陳細(xì)妹

（福建水利電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院，永安 366000）

福建純電動(dòng)汽車發(fā)展的瓶頸與對(duì)策

陳細(xì)妹

（福建水利電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院，永安 366000）

通過對(duì)福建純電動(dòng)汽車發(fā)展現(xiàn)狀進(jìn)行調(diào)查，指出其在電動(dòng)汽車發(fā)展進(jìn)程中面臨的技術(shù)性瓶頸，如動(dòng)力不足和不穩(wěn)定、電源供應(yīng)設(shè)施的缺乏、行車安全系統(tǒng)設(shè)計(jì)和研發(fā)的滯后等問題。為此，文章從純電動(dòng)汽車的動(dòng)力性和安全性的角度來解決純電動(dòng)汽車發(fā)展中存在的問題。

福建省 純電動(dòng)汽車 技術(shù)性瓶頸

1 福建純電動(dòng)汽車發(fā)展現(xiàn)狀

為了貫徹落實(shí)國(guó)家節(jié)能減排、建設(shè)低碳城市的要求，福建省大力推行交通領(lǐng)域節(jié)能減排的戰(zhàn)略部署，適時(shí)推出《福建省汽車產(chǎn)業(yè)“十二五”發(fā)展規(guī)劃》，大力推行新能源汽車的推廣和應(yīng)用。目前，福建省新能源汽車以東南汽車、廈門金龍、西虎汽車、新龍馬汽車為主，其中，廈門金龍和西虎汽車偏向城市新能源客車或混合動(dòng)力客車，新龍馬汽車則偏重于純電動(dòng)物流車、環(huán)衛(wèi)車、微型面包車。東南汽車除開發(fā)得利卡純電動(dòng)輕型客車外，還開發(fā)了V3菱悅純電動(dòng)轎車[1]。此外，三明的中科動(dòng)力（福建）汽車有限公司也大量推廣新能源汽車?？傮w來說，近年來，福建新能源汽車的發(fā)展取得了一定成就，且大部分集中在沿海，如福州、廈門、泉州、莆田等地。但福建的純電動(dòng)轎車發(fā)展卻不容樂觀，對(duì)純電動(dòng)轎車的研發(fā)相對(duì)比較滯后，純電動(dòng)轎車的銷售行情不樂觀，相當(dāng)一部分是政府采購(gòu)乘務(wù)車，而家用純電動(dòng)轎車的推廣面臨極大挑戰(zhàn)。

2 福建純電動(dòng)汽車發(fā)展所面臨的技術(shù)性瓶頸

福建地區(qū)丘陵較多，其中，山區(qū)占據(jù)福建大部分版圖。山區(qū)對(duì)純電動(dòng)汽車各方面的技術(shù)要求更高，這是制約純電動(dòng)汽車發(fā)展的關(guān)鍵因素。純電動(dòng)汽車在發(fā)展過程中面臨的技術(shù)性瓶頸主要體現(xiàn)在以下幾方面。

2.1 動(dòng)力不足問題

動(dòng)力不足主要體現(xiàn)在動(dòng)力電池上，動(dòng)力電池是純電動(dòng)汽車的核心。目前，福建省擁有以廈門華鋰、寧德新能源和龍巖衛(wèi)東為代表的鋰電池和鎳氫電池生產(chǎn)企業(yè)，其中，廈門華鋰能源有限公司擁有從電池材料到電芯、PACK成組及系統(tǒng)集成的核心技術(shù)，并與東南汽車合作，開發(fā)純電動(dòng)及增程式乘用車動(dòng)力電池系統(tǒng)。寧德新能源科技有限公司和寧德時(shí)代新能源科技有限公司則主要生產(chǎn)鋰電池，福建衛(wèi)東新能源股份有限公司著重開發(fā)新型快充式鎳氫動(dòng)力電池[1]。但這些動(dòng)力電池在技術(shù)上仍面臨很大的瓶頸，如車用動(dòng)力電池的性能指標(biāo)包括能量密度、使用壽命、快速充電性能、功率密度等方面依然離理想狀態(tài)差距較大，從而反映出在電池的續(xù)航能力、加速和最高車速性能與混合動(dòng)力轎車或燃油汽車差距明顯。首先，目前，車用動(dòng)力電池大部分都采取數(shù)個(gè)單體電池進(jìn)行串并聯(lián)使用，而在電池一致性、電池成組技術(shù)制約下，成組后的動(dòng)力電池的能量密度及循環(huán)壽命往往會(huì)大幅降低，難以完全滿足電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)化的要求。其次，電動(dòng)汽車電能供給模式可分為交流充電模式、直流充電模式、電池更換模式等三種模式，但目前，快速充電也需要半小時(shí)左右，嚴(yán)重影響出行，且快充會(huì)大大縮短電池循環(huán)壽命。

2.2 動(dòng)力穩(wěn)定性問題

純電動(dòng)汽車的動(dòng)力穩(wěn)定性問題，主要體現(xiàn)在兩方面，一方面是電池的熱敏問題，鑒于福建省地形的特殊性，時(shí)常會(huì)遇到爬坡和下坡現(xiàn)象，而經(jīng)常性變速會(huì)引起電池的熱敏問題。此外，溫度對(duì)電池性能的影響極大，在福建閩北、閩西的冬天，低溫情況較多，電池反應(yīng)會(huì)降低功率的輸出；在福建沿海地區(qū)的夏天，高溫天氣會(huì)加速腐蝕電池，縮短電池的使用壽命。這樣會(huì)嚴(yán)重影響電池電量輸出的穩(wěn)定性。另一方面，電機(jī)控制問題，即電機(jī)控制電流穩(wěn)定問題。電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)主要包括電機(jī)系統(tǒng)和控制器系統(tǒng)，其中，電機(jī)系統(tǒng)電機(jī)的故障主要是軸承和絕緣，電機(jī)的薄弱環(huán)節(jié)為軸承系統(tǒng)和絕緣系統(tǒng)，軸承系統(tǒng)和絕緣系統(tǒng)中的任何一個(gè)出現(xiàn)故障，電機(jī)均不能正常工作。純電動(dòng)轎車的動(dòng)力穩(wěn)定性主要體現(xiàn)在電機(jī)控制器的控制成熟穩(wěn)定性上，控制器為直流母線支撐電容、控制電路和IGBT的串聯(lián)系統(tǒng)[2]。福建在控制器的系統(tǒng)穩(wěn)定性研發(fā)力度和創(chuàng)新型不足。

2.3 電源供應(yīng)設(shè)施的缺乏

純電動(dòng)汽車的電源供應(yīng)問題主要體現(xiàn)在供電網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性不足和充電樁、電池供應(yīng)點(diǎn)的建設(shè)滯后。雖然福建已在新能源汽車發(fā)展規(guī)劃上提到了電網(wǎng)對(duì)新能源汽車的支持，但對(duì)新能源供電網(wǎng)絡(luò)的研究卻明顯滯后，特別是對(duì)電網(wǎng)和充電設(shè)施的協(xié)調(diào)性研究不足。在大城市，若大量電動(dòng)汽車集中在負(fù)荷高峰期充電，將進(jìn)一步加劇電網(wǎng)負(fù)荷峰谷差，加重電力系統(tǒng)的負(fù)擔(dān)。同時(shí)，由于用戶用車行為和充電時(shí)間與空間分布的不確定性，使電動(dòng)汽車充電負(fù)荷具有較大的隨機(jī)性，這將加大電網(wǎng)控制的難度，使電網(wǎng)運(yùn)行優(yōu)化控制難度增加。

《福建省汽車產(chǎn)業(yè)“十二五”發(fā)展規(guī)劃》中曾提到利用立交中心綠地、道路環(huán)島綠地、城市公園邊角空地等地塊，建設(shè)公共純電動(dòng)車充電塔；在經(jīng)營(yíng)性停車場(chǎng)，停車設(shè)施的居住小區(qū)，按照5%的比例配建純電動(dòng)汽車專用充電位。但這些規(guī)劃的實(shí)施難度較大，一是因?yàn)榇蟪鞘薪煌〒頂D，會(huì)擠占充電樁的位置，使其位置偏向郊外。事實(shí)上，早在2010年，省電力公司就開建電動(dòng)汽車充電設(shè)施。截至目前，福州市已經(jīng)建成19個(gè)充電站，超過100個(gè)充電樁，但是，使用的人并不多。二是高速公路上的充電樁建設(shè)還未進(jìn)入實(shí)質(zhì)階段，給純電動(dòng)汽車的續(xù)航造成很大影響。其實(shí)，福建省規(guī)劃2015年將在沈海和京臺(tái)兩條高速路建設(shè)30對(duì)服務(wù)區(qū)充電站（即60個(gè)充電站），供小型純電動(dòng)汽車充電使用，其中，福州地區(qū)有6對(duì)，但目前，充電站建設(shè)仍未落實(shí)[3]。三是目前福建電池更換站建設(shè)較少，且集中于大城市，對(duì)高速公路和山區(qū)城市的換電站建設(shè)還處于研討中。

2.4 行車安全系統(tǒng)設(shè)計(jì)和研發(fā)的滯后

純電動(dòng)汽車的設(shè)計(jì)是一個(gè)系統(tǒng)工程，但目前，國(guó)內(nèi)對(duì)整車安全系統(tǒng)的整合和研究重視力度不夠。如對(duì)車輛橫擺穩(wěn)定性控制系統(tǒng)、動(dòng)力蓄電池監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、電動(dòng)汽車前艙高壓零部件布置系統(tǒng)的安全性缺乏系統(tǒng)性研究。第一，車輛橫擺穩(wěn)定性控制是整車穩(wěn)定性控制系統(tǒng)的重要部分，其控制精度直接影響汽車行駛安全，必須做到多個(gè)控制器協(xié)同作用，方能達(dá)到最好的控制性能。汽車本身就是一個(gè)大的耦合系統(tǒng)，如果底盤集成控制系統(tǒng)中各個(gè)控制子系統(tǒng)間相互耦合，會(huì)造成控制器的控制效果與駕駛員意圖產(chǎn)生偏差[4]，因此，如何解耦及對(duì)解耦技術(shù)的研究非常重要，但目前，對(duì)其的研究仍處于落后狀態(tài)。第二，動(dòng)力蓄電池監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的完善對(duì)電動(dòng)轎車安全及避免發(fā)生火災(zāi)具有重要意義。作為一種儲(chǔ)能裝置，動(dòng)力電池易受外界環(huán)境刺激（比如碰撞），再加上自身制造缺陷（比如熱過敏、電流量不穩(wěn)定等因素）的影響，易發(fā)生熱失控，引發(fā)火災(zāi)，而對(duì)電氣系統(tǒng)的完善和監(jiān)測(cè)的研發(fā)尚未引起很大的重視。第三，對(duì)電動(dòng)汽車前艙高壓零部件布置研究不足，電動(dòng)汽車有很多設(shè)計(jì)控制及電器方面的零件，如電機(jī)、電機(jī)控制器、高壓保險(xiǎn)絲盒、充電器、暖風(fēng)加熱器等[5]，而前艙是電動(dòng)汽車高壓零部件比較集中的地方，其布置水平會(huì)直接影響零件的工作條件及整車性能。

3 福建純電動(dòng)汽車發(fā)展的對(duì)策

3.1 加大動(dòng)力電池的研發(fā)力度，攻克核心技術(shù)難題

純電動(dòng)汽車動(dòng)力的核心部件主要包括動(dòng)力電池和電機(jī)。電動(dòng)汽車電池既是發(fā)展電動(dòng)汽車的核心，也是電動(dòng)汽車技術(shù)攻關(guān)的難點(diǎn)。目前，福建省電動(dòng)汽車研發(fā)的動(dòng)力電池主要是鉛酸電池、鎳氫電池和鋰離子電池。其一，鉛酸蓄電池具有技術(shù)成熟、批量生產(chǎn)、成本低、價(jià)格便宜等優(yōu)勢(shì)，但無法解決比能量低的問題，及高倍率部分荷電狀態(tài)時(shí)壽命嚴(yán)重縮短。可通過使用密度小的非腐蝕性容器來提高比能量，再在活性物質(zhì)中增加碳，以此來減輕硫化物對(duì)電池容量壽命的影響。其二，鎳氫電池比能量較高且對(duì)環(huán)境無污染，但其易快速產(chǎn)生枝晶，導(dǎo)致壽命縮短，特別是低溫時(shí)容量減小和高溫時(shí)充電耐受性的減弱及金屬鎳價(jià)格昂貴?？梢酝ㄟ^三電極充電，使用新的隔膜和在電解液中添加緩蝕劑或?qū)щ婐そY(jié)劑和優(yōu)化電池設(shè)計(jì)等方式解決。其三，鋰離子電池具有較大的比能量，體積小、質(zhì)量輕，循環(huán)壽命長(zhǎng)，自放電率低，無記憶效應(yīng)且無污染等優(yōu)勢(shì)。但鋰離子電池大量應(yīng)用于電動(dòng)汽車仍存在諸多問題，如鋰離子電池的安全性、循環(huán)壽命、成本、工作溫度、材料供應(yīng)及均衡充電技術(shù)不成熟。其四，近期，在釩基磷酸鹽鋰電池技術(shù)上取得了進(jìn)展，此種鋰離子電池比目前廣泛應(yīng)用的磷酸鐵鋰電池具有更高的功率和更好的車輛應(yīng)用性能。此外，還有德國(guó) DBM Energy 公司的KOLIBRI 電池技術(shù)研發(fā)的鋰聚合物電池，通過現(xiàn)金的膜技術(shù)（alpha polymer technology，阿爾法聚合物技術(shù)），提高了鋰離子電池的穩(wěn)定性和效率[6]。因此，福建省的新能源汽車公司，加大對(duì)動(dòng)力電池的研發(fā)，可以借鑒國(guó)內(nèi)外電池公司的經(jīng)驗(yàn)或通過合作共享，積極參與國(guó)內(nèi)和國(guó)際的電池研發(fā)，也可借助與高校合作走產(chǎn)學(xué)研相結(jié)合的技術(shù)攻關(guān)道路。

3.2 加快電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)研發(fā)步伐，增強(qiáng)汽車穩(wěn)定性

目前，有多種電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，如何判斷該系統(tǒng)的適用性和可靠性，需要做到以下幾點(diǎn)：第一，通過電動(dòng)動(dòng)力傳動(dòng)參數(shù)設(shè)計(jì)與分析，運(yùn)用數(shù)學(xué)建模，建立電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)可靠性模型，并進(jìn)行可靠性預(yù)計(jì)。通過電機(jī)軸承系統(tǒng)和控制電路兩方面的資金投入，結(jié)合實(shí)際故障數(shù)據(jù)，完善系統(tǒng)，并修正結(jié)果。第二，加強(qiáng)對(duì)輪轂電機(jī)驅(qū)動(dòng)方案的研究，通過比較異步電動(dòng)機(jī)、永磁無刷電動(dòng)機(jī)和開關(guān)磁電動(dòng)機(jī)及橫向磁場(chǎng)電動(dòng)機(jī)等不同指標(biāo)，進(jìn)一步確定輪轂電機(jī)驅(qū)動(dòng)中各個(gè)配件如定子、繞組、齒槽、磁鋼、永磁材料的尺寸和優(yōu)化方案。第三，加快電動(dòng)汽車起步加速過程的調(diào)速系統(tǒng)研究，解決電動(dòng)汽車爬坡和在擁擠市區(qū)的起步加速問題。通過分析電動(dòng)汽車起步加速過程的受力和無刷直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)的數(shù)據(jù)，建立起步加速過程中的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型，采用車速與電流雙閉環(huán)控制策略，建立車速與電流雙閉環(huán)控制策略的無刷直流電機(jī)系統(tǒng)，并進(jìn)行仿真。

3.3 加大電源供應(yīng)設(shè)施的建設(shè)，開拓電源供應(yīng)模式

第一，加快電動(dòng)汽車配、供電設(shè)施建設(shè)。首先，通過對(duì)電動(dòng)汽車對(duì)電網(wǎng)的影響及動(dòng)力電池的充電特性、電動(dòng)汽車用戶的用車行為、充電方式的研究，對(duì)電動(dòng)汽車充電負(fù)荷進(jìn)行建模，分析電動(dòng)汽車動(dòng)力電池的特性，包括電池類型、容量、充電特性等，認(rèn)真總結(jié)電動(dòng)汽車的運(yùn)行規(guī)律，如各種類型電動(dòng)汽車出行時(shí)間、行駛里程、停放規(guī)律、充電場(chǎng)所與充電時(shí)間等，通過完善配電網(wǎng)絡(luò)的規(guī)劃，改善配電網(wǎng)負(fù)荷，實(shí)行電動(dòng)汽車實(shí)時(shí)有序充電控制策略，降低城市充電高峰期配電網(wǎng)的網(wǎng)損，達(dá)到改善配電網(wǎng)的節(jié)點(diǎn)電壓波形的目的[7]。其次，加大配電網(wǎng)絡(luò)信息系統(tǒng)建設(shè)資金的投入，提高配電網(wǎng)的信息化程度，通過研究分層、分區(qū)的電動(dòng)汽車充放電控制方式與策略，加快電動(dòng)汽車與電網(wǎng)的信息交互，提高處理速度，降低對(duì)通信系統(tǒng)的要求。再次，建立合理的市場(chǎng)機(jī)制和價(jià)格機(jī)制，采取不同時(shí)段充電具有不同價(jià)格優(yōu)惠的措施，避開用電高峰期。最后，加快充電站、換電站和充電樁的建設(shè)。政府應(yīng)加大和加快充電站、換電站和充電樁的建設(shè)，不能僅把充電設(shè)施局限于市區(qū)，拓展充電設(shè)施的普及面，積極探索和研究交流充電樁、充電站和電池更換站的布局規(guī)劃體系。

第二，積極探索電源供應(yīng)模式。首先，對(duì)電動(dòng)汽車能源供給系統(tǒng)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)，包括電池與電池箱的標(biāo)準(zhǔn)化；充電及電池更換設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)化；計(jì)量計(jì)費(fèi)的標(biāo)準(zhǔn)化；電力系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)的標(biāo)準(zhǔn)化等。其次，積極探索電源供應(yīng)模式，適當(dāng)考慮換電為主、插充為輔、集中充電、統(tǒng)一配送模式的推廣。可以繞過當(dāng)前電池快充技術(shù)存在的障礙，通過對(duì)電池進(jìn)行快速更換，滿足用戶的快速能量補(bǔ)給要求。同時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)電池的科學(xué)儲(chǔ)存、合理充電、安全配送，有效提升電池的循環(huán)使用壽命，此外，也有利于電池的梯次利用和回收，更有利于加強(qiáng)電池的安全與質(zhì)量問題的管控。福建省可以考慮在郊區(qū)建設(shè)電池統(tǒng)一配送站，市區(qū)擁擠地區(qū)，可以采取多建一些換電站或換電池門店，統(tǒng)一配送電池；在城郊地區(qū)，可以考慮建充電站，合理規(guī)劃充電站的分布；在高速公路服務(wù)區(qū)，加大充、換電站的建設(shè)投入。

3.4 加強(qiáng)行車安全性系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)和研發(fā)

行車安全性是衡量車輛性能的關(guān)鍵指標(biāo)之一，加強(qiáng)行車安全性系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)和研發(fā)具有重要意義。第一，加大電動(dòng)汽車底盤集成系統(tǒng)耦合分析與控制的研發(fā)。因此，必須注重汽車的側(cè)向及橫擺方向的穩(wěn)定性控制，充分利用耦合技術(shù)，分析汽車動(dòng)力學(xué)特性和汽車的耦合特性，采用簡(jiǎn)單的二自由度模型，進(jìn)行耦合分析，并進(jìn)行解耦及仿真反饋，實(shí)現(xiàn)子系統(tǒng)的獨(dú)立控制，提升汽車側(cè)向穩(wěn)定性的控制性能。第二，加大動(dòng)力電池溫控系統(tǒng)的研究，特別是動(dòng)力電池在溫度過低和溫度過高的情況下，可能產(chǎn)生的溫度失衡問題，從而產(chǎn)生燃燒或爆炸等嚴(yán)重性安全隱患。因此，要加大對(duì)動(dòng)力電池溫度監(jiān)督系統(tǒng)試驗(yàn)平臺(tái)的建設(shè)，依托平臺(tái)研究在不同工況行駛其動(dòng)力電池組的溫升狀況，建立電池組導(dǎo)熱的數(shù)學(xué)模型，開發(fā)汽車仿真軟件仿真純電動(dòng)汽車在不同路面上不同車速行駛時(shí)，在封閉環(huán)境下動(dòng)力電池組溫度和周圍流場(chǎng)的分布，并進(jìn)行動(dòng)力電池組溫度場(chǎng)分布試車試驗(yàn)[8]。第三，加強(qiáng)電動(dòng)汽車前艙高壓零部件的布局設(shè)計(jì)和研發(fā)。雖然前艙高壓零部件在電動(dòng)汽車中不算核心技術(shù)，但其分布的合理性將直接影響行車安全。高壓電器部件布置位置要合理，在滿足工作要求的前提下，盡量減小前艙高壓線束的長(zhǎng)度，避免在行車過程中由于車速變化引起的纏繞；相鄰的高壓線束應(yīng)盡量避免交叉布置，多采用便于間隔夾使用的平行布置方案，避免因磨損造成的漏電事故引發(fā)的火災(zāi)；高壓零部件應(yīng)盡量布置在前艙相對(duì)靠后的位置，減少碰撞損壞概率，此外，還要盡量為有振動(dòng)工況的零部件保留較大空間。

[1]青山電動(dòng)資訊.福建省新能源汽車電動(dòng)汽車推廣應(yīng)用實(shí)施方案（2013-2015）[EB/OL].（2014-10-01）[2015-10-15]. http://www.hnqsdd.com/n180c17.aspx.

[2]胡偉，溫旭輝，劉鈞.電動(dòng)汽車電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)可靠性模型及預(yù)計(jì)[J].電氣傳動(dòng)，2007，（12）.

[3]東南快報(bào).福建將在高速路布設(shè)充電站 促進(jìn)電動(dòng)汽車行業(yè)發(fā)展[EB/OL].（2014-12-04）[2015-10-15]. http:// www.0594.com/html/house/putianxinwen/2014/1204/604061. html.

[4]馬永和.電動(dòng)汽車底盤集成系統(tǒng)耦合分析與控制[J].天津科技，2015，（7）.

[5]關(guān)振東.電動(dòng)汽車前艙高壓零部件布置研究[J].上海汽車，2013，（4）.

[6]Dbm R T．Energy's Electric Audi A2 Completes Record Setting 372 Mile Drive on a Single Charge[EB/OL]．（2010-07-08）[2015-10-15]．http://www.engadget. com/2010/10/27/dbm-energys-electric-audi-a2-completes-record-setting-372-mile/.

[7]胡澤春，宋永華，徐智威，等．電動(dòng)汽車接入電網(wǎng)的影響與利用[J].中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2012，（4）.

[8]李仲興，李穎，周孔亢，等．純電動(dòng)汽車不同行駛工況下電池組的溫升研究[J].機(jī)械工程學(xué)報(bào)，2014，（16）.

The Bottleneck and Countermeasure of Fujian Electric Vehicle Development

CHEN Ximei
(Fujian Water Conservancy and Electric Power, Career Technical College,Yongan 366000)

Through the investigation of the development status of the pure electric vehicle in Fujian, pointed out that the technical bottlenecks in the development of electric vehicles, such as the lack of power and instability, lack of power supply facilities, the design and development of driving safety system and other issues. For this purpose, the paper is to solve the problems in the development of pure electric vehicles from the perspective of the power and safety of the electric vehicle.

Fujian Province,bade Electric Vehicles,technical bottleneck