電動汽車未來的發展趨勢【轉載】

2016-01-20

 電動汽車是指以車載電源為動力,用電機驅動車輪行駛,符合道路交通、安全法規各項要求的車輛。它使用存儲在電池中的電來發動。在驅動汽車時有時使用12或24塊電池,有時則需要更多。


1、電動車技術特點

無污染,噪聲低

電動汽車無內燃機汽車工作時產生的廢氣,不產生排氣污染,對環境保護和空氣的潔凈是十分有益的,幾乎是“零污染”。眾所周知,內燃機汽車廢氣中的CO、HC及NOX、微粒、臭氣等污染物形成酸雨酸霧及光化學煙霧。電動汽車無內燃機產生的噪聲,電動機的噪聲也較內燃機小。噪聲對人的聽覺、神經、心血管、消化、內分泌、免疫系統也是有危害的。

能源效率高,多樣化

電動汽車的研究表明,其能源效率已超過汽油機汽車。特別是在城市運行,汽車走走停停,行駛速度不高,電動汽車更加適宜。電動汽車停止時不消耗電量,在制動過程中,電動機可自動轉化為發電機,實現制動減速時能量的再利用。有些研究表明,同樣的原油經過粗煉,送至電廠發電,經充入電池,再由電池驅動汽車,其能量利用效率比經過精煉變為汽油,再經汽油機驅動汽車高,因此有利于節約能源和減少二氧化碳的排量。另一方面,電動汽車的應用可有效地減少對石油資源的依賴,可將有限的石油用于更重要的方面。向蓄電池充電的電力可以由煤炭、天然氣、水力、核能、太陽能、風力、潮汐等能源轉化。除此之外,如果夜間向蓄電池充電,還可以避開用電高峰,有利于電網均衡負荷,減少費用。

●結構簡單,使用維修方便電動汽車較內燃機汽車結構簡單,運轉、傳動部件少,維修保養工作量小。當采用交流感應電動機時,電機無需保養維護,更重要的是電動汽車易操縱。

●動力電源使用成本高,續駛里程短目前電動汽車尚不如內燃機汽車技術完善,尤其是動力電源(電池)的壽命短,使用成本高。電池的儲能量小,一次充電后行駛里程不理想,電動車的價格較貴。但從發展的角度看,隨著科技的進步,投入相應的人力物力,電動汽車的問題會逐步得到解決。揚長避短,電動汽車會逐漸普及,其價格和使用成本必然會降低。

2、電動車基本結構電動汽車的組成包括電力驅動及控制系統、驅動力傳動等機械系統、完成既定任務的工作裝置等。電力驅動及控制系統是電動汽車的核心,也是區別于內燃機汽車的最大不同點。電力驅動及控制系統由驅動電動機、電源和電動機的調速控制裝置等組成。電動汽車的其他裝置基本與內燃機汽車相同。

2.1.電源

電源為電動汽車的驅動電動機提供電能,電動機將電源的電能轉化為機械能,通過傳動裝置或直接驅動車輪和工作裝置。目前,電動汽車上應用最廣泛的電源是鉛酸蓄電池,但隨著電動汽車技術的發展,許多新型電池也在發展中。這些電源(電池)主要有鈉硫電池、鎳鉻電池、鋰電池、燃料電池、飛輪電池等,新型電源的應用,為電動汽車的發展開辟了廣闊的前景。

2.2.驅動電動機

驅動電動機的作用是將電源的電能轉化為機械能,通過傳動裝置或直接驅動車輪和工作裝置。目前電動汽車上廣泛采用直流串激電動機,這種電機具有"軟"的機械特性,與汽車的行駛特性非常相符。但直流電動機由于存在換向火花,比功率較小、效率較低,維護保養工作量大,隨著電機技術和電機控制技術的發展,勢必逐漸被直流無刷電動機(BCDM)、開關磁阻電動機(SRM)和交流異步電動機所取代。

2.3.電動機調速控制裝置

電動機調速控制裝置是為電動汽車的變速和方向變換等設置的,其作用是控制電動機的電壓或電流,完成電動機的驅動轉矩和旋轉方向的控制。

早期的電動汽車上,直流電動機的調速采用串接電阻或改變電動機磁場線圈的匝數來實現。因其調速是有級的,且會產生附加的能量消耗或使用電動機的結構復雜,現在已很少采用。目前電動汽車上應用較廣泛的是晶閘管斬波調速,通過均勻地改變電動機的端電壓,控制電動機的電流,來實現電動機的無級調速。在電子電力技術的不斷發展中,它也逐漸被其他電力晶體管(入GTO、MOSFET、BTR及IGBT等)斬波調速裝置所取代。從技術的發展來看,伴隨著新型驅動電機的應用,電動汽車的調速控制轉變為直流逆變技術的應用,將成為必然的趨勢。

在驅動電動機的旋向變換控制中,直流電動機依靠接觸器改變電樞或磁場的電流方向,實現電動機的旋向變換,這使得電路復雜、可靠性降低。當采用交流異步電動機驅動時,電動機轉向的改變只需變換磁場三相電流的相序即可,可使控制電路簡化。此外,采用交流電動機及其變頻調速控制技術,使電動汽車的制動能量回收控制更加方便,控制電路更加簡單。

2.4.傳動裝置

電動汽車傳動裝置的作用是將電動機的驅動轉矩傳給汽車的驅動軸,當采用電動輪驅動時,傳動裝置的多數部件常??梢院雎?。因為電動機可以帶負載啟動,所以電動汽車上無需傳統內燃機汽車的離合器。因為驅動電機的旋向可以通過電路控制實現變換,所以電動汽車無需內燃機汽車變速器中的倒檔。當采用電動機無級調速控制時,電動汽車可以忽略傳統汽車的變速器。在采用電動輪驅動時,電動汽車也可以省略傳統內燃機汽車傳動系統的差速器。

2.5.行駛裝置

行駛裝置的作用是將電動機的驅動力矩通過車輪變成對地面的作用力,驅動車輪行走。它同其他汽車的構成是相同的,由車輪、輪胎和懸架等組成。

2.6.轉向裝置

專項裝置是為實現汽車的轉彎而設置的,由轉向機、方向盤、轉向機構和轉向輪等組成。作用在方向盤上的控制力,通過轉向機和轉向機構使轉向輪偏轉一定的角度,實現汽車的轉向。多數電動汽車為前輪轉向,工業中用的電動叉車常常采用后輪轉向。電動汽車的轉向裝置有機械轉向、液壓轉向和液壓助力轉向等類型。

2.7.制動裝置

電動汽車的制動裝置同其他汽車一樣,是為汽車減速或停車而設置的,通常由制動器及其操縱裝置組成。在電動汽車上,一般還有電磁制動裝置,它可以利用驅動電動機的控制電路實現電動機的發電運行,使減速制動時的能量轉換成對蓄電池充電的電流,從而得到再生利用。

2.8.工作裝置

工作裝置是工業用電動汽車為完成作業要求而專門設置的,如電動叉車的起升裝置、門架、貨叉等。貨叉的起升和門架的傾斜通常由電動機驅動的液壓系統完成。

3、電動汽車的技術內容包括:

●驅動電池技術:鎳氫電池,鎳鎘電池,鉛酸電池,鈉硫電池,鋰離子電池、燃料電池等,應具有比功率和比能量高,能滿足動力性和續駛里程的要求:充電時間短、充電動循環多,以方便使用和保證壽命。

●電機技術:主要有四種電機:直流電機、永磁電機、開關磁阻電機、交流感應電機。要求重量輕、效率高、可靠性好。

●驅動系統控制與集成技術:多采用單片機和功率器件配合作為控制系統,功率器件主要使用IGBT(絕緣柵雙極晶體管)。

●電池監視與管理系統技術

●充電系統技術

●電動汽車整車布置及匹配技術

二、現狀及國內外發展趨勢

二十世紀九十年代以來,國外將電動汽車技術的重點放在關鍵的電池技術研究上,美國三大汽車公司投資26億美元,進行合作研究,美國電池制造商聯合進行的USABC項目也把目標指向電動汽車用的電池。目前電池技術的現狀與電動汽車的實用要求還有相當距離,使電動汽車在動力性能、續駛里程、制造成本和可靠性等方面無法和常規汽車相比。電動汽車的前景基本上取決于電池技術的突破。近年來鎳氫、鋰、燃料等類電池被相對看好,投入大量資金進行研究,鉛酸、鎳鎘等傳統電池的改進工作也在進行。

國家科委、計委在"八五"、"九五"期間組織了電動汽車的攻關課題,最近又把電動汽車項目列入"十五"規劃,國內大型汽車企業、高等院校、研究單位對電動汽車的研究也持積極的態度,通過改裝電動汽車,進行了多輪試制,力爭在"十五"結束時達到電動汽車的產業化。

三、"十五"目標及主要研究內容

①目標:解決關鍵技術,完成可實用的電動汽車的開發,并實現產業化。

②主要研究內容:電動汽車的總體設計;先進的電池技術;電動機及控制驅動系統;整車監控與管理系統、使用環境與配套技術等。

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