新能源汽車技術(shù)與發(fā)展

王旭榮

摘要：隨著世界能源的日漸緊缺，尤其是難再生的石油資源的日益減少，人們對(duì)于新能源的呼吁日漸高漲，汽車作為能源消費(fèi)大戶，隨著科技尤其是新能源汽車技術(shù)的不斷發(fā)展，新型的新能源汽車逐漸受到人們的期待和歡迎，它更加環(huán)保，適應(yīng)了時(shí)代的發(fā)展需要，有望引領(lǐng)未來(lái)的汽車新時(shí)代，本文主要探討了新能源汽車技術(shù)與發(fā)展。

關(guān)鍵詞：新能源汽車；技術(shù)；發(fā)展

1新能源汽車技術(shù)內(nèi)容及要點(diǎn)

傳統(tǒng)型汽車使用的動(dòng)力能源為石油、汽油等，車用燃料能耗大，且為不可再生能源；新能源汽車主要的動(dòng)力來(lái)源是非常規(guī)燃料，并且采用新型動(dòng)力裝置提高汽車的驅(qū)動(dòng)和制動(dòng)能力，總統(tǒng)性能穩(wěn)定、反應(yīng)快，實(shí)際應(yīng)用意義強(qiáng)。從動(dòng)力燃料使用劃分，新能源汽車包括混合動(dòng)力汽車、增程式電動(dòng)汽車、燃料電池電動(dòng)汽車、純電動(dòng)汽車和其他新能源汽車，其主要特點(diǎn)是汽車結(jié)構(gòu)新、技術(shù)新和設(shè)計(jì)原理新。與傳統(tǒng)型汽車相比，新能源汽車使用簡(jiǎn)單、安全，動(dòng)力能源獲取方便，同時(shí)價(jià)格低廉，使用成本低；同時(shí)新能源汽車多使用清潔可再生能源，極大程度上緩解了能源危機(jī)，促進(jìn)環(huán)境保護(hù)。我國(guó)作為人口大國(guó)，汽車使用率高，新能源汽車技術(shù)的研究與應(yīng)用有利于我國(guó)自然資源的節(jié)約，環(huán)境效益高，同時(shí)對(duì)我國(guó)汽車新技術(shù)研發(fā)具有激勵(lì)作用，有利于中國(guó)汽車市場(chǎng)的開辟。

2新能源汽車技術(shù)應(yīng)用

2.1電動(dòng)汽車

電動(dòng)汽車主要的動(dòng)力源是電。相較于傳統(tǒng)汽車類型，使用燃油或汽油助力，通過(guò)柴油、汽油的燃燒發(fā)動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，為汽車提供驅(qū)動(dòng)動(dòng)力，這一過(guò)程產(chǎn)生的能耗巨大，尤其是對(duì)于大中型汽車，使用成本高，同時(shí)燃油發(fā)動(dòng)機(jī)由于荷載壓力大，容易故障，修理難度大。并且柴油等燃燒過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量的氣體污染物，如二氧化碳、二氧化硫等，大氣污染嚴(yán)重。而替代使用電動(dòng)汽車，改變了傳統(tǒng)汽車驅(qū)動(dòng)組成結(jié)構(gòu)和能源使用類型，采用純電力驅(qū)動(dòng)，將充電器、發(fā)動(dòng)機(jī)、動(dòng)力電池和其他制動(dòng)等系統(tǒng)結(jié)合形成新的動(dòng)力系統(tǒng)。電動(dòng)汽車使用電能環(huán)境污染小，不會(huì)產(chǎn)生大氣污染物造成溫室效用等問(wèn)題，同時(shí)電能獲取方便，續(xù)航能力強(qiáng)，且電能價(jià)格便宜，使用效益高。新能源汽車技術(shù)中的電能使用主要需要保證蓄電池的性能和功用，電動(dòng)機(jī)裝置利用傳動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)使汽車，因而扭矩輸入在低速區(qū)需要擴(kuò)大，增加汽車爬坡、加速性能，穩(wěn)定制動(dòng)指標(biāo)。在電動(dòng)汽車技術(shù)使用中可配合控制單元IGBT，突出電動(dòng)機(jī)的機(jī)械優(yōu)勢(shì)。

2.2電池燃料汽車

電池燃料汽車是新能源汽車主要類型之一，燃料電池汽車的排放極低，總體排放近似于零，并且使用燃料電池不會(huì)出現(xiàn)機(jī)油泄露問(wèn)題，氣體廢棄物排放量低，不會(huì)出現(xiàn)水污染和溫室效應(yīng)等問(wèn)題。相較于傳統(tǒng)類型汽車，燃油電池的動(dòng)能轉(zhuǎn)化率高達(dá)60%及以上，整體經(jīng)濟(jì)效益高，并且汽車在使用運(yùn)行中噪聲小、顛簸少。燃料電池汽車主要是將電池內(nèi)的氫氣和空氣中的氧氣結(jié)合，在電池組中促進(jìn)化學(xué)反應(yīng)，反應(yīng)產(chǎn)生的電能推動(dòng)電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。利用大氣中的氧氣與氫氣反應(yīng)，產(chǎn)生的物質(zhì)僅含有氫元素和氧元素，兩者經(jīng)汽車尾氣排放后生成水蒸氣，污染小、熱量低，對(duì)大氣質(zhì)量控制具有明顯效用。燃料電池主要使用蓄電池、電池反應(yīng)堆和氫氣罐等，整個(gè)過(guò)程零排放、零污染，動(dòng)能供應(yīng)效率高，是現(xiàn)代新能源汽車應(yīng)用寶技術(shù)的一大突破。但是電池燃料汽車電機(jī)設(shè)計(jì)應(yīng)用技術(shù)相對(duì)復(fù)雜，氫氣制取難度大，因而車輛里程續(xù)航存在一定局限性。

2.3混合動(dòng)力汽車

混合動(dòng)力汽車內(nèi)燃機(jī)平均功率大，但是發(fā)動(dòng)機(jī)整體構(gòu)造小、污染小、油耗低，并且內(nèi)燃機(jī)和動(dòng)力機(jī)持續(xù)工作能力強(qiáng)，行程續(xù)航有保障，是新能源汽車技術(shù)革新和進(jìn)步的表現(xiàn)。傳統(tǒng)能源汽車以及電動(dòng)汽車、燃料電池汽車多使用一種燃料，但是混合動(dòng)力汽車使用能源類型超過(guò)一種以上，混合度高，綜合利用率和動(dòng)能供應(yīng)率高，電力與汽油是主要的能源供應(yīng)方?；旌鲜褂秒娏推?，電能與燃油相互支撐，降低能耗和污染排放，環(huán)境效益高。電池電能使用對(duì)中小型汽車長(zhǎng)途運(yùn)行來(lái)說(shuō)，容易存在動(dòng)能不足的問(wèn)題，而綜合利用燃油，能夠補(bǔ)充強(qiáng)勁的動(dòng)能，彌補(bǔ)電能使用的不足。混合動(dòng)力汽車在開發(fā)、利用新能源技術(shù)的同時(shí)可以采用插電式混合動(dòng)力，綜合純電動(dòng)與混合電動(dòng)效用，補(bǔ)充專用汽車充電設(shè)備，提高電池容量，滿足電力動(dòng)力需求?；旌想妱?dòng)汽車在使用中，電量充足則可使用電能，電量耗盡，可繼續(xù)轉(zhuǎn)換使用燃油動(dòng)能，并補(bǔ)充輔助電池充電。

2.4其他新能源汽車

其他新能源汽車類型還包括氫發(fā)動(dòng)機(jī)汽車、燃?xì)馄?、風(fēng)能汽車、生物乙醇汽車和太陽(yáng)能汽車等。氫發(fā)動(dòng)機(jī)汽車?yán)脷錃鉃閯?dòng)力源驅(qū)動(dòng)汽車，排放物為純凈水或水蒸氣，污染小，且氫氣儲(chǔ)量豐富。燃?xì)馄嚴(yán)靡夯烊粴?、液化石油氣和壓縮天然氣為燃料，這種能源汽車使用成本小，排放性能好；風(fēng)能汽車?yán)蔑L(fēng)能發(fā)電給汽車充電，因?yàn)槠囆旭値?dòng)汽車內(nèi)部風(fēng)力發(fā)電機(jī)運(yùn)動(dòng)，風(fēng)速達(dá)到一定程度即可完成風(fēng)力發(fā)電、充電；生物乙醇汽車?yán)靡掖即嫫渌剂匣顒?dòng)，滿足汽車驅(qū)動(dòng)需求，乙醇即酒精，其應(yīng)用技術(shù)成熟、使用廣泛，能夠有效緩解石油能源壓力，推動(dòng)新能源汽車多元化發(fā)展；太陽(yáng)能汽車是比較常見(jiàn)的一種新能源汽車，主要是利用太陽(yáng)能給電池板充電，滿足汽車動(dòng)能需求，但一般在太陽(yáng)光充足、光線強(qiáng)烈的地區(qū)使用效率比較高。

3新能源汽車未來(lái)的發(fā)展方向

3.1輕量化是提高續(xù)航能力的途徑

減輕車身質(zhì)量是降低能源消耗的重要途徑，也是實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的有效措施。研究表明，內(nèi)燃機(jī)汽車每降低10%的車身質(zhì)量，可減少6%～8%的燃油消耗量，新能源汽車的輕量化對(duì)于續(xù)航能力和動(dòng)力性的提高具有積極的意義。汽車輕量化不僅是車身的輕量化，還包含傳動(dòng)設(shè)備、電池等的輕量化。采用輕質(zhì)材料，如鋁合金、高性能鋼和其他復(fù)合材料是最成熟的方法，此外，輕量化需要與汽車的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)相結(jié)合，保證結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和性能，提高生產(chǎn)率和經(jīng)濟(jì)性。

3.2鋰電子電池是首選

電池是新能源汽車的核心部件，為其提供動(dòng)力，各大制造商在電池的生產(chǎn)技術(shù)和制造成本上也是千差萬(wàn)別，也存在著極大的競(jìng)爭(zhēng)。鋰電池的使用壽命長(zhǎng)、體積小、無(wú)污染、安全性高，根據(jù)預(yù)測(cè)，動(dòng)力鋰電池將在2020年達(dá)到200億美元的市場(chǎng)規(guī)模，年均成長(zhǎng)速度50%。

超級(jí)電容采用特殊的電極結(jié)構(gòu)，使電極表面積成萬(wàn)倍地增加，從而產(chǎn)生極大的電容量。超級(jí)電容的極化作用可以快速貯存和釋放電荷，輸出功率是一般蓄電池的數(shù)十倍。通過(guò)恒電壓、恒電流、恒功率三種方式快速充電，為提高新能源汽車的續(xù)航能力提供保障。

3.3電池管理系統(tǒng)是動(dòng)力和儲(chǔ)能電池的必須配套

為保證新能源汽車的動(dòng)力性，需要通過(guò)并聯(lián)串聯(lián)的方式組成電池組來(lái)增大動(dòng)力電池容量。通過(guò)減小單體鋰電池的性能差異，就能夠延長(zhǎng)電池組的使用壽命。利用電池管理系統(tǒng)對(duì)充放電進(jìn)行監(jiān)管保護(hù)，可以實(shí)時(shí)保護(hù)電池使用狀況，均衡和估算電池電量，智能控制電池的充電放電，保障使用安全，是新能源汽車的動(dòng)力系統(tǒng)中不可必不可少的配套部件。

3.4永磁同步電機(jī)成為主流

新能源汽車技術(shù)對(duì)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的性能要求非常高，因?yàn)樾履茉雌囈l繁地起動(dòng)、停車、加速、減速，驅(qū)動(dòng)電機(jī)常常過(guò)載，轉(zhuǎn)矩控制的動(dòng)態(tài)性能要求高，在不同的行駛環(huán)境，要滿足低速高轉(zhuǎn)矩，高速低轉(zhuǎn)矩的要求；為了使新能源汽車在恒轉(zhuǎn)矩區(qū)和恒功率區(qū)正常工作，調(diào)速范圍一定要大，并且保持較高的運(yùn)行效率。

4結(jié)語(yǔ)

新能源汽車產(chǎn)業(yè)要想普及開來(lái)，不能操之過(guò)急，要想取代目前以燃燒石化能源作為動(dòng)力的傳統(tǒng)汽車也不會(huì)是一朝一夕就能夠如愿完成的，這還需要各個(gè)領(lǐng)域共同努力。要充分認(rèn)識(shí)到我國(guó)汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展過(guò)程中存在問(wèn)題和不足之處，系統(tǒng)思考我國(guó)與發(fā)達(dá)國(guó)家的差距，找到問(wèn)題，解決問(wèn)題。繼而提高我國(guó)汽車產(chǎn)業(yè)在全球的汽車布局的地位。

參考文獻(xiàn)

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[2]馬均明，葛瑞原.新能源汽車發(fā)展前景光明[J].安徽科技，2010（03）.

（作者單位：山東交通職業(yè)學(xué)院）