新能源汽車技術(shù)原理及相關(guān)技術(shù)

楊國華

摘 要：隨著我國經(jīng)濟的發(fā)展及國家建設(shè)的需要，能源需求越來越迫切，同時，環(huán)境問題也逐步對我國發(fā)展帶來一定影響。發(fā)展新能源汽車是當(dāng)前國家基本國情下，減少城市環(huán)境污染，節(jié)約能源的主要趨勢，符合我國長期可持續(xù)發(fā)展的基本戰(zhàn)略。本文對新能源汽車在目前國內(nèi)外的發(fā)展情況進行了分析，同時，結(jié)合實際情況，對新

能源汽車的基本原理及相關(guān)技術(shù)進行了說明，以供參考。關(guān)鍵詞：新能源汽車；混合動力；純電動汽車；相關(guān)技術(shù)

隨著經(jīng)濟的發(fā)展與人們生活水平的提高，汽車已成為人們生活中必不可少的重要組成部分，為人們?nèi)粘３鲂屑肮ぷ魈峁┝藰O大的便利。但由于汽車動力能源的燃燒產(chǎn)生大量有毒有害物質(zhì)，會對人們生活環(huán)境造成極為嚴重的影響；同時石油資源的短缺與汽車使用量的增大使得石油資源危機越來越強烈。因此，如何解決汽車使用量增加增大與石油資源短缺及環(huán)境污染問題之間的矛盾是當(dāng)前應(yīng)該考慮的話題。鑒于此，開發(fā)新能源汽車是緩解上述矛盾的必然結(jié)果，也是主要趨勢。本文就新能源汽車發(fā)展及其關(guān)鍵技術(shù)進行了詳細說明，以供參考。

1 關(guān)于新能源汽車定義描述

關(guān)于新能源汽車的定義，其主要是相對于傳統(tǒng)能源而言；由于其發(fā)展較晚，其定義還不很明確。但總體來講，新能源汽車可分為廣義新能源汽車與狹義新能源汽車兩種。

廣義新能源汽車主要指使用非汽油、柴油等作為其主要能源的汽車，如目前市面上所出現(xiàn)的電動汽車、混合動力汽車等，基本涵蓋了目前所有的新動力汽車，如一些采用天然氣及石油氣作為主要動力的汽車，另如采用二甲醚、甲醇等作為其動力源的汽車也包括在內(nèi)。

狹義新能源汽車在其廣義新能源汽車的范圍上進行了細分，如按照目前國家關(guān)于新能源汽車生產(chǎn)準(zhǔn)入管理規(guī)定，只有使用非常規(guī)能源作為其動力源的汽車才可認定為新能源汽車。同時綜合車輛動力控制與驅(qū)動技術(shù)而開發(fā)的汽車?？梢哉f，狹義新能源汽車代表了目前新能源汽車中的高科技發(fā)展方向，因此其可能在短期內(nèi)無法實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，但其代表了未來新能源汽車的發(fā)展方向與前景。

2 關(guān)于國內(nèi)外新能源汽車研究進展

能源危機已是全球主要形式，汽車使用也是廣大居民生活必須?；诖?，發(fā)展新能源汽車是全球環(huán)境保護與可持續(xù)發(fā)展需要。在國外，美國、日本在新能源汽車研發(fā)中已取得較好成績，其具體報道如下。

2.1 美國新能源汽車領(lǐng)域研發(fā)情況分析

美國是全球超級大國，經(jīng)濟及科學(xué)實力雄厚，對發(fā)展新能源汽車具有充足的技術(shù)儲備。這些年，美國在交通等運輸方面能源逐年上升，尾氣排放嚴重，同時，由于石油資源危機使得其價格上漲嚴重。在這種情況下，發(fā)展新能源汽車是美國解決當(dāng)前問題的必然趨勢。美國政府對新能源汽車的發(fā)展給出了明確規(guī)劃，如克林頓時期提出發(fā)展混合動力汽車來提高現(xiàn)有汽車燃油的利用水平；布什在任時期提出了通過燃料電池作為汽車動力能源來減少對環(huán)境的污染；而現(xiàn)任奧巴馬時期提出了發(fā)展新能源汽車的階段目標(biāo)與方向。

此外，關(guān)于新能源汽車發(fā)展附屬設(shè)施建設(shè)方面，美國也采取的必需措施，如美國在加尼福尼亞州等為電動汽車發(fā)展而提供的充電實施等，而這些充電設(shè)施中，加州的建設(shè)力度最大，已基本在各個居民區(qū)、商場及政府大樓等區(qū)域均安放了充電設(shè)施，為電動汽車在使用中持續(xù)提供動力提供了重要的基礎(chǔ)條件。

2.2 日本新能源汽車領(lǐng)域研發(fā)情況分析

基于日本特殊地理位置，其資源嚴重缺乏，大多能源需要進口才可保證其國民正常使用，基于此，日本發(fā)展新能源汽車迫切且必需。如目前日本著名汽車公司本田、豐田等不惜投資重金開發(fā)新能源汽車，已經(jīng)取得較大進步，技術(shù)水平位居世界前列。同美國一樣，電力能源汽車是其發(fā)展的主要方向。而政府對于發(fā)展電力汽車的公共設(shè)施投入也相對較高。去年，日本政府在東京等城市建立的千余座充電裝置，為電力汽車的正常行駛提供了可能；同時，日本在部分付費停車場、超市等還提供了免費充電插座，為各駕駛員免費使用。

2.3 當(dāng)前我國新能源汽車領(lǐng)域研發(fā)進展

我國人口多，汽車消耗量大，發(fā)展新能源汽車是必須及必然要求，同時也得到了國家大力重視。如在國家十一五規(guī)劃中，國家投資大量研發(fā)經(jīng)費用于新能源汽車的研發(fā)，使得這些年，我國新能源汽車研發(fā)取得較大的進展。首先在產(chǎn)品研發(fā)與生產(chǎn)方面，我國加強了企業(yè)與高校等單位合作力度，使得其關(guān)鍵技術(shù)及生產(chǎn)取得了較好進展。如目前比亞迪汽車在混合動力型汽車方面取得的成果。再者，在產(chǎn)業(yè)化方面，目前，以基本形成以新能源汽車開發(fā)為中心的供應(yīng)產(chǎn)業(yè)鏈，如從電池材料研發(fā)、部分關(guān)鍵零部件生產(chǎn)等已基本形成一定規(guī)模。此外，在投入使用方面，目前已有千余電動汽車投入運行，如以北京、天津、上海等地使用較多，各類附屬設(shè)施的修建正在進行中；同時，力帆集團推出的“盼達租車”，提出了換電的思路，在互聯(lián)網(wǎng)及 APP的應(yīng)用下，實現(xiàn)了對各個車輛運行過程中的能源供應(yīng)，同時也是新能源汽車的發(fā)展提供了另一種途徑。

3 新能源汽車技術(shù)原理及相關(guān)技術(shù)分析

3.1

混合動力汽車主要技術(shù)原理與分析

3.1.1

混合動力汽車的定義

關(guān)于混合動力汽車，顧名思義，其含有兩種動力來源，如目前市面常見的在采用傳統(tǒng)燃料的同時，配以發(fā)電機作為動力源來改善汽車傳動性能，以起到降低能源損耗及節(jié)能的目的。該種汽車目前有多種分類，按其混合動力驅(qū)動連接方式可分為串聯(lián)式混合動力汽車、并聯(lián)式混合動力汽車以及混合式混合動力汽車。以下對上述三種類型混合動力汽車進行介紹。

3.1.2

串聯(lián)式混合動力電動汽車基本動力組成及原理

串聯(lián)式混合動力汽車的主要部件有發(fā)動機、發(fā)電機、驅(qū)動電機和蓄電池等組成。在汽車工作過程中，發(fā)動機的作用僅用于通過發(fā)電機發(fā)電；而通過發(fā)電機所產(chǎn)生的電能源源不斷的供給給電動機，為汽車行駛過程中提供動力能源。同時，對于未使用電能則通過蓄電池對其進行儲存，以保證能源節(jié)約及延長汽車行駛時間。另蓄電電池也可以單獨作為動力源為汽車運行提供動力能源，保障其日常行駛需要，同時，這種情況下，汽車行駛處于零排放狀態(tài)下，有利于環(huán)境保護。該類汽車主要構(gòu)成圖如下圖 1、圖 2所示：

3.1.2

并聯(lián)式混合動力電動汽車基本動力組成及原理

并聯(lián)式混合動力電動汽車主要由發(fā)動機、發(fā)電 /電動機、逆變器及蓄電裝置組成。汽車在運行過程中可單獨將某一動力系統(tǒng)作為汽車驅(qū)動源使用，即將發(fā)電機 /電動機作為動力源使用；同時也可并聯(lián)電動機和發(fā)動機作為汽車動力源驅(qū)動汽車；上述兩種方式可以通過按鈕自動切換，以保障運行過程的安全與舒適性。目前該類動力汽車應(yīng)用較廣，具有很好的發(fā)展前景，該類動力汽車其主要構(gòu)成圖如下圖 3、圖 4所示：

3.1.3 混合式混合動力電動汽車基本動力組成及原理

混聯(lián)式混合動力電動汽車主要由發(fā)動機、發(fā)電機、電動機、行星齒輪機構(gòu)和蓄電池組等組成。該類汽車充分利用了串聯(lián)式及并聯(lián)式的優(yōu)點，通過行星式的齒輪機將不同動力源有效的連接在了一起，在保障其汽車行駛動力的前提下，有效發(fā)揮了各自特點，具有較大的開發(fā)與應(yīng)用價值。目前豐田汽車公司在該類技術(shù)研發(fā)方面取得了很大突破，為進一步開發(fā)新能源汽車提供了有力條件。其主要構(gòu)成圖如下圖 5、圖 6所示：

3.2

純電動汽車主要技術(shù)原理與分析

3.2.1

純電動汽車基本構(gòu)成及原理說明

純電動汽車是一種完全靠汽車自帶電池所儲存的電能作為唯一能源而開發(fā)的一類汽車，該類汽車由于完全實現(xiàn)了零排放及低噪音的特點，是環(huán)保效果最好的一類車型。是未來汽車發(fā)展的主要趨勢。但該類汽車由于動力提供靠電池儲能提供，其儲能多少決定著行車里程。因此，各類汽車發(fā)展的關(guān)鍵在于開發(fā)儲能速度快及儲能量大的電池；同時，大型充電站的設(shè)立也是其關(guān)鍵。純電動汽車的結(jié)構(gòu)主要由電力驅(qū)動控制系統(tǒng)、汽車底盤、車身以及各種輔助裝置等部分組成。除了電力驅(qū)動控制系統(tǒng)，其他部分的功能及其結(jié)構(gòu)組成基本與傳統(tǒng)汽車相同，不過有些部件根據(jù)所選的驅(qū)動方式不同。所以電力驅(qū)動控制系統(tǒng)既決定了整個純電動汽車的結(jié)構(gòu)組成及其性能特征，也是純電動汽車的核心，它相當(dāng)于傳統(tǒng)汽車中的發(fā)動機與其他功能以機電一體化方式相結(jié)合，這也是區(qū)別于傳統(tǒng)內(nèi)燃機汽車的最大不同點。該類汽車主要構(gòu)成及原理如圖 7、圖 8所示：

3.2.2 純電動汽車發(fā)展關(guān)鍵技術(shù)及局限分析

由于純電動汽車的全部動力源主要來源于電池供應(yīng)，因此，蓄電池儲電能力及耐久性是其使用關(guān)鍵；同時，公路周邊公共充電設(shè)施建設(shè)也是其基本保障。另外，電機驅(qū)動及控制技術(shù)、電動汽車整車技術(shù)、能量管理技術(shù)也是其關(guān)鍵技術(shù)。首先，電池及時技術(shù)的突破及周邊充電設(shè)施的完善是純電動汽車發(fā)展的關(guān)鍵，研發(fā)能量高、功率大、壽命長的高效電池是其能源重要保障。其次，電動機與驅(qū)動系統(tǒng)等關(guān)鍵部件的研發(fā)使該類汽車控制的關(guān)鍵，要實現(xiàn)該類汽車良好使用性能，驅(qū)動系統(tǒng)應(yīng)具有范圍寬、轉(zhuǎn)速高、轉(zhuǎn)矩大、體積小、質(zhì)量小等特性。同時，純電動汽車整車新型材料的使用有利于減輕汽車本身自重，對降低電能消耗及實現(xiàn)制動、怠速時的能量回收具有重要意義。最后，純電動汽車能量管理技術(shù)也是關(guān)鍵技術(shù)，該技術(shù)的應(yīng)用可對車載能量的有效合理使用，有效實現(xiàn)了對電池的管理，對于盡可能延長電池使用壽命具有重要意義。

4 結(jié)束語

綜上所述，應(yīng)對目前能源不足及環(huán)境污

染嚴重的問題及汽車使用量大的現(xiàn)狀，開發(fā)新能源汽車已成為全球未來汽車行業(yè)發(fā)展趨勢?；谖覈緡?，人口數(shù)量大，汽車使用量大而能源短缺的特點，發(fā)展新能源汽車是解決我國城市環(huán)境污染及可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵。本文就國內(nèi)外新能源汽車的發(fā)展情況進行的分析，并對混合動力汽車及純電動汽車的基本原理及相關(guān)及技術(shù)進行了分析，以供參考。

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