电动汽车关键技术研究

2210.16638/j.cnki.1671-7988.2018.21.008电动汽车关键技术研究*杨培善（宿州职业技术学院，安徽宿州234000）摘要：发展新能源汽车是全世界汽车业的共同目标，电动汽车是中国赶超汽车强国的一个机遇。本文从电动汽车的结构和特点及国内外发展现状出发，从整车控制技术、电机与电驱动系统、动力电池技术和能量管理技术等四个方面详细阐述了电动汽车的关键技术。关键词：电动汽车；能源；电池中图分类号：G423.04文献标识码：A文章编号：1671-7988(2018)21-22-03ResearchonKeyTechnologyofelectricvehicle*YangPeishan(SuzhouVocationalandTechnicalCollege,AnhuiSuzhou234000)Abstract:Thedevelopmentofnewenergyvehiclesisacommongoaloftheautomotiveindustryaroundtheworld.ElectricvehiclesareanopportunityforChinatocatchupwithothercountries.Basedonthestructureandcharacteristicsofelectricvehiclesandthecurrentdevelopmentsituationdomesticandforeign,Thispaperdescribesthekeytechnologiesofelectricvehicleswithvehiclecontroltechnology,motorandelectricdrivesystem,powerbatterytechnologyandenergymanage-menttechnology.Keywords:Electricvehicles;Energy;batteryCLCNO.:G423.04DocumentCode:AArticleID:1671-7988(2018)21-22-031电动汽车的基本结构和特点纯电动汽车（EV）是指以驱动电机为唯一驱动力的汽车。纯电驱动汽车的结构主要由电力驱动系统、汽车底盘、汽车车身以及各种辅助装置等部分组成，它以传统燃油汽车为基础上，用电力驱动控制系统替代了发动机。纯电动驱动系统主要包括动力电池组、电池管理系统（BMS）、驱动电机、控制系统等。电动汽车行驶时，动力电池输送电能到驱动电机，驱动电机运转产生动力驱动车轮，使电动汽车行驶。其中，依据电动汽车制动踏板与加速踏板输入信号，电机控制器控制动力电池和驱动电机之间的功率流，从而调节驱动电机转速，进而调节电动汽车车速。辅助动力源主要给动力转向单元和辅助装置提供动力。电动汽车具有能源利用率高、环境污染小、噪音低、结构简单，维修方便及智能化等优点。2国内外电动汽车发展现状目前，全球主要的汽车大国纷纷将电动汽车提升至国家战略地位，特别是欧盟一些国家不但提出“禁售燃油汽车时间表”，而且提升至具体的法律层面，同时采取某些“限行”措施。在电动汽车的发展上，中国则是表现的更为主动、积极和系统。作者简介：杨培善，男，汉族，硕士，讲师，就职于宿州职业技术学院，主要研究方向新能源汽车技术。基金项目：安徽省质量工程研究项目自控视角下发动机电控系统检修教学模式研究（2016jyxm1041）。杨培善：电动汽车关键技术研究232.1国外电动汽车发展现状绿色低碳成为能源发展的主要方向，各国都在推动能源结构由化石能源向非化石能源为主转变，作为化石能源消费端的汽车产业，正经历一场新的革命，新能源电动汽车再次走进人们的视野，并将在不远的将来取代燃油车。丰田公司在1997推出普锐斯车型，到2015年推出第4代普锐斯车型，全球累计销量超过1000万辆；特斯拉在2008年推出全球第一款大规模量产的双座电动跑车Roadster，2012年推出ModelS，带动全球电动汽车的高速发展。2.2国内电动汽车发展现状中国电动汽车的发展规划相对健全。中央地方财政同时对电动汽车的生产成本差价进行补贴，减免电动汽车购置税，对电动公交车运营给予补贴，设置了专门的电动汽车车牌和道路优先通行权等。这样多的支持政策，是其他国家没有的。在大量优惠政策的推动下，中国电动汽车市场需求飞速上升，每年一个大突破。2016年50万辆、2017年80万辆、2018年将超100万辆以上，2020年规划为200万辆。各大车厂都有推出各种电动汽车，比亚迪、北汽、江淮、奇瑞都有量产车上市，还有一大波互联网造车的企业也把各种技术和资金投入到电动汽车行业。2018年以来，众多新上市的电动汽车如吉利帝豪EV450、比亚迪秦EV450、北汽新能源EU5等车型续航里程纷纷突破400公里大关。国家在政策和资金方面的大力支持是我国在汽车领域赶超世界先进水平的最好时机，电动汽车的第三个黄金时代来临。在中国电动汽车的迅速发展的前景下，中国政府又推出未来智能网联汽车发展规划，推动中国电动汽车向智能网联汽车方向发展。3电动汽车关键技术3.1整车技术电动汽车整车技术是燃油汽车整车技术的升级。在确保电动汽车安全性、舒适性的前提下，电动汽车整车技术应向轻量化发展。电动汽车重量的减轻会增加续航里程。为了缓解电动汽车的续航压力，电动汽车整车技术增加新型材料如高强度钢材、铝镁合金、工程塑料、碳纤维、新型玻璃等减轻车身质量；采用高性能的子午线轮胎减少电动汽车行驶过程中的滚动阻力；采用流线型的车身形状降低电动汽车行驶时的空气阻力等。这其中整车车身轻量化是整车技术的核心研究内容。此外，还可以通过改进汽车结构对整车的内部空间进行充分的利用。3.2电机和电驱动技术驱动电机从第一代的中央集中驱动技术和第二代的轮边电机技术，发展到现在的第三代的轮毂电机技术。轮毂电机技术是将动力、传动和制动装置整合到轮毂内，把中央集中式驱动变为分布式驱动。由于省去了变速器、传动轴、差速器等传动部件，所以轮毂电机驱动技术简化了底盘，减轻了自身重量，增加了续航里程，同时可以实现四轮独立驱动。目前电动汽车的驱动电机有直流电机、交流电机、永磁电机或开关磁阻电机，首选是交流电机，主流电动汽车多数选择永磁交流电机。电动汽车的性能，不但受到驱动电机的影响，同时也受到电动汽车驱动控制系统的影响。对传统集中驱动技术的电机，人们采用了不同的控制理论与控制方法，如变结构控制、模糊控制、神经网络、自适应控制、专家控制、遗传算法等非线性智能控制技术。第三代轮毂电机控制技术作为一种最直接、最高效的驱动方式，又催生出新的电驱动系统。合理运用驱动控制技术对提高电动汽车的综合性能产生严重影响。3.3电池技术动力电池是电动汽车的能量来源，也是电动汽车最重要的核心技术，电池性能的优劣直接决定着续航能力、爬坡能力等电动汽车的性能。现代电动汽车动力电池应具有如下要求：比能率密度高，使用寿命长，自放电率低，使用成本低，充电快捷，安全环保，稳定性好，易维护。车用电池已由第一代铅酸电池发展到第三代燃料电池，此外还出现了飞轮电池、空气电池、钠硫电池等。第二代高能电池中的锂离子电池的比能量、放电率、充放电寿命及密封性较好等优点，成为目前电动汽车的动力电池组首选。但它也具有需要优秀的能量管理系统和充电系统及成本高等缺点。第三代燃料电池虽然目前还处于研制阶段，但它在续行里程和燃料补充上比前两代电池具有显著优越，且燃科电池所需燃科如甲醇、天然气等具有来源广、可再生、无污染和零排放等环保特性。因此，一旦燃料电池的关键技术取得突破，它将成为最理想的汽车用电池。3.4能量管理技术能量管理技术是对动力电池的系统管理，即电池管理系统（BMS）主要功能是增加续航里程，延长使用寿命，使电动汽车具有良好的工作性能。电池管理系统的基本功能主要包括电池状态的数据采集与监测、各电池组电量的均衡管理、热管理、安全管理和数据通信等。能量管理系统在充电与行驶时，能准确可靠的对各单体电池的电流、电压、温度等状态进行实时检测，对当前剩余电能进行估计，对剩余行驶里程进行计算。SOC即电池剩余电量，目前，国内外主要应用安时积分法、放电试验法、开路电压法、Kalman滤波法、神经网络法等SOC评估方法，其中大部分能量管理系统采用的估算方法是安时积分法。电动汽车的ECU是能量管理（下转第41页）夏伟：基于Simulink的汽车主动悬架仿真分析41图7主动悬架轮胎动位移图8被动悬架悬架动行程图9主动悬架悬架动行程图10被动悬架车身加速度图11主动悬架车身加速度由上述仿真结果得出有LQG控制器的主动悬架对车辆行驶平顺性和乘坐舒适性具有良好的改善效果。5总结本文采用动力学微分方程进行了仿真建模。在被动悬架仿真模型的基础上，通过添加LQG控制器得到主动悬架的仿真模型。通过对比分析得到了两种悬架的性能优劣。由于1/4车辆模型的运动学微分方程并不复杂，因此采用这种建模方法能省略中间转化为状态方程的环节，节约了时间。但是本文还是存在着许多不足。由于控制器的设计参数不理想，导致主动悬架的优势并不明显。控制方法也只采用了LQG这一种方法，分析的不够全面。在后续的工作中需要对这几方面加以改进。参考文献[1]曹红兵.现代汽车电子控制技术[M].北京:机械工业出版社,2012.[2]余志生.汽车理论[M].北京:机械工业出版社,2014.[3]兰波,喻凡.车辆主动悬架LQG控制器的设计与仿真分析[J].农业机械学报,2004.[4]赵玲.基于Simulink的汽车悬架系统动态仿真[J].四川工业学院汽车工程系,2002.[5]喻凡,林逸.汽车系统动力学[M].北京:机械工业出版社,2012.（上接第23页）系统的核心。首先，它能够采集汽车各个子系统的实时运行数据，进行实时监控和修复诊断；其次，它能够控制充电/放电模式、计算电池剩余电量等。能量管理系统因其可以对电池进行在线修复及实时保护，对电池电压、电流和温度进行监测等功能，从而提升电池使用寿命，成为电动汽车的安全保障。4结束语推进新能源汽车发展，是全球汽车业的共同目标。虽然中国传统汽车产业的发展相对落后，但在新能源汽车产业的发展上起步较早，个别领域有赶超趋势。因此，中国应顺应全球汽车业发展趋势，抓住传统汽车向电动汽车转型的战略机遇，坚持技术革新，推动和实现电动汽车产业的弯道超车。参考文献[1]陈维荣,黄锐森,陈隆,罗一鸣.电动汽车电池技术发展综述[J/OL].电源学报:1-18[2018-05-07].[2]王丹,续丹,曹秉刚.电动汽车关键技术发展综述[J].中国工程科学,2013,15(01):68-72.[3]周栋,戴能红,钟国华,孔繁尘.电动汽车关键技术发展综述[J].轻型汽车技术,2017(Z2):34-38.[4]马佃波.电动汽车关键技术发展综述[J].低碳世界,2017(17):266-267.[5]刘烨,郑燕萍,孙伟明,朱静.电动汽车电池技术发展综述[J].机械制造与自动化,2016,45(04):56-58.[6]李秀芬,雷跃峰.电动汽车关键技术发展综述[J].上海汽车,2006（01）:8~10.