1.3.3 电动汽车发展展望与关键技术

电动汽车经过30多年的飞速发展，其自身技术日渐成熟，产品质量和性能日益完善，已经跨入产业化、商业化的行列，电动汽车在整个运行汽车中的比例正逐步扩大。此外，各种高新技术的应用也赋予了电动汽车新的生命力，呈现出广阔的发展前景。

1.电动汽车的发展前景

电动汽车发展至今，已经改变了内燃机汽车一统天下的局面。为推动电动汽车的产业化，国家财政部、科学技术部将新能源汽车示范城市扩大为北京、上海、重庆等13个城市。根据汽车产业中长期发展规划和行业共识，未来15年汽车电动化将加速发展，市场占有量将快速提升。预计2025年，新能源汽车保有量超过2500万辆，销量占比为15%~25%；2030年保有量超8000万台，销量占比为30%~40%；2035年保有量超1.6亿辆，销量占比为50%~60%，纯电动汽车占比在90%以上。

在纯电动、混合动力和燃料电池这三种电动汽车中，纯电动汽车和燃料电池电动汽车均有关键的难题在短期内不能得到很好的解决，而混合动力电动汽车作为向纯电动汽车的一种过渡，得到了较快的发展，也是目前产业化率较高的电动汽车。但是，混合动力电动汽车通常使用内燃机作为汽车动力源之一，不能实现零排放，且仍然需要消耗石油资源，因此混合动力电动汽车不可能是长期发展的目标。

实际上，美国、日本等汽车工业发达国家早已将纯电动汽车和燃料电池电动汽车作为产业化的重点。在2010年中国国际新能源汽车发展高峰论坛上，领导和专家较为一致的观点是：新能源汽车是指采用新型动力系统，主要或全部使用新型能源的汽车。据此，新能源汽车主要包括纯电动汽车、插电式混合动力电动汽车和燃料电池电动汽车，而普通混合动力电动汽车已不算新能源汽车。国家财政部、科学技术部、工业和信息化部、发展和改革委员会联合印发的《关于开展私人购买新能源汽车补贴试点的通知》，也仅补贴纯电动汽车和插电式混合动力电动汽车。这些均表明了我国电动汽车的发展方向，即以纯电动汽车作为我国汽车工业转型的主要战略趋向，重点推进纯电动汽车、插电式混合动力电动汽车的产业化，同时继续开展燃料电池技术的研究。

普通混合动力电动汽车只是一种节能减排型汽车，中期发展插电式混合动力电动汽车已经成为业界的共识。插电式混合动力电动汽车通常配备一台功率较小的内燃机，在城市街道行驶时通常采用纯电动，而发动机只是用于带动发电机对蓄电池进行充电，以增加电动汽车的续驶里程（故也被称为增程式电动汽车），当车辆长途行驶时才进入混合动力模式。由于这种混合动力电动汽车的小功率发动机可持续在最佳状态下运行，油耗和排气污染都很低，加之配用的蓄电池容量可比纯电动汽车小30%左右，因此插电式混合动力电动汽车在今后一段时间里还将得到发展。电动汽车的发展趋势已越来越清晰，即纯电动汽车和燃料电池电动汽车是未来电动汽车的发展方向。

2.电动汽车的关键技术

电动汽车要向前发展，还面临许多需要解决的关键问题，如车载电源、电机驱动与控制技术、能量管理系统、电动汽车系统优化等问题。

（1）车载电源

目前，任何一种蓄电池都不可能同时满足对比能量、比功率和价格的要求。在不久的将来，锂基电池如锂离子电池和锂聚合物电池在现代电动汽车中的应用将会有很好的前景；超级电容器和超高速飞轮由于其高的比功率将也有希望用于电动汽车；燃料电池能从根本上解决电动汽车续驶里程短的问题，被公认为是目前电动汽车最重要的能源之一。但锂电池虽有较高的比能量，其比功率却较低；而超级电容器和超高速飞轮虽具有较高比功率，但其能量密度很低。因此，为了满足电动汽车的应用需求，可采用多能源系统即混合动力系统提供动力。对于采用两个能量源的混合动力系统，可以选用一个能量源具有高的比能量，而另一个具有高的比功率。有蓄电池和蓄电池相结合的混合动力，也有采用蓄电池和超级电容器、蓄电池和超高速飞轮以及燃料电池和蓄电池相结合的混合动力。内燃机和蓄电池结合是混合动力系统的一种特例，其中燃油的高比能量能保证汽车足够长的行驶里程，而蓄电池的高比功率有利于提高汽车的加速性能并减少废气排放。

（2）电机驱动与控制技术

电机驱动与控制系统是将电源的电能转换为机械能，并通过传动机构驱动车轮转动。电机及其控制器的性能高低对电动汽车的动力性和经济性均有较大的影响。对电动汽车电机及控制器的基本要求是：起动转矩大且具有较宽的恒功率范围；功率密度高；具有较大的转速范围（足以覆盖恒转矩区和恒功率区）；具有快速的转矩响应特性；在转矩/转速特性的较宽范围内具有高的效率；再生制动时的能量回收效率高；在各种工作环境下的工作可靠性好，且工作噪声小；结构尺寸小，质量小，成本低。20世纪80年代后期和90年代，转差频率控制、矢量控制、直接转矩控制等交流电机的调速技术日趋成熟，交流电机驱动系统在电动汽车上的应用逐渐增多。近年来，开关磁阻电机驱动系统开始在电动汽车中应用。开关磁阻电机具有效率高、动态响应好、高起动转矩和低起动功率等特点，但在降低噪声和转矩波动、电机模型和控制技术等方面还需进一步的探索。研发更高效的电机，匹配最优化的控制技术，使电动汽车的电驱动系统能达到最理想的工作状态，也是电动汽车发展过程中必须解决的关键技术之一。

（3）电动汽车能量管理系统

电动汽车能量管理系统的作用是充分地发挥电动汽车有限的车载能量，延长电动汽车的续驶里程和蓄电的使用寿命。因此，要求电动汽车能量管理系统所具有的功能主要有：对蓄电池组的电压与电流进行监测；能对蓄电池的终止充放电进行控制；对蓄电池组中单格蓄电池状态进行监测，并能进行蓄电池均衡充电控制；能在减速与制动时进行能量回收控制等。由于准确可靠的蓄电池模型的建立、蓄电池荷电状态（SOC）参数的监测技术等还有待进一步提高，因此，研究并开发出一个最理想的电动汽车能量管理系统，也是今后电动汽车产业化进程中需要攻克的技术难题。

（4）电动汽车整车系统优化

电动汽车是一个涉及多学科技术的复杂系统，电动汽车的性能受多学科相关因素的影响，通过系统优化来改进电动汽车的性能和降低车辆的成本，是电动汽车研发的重要方向。计算机仿真是一项很重要的技术，它有利于制造商减少开发新产品的时间，降低成本，并能迅速进行概念评价。因此，利用计算机辅助技术进行电动汽车系统优化设计，是电动汽车系统设计的一个关键技术问题。