對新能源汽車技術(shù)的幾點探討

摘 要：近年來，我國對于治理環(huán)境污染的力度不斷加大，碳排放成為衡量交通運輸行業(yè)發(fā)展的標(biāo)準(zhǔn)之一，而汽車尾氣中含有大量二氧化碳，是造成碳排放超標(biāo)的主要原因。近年來，隨著傳統(tǒng)燃油汽車保有量的不斷上升，尾氣排放造成的大氣污染也越來越嚴(yán)重，全球氣候變暖、冰川融化、臭氧層變薄等環(huán)境問題已經(jīng)迫在眉睫，急需整改。治理環(huán)境污染要從根本上解決二氧化碳過度排放問題，減少汽車尾氣的排放量是行之有效的方法之一，為了解決傳統(tǒng)汽車尾氣排放過量問題，我國迅速發(fā)展新能源汽車產(chǎn)業(yè)。新能源汽車以潔凈能源作為動力源，可大大減少碳排放，有效緩解環(huán)境污染問題。我國新能源汽車行業(yè)已經(jīng)發(fā)展多年，政府為了鼓勵人們使用新能源汽車，在購買政策、汽車售價方面提出了各項優(yōu)惠措施，同時也加大了對新能源汽車各項技術(shù)的研究與使用，大大促進(jìn)了新能源汽車行業(yè)的發(fā)展。在性能上，與最初推出的新能源汽車相比，近年來新能源汽車技術(shù)有了快速發(fā)展，實現(xiàn)了智能化、模塊化、共享化。未來，新能源汽車將會成為道路交通運輸?shù)闹饕ぞ?，本文也簡單分析了新能源汽車的各項使用技術(shù)，為新能源汽車進(jìn)一步發(fā)展提供相應(yīng)的參考。

關(guān)鍵詞：新能源汽車 技術(shù) 探討

Abstract： In recent years， China's efforts to control environmental pollution have been increasing. Carbon emission has become one of the standards to measure the development of the transportation industry， and vehicle exhaust contains a large amount of carbon dioxide， which is the main reason for exceeding the standard of carbon emission. In recent years， with the increasing number of traditional fuel vehicles， the air pollution caused by exhaust emissions has become more and more serious. Environmental problems such as global warming， melting glaciers and thinning of the ozone layer are urgent and need to be rectified. To control environmental pollution， we should fundamentally solve the problem of excessive carbon dioxide emission. Reducing automobile exhaust emission is one of the effective methods. In order to solve the problem of excessive emission of traditional automobile exhaust， China has rapidly developed the new energy automobile industry. With clean energy as the power source， new energy vehicles can greatly reduce carbon emissions and effectively alleviate environmental pollution. China's new energy vehicle industry has developed for many years. In order to encourage people to use new energy vehicles， the government has put forward various preferential measures in terms of purchase policies and vehicle prices. At the same time， it has also increased the research and use of various technologies of new energy vehicles， which has greatly promoted the development of new energy vehicle industry. In terms of performance， compared with the initially launched new energy vehicles， new energy vehicle technology has developed rapidly in recent years， realizing intellectualization， modularization and sharing. In the future， new energy vehicles will become the main means of road transportation. This paper also briefly analyzes the use technologies of new energy vehicles， so as to provide corresponding reference for the further development of new energy vehicles.

Key words：new energy vehicles， technology， discussion

1 常見新能源汽車技術(shù)的基本概述

1.1 純電動汽車技術(shù)

新能源汽車采用電能等潔凈能源作為動力來源驅(qū)動汽車行駛。因其動力源與傳統(tǒng)汽車動力源工作形式不同，因此新能源汽車需要全新的車載動力裝置。新能源汽車在動力控制和驅(qū)動方面的技術(shù)領(lǐng)先于傳統(tǒng)汽車，是具有新技術(shù)、新結(jié)構(gòu)的汽車。新能源汽車中運用最廣泛、發(fā)展前景最好的是純電動汽車。純電動汽車完全依靠電池作為動力來源，在汽車運行過程中也主要依靠電動機(jī)作為汽車的驅(qū)動裝置，獲得相應(yīng)的機(jī)械能。純電動汽車在社會生活中比較常見，比如純電動物流車、純電動公交車以及純電動家用轎車等等。純電動汽車主要構(gòu)件包括充電裝置、電動機(jī)、控制器及動力源，其中動力源主要指的是性能良好的動力電池。電池作為電動汽車核心部件，其性能、質(zhì)量及安全性將會直接影響到電動汽車的使用壽命和駕駛體驗。充電裝置的充電效率直接決定純電動汽車的市場競爭力，充電方式一般有快充和慢充兩種。近些年，充電裝置的技術(shù)改革有了較大突破，充電效率不斷提升，快充樁可在半小時內(nèi)將電量充至80%左右，節(jié)省了大量充電時間，也提高了新能源汽車的群眾接受度。電動機(jī)與控制器主要影響新能源汽車操控性、加速性能以及扭矩輸出特性，決定著駕駛體感。

與傳統(tǒng)汽車相比，新能源汽車最大的優(yōu)勢在于能做到零污染、零排放，且有較高的使用經(jīng)濟(jì)性，在改善溫室效應(yīng)、城市霧霾等環(huán)境問題上有突出貢獻(xiàn)。

1.2 混合動力汽車技術(shù)

混合動力汽車是以兩種及兩種以上能源為主要動力的汽車，應(yīng)用最廣泛的是油-電混合動力汽車。這類混合動力汽車集燃油車和電動車的優(yōu)勢為一體，車內(nèi)有兩套動力裝置（電動機(jī)、蓄電池和發(fā)動機(jī)、燃油箱），既有電動車的駕駛體驗，又不受制于電動車?yán)m(xù)航里程的困擾。但兩套動力系統(tǒng)使得汽車造價較高，車輛自重較大，在市場競爭中后勁不足，市場占有率不高。但隨著技術(shù)發(fā)展，動力混合形式優(yōu)化，相信在未來該類汽車會突破技術(shù)壁壘，逐漸被群眾所接受。

2 新能源汽車技術(shù)的三大構(gòu)成

2.1 電池

當(dāng)前新能源汽車造價偏高，很多消費者也是由于售價較高的原因，對新能源汽車的購買力不強(qiáng)。影響新能源汽車造價的主要因素是電機(jī)及其控制器（約占整車造價的13.6%），電池及其控制器（約占整車造價的37.8%）。由此可見控制動力電池制造成本對于整車成本控制有著舉足輕重的影響。但由于存在技術(shù)壁壘，電池成本降低還有一段路要走。

近年來，新能源汽車充電技術(shù)發(fā)展很快，其中有一種為雙向逆放電，是比亞迪汽車在去年的新能源汽車發(fā)布會上發(fā)布的一種新技術(shù)，雙向逆放電可以和多種用途的車輛有效結(jié)合在一起，雙向逆放電簡單來說新能源車不僅可以從電網(wǎng)充電，也可以向其他車外用電器放電，向外放電主要是三種放電方式，分別是車輛到電網(wǎng)的放電（V2G）、車輛和車輛之間的放電（V2V）、車輛到負(fù)載的放電（V2L）。同時放電的電流可以是直流電，也可以是交流電，可以實現(xiàn)多種電壓形式的放電，其他工業(yè)設(shè)備，包括手機(jī)等都可以實現(xiàn)放電。

V2G也就是新能源汽車向電網(wǎng)輸送電量的方式，這樣的一個應(yīng)用相當(dāng)于把新能源汽車作為一個小型的儲能電站來使用，在夜間可以利用谷電充電的方式，可以節(jié)省大量的電力。電動車目前只在一些大中型城市實現(xiàn)了普及，分布式儲能電站也多分布于大型城市中，對于新能源客戶的汽車充電提供了便利，同時也能帶來很大的經(jīng)濟(jì)效益。

V2V是車輛對車輛的輸電模式，這種充電模式可以解決純電動汽車在道路行駛時遇到電池耗盡時的臨時救援問題，純電動汽車在行駛過程中遇到車輛沒電又無法充電時可以利用其他過往的電動汽車進(jìn)行充電。未來為了普及新能源汽車的應(yīng)用，還會在高速公路上建立流動充電車，甚至是高速流動充電樁。

V2L是車輛到負(fù)載的充電方式，車輛的電力可以直接向外輸送，可以負(fù)載多種充電設(shè)備，包括各種直流和交流電壓，這樣的充電模式可以應(yīng)用于日常居民生活中，當(dāng)家里斷電時，可以利用新能源汽車的V2L功能實現(xiàn)對家用電器的充電，最長可以保證普通家庭一周的電量使用。除此以外，雙向逆放電的功能遠(yuǎn)遠(yuǎn)不止上述這些，在電量消耗殆盡的情況下，混合電動汽車還可以通過內(nèi)燃機(jī)的運動來實現(xiàn)發(fā)電功能，從一定程度上來說，混合電動汽車相當(dāng)于一個源源不斷供電的儲電裝置。

2.2 電機(jī)

傳統(tǒng)汽車以燃油作為動力源提供汽車行駛的能量，新能源汽車以動力電池作為動力源提供行駛能量。傳統(tǒng)汽車的車載能源是燃油，驅(qū)動裝置是發(fā)動機(jī)和變速箱，新能源汽車的車載能源是電池，驅(qū)動裝置是電動機(jī)。兩種動力系統(tǒng)都可較好的驅(qū)動汽車行駛，但新能源汽車能源利用率比傳統(tǒng)汽車大的多。內(nèi)燃機(jī)的能源使用效率最高不超過30%，其大量能量以摩擦，發(fā)熱、傳動損耗等形式浪費了。而純電動汽車以電池供電-電機(jī)轉(zhuǎn)動的形式運行，沒有復(fù)雜的傳動機(jī)構(gòu)，其能源利用率達(dá)到了80%以上，且動力輸出沒有滯后性。因此，新能源汽車的綜合性能比傳統(tǒng)燃油汽車高。電機(jī)作為新能源汽車的驅(qū)動裝置，主要有以下三種不同類型的電機(jī)裝置，第一種即為交流異步電機(jī)，是當(dāng)前新能源汽車電機(jī)使用中的大功率電機(jī)，其工作原理相對簡單，交流電是沒有方向的，因此只需要在定子端輸入電流即可，交流轉(zhuǎn)子接收到電流信號之后就會朝著同一個固定方向加速轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)，電機(jī)就產(chǎn)生了驅(qū)動力，這種產(chǎn)生驅(qū)動力的原理是被動起轉(zhuǎn)，因此也叫做異步電機(jī)。第二種是直流異步電機(jī)，與交流異步電機(jī)的結(jié)構(gòu)及驅(qū)動原理是一致的，不同的是電機(jī)定子輸入的是帶有方向的直流電，直流異步電機(jī)是大多數(shù)純電動汽車都在使用的驅(qū)動電機(jī)。這類電機(jī)的使用最大難點在于濾波模塊的設(shè)計應(yīng)用上，濾波模塊如果設(shè)計得足夠優(yōu)秀，從電池傳送過來的直流電波形會被過濾得足夠干凈，直流異步電機(jī)在實現(xiàn)高效率供電時還可以減少噪音，非常安靜。最后一種是直流同步電機(jī)，這類型的電機(jī)與以上兩種電機(jī)相比，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜，電流信號是直接作用在轉(zhuǎn)子上的，這種驅(qū)動方式的驅(qū)動響應(yīng)是非常快的，直接跨過了定子輸入端。作為電機(jī)中應(yīng)用能力最強(qiáng)的電機(jī)裝置，直流同步電機(jī)是其中最昂貴的一種。

2.3 電機(jī)控制器

在新能源汽車的使用中，電機(jī)控制器是根據(jù)駕駛員發(fā)出的擋位、油門、剎車等指令，控制動力電池的電能轉(zhuǎn)化為驅(qū)動電機(jī)的機(jī)械能，以此來控制電動車輛的進(jìn)退速度、扭矩輸出等行駛狀態(tài)，電機(jī)控制器還可以通過控制電機(jī)反轉(zhuǎn)等方式幫助電動車輛剎車，并將部分制動能量回饋到電力蓄電池中。電機(jī)控制器主要由中央控制模塊、功率模塊、驅(qū)動控制模塊和各種傳感器組成?？傮w來說，電機(jī)控制器的功能主要分為兩個部分，一是將電池儲存的直流電轉(zhuǎn)化成電機(jī)需要的交流電，二是通過控制交流電的輸出實現(xiàn)電機(jī)扭矩和轉(zhuǎn)速的變化，以適應(yīng)駕駛者的駕駛需求。

3 新能源汽車技術(shù)未來的發(fā)展趨勢

3.1 高壓器件的集成化

未來新能源汽車的應(yīng)用廣度不斷擴(kuò)大，會逐漸應(yīng)用到物流、公共交通、特殊車輛等不同領(lǐng)域。同時隨著新能源汽車技術(shù)模塊化、集成化、智能化的發(fā)展，其續(xù)航里程、智能化程度、駕駛體驗等會不斷優(yōu)化，市場占有率會大大提高，會有更多的用戶使用新能源汽車。在技術(shù)改進(jìn)中高壓器件的集成化是最主要的，新能源汽車中應(yīng)用的高壓系統(tǒng)有很多，常見的有驅(qū)動電機(jī)及其控制器、動力電池、高壓配電盒及電力附件等，高壓系統(tǒng)的分區(qū)應(yīng)用整體上是會影響其使用壽命的，實現(xiàn)高壓器件的集成化會進(jìn)一步推動整個電動汽車設(shè)計的優(yōu)化，高壓器件的集成化本質(zhì)上是將幾個多功能的電子器件進(jìn)行功能上面的整合，集成化不僅簡潔、優(yōu)美，還能節(jié)省汽車內(nèi)部更多地使用空間，從功能層面作出的設(shè)計整合，使用更加簡潔、高效。

3.2 驅(qū)動系統(tǒng)的集成化

新能源汽車主要三大組成部分是電池、電機(jī)、電機(jī)控制器，目前正在著力于驅(qū)動系統(tǒng)的集成化研究，將電機(jī)、電機(jī)控制器、減速器等多種驅(qū)動裝置實現(xiàn)集成化，成為一個共同的驅(qū)動系統(tǒng)，可以節(jié)省成本的同時汽車更加輕量便捷，形成多功能合一的驅(qū)動系統(tǒng)，

每一代新能源汽車都在致力于實現(xiàn)系統(tǒng)的集成研究，每一代的新能源汽車都會比上一代的重量減輕，實現(xiàn)了更高的功率密度。在實現(xiàn)集成化的同時，越來越多不同形式的新能源汽車層出不窮，對汽車主要的驅(qū)動系統(tǒng)提出了更多要求，節(jié)省電量、增加續(xù)航里程等功能的實現(xiàn)需要使用大功率、耐高壓的功率半導(dǎo)體，在運行時占用空間較大、還會產(chǎn)生很大的電量消耗，因此集成化研究是新能源汽車研究的主體方向。

3.3 新能源高壓系統(tǒng)總集成

新能源汽車高壓系統(tǒng)的總集成是將電機(jī)、電機(jī)控制器、高壓盒、OCDC、OBC實現(xiàn)五合一集成優(yōu)化，形成一個五合一的控制器，真正實現(xiàn)一個控制器來操控整個新能源電動汽車，集成化的研究可以實現(xiàn)生產(chǎn)工藝的簡單操作，集成度高，意味著電動汽車的性能使用方面更加簡潔高效。成本降低的同時，銷售量也會隨之上升，電能的使用效率高，不會造成大量電能資源浪費，提高利用率，在動力資源利用方面，新能源汽車的使用效率往往要高于傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)汽車。

3.4 電池系統(tǒng)性能的提升

電池作為新能源汽車的動力來源，安全性能和使用壽命提升是需要首要考慮的。在汽車運行過程中，電池一旦發(fā)生故障后果不堪設(shè)想。所以在設(shè)計研發(fā)過程中，除了要進(jìn)行擠壓試驗外還要進(jìn)行火燒試驗和振動試驗，通過安全性能檢測后的動力電池才可以面向市場。我國動力電池的研究發(fā)展較快，性能指標(biāo)不斷提升，制造成本不斷降低，電池安全性的研究也有了長足發(fā)展，同時電池的使用壽命在逐年增加。與國際同行業(yè)相比，我國電池的使用研發(fā)速度是較快的。

4 結(jié)語

為了降低石油燃料的使用，治理環(huán)境污染，我國提出了多項措施，比如補(bǔ)貼新能源汽車企業(yè)、對購買新能源汽車的消費者提供一系列購車補(bǔ)助、對新能源汽車不限號等。旨在普及新能源汽車的使用，對于當(dāng)前來說，新能源汽車并沒有實現(xiàn)大規(guī)模普及，還只是局限于大中型城市的應(yīng)用。普及新能源汽車的使用，就必須要顯示出新能源汽車在駕駛使用方面的長處，優(yōu)化新能源汽車各方面的使用性能，完善充電設(shè)備設(shè)施，優(yōu)化新能源汽車服務(wù)質(zhì)量。本文對新能源汽車各方面的使用進(jìn)行了研究與探索。新能源汽車技術(shù)性能必將會不斷提升，未來新能源汽車必將不斷優(yōu)化升級，實現(xiàn)無人駕駛、智能網(wǎng)聯(lián)等多項功能，并能夠投入到市場進(jìn)行大規(guī)模生產(chǎn)與銷售。綜上所述，優(yōu)化新能源汽車性能，完善相關(guān)輔助設(shè)施，就能迅速提升新能源汽車在我國的使用范圍與使用量，推動新能源汽車行業(yè)的穩(wěn)定發(fā)展。

課題名稱：積極教學(xué)法在《新能源汽車故障診斷》課程中的實踐和探索。課題類別：蘭州石化職業(yè)技術(shù)大學(xué)2021年度教科研項目。課題批準(zhǔn)號：JY2021-07。此論文為蘭州石化職業(yè)技術(shù)大學(xué)2021年度教科研項目：“積極教學(xué)法在《新能源汽車故障診斷》課程中的實踐和研究”的階段性成果。

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作者簡介

楊小榮：（1987.07—），女，漢族，甘肅民勤人，講師，大學(xué)本科。主要研究方向：新能源汽車技術(shù)。