羅巍

【摘? 要】當(dāng)下傳統(tǒng)燃油汽車的保有量日趨增加，國內(nèi)外相繼出現(xiàn)了能源短缺的情況，發(fā)展新能源汽車成為各國汽車制造企業(yè)的重中之重。純電動汽車是新能源汽車的一員，與燃油汽車對比，它具有節(jié)能、環(huán)保的優(yōu)點(diǎn)，有利于緩解能源稀缺、減輕大氣污染。而諸如電池核心技術(shù)、電機(jī)及電機(jī)控制、能量管理方法等關(guān)鍵技術(shù)的研究會是純電動汽車發(fā)展所面對的一系列問題。充電基站的建立以及量產(chǎn)使用也是未來電動汽車發(fā)展的核心部分。

【關(guān)鍵詞】能源短缺;純電動汽車;關(guān)鍵技術(shù);產(chǎn)業(yè)化

1 純電動汽車的發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢

1.1純電動汽車發(fā)展現(xiàn)狀

從全球主要汽車生產(chǎn)廠家的銷量和發(fā)展計(jì)劃來看，目前“低排放”汽車（主要指混合動力汽車）經(jīng)過長時間的發(fā)展，技術(shù)最為成熟，已進(jìn)入快速增長期，其銷量、增幅和占比都遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其他車型;隨著動力電池性能的提升及充電基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的完善，“零排放”汽車（主要指純電動汽車）也逐漸走上產(chǎn)業(yè)化的道路，特別是小型純電動汽車更是發(fā)展迅速;燃料電池汽車在技術(shù)和經(jīng)濟(jì)方面仍存在諸多瓶頸，其大規(guī)模推廣還存在相當(dāng)?shù)木嚯x。目前的中國新能源汽車市場中，純電動車型的產(chǎn)銷增長是新能源汽車的主要驅(qū)動力。2018年國內(nèi)純電動汽車的銷量占新能源汽車市場整體銷量的近八成。當(dāng)下國產(chǎn)電動汽車代表主要有北汽、比亞迪、蔚來等知名品牌，全球純電動汽車代表主要有特斯拉、WEY、寶馬等汽車品牌。

1.2 純電動汽車的發(fā)展趨勢

純電動汽車的發(fā)展過程中存在著諸多挑戰(zhàn)，總的來說可以歸納為五點(diǎn)：電動汽車產(chǎn)能整體過剩;核心關(guān)鍵技術(shù)突破困難;充電基礎(chǔ)設(shè)施配套欠缺;電動汽車質(zhì)量安全存憂;廢舊動力電池回收利用難。這五點(diǎn)問題的存在，使得純電動汽車的發(fā)展趨勢偏向于解決這五大難題。整車的發(fā)展方向是輕量化、舒適化、智能化;電池的發(fā)展方向是規(guī)模化、智能化、回收利用高效化;電機(jī)的發(fā)展方向是提升永磁電機(jī)效率和電機(jī)控制器功率密度;電控的發(fā)展方向是 IGBT產(chǎn)業(yè)加速擴(kuò)張;配套的發(fā)展方向是充換電模式多樣化。

2 純電動汽車的特點(diǎn)

純電動汽車相較于傳統(tǒng)燃油汽車有著諸多的優(yōu)點(diǎn)。首先，純電動汽車以電能作為能量源，可以實(shí)現(xiàn)“零排放”，不存在尾氣污染;其次，純電動汽車使用電機(jī)驅(qū)動，運(yùn)行噪音小，汽車行駛平穩(wěn)性更好;再者，純電動汽車的能量利用效率高于傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī);除此之外，純電動汽車使用單一的電能源，因此舍棄了傳統(tǒng)燃油汽車上的發(fā)動機(jī)、變速箱和油箱等構(gòu)件，使得純電動汽車的結(jié)構(gòu)更為簡單，汽車內(nèi)部空間利用率更高。

雖然純電動汽車有著諸多優(yōu)于傳統(tǒng)燃油汽車的優(yōu)點(diǎn)，但是純電動汽車的核心技術(shù)仍不成熟，續(xù)駛里程較短、電池使用壽命不長是純電動汽車當(dāng)下最需要克服的問題。

3 純電動汽車的關(guān)鍵技術(shù)

純電動汽車的關(guān)鍵核心技術(shù)有三個：一是動力電池，二是電機(jī)，三是控制系統(tǒng)。其中，動力電池最為關(guān)鍵，其性能指標(biāo)和經(jīng)濟(jì)成本決定了電動汽車的商業(yè)化進(jìn)程。

3.1 核心技術(shù)之電機(jī)

電動汽車采用動力電池作為車載能源，大多數(shù)驅(qū)動系統(tǒng)都采用了能量回饋技術(shù)，即在汽車制動時，通過控制器將車輪損耗的動能反饋到電池中，并使電機(jī)處于發(fā)電狀態(tài)，將發(fā)出的電輸送到電池中。相比技術(shù)受制的電池而言，電動機(jī)的發(fā)展趨勢更為明朗一些。從現(xiàn)已成熟的電動機(jī)技術(shù)來看，開關(guān)磁阻電動機(jī)在各個技術(shù)特性方面似乎更符合電動車的使用需要，但尚未得到普及;永磁同步電動機(jī)已經(jīng)開始裝配在一些量產(chǎn)車上，例如騰勢、寶馬i3，應(yīng)用較廣泛的是異步電動機(jī)。此外，如果按電流類型劃分還可分為直流電動機(jī)和交流電動機(jī)兩種。

3.2 核心技術(shù)之電池

電池的分類從廣義上講主要可分為化學(xué)電池、物理電池和生物電池三大類，其中化學(xué)電池和物理電池已經(jīng)應(yīng)用于量產(chǎn)電動汽車中，而生物電池則被視為未來電動車電池的重要發(fā)展方向之一。化學(xué)電池是目前電動汽車領(lǐng)域應(yīng)用最為廣泛的電池種類，如鉛蓄電池、鎳氫電池、鋰離子電池、鋰聚合物電池、燃料電池等都屬于這一范疇。

鉛酸蓄電池自1859年由普蘭特發(fā)明以來，至今已有150多年的歷史，技術(shù)十分成熟，是全球上使用最廣泛的化學(xué)電源。其具有大電流放電性能強(qiáng)、電壓特性平穩(wěn)、溫度適用范圍廣、單體電池容量大、安全性高和原材料豐富且可再生利用、價格低廉等優(yōu)點(diǎn)，但它體積大和重量沉的缺點(diǎn)一直無法獲得有效的改善。

鎳氫電池是由氫離子和金屬鎳合成，電量儲備比鎳鎘電池多30%，比鎳鎘電池更輕，使用壽命也更長，并且對環(huán)境無污染。鎳氫電池比碳鋅電池或堿性電池有更大的輸出電流，相對更適用于高耗電產(chǎn)品。同時鎳氫電池較不明顯的記憶效應(yīng)、循環(huán)壽命長。鎳氫電池的缺點(diǎn)是價格比鎳鎘電池要貴好多，性能比鋰電池要差，同時鎳氫電池的耐高溫性能差。

在應(yīng)用于電動汽車的商業(yè)電池中，鋰離子電池占有最大的份額，雖然其從1970年誕生至今時間并不算長，但憑借能量密度高、循環(huán)使用壽命長等特點(diǎn)迅速占據(jù)了電動汽車電池市場的絕大部分江山。如今，在售電動汽車配備的鋰電池主要有磷酸鐵鋰電池及三元鋰電池兩種。磷酸鐵鋰電池在能量密度約為100-110Wh/kg，其熱穩(wěn)定性是目前車用鋰電池中最好的;三元鋰電池在能量密度上要高出許多，約為200Wh/kg。

化學(xué)電池種類繁多，除了上述幾種電池之外，還有使用壽命有著“終極蓄電池”之稱的空氣電池、作為鋰電池的后起之秀的鈉硫電池等等。

物理電池是依靠物理變化來提供、儲存電能的電池統(tǒng)稱，如超級電容、飛輪電池等都屬于物理電池的家族成員。超級電容器不同于傳統(tǒng)的化學(xué)電源，是一種介于傳統(tǒng)電容器與電池之間、具有特殊性能的電源。其功率密度高、充放電時間短、循環(huán)壽命長，可以反復(fù)充放電數(shù)十萬次、工作溫度范圍寬，是世界上已投入量產(chǎn)的雙電層電容器中容量最大的一種。

3.3 核心技術(shù)之控制系統(tǒng)

純電動汽車控制系統(tǒng)主要由三大控制器組成，分別是整車控制器（Vehicle Control Unit）、電機(jī)控制器（Motor Control Unit）、電池管理系統(tǒng)（Battery Management System）。整車控制器VCU是實(shí)現(xiàn)整車控制決策的核心控制單元，對電動汽車的動力性、經(jīng)濟(jì)性、安全性及舒適性有很大影響。電機(jī)控制器MCU 是控制主牽引電源與電機(jī)之間能量傳輸?shù)难b置。電池管理系統(tǒng)BMS是銜接電池組、整車控制器和驅(qū)動電機(jī)控制器的重要紐帶，是動力電池組的核心技術(shù)，也是整車企業(yè)最為關(guān)注的核心技術(shù)。

4 結(jié)論與展望

隨著居民消費(fèi)層次多元化發(fā)展和環(huán)保約束的升級，電動汽車市場需求進(jìn)一步增加，市場整體規(guī)模將繼續(xù)擴(kuò)大，有望超過傳統(tǒng)燃油車成為市場主流?，F(xiàn)階段電動汽車發(fā)展逐漸由政策引導(dǎo)轉(zhuǎn)為市場牽引，上游材料成本的增加及下游補(bǔ)貼減少的雙重夾擊，造成電動汽車行業(yè)新一輪洗牌，產(chǎn)業(yè)增速趨緩，將逐漸回歸到理性的市場定位。未來，電動汽車的發(fā)展趨勢主要聚焦于整車一體化開發(fā)、核心零部件和關(guān)鍵技術(shù)的提升以及下游基礎(chǔ)設(shè)備的配套發(fā)展。

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