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電動汽車的關鍵能源技術包括哪些?

放大字體 縮小字體 發布日期:2021-08-31 19:01:02   來源:新能源汽車網  編輯:全球新能源汽車網  瀏覽次數:373
核心提示:2021年08月31日關于電動汽車的關鍵能源技術包括哪些?的最新消息:電動汽車的關鍵能源動力技術包括電池技術、電機技術、控制器技術。電池技術、電機技術和控制器技術是電動汽車所特有的技術,這三項技術也是一直制約電動汽車大規模進入市場的關鍵因素。一、電池
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電動汽車的關鍵能源動力技術包括電池技術、電機技術、控制器技術。電池技術、電機技術和控制器技術是電動汽車所特有的技術,這三項技術也是一直制約電動汽車大規模進入市場的關鍵因素。

一、電池技術

電池是電動汽車的動力源泉,也是一直制約電動汽車發展的關鍵因素。電動汽車用電池的主要性能指標是比能量(E) 、能量密度(Ed)、比功率(P)、循環壽命(L)和成本(C)等。要使電動汽車能與燃油汽車相競爭,關鍵就是要開發出比能量高、比功率大、使用壽命長的高效電池。

電動汽車用電池經過了3代的發展,已經取得了突破性進展。

第1代是鉛酸電池,目前主要是閥控鉛酸電池(VRLA) ,由于其比能量較高、價格低和能高倍率放電, 因此是目前惟一能大批量生產的電動汽車用電池。

第2代是堿性電池,主要有鎳鎘、鎳氫、鈉硫、鋰離子和鋰聚合物等多種電池,其比能量和比功率都比鉛酸電池高,因此大大提高了電動汽車的動力性能和續駛里程,但其價格卻比鉛酸電池高。

第3代是以燃料電池為主的電池,燃料電池直接將燃料的化學能轉變為電能,能量轉變效率高,比能量和比功率都高,并且可以控制反應過程,能量轉化過程可以連續進行,因此是理想的汽車用電池還處于研制階段,一些關鍵技術還有待突破。

廣泛應用于電動汽車的燃料電池是一種稱為質子交換膜的燃料電池(PEMFC) ,它以純氫為燃料,以空氣為氧化劑,不經歷熱機過程,不受熱力循環限制,因此能量的轉換效率高,是普通內燃機熱效率的2~3倍。同時,它還具有噪音低、無污染、壽命長、啟動迅速、比功率大和輸出功率可隨時調整等特性,使得PEMFC非常適合用作交通工具的動力源。

二、電機技術

電動汽車驅動電機是所有電動汽車必不可少的關鍵部件。使用較多的有直流有刷、永磁無刷、交流感應和開關磁阻4種電機。

直流有刷電機結構簡單,技術成熟,具有交流電機所不可比擬的優良電磁轉矩控制特性,所以直到20世紀80年代中期,仍是國內外電動汽車用電機的主要研發對象。但是,由于直流電機價格高,體積和質量大,因此在電動汽車上的應用受到了限制。

永磁無刷電機可以分為由方波驅動的無刷直流電機系統(BLD— CM)和由正弦波驅動的無刷直流電機系統(PMSM) ,它們都具有較高的功率密度,其控制方式與感應電機基本相同,其主要優點是效率可以比交流感應電機高6個百分點,因此在電動汽車上得到了廣泛的應用,是當前電動汽車用電動機的研發熱點。這類電機具有較高的能量密度和效率,其體積小、慣性低、響應快,非常適應于電動汽車的驅動系統,有極好的應用前景。但價格較貴,永磁材料一般僅耐熱12c=0I以下。目前,由日本研制的電動汽車主要采用這種電機。

交流感應電機也是較早用于電動汽車驅動的一種電機,它的調速控制技術比較成熟,具有結構簡單、體積小、質量小、成本低、運行可靠、轉矩脈動小、噪聲低、轉速極限高和不用位置傳感器等優點,但因轉速控制范圍小、轉矩特性不理想,因此不適合頻繁啟動、頻繁加減速的電動汽車。美國以及歐洲研制的電動汽車多采用這種電機。

開關磁阻電機(SRM)具有簡單可靠、可在較寬轉速和轉矩范圍內高效運行,控制靈活、4象限運行、響應速度快和成本較低等優點。但實際應用發現,SRM存在著轉矩波動大、噪聲大、需要位置檢測器等缺點,所以應用受到了限制。

四種電機各有優缺點,但是對于電動汽車而言,由于電能是由各類電池提供的,價格昂貴而彌足珍貴,所以使用相對效率最高的永磁無刷電機是較為合理的,它已被廣泛應用于功率小于100kW 的現代電動汽車上。

三、控制器技術

控制器技術的變速和方向變換是靠電動機調速控制裝置來完成的,其原理是通過控制電動機的電壓和電流來實現電動機的驅動轉矩和旋轉方向的控制。目前電動汽車上應用較廣泛的是晶閘管斬波調速,通過均勻改變電機的端電壓,控制電機的電流,來實現電機的無級調速。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(如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。

在驅動電機的旋向變換控制中,直流電機依靠接觸器改變電樞或磁場的電流方向,實現電機的旋向變換,這使得控制電路復雜、可靠性降低。當采用交流異步電機驅動時,電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。

隨著電機及驅動系統的發展, 控制系統趨于智能化和數字化。變結構控制、模糊控制、神經網絡、自適應控制、專家系統、遺傳算法等非線性智能控制技術,都將各自或結合應用于電動汽車的電機控制系統。它們的應用將使系統結構簡單,響應迅速,抗干擾能力強,參數變化具有魯棒性,可大大提高整個系統的綜合性能。

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