電動(dòng)汽車技術(shù)進(jìn)展和發(fā)展前景

田峰 魏幫頂 蘇玉來

西安汽車職業(yè)大學(xué) 陜西省西安市 710038

電動(dòng)汽車具有節(jié)約能源、環(huán)境污染小等顯著技術(shù)優(yōu)勢(shì)，在可持續(xù)發(fā)展視域下，被受國(guó)家和百姓的關(guān)注。為進(jìn)一步推動(dòng)我國(guó)電動(dòng)汽車行業(yè)的發(fā)展，促進(jìn)綠色經(jīng)濟(jì)發(fā)展戰(zhàn)略的實(shí)施，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展與環(huán)境保護(hù)的平衡，對(duì)電動(dòng)汽車核心技術(shù)的進(jìn)展進(jìn)行分析、對(duì)電動(dòng)汽車未來發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行展望是既有必要的。

1 電動(dòng)汽車的概述

電動(dòng)汽車指的是符合國(guó)家道路交通各項(xiàng)安全法規(guī)，以車載電源為驅(qū)動(dòng)力，通過電機(jī)驅(qū)動(dòng)車輪轉(zhuǎn)動(dòng)的新能源車輛。電動(dòng)汽車的主要結(jié)構(gòu)包括：電力驅(qū)動(dòng)及控制系統(tǒng)、傳動(dòng)裝置、工作裝置等，其中電力驅(qū)動(dòng)及控制系統(tǒng)是電動(dòng)汽車的核心。隨著人們環(huán)保意識(shí)的不斷提升，電動(dòng)汽車的技術(shù)創(chuàng)新和產(chǎn)品研發(fā)逐漸成為國(guó)家和社會(huì)重點(diǎn)關(guān)注的問題。通過對(duì)電動(dòng)汽車特點(diǎn)的深入分析，可以看出，國(guó)家大力發(fā)展電動(dòng)汽車的原因主要有以下三點(diǎn)：（1）電動(dòng)汽車具有出色的節(jié)能效果。近年來，工業(yè)產(chǎn)業(yè)的飛速發(fā)展使得我國(guó)能源緊張問題愈發(fā)凸顯，而發(fā)展和普及電動(dòng)汽車，減少燃油汽車的數(shù)量，能夠降低國(guó)家對(duì)石油等傳統(tǒng)能源物質(zhì)的需求，有效緩解能源緊張問題（2）電動(dòng)汽車環(huán)保效果顯著。相較于燃油汽車，電動(dòng)汽車在行駛過程中不僅可以實(shí)現(xiàn)廢氣零排放，還具有噪聲污染小的特點(diǎn)。因此，發(fā)展和普及電動(dòng)汽車有助生態(tài)環(huán)境的保護(hù)，有利于綠色經(jīng)濟(jì)發(fā)展戰(zhàn)略的實(shí)施（3）我國(guó)在電動(dòng)汽車研發(fā)領(lǐng)域取得了不錯(cuò)的科研成果。在燃油汽車領(lǐng)域，我國(guó)的研發(fā)和生產(chǎn)技術(shù)要明顯落后于美國(guó)、日本、德國(guó)等國(guó)家，國(guó)產(chǎn)燃油汽車在世界汽車市場(chǎng)中的競(jìng)爭(zhēng)力較弱。而我國(guó)對(duì)電動(dòng)汽車研發(fā)工作開展較早，國(guó)產(chǎn)電動(dòng)汽車的安全性和各方面性能上具有一定的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，在世界電動(dòng)汽車市場(chǎng)具有較強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力，因此，國(guó)家關(guān)注電動(dòng)汽車研發(fā)工作，大力發(fā)展電動(dòng)汽車行業(yè)，有助于我國(guó)汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

2 電動(dòng)汽車核心技術(shù)進(jìn)展分析

2.1 電池技術(shù)進(jìn)展分析

電池技術(shù)是電動(dòng)汽車的核心技術(shù)，是影響電動(dòng)汽車使用性能的最主要因素。因此，電池技術(shù)研發(fā)始終是電動(dòng)汽車研發(fā)的核心。在進(jìn)行電池技術(shù)研究時(shí)，技術(shù)人員首先應(yīng)明確電動(dòng)汽車電池性能的主要評(píng)價(jià)質(zhì)保，如：能量密度（Ed）、循環(huán)壽命（L）、比能量（E）、比功率（P）等，并以此為突破口進(jìn)行電池技術(shù)研發(fā)，從而生產(chǎn)出使用壽命長(zhǎng)、比功率大、比能量高的高效電池，提升國(guó)產(chǎn)電動(dòng)汽車的整體性能和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。

我國(guó)電動(dòng)汽車電池技術(shù)研究主要經(jīng)歷了以下三個(gè)階段：（1）酸鉛電池。該類型電池具有價(jià)格低、比能量高、能高倍率放電等顯著技術(shù)優(yōu)勢(shì)。閥控酸鉛電池電動(dòng)汽車的量產(chǎn)打開了我國(guó)電動(dòng)汽車生產(chǎn)和應(yīng)用的新篇章（2）堿性電池。主要電池類型有：鋰離子電池、鎳氫電池、鎳鉻電池、鋅空氣電池、鈉硫電池等。相較于酸鉛電池，堿性電池的比能量指標(biāo)顯著提升，能夠大幅度提升電動(dòng)汽車的動(dòng)力性能和續(xù)航里程。如今主流的電動(dòng)汽車基本上都采用鋰電池，例如：特斯拉產(chǎn)品主要使用鈷酸鋰電池、日產(chǎn)聆風(fēng)主要采用錳酸鋰電池、我國(guó)自主品牌比亞迪主要采用磷酸鐵鋰電池等（3）燃料電池。該類型電池能夠直接將儲(chǔ)存于燃料和氧化劑中的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能。相較于堿性電池，燃料電池的比功率、比能量、能量轉(zhuǎn)化率顯著提升。與此同時(shí)，燃料電池的反應(yīng)過程具有可控性，能量轉(zhuǎn)化過程可連續(xù)進(jìn)行。從現(xiàn)階段的電池技術(shù)理論知識(shí)水平來看，燃料電池是電動(dòng)汽車最理想的電池類型。不過，目前我國(guó)電動(dòng)汽車燃料電池技術(shù)還不成熟，部分技術(shù)還未突破，仍處于研發(fā)和改進(jìn)階段。

總而言之，電池技術(shù)是電動(dòng)汽車的“心臟”，是推動(dòng)電動(dòng)汽車發(fā)展的最主要驅(qū)動(dòng)力。因此，我國(guó)電動(dòng)汽車研發(fā)機(jī)構(gòu)，必須要加強(qiáng)電池技術(shù)的研究，爭(zhēng)取讓我國(guó)電動(dòng)汽車行業(yè)早日走入新局面。

2.2 驅(qū)動(dòng)及控制技術(shù)分析

電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)和控制系統(tǒng)在電動(dòng)汽車中的地位僅次于電池。驅(qū)動(dòng)電機(jī)的質(zhì)量、體積、轉(zhuǎn)速、啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩等技術(shù)指標(biāo)將直接影響電動(dòng)汽車的整體性能。目前，電動(dòng)汽車最常用的驅(qū)動(dòng)電機(jī)主要有以下四種類型：直流電動(dòng)機(jī)、感應(yīng)電動(dòng)機(jī)、永磁無刷電動(dòng)機(jī)、開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)。

近年來，感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的技術(shù)趨于成熟，被廣大電動(dòng)汽車制造企業(yè)所使用。這種驅(qū)動(dòng)電機(jī)主要直線轉(zhuǎn)矩控制和矢量控制兩種控制方式，其中直線轉(zhuǎn)矩控制方式的應(yīng)用更為廣泛，因?yàn)榇朔N控制方式具有以下三點(diǎn)顯著技術(shù)優(yōu)勢(shì)：（1）控制方式簡(jiǎn)單，易于操作（2）通過簡(jiǎn)單的控制結(jié)構(gòu)即可發(fā)揮出良好的控制性能（3）具有良好的反應(yīng)速度。以上三個(gè)技術(shù)優(yōu)勢(shì)與電動(dòng)汽車的性能需求具有較高的契合度，因此，直線轉(zhuǎn)矩控制式感應(yīng)電動(dòng)機(jī)成為現(xiàn)階段電動(dòng)汽車的首選對(duì)象。

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，電動(dòng)汽車研發(fā)領(lǐng)域?qū)τ来艧o刷電動(dòng)機(jī)的研發(fā)工作愈發(fā)深入。相較于傳統(tǒng)類型的電動(dòng)機(jī)，永磁無刷電動(dòng)機(jī)具有尺寸、形狀靈活多樣，質(zhì)量、體積小，效率高、損耗小，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)行可靠等顯著技術(shù)優(yōu)勢(shì)。在具體實(shí)踐過程中，該類型電動(dòng)機(jī)具有高功率密度、慣性低、體積小、響應(yīng)快、能量密度和效率較高的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，因此非常適合作為電動(dòng)汽車的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，具有廣闊的應(yīng)用前景。就目前技術(shù)能力而言，永磁無刷電動(dòng)機(jī)還存在恒功率模式下，操縱較為復(fù)雜；弱磁能力差，調(diào)速范圍有限；最大功率較低；振動(dòng)、高溫和電流過載情況下，運(yùn)行穩(wěn)定性顯著下降等問題。這些都將是未來電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)及控制技術(shù)需要攻克的技術(shù)難題，也是驅(qū)動(dòng)及控制技術(shù)的發(fā)展方向。

2.3 整車制造技術(shù)進(jìn)展分析

電動(dòng)汽車屬于高科技綜合性產(chǎn)品，其技術(shù)先進(jìn)性不僅體現(xiàn)在電池技術(shù)和驅(qū)動(dòng)控制技術(shù)上，還應(yīng)體現(xiàn)在車體車身制造技術(shù)上。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，電動(dòng)汽車的整車制造技術(shù)也應(yīng)與時(shí)俱進(jìn)，通過多種技術(shù)手段的應(yīng)用，全面提升電動(dòng)汽車的整體性能。具體技術(shù)措施有：（1）注重節(jié)能、儲(chǔ)能技術(shù)的應(yīng)用。相較于電池儲(chǔ)能能力的提升，電動(dòng)汽車節(jié)能、儲(chǔ)能技術(shù)更易實(shí)現(xiàn)，如：優(yōu)化汽車電路系統(tǒng)，降低電子原件能耗；引入能量回收與儲(chǔ)存技術(shù)，提高能量利用率等（2）優(yōu)化車身外形設(shè)計(jì)。在保證車輛外形美觀性的基礎(chǔ)上，通過細(xì)致的空氣動(dòng)力學(xué)分析，對(duì)車輛外形進(jìn)行優(yōu)化，最大程度降低車輛行駛過程中的空氣阻力，從而降低行駛能耗，提升車輛性能及續(xù)航里程（3）注重新型輕質(zhì)高強(qiáng)材料的使用。在進(jìn)行整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)對(duì)車輛質(zhì)量進(jìn)行估算，確保車身子質(zhì)量的均勻性。在車身結(jié)構(gòu)制造時(shí)，盡可能使用輕質(zhì)高強(qiáng)的新型復(fù)合材料，在影響車身結(jié)構(gòu)性能的基礎(chǔ)上最大限度較少車身質(zhì)量。不僅有效降低車輛行駛過程中的能耗，還能夠顯著提升車輛的綜合性能。

總之，整車制造技術(shù)的研究與發(fā)展，是提升電動(dòng)汽車整體性能、降低行駛能耗、提升能量利用率的重要措施，應(yīng)受到研發(fā)機(jī)構(gòu)和人員的高度重視。

3 電動(dòng)汽車未來發(fā)展趨勢(shì)分析

3.1 市場(chǎng)發(fā)展趨勢(shì)

新冠疫情的爆發(fā)對(duì)我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展造成了一定程度的沖擊，汽車銷售市場(chǎng)也受到了嚴(yán)重的影響。隨著國(guó)內(nèi)疫情控制勢(shì)態(tài)的逐漸好轉(zhuǎn)，國(guó)家經(jīng)濟(jì)進(jìn)入到穩(wěn)步回升狀態(tài)，汽車銷售市場(chǎng)也會(huì)隨之進(jìn)入回暖期。與此同時(shí)，得益于國(guó)家電動(dòng)汽車發(fā)展扶持政策的頒布、國(guó)民環(huán)保理念的提升以及人們汽車消費(fèi)理念的轉(zhuǎn)變，電動(dòng)汽車銷售市場(chǎng)必然會(huì)取得良好發(fā)展。但是，市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)全球化背景下，電動(dòng)汽車市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)壓力也必然會(huì)不斷增強(qiáng)，這就需要我國(guó)電動(dòng)汽車生產(chǎn)企業(yè)，能夠加強(qiáng)技術(shù)研發(fā)，不斷提升產(chǎn)品質(zhì)量，突出產(chǎn)品技術(shù)優(yōu)勢(shì)和品牌影響力，這樣才能把握市場(chǎng)主動(dòng)權(quán)，占據(jù)更多的市場(chǎng)份額，提升國(guó)產(chǎn)電動(dòng)汽車在世界市場(chǎng)中的競(jìng)爭(zhēng)力。

3.2 政策發(fā)展趨勢(shì)

可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略視域下，國(guó)家對(duì)新能源產(chǎn)業(yè)的重視程度不斷提升。對(duì)于電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)的扶持力度也在不斷加強(qiáng)，不僅通過消費(fèi)者補(bǔ)貼政策激發(fā)電動(dòng)汽車銷售市場(chǎng)，還對(duì)電動(dòng)汽車研發(fā)、生產(chǎn)機(jī)構(gòu)給予多項(xiàng)扶持、優(yōu)惠政策，以鼓勵(lì)電動(dòng)汽車技術(shù)研發(fā)工作。雖然在2021 年，國(guó)家取消了新能源汽車補(bǔ)貼政策，但仍會(huì)以政府公車采購(gòu)純電動(dòng)汽車、對(duì)純電動(dòng)汽車用戶給予充電設(shè)施補(bǔ)貼等措施，推動(dòng)電動(dòng)汽車行業(yè)的發(fā)展。相信在國(guó)家政府的大力支持下，電動(dòng)汽車必然會(huì)有更好的發(fā)展前景。

3.3 受眾發(fā)展趨勢(shì)

在國(guó)家政府的支持與補(bǔ)貼下，百姓購(gòu)買電動(dòng)汽車所花費(fèi)的金錢不斷減少，在一定程度程度上增強(qiáng)了百姓對(duì)電動(dòng)汽車的認(rèn)可度。同時(shí)，在國(guó)家政府的大力支持下，我國(guó)電動(dòng)汽車研發(fā)水平不斷提升，電動(dòng)汽車的整體性能不斷提高，相同價(jià)位下，電動(dòng)汽車的體驗(yàn)感要明顯高于燃油汽車，使更多的百姓開始接納電動(dòng)汽車。另外，國(guó)民環(huán)保理念的提升、消費(fèi)價(jià)值觀的轉(zhuǎn)變以及充電基礎(chǔ)設(shè)施的完善，也會(huì)提升百姓對(duì)電動(dòng)汽車的接納度。通過“宏光MINI”的火爆銷售情況，便能充分看出電動(dòng)汽車受眾的發(fā)展趨勢(shì)。

4 結(jié)語

綜上所述，電動(dòng)汽車的研究與發(fā)展是時(shí)代發(fā)展的必然趨勢(shì)。我國(guó)電動(dòng)汽車研發(fā)機(jī)構(gòu)應(yīng)加大電池、驅(qū)動(dòng)與控制、車身制造等電動(dòng)汽車核心技術(shù)的研發(fā)力度，全面提升我國(guó)電動(dòng)汽車的研發(fā)水平，制造出更符合受眾需求的電動(dòng)汽車產(chǎn)品。同時(shí)，還應(yīng)從市場(chǎng)、政策、受眾三個(gè)層面，準(zhǔn)確把握我國(guó)電動(dòng)汽車發(fā)展趨勢(shì)，以發(fā)展趨勢(shì)為導(dǎo)向，調(diào)整技術(shù)研發(fā)方向，推動(dòng)我國(guó)電動(dòng)汽車行業(yè)健康發(fā)展。