汽车动力系统的电控技术

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1、汽车动力系统的电控技术1 前言汽车已经成为普及到家庭的大众交通工具。迄今为止，发动机（内燃机）是汽车动力的源 泉，但是，随着能源和大气环境问题越来越受到关注，新的汽车动力也不断出现，特别是存在电 机驱动的纯电动汽车、混合动力汽车、燃料电池汽车等技术，近几年得到了很快发展。无论汽车采取什么动力，提高经济性、动力性及降低排放污染是不变的主题，采用电子 控制技术是实现这些指标的重要途径。而在这些方面国内目前在经验和技术上都有相当的差距。2 发动机控制技术汽车普遍使用四冲程发动机。轿车多用汽油发动机，商用车多用柴油发动机。发动机控 制技术的发展动力来自于两个方面：一是用户对经济性和动力性越来越高的追求

2、，一方面是来自 政府的对排放污染物越来越严的要求。为了达到这些要求，过去十几年发动机技术有了很大的发 展，图 1 是汽油机的电控系统示意图，集中体现了发动机电控技术的内容。图1发动机电控系统2.1 可变配气正时技术 VVT (Variable Valve Timing)可变配气正时控制系统就是根据发动机的状态控制凸轮轴，通过调整凸轮轴转角对配气时机进行优化，以获得最佳的配气正时，提高进气充量，使充量系数增加，从而在所有速度范围 内提高扭矩，并能改善燃油经济性，有效提高汽车的功率与性能，减少油耗和废气排放。图2 VVT基本原理图一般都采用顶置双凸轮轴机构，如图2所示。一种是仅配置在进气凸轮轴上的

3、；另一种是进、排气凸轮轴上都进行配置。像BMW的双可变配气相位系统(Double Vanos system)，就 能同时改变进气凸轮轴和排气凸轮轴的相位角，从而获得与转速更匹配的气门叠加角，因此其拥 有更高的配气效率。这就是为什么BMW M3 3.2发动机（升功率为100匹）拥有比前一代仅配备 了进气门可变相位系统的M3 3.0发动机（升功率为95匹）更高的性能。可变配气技术，从大类上分，包括可变气门正时和可变气门行程两大类。发动机的气门 行程是受凸轮轴转角长度控制的，在普通的发动机上，凸轮轴的转角长度固定，气门行程也是固 定不变的。而采用可变行程技术的发动机，气门行程能随发动机转速的改变而改

4、变。在高转速时， 采用长行程来提高进气效率，让发动机的呼吸更顺畅，在低速时，采用短行程，能产生更大的进 气负压及更多的涡流，让空气和燃油充分混合，因而提高低转速时的动力性能。本田的VTEC和 丰田的VVT-i是同时具有可变气门正时和可变气门行程的电子控制系统。目前，正在开发的新一类VVT系统中，发动机的凸轮轴被彻底的抛弃了，每个气门，或 每几个气门的动作直接由专门的电磁系统驱动，ECU需要它们怎么动，它们就怎么动，这也正是 VVT技术追求的最高境界！2.2废气涡轮增压技术VNT涡轮增压技术是在不改变发动机本体基本尺寸的情况下，有效提高发动机动力输出的有 效技术手段。早期使用的机械增压是将增压装

5、置安装在发动机上并由皮带与发动机曲轴相连接， 从发动机输出轴获得动力来驱动增压器的转子旋转，从而将空气增压吹到进气岐管里。其优点是 涡轮转速和发动机相同，因此没有滞后现象，动力输出非常流畅。但是由于装在发动机转动轴里 面，还是消耗了部分动力，增压出来的效果并不高。因此，被广泛应用的是废气涡轮增压系统， 其基本原理如图3所示。（1）电磁阀、（2）气缸燃烧室、（3）中冷器、（4）空气滤清器、（5）叶轮（6）涡轮、（7）排气旁通阀图3涡轮增压原理图其增压器与发动机无任何机械联系，它是利用发动机排出的废气惯性冲力来推动涡轮室 内的涡轮，涡轮又带动同轴的叶轮，叶轮压送由空气滤清器管道送来的空气，使之增压

6、进入气缸。 当发动机转速增快，废气排出速度与涡轮转速也同步增快，叶轮就压缩更多的空气进入气缸，空 气的压力和密度增大可以燃烧更多的燃料，相应增加燃料量就可以增加发动机的输出功率。一般 而言，加装废气涡轮增压器后的发动机功率及扭矩要增大20%30%。增压器安装在发动机的排 气一侧，所以增压器的工作温度很高，而且增压器在工作时转子的转速可达到每分钟十几万转。一般说来，这种涡轮只在中转速范围内产生效用，在低速时涡轮增压的效能并不明显， 这种现象被称为涡轮迟滞。为解决这一问题，产生了可变涡轮增压技术VNT，其基本原理如图4 所示。图4 可变截面涡轮增压原理可变涡轮截面技术的心脏是可调涡流截面的导流叶片

7、。发动机ECU根据发动机的运转状 况,给出控制信号调整可旋转导引叶片的角度，将发动机排出的气体通过导引叶片导送至涡轮上。 当发动机转速低时，废气压力较低，导流叶片成小角度打开，增大到达废气涡轮的气压压强，推 动涡轮敏锐的转动；当引擎转速上升，废气压力逐渐变大，导流叶片的角度也随之变大，当到达 全负载的情况下，导流叶片全开，与主体的涡轮叶片形成一个更大型的叶片，将最大的废气量接 收，达到更高的转速而达到一般大涡轮的高输出效果。但是，如何根据发动机的状况调整导引叶片的角度，以改善低转速时的响应时间和加速 能力，从而达到全面提高发动机动力性能的目的，则需要正确有效的控制策略、标定技术和长期 的实践经

8、验积累。迄今为止，可变涡轮截面技术一直用于柴油发动机，采用可变涡轮截面技术的汽油发动 机在所有转速范围内的效率均明显高于目前采用的标准放气阀式的涡轮增压器。相应地，在各个 转速范围内的节油性能也更上一层楼。2006年博格华纳的可变涡轮截面技术（称为VTG）成功应用于第六代保时捷911Turbo后，博格华纳预计在未来十年内该技术将更广泛地应用于汽油发动机。“采用涡轮增压加上燃油直喷技术的汽油发动机将会像柴油发动机一样成功”。博格华纳、霍尼韦尔和霍尔塞特等外资企 业以技术和资本优势，乘我国排放要求的越来越严格，迅速扩大了在中国的市场份额，几乎垄断 了高端产品市场。2.3废气再循环技术EGR采用废气

9、再循环(EGR)技术的目的是为了降低废气中的氧化氮(NOX)的排出量。氮和氧只有在高温高压条件下才会发生化学反应，发动机燃烧室内的温度和压力满足了上述条件，在强制加速期间更是如此。luci虹 m；iii MJ畑苛 puiripiIxnilkc wslvtAirdcwcr图5 废气再循环(EGR)原理当发动机在负荷下运转时，EGR阀开启，使少量的废气进入进气歧管，与可燃混合气一起进入燃烧室。怠速时EGR阀关闭，几乎没有废气再循环至发动机。汽车废气是一种不可燃气体(不含燃料和氧化剂)，在燃烧室内不参与燃烧。它通过吸收燃烧产生的部分热量来降低燃烧温 度和压力，以减少氧化氮的生成量。进入燃烧室的废气量

10、随着发动机转速和负荷的增加而增加。柴油机实现废气再循环一般有两种方式：一种是将涡轮前的排气引入中冷器之后，称为高压废气反向。采用可变截面涡轮增压器，可以扩大废气再循环有效工作范围，降低氮氧化物（NOX）和微粒（PT），燃油耗也不升高，这可能是将高压废气再循环系统用于增压中冷柴油机 的最好方法。另一种是将涡轮后的排气引入压气机之前，称为低压废气再循环系统，它可有效降 低氮氧化物，而废气循环工作范围较大，与柴油机匹配能有效地发挥其功能。现在运用得最多的 是低压废气再循环系统，其系统的主要元件是数控式EGR阀。数控式EGR阀安装在右排气管上， 作用是独立地对再循环到发动机的废气量进行准确的控制。目前

11、采用的废气再循环系统还有一种类型，日野汽车公司开发的脉冲式废气再循环系统 在柴油机进气过程中，排气门稍有提升，使部分高压废气回流到汽缸内。排气门的这个作用是通 过修改排气门凸轮的形状和将废气再循环系统微升来实现的。这样一种技术利用汽油机中的 VVT 技术也可以类似的实现。发动机控制ECU根据发动机的转速、负荷（节气门开度）、温度、进气流量、排气温度控 制电磁阀适时地打开，使排气中的少部分废气经EGR阀进入进气系统，与混合气混合后进入气缸 参与燃烧。少部分废气进入气缸参与混合气的燃烧，降低了燃烧时气缸中的温度，因NOX是在高 温富氧的条件下生成的，故抑制了 NOX的生成，从而降低了废气中的NOX

12、的含量。但是，过度的 废气参与再循环，将会影响混合气的着火、性能，从而影响发动机的动力性。因此，EGR的控制 策略和标定经验就变的很关键，成为发动机控制技术的一项重要内容。斯堪尼亚集团在2007年1月份宣布：公司将在2007年开始推出其新的符合欧V标准的发动机平台。在这些新的发动机上，斯堪尼亚采用了 EGR （废气再循环）技术，无需任何后续处 理装置即可达到欧V排放标准。尽管斯堪尼亚尚未披露这一新的EGR技术的细节，但是，EGR在降低排放方面的重要性是显而易见的。2.4汽油机缸内直喷技术GDI缸内直喷汽油发动机与一般汽油发动机的主要区别在于汽油喷射的位置，目前一般汽油发动机上所用的汽油电控喷射

13、系统是将汽油喷入进气歧管或进气管道上，与空气混合成混合气后 再通过进气门进入气缸燃烧室内被点燃作功；而缸内直喷汽油机是在气缸内喷射汽油，它将喷油 嘴安装在燃烧室内，将汽油直接喷注在气缸燃烧室内，空气则通过进气门进入燃烧室与汽油混合 成混合气被点燃作功，这种形式与直喷式柴油机相似，因此有人认为缸内直喷汽油机是将柴油机 的形式移植到汽油机上的一种创举。直喷汽油机的构造改变，使供油动作完全独立于进门与活塞系统之外。在稳定运转或低 负载状态下，采用缸内直喷设计的发动机得以进入Ultra lean （精实）模式，发动机于进气行 程时只能吸进空气，至于喷油嘴则在压缩行程才供给燃料，ECU也因而拥有更多的主

14、导权。超乎 传统喷射理论的稀薄燃烧与更多元的混合比便得以实现，使经济性、动力性和排放特性都得到了 进一步的提升。缸内直喷技术产生了2个新的概念：均匀燃烧和分层燃烧。图6缸内直喷示意图均匀燃烧：在全负荷时，燃油喷射与进气同步，燃油得到完全雾化，使混合汽均匀地充 满燃烧室，自然会得到充分的燃烧，有着和传统喷射发动机相同的空气与燃油混合比，即空燃比 是14.7：1。而燃油的蒸发又使混合汽降温，去除了爆震的产生。也就是说在均匀燃烧情况下， 在获得高动力输出和扭矩值的同时付出了较低的燃油消耗。其出色的经济性主要表现在部分负荷时的分层燃烧。可燃混合物多分布在火花塞周围， 换句话说，空燃比是14.7： 1的

15、混合气集中在火花塞周围，之外会渐次稀薄。分层燃烧时总的空 然比可达理论空然比的4倍，可见发动机在中、低速时燃油是多么节省。缸内直喷发动机的压缩比达到12： 1，比以往发动机高出1/4左右。压缩比提高了，缸 内温度必然也随之提高，有助于稀燃。压缩比高，输出功率增大，这样也就弥补了稀燃带来的功 率损失。压缩比提高缸内压力也会提高，与之配合的是高压燃料泵，用高压方式将汽油送进燃烧 室内。但是，汽油的性质决定压缩比只能局限于一定的限度内，否则就会出现爆燃，为了避免这 一现象，缸内直喷分两步喷射的过程，第一步在进气冲程中喷射汽油以降低气体温度，适应高压 缩比；第二步在压缩冲程后期喷射汽油，形成上面阐述过

16、的层状混合气形态。这一技术的实施环 环相扣，相辅相成，缺一不可。总之，缸内直喷技术的优势就在于利用自主性极高的喷油系统，来创造出低速节能、中 速减污与高速强悍三者兼具的高性价比的汽油发动机。缸内直喷的原创是日本三菱汽车。该公司在1996年便曾以代号4G93的直列四缸发动机 为蓝本，使用了副名为 GDI (Gasoline direct injection )的动力系统，并装置于该厂 Galant/Legnum车系上，随后成功销往欧洲，并出售技术予PSA集团。到了 2001年时，大众集团也发展出独有的FSI(Fuel Stratified Injection)缸内直 喷系统。近些年，美国的通用、

17、福特以及日本丰田、日产等厂家，也都陆续有相关作品问世，让 缸内直喷系统的普遍性日渐提高。2.5 基于扭矩的控制策略达到欧IV、欧V排放标准的发动机ECU的控制策略需要矩控制。根据油门踏板位置传感 器信号获取驾驶者的基本动力需求，并根据发动机的特征参数和目前状态下的限制因素，由ECU 计算出最终发动机能够提供的扭矩，需要喷多少油、供给多少空气，并实施控制。在扭矩模式下 一般都使用电子节气门或电子油门。实际上，使汽车行驶的是发动机的驱动力，速度仅是驱动力的体现。另一方面，驾驶者 的意愿直接反映的是对驱动力大小的需求。因此扭矩控制是发动机控制的最贴切的模式，在这种 模式下，发动机ECU完全主动地控制

18、着喷油和进气，使发动机的动力性、经济性和排放特性都会 有所提高。下图是博世公司柴油机扭矩控制原理的局部，最上面是计算得到的扭矩需求，考虑了各种扭矩限制之后，通过FMTC模块实现从扭矩到喷油量的转换，其中的FBC模块实现燃油平衡计算。图7基于扭矩的控制策略的部分逻辑基于扭矩的发动机控制首先是在柴油机上实现的，在汽油机上实现扭矩控制是排放要求 强化的结果。与以往的电喷系统相比，满足欧4、欧5的电喷系统引入了以扭矩为中心的控制策 略和混合气协调机制、建立了具有各种功能的物理模型和子系统，如：充气模型、扭矩模型、过 渡工况模型、排温保护模型等。过去的控制策略主要是基于经验的，而扭矩的控制策略则是基于

19、理论的，这样在发动机及整车的匹配标定上，从补丁式变成现在的系统式，是发动机控制技术的 一个进步，是新的技术方向。图8是扭矩控制策略及匹配内容的一个概要框图，从中可以看出其特征及其和以往的区别之处。栉詈itu-张电n址性-器厲也腔性图8发动机扭矩控制的功能在发动机扭矩控制技术上，日本的电装、德国的博世、西门子及美国的德尔福走在了前面，其技术已经在我国推广使用。需要指出，在混合动力汽车中，使用扭矩控制的发动机是一个基本的技术前提。2.6柴油机高压共轨越来越严格的排放标准，推动着发动机技术的发展。对于汽油发动机，由于技术相对成熟且有后处 理,因此满足目前排放国3和国5标准难度不大。对于柴油发动机，降

20、低颗粒PM和氮氧化合物NOx而达到 欧4、欧5的排放标准，需要在技术上有所突破，柴油机高压共轨电控直喷系统是最为有效的途径之一。高压共轨系统实现了压力建立和喷射过程的分离，从而使控制过程更具有柔性，能更准确地实现小油量的精确控制，更好地实现多次喷射。目前的共轨压力已经由160Mpa向200Mpa进步，由于采用了高压 喷射促进了喷油的微粒化，对因NOx降低对策（如EGR）而恶化的性能和PM的减少极为有效。图9柴油机咼压共轨示意图柴油共轨系统已开发了 3代。第2代共轨高压泵总是保持在最高压力，导致能量的浪费 和很高的燃油温度。第3代可根据发动机需求而改变输出压力，并具有预喷射和后喷射功能。早 期喷

21、射实现稀薄预混合对降低NOx和PM做出贡献的同时，与主喷射前的喷射相结合，可缩短滞 燃期、抑制压力升高以及降低振动噪声；主喷之后的后喷射活跃了后期燃烧，促进了 PM的再燃 烧，这一后喷射的目的是向排气中供给未燃燃油，以便后处理装置发挥其功能。由于其强大的技术潜力和应用前景，今天各制造商已经把目光定在了共轨系统第3代一 压电式(piezo)共轨系统，压电执行器代替了电磁阀，于是得到了更加精确的喷射控制。没有 了回油管，在结构上更简单。压力从2002000巴弹性调节。最小喷射量可控制在0.5mm3，减 小了烟度和NOX的排放。国外燃油系统制造商纷纷投入巨额资金和人力开发共轨系统。日本电装公司在19

22、91年研 究开发出的ECD-U2第一代产品，并于1995年匹配Hino的J08C柴油机、五十铃的6HK1柴油机。 博世公司于1995年发表了用于轿车的高压共轨系统，采用径向柱塞转子式供油泵，喷油器电磁 阀采用球阀结构。目前博世公司共轨系统在欧洲乘用车和轻型车柴油机上已得到普通应用，德尔 福与西门子分别在1998年和2000年推出轿车MultecDCR1400共轨系统，采用径向柱塞转子式供 油泵，德尔福公司的喷油器电磁阀设计在喷油器内，使得喷油器体积更小巧；西门子喷油器采用 压电执行器，响应时间更短。3 电动汽车的控制技术人们习惯上将电动汽车分为三类：纯电动汽车、混合动力汽车和燃料电池汽车。但是

23、， 从驱动方式上划分可以分为两类：纯电动汽车和混合动力汽车，因为，燃料电池汽车也是用纯电 力驱动的。3.1纯电动汽车的动力系统电动汽车与内燃机汽车相比，有其自身的许多特点，下面表中给出了电动汽车与内燃机 汽车性能和用途方面的比较。电动汽车与内燃机汽车性能和用途比较见表1。表1 电动汽车与内燃机汽车性能和用途比较1嗓声能ihfit业业电射0心ita豪OOO0OOHr0a*住0*oOA注：O好（适用）； 一般；差（不适用）纯电动汽车由于具有效率高、能源不依赖燃料、在使用地点“零排放”等特点，成为最 具竞争力的技术。而比较 3 种电动汽车，纯电动汽车的优势更加明显。纯电动汽车以电动机代替 燃油机，噪

24、音低、无污染，电动机、油料及传动系统少占的空间和重量可用以补偿电池的需求； 同时因使用单一的电能源，电控系统相比混合电动车大为简化。纯电动汽车的价格比内燃机汽车 高，决定了电动汽车的初期投入大、费用支出多，原因跟目前的电池和驱动系统的技术水平有关， 更重要的和生产量偏小关系更大，随着电池等关键技术的解决，相信 会低于内燃机汽车使用 成本。电动汽车的组成包括电力驱动及控制系统、驱动力传动等机械系统、完成既定任务的工 作装置等。电力驱动及控制系统是电动汽车的核心，也是区别于内燃机汽车的最大不同点。电力 驱动及控制系统由驱动电动机、电源和电动机的调速控制装置等组成。电动汽车的其他装置基本 与内燃机汽

25、车相同。主要技术方向是轮毂驱动（或电动轮）技术。它直接将电动机安装在车轮轮毂中，省略 了传统的离合器、变速器、主减速器及差速器等部件，大大简化了整车结构，提高了传动效率， 并且能通过控制技术实现对电动轮的电子差速控制。因而，电动轮成为未来电动汽车的发展方向。图10四轮独立驱动及马达驱动轮毂示意图电动汽车四轮独立驱动系统是利用四个独立控制的电动机分别驱动汽车的四个车轮，车 轮之间没有机械传动环节。典型四轮驱动布置型式如图1,其电动机与车轮之间可以是轴式联接 也可以将电动机嵌入车轮成为轮式电机，车轮一般带有轮边减速器。这种驱动系统与传统汽车驱 动系统相比有以下特点：（1）传动系统得到减化，整车质量

26、大大减轻。由电动机直接驱动车轮甚至两者集成为一 体。这样省掉了离合器、变速器及传动轴等传动环节，传动效率得到提高，也更便于实现机电一 体化。传动系质量在汽车整车质量中占有很大比重，机械传动系的消失，使汽车很好的实现了轻 量化目标。另外，由于动力传动的中间环节减少，传动系的振动及噪声得到改善。（2）与传统汽车相比，四轮独立驱动系统可通过电动机来完成驱动力的控制而不需要其 他附件，容易实现性能更好的、成本更低的牵引力控制系统（TCS）、防抱死制动系统（ABS）及 动力学控制系统（VDC）。（3）对各车轮采用制动能量回收系统，则可大大提高汽车能量利用效率，且与采用单电动机驱动的电动汽车相比，其能量回

27、收效率也获得显著增加。这对提高电动汽车续驶里程是很重要的。（4）实现汽车底盘系统的电子化、主动化。现代汽车驱动系统布置分为前驱动、后驱动 或全驱动。这两种驱动型式各有优缺点，汽车采用四轮独立驱动技术后，汽车采用前驱动、后驱 动或全轮驱动可根据汽车行驶工况由控制器进行实时控制与转换。且各车轮的驱动力可根据汽车 行驶状态进行实时控制，真正实现汽车的“电子主动底盘”。目前日本在纯电动汽车的研究处于领先地位，庆应义塾大学的八轮独立驱动电动汽车最 高时速达到了 370km/h；充电3个小时，可以走行400公里。在商业产品层次上，美国和欧洲 略占上风。3.2 混合动力汽车的动力系统汽车的行驶过程特别是在城

28、市工况下，走走停停，怠速、加速、减速、匀速等几个工况 频繁转换。启动、怠速及加速过程多是发动机排放最差的状况，而减速是动能转化为热能，存在 能量的无端损失。混合动力汽车的动力系统是发动机和电动机两种动力源同时存在的系统。发动机的动力 来源于燃油，电动机的动力则来源于电池。电机通常在三种情况下使用：启动、加速和减速过程。 在启动和加速过程中，电机作为电动机使用提供辅助动力，减少尾气排放；减速时使电机工作在 发电机状态，通过辅助制动将动能转化为电能存储到电池中。因此，混合动力汽车可以在降低能 耗和减少排放方面有所贡献。混合动力汽车的基本结构分为串联和并联两种方式:串联式混合动力汽车 Series

29、Hybrid Elec trie Vehicle (SHEV)SHEV是由发动机、发电机和驱动电动机三大动力总成组成，发动机、发电机和驱动电动 机采用串联的方式组成SHEV的驱动系统。SHEV用发动机一发电机组均衡地发电，电能供应驱 动电动机或动力电池组，使SHEV的行驶里程得到延长。实际上SHEV的发动机一发电机组只能看 作一种电能供应系统，发动机并不直接参与SHEV的驱动。SHEV的发动机，可采用四冲程内燃机、二冲程内燃机、转子发动机和燃气轮机。发动机、 发电机组，发动机的转速控制在一定范围内，不受SHEV运行工况的影响，经常保持在低能耗、 高效率和低污染的状态下运转。发动机、发电机和驱动

30、电动机的功率都要求等于或接近于SHEV 的最大驱动功率，在热能f电能f机械能之间的转换过程中，总效率低于内燃机汽车。并联式混合动力电动汽车 Parallel Hybrid Elec trie Vehicle (PHEV)PHEV是由发动机、电动/发电机或驱动电动机两大动力总成组成，发动机、电动/发电机或驱动电 动机采用并联的方式组成PHEV的驱动系统。从PHEV的动力系统组成，可大致分为发动机一驱动系统（变 速器和驱动桥）一驱动轮等，电动机的动力要与车辆驱动系统相组合，可以：在发动机输出轴处进行组 合；在变速器（包括驱动桥）处进行组合；在驱动轮处进行组合。如图是其中的一种组合模式。混联式混合动

31、力电动汽车Split Hybrid Electric Vehicle (PSHEV)混联式混合动力电动汽车（PSHEV）是综合串联式和并联式结构特点组成的，由发动机、电动/发电 机和驱动电动机三大动力总成组成。由于电动/发电机必然是装在发动机的输出轴上，才能起发动机飞轮和 起动机的作用，也才能保持发动机稳定运转并进行发电。因此电动机的动力要与车辆驱动系统相组合，只 有：在变速器（包括驱动桥）处进行组合；在驱动轮处进行组合。宝马等也纷纷进入这一领域。与纯电动汽车类似的，混合动力汽车的关键技术在动力电池和控制策略方面。3.3 动力电池电池是电动汽车的动力源泉，也是一直制约电动汽车发展的关键因素。电

32、动汽车用电池的主要性能 指标是比能量、能量密度、比功率、循环寿命和成本等。要使电动汽车具有竞争力，就要开发出比能量高、 比功率大、使用寿命长的高效电池。目前面临最关键的电池技术问题是：能量密度过低。汽油的能量密度是1.2万，h/kg，而目前通常使用的铅酸电池能量密度不足 40W h/kg。近年来，其他类型电池，如空气电池等的开发虽有进展，但是在价格、性能、工艺性等方面欠 成熟，近期无法实现量产。(2) 续驶历程过短。因为能量密度较低，使电池组质量过重。尽管在车身设计方面采取了诸如玻璃 钢车身等技术以尽可能减轻整车质量，但是，电池过重的自身质量仍会使一部电动汽车的总质量较同样大 小的内燃机汽车重

33、。因此，即使电动汽车动力系统的效率很高，使用铅酸电池的电动汽车一次充电的续驶 里程也只有100km左右。(3) 电池组昂贵的价格及有限的循环寿命。为了提高续驶历程可以采用高密度电池，例如镍氢电池， 但是其昂贵的价格阻碍着它的商业化道路；再者，以现有电池的循环寿命(假定为500次充放电循环)计算， 电动汽车行驶4万km就需更换电池。 注意节省，车内空调和暖风的选用必须充分考虑其对电动汽车续驶里程的影响。除此之外，动力转向、真 空助力器、主动(半主动)悬架以及其他一些车载电器的使用也受到限制。因此，乘员的舒适性受到影响。到目前为止，电动汽车车用动力蓄电池经过3代的发展，已取得了突破性的进展。第1代

34、是铅酸电 池，目前主要是阀控铅酸电池(VRLA),由于其比能量较高、价格低和能高倍率放电，因此是目前唯一能大 批量生产的电动汽车用电池。第2代是碱性电池，主要有镍镉、镍氢、钠硫、锂离子和锌空气等多种电池, 其比能量和比功率都比铅酸电池高，因此大大提高了电动汽车的动力性能和续驶里程，但其价格却比铅酸 电池高。只要能采用廉价材料，电动汽车用锂离子电池将获得长足的发展，目前关键是要降低批量化生产 的成本，提高电池的可靠性、一致性及寿命。第3代是以燃料电池为主的电池。燃料电池直接将燃料的化 学能转变为电能，能量转变效率高，比能量和比功率都高，并且可以控制反应过程，能量转化过程可以连 续进行，因此是理想

35、的汽车用电池。表2为各种车用电池的性能比较。表2各种车用电池的性能比较电粧娄咀(F - hjW(W/kg(* - h/D射傘航Jt倔15090400m5517094m5即以上80Wno1000以上3叫21?77S60飞枪赴业IS从目前车用电池的发展来看，镍氢电池是电动汽车动力能源的首选电池，它已经规模化 生产，性能稳定，其质量比、体积比功率、电池寿命和重复充放电次数方面均已达到USABC(美 国先进电池联合会)性能指标，但是原材料价格的过渡上涨，抑制了它的进一步推广应用；而从 产品规模化、生产程度和发展前景看，锂离子电池有可能成为电动汽车车用电池的潜在竞争者， 其容量大、体积质量小的优点正符合

36、现代电动汽车的要求；另外，燃料电池的应用前景乐观。随 着电化学技术的进一步发展，燃料电池可能成为电动汽车的主要能源之一。其他尚在实验阶段的 电池如飞轮电池、太阳能电池，有着寿命长、环保等优点，在未来的车用电池中也有可能占有一 席之地。我国汽车动力系统控制技术的现状在汽车自主开发已提升到战略高度的时日，汽车发动机自主品牌缺失的现状令人忧虑。 汽车市场表面繁荣的背后隐藏着核心技术缺失的“黑洞”，这也成为国内汽车业心头永远的痛。 这是由于合资公司轿车发动机的研发都在国外，国内往往只作国产化生产，长此以往，国内失去 了创造自主品牌的载体。目前，国内汽车发动机领域自主创新能力很弱，需要迎头赶上。4.1

37、汽车动力核心一发动机ECU发动机ECU领域，中国市场上销售的发动机控制ECU模块等关键汽车电子产品，基本被 几家跨国公司垄断，国内自主品牌整车面对的是一个强势到近乎垄断的配套市场。在国家大力提 倡自主创新的今天，整车厂商的自主开发意识不断增强，加大了产品开发的投入，国内高校、科 研院所也在发挥各自的优势，选择关键技术问题开展研究开发。目前国内阳光泰克、成都威特、 比亚迪、中顺电子等ECU开发商在开发领域都取得了不错的进展。而奇瑞自主开发的ACTEC0发 动机的亮相，以及随着一汽C301、上汽陆威、长安CV7、吉利FC-1、华晨1.8T涡轮增压的陆续 上市，国内在发动机及其ECU技术领域已经呈现

38、新的竞争力。4.2 发动机关键技术VVT、EGR、VNT、扭矩控制、柴油机共轨等这些技术的实现需要制造加工技术和电子控制技术的紧密结合。在提高发动机性能的各 控制策略，国内已经基本掌握。在VVT方面，国内多家整车企业都已经发表了相应的发动机产品； 部分大学、研究所和企业也通过合作在电控柴油机共轨方面已积累了一定的经验。现在，问题是 在关键器件上，如VVT用液压控制阀、柴油机共轨的喷嘴等，还完全依赖国外产品，配套体系还 不健全。尽管国内有研发产品，但是，批量产品的一致性尚有差距；不过，从各方面的情况看， 近一两年可能会有所突破。4.3 电动汽车十五期间国家加大了投入，企业、研究所和大学积极参与其

39、中，解决了动力电池和电池 管理系统的众多问题；在电机、驱动器和整车控制方面，已积累了丰富经验。天津清源的微型轿 车、东风的纯电动轿车、深圳五洲龙的混合动力大巴都已经可以进入批量生产。电动汽车的关键是在电池方面。铅酸、镍氢、锂离子及氢燃料等都是被选方案，但是铅 酸电池被代替的命运是不可扭转了。我国镍氢和锂离子动力电池的开发已经显有成效。春兰集团、 湖南神舟科技、天津和平海湾等积极攻关，用了5年左右的时间，从无到有，与国际先进水平缩 短了近10年的差距，主要性能达到了国际先进水平。锂离子电池的安全性和使用寿命与国际水 平差距较大，但在国际范围内锂离子电池在汽车上商业化也还有一段距离，人们对磷酸铁锂

40、材料 寄予很大希望，并预计近一两年会有较大的进展。燃料电池是理想的动力源，从目前的情况看， 距离商业化还要10年以上的时间。5 结语毫无疑问，我国现在有非常好的汽车产业市场和国家鼓励自主创新的政策，而全方位的 开放也使得我们在汽车动力系统的电控技术上，获得关键技术资源的途径更加多样。十五期间我 国在汽车发动机电控技术和电动汽车技术上取得的显著进展，也充分说明了这一点。因此，我们 目前最需要的是一批埋头苦干的工程技术人员，需要一批宁愿两、三年内可以不发表论文的学术 研究人员。人们通常都认为控制技术的核心在控制策略（或算法），但本文想强调一点是：“作 为工业产品，核心技术不在技术的核心”。有了先进的控制算法并不能产生先进的工业产品，工 业产品首先要求的是可靠、安全和耐久性，而决定这些方面的往往不在算法，而在整个系统的周 遍器件，如：ECU的硬件布线、常被认为不关键的电阻、电容，喷嘴、点火线圈等驱动器件，压 力、温度和速度等传感器器件，在电动汽车中则主要表现在电池上。有工程界和学术界的密切合作，有重视控制策略和更加重视周边器件的观点，在如此形 式大好的汽车市场形式下，积极响应国家的自主创新号召，相信我国的汽车动力系统的控制技术 将会有一个大的发展。