關(guān)于純電動汽車問題分析及優(yōu)化研究

【摘" 要】在電動化和人工智能化的大背景下，傳統(tǒng)燃油汽車將會被逐漸淘汰，新能源汽車將成為時代新的潮流，為汽車行業(yè)發(fā)展注入新的活力，特別是如今全球生態(tài)面臨著嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，減少環(huán)境污染成為社會發(fā)展的必然趨勢，新能源汽車的出現(xiàn)能有效緩解環(huán)境污染等社會問題。但在新能源汽車發(fā)展迅速的同時，也存在著一些不可忽視的問題。文章從純電動汽車的工作原理和發(fā)展趨勢入手，通過分析總結(jié)出純電動汽車發(fā)展現(xiàn)狀中的不足之處，最后針對不足之處提出一些可行性的建議。

【關(guān)鍵詞】純電動汽車；電池安全；傳統(tǒng)燃油車

中圖分類號：U469.722" " 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A" " 文章編號：1003-8639（ 2023 ）11-0021-02

Analysis and Research on the Problems of Blade Electric Vehicles

TANG Rongxin

（Nanning University，Nanning 541699，China）

【Abstract】Under the background of electromotion and artificial intelligence，traditional fuel vehicles will be gradually eliminated，and new energy vehicles will become a new trend of the time，injecting new vitality into the development of the automobile industry. Especially now the global ecology is facing severe challenges，environmental protection has become an inevitable trend for social development，the emergence of new energy vehicles has effectively alleviated environmental pollution and other social problems. However，with the rapid development of new energy vehicles，there are also some problems that can not be ignored. The article starts with the working principle and development trend of pure electric vehicles，analyzes and summarizes the shortcomings in the current development status of pure electric vehicles，and finally proposes some feasible suggestions for the shortcomings.

【Key words】electric vehicle；battery safety；traditional fuel vehicles

隨著現(xiàn)代科技的迅猛發(fā)展，人工智能從弱智能時代向強(qiáng)智能化時代發(fā)展，新能源汽車也越來越被普及應(yīng)用。作為科技發(fā)展的產(chǎn)物，新能源汽車不但在生產(chǎn)銷量上呈爆發(fā)式增長的趨勢，還有著在未來汽車市場占一席之地的可能[1]。傳統(tǒng)燃油汽車雖然被社會廣泛使用，也給人們提供了很大的便利，但隨之而來的是油價日益上升、環(huán)境污染嚴(yán)重、噪聲污染嚴(yán)重，文獻(xiàn)[2]顯示石油的儲量距離枯竭只剩下不到30年，由此說明，傳統(tǒng)燃油車并不利于社會的可持續(xù)發(fā)展。因此，人工智能化與電動化才是汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展的必然趨勢，同時也迎合國家“碳中和”的發(fā)展目標(biāo)。基于此，本文通過研究新能源汽車存在的問題提出針對性建議，為中國汽車行業(yè)提供合理參考，對于新能源汽車的發(fā)展研究具有十分重要的現(xiàn)實意義。

1" 純電動汽車工作原理

純電動汽車（Blade Electric Vehicles，BEV），是以電能為動力來源，以電機(jī)為驅(qū)動系統(tǒng)的車輛，由驅(qū)動電機(jī)、動力電池組和電控系統(tǒng)組成。其儲能單元就是電池，一般常用電池有鉛酸電池、鎳鎘電池、鎳氫電池、鋰離子電池[3]。目前，電動機(jī)已代替?zhèn)鹘y(tǒng)燃油汽車的發(fā)動機(jī)，其驅(qū)動汽車行駛的動力性是傳統(tǒng)燃油汽車發(fā)動機(jī)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不及的，因此動力輸出更為快速，反應(yīng)時間也比發(fā)動機(jī)小很多。

純電動汽車的工作原理為：蓄電池→電流→電力調(diào)節(jié)器→電動機(jī)→動力傳遞系統(tǒng)→驅(qū)動汽車行駛[4]。

2" 純電動汽車優(yōu)勢以及發(fā)展趨勢

2.1" 純電動汽車的優(yōu)點分析

與傳統(tǒng)燃油汽車相比，純電動汽車更為輕便、靈敏，最主要的是，純電動汽車使用電能驅(qū)動，動力來源較傳統(tǒng)燃油車選擇更多，例如可利用風(fēng)能、太陽能發(fā)電等，且沒有尾氣排出，大大減少了環(huán)境的污染，迎合了國家現(xiàn)行政策的要求。也因使用單一的電能源，省去了燃油汽車的發(fā)動機(jī)、變速器、油箱、冷卻和排氣系統(tǒng)，所以純電動車的整體結(jié)構(gòu)會相對簡單，耐用性更強(qiáng)，噪聲更小，整體駕駛舒適感更高。根據(jù)文獻(xiàn)[5]表明，傳統(tǒng)燃油車的能源利用率大多數(shù)都在35%～45%左右，而純電動汽車能源利用率可達(dá)80%以上，說明純電動汽車比燃油汽車更節(jié)省能源。

自從中國開始重視新能源汽車發(fā)展之后，國家陸續(xù)推出了許多相關(guān)政策，目的是推動新能源汽車的發(fā)展，截至2023年7月，中國新能源汽車生產(chǎn)量已達(dá)到1000萬輛。

2.2" 純電動汽車發(fā)展趨勢

由于全球都存在能源不足與大氣污染的問題，使得純電動汽車有很大的發(fā)展空間，同時也順應(yīng)國家發(fā)展的政策要求。中汽協(xié)數(shù)據(jù)顯示，2023年1～7月，中國新能源汽車?yán)塾嬩N售452.6萬輛，市場滲透率達(dá)29%，預(yù)計到2025年，新能源汽車市場占有率會達(dá)到50%，到2030年有望突破90%，純電動汽車發(fā)展將成為時代發(fā)展的必然趨勢。但是，純電動汽車的發(fā)展也有一個限制因素——蓄電池，科學(xué)研究表明，即使蓄電池的能量密度優(yōu)化到理論的極限，也無法與傳統(tǒng)的燃料汽車相比。同時，還存在續(xù)航里程過短、充電不方便以及充電時間過久的問題。

3" 純電動汽車存在的問題

3.1" 充電設(shè)施不完善

1）充電樁數(shù)量和分布不均。據(jù)中國充電聯(lián)盟數(shù)據(jù)顯示，截至2023年7月，中國公共充電樁保有量為221.7萬臺，樁車增量比為1：2.6。根據(jù)Ramsebner[6]研究表明，隨著這些年充電設(shè)施在城市中不斷擴(kuò)張，使得配電網(wǎng)的壓力過大，而在偏遠(yuǎn)地區(qū)，相應(yīng)的充電設(shè)施卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，甚至存在沒有充電設(shè)施、充電站型號不匹配以及不能使用、損壞的問題。

2）充電時間過久。目前，純電動汽車除了充電不方便還存在充電時間過久的問題，使用常規(guī)恒壓、恒流的充電模式充電時長要8h，甚至有些充電時間長達(dá)10～12h，這增添了使用者的使用焦慮，Nadine Rauh[7]學(xué)者也證實了汽車使用者經(jīng)常會存在里程焦慮的心理壓力。因此，實現(xiàn)純電動汽車的快速充電是具有重要意義的。而快速充電模式就是為了解決充電慢的問題，該充電功率很大，能達(dá)到上百上千瓦，但該充電方式對電網(wǎng)有比較高的要求。Kashani[8]研究了一種利用太陽能對電動汽車進(jìn)行無線充電的技術(shù)，以及表述了無線電力傳輸?shù)母鞣N形式，表明無線充電器在未來市場上有著巨大潛力。Bourzik[3]提出一種可以為行駛過程中的電動汽車無線充電的方法，其有助于電動汽車在高速上的行駛，通過一組功率發(fā)射器不需要接觸就可以完成充電，且沒有充電時間。

綜上所述，筆者認(rèn)為應(yīng)大力發(fā)展無線快速充電裝置，無線充電裝置相比有線充電更加方便、快捷，也可以減少充電樁城市占地面積，只需在劃分的范圍內(nèi)即可完成充電。其次，由于換成了無線充電，可減少車身的部分零件，降低了故障發(fā)生率，也降低了后期維護(hù)的成本。

目前，無線充電最為成熟的方式為電磁感應(yīng)式，其原理為提供交流電給初級線圈，線圈再產(chǎn)生交變磁場，再感應(yīng)到次級線圈，次級線圈最終產(chǎn)生交流電流。同時，無線充電的輸出功率可達(dá)30kW，充電效率也高達(dá)92%，但傳送距離過短，只有100mm，且還需要考慮散熱。不過，根據(jù)現(xiàn)在的技術(shù)水平，利用電磁感應(yīng)式的無線充電技術(shù)仍然是最具有現(xiàn)實性的[9-10]。

3.2" 鋰電池存在的問題

電動汽車對于動力電池的要求主要有以下幾點：比能量高、比功率大、連續(xù)放電率高、自放電率低、充電技術(shù)成熟、適應(yīng)車輛運行環(huán)境、安全可靠、長壽命、免維護(hù)。而在主流電池中最為合適的電池是鋰電池，也是未來動力蓄電池發(fā)展的方向。中國南北方新能源汽車銷量存在較大差距，消費者最不滿意的因素為電池續(xù)航問題。因為電池續(xù)航里程容易受到氣溫影響，且隨著環(huán)境溫度降低，電池的可充入容量降低，增加了充電時間。根據(jù)劉清云[11]仿真實驗結(jié)果，當(dāng)純電動汽車處于-15℃的情況下，較正常室溫（約25℃）可行駛里程大約降低了40%左右。而周建平[12]指出鋰電池在高溫狀態(tài)下時，鋰電池熔點與沸點較低的一些材料會產(chǎn)生負(fù)面影響的化學(xué)反應(yīng)，從而造成電池起火爆炸。

鋰電池放電曲線如圖1所示，圖中鋰電池放電在中前期時，電壓比其余電池穩(wěn)定許多，下降遲緩，但在后期，電壓下降迅速，在此階段需防止電池過放電，以減少對電池壽命的損傷。同時動力電池的熱管理也是一大難題，電池發(fā)熱，其性能與壽命會遭到很大影響，假如出現(xiàn)過充、過放和短路等情況，使得內(nèi)部活性物與電解液等產(chǎn)生化學(xué)、電化學(xué)反應(yīng)，可能會導(dǎo)致電池著火甚至爆炸。

4" 結(jié)論

新能源汽車被視為中國在汽車領(lǐng)域彎道超車的重要機(jī)遇。節(jié)能環(huán)保是新能源汽車最大的優(yōu)勢，但續(xù)航里程短、易受溫度影響，電池壽命以及密度也是限制新能源汽車發(fā)展的大難題。對于新能源產(chǎn)業(yè)來說，市場競爭中最激烈的無疑是產(chǎn)品之間核心技術(shù)的競爭，隨著中國新能源汽車技術(shù)十幾年來的發(fā)展，該行業(yè)的技術(shù)已逐漸趨于成熟，但是對于電池技術(shù)方面還需要不斷創(chuàng)新，加大研發(fā)投入，提高自身競爭力。企業(yè)在獲得巨額政府補(bǔ)助后，要用長遠(yuǎn)的眼光去發(fā)揮補(bǔ)助資金的用途，要具備戰(zhàn)略思維，吸收新能源方面專業(yè)的人才，組建專業(yè)的科研團(tuán)隊，充分認(rèn)識到產(chǎn)品研發(fā)的重要性與必要性。

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（編輯" 凌" 波）

作者簡介

唐榮鑫，主要研究方向為新能源汽車技術(shù)。