新能源汽車技術(shù)原理和相關(guān)技術(shù)探究

趙福利

摘 要：相較于傳統(tǒng)能源汽車而言，新能源汽車不僅能夠降低交通領(lǐng)域當(dāng)中的污染物排放，同時(shí)也能夠推進(jìn)傳統(tǒng)工業(yè)轉(zhuǎn)型，推動(dòng)汽車行業(yè)的發(fā)展。本文對(duì)新能源汽車的概念以及分類進(jìn)行了系統(tǒng)界定，并針對(duì)純電動(dòng)汽車以及混合動(dòng)力汽車兩種不同的新能源汽車類型的技術(shù)原理展開了論述，闡述了動(dòng)力電池技術(shù)以及電機(jī)技術(shù)的相關(guān)情況，旨在為推動(dòng)新能源汽車技術(shù)的發(fā)展提供理論參考。

關(guān)鍵詞：新能源汽車；技術(shù)原理；動(dòng)力電池技術(shù)；電機(jī)技術(shù)

傳統(tǒng)汽車通過內(nèi)燃機(jī)燃燒汽油等常規(guī)燃料，產(chǎn)生推動(dòng)汽車前進(jìn)的動(dòng)力，而新能源汽車使用了最新的動(dòng)力控制技術(shù)以及驅(qū)動(dòng)技術(shù)，確保了汽車內(nèi)部能源以及動(dòng)力之間可以相互轉(zhuǎn)化。新能源汽車的有效應(yīng)用可以有效的降低二氧化碳、二氧化硫等氣體的排放，實(shí)現(xiàn)優(yōu)化環(huán)境的目標(biāo)，為社會(huì)的可持續(xù)以及健康發(fā)展創(chuàng)設(shè)動(dòng)力，因此，加強(qiáng)對(duì)于新能源汽車技術(shù)的相關(guān)研究工作，能夠?yàn)槠囆袠I(yè)的不斷發(fā)展提供必要的技術(shù)支持。

1 新能源汽車概述

1.1 新能源汽車概念

新能源汽車是相對(duì)于傳統(tǒng)能源汽車而產(chǎn)生的一種全新的概念。因?yàn)樾履茉雌嚨钠鸩较鄬?duì)較晚，因此對(duì)其所進(jìn)行的研究還比較少，從總體上看，新能源汽車有廣義與狹義之分。

從廣義上看，凡是不使用汽油、柴油等傳統(tǒng)能源的汽車都可以被看做新能源汽車，從這種論述中我們能夠發(fā)現(xiàn)，新能源汽車不單單包含了純電動(dòng)汽車以及混合動(dòng)力汽車，同時(shí)也包括了將天然氣、石油氣等作為動(dòng)力來源的汽車類型。從狹義上看，新能源汽車指的是以非常規(guī)能源作為動(dòng)力來源，輔以驅(qū)動(dòng)技術(shù)、動(dòng)力控制技術(shù)等相關(guān)技術(shù)的汽車。狹義的新能源汽車概念更加有助于推動(dòng)汽車制造行業(yè)的整體發(fā)展，同時(shí)新能源汽車的發(fā)展也代表了科學(xué)技術(shù)達(dá)到了全新的高度。新能源汽車中廣泛使用高科技技術(shù)逐漸成為了新能源汽車發(fā)展的大勢(shì)所趨，這也意味著新能源汽車的發(fā)展成熟還要經(jīng)歷很長一段時(shí)間。

1.2 新能源汽車分類

新能源汽車可以分成以下幾類：

1.2.1 純電動(dòng)汽車

純電動(dòng)汽車是依靠車載電源所提供的動(dòng)力支持，將電動(dòng)機(jī)作為單一驅(qū)動(dòng)源，其電力系統(tǒng)包括了驅(qū)動(dòng)電機(jī)、動(dòng)力電池以及電驅(qū)控制器等相關(guān)部件，因?yàn)榧冸妱?dòng)汽車不具備多齒比變速箱以及發(fā)動(dòng)機(jī)，其相較于傳統(tǒng)燃油車而言，有著低成本，舒適性良好，保養(yǎng)便捷等優(yōu)點(diǎn)；續(xù)航里程低、充電時(shí)間過長等缺點(diǎn)，主要用于市區(qū)通勤。

1.2.2 混合動(dòng)力汽車

混合動(dòng)力汽車有著電力以及燃油兩套驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，包含了插電式混合動(dòng)力汽車以及常規(guī)混合動(dòng)力汽車。

插電式混合動(dòng)力汽車所采用的電力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和純電動(dòng)汽車相仿，因?yàn)樵谙嗤加蛙噧?nèi)部也存在燃油驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，所以電池的容量會(huì)比純電動(dòng)汽車要小，發(fā)動(dòng)機(jī)的性能也會(huì)弱于燃油車，但是電力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)以及燃油驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)能夠相互疊加使用，從而實(shí)現(xiàn)更好的性能以及更長的續(xù)航，也能夠單獨(dú)使用電力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)節(jié)能的效果。

常規(guī)混合動(dòng)力汽車不具備插電口，無法外接電源，主要是利用發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)進(jìn)行電力輸出，相較于插電式混合動(dòng)力汽車而言，能夠使用單獨(dú)燃油以及電力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，同時(shí)也能夠組合使用兩種驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。常規(guī)混動(dòng)汽車不需外接電源，油耗比傳統(tǒng)燃油車要低，在新能源汽車剛起步的時(shí)候發(fā)揮了極為重要的作用，可是因?yàn)殡y以完全擺脫發(fā)電機(jī)的束縛，節(jié)能的效果相對(duì)一般，同時(shí)伴隨著充電設(shè)施的不斷完善以及插電式混合動(dòng)力汽車的發(fā)展，常規(guī)混動(dòng)汽車的發(fā)展速度逐漸放緩，再加上當(dāng)前很多國家以及地區(qū)已經(jīng)將該車型劃定為傳統(tǒng)燃油車，不存在資金補(bǔ)貼以及優(yōu)惠政策，使得常規(guī)混動(dòng)汽車的處境更加的艱辛。

2 新能源汽車的技術(shù)原理

2.1 純電動(dòng)汽車技術(shù)原理

純電動(dòng)汽車的技術(shù)原理主要內(nèi)容在于如何有效的存儲(chǔ)電力，純電動(dòng)汽車和傳統(tǒng)汽車本質(zhì)區(qū)別就在于驅(qū)動(dòng)力不同，純電動(dòng)汽車是采用電力驅(qū)動(dòng)的，這也是導(dǎo)致了純電動(dòng)汽車在行駛的進(jìn)程中二氧化碳等氣體的排放量要比其他類型汽車都要少，是最環(huán)保的車型，同時(shí)也是我國近幾年大力倡導(dǎo)的新能源汽車類型。純電動(dòng)汽車行駛過程中依托發(fā)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)，驅(qū)動(dòng)汽車不斷行使，在汽車制動(dòng)或者是減速的狀態(tài)下，汽車的電機(jī)不會(huì)持續(xù)提供動(dòng)力，而是采用發(fā)電機(jī)的方式發(fā)電，并且將發(fā)出的電能完全儲(chǔ)藏在電池中，從而確保汽車動(dòng)力雙向流動(dòng)，提升汽車能效?？傮w來看，純電動(dòng)汽車具備了零排放以及低噪聲的偶遇點(diǎn)，可以在區(qū)域電網(wǎng)低谷的情況下，通過充電填平峰谷，由于純電動(dòng)汽車只是應(yīng)用了單一化的驅(qū)動(dòng)形式，因此，整體控制技術(shù)以及驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)相對(duì)簡(jiǎn)單，其主要劣勢(shì)為電池技術(shù)問題，所以在平時(shí)應(yīng)用的時(shí)候要建設(shè)大量的充電設(shè)施，同時(shí)后期的維護(hù)費(fèi)用也較高。

當(dāng)前，隨著汽車普及程度的不斷加深，汽車尾氣所產(chǎn)生的污染問題也更加的顯著，在不同城市的環(huán)境污染指數(shù)當(dāng)中，汽車廢氣物占比較大，純電動(dòng)汽車依托其低排放的特征能夠顯著的改變環(huán)境污染問題，推動(dòng)低碳經(jīng)濟(jì)發(fā)展。通常來說，純電動(dòng)汽車憑借著夜間給汽車電池充電，從而儲(chǔ)備足夠的能源，滿足白天行駛的要求。

2.2 混合動(dòng)力汽車技術(shù)原理

作為一種重要的新能源汽車，混合動(dòng)力汽車實(shí)現(xiàn)了傳統(tǒng)能源和新能源之間的結(jié)合，其在傳統(tǒng)燃料合理化應(yīng)用的基礎(chǔ)上，充分發(fā)揮了發(fā)動(dòng)機(jī)輔助作用，使得能源消耗量不斷的降低，這對(duì)于當(dāng)前社會(huì)發(fā)展有著相對(duì)較大的推動(dòng)作用?？傮w來看，混合動(dòng)力汽車技術(shù)原理能夠歸納為以下三點(diǎn)：首先，串聯(lián)式原理有效應(yīng)用。將串聯(lián)式原理以及混動(dòng)動(dòng)力汽車所需要的電池對(duì)電量進(jìn)行調(diào)節(jié)，使用電池在汽車的電動(dòng)機(jī)與發(fā)動(dòng)機(jī)之間保持平衡作用，從而控制與管理汽車動(dòng)力控制系統(tǒng)。其次，并聯(lián)式原理的合理化應(yīng)用。在混合動(dòng)力汽車中使用并聯(lián)式原理可以使得混動(dòng)汽車具備了電動(dòng)機(jī)以及發(fā)動(dòng)機(jī)等不同的驅(qū)動(dòng)力，這兩個(gè)驅(qū)動(dòng)力能夠單獨(dú)發(fā)動(dòng)汽車，也能夠通過車輛動(dòng)力控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)二者的有效配合。這種類型的汽車能夠存儲(chǔ)電池當(dāng)中剩余的能量，保證汽車的正常行駛。最后，將并聯(lián)式與串聯(lián)式原理用于混動(dòng)汽車技術(shù)原理中，依據(jù)二者的結(jié)構(gòu)需要有效整合，并且按照汽車實(shí)際的形式情況對(duì)自身運(yùn)行的狀態(tài)進(jìn)行調(diào)整。

3 新能源汽車的相關(guān)技術(shù)分析

3.1 動(dòng)力電池技術(shù)

電池能夠?yàn)樾履茉雌囂峁┠芰?，其可以存?chǔ)電網(wǎng)當(dāng)中的電量，通過持續(xù)充電、放電為車輛提供源源不斷的動(dòng)力。新能源汽車想要實(shí)現(xiàn)商業(yè)化，提升其市場(chǎng)占有率，需要存在優(yōu)越于傳統(tǒng)汽車的優(yōu)良性能，這對(duì)于電動(dòng)汽車的性能也提出了更高的要求，比如加速性能、續(xù)航里程以及爬坡能力等。電池價(jià)格占據(jù)了純電動(dòng)汽車價(jià)格的絕大部分，所以電池性價(jià)比也成為了其是否能過推廣的關(guān)鍵。為了推動(dòng)純電動(dòng)汽車的研發(fā)效率，美國、歐洲、日本等國家都投入的大量資金研發(fā)車用鋰電池技術(shù)。鋰電池比鉛酸電池有著更高的功率密度、無記憶效應(yīng)、自放電小以及循環(huán)特性更好。在所有鋰電池中，全固態(tài)鋰電池應(yīng)用范圍更廣。全固態(tài)鋰電池指的是結(jié)構(gòu)當(dāng)中不包含液體，材料均為固態(tài)儲(chǔ)能器材?？傮w來看，主要是由正極、負(fù)極以及電解質(zhì)等內(nèi)容構(gòu)成，電解質(zhì)通常為固態(tài)，其結(jié)構(gòu)、密度有助于帶電粒子向一端聚集，從而保證電流傳導(dǎo)量最大化，有效提升電池的容量。固態(tài)電池有著更高的能量密度，體積也會(huì)更小。當(dāng)前在專用車以及乘用車市場(chǎng)上，三元鋰電池占主流地位；客車市場(chǎng)主要是磷酸鐵鋰電池，當(dāng)前，純電動(dòng)汽車的續(xù)航里程為300-500公里。具有同樣體積的固態(tài)電池容量密度能夠保持在400Wh/kg，最高的時(shí)候能夠達(dá)到600Wh/kg，是當(dāng)前動(dòng)力電池能量密度4-5倍，表明電量將會(huì)憑借著相同倍數(shù)不斷增加，續(xù)航里程相較于之前有著較大幅度的提升。

全固態(tài)鋰電池將是未來電池技術(shù)的發(fā)展方向，能夠在相同體積的基礎(chǔ)上獲得更長續(xù)航里程，在同樣續(xù)航里程條件下能夠?qū)崿F(xiàn)更小體積，現(xiàn)在包括比亞迪、沃特瑪、寧德時(shí)代以及豐田在內(nèi)的多家汽車企業(yè)都開始研發(fā)固態(tài)電視，可是受限于技術(shù)難度以及制造成本，該技術(shù)的研發(fā)進(jìn)度相對(duì)緩慢。

3.2 電機(jī)技術(shù)

當(dāng)前，新能源汽車電機(jī)主要采用前置以及后置電機(jī)，連接動(dòng)力電池以及傳動(dòng)軸，其結(jié)構(gòu)比較成熟，裝配也較為簡(jiǎn)易，可是因?yàn)樾枰ㄟ^傳動(dòng)系統(tǒng)輸送動(dòng)力到輪胎上，難免會(huì)導(dǎo)致電機(jī)功率出現(xiàn)損耗，對(duì)汽車性能以及電機(jī)使用壽命產(chǎn)生影響，輪轂電機(jī)將傳動(dòng)裝置、動(dòng)力裝置以及制動(dòng)裝置共同整合到輪轂當(dāng)中，從而簡(jiǎn)化了電動(dòng)汽車機(jī)械部件，重量更輕，提升了車身空間使用率，電機(jī)將動(dòng)力直接傳送到輪轂上，在傳動(dòng)過程中不會(huì)出現(xiàn)損耗，車輛性能也可以得到充分的發(fā)揮，此外，輪轂電機(jī)本身具備了單個(gè)車輪獨(dú)立驅(qū)動(dòng)的性質(zhì)，所以，不管是前驅(qū)、四驅(qū)還是后驅(qū)，它都能夠輕松實(shí)現(xiàn)，全時(shí)四驅(qū)在利用輪轂電機(jī)驅(qū)動(dòng)的車輛當(dāng)中更加容易實(shí)現(xiàn)，這些優(yōu)勢(shì)是傳動(dòng)電機(jī)所不具備的，當(dāng)然，輪轂電機(jī)要在空間相對(duì)較小的輪轂中布置，結(jié)構(gòu)更加的復(fù)雜，技術(shù)難度也相對(duì)較高，要通過長期研發(fā)才可以普及技術(shù)。

4 結(jié)語

隨著科技的發(fā)展，傳統(tǒng)能源汽車相關(guān)技術(shù)得到了優(yōu)化、升級(jí)，通過對(duì)計(jì)算機(jī)技術(shù)以及電子技術(shù)的合理化應(yīng)用，使得汽車在底盤、安全駕駛以及發(fā)動(dòng)機(jī)等層面都得到了突破，有效提升了汽車性能。但是伴隨著新能源汽車的出現(xiàn)，傳統(tǒng)技術(shù)無法照搬到新能源汽車上，需要對(duì)相關(guān)技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化，解決新能源汽車技術(shù)當(dāng)中所存在的弊端，推動(dòng)新能源汽車?yán)^續(xù)朝著智能操作以及無人駕駛的方向不斷發(fā)展。

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