常泽楠

摘要：随着石油资源的快速消耗以及燃油汽车对环境破坏的日益严重，纯电动汽车因自身能源效率高，清洁环保无污染，且易于维修等特点越来越符合当今汽车行业发展的需求。本文在对纯电动汽车组成模块和工作原理进行阐述的基础上，分析了纯电动汽车的关键技术环节，并对其技术难点进行了深入剖析，指明了纯电动汽车技术的发展方向，为纯电动汽车行业的发展提供了参考。

Abstract： With the rapid consumption of petroleum resources and the increasingly serious environmental damage caused by oil-fueled vehicles， pure electric vehicles are more and more in line with the development needs of today's automobile industry due to their high energy efficiency， clean environmental protection and no pollution， and easy maintenance. On the basis of the composition module and principle of pure electric vehicle， this paper analyzes the key technical links of pure electric vehicle， and makes an in-depth analysis of its technical difficulties， pointing out the development direction of pure electric vehicle technology， and providing a reference for the development of pure electric vehicle industry.

關键词：纯电动汽车;组成模块;关键技术;发展方向

Key words： battery electric vehicle;constitute a module;key technologies;the development direction

0  引言

21世纪以来，面对全球日益严峻的能源短缺和环境污染等问题，美日欧中相继将汽车产业进行结构化改革，形成了从传统内燃机汽车到混合动力汽车，再到纯电动汽车的产业结构转变。我国的纯电动汽车发展较晚，目前正处于探索阶段，仍存在众多需要攻克的技术难点问题，因此对纯电动汽车的关键技术环节及技术难点进行分析，就显得尤为重要。

1  纯电动汽车概述

纯电动汽车（Battery Electric Vehicles，BEV）是一种仅依靠蓄电池提供动力的新能源汽车，它是在混合动力汽车的基础上发展而来的[1]。首先，与混合动力汽车相比，纯电动汽车能源利用率高，且无废气污染物排放。其次，纯电动汽车无内燃机、油箱、冷却和排气系统等零部件，大大减少了汽车内部的机械结构，从而有效地减轻汽车车身重量，降低车辆的磨损和噪音。此外，纯电动汽车于夜间蓄电，可避开用电高峰期，有利于电网均衡负荷，降低成本。

1.1 纯电动汽车结构

纯电动汽车主要由三大模块组成，即车载电源模块、电力驱动模块、以及辅助模块构成。其中，电力驱动模块是纯电动汽车的核心部分，主要包括控制单元、驱动控制器、电动机、车轮以及机械传动装置，其主要功能即将车载蓄电池的电能转变成汽车行驶的动能，并在汽车减速行驶时，将车轮的动能回收转化为电能。由车载蓄电池、充电控制器以及能量管理系统组成的车载电源模块，其主要功能是保证对电动机进行稳定供电，并实时监测反馈车载电源的消耗情况，以便及时控制充电设备对车载蓄电池进行充电。辅助模块主要由动力转向单元、驾驶室操纵台、辅助动力源以及其他辅助装置组成，其主要是为了提高汽车操控性、舒适性、安全性而设置的。（图1）

1.2 纯电动汽车工作原理

由图1可知，在纯电动汽车正常行驶时，中央控制单元通过加速/制动踏板输入的信号，向驱动控制器发出相应指令，从而对电动机的启动、制动、加/减速以及电动机的转向进行控制。

纯电动汽车的电动机具有二重性，既可以输出电能，又能够回收电能。在正常行驶时，电动机将蓄电池提供的电能转化为机械能，通过传动装置将电动机的转矩传递给车轮，驱动汽车向前行驶;在减速和制动时，电动机又将车轮的动能转化为电能，回收储存于蓄电池中，提高能量的利用效率。

2  纯电动汽车关键技术及难点分析

目前，在科研人员的不懈努力下，纯电动汽车已实现批量化生产，广泛应用于生产生活中，但由于纯电动汽车的研发涉及众多知识体系和多项学科领域，其各项技术尚未完全成熟。其中，整车控制技术、电池及管理技术、电机及控制技术以及汽车车身轻量化技术，是纯电动汽车架构体系中最为重要的四项关键技术，下面一一论述。

2.1 整车控制技术

整车控制技术是纯电动汽车研究的重要领域，其主要是在汽车传感器对行驶速度、温度、油门踏板等信息进行监测和采集后，经整车控制系统处理反馈给车辆的电力系统和动力控制系统，进而对汽车传达相应的调控指令。

一般而言，纯电动汽车的整车控制系统由两条总线构成，分别为驱动电动机控制器、组合仪表以及EPS的高速CAN总线（一般为lMbps）以及控制真空助力制动系统以及充电动机的低速CAN总线（一般为125kbps）。高速CAN总线上，其每个节点均为各个子系统的ECU，如变速控制、防抱死制动以及巡航控制等[4]。低速CAN总线按照物理位置设置节点，用于管理车身控制电子部分，如座椅和车窗运行控制。

纯电动汽车的整车网络化控制，可以有效解决汽车线路复杂和线束增加等问题，同时，为先进的电子与计算机技术在汽车上应用打下坚实的基础。此外，也为线控技术（X-by-Wire）提供了保障[4]。

2.2 电机及控制技术

电动机是纯电动汽车的核心部件。纯电汽车的电动机具有调速范围广、运行效率高、启动转矩大以及制动强等特点[2]。电机控制系统主要功能是对电机运行中出现的故障进行诊断，并对控制电路、遗传算法等相关数据进行收集存储。此外，在超负荷状态或者恶劣工况下，對电动机进行保护。

随着相关技术瓶颈的突破，电机及控制系统逐步朝智能化和数字化方向发展。如今，电机控制系统已逐步发展为以变结构控制、神经网络控制、自适应控制等多项非线性控制技术构成的操控体系。这些技术的使用，大大提高纯电动汽车电机控制系统的响应速度和抗干扰能力，使纯电动汽车性能得以进一步提升。

2.3 电池及管理技术

蓄电池是纯电动汽车的主要动力来源。电池组性能的优劣，对纯电动汽车的加速性、续航里程以及制动能量回收效率有着至关重要的影响。电动汽车车载电池历经铅酸蓄电池、碱性电池的发展，目前，锂离子电池因其具有较高的比能量和比功率，而引起研究人员的关注，但其生产成本太高，目前关键是降低批量化生产成本，提高锂离子电池的可靠性、安全性。

此外，在电动汽车行驶过程中，车载蓄电池会产生大量热量，而蓄电池的运行稳定性、安全性以及使用寿命均与其工作温度有关。因此，为了提高蓄电池的性能和使用寿命，在对蓄电池进行设计时，既要考虑蓄电池的密封防水、防尘绝缘等问题，又必须考虑电池的散热通风设计，这成为纯电动汽车研究的一个重要领域。

电池管理系统通过对车载蓄电池的工作状态进行监测，对其实时调控，特别是在蓄电池处于过压、欠压状态时，对其进行保护，从而减少蓄电池损耗，延长蓄电池的使用寿命。

2.4 车身轻量化技术

汽车车身轻量化是提高汽车动力、增加续航里程的重要技术手段。试验表明，汽车整体质量每下降10%，能源消耗便可降低3～5%。纯电动汽车因电池组的缘故而使车身较为繁重，轻量化问题就尤为突出，如何在满足续航里程的前提下，将车身质量减小，成为未来纯电动汽车发展的重中之重[3]。目前，有以下四项措施可降低车身质量：

①降低车身零部件构件质量。通过对汽车零部件，如前桥、后桥、横梁等进行轻质优化分析，可适当降低汽车底盘以及其他零部件的质量，使得汽车轻量化。

②合理选择车载蓄电池和电动机的参数。在对汽车实际运行工况分析的基础上，对车载蓄电池的容量、电压以及驱动电动机的功率、转速等参数进行优化分析，在满足汽车工况能够正常运行的前提下，合理选择蓄电池和电动机的参数，从而减轻蓄电池和电动机的质量，使汽车车身质量降低。

③进行汽车结构优化设计。通过对车载电动机、汽车传动系统以及冷却系统等进行模块化设计，从而降低动力总成和车载能源系统的重量。此外，将蓄电池、汽车充电动机等设备根据实际情况，进行集成或分散设计，使系统进一步优化。

④车身结构尽量使用轻质材料。在材料选择中，汽车轮毂、车载蓄电池箱框架可使用轻质合金材料，汽车车身、悬架、刹车片等零部件尽量使用复合材料。通过这些轻型材料的使用，达到减轻汽车车身质量的目的[4]。

3  结语

总之，纯电动汽车因具有结构简单、清洁环保无污染、能源效率高等特点而成为新能源汽车发展的一个主流趋势。目前，纯电动汽车的整车控制技术、电机及控制技术、电池及管理技术以及汽车车身轻量化技术已经取得一定成就，但各项技术仍存在一些亟待解决的问题，相信在国家的大力扶持下，纯电动汽车技术会越来越完善，其发展非常可期！

参考文献：

[1]邱先文.纯电动汽车技术状况及发展趋势研究[J].小型内燃机与车辆技术，2019，48（06）：74-79.

[2]李靖.新能源汽车关键技术及其难点分析[J].内燃机与配件，2019（05）：230-231.

[3]张子康.浅谈新能源汽车发展现状与前景[J].内燃机与配件，2019（12）：186-187.

[4]崔胜民.新能源汽车技术（第2版）[M].北京：北京大学出版社，2018.151-155.