关于电动汽车电气特性的探讨

关于电动汽车电气特性的探讨摘要随着我国经济的发展和人们生活水平的提升，人们对生活环境的要求也逐渐提高，绿色环保理念深入人心，电动汽车是一种无污染的交通方式，是高科技的产物，本文从电动汽车能源系统、驱动系统以及能量管理系统三个方面来对电动汽车的电气特性进行了探讨，旨在为促进电动汽车的开发，优化人们的出行方式，改善人们的生活环境做出贡献。关键词电动汽车；电气特性；探讨中图分类号U46文献标识码A文章编号1674-6708（2015）146-0136-02相较于燃油汽车，电动汽车有着噪声小、无污染、节能高效等特点，我国人口众多，城市道路电动汽车的开发和利用至关重要，基于以上，本文简要探讨了电动汽车的电气特性，旨在提升电动汽车的竞争力，为解决当今世界突出的能源问题和环境问题做出贡献，促进人类社会的可持续发展。1电动汽车的能源系统能源系统一直是制约电动汽车发展和推广的主要因素，充电后的续驶里程至关重要，电动汽车对能源系统的要求较高，例如充电效率高、成本低、寿命长等，为了满足这些要求，当前电动汽车多使用多种能源系统组合的方式来提供动力。1.1电动汽车电源种类1）蓄电池：蓄电池是常见的电动汽车电源，例如镍基电池、锂电池等等。2）燃料电池：燃料电池能够将电化学能转化为电能，属于能量生成装置，其工作噪声小、排放低，比能量高能够在燃料耗尽前一直产生能量，例如酸燃料电池、碱燃料电池等等。3）超级电容：由于比能量较低，超级电容一般作为电动汽车的辅助能源系统，其能够实现刹车或下坡时的动能回收[1]。4）超级高速飞轮：超级高速飞轮是电动汽车的一种储能方式，其比功率较大，寿命长，能够快速充电，且电能转化效率较高，能够作为单独的电动汽车能源系统。1.2蓄电池的电源特性本文以蓄电池为例，研究了蓄电池的电源特性。1）放电特性：在放电时间和放电率增加时，蓄电池端电压会随之下降，不同放电率会改变蓄电池的容量，或大于或等于或小于额定容量，此外放电特性与温度有关，温度较低电池内部化学物质活性降低，从而影响放电特性，温度较高，则其内部化学物质会减少，致使蓄电池丧失部分容量。2）充电特性：当充电电流比蓄电池接受电流小的时候会延长充电时间，反之则会加剧水的电解，一般来说，容量与可接受电流成正比。常用的充电方式有定电压充电、定点轮流充电和快速充电等，就目前来看，快速充电应当是电动汽车未来发展的趋势，其可以提升蓄电池充电接受能力，能够实现短时间的充电。2电动汽车的驱动系统2.1驱动电机相较于常规的工业电机，电动汽车驱动电机要能够频繁的启动/停车，加速/减速，低速时要求转矩高，高速时要求转矩低。下面主要介绍常用的集中电动汽车驱动电机及其性能。2.1.1有刷直流电机性能特点有刷直流电机的控制方式为斩波控制器，控制技术相对简单，且成本较低，但也有着效率低、体积大等缺点，有刷直流电机中存在机械换向器和电刷，这就制约了其最高转速和承载能力，且散热较为困难，同时会产生一定的电磁干扰，因此，其在电动汽车的使用上逐渐减少。2.1.2三相鼠笼式交流感应电机性能特点相较于传统的直流电机，三相鼠笼式交流感应电机成本低、效率高且结构坚实，此外，其采用相应的控制技术能够实现良好的调速性能，就目前来看，这种感应式交流电机在电动汽车上的应用比较广泛且前景良好[2]。2.1.3永磁同步电机性能特点在结构上，永磁同步电机与感应电机较为近似，主要是利用永久磁铁来替代感应电机中的绕组线圈，相较于前两种电机，永磁同步电机效率高、体积小、可靠性好，且不需要维护，但电机所需要的永磁材料成本昂贵，且技术难度较大，但随着科技的进步以及永磁材料价格的下降，永磁同步电机将会更加广泛的应用于电动汽车上。2.1.4开关磁阻电机开关磁阻电机中结合了电子开关驱动控制电路，其有着交流电机和直流电机的共同优点，能够适用于频繁的正反转以及冲击负载，但开关磁阻电机低速输出时的转矩波动大，因此会造成较大的噪声，同时其驱动系统较为复杂，控制器成本高，这就限制了其在电动汽车上的应用。2.2功率半导体器件在选择功率半导体器件的时候主要应考虑以下几个方面：1）额定电压：一般来说，电动汽车的蓄电池电压充电过程中可能达到400V左右，因此选择的功率半导体器件电压在600V上下；2）额定电流：电动汽车驱动电机的功率、器件工作温度等决定了额定电流大小，在期间并联可以选择额定电流较小的半导体器件，其开关频率的选择要符合噪声及电子干扰等的要求。功率半导体器件的选择还要考虑其工作的可靠性、尺寸以及性价比的要求。3电动汽车的能量管理系统3.1能量管理系统原理微处理器是能量管理系统的核心，其主要构成有微处理器、执行器以及传感器。电动汽车中的传感器能够帮助能量管理系统获取相关信息，并将信息提供给驾驶员，例如车辆运行的电池电压、温度、电量等信息，保证驾驶员的正确操作，将这些信息传递到电脑能够分析并诊断故障，确保电动汽车的最有运行状态。例如通过平衡来保证电池电量以及温度的均衡，通过电池当前的电量以及荷电状态能够预测出汽车的剩余行程，并且对车内温度、车灯亮度等进行控制，还能够通过对再生制动能量的回收来给电池充电[3]。3.2能量管理系统功能1）监测和控制电池工作状态：电池箱内的传感器能够提供给信号，进而实现对电池能量的管理。电池温度的变化对其他参数会有影响，因此能量管理系统一般先采集温度的变化数据作为控制指令信号，比较温度的设定值与实际值，进而判断电池工作状态，并决定是否采取冷却措施。2）预警控制：能量管理系统能够对电池充放电过程中电池性能进行检测，并记录相关数据，通过对数据的分析进行相应警示，例如过压警示、过流警示等等，通过以上的检测来提醒是否需要更换电池，以此来保证电池性能的可靠稳定，延长了电池的使用时间。3）检测能量：能量管理系统能够实现对车辆能耗的计算，通过计算能够显示电池剩余的能量值，并且计算在当前荷电情况下汽车的剩余行驶里程，驾驶员在了解这些信息后就可以决定行使方式和路线，及时找到能够充电的场所进行充电，避免在半路上电池电量不足引起汽车抛锚。4）保证正常充电：能量管理系统能够对电池工作状态进行检测分析，例如电池技术状态等，通过分析结果与充电机进行“交流”，“告知”其电池的技术状态，充电机就能够根据电池的技术状态来选择合理的充电方式[4]，有效保证了充电的科学性和稳定性，确保电动汽车能量的供应。5）提升汽车性能：电动汽车的能量供应一般是由几千个单体电池串联来完成的，能量管理系统能够及时给出电池当前的状况，及时发现性能异常的电池，并采取均衡技术来保证电池的有效性，提升汽车性能，此外，电池在充电的过程中会产生氢气，如果氢气过热会造成充电危险，能量管理系统能够冷却和排除充电产生的氢气，避免危险的发生。4结论综上所述，本文从电动汽车的能源系统、驱动系统和能量管理系统三个方面来探讨了电动汽车的电气特性，旨在推进电动汽车的发展，为解决能源危机、环境危机，促进人类社会的可持续发展做出贡献。参考文献[1]任亚辉.纯电动汽车驱动特性分析与控制[D].电子科技大学，2011.[2]李顶根，陈军，黄荣华，等.纯电动汽车电气与安全监测系统[J].汽车科技，2007.[3]李乐.四轮独立驱动电动车控制系统的设计[D].武汉理工大学，2010.[4]柏林.电动汽车动力电池的电气特性分析及模型研究[D].重庆大学，2013.