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电动汽车动力系统概述

1电动汽车的定义及发展史(简述)定义:电动汽车是指以车载电源为能量源,部分或全部由电动机驱动车轮行驶,且符合道路交通、安全法规各项要求的车辆。按照目前的技术状态和车辆驱动原理的不同,一般将电动汽车分为三类,为纯电动汽车(BEV)、混合动力汽车(Hybrid-ElectricVehicle,缩写HEV...

1电动汽车的定义及发展史(简述)定义:电动汽车是指以车载电源为能量源,部分或全部由电动机驱动车轮行驶,且符合道路交通、安全法规各项要求的车辆。按照目前的技术状态和车辆驱动原理的不同,一般将电动汽车分为......

1电动汽车的定义及发展史(简述)

定义:电动汽车是指以车载电源为能量源,部分或全部由电动机驱动车轮行驶,且符合道路交通、安全法规各项要求的车辆。按照目前的技术状态和车辆驱动原理的不同,一般将电动汽车分为三类,为纯电动汽车(BEV)、混合动力汽车(Hybrid-ElectricVehicle,缩写HEV)、燃料电池汽车(FCEV)

1.1纯电动汽车(BEV)发展史

19世界后半叶的1873年,英国人罗伯特middot;戴维森(RobertDavidson)制作了世界上最初的可供实用的电动汽车,它是一辆载货车,使用了铁、锌、汞合金与硫酸进行反应的一次性电池。这比德国人戴姆勒(GottliebDaimler)和本茨(KarlBenz)发明汽油发动机汽车早了110年以上。

在1886年1月26日世界上第一辆汽车诞生(汽油机汽车)之前,1881年法国工程师克斯塔夫middot;特鲁夫成功研制了世界上第一辆可充电铅酸电池电动三轮机动车,1881年8-11月参展巴黎国际电器展览会。1882年英国威廉middot;爱德华middot;阿顿(w.E.Ayrton)和约翰middot;培里(John.Perry)两位教授组装成功世界上第二辆电动机动车。1890年法国和英国伦敦的街道上行驶着电动大客车,当时的车用内燃机技术还相当落后,行驶里程短,故障多,维修困难,而电动汽车却维修方便。

1900年美国制造的汽车中,电动汽车为15755辆,蒸汽机汽车1684辆,而汽油机汽车只有936辆。进入20世纪以后,由于内燃机技术的不断进步,1908年美国福特汽车公司T型车问世,以流水线生产方式大规模批量制造汽车使汽油机汽车开始普及,致使在市场竞争中蒸汽机汽车与电动汽车由于存在着技术及经济性能上的不足,使前者被无情的岁月淘汰,后者则呈萎缩状态。

20世纪60年代、70年代汽车污染和石油危机两件大事,对纯电动汽车的研究和开发起到强有力的推动作用。近30年来,世界范围内能源意识和环保意识空前强化,纯电动汽车重新受到高度重视。1986年福特和通用电气公司开发出ETX-I型和Ⅱ型纯电动汽车1990年通用汽车公司开发出ldquo;冲击牌rdquo;纯电动汽车,据悉,这是第一辆为批量生产而设计的现代纯电动汽车。其车身材料采用玻璃纤维,动力系统为32块铅酸电池和两台42KW三相感应电机,最高时速为128km/h,从静止加速到96km/h的时间小于9s,一次充电可行驶144km,被称为20世纪90年代的经典之作。

1.2混合动力汽车(HEV)发展史

今天的混合动力汽车,是内燃机汽车向纯电动汽车发展的过渡形态,在汽车发展的历史上,第一辆混合动力汽车出现在纯电动汽车诞生的20多年以后,但令人惊讶的是,它的动力系统工作原理直到今天仍被用在最新混合动力汽车以及概念车型上。

1900年左右,世界上第一辆混合动力汽车ldquo;罗尼尔-保时捷rdquo;诞生,它的设计来自25岁的费迪南德middot;保时捷,是当今大名鼎鼎的保时捷汽车公司的创始人。

从1920年代开始,混合动力汽车进入了一个近40年的静默期。1966年美国国会通过的一项议案,拂去了电动和混合动力车身上的尘埃。为了减轻日益严重的空气污染,这项议案提倡使用电动汽车。1969年,通用汽车推出了他们的应对之策mdash;mdash;512系列混合动力实验车。GM512甚至比微型车还小,更像个玩具,只能乘坐2人,后置后驱布局。他采用了一套并联式混合动力系统,速度在16公里/小时以内由电动机驱动,16~21公里/小时为电动机和两缸汽油发动机共同工作,21公里/小时以上为汽油机单独提供动力,最高时速为64公里。

进入1980年代后,各大汽车制造商都在进行新能源领域的尝试,奥迪在1989年展出了在奥迪100AventQuattro基础上研发的duo实验车,由12.6马力的电动机驱动后轮,能量来自可充电的镍镉电池,136马力的2.3升5缸汽油机驱动前轮。

1990年代中期,苦心钻研的通用终于修成正果。EV1,世界上第一辆现代意义上的量产电动汽车在1996年上市。但他短暂的生命似乎证明了电动车的生不逢时。

直到1997年,作为全球少数几个发展最快的电动汽车技术国家之一,日本丰田汽车公司首先推出了世界上第一款批量生产的混合动力车型丰田普锐斯。只在日本市场发售,少量被出口到英国、澳大利亚和新西兰。迄今为止全球最畅销的混合动力车就此诞生,在第一年就卖出1.8万辆,而到2011年3月累计销量达到了300万辆。

在混合动力车的历史中,普锐斯是一个重要标志。在经历了近百年风雨之后,混合动力车终于迎来了自己的春天。

1.3燃料电池汽车(FCEV)发展史

燃料电池汽车(FCEV)是电动汽车的一种,它的核心是燃料电池,通过氢气与氧气的化学反应,而不经过燃烧直接把燃料的化学能转换为电能,给电动机提供能源供应。

在一个人们熟悉的水解过程的逆反应实验中,英国的葛洛夫(WilliamGrove)在1839年首次发现并报道了这个过程的发电现象,燃料电池概念从此开始。

一百二十年后,另一英国人培根()研制出5kW的碱性燃料电池组,用作小型机械的动力,使燃料电池走出实验室,应用于人们的生产活动。

20世纪60-70年代,美国首先将燃料电池用于航天,作为航天飞机的主要电源。

1968年,通用汽车公司生产出了世界第一辆可使用的燃料电池电动汽车,该燃料电池汽车以厢式货车为基础制造,装载了最大功率为150kW的燃料电池组,燃料为低温冷藏的液氢,汽车的续驶里程为200km。

到了20世纪90年代,作为解决环境污染和能源供需问题的重要途径之一的燃料电池电动汽车技术受到了空前重视,主要汽车厂商和生产国几乎都投入了大量的人力和物力研发燃料电池电动汽车。1993年加拿大巴拉德(Ballard)公司研制出世界第一辆燃料电池公共汽车。

戴姆勒汽车公司是世界上最大的燃料电池电动汽车厂商之一。从1994年开始,戴姆勒公司相继推出了necarl(NewElectricCarl)、necar2、necar3、necar4和necar5燃料电池电动汽车。

2013-02-06日,世界上第一款量产的燃料电池汽车现代IX35FCV在韩国蔚山工厂下线。

2电动汽车动力系统分类

2.1纯电动汽车动力系统

纯电动汽车(BEV)又叫蓄电池电动汽车,是完全由蓄电池提供电力驱动的电动车。BEV汽车动力系统结构见图2-2,它主要由蓄电池、驱动电机和控制管理系统组成。

图2-1普通内燃机汽车动力系统结构



图2-2纯电动汽车动力系统结构

电动汽车一般分为电动机中央驱动形式和电机轮驱动形式两种。

电动机中央驱动形式,直接借用了内燃机汽车的驱动方案,由发动机前置前驱发展而来,由电动机、离合器、变速箱和差速器组成。用电驱动装置替代了内燃机,通过离合器将电动机动力与驱动轮进行连接或动力切断,变速箱提供不同的传动比以变更转速mdash;功率曲线匹配的需要,差速器实现转弯时两车轮不同车速的行驶。

还有一种双电动机电动轮驱动方式,机械差速器被两个牵引电动机所代替,两个电动机分别驱动各自车轮,转弯时通过电子差速控制以不同车速行驶,省掉了机械变速器。

2.2混合动力电动汽车动力系统

混合动力电动汽车(HybridElectricVehicle,HEV)是采用传统内燃机和电动机作为动力源,通过热能和电力两套系统开动汽车,达到节省燃料和降低排气污染的目的,以求最终解除能源危机和净化环境的目的。

混合动力汽车根据动力传输的路线不同,一般分为三类ldquo;并联式、串联式和混联式rdquo;

以并联式混合动力汽车为例,起步时,利用电动机低转速大扭矩的优点,通常发动机不工作,电动机输出100%的功率给车轮进行驱动。

加速时,发动机启动,以最大功率运行,电动机只输出一小部分动力给车轮,辅助发动机进行工作。

匀速行驶时,发动机按照油耗最小、工作最优的曲线工作,当发动机输出功率大于当前车辆行驶所需求的功率时,多余功率驱动发电机为蓄电池进行充电。

减速,刹车时,发动机关闭,动力输出中断,发电机以再生制动形式对蓄电池充电。

2.2.1并联式混动系统

并联式混合动力汽车是以先进控制技术为纽带的传统内燃机汽车与纯电动汽车的结合,具有内燃机汽车和纯电动汽车两者的优点。

并联式混合动力汽车发动机和电动机分为两套系统,每个系统都可以单独向传动系统提供扭矩。不同路面工况下,发动机和发电机可以共同配合驱动也可以单独

驱动,结构图见图2-3.


图2-3并联式混动动力系统组成

并联式混合动力汽车在实际的道路上运行十分复杂,主要包括:起步、加速、巡航、减速、制动、上坡、下坡、倒车、停车等。并联式混合动力汽车由于发动机和电机的高效工作区域并不相同,为了发挥并联式混合动力系统的优势,汽车应根据不同运行工况,采取与之相适应的工作模式,以提高车辆整体动力性、经济性及排放性。根据不同的工况要求和能量分配方案可将并联式混合动力汽车工作模式分为为六种基本模式:怠速/停车模式、纯电动模式、纯发动机模式、混合驱动模式、行车充电模式和再生制动模式。

2.2.2串联式混动系统

串联式混合动力系统是混动系统中最为简单的一种,取消了传统汽车中的变速箱,整体结构类似于纯电动汽车加一个汽油发电机。因为发动机运行发电时一直被控制在最佳转速工作区间,所以中低速行驶时,比传统汽车油耗更低,可以节省30%左右燃油。同时,串联式混动系统缺点也比较明显,因为发动机动能要经过二次转换才能为发电机供电,能量损失较大,所以汽车高速行驶时串联混动系统往往比普通汽油发动机油耗还要高。


图2-4串联式混动

2.2.3混联式混动系统

混联式混动系统综合了并联和串联式混动系统结构,由发动机、动力分配机构、发电机、电机控制器、电动机和动力电池组成。发动机的动力经过动力分配器后分成两部分,一部分直接驱动车辆,形成机械传输通道,另一部分带动发电机。

混联式电动汽车起步和低速段采用纯电动和串联模式,充分利用串联式的优点,可以充分利用车辆对电能输出要求低的时间段,比如等红绿灯、堵车等发动机怠速时段高效率补充储能器电能,发动机在满足相关条件情况下也可以熄火;在经济时速段采用发动机直接驱动模式,没有电能转换损失和传动损失,发动机工作在最佳工作区,效率高;在急加速、爬坡等特殊工况下,采用混合驱动模式,在保证动力性的同时兼顾系统效率。

相比串联式混合动力只能依靠电机驱动车辆行驶,混联式可以通过优化控制策略,使发动机和驱动电机辅助车辆驱动,充分发挥驱动电机低速时大扭矩输出和高速时发动机高效率低油耗工作,动力性佳。

相比并联式混合动力两套驱动系统,混联式混合动力系统结构更优化;可以更加灵活地根据工况来调节内燃机的功率输出和电机的运转。

混联式混合动力系统控制策略更灵活,可以实现发动机怠速启停,大大消除城市路况中发动机怠速的排放、噪音及油耗。


混联式混合动力可以高效回收减速和制动时的能量,减少传统制动元器件的损耗。节油率比串并联混合动力系统高。

图2-5混联式混动

2.3燃料电池电动汽车动力系统

燃料电池汽车(FCV)是一种用车载燃料电池装置产生的电力作为动力的汽车,燃料为高纯度氢气或含氢燃料经重整所得到的高含氢重整气。作为燃料的氢在汽车搭载的燃料电池中,与大气中的氧发生氧化还原反应,产生电能来驱动电动机工作。

与传统汽车相比,燃料电池汽车在构造及动力传输等方面有很大不同,对汽车的整体设计提出了非常高的要求。传统汽车中的发动机、变速器在燃料电池汽车中不复存在,取而代之的是燃料电池反应堆、蓄电池、储氢罐、电动机、交流/直流转换器等设备。

与其他类型电动汽车相比,燃料电池汽车有以下几个优点:

1、低排放或0排放

2、运行平稳,几乎无噪音。

3、能量转换效率极高,燃料电池的化学能转化效率理论能达到100%,现阶段实际效率已达60%-80%。

4、质量较轻,不需要像纯电动汽车那样安装大质量电池。

5、续航里程较长,采用燃料电池发电系统作为能量源,克服了纯电动汽车续驶里程短的缺点,其长途行驶能力及动力性已经接近于传统汽车。

图2-6
燃料电池电动汽车

3电动汽车动力系统的组成及工作原理

3.1纯电动汽车动力系统组成及工作原理

纯电动汽车的工作原理为:蓄电池组(提供电能)rarr;控制器、功率转换器(调速控制)rarr;驱动电动机rarr;传动系统(驱动车轮)rarr;汽车行驶。

不同于燃油汽车在变速时复杂的挡位变化过程,电动汽车的变速有些类似于手机声音的大小,调节音量按钮,手机的声音就可以变大变小。在电动汽车上,驾驶人也是通过操控制动踏板和加速踏板来改变车速,实际上控制的是电能的大小。

驾驶人踩下加速踏板rarr;传感器检测踏板的移动量rarr;该值被传递到电控系统rarr;电控系统向电机控制器发出指令rarr;电机控制器计算电机的各项指标rarr;控制电机工作。

轻轻踩下加速踏板时,电池的放电电流较小。用力踩下加速踏板时,电池的放电电流就会很大。减速时也是一样,所有的需求最终都以可控制的电能形式在汽车内部的部件间传递。

纯电动汽车与燃油汽车在结构上的最大区别在于动力系统和能源供应系统。电动汽车相对燃油汽车,最主要的改动是将燃油汽车的内燃机与油箱用匹配的蓄电池、电动机、调速器及相关设备来代替。

纯电动汽车没有发动机,因此取消了燃油汽车上与发动机相关的零件。在纯电动汽车中,不需要发动机、变速器、油箱、燃油供给装置、燃油喷射装置、火花塞、进气管、排气管、三元催化转化器以及消声器等零件,甚至连车头上的进气格栅都不需要。增加的电气部件主要有蓄电池、电动机、控制器等。纯电动汽车用电动机代替了发动机,用控制器控制车辆运行等。

对比发现,纯电动汽车与燃油汽车在外观上看不出区别(除排气管),但纯电动汽车内部结构相对简单,零件也比燃油汽车少得多,维护方便。

3.2混合动力汽车动力系统组成及工作原理

混合动力车通常具有2个或2个以上的能量源,是传统内燃机车与电动车的有效组合。作为多动力源系统,混合动力车需要在能量管理系统的协调控制作用下,合理分配整车的能量源,优化各个动力总咸部件的工作特性,实现多个动力源与其它部件的合理匹配,以适应不同的行驶工况,达到整车动力性、经济性和排放性最佳。

并联式混合动力系统由发动机、变速器、电机、电机控制器和动力电池组成,其中电机既可作为电动机使用,也可作为发电机使用。采用并联式混合动力系统的电动汽车有两个独立的驱动系统,即传统的发动机驱动系统和电机驱动系统。车辆驱动力由发动机和电机同时或单独供给,也就是说,两个动力系统既可以同时协调工作,也可以各自单独工作来驱动汽车。两个动力系统同时工作时,以机械方式实现动力耦合,动力的流向为并联,所以称为并联式混合动力系统。

并联式混动汽车发动机与电动机的输出轴分别于动力合成器输入端进行机械连接,输出动力通过动力合成器输出轴传递到机械传动装置,驱动车辆行驶。燃油箱与发动机之间是管路连接,电动机与电动机控制器、电动机控制器与蓄电池组之间均是电缆连接。

并联式混合动力电动汽车与串联式混合动力电动汽车的最大区别在于发动机与机械传动装置存在机械连接,直接参与车辆的驱动。

串联式动力由发动机、发电机和电动机三部分动力总成组成,它们之间用串联方式组成SHEV动力单元系统,发动机驱动发电机发电,电能通过控制器输送到电池或电动机,由电动机通过变速机构驱动汽车。小负荷时由电池驱动电动机驱动车轮,大负荷时由发动机带动发电机发电驱动电动机。

在串联式混动汽车工作过程中,发动机有两种工作模式,经济模式和功率模式,串联式的控制策略就是尽量把发动机控制在经济模式下工作,发动机的经济模式区域一般在发动机最大负荷的60%-80%。

这种串联混动模式非常适用于城市公交车。从城市公交车的行驶特征来看,城市公交车运行的平均车速低,频繁地起动和停车(包括到站停车),负荷变化频繁以及高负荷、长时间处于怠速状态等。对于传统内燃机公交车或并联式混合动力公交车,由于发动机需要直接参与驱动,受到运行工况的影响,发动机大量时间运行于低效区,基本上的平均效率15%-20%。而串联式混合动力公交车,由于发动机与车辆运行机械上完全分离,发动机不受行驶工况影响,直接运行于发动机高效区通过发电机发电给驱动电机提供电能或者给动力电池充电,平均效率可达到30%-36%。


3.21混合动力车的工作模式和能量流动

1.SHEV的工作模式和能量流动

(1)发动机-发电机组单独供电模式

在正常工作时,发动机-发电机组发出的电能直接驱动电机,电机驱动车轮,实现汽车行驶。如图1能量流动线路为发动机rarr;发电机rarr;电机rarr;驱动轮。

(2)动力蓄电池组单独供电模式

在起动、低速行驶时,发动机关闭,蓄电池组单独驱动电机以驱动汽车行驶。这样可以实现串联式混合动力汽车的零排放,以满足市中心等某些排放要求严格的地区的要求。在发动机-发电机组出现故障时,还可以使用蓄电池的剩余电量将汽车开到最近的维修点。如图1,此时的能量流动线路为蓄电池rarr;电机rarr;车轮。

(3)发动机-发电机组和蓄电池共同供电

在全负荷加速或重载工况下,当发动机的最大功率不足以满足汽车的需求时,则由蓄电池组提供所需峰值功率,此时,汽车的负载功率等于发动机-发电机组输出功率和蓄电池组输出功率之和。

(4)发动机-发电机组向蓄电池组充电模式

汽车在行驶过程中,当蓄电池组的充电状态SOC低于预先设定的低限值,则需要发动机向蓄电池组充电,直到蓄电池组SOC超过预先设定的高限值,由蓄电池向电机供电,驱动汽车。如图1,这时的能量流动线路为发动机rarr;发电机rarr;蓄电池。

(5)再生制动模式

2.PHEV的工作模式和能量流动

(1)纯电动模式

在汽车起步时,动力蓄电池组提供电能来驱动电机,利用电机低速大扭矩的特性使车辆起步;在城市道路上车辆低速运行时,为避免发动机工作在低效率和高排放的工作范围,高效且动态特性好的电机可以单独驱动汽车低速运行。如图2所示,此时的能量流动路线为蓄电池组rarr;电机rarr;车轮。

(2)纯发动机模式

车辆在正常经济工况(中、高速)行驶时,车辆以发动机驱动模式行驶,保持发动机在高效率工况下运转。如图2,此时的能量流动路线为发动机rarr;变速器rarr;驱动桥rarr;车轮。

(3)混合驱动模式

在城市中加速行驶或爬坡时,发动机和电机共同工作。发动机工作在高效区,同时电机提供辅助的功率满足车辆在加速或爬坡时对功率的要求。如图2,此时的能量流动路线为:(1)发动机rarr;变速器rarr;驱动桥rarr;车轮;(2)蓄电池rarr;电机rarr;变速器rarr;驱动桥rarr;车轮。

(4)发动机驱动+发电模式

当动力蓄电池组的SOC较低时,发动机可以反向驱动电机对蓄电池组充电;汽车正常运行工况下当发动机输出功率大于车辆需求功率时,发动机一部分可以驱动以发电状态工作的电机向蓄电池充电。如图2,此时的能量流动路线为:(1)发动机rarr;变速器rarr;驱动桥rarr;车轮(2)发动机rarr;电机/发电机rarr;蓄电池组。

(5)再生制动模式

车辆滑行、下坡、减速或制动时,车轮通过驱动桥反向拖动电机变为发电机发电,把能量储存在蓄电池组内,回收部分制动能量。如图2,此时的能量流动路线为:车轮rarr;驱动桥rarr;电机变为发电机rarr;蓄电池组。

(6)停车充电模式

起步前或停车后,如果蓄电池SOC很低,可以进行停车充电,如图2,此时的能量流动路线为:发动机rarr;电机/发电机rarr;蓄电池组。

3.PSHEV的工作模式和能量流动

(1)纯电动模式

车辆起动时,动力蓄电池组向电机提供电能,由驱动电机驱动车辆,此时的能量流动路线为:蓄电池组rarr;电机rarr;驱动桥rarr;车轮。

(2)发动机+发电机+充电模式

在正常行驶时,发动机功率通过动力分配装置分为二条路线,一条是通过动力分配装置直接传到驱动桥,另一条是驱动发电机发电,给蓄电池充电。此时的能量流动路线为:(1)发动机rarr;动力分配装置rarr;驱动桥rarr;车轮;(2)发动机rarr;动力分配装置rarr;发电机rarr;蓄电池组。

(3)混合驱动模式

在车辆加速或爬坡时,此时发动机通过动力分配装置到驱动桥,而电机从蓄电池获得能量,此时系统工作在混合模式。此时的能量流动路线为:(1)发动机rarr;动力分配装置rarr;驱动桥rarr;车轮;(2)蓄电池组rarr;电机rarr;驱动桥rarr;车轮。

(4)再生制动模式

在滑行、下坡、减速或制动时,利用电机的反拖作用,电机作为发电机发电,向蓄电池充电。此时的能量流动路线为:车轮rarr;驱动桥rarr;电机变为发电机rarr;蓄电池组。

3.3燃料电池汽车动力系统组成及工作原理

燃料电池的种类繁多,通常燃料电池可以依据工作温度、燃料种类、电解质类型进行分类。燃料电池按照工作温度来划分,有低温、中温、高温和超高温燃料电池。按照电解质来划分,大致上可分为以下五类:碱性燃料电池(Alkalinefuelcell,AFC);磷酸燃料电池(PhosphoricAcidfuelcell,PAFC);固体氧化物燃料电池(Solidoxidefuelcell,SOFC);熔融碳酸盐燃料电池(Moltencarbonatefuelcell,MCFC);质子交换膜燃料电池(Protonexchangemembranefuelcell,PEMFC)。


五种燃料电池的主要特征比较

目前,燃料电池汽车大多采用质子交换膜燃料电池作为动力源。其单电池由阳极、阴极和质子交换膜组成,阳极为氢燃料发生氧化的场所,阴极为氧化剂还原的场所,两极都含有加速电极电化学反应的催化剂,质子交换膜作为传递H+的介质,只允许H+通过,而H2失去的电子则从导线通过。工作时相当于一直流电源,阳极即电源负极,阴极即电源正极。

其反应过程如下:

在阳极一侧输入易被氧化的燃料(如氢气),阴极一侧输入氧化剂(氧气、空气),接通外电路,便有电流流过负载。电池中发生的反应为:

4电动汽车动力系统的未来

纯电动汽车代表着汽车工业未来发展的方向,但是,即使全球各地都有电动汽车陆续上路,如何克服驱动系统和电池容量、效率以及充电方式便利性等问题,都是电动汽车商业化的关键。从技术角度看,现有电池汽车存在下列主要问题:

1.续驶行程有限。目前市场上使用的电动汽车一次充电后的典型续驶里程一般为100至300km,相比传统内燃机汽车而言,电动汽车的较短的续驶里程成为其ldquo;致命rdquo;的弱点。

2.电池寿命太短。尽管电池品种繁多,各有特点,但其装备电动汽车后,普遍存在续驶里程短、加速动力差且寿命短等问题。镍锡电池、锂离子电池成本高、可回收性差,但其加速动力足、寿命较长。钠硫电池的比能量较高,能够提供较长的续驶里程和较大的加速动力,但它要求的工作环境较苛刻,且其活性物质具有强腐化性并易爆炸。金属空气电池虽然具有明显的安全、干净、低成本等特点,但目前还只是发展的初期阶段。就整体来看,还没有非常理想的电池。

3.电池尺寸、重量的制约。现有电动汽车所使用的电池,都不能在储存足够能量的前提下保持合理的尺寸和重量。例如,现有电动汽车电池的外体积一般要达到550L,把这么大体积的电池用于家庭轿车上时,就必然要挤占轿车的行李厢空间甚至乘客空间。同样,一部重量为2000kg的电动汽车,其电池重量达到了1270kg,这也必然使其总体性能大打折扣。

4.电动车价格昂贵。主要是电池技术复杂,成本太高,另外也由于采用一系列新材料、新技术,致使电动汽车的造价居高不下。

5.间接污染严重。电动汽车本身虽无排放污染,但其间接污染也是不能忽视的。

电动汽车是未来汽车发展的一个方向,但任何市场形成的主要因素仍在于消费者。如何让消费者在方便的时间、地点,很容易地取得车辆所需的动力能源,提升车辆的附加价值,都是电动汽车走近大众必须加以解决的问题。

除了电池,电机也是电动汽车动力系统发展中不可忽略的因素。早期的电动汽车用驱动电机大多采用直流电机。但随着微电子、电力电子技术和自动化控制技术的快速发展,以特斯拉为首的电动汽车上多采用交流感应电机作为驱动电机。与直流电机相比,其结构简单坚固、质量轻、体积小、低成本、效率高、价格低廉。

根据国外资料介绍,近年来,美欧开发的电动客车多采用交流异步电机,为了降低车重,电机壳体多采用铝合金材料,电机恒功率范围较宽,最高转速可达基速的2-2.5倍。

日本近年来大多采用永磁同步电机,产品功率等级覆盖3-123KW,电机恒功率范围很宽,最高转速可达基速的5倍。

电动汽车用电机驱动系统技术发展趋势基本可以归纳为永磁化、数字化和集成化。永磁电机具有效率高、比功率较大、功率因数高、可靠性高和便于维护的优点。采用矢量控制的变频调速系统,可使永磁电动机具有宽广的调速范围。因此,电机的永磁化成为电机驱动技术的重要发展方向之一。永磁电机是电动汽车尤其是轿车的主流技术,永磁磁阻式比表贴式更适合电动汽车应用。数字化也是未来电机驱动技术发展的必然趋势。数字化不仅包括驱动控制的数字化,驱动到数控系统接口的数字化,而且还应该包括测量单元数字化。随着微电子学及计算机技术的发展,高速、高集成度、低成本的微机专用芯片以及数字信号处理等的问世及商品化,使得全数字的控制系统成为可能。用软件最大程度上地代替硬件,除完成要求的控制功能外,还具有保护、故障监控、自诊断等其他功能。全数字化是电动车控制乃至交流传动系统的重要发展方向之一。

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