新能源汽车关键技术浅析

新能源汽车关键技术浅析

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摘要：基于新能源汽车在发展中对四大关键技术的应用存在部分技术要求。本文指出新能源汽车关键技术要点，并针对动力电池及其管理系统、电机及其控制系统进行了参数对比与技术分析；大胆预测了未来动力电池和驱动电机的发展趋势。

关键词：新能源汽车；动力电池及管理；电机及控制；

通过分析总结电动汽车四大关键技术，包括电池及管理技术、电机及其控制技术、整车控制技术、整车轻量化技术。在过去的十几年里我国在纯电动、混合动力及燃料电池汽车，电池、电机及其管理控制技术开发，整车控制与集成等关键技术均取得了较大改进与突破。现就目前国内电动汽车关键技术中电池及其管理技术、电机及其控制技术谈谈自己的些许理解。

1、电池及其管理技术

电动汽车的成败关键仍然是电池。动力电池是电动汽车的动力源，电池选择将直接关系到整车的性能。电动汽车动力电池的主要性能指标是能量密度、功率密度和循环寿命等，现代电动汽车对车用电池有如下要求：

(l)高能量密度(W·h/kg)及功率密度(W/kg)；(2)长的循环寿命；(3)充电方便、迅速；(4)低的制造成本；(5)低的内阻及自放电率；(6)不污染环境；(7)能在较宽的环境温度范围内工作；(8)少维护或免维护；(9)使用安全；(10)适应大批量生产的要求。

目前三元锂电池与磷酸铁锂电池凭借着多种性能因素在动力电池选择上占据优势。特别是磷酸铁锂电池，它具有磷氧共价键结构，使得氧原子不会被释放出来，因此具有较高的热稳定性（电热峰值350℃—550℃）和安全性以及便宜的价格备受青睐。

由于电动汽车的车载能量有限，其行驶里程远远达不到内燃机汽车的水平，能量管理系统的目的就是要最大限度地利用有限的车载能量，增加行驶里程。能量管理系统的功能是实现:优化系统的能量分配，预测电动汽车电源的剩余能量，再生制动时合理地调整再生能量。能量管理系统如同电动汽车的大脑，同时具有功能多、灵活性好、适应性强的特点，它能智能地利用有限的车载能量。

目前电池管理技术正朝着集成化、自动化、智能化管理的方向运行，其充电监控、SOC

估算、SOH预测及热管理技术也随着计算机技术及通讯技术的发展不断取得进步，综合多种控制策略管理方法也将成为未来电池管理的发展方向。

2、电机及其控制技术

电机是电动汽车动力的发起点。要求：（1）电机要频繁的启动/停止、加速/减速；（2）低速或爬坡时要求高转矩；（3）高速行驶时要求低转矩，并且变速范围大以及交款的转速范围和转矩范围内都要有较高效率:；（4）工作可靠性高；（5）稳态精度高；（6）动态性能好且工作环境要求不苛刻。

目前运用于电动汽车上的电机主要包括直流电机、交流电机、永磁电机、开关磁阻电机。其性能参数对比如下：

对比可知，永磁同步电机，具有高效率、高控制精度、高转矩密度、良好的转矩平稳性，且体积小、质量轻、运行可靠（兼具无刷直流电机的运行特性）、调速范围宽、机械特性适应性高，足以满足电汽车运行需求。目前已在多款纯电动车上使用，正受到国内外汽车界的高度重视，是最具竞争力的驱动电机之一。

电力驱动系统的主要功能是把蓄电池储存的电能转换为汽车行驶的动能，要使得电动汽车拥有良好使用性能，必须开发出合理的控制系统，使电机具备较高转速及较大的调速范围，足够大的启动转矩，以及体积小、质量轻、效率高，动态制动强和能量回馈的能力。

电动汽车的电动机有多种控制模式。传统的线性控制，如PID，不能满足高性能电机驱动的苛刻要求。传统的变频变压(VVVF)控制技术，不能使电机满足所要求的驱动性能。异步电机多采用矢量控制(FOC)，是较好的控制方法。近几年，许多先进的控制策略。包括自适应控制、变结构控制、模糊控制和神经网络控制以及专家系统控制等非线性智能控制技术，并取得了较好成效。当然未来会有更智能和数字化的控制系统，来均衡控制效果及控制成本以满足日益复杂的工作要求，有利于提高整个控制系统的综合性能。

3、结论

通过对电动汽车关键技术的理解分析，得出以下结论：

（1）电池的研究应集中于研究比能量及比功率更高，充放电性能好，循环寿命长的蓄电池，从电池结构及管理技术的角度对综合性能较好的锂离子电池加以提升，将有助于电池技术的完善与成熟，同时超级电容也具有较好的发展前景。此外，建立健全电池的生产管理环节及固体回收体系，且必须加以重视和解决电池污染问题。

（2）目前使用的电机各有所长，但都存在一定的不足，比如价格过高或者退磁现象，结合不同的使用需求及运行情况，开发具有机械特性适应能力的电机及其控制算法，兼具合

理结构及经济成本的将对提高汽车动力性能及续驶里程意义重大。

参考文献：

[1]张剑波,卢兰光,李哲.车用动力电池系统的关键技术与学科前沿[J].汽车安全与节能学报,2012；

[2]夏正鹏,汪兴兴,倪红军.电动汽车电池管理系统研究进展[J].电源技术,2012；

[3]易将能,韩力,电动车驱动电机及其控制技术[J].重庆大学,2012；