【文章內(nèi)容簡介】 此，建議后續(xù)的研究 工作可以采用 H。魯棒控制理論、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制理論、模糊控制理論以及最優(yōu)控制理論等，對主控制器的控制算法進行研究和對比，以提高電動汽車電機驅(qū)動控制系統(tǒng)的性能。 通過電動機的轉(zhuǎn)速控制給變速箱不同的轉(zhuǎn)速，在變速箱不同擋位的調(diào)節(jié)控制下，通過傳動件的動力傳動給驅(qū)動輪以動力，實現(xiàn)電動汽車不同車速的行駛控制。 電動汽車蓄電池技術(shù)現(xiàn)狀 國際油價飛漲，全球氣候異常，各國對能源安全和環(huán)境保護在戰(zhàn)略上更加重視。在此形勢下，我國對電動車事業(yè)發(fā)展也非常重視，在 “ 十 五 ” 計劃和 “ 十一 五 ”規(guī)劃中都將其列為科技重大項目。在 “ 十 五 ” 電動車 事業(yè)有長足的發(fā)展。蓄電池是電動車的能源，是影響電動車性能的關(guān)鍵部件，也是制約電動車發(fā)展的關(guān)鍵。為適應(yīng)電動車的需要，電動車用蓄電池發(fā)展也很快。這里簡述近幾年各種電動車蓄電池發(fā)展概況 [1]。 （ 1） 鉛酸蓄電池 鉛酸蓄電池因其價格便宜、材料來源豐富、比功率較高、技術(shù)和制造工藝較成熟、資源回收率高等綜合因素被各國各種電動車普遍采用和廣泛研究。 90％的商品化的電動車上都采用鉛酸蓄電池。純電動車是以蓄電池為唯一動力源的四輪以上電動車。純電動中巴車用的鉛酸蓄電池 （ 開口式 ） 是 ”八 五 ”的研究成果，已取得在車上可用 19個月 (12萬千米 )的成功經(jīng)驗，關(guān)鍵是積累了控制好充電方式、放電深度、及時補水等一套系統(tǒng)匹配的工作經(jīng)驗和精心維護的經(jīng)驗。近年來四輪微型電動車 (包括游覽車、巡邏車、高爾夫球車，短距離道路車等 )發(fā)展很快。四輪微型電動車采用的蓄電池主要是鉛酸蓄電池，品種有普通富液式開口蓄電池 (其中包括管狀極板和涂膏式極板蓄電池 )和閥控鉛酸蓄電池。電壓一般為 48~72V，個別有120V的。容量主要是 180和 210Ah，個別用 120Ah蓄電池并聯(lián)使用。用戶反映目前國內(nèi)廠家生產(chǎn)的此類鉛酸蓄電池產(chǎn)品還趕不上進口的國外先進的產(chǎn)品。制造相應(yīng)型號的蓄 電池制造廠家正在不斷提高產(chǎn)品的質(zhì)量水平。相信電動自行車用的閥控鉛酸蓄電池成功經(jīng)驗可推廣到四輪微型電動車用的閥控鉛酸蓄電池，性能將會有迸一步的提高。有專家認為： 5~10分鐘的快速充電技術(shù)與鉛酸蓄電池結(jié)合有可能滿足大多數(shù)城市中心區(qū)短途交通用的純電動車的要求。香港曾經(jīng)提出過用此方案解決城市中心區(qū)交通。 本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 10 鉛酸蓄電池的反應(yīng)方程式如下： 正極： OHP b S OHH S OeP b O 2442 232 ????? ??? 負極： 44 2eHP b S OH S OPb ???? ? 總反應(yīng)： O2H2 P b S OPbSO2HP b O 24422 ???? 鉛酸蓄電池結(jié)構(gòu)原理圖如圖 ： 圖 鉛酸蓄電池結(jié)構(gòu)原理圖 鉛酸蓄電池是已有 100多年歷史的老產(chǎn)品，而且比能量 較低，因此很多人認為鉛酸蓄電池是落后、過時的產(chǎn)品，在電動車上應(yīng)用的前途不大，進一步開發(fā)的必要性不大。筆者認為這種觀點不一定正確。實際上，鉛酸蓄電池在 100多年的歷史中一贏不斷地在改進提高，有的是革命性的飛躍式提高，現(xiàn)在已開發(fā)出比能量提高到近 40KW/Kg的蓄電池；已有可像汽車加油一樣的在幾分鐘內(nèi)實現(xiàn)充電的快速充電技術(shù)；超高速率閥控鉛酸蓄電池比功率已達到 2~4KW/Kg；等等。因此，我們認為：因價格便宜、材料來源豐富、制造和回收技術(shù)及工藝都較成熟、資源回收率高等綜合因素，鉛酸蓄電池將是商業(yè)化電動車主要采用的蓄 電池；隨著性能不斷地改進提高，鉛酸蓄電池將保持在電動車上應(yīng)用的顯著地位，很難被完全取代，因此要重視對它的研究和改進提高；在實際使用中，根據(jù)使用對象、維護條件和專業(yè)化程度，選擇使用壽命長、成本低的品種，不必盲目追求最新的品種和單項指標 （ 如比能量 ） ；加強新型鉛酸蓄電池和新技術(shù)研究，以適應(yīng)純電動車的新要求。 （ 2） 鋰離子蓄電池及聚合物鋰離子蓄電池 鋰離子蓄電池及聚合物鋰離子蓄電池的比能量更高 （ 120~150KW/Kg） ，有 本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 11 較高的比功率 （ 250~350KW/Kg） ，壽命長 （ 500~1000 次循環(huán) ） ，無污染等優(yōu)點，被 認為是有希望是電動車用蓄電池。對于用 金屬鋰作負極，石墨作正極，電解液由四氯化鋁鋰 （ 4LiAlCl ） 溶解在亞硫酸氯 （ 2SOCl ） 的 鋰離子蓄電池反應(yīng)方程式如下： 負極： ?? ? 8Li8eLi8 正極： SSOCleS O C l 2683 232 ???? ??? 鋰離子蓄電池及 聚合物鋰離子蓄電池在電動車上推廣應(yīng)用遇到最大的問題是燃燒、爆炸的安全性問題。在安全性好、循環(huán)性能好、比容量高的新型價廉正極材料發(fā)展的推動下，我國的動力型鋰離子蓄電池及聚合物鋰離子蓄電池的安全性能在 ”十 五 ”期間有明顯提高，短路、過充、擠壓、針刺、加熱、跌落、震動等安全性能指標到 2021 年全部通過、達到安全要求。現(xiàn)在認為電動自行車用 48Ah 以下的蓄電池組安全性是有保障的。電動自行車用的鋰離子蓄電池及聚合物鋰離子蓄電池已接近實用。有幾家公司已可提供較成熟的、裝有蓄電池管理系統(tǒng)的電動自行車用鋰離子蓄電池及聚合物鋰 離子蓄電池包。裝有鋰離子蓄電池或聚合物鋰離子蓄電池的電動自行車產(chǎn)品已經(jīng)出現(xiàn)。也有專門生產(chǎn)用鋰離子蓄電池電動自行車廠家。當然，安全性還有待在實用中經(jīng)市場考核。我們的觀點：電動自行車用的鋰離子蓄電池及聚合物鋰離子蓄電池將是首先商業(yè)化、大批量在電動車上使用的動力型鋰離子蓄電池；在電動自行車上它將是繼鉛酸蓄電池之后所占比例較大的實用化蓄電池：將成為用于高端、便攜式電動自行車產(chǎn)品的蓄電池。大型鋰離子 蓄電池及聚合物鋰離子蓄電池在純電動轎車和電動巴士上試用的、已開車的和展覽示范的有不少報道?；旌想妱榆嚿嫌玫母吖β输囯x子蓄 電池也有顯著的進展，15Ah 的錳系鋰離子蓄電池的比功率已達到 1220KW/Kg，安全性達到測試標準，并在燃料蓄電池轎車上試用。根據(jù)現(xiàn)在的鋰離子蓄電池發(fā)展水平和經(jīng)驗，認為電動自行車用 48Ah 以下的蓄電池組安全性是有保障的，但大型鋰離子蓄電池及聚合物鋰離子蓄電池要在商業(yè)化電動車輛上使用還要經(jīng)過許多艱苦的工作，其原因主要是：安全性難度更大；純電動轎車和電動巴士，以及混合電動車上使用的蓄電池數(shù)量多、系統(tǒng)復(fù)雜，對可靠性和一致性的要求更高：價格高等。曾經(jīng)報道過深圳比亞迪要在 2021年提供 200輛以鋰離子蓄電池為動力源的 電動轎車組成出租車隊之事，現(xiàn)在已推遲到 2021 年了，我們拭目以待。最近報道了上海市在 825路公交車上進行鋰離子蓄電池和超級電容器聯(lián)用的示范運行，我們將注視試驗的進展和結(jié)果。 （ 3） 金屬氫化物一鎳蓄電池 （ MH— Ni） MH— Ni 蓄電池由于價格高在我國的純電動汽車和電動自行車上真正使用的不多。 MH． Ni 蓄電池在我國的混合電動車的成品車和樣車 (包括轎車和巴士 ) 本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 12 上已普遍采用，成為主流采用的蓄電池。但是價格高和資源有限是限制 MH— Ni蓄電池在混合電動車上推廣和發(fā)展的因素，甚至影響到混合電動車廣泛推廣應(yīng)用的前途。我們 觀點是：正在成熟的、價廉的混合電動車用鉛酸蓄電池 和性能更優(yōu)越、價格相近的混合電動車用鋰離子蓄電池將是 MH— Ni 蓄電池在混合電動車上的 競爭對手。 （ 4） 鋅 鎳 蓄電池 （ Zn— Ni） Zn— Ni 蓄電池曾被認為是應(yīng)提倡的電動車用蓄電池。經(jīng) 4~5 年的市場篩選來看，在商業(yè)化的電動車上幾乎沒有使用。這主要是由于 Zn— Ni 蓄電池的價格貴（ 每 1Ah 要 元，為鉛酸蓄電池的 倍 ） ；循環(huán)過程中，初期容量衰減率大，限制了蓄電池組實際可使用的壽命。另外，鋰離子蓄電池的迅速發(fā)展和價格降低，使 Zn— Ni 蓄電池在電動車上應(yīng)用更加困難 。 （ 5） 鋅空氣蓄電池 鋅空蓄電池是金屬 — 空氣 （ 氧 ） 蓄電池的一種，屬于半燃料蓄電池范疇。因為它的正極活性物質(zhì) （ 氧 ） 來源于蓄電池外部的空氣，不必包含在蓄電池內(nèi)部，不占蓄電池的重量，因此蓄電池的理論比能量比常用蓄電池的高得多，實際比能量也較高；另外還有原材料豐富，價格不高，無污染等優(yōu)點，被認為是電動車用蓄電池的有競爭力的候選者。國內(nèi)外在開發(fā)電動車用鋅空蓄電池方面已經(jīng)做了許多工作。 早在 1960 年代美國就開始電動車用鋅空蓄電池的開發(fā)研究工作。 1970 年代初西方發(fā)生了石油危機，促使西方各國重視對電動車的開發(fā)研究，鋅 空蓄電池以其很高的比能量被作為電動車用蓄電池的候選者。 20 世紀六七十年代期間，日本、法國等一些國家投入了很大力量進行電動車用鋅空蓄電池的開發(fā)研究，蓄電池類型包括機械可充型和循環(huán)型。 1990 年代，以色列的 EFL 公司又可是研制電動車用鋅空蓄電池系統(tǒng)，此系統(tǒng)包括：車上用的機械可充式的鋅空蓄電池組；更換鋅空蓄電池的加燃料站；用電能將氧化鋅轉(zhuǎn)換成鋅的燃料再生中心。從此，世界上再次掀起開發(fā)電動車用鋅空蓄電池的高潮，美國、德國、新加坡等國投入了電動車用鋅空蓄電池的開發(fā)研究。近十年間， EFL 公司在自行車、摩托車、高爾夫球車 、吉普車、面包車、巴士等車型上進行了試驗，最后與歐洲有最大郵政車隊的德國郵政署合作，在 64 輛車上進行了試驗，其中有一輛車于 1996 年 10 月從法國的 ChaIIlbe 巧越過阿爾卑斯山最后到意大利的 Turin，行程 244km，用去蓄電池容量的 65％； 1997 年 4 月又有車載重 650kg，從德國的 Bremen 到 Bonn 行駛了424Km；從德國的 Bremen 到荷蘭的阿姆斯特丹行駛了 375km。同年 11 月 2 日，這樣的車從倫敦開到巴黎，行程 439 km。建立了三個示范的更換鋅空蓄電池和用電能將氧化鋅轉(zhuǎn)換成鋅的燃料再生 中心。應(yīng)該說，投入和取得的成績可不小。但 本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 13 是，據(jù) 1998 年 6 月的 IEE Spectrumv 報道，德國郵政署用 EFL 公司的鋅空蓄電池進行了 二年試驗后，決定停止資助此項目繼續(xù)試驗，原因是更換成本太高。國內(nèi)開發(fā)電動車用鋅空蓄電池的步伐基本跟著國外的潮流。 1970 年代初 （ 文化大革命期間 ） ，清華大學教授錢偉長先生帶領(lǐng)的電動車用鋅空蓄電池研制組帶動下，國內(nèi)出現(xiàn)了鋅空蓄電池的研制高潮，開展鋅空蓄電池研制的單位有十幾家。到 1980年代初，國內(nèi)鋅空蓄電池的研制高潮逐漸衰退，只有 752 廠和梅林化工廠把部分研制成果轉(zhuǎn)換成產(chǎn)品。應(yīng)用 于便攜式電器、手表、計算器、航標燈、應(yīng)急電源、通訊電源等場合。受國外的第二次開發(fā)電動車用鋅空蓄電池高潮的影響，近年來國內(nèi)研制工作又有興起。美籍華人在上海成立的生產(chǎn)機械可充鋅空蓄電池的博信（ Power Zinc） 公司，并已建成示范車間。該公司制造的電動自行車和電動摩托車用鋅空蓄電池裝在進行了行駛里程測試，分別達到 150 和 250 千米，并做了大量的推廣應(yīng)用工作，在上海市建立了 50 個蓄電池更換點。不到一年，此推廣試用工作就停止了，市場篩選的結(jié)果是沒有被用戶接受。此后在有些領(lǐng)導(dǎo)支持下，做了一輛用該公司制造的鋅空蓄電 池為動力源的電動巴士，但受鋅空蓄電池高功率性能差的限制，車的啟動和加速性能明顯較差。 2021 年 11 月，全國清潔汽車行動領(lǐng)導(dǎo)小組和上海市科委聯(lián)合主持召開了博信鋅空蓄電池用于城市客車專家研討會，一致認同： “ 鋅空動力蓄電池可適用于城市客車 ?? 。 ” 在 2021 年 6 月，中國國際蓄電池產(chǎn)業(yè)鏈論壇上，我國蓄電池界老前輩吳壽松先生針對上述結(jié)論，以“ 鋅空動力蓄電池失敗的原因 ” 為題，介紹了筆者幾十年中三次介入鋅空動力蓄電池的開發(fā)，均以失敗告終的經(jīng)驗教訓(xùn)，并且列舉了當年遇到的困難和問題，如：實現(xiàn)機械充電困難；空氣電極壽命限制；蓄電 池功率性能差，不符合汽車加速性能的要 求；電解液的碳酸鹽化和水管理?？磥眍愃茣h有不同意見人士參加是必要的 [9]。 多年工作實踐證實了鋅空蓄電池原來應(yīng)有的優(yōu)越性，同時也暴露了一些國內(nèi)外己報道過的問題，如鋅電極更換服務(wù)系統(tǒng)和再生成本、氧電極的壽命、蓄電池的電解液滲漏、爬漏或溢出等。這些問題影響鋅空蓄電池在電動車上推廣應(yīng)用。市場篩選的結(jié)果也證明用戶沒有接受。因此，對電動車用鋅空蓄電池的開發(fā)要認真總結(jié)國內(nèi)外經(jīng)驗和教訓(xùn)，多聽取不同的意見是必要的。 電動汽車電機技術(shù)現(xiàn)狀 在電動汽車上，驅(qū)動電機及其控制器是電動汽車中把電 能轉(zhuǎn)換成機械能的動力部件，目前常用的驅(qū)動系統(tǒng)有四種：直流電機 （ DC Motor） 驅(qū)動系統(tǒng)，電機控制器一般采用脈寬調(diào)制 (PWM)控制方式；交流感應(yīng)電機 （ AC IM） 驅(qū)動系統(tǒng)，電 本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 14 機控制器采用矢量控制或直流轉(zhuǎn)矩控制的變頻調(diào)速方式；交流永磁電機驅(qū)動系統(tǒng)，主要包含兩類電機：永磁同步電機 （ PMSM） 和無刷直流電機 （ BDCM） 驅(qū)動系統(tǒng)；開關(guān)磁阻 （ SR） 電機驅(qū)動系統(tǒng) [7]。 （ 1） 直流電機驅(qū)動系統(tǒng) 早期的電動汽車中通常采用直流電機驅(qū)動系統(tǒng) ,在我國城市中廣 泛使用的無軌電車和電動叉車等電動車輛中也在使用直流驅(qū)動系統(tǒng)。直流電機由 定子和轉(zhuǎn)子兩大部分組成，定子和轉(zhuǎn)子之間有空隙，即氣隙。其中定子部分包括機座、主磁極、換向器、端蓋、電刷等裝置，轉(zhuǎn)子部分包括電樞鐵芯、電樞繞組、換向器、轉(zhuǎn)軸、風扇等部件 [11]。 無刷直流電機系統(tǒng)控制圖如圖 所示。 圖 無刷直流電機