近年来,中央和地方层面纷纷推出支持新能源车发展的政策,如《节能与新能源汽车产业发展规划2012-2020》、《中国制造2025》以及《交通强国建设纲要》等,使得新能源汽车成为众人瞩目的焦点。而谈及新能源汽车,其核心技术——“三电”技术便不可忽视,它包括电池系统、电驱系统和电控系统,与传统的燃油汽车技术有着显著的区别。
电池系统
在传统燃油汽车中,电池主要指低压电池,其作用是为车辆照明、空调等提供电能。然而,在新能源汽车中,电池的角色发生了显著变化。这里所指的电池,即高压电池,已成为动力的源泉,因此被命名为动力电池。
动力电池系统是一个复杂的组合,涵盖了电芯、电池组、电池管理系统、冷却系统、高低压线束、保护外壳以及众多结构件。其中,电芯作为动力电池的核心,其性能直接影响到整个电池系统的表现。而电芯的关键成分,包括正负极、隔膜和电解液,都对电池的动力性能、续航里程、成本以及安全性能产生深远影响。特别是正极材料,它在很大程度上决定了电池的整体性能。
目前,新能源电池中主流的能量来源包括铅酸电池、镍氢电池和锂离子蓄电池。回顾新能源汽车动力电池的发展历程,我们发现铅酸电池曾是早期电动车型的首选,但其能量密度较低。随后,日系混动车型开始采用镍氢电池,其安全性和可靠性受到认可,但同样面临能量密度不足的挑战。如今,随着锂离子电池技术的崛起,铅酸电池和镍氢电池已逐渐被淘汰。
锂离子电池凭借其高容量密度成为主流电动汽车的优选,但成本也相对较高。根据所采用材料的不同,锂离子电池可分为钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂和三元锂电池等多种类型。在新能源动力电池市场中,磷酸铁锂电池和三元锂电池占据主导地位。磷酸铁锂电池在安全性方面表现优异,常用于电动客车市场;而三元锂电池则因其高能量密度而受到乘用车市场的青睐。
尽管钴酸锂电池具有大容量密度等优点,但其稳定性有待提高。锰酸锂电池价格亲民且环保安全,因此在市场上占据较大份额,被广泛应用于日韩欧美等地。磷酸铁锂电池以其出色的稳定性和长寿命受到认可,但比能量和一致性方面的不足限制了其应用范围。三元锂电池的正极材料采用镍钴锰混合搭配,从而实现了高能量密度,但其安全性略逊于磷酸铁锂电池,且循环寿命较短。各类锂电池的对比分析如下表所示。
电驱系统
电驱系统主要包括传动机构、电机和逆变器三个部分。传动机构通常采用单机减速方式,简化了结构,降低了对电机和逆变器的依赖,从而提高了性能并降低了成本。电机系统则是为汽车提供扭矩的高压电机,其性能直接影响汽车的加速速度。目前,汽车专用的电机驱动系主要有三种:直流电机驱动系、永磁同步电机驱动系和交流感应电机驱动系,各有优缺点。逆变器则负责将直流电转换为交流电,广泛应用于充电场景。高电压支持的逆变器能够提供大电流充电,缩短充电时间。然而,由于充电时电压较高,逆变器产生的热量也会增加,因此如何有效散热成为提高直流充电桩充电效率的关键。
电控系统
电控系统在新能源车中扮演着至关重要的角色,它不仅影响着整车的性能,还直接关系到电池的安全与寿命。从狭义上讲,电控系统主要指整车控制器,但新能源车中的电控系统还包括电机控制器和电池管理系统。
整车控制系统是整车的“大脑”,它负责采集油门、制动踏板等信号,并根据这些信号做出相应的驾驶指令。尽管与传统汽车的整车控制系统在某些方面有所差异,但其核心功能是相似的。
电机控制器则是电驱系统的“指挥官”。它接收整车控制器发出的扭矩报文指令,进而精确控制电机的转速和转动方向,确保汽车能够顺畅地加速和减速。
而电池管理系统,作为新能源车独有的电控系统,其重要性不言而喻。它主要负责监测和管理电池的状态,包括实时监测电池的物理参数、在线诊断与预警、充放电与预充控制、均衡管理以及热管理等。尽管电池管理系统在技术上相对较新,且仍有待进一步成熟,但它的存在无疑为新能源车的安全与性能提供了有力保障。
未来,中国的新能源汽车市场将变得愈发竞争激烈,犹如一片红海。在这场激烈的竞争中,能够在哪三个核心环节取得重大突破,谁就更有可能抢占更多的市场份额。这三个核心环节分别是:整车控制系统、电机控制器以及电池管理系统。
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