電動汽車的關鍵能源技術包括哪些？

電動汽車的關鍵能源動力技術包括電池技術、電機技術、控制器技術。電池技術、電機技術和控制器技術是電動汽車所特有的技術，這三項技術也是一直制約電動汽車大規(guī)模進入市場的關鍵因素。

一、電池技術

電池是電動汽車的動力源泉，也是一直制約電動汽車發(fā)展的關鍵因素。電動汽車用電池的主要性能指標是比能量(E) 、能量密度(Ed)、比功率(P)、循環(huán)壽命(L)和成本(C)等。要使電動汽車能與燃油汽車相競爭，關鍵就是要開發(fā)出比能量高、比功率大、使用壽命長的高效電池。

電動汽車用電池經過了3代的發(fā)展，已經取得了突破性進展。

第1代是鉛酸電池，目前主要是閥控鉛酸電池(VRLA) ，由于其比能量較高、價格低和能高倍率放電， 因此是目前惟一能大批量生產的電動汽車用電池。

第2代是堿性電池，主要有鎳鎘、鎳氫、鈉硫、鋰離子和鋰聚合物等多種電池，其比能量和比功率都比鉛酸電池高，因此大大提高了電動汽車的動力性能和續(xù)駛里程，但其價格卻比鉛酸電池高。

第3代是以燃料電池為主的電池，燃料電池直接將燃料的化學能轉變?yōu)殡娔埽芰哭D變效率高，比能量和比功率都高，并且可以控制反應過程，能量轉化過程可以連續(xù)進行，因此是理想的汽車用電池還處于研制階段，一些關鍵技術還有待突破。

廣泛應用于電動汽車的燃料電池是一種稱為質子交換膜的燃料電池(PEMFC) ，它以純氫為燃料，以空氣為氧化劑，不經歷熱機過程，不受熱力循環(huán)限制，因此能量的轉換效率高，是普通內燃機熱效率的2～3倍。同時，它還具有噪音低、無污染、壽命長、啟動迅速、比功率大和輸出功率可隨時調整等特性，使得PEMFC非常適合用作交通工具的動力源。

二、電機技術

電動汽車驅動電機是所有電動汽車必不可少的關鍵部件。使用較多的有直流有刷、永磁無刷、交流感應和開關磁阻4種電機。

直流有刷電機結構簡單，技術成熟，具有交流電機所不可比擬的優(yōu)良電磁轉矩控制特性，所以直到20世紀80年代中期，仍是國內外電動汽車用電機的主要研發(fā)對象。但是，由于直流電機價格高，體積和質量大，因此在電動汽車上的應用受到了限制。

永磁無刷電機可以分為由方波驅動的無刷直流電機系統(tǒng)(BLD— CM)和由正弦波驅動的無刷直流電機系統(tǒng)(PMSM) ，它們都具有較高的功率密度，其控制方式與感應電機基本相同，其主要優(yōu)點是效率可以比交流感應電機高6個百分點，因此在電動汽車上得到了廣泛的應用，是當前電動汽車用電動機的研發(fā)熱點。這類電機具有較高的能量密度和效率，其體積小、慣性低、響應快，非常適應于電動汽車的驅動系統(tǒng)，有極好的應用前景。但價格較貴，永磁材料一般僅耐熱12c=0I以下。目前，由日本研制的電動汽車主要采用這種電機。

交流感應電機也是較早用于電動汽車驅動的一種電機，它的調速控制技術比較成熟，具有結構簡單、體積小、質量小、成本低、運行可靠、轉矩脈動小、噪聲低、轉速極限高和不用位置傳感器等優(yōu)點，但因轉速控制范圍小、轉矩特性不理想，因此不適合頻繁啟動、頻繁加減速的電動汽車。美國以及歐洲研制的電動汽車多采用這種電機。

開關磁阻電機(SRM)具有簡單可靠、可在較寬轉速和轉矩范圍內高效運行，控制靈活、4象限運行、響應速度快和成本較低等優(yōu)點。但實際應用發(fā)現(xiàn)，SRM存在著轉矩波動大、噪聲大、需要位置檢測器等缺點，所以應用受到了限制。

四種電機各有優(yōu)缺點，但是對于電動汽車而言，由于電能是由各類電池提供的，價格昂貴而彌足珍貴，所以使用相對效率最高的永磁無刷電機是較為合理的，它已被廣泛應用于功率小于100kW 的現(xiàn)代電動汽車上。

三、控制器技術

控制器技術的變速和方向變換是靠電動機調速控制裝置來完成的，其原理是通過控制電動機的電壓和電流來實現(xiàn)電動機的驅動轉矩和旋轉方向的控制。目前電動汽車上應用較廣泛的是晶閘管斬波調速，通過均勻改變電機的端電壓，控制電機的電流，來實現(xiàn)電機的無級調速。在電子電力技術的不斷發(fā)展中，它也逐漸被其他電力晶體管(如GTO、MOSFET、BTR及IGBT 等)斬波調速裝置所取代。從技術的發(fā)展來看，伴隨著新型驅動電機的應用，電動汽車的調速控制轉變?yōu)橹绷髂孀兗夹g的應用將成為必然的趨勢。

在驅動電機的旋向變換控制中，直流電機依靠接觸器改變電樞或磁場的電流方向，實現(xiàn)電機的旋向變換，這使得控制電路復雜、可靠性降低。當采用交流異步電機驅動時，電機轉向的改變只需變換磁場三相電流的相序即可，可使控制電路簡化。此外，采用交流電機及其變頻調速控制技術，使電動汽車的制動能量回收控制更加方便，控制電路更加簡單。

隨著電機及驅動系統(tǒng)的發(fā)展， 控制系統(tǒng)趨于智能化和數(shù)字化。變結構控制、模糊控制、神經網絡、自適應控制、專家系統(tǒng)、遺傳算法等非線性智能控制技術，都將各自或結合應用于電動汽車的電機控制系統(tǒng)。它們的應用將使系統(tǒng)結構簡單，響應迅速，抗干擾能力強，參數(shù)變化具有魯棒性，可大大提高整個系統(tǒng)的綜合性能。