)，氣動(dòng)汽車與純電動(dòng)汽車也逐漸的在新能源汽車市場(chǎng)份額中占有一定的的比例。隨著各相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，新能源汽車將會(huì)突破發(fā)動(dòng)機(jī)，電池，控制策略等方面的問題，向著2016年新能源汽車產(chǎn)業(yè)高層研討會(huì)上提出的“輕量化，智能化，低碳化”的方向發(fā)展，未來的新能源汽車必將占據(jù)汽車市場(chǎng)。

1新能源汽關(guān)鍵技術(shù)研究現(xiàn)狀

1.1 純電動(dòng)汽車

純電動(dòng)汽車，是指僅依靠蓄電池電能驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)，最終驅(qū)動(dòng)汽車運(yùn)行的新型汽車。電動(dòng)汽車的關(guān)鍵技術(shù)包括車身技術(shù)、底盤技術(shù)、電池技術(shù)、電機(jī)技術(shù)和控制技術(shù)。其中電池技術(shù)是當(dāng)前制約純電動(dòng)氣車發(fā)展的重要因素。市場(chǎng)上主流的電池有鉛酸電池、鋰電池和鎳氫電池。鉛酸電池1956年商品化，是一種電極主要由鉛及其氧化物制成，電解液是硫酸溶液的蓄電池[2、3]。鉛酸電池自放電率低，壽命長，安全性好，可靠性高，但含重金屬，易造成環(huán)境污染，同時(shí)能量密度低，笨重限制其進(jìn)一步發(fā)展。1990推出的鎳氫電池，是由氫離子和金屬鎳合成，它是早期的鎳鎘電池的替代產(chǎn)品，相對(duì)于其鉛酸電池環(huán)保性能較好，充電時(shí)間短，但是電壓較低[4]。鋰電池商品化時(shí)間最晚，相對(duì)于其他兩類，具有明顯優(yōu)勢(shì)，環(huán)保性、能量密度、充電時(shí)間、壽命都有大大提升。

1.2 燃?xì)馄?/p>

燃?xì)馄囀亲钤绫婚_發(fā)并使用的新型汽車，靠較清潔的燃?xì)獯嬉酝娜剂蟻眚?qū)動(dòng)汽車運(yùn)行的新型汽車。

燃?xì)馄囍饕譃橐夯蜌馄嚭吞烊粴馄噧煞N。對(duì)于普通的燃料汽車而言，二者均提高了發(fā)動(dòng)機(jī)的壽命，減少了污染物的排放。但天然氣汽車的續(xù)航能力較差，甚至不如一些普通的燃料汽車，發(fā)展燃?xì)馄嚨陌l(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)成為解決這一問題的關(guān)鍵。

燃?xì)馄嚢l(fā)動(dòng)機(jī)工作過程中由于進(jìn)氣過程減少空氣充氣量，進(jìn)而使發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力性能下降是目前燃?xì)馄囆枰鉀Q的難點(diǎn)之一。盡管缸內(nèi)液化石油氣直接噴射技術(shù)、壓縮天然氣缸內(nèi)直噴技術(shù)等技術(shù)可以提高充氣效率，但對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)、控制方式和尾氣排放方式有更高的要求，使實(shí)現(xiàn)難度有所增加。如何更加有效的增加燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性成為當(dāng)前的研究熱點(diǎn)。

1.3 混合動(dòng)力汽車

所謂混合動(dòng)力汽車就是將電動(dòng)機(jī)與輔助動(dòng)力單元組合在一輛汽車上做驅(qū)動(dòng)力，輔助動(dòng)力單元實(shí)際上是一臺(tái)小型燃料發(fā)電機(jī)活動(dòng)里發(fā)電機(jī)組?；旌蟿?dòng)力汽車是結(jié)合了普通燃料汽車和純電動(dòng)汽車的一種過渡性汽車，它繼承了純電動(dòng)汽車的高效率和低排放的優(yōu)點(diǎn)，又具有石油燃料的高比能量和高比功率的長處，顯著改善了傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)汽車的排放和燃油經(jīng)濟(jì)性，增加了電動(dòng)汽車的續(xù)駛里程。

混合動(dòng)力汽車在動(dòng)力輸出過程中通過一定的控制策略，完成兩種能量供應(yīng)的切換，實(shí)現(xiàn)不同能量源特性互補(bǔ)，從而改善和提高汽車系統(tǒng)的性能。因此控制策略成為混合動(dòng)力汽車最為關(guān)鍵性的技術(shù)?；旌蟿?dòng)力汽車分為串聯(lián)式，并聯(lián)式和混聯(lián)式三大類。目前，串聯(lián)式有恒溫式控制模式，功率跟蹤式控制模式;并聯(lián)式有以車速為主要參數(shù)的控制策略，以功率為主要參數(shù)的控制策略等;混聯(lián)式有發(fā)動(dòng)機(jī)最優(yōu)工作曲線模式，瞬時(shí)優(yōu)化模式等。

1.4 氣動(dòng)汽車

氣動(dòng)汽車是由高壓空氣驅(qū)動(dòng)氣動(dòng)馬達(dá)行駛的汽車。與普通汽車相比，以空氣作為動(dòng)力的氣動(dòng)汽車有著十分顯著的優(yōu)點(diǎn)。氣動(dòng)汽車能量傳遞快捷，能源清潔且來源廣泛，汽車造價(jià)較低，維修費(fèi)用較低，是未來替代其他汽車的不二之選。正是因此，各國都紛紛開始了對(duì)氣動(dòng)汽車這一領(lǐng)域的研究。

壓縮空氣動(dòng)力發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)，儲(chǔ)氣瓶中的高壓壓縮空氣經(jīng)減壓后，通過熱交換器吸熱，再進(jìn)入作用缸推動(dòng)負(fù)載運(yùn)動(dòng)，通過調(diào)節(jié)進(jìn)入作用缸的氣體壓力和流量以調(diào)整發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力特性。氣動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)的工作狀態(tài)和性能取決于進(jìn)氣量、進(jìn)氣壓力和溫度，合適的配氣機(jī)構(gòu)和進(jìn)氣量的控制是技術(shù)難點(diǎn)。發(fā)動(dòng)機(jī)工作過程中回收高壓轉(zhuǎn)低壓能量損失部分和提高壓縮空氣所攜帶的壓力轉(zhuǎn)換為發(fā)動(dòng)機(jī)的機(jī)械能的效率成為重要的研究方向。

2關(guān)鍵技術(shù)

2.1電池技術(shù)

新能源汽車在傳統(tǒng)汽車產(chǎn)業(yè)鏈基礎(chǔ)上進(jìn)行延伸，增加了電池、電機(jī)、電控系統(tǒng)等組件。

電池是新能源汽車產(chǎn)業(yè)鏈中最關(guān)鍵的環(huán)節(jié)之一，對(duì)新能源汽車的發(fā)展起著至關(guān)重要的作用，電池的性能決定了整車的行駛速度、續(xù)駛里程以及整車的安全性和可靠性。新能源車動(dòng)力電池應(yīng)具有比能量高、比功率大、自放電少、使用壽命長及安全性好等特性：

電動(dòng)汽車的成敗關(guān)鍵仍然是電池。動(dòng)力電池是電動(dòng)汽車的動(dòng)力源，電池選擇將直接關(guān)系到整車的性能。電動(dòng)汽車動(dòng)力電池的主要性能指標(biāo)是能量密度、功率密度和循環(huán)壽命等，現(xiàn)代電動(dòng)汽車對(duì)車用電池有如下要求：目前技術(shù)最成熟、應(yīng)用最廣泛、商業(yè)化最成功的是鎳氫動(dòng)力電池，各國正重點(diǎn)研發(fā)的是鋰離子電池，燃料電池則因可以做到完全零排放，而被視作遠(yuǎn)期目標(biāo)。由于電動(dòng)汽車的車載能量有限，其行駛里程遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到內(nèi)燃機(jī)汽車的水平，能量管理系統(tǒng)的目的就是要最大限度地利用有限的車載能量，增加行駛里程。能量管理系統(tǒng)的功能是實(shí)現(xiàn)：優(yōu)化系統(tǒng)的能量分配，預(yù)測(cè)電動(dòng)汽車電源的剩余能量，再生制動(dòng)時(shí)合理地調(diào)整再生能量。能量管理系統(tǒng)如同電動(dòng)汽車的大腦，同時(shí)具有功能多、靈活性好、適應(yīng)性強(qiáng)的特點(diǎn)，它能智能地利用有限的車載能量。

2.2電機(jī)及其控制技術(shù)

電機(jī)是汽車中的關(guān)鍵部件，動(dòng)汽車用電動(dòng)機(jī)主要有直流電動(dòng)機(jī)、感應(yīng)電動(dòng)機(jī)、永磁無刷電動(dòng)機(jī)和開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)四類。電動(dòng)車輛的驅(qū)動(dòng)電機(jī)屬于特種電機(jī)，是電動(dòng)汽車的關(guān)鍵部件。要使電動(dòng)汽車有良好的使用性能，驅(qū)動(dòng)電機(jī)應(yīng)具有較寬的調(diào)速范圍及較高的轉(zhuǎn)速，足夠大的啟動(dòng)扭矩，體積小、質(zhì)量輕、效率高且有動(dòng)態(tài)制動(dòng)強(qiáng)和能量回饋的性能。目前電動(dòng)汽車所采用的電動(dòng)機(jī)中，直流電動(dòng)機(jī)基本上已被交流電動(dòng)機(jī)、永磁電動(dòng)機(jī)或開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)所取代。電動(dòng)汽車所用的電動(dòng)機(jī)正在向大功率、高轉(zhuǎn)速、高效率和小型化方向發(fā)展。當(dāng)今世界已研制出功率密度超過1kW/kg，額定點(diǎn)的效率大于90%的小型電動(dòng)機(jī)，電機(jī)滿足低速衡（大）扭矩和高速衡功率的牽引控制要求。

電動(dòng)汽車的電動(dòng)機(jī)有多種控制模式。傳統(tǒng)的線性控制，如PID，不能滿足高性能電機(jī)驅(qū)動(dòng)的苛刻要求。傳統(tǒng)的變頻變壓（VVVF）控制技術(shù)，不能使電機(jī)滿足所要求的驅(qū)動(dòng)性能。異步電機(jī)多采用矢量控制（FOC），是較好的控制方法。近幾年，許多先進(jìn)的控制策略。包括自適應(yīng)控制、變結(jié)構(gòu)控制、模糊控制和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制以及專家系統(tǒng)控制等非線性智能控制技術(shù)，并取得了較好成效。當(dāng)然未來會(huì)有更智能和數(shù)字化的控制系統(tǒng)，來均衡控制效果及控制成本以滿足日益復(fù)雜的工作要求，有利于提高整個(gè)控制系統(tǒng)的綜合性能。

2.3電控技術(shù)

電控系統(tǒng)可以稱作是新能源汽車的“大腦”。新能源汽車電控技術(shù)包括整車控制技術(shù)、電機(jī)控制技術(shù)、電池管理技術(shù)和充電技術(shù)等。電控系統(tǒng)涉及到各個(gè)子系統(tǒng)功能的協(xié)調(diào)，對(duì)電動(dòng)汽車安全、穩(wěn)定的運(yùn)行至關(guān)重要;同時(shí)，電控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)水平還將間接影響到電池組的使用壽命。隨著電機(jī)及驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的發(fā)展，控制系統(tǒng)趨于智能化和數(shù)字化。變結(jié)構(gòu)控制、模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、自應(yīng)控制、專家系統(tǒng)、遺傳算法等非線性智能控制技術(shù)，都將各自或結(jié)合應(yīng)用于電動(dòng)汽車的電機(jī)控制系統(tǒng)。它們的應(yīng)用將使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、響應(yīng)迅速、抗干擾能力強(qiáng)，參數(shù)變化具有魯棒性，可大大提高整個(gè)系統(tǒng)的綜合性能。

3結(jié)論

通過分析和總結(jié)新能源電動(dòng)汽車主要的關(guān)鍵技術(shù)，包括電池技術(shù)、電機(jī)及其控制技術(shù)、電控技術(shù)等。在過去的十幾年里我國在純電動(dòng)、混合動(dòng)力及燃料電池汽車，電池、電機(jī)及其管理控制技術(shù)開發(fā)，整車控制與集成等關(guān)鍵技術(shù)均取得了較大改進(jìn)與突破。目前國內(nèi)電動(dòng)汽車關(guān)鍵技術(shù)中電池及其管理技術(shù)、電機(jī)控制技術(shù)和電控技術(shù)都有待提高。

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