自2012年以来,中国政府规模化推广并运行以纯电动汽车为主的新能源汽车。经过多年的政策扶持,2016年,我国新能源汽车销量超过50万辆,其中纯电动汽车占比大于80%。国际上,多个国家制定时间表支持新能源汽车的发展,比如德国、法国和英国等政府计划在2030年后禁止纯燃油汽车的市场销售。
相对于传统燃油汽车,纯电动汽车的等效燃油经济性可提高200%,行驶零排放,充电比加油的费用能便宜50%,零部件制造减少能达80%。目前,纯电动汽车还存在一些不足,集中表现为与动力电池技术相关的问题,比如充电时间长、电池价格高、续驶里程短以及电池热失控。
图1.1 纯电动汽车的动力系统结构
纯电动汽车是依赖动力电池和驱动电机行驶的一种汽车,对传统汽车的能源供应发生了革命性的变革。它的一种动力系统结构如图1.1所示,主要由驱动电机及其控制器、动力电池组及其管理器或电池管理系统(Battery Management System,BMS)、变速装置、低压DC/DC和整车控制器等组成。驾驶人的加速踏板和制动踏板等经整车控制器处理后,输出相应的控制信号,通过整车网络如CAN总线,传输给电机控制器、电池管理系统等电控单元,控制驱动电机,实现动力电池的直流电能与汽车的机械能之间双向流动,满足驾驶人的即时操作要求,提高驾驶乐趣。纯电动汽车没有发动机,因而取消了发动机专用的起动机和发电机,低压DC/DC变换器代替了发动机随带的低压发电机及其电压调节器功能。汽车的辅助动力系统,如转向系统、制动系统和空调系统等都需要由电能驱动来完成其功能。
虽然19世纪末诞生了电动四轮车,但是近百年来燃油汽车成为私人交通工具的主角。进入21世纪,各大汽车厂商再次制造出可与传统燃油汽车性能匹敌的纯电动汽车。比如,2010年12月上市的聆风纯电动轿车,采用前轮驱动,配备最大功率为80kW的三相交流永磁同步电动机,最大转矩达280N·m,最高转速达9800r/min,最高车速达145km/h。锂离子动力电池包由软包型单体层叠而成,采用自然冷却,能量为24kW·h@360V,最大输出功率为90kW,一次充电的最大行驶里程可达160km。锂离子电池能够通过专用的快速充电器在30min以内充电80%,8h内可用220V交流电充满。
目前,纯电动轿车具有可靠的电安全性。为了防止触电,高电压部件采用封闭性的保护壳进行绝缘处理。车辆发生碰撞时,高电压切断。将高电压部件的保护壳与车身电连接起来,确保乘客安全。锂离子动力电池组不仅被密封,而且安装牢固可靠,保证汽车行驶过程中电池电极及隔膜不发生移动,电池性能稳定,安全耐久。在积水700mm深的路面上行驶时,车辆没有任何安全问题。纯电动轿车具有超过同级别传统燃油发动机汽车的性能:
● 优秀的加速性能。在小型车上实现了与排量为3L的发动机汽车相当的加速性能。
● 出色的操纵稳定性。锂离子动力电池组大多配置在车体中央的地板下方,车辆质心低,且位于车辆中心附近,提高了转弯时的操纵稳定性。
●宽大的内部空间。驱动电机及其控制器、DC/DC变换器、车载充电器及加热器等众多部件位于原发动机舱内,尽可能扩大车内空间和行李箱容量。
● 良好的舒适性。在车身骨架上增加了电池支架和逆变器的固定支架,提高汽车的车身刚性,车身的振动抑制性好。
● 全时四驱容易实现。
● 快速向智能化和网联化发展。