纯电动汽车的关键技术发展综述

张琦，朱恒伟

摘 要：纯电动汽车作为新能源汽车主力军，是未来汽车发展的方向，然而，纯电动汽车的发展受到多方面关键技术的制约。文章从动力电池及其管理系统、电机驱动控制技术、整车轻量化技术和安全技术等方面阐述并分析了纯电动汽车的关键技术。

关键词：电动汽车;电池技术;电机驱动系统;轻量化

中图分类号：U469.7  文献标识码：B  文章编号：1671-7988（2019）23-23-02

Overview of Key Technologies Development of Electric Vehicles*

Zhang Qi， Zhu Hengwei

（ Dezhou University Department of Automotive Engineering， Shandong Dezhou 253023 ）

Abstract： As the main force of new energy vehicles， electric vehicles are the direction of future automobile development. However， the development of electric vehicles is restricted by many key technologies. This paper expounds and analyzes the key technologies of electric vehicles from the aspects of power battery and management system， motor drive and control technology， vehicle lightweight technology and safety technology.

Keywords： Electric vehicles; Battery technology; Motor drive system; Lightweight

CLC NO.： U469.7  Document Code： B  Article ID： 1671-7988（2019）23-23-02

前言

作为国家重点发展的产业，纯电动汽车是是汽车发展的趋势。近年来，国家不断出台有关支持纯电动汽车发展的政策和指导意见，但是受制于技术方面的制约，纯电动汽车的发展仍然较慢[1]。纯电动汽车的核心技术主要有电池及其管理系统、电动机驱动及其控制技术、纯电动汽车整车技术、轻量化技术以及安全保护系统等。

1 电池及其管理系统

电池也即是车载电源，又称为电动汽车的动力源，是制约电动汽车发展的关键因素之一。纯电动汽车用动力电池要具有比能量高、比功率大、使用寿命城和成本低等特点才能满足整车加速性能、续驶里程和最高车速等动力性能的要求。纯电动汽车用动力电池已经取得了长足的发展，经历了铅酸蓄电池、高能电池和超级电容、飞轮电池等阶段，目前新能源汽车主要采用锂电池，例如磷酸铁锂电池、三元锂电池等，但都存在着不同程度的缺点，制约着电动汽车的普及和发展[2]。现在的电动汽车电池技术有了较大的发展。以快充为例，一般的直流大功率充电方式，半小时可以达到80%的容量，相较于慢充十几个小时而言，快充技术较好的解决了充电时间问题。然而，快充方式时使用较大的电流和功率，对电池的使用寿命和续航能力都有很大影响。

电池管理系统对动力电池组充电、放电时的电流、电压、放电深度、电池温度等方面进行控制，保证电池组工作在安全区间内，提供车辆控制所需的必需信息，在出现异常时及时响应处理，并根据环境温度、电池状态及车辆需求等决定电池的充放电功率等。电池管理系统的主要功能有电池参数监测、电池状态估计、在线故障诊断、充电控制、自动均衡、热管理等。单体电池性能的变化能够影响动力电池组的整体性能，所以电池管理系统监控整个电池组的同时还要兼顾单体电池的温度、电量等性能，从而保持单体电池的一致性和均衡性。

2 电动机驱动及其控制技术

电动机驱动控制技术是电动汽车的关键核心技术，是电动汽车动力电池的电能转化为机械能的关主要执行结构，其特性决定了电动汽车的主要性能指标，直接影响车辆动力性、经济性和用户驾乘感受[3]。电动汽车良好的使用性能需要驱动电机具有高转速、大启动转矩、宽调速范围等特性，同时还要体积小、重量轻、效率高、动态制动强和能量回收等特点。

电动汽车用电机主要有直流电动机、三相异步电动机、永磁同步电机、开关磁阻电机和轮毂电机等。目前，电动汽车使用的电机以永磁同步电机为主。永磁同步电机的励磁磁场是由磁铁提供的，没有励磁电流，功率因数高，工作效率高，可在很大范围内调整电机的功率和转速，结构简单，体积小，质量轻。永磁同步電机采用矢量控制系统，矢量控制基于交流电机的数学模型，通过三相/二相坐标变换和旋转变换，将三相正交的交流量变换成两相正交的直流量，能实现高动态性能、高精度、大范围调速。

能量回收又称再生制动，是电动汽车提高续驶里程的重要技术，是将车辆在减速或制动时的机械能产生的部分能量进行回收，电机发电产生电能给动力电池充电。目前，纯电动汽车基本都已经安装了能量回收系统。能量回收系统的关键技术主要是如何提高能量回收的容量及其效率。

随着电动机与驱动系统的发展，控制系统也朝着智能化和数字化的方向发展，结合采用变结构控制、模糊控制、神经网络和自适应控制等技术。

3 纯电动汽车整车技术及其轻量化

纯电动汽车除了电池和电机驱动外，汽车车身的整备质量也占有较大比重，车身的轻量化研究对整车的性能提升也有很大的影响，目前车身部分也有很多新技术的应用。轻量化能够有效提升纯电动汽车的续驶里程，提高电池的使用寿命，降低使用成本[4]。电动汽车车身的轻量化主要包括三个方面：选用轻量化材料，采用轻量化设计和轻量化的制造工艺。采用轻质材料优化结构，比如车身板件和结构件使用优质高强度钢材或轻质铝镁钛合金材料，能够使整车整备质量降低30%到50%，保证车身质量的同时可以显著降低车身质量;轻量化设计是针对车身的优化设计方法，通过对结构尺寸、形状等方面的优化，保证车身结构性能要求的同时减少多余材料;轻量化的制造工艺主要是车身材料的制造和连接工艺，国内复合材料的连接多用粘接和铆接技术并已经量产，铆接技术有冷铆接和热铆接，特斯拉采用焊接技术。特斯拉的焊接采用的是冷金属过渡技术。

另外，采用高炭质材料支撑的高气压子午线轮胎，能够使整车的滚动阻力降低50%;采用流线型车身，能够使整车的空气阻力降低50%。所以，整车轻量化技术也是电动汽车的关键技术。除了使用轻质材料外，纯电动汽车还能够通过整车性能的参数优化与匹配技术，以及结构化和集成化、模块化优化设计来降低整备质量。

4 安全保护系统

电动汽车动力电池具有大容量和高电压的特点，安全也是制约电动汽车发展的重要因素之一，电动汽车用电力电池具有高压直流电，必须对高压系统进行安全及合理的设计，使用和维护时必须设置安全保护系统，确保驾乘人员和维修人员的安全。整车配备故障自诊断系统和故障报警系统，电气系统发生故障时能够自动控制车辆停止工作，防止事故发生。

参考文献

[1] 胡堋湫，谭泽富，邱刚，王欣煜，邓明.电动汽车发展综述[J].电气应用，2018，37（20）：79-85.

[2] 孙建.新能源汽车三大关键技术及其难点分析[J].汽车实用技术，2018（19）：20-21+91.

[3] 郭向伟，康龙云，张崇超.我国电动汽车产业关键技术现状发展研究[J].电源技术，2018，42（06）：915-917.

[4] 邓鹏毅，彭忆强，蔡云，梁涛，黎青松.新能源汽车产业技术及发展趋势[J].西华大学学报（自然科学版），2017，36（04）：34-45.