新能源汽車發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì)探討

宇文雄

摘 要 發(fā)展新能源汽車是世界各國降低大氣污染，減少石油資源依賴，保持經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的重要舉措。本文介紹了新能源汽車的發(fā)展?fàn)顩r及分類，分析了其發(fā)展的必要性，并探討了新能源汽車待解決的一些關(guān)鍵技術(shù)。

關(guān)鍵詞 新能源汽車 發(fā)展現(xiàn)狀 關(guān)鍵技術(shù)

中圖分類號(hào)：U469.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdks.2015.12.070

Explore Status and Trends of New Energy Vehicle Development

YU Wenxiong

（Taiyuan TAICO Auto Electron Co.， Ltd， Taiyuan， Shanxi 030024）

Abstract The development of new energy vehicles is one of the important measures to reduce air pollution， reduce dependence on oil resources， and keep the sustainable economic and social development for the world countries. This paper introduces the development of new energy vehicles and classification， analysis of the necessity of its development. Finally， the key technologies of the new energy vehicles are discussed.

Key words new energy vehicles； current situation of the development； key technology

0 引言

新能源汽車是全世界正在進(jìn)行研究的熱點(diǎn)項(xiàng)目，世界汽車大國如中國、日本、美國、德國等都投入了大量的人力、財(cái)力進(jìn)行相關(guān)的研究和推廣。在當(dāng)今社會(huì)，汽車已經(jīng)和每個(gè)人的生活息息相關(guān)，也是國內(nèi)外科技實(shí)力競(jìng)爭(zhēng)的一個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)。發(fā)展新能源汽車是解決全球能源和環(huán)境系統(tǒng)嚴(yán)峻問題的必由之路，是汽車行業(yè)技術(shù)和產(chǎn)業(yè)革新的必然趨勢(shì)。

發(fā)展新能源汽車對(duì)解決能源和環(huán)境系統(tǒng)問題以及提高國家的綜合能力具有非常重要的意義。一方面解決能源短缺、環(huán)境污染、氣候變暖等全球汽車行業(yè)面對(duì)的共同問題。近年來，我國汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，國內(nèi)汽車保有量呈遞增趨勢(shì)。預(yù)計(jì)2015年的汽車保有量將達(dá)到1.5億輛，2020年中國的汽車保有量更是將達(dá)到2億輛以上。傳統(tǒng)汽車在行駛過程中會(huì)產(chǎn)生大量的有害氣體，排放的污染物有碳?xì)浠衔?、氮?dú)浠衔?、一氧化碳、二氧化硫等，?duì)人類健康也有很大的影響。此外，傳統(tǒng)汽車主要采用燃油發(fā)動(dòng)機(jī)，排放大量的溫室氣體，影響全球的氣候變化?，F(xiàn)有的車用內(nèi)燃機(jī)的動(dòng)力技術(shù)的改進(jìn)處于一種漸進(jìn)式的狀態(tài)，進(jìn)展緩慢，已經(jīng)不能應(yīng)對(duì)環(huán)境、能源系統(tǒng)的挑戰(zhàn)，汽車行業(yè)亟待一場(chǎng)革命性的技術(shù)變革。

另一方面，汽車產(chǎn)業(yè)對(duì)一個(gè)國家的經(jīng)濟(jì)發(fā)展起到了巨大的作用，帶動(dòng)鋼鐵、機(jī)械加工、電子等多個(gè)行業(yè)的發(fā)展，容易形成產(chǎn)業(yè)集群，是提升一個(gè)國家國際競(jìng)爭(zhēng)實(shí)力的重要因素。相對(duì)于歐美國家，我國的汽車工業(yè)起步較晚，一直采取以市場(chǎng)換技術(shù)的方式推動(dòng)汽車行業(yè)的發(fā)展，沒有形成原始創(chuàng)新的技術(shù)，沒有形成自己的關(guān)鍵技術(shù)。新能源汽車方面，世界各國處于同一起跑線上，我們國家只有大力發(fā)展新能源汽車，才能在汽車工業(yè)上實(shí)現(xiàn)“彎道超車”，才能有機(jī)會(huì)與西方發(fā)達(dá)國家在汽車工業(yè)上一較高下。

1 新能源汽車的定義及種類

根據(jù)我國《汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展政策》的有關(guān)規(guī)定，國家發(fā)展和改革委員會(huì)制定了《新能源汽車生產(chǎn)準(zhǔn)入管理規(guī)則》（后文簡(jiǎn)稱《規(guī)則》），提出了新能源汽車的新概念。實(shí)用非常規(guī)車用燃料來作為動(dòng)力源的汽車便是新能源汽車，綜合車輛的動(dòng)力控制和驅(qū)動(dòng)方面的先進(jìn)技術(shù)，汽車擁有先進(jìn)的理論和技術(shù)，結(jié)構(gòu)也較為新穎。《規(guī)則》還指出：新能源汽車包括純電動(dòng)汽車（BEV，包括太陽能汽車）、混合動(dòng)力電動(dòng)汽車（HEV）、燃料電池電動(dòng)汽車（FCEV）、其他新能源（如超級(jí)電容器、飛輪等高效儲(chǔ)能器）汽車等。新能源汽車出現(xiàn)以來，動(dòng)力形式主要有混合動(dòng)力、純電動(dòng)、燃料電池三種。這也是當(dāng)前世界各國主要的研究方向。

混合動(dòng)力汽車在汽車上配置了兩種動(dòng)力系統(tǒng)，一般是在傳統(tǒng)燃料的動(dòng)力系統(tǒng)基礎(chǔ)上再匹配發(fā)電機(jī)、電動(dòng)機(jī)等以電能為動(dòng)力的系統(tǒng)。在混合動(dòng)力汽車中，電能的來源主要有三種方式，一是采用外部充電，即通過充電樁直接給汽車中的蓄電池充電。二是采用能量回收裝置，在車輛運(yùn)行過程中將制動(dòng)時(shí)、下坡時(shí)、怠速時(shí)的能量回收，轉(zhuǎn)換為電能存儲(chǔ)在蓄電池中。三是采用前述兩種方式的組合，既可以直接給蓄電池充電，也配有能量回收裝置。

純電動(dòng)汽車，從字面就可以看出，該類汽車采用電能為唯一的動(dòng)力來源，無需內(nèi)燃機(jī)或其它動(dòng)力裝置。純電動(dòng)汽車只有電能一種動(dòng)力來源，在行駛過程中沒有尾氣排放，也不會(huì)形成二次污染，是一種“干凈”的汽車。純電動(dòng)汽車由于受續(xù)航里程、充電樁的數(shù)量及位置的影響，目前主要在短途使用人群中推廣使用。

燃料電池汽車的工作原理是，其燃料是氫，氫會(huì)在燃料電池中和氧氣發(fā)生氧化還原反應(yīng)，從而產(chǎn)生電能來給電動(dòng)機(jī)工作提供支持，通過電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，從而驅(qū)動(dòng)電動(dòng)汽車。在燃料電池汽車中，氧氣和氫氣直接參與化學(xué)反應(yīng)，并且化學(xué)反應(yīng)時(shí)，不會(huì)產(chǎn)生污染物，其也是一種“干凈”的汽車。和純粹使用電力的騎車相比，燃料電池汽車優(yōu)勢(shì)明顯，比如低溫冷啟動(dòng)性能出色、持續(xù)行駛里程較長(zhǎng)、能夠快速補(bǔ)充能量等，但產(chǎn)品成本高且基礎(chǔ)設(shè)施稀缺。

2 國內(nèi)外新能源汽車發(fā)展的狀況

國外在新能源汽車的研究方面比我們國家起步要早得多，在美國和日本已經(jīng)有很多汽車廠推出了新能源車型并上市銷售。如日本為了解決能源安全問題，歐洲和美國為了解決溫室效應(yīng)和石油依賴的問題，從國家和地區(qū)的層面都推出了鼓勵(lì)新能源汽車發(fā)展和推廣的政策，尋找替代能源，如：歐盟持續(xù)加強(qiáng)清潔柴油車技術(shù)，推動(dòng)燃料電池的研發(fā)。①金融危機(jī)之后，世界各國均把新能源汽車的研究方向聚焦在純電動(dòng)汽車上。

2010年以來，歐美日等汽車工業(yè)強(qiáng)國的新能源汽車如雨后春筍般上市銷售。如本田飛度EV、寶馬MINI E、寶馬i100Coupe、 寶馬（PHEV）以及全球聞名的特斯拉電動(dòng)車，在全球刮起了新能源汽車的旋風(fēng)。這些新能源汽車的特點(diǎn)主要是車型與傳統(tǒng)汽車相似、續(xù)航里程相比早期的電動(dòng)車有了很大的改善、普遍使用快速充電技術(shù)、最高車速增加到100公里/小時(shí)以上。

從2001年開始，國家通過“863”項(xiàng)目投入很大的資金主要做電動(dòng)汽車研發(fā)，形成了純電動(dòng)、油電混合動(dòng)力、燃料電池三條技術(shù)路線，簡(jiǎn)稱“三縱”； 建立了以動(dòng)力蓄電池、驅(qū)動(dòng)電機(jī)、動(dòng)力總成控制系統(tǒng)三種共性技術(shù)，簡(jiǎn)稱“三橫”，形成了“三縱三橫”的開發(fā)布局。②2012年3月，科技部公布《電動(dòng)汽車科技發(fā)展“十二五”專項(xiàng)規(guī)劃》，進(jìn)行了純電驅(qū)動(dòng)技術(shù)戰(zhàn)略的確定，重視技術(shù)轉(zhuǎn)型，重視整車?yán)^承技術(shù)、關(guān)鍵零部件技術(shù)以及公共平臺(tái)技術(shù)的深化省級(jí)和完善。國務(wù)院也進(jìn)行了《節(jié)能與新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2012-2020年）》的發(fā)布，制定了新的戰(zhàn)略取向，重視以純電驅(qū)動(dòng)為新能源汽車發(fā)展和汽車工業(yè)的轉(zhuǎn)型，當(dāng)前重點(diǎn)推進(jìn)純電動(dòng)汽車和插電式混合動(dòng)力汽車產(chǎn)業(yè)化。我國已經(jīng)有多家汽車廠開始電動(dòng)車的生產(chǎn)和銷售，如江淮、奇瑞、新大洋、北汽新能源、一汽新能源、長(zhǎng)安、鄭州日產(chǎn)等均有新能源汽車上市銷售。

3 新能源汽車的核心技術(shù)及發(fā)展趨勢(shì)

發(fā)展新能源汽車需要掌握電池技術(shù)、電機(jī)驅(qū)動(dòng)及控制技術(shù)、能源管理系統(tǒng)以及整車技術(shù)等核心技術(shù)。

電池技術(shù)包括電池形式、電池生產(chǎn)的過程控制、外圍設(shè)備和使用方法等。日本企業(yè)在電池領(lǐng)域的技術(shù)實(shí)力較強(qiáng)，如豐田汽車公司獲得了四百多項(xiàng)專利。③目前世界各國都在研究電池的新技術(shù)，重點(diǎn)解決電池容量和快速充電的問題，石墨烯電池是一個(gè)新的研究方向。在中國，中航鋰電、比亞迪、五龍汽車等公司在已經(jīng)掌握了電池技術(shù)實(shí)現(xiàn)了電池的批量生產(chǎn)。

整車控制器（VCU）、電機(jī)控制器（MCU）和電池管理系統(tǒng)（BMS）是最重要的核心技術(shù)，對(duì)整車的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性、可靠性和安全性等有著重要影響。

VCU是新能源汽車的大腦，它通過對(duì)來自油門、剎車踏板、檔位等位置的信息進(jìn)行分析，判斷駕駛員的意圖。VCU還檢測(cè)車輛的速度、文圖、電量、電壓等信息，并根據(jù)車輛各項(xiàng)參數(shù)向車身的動(dòng)力系統(tǒng)、電池系統(tǒng)等發(fā)送控制指令，指揮車輛行駛。

MCU是新能源汽車特有的核心功率電子單元，是電動(dòng)機(jī)的大腦。它在接收到VCU的車輛行駛控制指令后，及時(shí)控制電動(dòng)機(jī)輸出指定的扭矩和轉(zhuǎn)速，驅(qū)動(dòng)車輛行駛。實(shí)現(xiàn)把動(dòng)力電池的直流電能轉(zhuǎn)換為所需的高壓交流電、并驅(qū)動(dòng)電機(jī)本體輸出機(jī)械能。

BMS是新能源汽車的三大核心技術(shù)之一，它是新能源汽車電池系統(tǒng)正常工作、提高電池壽命并保證新能源汽車安全的關(guān)鍵技術(shù)。由于BMS的存在，當(dāng)新能源汽車大電池出現(xiàn)早期損壞、過熱、過載等情況時(shí)，及時(shí)保護(hù)電池并向司乘人員報(bào)警。

隨著能源危機(jī)和環(huán)境系統(tǒng)不斷增長(zhǎng)的壓力，新能源汽車未來的發(fā)展方向主要是尋找新的替代能源和動(dòng)力系統(tǒng)的革命。一是研究甲醇、生物乙醇、氫燃料、可燃?xì)怏w等替代傳統(tǒng)的燃油技術(shù)，已經(jīng)有部分技術(shù)在國內(nèi)外得到了推廣應(yīng)用。二是采用電能作為新的動(dòng)力來源，主要是運(yùn)用混合動(dòng)力驅(qū)動(dòng)、純電驅(qū)動(dòng)和燃料電池技術(shù)解決日益嚴(yán)重的能源緊缺和污染問題。

4 結(jié)論

從解決能源緊缺和環(huán)境污染的角度來看，以純凈能源尤其是純電動(dòng)汽車和燃料電池的汽車將成為新能源汽車未來的發(fā)展方向。我國汽車工業(yè)的發(fā)展應(yīng)該以純電動(dòng)汽車的產(chǎn)業(yè)化為重點(diǎn)，著力解決整車控制、電機(jī)控制和電池管理系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)，積極推進(jìn)電動(dòng)汽車的產(chǎn)業(yè)化，實(shí)現(xiàn)“彎道超車”，提高我國的競(jìng)爭(zhēng)實(shí)力。

注釋

① 孫俊秀，陳潔，殷正遠(yuǎn).美日歐新能源汽車政策辨析及啟示[J].上海管理科學(xué)，2012.34（2）：63-66.

② 陳柳欽.我國新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展面臨的問題[J].汽車工業(yè)研究，2011.6：2-9.

③ 鄭薇.新能源汽車的技術(shù)專利研究[J].汽車技術(shù)，2009.5：43-45.