新能源汽車技術(shù)原理及相關(guān)技術(shù)要點(diǎn)

潘石峰

（廣東省肇慶市廣東理工學(xué)院，廣東 肇慶 526060）

0 引言

傳統(tǒng)的汽車主要以常規(guī)燃料為主要?jiǎng)恿?lái)源，其利用內(nèi)燃機(jī)燃燒汽油等燃料，從而產(chǎn)生推動(dòng)汽車行駛的動(dòng)力，而新能源汽車應(yīng)用了最新的驅(qū)動(dòng)技術(shù)和動(dòng)力控制技術(shù)，從而保障汽車內(nèi)部能源與動(dòng)力之間的轉(zhuǎn)化。新能源汽車的應(yīng)用能夠有效減少二氧化碳及其他有害氣體的排放，從而促進(jìn)環(huán)境的優(yōu)化，為社會(huì)的健康可持續(xù)發(fā)展提供動(dòng)力，所以要加大對(duì)新能源汽車技術(shù)的研究力度，為汽車行業(yè)的發(fā)展提供技術(shù)支持。

1 新能源汽車技術(shù)概況

1.1 新能源汽車概念分析

新能源汽車的概念主要是從能源的角度來(lái)解釋，由于起步比較晚，所以具體的概念并沒(méi)有確定，需要通過(guò)總結(jié)的方式來(lái)進(jìn)行解釋，其主要包括兩個(gè)方面： 首先是從狹義的角度來(lái)解釋，依照中國(guó)新能源汽車生產(chǎn)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)的相關(guān)規(guī)定，新能源汽車主要是以非常規(guī)能源為動(dòng)力，并且能夠正常行駛的一種汽車類型，其中主要涉及了最新的驅(qū)動(dòng)技術(shù)和動(dòng)力控制技術(shù)。其次是從廣義的角度來(lái)解釋，新能源汽車指的是不需要柴油和汽油為動(dòng)力源的汽車類型，比如汽車行業(yè)當(dāng)中常見(jiàn)的油電混合、電氣混合等汽車類型，同時(shí)也包括以甲醇或二甲醚為動(dòng)力源的汽車類型。

1.2 新能源汽車技術(shù)分析

隨著汽車行業(yè)的快速發(fā)展以及環(huán)境污染的日益嚴(yán)重，新能源汽車已經(jīng)成為當(dāng)下汽車行業(yè)的主要發(fā)展領(lǐng)域，新能源汽車技術(shù)主要是以傳統(tǒng)的汽車技術(shù)為基礎(chǔ)，將系統(tǒng)動(dòng)力傳輸模式、驅(qū)動(dòng)模式進(jìn)行轉(zhuǎn)變，從整體的角度來(lái)分析，其主要包括以下兩部分，分別為外部驅(qū)動(dòng)部分和內(nèi)部驅(qū)動(dòng)部分，首先，外部驅(qū)動(dòng)部分主要指的是汽車的操作程序，與傳統(tǒng)的汽車相比，新能源汽車驅(qū)動(dòng)逐漸朝著自動(dòng)化操作模式發(fā)展，能同步監(jiān)控汽車的動(dòng)力供應(yīng)系統(tǒng)和運(yùn)作操作系統(tǒng)，從而降低汽車的損失，而傳統(tǒng)的汽車應(yīng)用的單項(xiàng)程序，汽車的不同零件設(shè)備要通過(guò)駕駛?cè)藛T來(lái)實(shí)施控制和操作。其次，內(nèi)部驅(qū)動(dòng)部分主要指的是汽車行駛所要的動(dòng)力來(lái)源，傳統(tǒng)汽車在行駛過(guò)程中，主要是依靠發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸做功來(lái)實(shí)現(xiàn)運(yùn)行，其動(dòng)力來(lái)源是汽油、柴油燃燒所產(chǎn)生的能量，而新能源汽車是依靠電池來(lái)代替汽油，利用單片機(jī)磁場(chǎng)設(shè)備來(lái)將電力轉(zhuǎn)化為動(dòng)力，從而促使汽車的行駛。

2 混合動(dòng)力汽車的技術(shù)原理及相關(guān)技術(shù)要點(diǎn)

2.1 串聯(lián)式混合動(dòng)力汽車技術(shù)原理及相關(guān)技術(shù)分析

從機(jī)械原理的角度來(lái)分析，串聯(lián)式混合動(dòng)力汽車的車輛行駛系統(tǒng)直接與電動(dòng)機(jī)相連，而發(fā)動(dòng)機(jī)并沒(méi)有和汽車的驅(qū)動(dòng)相連，即發(fā)動(dòng)機(jī)通過(guò)運(yùn)行來(lái)促使發(fā)電機(jī)發(fā)電，然后將發(fā)出的電能傳輸給電動(dòng)機(jī)，促使其工作運(yùn)行，而汽車的電池在該系統(tǒng)運(yùn)行當(dāng)中主要調(diào)節(jié)電量，從而對(duì)汽車電動(dòng)機(jī)的發(fā)電機(jī)的輸出功率和電動(dòng)機(jī)的輸入功率進(jìn)行調(diào)節(jié)與平衡，例如汽車的發(fā)電機(jī)帶動(dòng)電動(dòng)機(jī)所發(fā)的電功率要大于汽車的需求功率，則電池會(huì)將多出的電能儲(chǔ)存下來(lái)，即電池處于充電的狀態(tài)，而如果汽車電動(dòng)機(jī)發(fā)電功率的輸出功率小于汽車所需求的功率，則電動(dòng)機(jī)需要從電池中獲取剩余的電能，而電池此時(shí)處于電能輸出狀態(tài)，無(wú)論是那種情況的運(yùn)行系統(tǒng)，都需要利用汽車的動(dòng)力控制系統(tǒng)實(shí)施全方位的管理與控制。

根據(jù)串聯(lián)式混合動(dòng)力汽車的技術(shù)原理分析，其主要具有以下幾方面優(yōu)勢(shì)，首先，該類型的動(dòng)力汽車能促使發(fā)動(dòng)機(jī)處于持續(xù)穩(wěn)定的工作狀態(tài)，和傳統(tǒng)的汽車相比，其能源利用效率相對(duì)比較高，其次，汽車的車輪與發(fā)動(dòng)機(jī)不需要實(shí)施機(jī)械連接，所以大大提升了汽車系統(tǒng)的規(guī)劃范圍，最后是該類型汽車在一些公交汽車當(dāng)中比較適用。

2.2 并聯(lián)式混合動(dòng)力汽車的技術(shù)原理及相關(guān)技術(shù)分析

并聯(lián)式混合動(dòng)力汽車包括電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，其主要通過(guò)耦合裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)并有效來(lái)接汽車的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，在實(shí)際的應(yīng)用過(guò)程中，電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)和發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)不僅能夠單獨(dú)運(yùn)行并驅(qū)使汽車行駛，同時(shí)能過(guò)共同協(xié)作來(lái)為汽車提供動(dòng)力，在汽車正常行駛過(guò)程中，通過(guò)控制系統(tǒng)的調(diào)節(jié)，保障汽車發(fā)動(dòng)機(jī)能夠高效運(yùn)轉(zhuǎn)，提升燃油的效率，如果汽車行駛的驅(qū)動(dòng)需求功率降低，則燃油效率下降，則汽車的發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)關(guān)閉，然后利用電動(dòng)機(jī)來(lái)提供行駛動(dòng)力，如果發(fā)動(dòng)機(jī)沒(méi)有關(guān)閉，則其動(dòng)力會(huì)轉(zhuǎn)化為電能儲(chǔ)存在汽車電池當(dāng)中。同時(shí)，并聯(lián)式混合動(dòng)力汽車的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)與發(fā)動(dòng)機(jī)直接相連接，從而有效提升能源的利用效率，如果汽車處在爬坡或加速的狀態(tài)下，則需要電動(dòng)機(jī)和發(fā)動(dòng)機(jī)一起提供動(dòng)力，當(dāng)汽車處于低速行駛的狀態(tài)下，則汽車只需要電動(dòng)機(jī)單獨(dú)提供動(dòng)力。該類型汽車因?yàn)樾枰谌胱兯傺b置和扭矩耦合裝置，因此整體結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度比較高，所以其整體的成本相對(duì)比較高。

2.3 混聯(lián)式混合動(dòng)力汽車的技術(shù)原理及相關(guān)技術(shù)分析

在實(shí)際的應(yīng)用過(guò)程中，混聯(lián)式混合動(dòng)力汽車涵蓋著并聯(lián)式和串聯(lián)式兩種類型結(jié)構(gòu)，汽車在正常的行駛過(guò)程中，首先發(fā)動(dòng)機(jī)輸出一定的功率，然后利用動(dòng)力系統(tǒng)中的行星齒輪機(jī)將其功率傳輸給發(fā)動(dòng)機(jī)和汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，從而促使汽車有效的形式，同時(shí)，混聯(lián)式混合動(dòng)力汽車的結(jié)構(gòu)在運(yùn)行時(shí)，能夠有保障汽車整個(gè)系統(tǒng)處于最優(yōu)運(yùn)行狀態(tài)，其中主要涉及電動(dòng)機(jī)和發(fā)動(dòng)機(jī)，并且能依照汽車的運(yùn)行狀態(tài)來(lái)實(shí)施調(diào)節(jié)，主要的調(diào)節(jié)對(duì)象是電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)和發(fā)動(dòng)機(jī)的功率，從而保障在不同行駛狀態(tài)下，不僅保障整體效率達(dá)到最高，同時(shí)讓汽車能夠以最優(yōu)的狀態(tài)行駛，但是混聯(lián)式混合動(dòng)力汽車整體的運(yùn)行結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度較高，因此在研發(fā)和生產(chǎn)方面的成本比較高。

3 純電動(dòng)汽車技術(shù)原理及技術(shù)要點(diǎn)分析

3.1 純電動(dòng)汽車技術(shù)原理分析

純電動(dòng)汽車的全部動(dòng)力源來(lái)自于電池，不再需要傳統(tǒng)汽車當(dāng)中的發(fā)動(dòng)機(jī)。根據(jù)純電動(dòng)汽車的技術(shù)原理分析，其整體的動(dòng)力系統(tǒng)中的電力主要依靠電池的更換和電網(wǎng)充電來(lái)完成，然后通過(guò)電池來(lái)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，從而驅(qū)動(dòng)汽車行駛，當(dāng)汽車處于減速和制動(dòng)的狀態(tài)下，純電動(dòng)汽車的電機(jī)不在提供動(dòng)力，而是以發(fā)電機(jī)的形式來(lái)進(jìn)行發(fā)電，并將發(fā)出的電能儲(chǔ)存到電池當(dāng)中，進(jìn)而保障汽車動(dòng)力流動(dòng)的雙向，大大促進(jìn)汽車能效的提升。綜合來(lái)分析，純電動(dòng)汽車具有低噪聲、零排放等優(yōu)勢(shì)，并且可以在區(qū)域電網(wǎng)屬于低谷的狀態(tài)下，通過(guò)充電來(lái)填平峰谷，因?yàn)榧冸妱?dòng)汽車僅僅應(yīng)用了一種驅(qū)動(dòng)方式，所以，整體的控制技術(shù)與驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)比較簡(jiǎn)單，但是其主要劣勢(shì)在于電池技術(shù)，因此在日常的應(yīng)用過(guò)程中需要大量的充電設(shè)施，并且后期的維護(hù)費(fèi)用相對(duì)比較高。

3.2 純電動(dòng)汽車電池技術(shù)分析

作為純電動(dòng)汽車的全部動(dòng)力能量來(lái)源，汽車電池的電能從電網(wǎng)當(dāng)中獲取，并通過(guò)充電和電池更換的方式保障汽車的正常行駛，因此，電動(dòng)汽車要想進(jìn)一步擴(kuò)大其商業(yè)化應(yīng)用的范圍，需要向傳統(tǒng)汽車性能水平靠近，所以對(duì)汽車電池的要求會(huì)比較高，需要電池達(dá)到以下幾項(xiàng)要求，其中包括爬坡能力、汽車加速能力以及汽車的行駛里程，同時(shí)電池的價(jià)格也是純電動(dòng)汽車的劣勢(shì)之一，純電動(dòng)汽車的大部分成本要花在電池上，所以，電池的價(jià)格對(duì)純電動(dòng)汽車的價(jià)格有決定性作用，為了進(jìn)一步開(kāi)發(fā)高效的汽車電池，很多發(fā)達(dá)國(guó)家都投入了大量的人力、物力、財(cái)力，并且將研究中心放在了鋰電池上，主要是因?yàn)殇囯姵鼐哂幸韵聨追矫鎯?yōu)勢(shì)，分別包括循環(huán)特性好、無(wú)記憶效應(yīng)、自放電小以及功率密度高等，同時(shí)鋰電池對(duì)環(huán)境產(chǎn)生的污染程度比較小，能夠在溫度比較低的情況下工作。當(dāng)下大部分純電動(dòng)汽車主要以磷酸鐵鋰電池為主。

3.3 純電動(dòng)汽車的驅(qū)動(dòng)與控制技術(shù)分析

因?yàn)榧冸妱?dòng)汽車主要依靠電機(jī)來(lái)提供動(dòng)力，不需要發(fā)動(dòng)機(jī)，而為了保障純電動(dòng)汽車的各項(xiàng)指標(biāo)能夠達(dá)到傳統(tǒng)汽車的標(biāo)準(zhǔn)，其各項(xiàng)指標(biāo)需要進(jìn)行不同程度的調(diào)整，比如驅(qū)動(dòng)機(jī)要保障能量回饋、效率高、啟動(dòng)力矩大以及調(diào)速范圍寬等，當(dāng)下市場(chǎng)中的純電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)電機(jī)主要包括以下幾種，分別是管磁阻電動(dòng)機(jī)、感應(yīng)電動(dòng)機(jī)、永磁無(wú)刷電動(dòng)機(jī)、直流電動(dòng)機(jī)，其中永磁無(wú)刷電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)形式分為兩種，一種是正弦波驅(qū)動(dòng)，另外一種是由方波驅(qū)動(dòng)，由正弦波驅(qū)動(dòng)的電機(jī)系統(tǒng)具有相應(yīng)快、慣性低、體積小、高效率、高能量密度等優(yōu)勢(shì)，因此在未來(lái)發(fā)展當(dāng)中應(yīng)用比較廣泛。同時(shí)，應(yīng)用的電機(jī)不同，則使用的控制技術(shù)也存在差異。如果應(yīng)用的是感應(yīng)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，則其控制技術(shù)主要為直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)和矢量控制技術(shù)，以上兩種技術(shù)因?yàn)榭刂坪?jiǎn)單、方法直接，所以整體的動(dòng)態(tài)性具有優(yōu)勢(shì)。所以，針對(duì)該技術(shù)的研究投入力度比較大。同時(shí)隨著不同技術(shù)原理的優(yōu)化，以及相關(guān)技術(shù)的創(chuàng)新，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)必定會(huì)朝著數(shù)字化、智能化的方向發(fā)展，同時(shí)會(huì)有大量的新型技術(shù)應(yīng)用到純電動(dòng)汽車當(dāng)中，比如非線性先進(jìn)智能控制技術(shù)，其中主要涉及遺傳算法、專家控制、自適應(yīng)控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)以及模糊控制等。

結(jié)語(yǔ)

綜上所述，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷創(chuàng)新與發(fā)展，汽車領(lǐng)域的各項(xiàng)技術(shù)水平得到快速提升，通過(guò)對(duì)電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)等技術(shù)的應(yīng)用，使得汽車在安全駕駛、底盤以及發(fā)動(dòng)機(jī)方面得到了突破，大大提升了汽車的各項(xiàng)性能，但隨著新能源汽車概念的提出，相關(guān)的技術(shù)已經(jīng)充分應(yīng)用到新能源汽車當(dāng)中，大大促進(jìn)了新能源汽車的發(fā)展，因此，要加強(qiáng)對(duì)新能源汽車技術(shù)的研究和發(fā)展，從而解決新能源汽車技術(shù)中存在的弊端，從而促進(jìn)新能源汽車朝著無(wú)人駕駛、智能操作等方向發(fā)展。