Kerntechnologie eines reinen Elektroautos

Bei der Entwicklung von Elektrofahrzeugen müssen vier Schlüsseltechnologien gelöst werden: Batterietechnologie, Motorantriebs- und Steuerungstechnologie, Elektrofahrzeugtechnologie und Energiemanagementtechnologie.
Batterietechnologie Batterien sind die Energiequelle von Elektrofahrzeugen, aber auch ein Schlüsselfaktor, der die Entwicklung von Elektrofahrzeugen einschränkt. Die wichtigsten Leistungsindikatoren von Batterien für Elektrofahrzeuge sind spezifische Energie (E), Energiedichte (Ed), spezifische Leistung (P), Lebensdauer (L) und Kosten (C). Damit Elektrofahrzeuge mit Kraftstofffahrzeugen konkurrieren können, ist die Entwicklung hocheffizienter Batterien mit hoher spezifischer Energie, hoher spezifischer Leistung und langer Lebensdauer entscheidend.
Bisher wurden drei Generationen von Batterien für Elektrofahrzeuge entwickelt und bahnbrechende Fortschritte erzielt. Die erste Generation besteht aus Bleibatterien, derzeit hauptsächlich ventilgesteuerte Bleibatterien (VRLA), die aufgrund ihrer höheren spezifischen Energie, ihres niedrigen Preises und ihrer hohen Entladerate die einzige in Massenproduktion hergestellte Batterie für Elektrofahrzeuge sind. Die zweite Generation besteht aus Alkalibatterien, hauptsächlich Nickel-Cadmium (NJ-Cd), Nickel-Metallhydrid (Ni-MH), Natrium-Schwefel (Na/S), Lithium-Ionen (Li-Ion) und Zink-Luft (Zn/Luft) und anderen Batterien. Ihre spezifische Energie und spezifische Leistung sind höher als bei Bleibatterien, sodass sie die Leistung und Reichweite von Elektrofahrzeugen erheblich verbessern, aber auch teurer als Bleibatterien sind. Die dritte Generation besteht aus Batterien auf Brennstoffzellenbasis. Brennstoffzellen wandeln die chemische Energie des Kraftstoffs direkt in elektrische Energie um. Dabei weisen sie einen hohen Wirkungsgrad auf, der höher ist als bei Energie und Leistung, und der Reaktionsprozess kann gesteuert werden. Der Energieumwandlungsprozess kann kontinuierlich erfolgen. Daher sind sie ideale Autobatterien. Allerdings befinden sie sich noch in der Entwicklungsphase und bei einigen Schlüsseltechnologien müssen noch Durchbrüche erzielt werden.
Elektrischer Antrieb und seine Steuerungstechnologie Elektromotor und Antriebssystem sind die Schlüsselkomponenten von Elektrofahrzeugen. Damit Elektrofahrzeuge eine gute Leistung erzielen, muss der Antriebsmotor einen weiten Drehzahlbereich, eine hohe Geschwindigkeit, ein großes Anlaufdrehmoment, eine geringe Größe, eine geringe Masse, einen hohen Wirkungsgrad sowie dynamische Brems- und Energierückführungseigenschaften aufweisen. Derzeit umfassen die Motoren von Elektrofahrzeugen hauptsächlich Gleichstrommotoren (DCM), Induktionsmotoren (IM), bürstenlose Permanentmagnetmotoren (PMBLM) und geschaltete Reluktanzmotoren (SRM).
In den letzten Jahren wurden in fast allen Elektrofahrzeugen mit Induktionsmotoren Vektorsteuerung und direkte Drehmomentsteuerung übernommen. Aufgrund der direkten Drehmomentsteuerung, des einfachen Aufbaus, der hervorragenden Regelleistung und der schnellen dynamischen Reaktion eignet sich diese Technologie sehr gut zur Steuerung von Elektrofahrzeugen. In den USA und Europa entwickelte Elektrofahrzeuge verwenden überwiegend diesen Elektromotor. Bürstenlose Permanentmagnetmotoren lassen sich in bürstenlose Gleichstrommotorsysteme mit Rechteckwellenantrieb (BLDCM) und bürstenlose Gleichstrommotorsysteme mit Sinuswellenantrieb (PMSM) unterteilen. Sie weisen eine hohe Leistungsdichte auf und ihre Steuerungsart ist grundsätzlich die gleiche wie bei einem Induktionsmotor, weshalb sie in Elektrofahrzeugen häufig verwendet werden. PMSM-Motoren weisen eine hohe Energiedichte und Effizienz auf, sind klein, haben eine geringe Trägheit und reagieren schnell, sodass sie sich sehr gut für Antriebssysteme von Elektrofahrzeugen eignen und Anwendungsaussichten bieten. Zurzeit wird dieser Elektromotor hauptsächlich in in Japan entwickelten Elektrofahrzeugen verwendet.
Der geschaltete Reluktanzmotor (SRM) bietet die Vorteile eines einfachen und zuverlässigen, effizienten Betriebs in einem weiten Drehzahl- und Drehmomentbereich, einer flexiblen Steuerung, eines Vierquadrantenbetriebs, einer schnellen Reaktionsgeschwindigkeit und niedriger Kosten. In der praktischen Anwendung zeigt sich, dass der SRM einige Nachteile hat, wie z. B. große Drehmomentschwankungen, starke Geräuschentwicklung und die Notwendigkeit eines Positionsdetektors.
Mit der Entwicklung von Motor- und Antriebssystemen tendiert das Steuerungssystem dazu, intelligent und digital zu werden. Variable Struktursteuerung, Fuzzy-Steuerung, neuronales Netzwerk, adaptive Steuerung, Expertensteuerung, genetischer Algorithmus und andere nichtlineare intelligente Steuerungstechnologien werden einzeln oder in Kombination im Motorsteuerungssystem von Elektrofahrzeugen eingesetzt.
Technologie für Elektrofahrzeuge Elektrofahrzeuge sind umfassende Hightech-Produkte. Neben Batterien und Motoren enthält auch die Karosserie selbst jede Menge Technologie. Einige Energiesparmaßnahmen zur Verbesserung der Speicherkapazität der Batterieenergie sind ebenfalls leicht umzusetzen. Durch die Verwendung von leichten Materialien wie Magnesium, Aluminium, hochwertigem Stahl und Verbundwerkstoffen zur Optimierung der Struktur kann die Masse des Fahrzeugs selbst um 30 %-50 % reduziert werden. Energierückgewinnung beim Bremsen, Bergabfahren und im Leerlauf. Der Hochdruck-Radialreifen aus hochelastischem Verzögerungsmaterial kann den Rollwiderstand des Fahrzeugs um 50 % reduzieren. Die Karosserie, insbesondere der Unterboden des Fahrzeugs, ist stromlinienförmiger, was den Luftwiderstand des Fahrzeugs um 50 % reduzieren kann.
Energiemanagementtechnologie Die Batterie ist die Energiespeicherquelle eines Elektrofahrzeugs. Um sehr gute Leistungseigenschaften zu erzielen, müssen Elektrofahrzeuge über eine hohe Energie, eine lange Lebensdauer und eine leistungsstarke Batterie als Energiequelle verfügen. Damit Elektrofahrzeuge eine gute Arbeitsleistung aufweisen, ist eine systematische Verwaltung der Batterie erforderlich.
Das Energiemanagementsystem ist der intelligente Kern eines Elektrofahrzeugs. Ein gut konzipiertes Elektrofahrzeug sollte neben guten mechanischen Eigenschaften, elektrischer Antriebsleistung und der Auswahl der geeigneten Energiequelle (d. h. Batterie) auch über eine Reihe von koordinierten Funktionsteilen der Arbeit des Energiemanagementsystems verfügen. Seine Aufgabe besteht darin, den Ladezustand einer einzelnen Batterie oder eines Batteriepakets zu erkennen und die begrenzte Fahrzeugenergie anhand einer Vielzahl von Sensorinformationen, einschließlich Kraft, Beschleunigungs- und Verzögerungsbefehlen, Fahrstraßenbedingungen, Batteriebedingungen, Umgebungstemperatur usw., angemessen zuzuteilen und zu verwenden. Es ist auch in der Lage, basierend auf der Verwendung des Batteriepakets und dem Lade- und Entladeverlauf die beste Lademethode auszuwählen, um die Batterielebensdauer so weit wie möglich zu verlängern.
Die Forschungsinstitute der größten Automobilhersteller der Welt erforschen und entwickeln Bordbatterie-Energiemanagementsysteme für Elektrofahrzeuge. Wie viel elektrische Energie derzeit in der Batterie des Elektrofahrzeugs gespeichert ist und wie viele Kilometer gefahren werden können, ist ein wichtiger Parameter, der beim Betrieb von Elektrofahrzeugen bekannt sein muss, und es ist auch eine wichtige Funktion, die das Energiemanagementsystem von Elektrofahrzeugen erfüllen sollte. Die Anwendung eines Bordenergiemanagementsystems für Elektrofahrzeuge kann das elektrische Energiespeichersystem von Elektrofahrzeugen genauer gestalten, eine optimale Energiespeicher- und -managementstruktur bestimmen und die Leistung des Elektrofahrzeugs selbst verbessern.
Die Schwierigkeit beim Energiemanagement von Elektrofahrzeugen besteht darin, ein präziseres mathematisches Modell zu erstellen, um anhand der historischen Daten zu Spannung, Temperatur und Lade- und Entladestrom jeder Batterie zu bestimmen, wie viel Energie noch in jeder Batterie vorhanden ist.