新能源電動汽車關(guān)鍵技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢

黃超

摘要：隨著技術(shù)的發(fā)展，新能源汽車越來越被大眾認(rèn)可，文章論述了新能源汽車的概念與發(fā)展現(xiàn)狀，闡述了插電式混合動力汽車、燃料電池汽車存在的問題，并分別介紹新能源汽車的關(guān)鍵部件，驅(qū)動電機(jī)、電池、電池管理系統(tǒng)的發(fā)展概況，并且展望了未來的發(fā)展趨勢，其生產(chǎn)工藝與效率必將大大提升。

關(guān)鍵詞：新能源汽車;混合動力;氫燃料

引言

隨著技術(shù)的發(fā)展，新能源汽車逐漸被大眾所接受，但是其關(guān)鍵技術(shù)也待于突破，國內(nèi)外均制定了發(fā)展計劃，本人對前人研究進(jìn)行總結(jié)，并且提出自己對未來發(fā)展的看法。

1 新能源汽車的概念與發(fā)展現(xiàn)狀

1.1 新能源電動汽車概念

新能源汽車是指除利用傳統(tǒng)汽油、柴油等化石燃料提供動力的汽車。按照中華人民共和國國家發(fā)展與改革委員會公告定義，新能源汽車是指采用非常規(guī)的車用燃料作為動力來源（或使用常規(guī)的車用燃料、采用新型車載動力裝置），綜合車輛的動力控制和驅(qū)動方面的先進(jìn)技術(shù)，形成的技術(shù)原理先進(jìn)，具有新技術(shù)、新結(jié)構(gòu)的汽車。新能源汽車包括四大類型，混合動力電動汽車（HEV）、純電動汽車（BEV，包括太陽能汽車）、燃料電池電動汽車（FCEV）、其他新能源（如超級電容器、飛輪等高效儲能器）汽車等。

1.2 新能源電動汽車的發(fā)展現(xiàn)狀

1.2.1 新能源汽車較傳統(tǒng)燃油車的優(yōu)點

1.2.1.1 更節(jié)能環(huán)保、排放低，經(jīng)濟(jì)性好

新能源汽車多采用純電動或者混合動力、還有燃料電池系統(tǒng)為汽車提供動力。純電動與燃料電池汽車零排放，其污染極低，符合我國民保護(hù)環(huán)境的理念，混合動力汽車只有在加速、爬坡、電池電量不足的情況下，發(fā)動機(jī)參與工作，其也大大減少尾氣的排放，電能的價格更低，經(jīng)濟(jì)性更優(yōu)。

1.2.1.2 運行平穩(wěn)、噪聲低、舒適性好、傳動系效率高

新能源汽車采用電動機(jī)直接驅(qū)動汽車，在怠速、或者等交通信號燈的情況下，一些汽車應(yīng)用自動啟停技術(shù)，控制發(fā)動機(jī)熄火，既降低排放，又減弱噪聲，啟動工況時，電機(jī)經(jīng)電池直接供電，其噪聲極低，提高乘坐舒適性，并且傳動更加高效。

1.2.2 目前存在的問題

1.2.2.1 插電式混合動力充電問題

目前我國除大中心城市外，大多城市充電設(shè)施不完善，這也從某種程度上制約的新能源汽車的發(fā)展，其續(xù)駛里程短，并且由于電池技術(shù)待于突破，充電速度也受到限制。

1.2.2.2 電池更換、維修成本，安全問題

在新能源汽車整體結(jié)構(gòu)設(shè)計中，電池是重中之重，其價值也占汽車的很大比重，在新能源汽車運行一定年限后，其電池效率下降，其更換成本較高。由于電池內(nèi)部容易在汽車運行過程中受到多方面的影響，如溫度、壓力、內(nèi)部結(jié)構(gòu)發(fā)生形變等因素，電池可能發(fā)生泄漏，自燃等事故，新能源汽車在于不可控因素可能導(dǎo)致重大安全問題。

2 新能源汽車關(guān)鍵技術(shù)

2.1 驅(qū)動電機(jī)技術(shù)

2.1.1 電機(jī)主要類型

永磁式電動機(jī)：分為無刷直流電機(jī)與永磁同步電機(jī)，這兩種電機(jī)在結(jié)構(gòu)和工作原理上大體相同，轉(zhuǎn)子都是永磁體，減少了勵磁所帶來的損耗，定子上安裝有繞組通過交流電來產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，所以冷卻相對容易。由于這類電機(jī)不需要安裝電刷和機(jī)械換向結(jié)構(gòu)，工作時不會產(chǎn)生換向火花，運行安全可靠，維修方便，能量利用率較高。同時，轉(zhuǎn)子上的永磁材料在高溫、震動和過流的條件下，會產(chǎn)生磁性衰退的現(xiàn)象，所以在相對復(fù)雜的工作條件下，永磁式電機(jī)容易發(fā)生損壞。而且永磁材料價格較高，因此整個電機(jī)及其控制系統(tǒng)成本較高。

開關(guān)磁阻電機(jī)：作為一種新型電機(jī)，相比其他類型的驅(qū)動電機(jī)而言，開關(guān)磁阻電機(jī)的結(jié)構(gòu)最為簡單，定、轉(zhuǎn)子均為普通硅鋼片疊壓而成的雙凸極結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)子上沒有繞組，定子裝有簡單的集中繞組，具有結(jié)構(gòu)簡單堅固、可靠性高、質(zhì)量輕、成本低、效率高、溫升低、易于維修等諸多優(yōu)點。而且它具有直流調(diào)速系統(tǒng)的可控性好的優(yōu)良特性，同時適用于惡劣環(huán)境，非常適合作為電動汽車的驅(qū)動電機(jī)使用。

2.1.2 驅(qū)動電機(jī)未來發(fā)展趨勢

新能源汽車驅(qū)動電機(jī)小型化、輕量化趨勢，近年來將電動汽車驅(qū)動系統(tǒng)一體化研究進(jìn)步很大，將驅(qū)動電機(jī)，逆變器，減速器集成化，可以降低成本，實現(xiàn)小型化、輕量化。智能化，隨著單片機(jī)微型處理器的發(fā)展，對電機(jī)的智能化控制越來越強(qiáng)，各種算法也可以得到應(yīng)用，電機(jī)的工作性能可以得到更好地發(fā)揮?？梢該碛凶晕腋?、自我適應(yīng)等功能。驅(qū)動電機(jī)是新能源汽車的核心部件，隨著汽車對動力的要求越大，電機(jī)的發(fā)展應(yīng)著重于高速度、高效率、低噪聲、低成本，提升電機(jī)的轉(zhuǎn)矩和功率密度。將驅(qū)動電機(jī)與減速器直接集成為模塊化，可降低重量、體積，又可以提升電驅(qū)動的 NVH 水平。對電機(jī)的控制器進(jìn)行集成化設(shè)計，與多種控制器的功能集成，會提成電機(jī)的工作效率、功率密度。

2.2 電池技術(shù)

電池是電動汽車的動力來源，它的性能直接決定著汽車的動力性與續(xù)駛里程。

2.2.1 電池的發(fā)展現(xiàn)狀

汽車動力電池大體可分為三種，鎳氫電池、鉛酸電池、鋰離子蓄電池，鎳氫電池是由氫離子和金屬鎳合成，多數(shù)用于混合動力車型;鉛酸電池是一種電極主要有鉛及其氧化物制成，電解液是硫酸溶液的蓄電池;鋰離子蓄電池是一種二次電池，它主要依靠鋰離子在正極和負(fù)極之間移動來工作，是當(dāng)今主流的新能源汽車動力電池的主要類型。鈷酸鋰電池是運用最早的鋰電池，容量密度大，但是安全性、穩(wěn)定性較差，在電子產(chǎn)品領(lǐng)域應(yīng)用較多，因為其安全穩(wěn)定性差，不太適合大多數(shù)新能源汽車，但是因為其超強(qiáng)的續(xù)航能力，也得到的一些企業(yè)的應(yīng)用。磷酸鐵鋰電池在國內(nèi)新能源汽車運用廣泛，它的最大優(yōu)勢在于安全穩(wěn)定性和壽命，其超越大多數(shù)鋰電池，但是比較低的能量密度，續(xù)駛里程低限制了它的應(yīng)用。

2.2.2 動力電池發(fā)展趨勢

通過電池界面基因組（BIG）-材料加速平臺（MAP）計劃等，采用人工智能（AI）大幅度減少電池材料的開發(fā)周期。加速電池新材料和新化學(xué)體系的開發(fā)過程。開發(fā)新型傳感器，將其嵌入電池包中，實時監(jiān)控電池的溫度、壓力等健康狀態(tài)，提升其安全性，采用可自動愈合的材料等，提升電池恢復(fù)能力，延緩電池容量衰減的速度，提升其續(xù)駛里程，延長使用壽命。這樣可以整合開發(fā)各種傳感技術(shù)在電池中以實時傳遞信息。

2.3 電池管理系統(tǒng)發(fā)展趨勢

電池管理系統(tǒng)的 SOC 估算是非常重要的一個環(huán)節(jié)，其值的準(zhǔn)確性保證了電池的安全性，避免過充過放，SOC、SOH、SOP 的估算精度是未來發(fā)展的技術(shù)重點，對提升電池的性能至關(guān)重要。主動均衡技術(shù)，目前應(yīng)用的多是被動均衡技術(shù)，雖然它的成本偏低，但是效果不是很好，隨著研究的深入，主動均衡技術(shù)會逐步占領(lǐng)制高點。電池管理系統(tǒng)自診斷，BMS 需要對自身進(jìn)行良好的自檢，有效地預(yù)防故障的出現(xiàn)，及時報錯，當(dāng)電池出現(xiàn)故障時，能準(zhǔn)確的確定原因、位置，進(jìn)行防控。

3 結(jié)語

首先介紹了新能源汽車的概念，比較與傳統(tǒng)燃油車的優(yōu)點，闡述了我國氫燃料電池汽車有著廣闊的發(fā)展前景，系統(tǒng)總結(jié)了目前電動機(jī)、電池等關(guān)鍵技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀，并提出自己對未來發(fā)展的觀點。

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