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纯电动汽车技术状况及发展趋势研究

发表时间：2020/8/19 来源：《基层建设》2020年第10期作者：王悦芳

[导读] 摘要：纯电动汽车(BEV)是以电动机为驱动系统，完全由可充电电池(三元锂离子电池或磷酸铁锂电池)提供动力的新型能源汽车。

        国能新能源汽车有限责任公司天津 300320
        摘要：纯电动汽车(BEV)是以电动机为驱动系统，完全由可充电电池(三元锂离子电池或磷酸铁锂电池)提供动力的新型能源汽车。由于使用电能，纯电动汽车在行驶过程中没有尾气排放，不污染环境，可以实现零排放。在城市道路上，纯电动汽车比传统的内燃机车更节能。纯电动汽车在减速和制动时，电机处于发电状态运行，可以实现能源的再利用。纯电动汽车使用单一的电力来源，所以结构简单。纯电动汽车没有内燃机产生的噪声，电机噪声相对较小，整体噪声较低。目前纯电动汽车电池续航里程短，使用成本高，锂离子电池安全性有待进一步提高，充电基础设施有待进一步完善。
        关键词：纯电动汽车；技术特点；研发状况；发展趋势；
        电动汽车是一种以充电电池为动力，由电动机驱动的新型能源汽车。具有结构简单、能效高、噪音低、零排放等特点，可用于夜间电力低谷充电。是最具发展潜力的新能源汽车。
        1 纯电动汽车的最新发展状况
        （1）电池技术。就纯电动汽车的具体应用而言，电池的局限性是非常明显的。因此，在电动汽车的研究和实践中，专家对汽车电池的研究不断深入。从实用的角度分析,为了解决特定的问题电池的应用程序,必须定义电池的主要性能,电动汽车和电池的性能评价指标主要包括特定的能源(E),能量密度(Ed)、特定的权力(P),循环寿命(L)和成本(C)。在当今社会，要全面提高纯电动汽车的市场竞争力，有必要开发制造高比能、高比功率、长使用寿命的高效电池。纯电动汽车的电池研究主要经历了三个阶段。第一阶段是铅酸电池。现阶段纯电动汽车多采用阀控铅酸电池，具有高能量、低价格、高放电率的显著优势，可以大量生产。由于该类电池的应用，纯电动汽车的生产和应用进入了一个新的阶段。第二阶段是碱性电池。这一阶段的电池主要有镍铬电池、镍氢电池、钠硫电池、锂离子电池和锌空气电池。在这个阶段的碱性电池的应用和比较的第一阶段铅酸电池会发现其特定的能源有明显改善,所以在具体使用纯电动汽车,这种类型的电池的动态性能大大提高使用电动汽车,汽车续驶里程的范围也将显著增加,不过此类型的电池造价明显偏高。第三级电池主要是燃料电池，这类电池可以直接将燃料的化学能转化为电能，不仅能量转化率高，而且比能和比功率有了显著提高。此外，燃料反应过程可以控制，能量转换过程可以连续进行。可以说，这种燃料电池是纯电动汽车的理想应用。但这种类型的电池仍处于发展阶段，因为一些技术还有待发展。总之，电池作为纯电动汽车运行的关键，其整体性能对电动汽车有着重大影响，因此有必要积极开发高性能电池。
        （2）电力驱动和控制技术。从纯电动汽车的具体分析来看，电机和驱动系统在这一过程中具有重要的价值，是比较关键的部件。对当今社会纯电动汽车运行实践的调查表明，要想使电动汽车的整体性能良好，驱动电机必须具备一定的条件，如转速较高、起动力矩较大、体积小、质量小等。从实践总结的结果来看，目前纯电动汽车上广泛使用的电机有四种，分别是直流电机、感应电机、永磁无刷电机和开关磁阻电机。近年来，基于感应电机的纯电动汽车电动驱动与控制技术的研究不断深入。从实际研究结果来看，在异步电动机电动汽车的控制实践中主要有两种控制方法，即矢量控制和线性转矩控制。在控制实践中之所以采用线性转矩控制，主要是因为它具有以下突出的优点:1)控制方式相对简单，易于操作。2)控制结构简单，能充分发挥优良的控制性能。3)反应速度较好。这三个方面的优点与纯电动汽车具有很高的兼容性，所以在控制方式的应用中会选择这种方法。在目前欧美国家的电动汽车控制实践中，主要采用这种控制方法。在电动汽车的电动驱动中，对永磁无刷电机的应用研究不断深入。总之，当前的电器驱动以及控制技术研究在不断的深入，而且已经总结出了成系统、可应用的控制技术，这些技术的应用对于电动汽车的发展有重要的意义。

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        （3）电动汽车技术。在纯电动汽车的发展实践中，汽车技术的研究应与时俱进。从现实分析的角度来看，电动汽车是高科技的集成产品，它的高科技不仅体现在电池和电机上，还体现在车身上。而且有些技术，特别是节能技术和措施，比电池储能更容易实现。在汽车的具体开发中，采用镁、铝、复合材料等轻质材料，实现了汽车结构的优化，使汽车本身的质量显著降低。目前的数据表明，轻质材料和复合材料可以降低车身质量30%~50%。从实际分析来看，对车辆的减重有积极的影响，最明显的是在制动、下坡和空转期间的能量回收。在考虑能量回收的基础上，对车身材料进行了优化设计。这样，在动作过程中身体所遇到的阻力就会大大减少，身体动作的整体表现就会更加优越。总之，纯电动汽车整车技术的研究与突破，在车辆运行实践中实现了整车整体性能的优化与提升。
        （4）能源管理技术。电池在纯电动汽车的使用中起着重要的作用，纯电动汽车的整体运行结果与电池的存储特性显著相关。因此，在应用实践中，要保持纯电动汽车良好的性能，电池的比能量和使用寿命是需要考虑的重要因素。在管理实践中，重视电池能源管理，重视技术更新，对开展实际工作具有重要意义。从电动汽车的智能核心分析，它是一个能源管理系统。通过研究分析可以看出，一辆设计良好的纯电动汽车不仅需要具有良好的机械性能和电驱动性能，选择合适的能源来源，还需要有一个能调节各个功能部件的能源管理系统。这个系统可以实现电池和电池组带电状态的检测,基于多种传感信息,如温度、电池的工作条件,有效分配车辆能量,使电池组使用和充电和放电模式实现最协调的状态,将有效地延长电池寿命。
        2 中国纯电动汽车的发展趋势
        （1）经过多年的栽培和财政补贴，中国已成为全球最大的新能源汽车生产国和销售商。2021年后，中国将取消对新能源汽车的补贴，并引入非补贴支持体系，防止新能源汽车出现大幅下滑。非补贴政策包括行政措施(如减税、路权、牌照、禁止销售燃油汽车、政府采购等)、双点、使用和消费(收费和基础设施补贴、新能源汽车停车和免收过路费、减税等)、研发支持(研发资金支持)等。
        （2）从市场竞争的角度来看，未来5年将是新能源行业的阵痛期和快速发展期。随着新能源汽车比例要求的逐步提高、合资企业进入市场的步伐加快、新车的冲击以及市场接受度整体有限，新能源企业之间的竞争将会白热化，目前的市场格局可能会发生改变。但与此同时，市场竞争将有利于消费者树立使用新能源汽车的意识和信心，有利于具有真正实力的企业的发展和成长。因此，新能源汽车企业要想更好地生存和发展，就必须在提高技术实力的同时，认清市场需求，把握销售渠道。私人客户的A00级和a级车型定位为共享旅行需求，很可能成为市场的突破口。
        （3）从技术发展的角度,随着电池技术的进步,充电效率和充电桩的问题得到解决。消费者关心的便利问题,如旅行距离,方便充电也将得到实际的解决方案,使得新能源汽车环境保护和使用低成本的优势得到更大程度的提升。新能源汽车将成为先进制造理念、先进设计理念和先进技术的载体。未来纯电动汽车的技术发展目标是有限里程(400公里以内)+轻量化(全铝车身，集成电驱动系统)+低风阻+低功耗(目标是10kWh/100km) +高安全性+网络应用。
        总之，加强充电基础设施建设，完善充电网络是纯电动汽车进一步发展的关键。实现动力电池和驱动电机的产业化，使纯电动汽车产业规模达到一定程度，降低纯电动汽车成本。随着纯电动汽车关键技术的突破，电池寿命、续航里程、使用成本等问题的解决，纯电动汽车的市场将越来越大，纯电动汽车将成为主流车型。
        参考文献：
        [1]赵静.浅谈纯电动汽车技术状况及发展趋势研究.2018.
        [2]郭崇超.我国电动汽车产业关键技术现状发展研究.2019.