摘 要：此篇通過查閱目前世界最前沿的電動汽車技術(shù)現(xiàn)狀，客觀總結(jié)出電動汽車的技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢。著重介紹電動汽車的關(guān)鍵技術(shù)，其中包含了動力電池、電機控制理論技術(shù)、電動汽車驅(qū)動電機、電池管理系統(tǒng)、燃料電池、充電設(shè)施及能量再利用系統(tǒng)。由于我國目前的車輛占有量很大，但車輛的飽和率較發(fā)達國家還相差甚遠，所以對于我國而言，車輛的需求量還有很大的空缺，而目前中國的國情已經(jīng)非常注重青山綠水的回歸，所以真切的發(fā)展新能源汽車越來越符合國內(nèi)政策。本篇也對電動汽車的發(fā)展趨勢進行了展望，也提出了一些實質(zhì)的建議，希望通過政府、車企、科研機構(gòu)、高校及制造裝配工人的多方融合，得以得出適合中國國情的電動汽車制造政策及措施，盡快的將中國制造2035得以落實。

關(guān)鍵詞：電池管理系統(tǒng) 電動汽車 電機控制 能量再利用系統(tǒng) 燃料電池 充電設(shè)施

1 引言

目前由于人們的生活水平逐步提升，人們的日常生活對汽車的需求也越來越強烈，在最新統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，截止2018年底，全國機動車的保有量已有三億輛之多。在這么大的保有量前提下，能源問題及環(huán)保問題就會凸顯出來，早在2015年的時候，全球的石油供需關(guān)系已經(jīng)出現(xiàn)了缺口問題，而目前我國的人均車輛保有量仍然很低，但我國的石油主要依賴于進口，所以面對這樣的現(xiàn)狀，我國必須發(fā)揮我國的優(yōu)勢，比如我國的電能及電網(wǎng)來發(fā)展我國的新能源汽車這一符合我國基本國情的產(chǎn)業(yè)。那么新能源電動汽車的關(guān)鍵技術(shù)如動力電池、電機控制理論技術(shù)、電動汽車驅(qū)動電機、電池管理系統(tǒng)、燃料電池、充電設(shè)施及能量再利用系統(tǒng)就得進行技術(shù)突破。

2 動力電池

動力電池顧名思義也就是為整車提供能量的源頭，相當于內(nèi)燃機車的燃油，其相關(guān)技術(shù)一直制約著該行業(yè)的發(fā)展水平，目前主要的影響因素有比能及比功率等，而這些指標又影響著車輛的動力性及續(xù)航里程。現(xiàn)階段，我國電動汽車動力電池存在缺乏評價系統(tǒng)及對電池潰乏深度分析體系，目前已經(jīng)投入資金進行基礎(chǔ)建設(shè)的配套，建立相關(guān)的電池評價體系。

作為電動汽車用途的動力電池，有著諸多的評價指標，如：高安全性、使用年限、循環(huán)充電次數(shù)、結(jié)晶率、比能量及比功率等。目前該領(lǐng)域常用超級電容、鎳氫電池、燃料電池、鋰離子電池及鉛酸電池等來作為動力電池的研究對象。

日本早在上世紀末就加大力度進行鎳氫電池的研發(fā)，并在該國車型普銳斯中得以展示，鎳氫電池有著一些難以克服的缺點，諸如比能量值較低、而且電池必須原料（氫氣）的儲存是一大問題，故而普銳斯轉(zhuǎn)變目標發(fā)展混合動力，將動力電池只是作為了輔助動力源。而之后隨著鋰離子電池的技術(shù)更新，原材料及相關(guān)制造工藝流程的簡化，鋰離子電池也進入了量產(chǎn)階段，故而在普銳斯上用鋰離子電池替代了原有的鎳氫電池。鋰離子電池較其他電池而言，有著高的比功率及比能量值，質(zhì)量較輕，大倍率充電及低溫高性能等優(yōu)良特性。運用鋰離子電池的車輛有著高的續(xù)航里程及良好的動力性能，但其制造成本還是相對較高。目前運用鋰離子電池作為動力源的車型（含之前的車型）有雪佛萊Volt、豐田Prius、日產(chǎn)Leaf、比亞迪王朝系列車型（唐EV、元EV、宋EV）、特斯拉全系車。一般鋰離子電池在整車使用下可達十年之久，按照特斯拉及比亞迪鋰電池售后維修來推斷，循環(huán)800次的保容量可達百分之八十，循環(huán)2000次的保容量可達百分之五十。我們可以推算一下，按正常使用一周充電一次，如果續(xù)航五百公里，一年也就是循環(huán)52-53次，按每次保有量逐步下降，一年充放電初步按80次來算，百分之八十的高保有量也能滿足十年，如果按低保有量百分之五十來算，使用壽命可達二十多年。不過如果原有續(xù)航里程小于二百公里的話，隨著保有量的降低，很難滿足日常生活的需要。

現(xiàn)將鋰離子電池、鉛酸電池、鋰聚合物電池、鎳氫電池及超級電容的安全性、循環(huán)壽命、比能量、再循環(huán)能力、比功率等性能比較如表1所示[1]。

燃料電池也算是公認的最理想電池，比能量及比功率都較為理想，能量轉(zhuǎn)化率之高、安全可靠性能高。其化學(xué)反應(yīng)原材料非常豐富，最主要在反應(yīng)過程中及反應(yīng)后都沒有影響環(huán)境的排放物，真正的實現(xiàn)了零污染。早在國家“十二五”及“863”計劃就給了燃料電池很大的政策及資助，但由于氫氣貯存的特點及科研體系之龐大，很難在短時間收到成效。

3 電機控制理論技術(shù)

由于電動汽車的調(diào)速及變向都是由電機控制系統(tǒng)來完成的，那么電機控制系統(tǒng)也就向著數(shù)字化、集成化及智能化的方向去發(fā)展，目的是能夠更便利、更節(jié)能、更穩(wěn)定、更精準的去實時適應(yīng)所在及所需工況下的調(diào)節(jié)，電子控制技術(shù)得以較大的發(fā)展，各類電控CPU及ECU的功能也越來越強大。一般電機控制裝置有斬波調(diào)阻、斬波調(diào)壓及最新的IGBT類型。IGBT稱為絕緣柵雙極型晶體管，由絕緣柵型場效應(yīng)管MOS和雙極結(jié)型晶體三極管BJT組合而成的一種電壓驅(qū)動的復(fù)合全控式功率半導(dǎo)體器件，具有自導(dǎo)通和關(guān)斷的特征（簡單說就是一個要不通要不斷的開關(guān)，導(dǎo)通作為導(dǎo)線，斷開作為開路;有驅(qū)動功率小和飽和壓降低的優(yōu)點）。IGBT是能源傳輸及轉(zhuǎn)化的核心元器件，采用其進行功率轉(zhuǎn)化可以提高用電經(jīng)濟性，其在新能源汽車上主要運用在以下幾方面：

1.車載空調(diào)控制系統(tǒng)，一般是小功率DC/AC逆變;

2.電動控制系統(tǒng)，一般用在大功率DC/AC逆變后驅(qū)電機;

3.充電樁，一般在智能充電樁上用作開關(guān)元件使用。

采用IGBT電器元件可以簡化控制電路，提高系統(tǒng)控制的穩(wěn)定性，目前控制方法常采用轉(zhuǎn)矩控制、矢量控制及變頻調(diào)速控制等。汽車電氣控制系統(tǒng)中包含有電子控制單元，而它是要通過其他電子元器件實時感知并傳輸車輛運行的實際工況，進而進行數(shù)據(jù)分析及相關(guān)運算，這種運算就是基于控制算法，該控制算法包含了矢量控制、轉(zhuǎn)矩控制、模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制、調(diào)速控制、隨機線性最優(yōu)控制。也就是運用不同的控制規(guī)律和模型所對應(yīng)出來不同的控制特性，從而選出對整車續(xù)航及動力性最優(yōu)的一種[2]。表2列舉了不同控制方式電機的優(yōu)缺點對比。

4 電動汽車驅(qū)動電機

直流電動機由于其結(jié)構(gòu)簡單，相關(guān)控制技術(shù)非常成熟以及最主要的良好的轉(zhuǎn)矩控制特征，使得直流電動機一直作為很重要的研究對象，大多用在較大型的設(shè)備上，但是直流電動機笨重而龐大的體積不利于電機在各個行業(yè)的應(yīng)用（其他行業(yè)大多需要體積小、質(zhì)量輕、成本小、效率高及可靠性高的電動機），所以從本世紀初期我國也開始大力進行直流電動機到交流、開關(guān)磁阻及永磁電動機的轉(zhuǎn)型研發(fā)。

目前我們見到的電動汽車上使用的電機有：交流感應(yīng)電機（IM）、直流電機（DCM）、永磁同步電機（PMSM）、開關(guān)磁阻電機（SRM）及無刷直流電機（BLDCM）。其中永磁同步電機（PMSM）及無刷直流電機（BLDCM）的電機功率密度、效率、尺寸、質(zhì)量及綜合性能相較其它而言較好。直流電機（DCM）就控制性能及操作性好些，但電機功率密度、轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速特性、效率、成本等都很差。交流感應(yīng)電機（IM）成本相較低，其它性能平平庸庸。開關(guān)磁阻電機（SRM）的調(diào)速范圍較寬、質(zhì)量輕、體積小，但成本較高，控制性也很一般。運用不同的控制規(guī)律和模型所對應(yīng)出來不同的控制特性，從而選出對整車續(xù)航及動力性最優(yōu)的一種，盡可能電機結(jié)構(gòu)簡單、體積小、成本低、響應(yīng)快、易操作、控制性能高及抗干擾能力強，提高整體綜合性能。

5 電池管理系統(tǒng)

電動汽車的動力電池除了滿足標定電壓以外，為了提供更大的續(xù)航里程就需要通過串聯(lián)加并聯(lián)的方式來完成電池模塊的組裝連接，為更好地為電動汽車提高動能，各小模塊的組合需要通過電池管理系統(tǒng)SOC（state of charge）來進行對各組合小模塊進行監(jiān)測電量、工作狀態(tài)及均衡供出的電量，可以使得動力電池永遠處于理想狀態(tài)。精確度及管理模塊數(shù)量是評價電池管理系統(tǒng)的重要指標，特斯拉電動汽車之所以比國內(nèi)的電動汽車性能優(yōu)良（光說動力性及續(xù)航能力），是由于特斯拉的電池管理系統(tǒng)所管理的電池模塊數(shù)量遠大于國內(nèi)車型，控制精度可以精確到0.001V，比國內(nèi)的電池管理系統(tǒng)雖說精確了一位，但是這精確地一位是很難突破的技術(shù)難關(guān)（實驗室可以進行精確控制，由于控制的穩(wěn)定性不穩(wěn)定，導(dǎo)致量產(chǎn)的能力還是沒有）。目前我國對電池管理系統(tǒng)的研究很多，有基于CAN總線的電池管理系統(tǒng)研究、建立動力電池動態(tài)測試工況試驗平臺、復(fù)合能源系統(tǒng)（蓄電池+太陽能+超級電容）等，以上這些研究有理論性的研究也有實驗性的研究，通過這些研究也提高了我國對電池管理系統(tǒng)水平的認知。早在前幾年，由韓國科研小組開發(fā)出來了高性能鋰空氣電池系統(tǒng)，其續(xù)航里程高達八百多公里，有望在未來幾年進行量化生產(chǎn)，這無疑是對電動汽車技術(shù)的一次推進。

6 充電設(shè)施

目前電動汽車的充電分為慢充、普充和快充三種，一般慢充大概6-8小時;普充2-4小時;快充大約半小時，在短短十分鐘可以完成百分之七十電量的恢復(fù)，但是越快的充電對電池的危害越嚴重，壽命會越短，該方式可以在已有的加油站、充電站及服務(wù)區(qū)進行疊加。還有一些專家提出了動力電池更換的方式，就好比一個換電池站，每輛車更換電池流水工作時間只需要5分鐘左右，該流程所需時間也能滿足人們?nèi)粘Ｉ钚枨?，但是所需備用動力電池型號及?shù)量之多，目前難以完成。還有目前新建小區(qū)都會預(yù)留充電樁接口或者直接安裝充電樁，以方便電動汽車的充電便捷性，這種方式的最大優(yōu)點就是簡單、方便、投資少，同時大大縮小了動力電池的結(jié)晶率;唯一不好的就是充電需要6-8小時，不過下班回家充電，上班也就充好了，適合普通家用。

上邊我們提到的在停車場、小區(qū)進行充電的方式稱為分散充電管理模式，該模式投入小、能滿足人們需求及提高車輛的利用率，但是后期的維保運營成本較高。而上邊提到的依據(jù)現(xiàn)有的加油站、充電站及服務(wù)區(qū)進行疊加建設(shè)充電樁的模式稱為集中充電管理模式，該種模式有較高的專業(yè)性服務(wù)，可以更好的確保電池的使用壽命，較適合于營運車輛，同時還可以采集多類電動汽車的實際運行數(shù)據(jù)并為之后的研發(fā)做數(shù)據(jù)的積累，但該種方式的建設(shè)投入較大，需要政府的大力支持。

7 能量再利用系統(tǒng)

能量再利用系統(tǒng)就是指在制動、下坡等運行工況下對損耗的能量進行回收，這種理論在提高主動安全性能的同時可以對損耗的能量進行回收，該情況下，電動機轉(zhuǎn)變?yōu)榘l(fā)電機，通過逆變器進行AC/DC的轉(zhuǎn)換再回充到蓄電池上，提高車輛的續(xù)航能力。

8 結(jié)語

本文就新能源電動汽車的關(guān)鍵技術(shù)如動力電池、電機控制理論技術(shù)、電動汽車驅(qū)動電機、電池管理系統(tǒng)、燃料電池、充電設(shè)施及能量再利用系統(tǒng)進行綜述，總結(jié)以下觀點：

1.電池性能好壞直接影響著電動汽車的性能，所以努力研發(fā)動力電池是重中之重，我們科研人員應(yīng)該致力于改進目前動力電池鎖存在的缺陷問題，比如：安全性、循環(huán)壽命、比能量、再循環(huán)能力、比功率及成本等一系列動力電池性能。

2.目前我國也采用了交流電機，但是我們對交流電機的性能還是研究的不夠深入。而目前采用的電機控制元器件如IGBT的核心部件晶體管的研究較日本等國比較落后，常采用進口來滿足市場需求，所以我們應(yīng)大力研究補足缺板技術(shù)。

3.電池管理系統(tǒng)SOC是基于動力電池及電機之上的一種重要技術(shù)，它的性能直接決定著電池的使用壽命，續(xù)航能力。所以我們也應(yīng)該在該領(lǐng)域的控制容量及精確度上有所重大突破。

4.能量再利用系統(tǒng)對于提高經(jīng)濟性、提高制動的安全性及提高車輛的續(xù)航能力起到很關(guān)鍵的作用，所以該技術(shù)的突破也會對電動汽車整車性能提升有非常重要的意義。

5.加大政府的基礎(chǔ)性建設(shè)，提升集群化管理能力及機制會對該領(lǐng)域的數(shù)據(jù)庫建設(shè)及專業(yè)人才培養(yǎng)上有顯著意義。

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