新能源汽車探究

沈紹輝　姚竹亭

摘 要：汽車是一種重要的交通工具，汽車工業更是很多國家的支柱產業。然而面對能源危機與環境污染，我們必須開發新能源汽車來代替傳統內燃機汽車以緩解現狀。文章介紹幾種新能源汽車及其關鍵技術，我國新能源汽車發展瓶頸及解決措施，最后總結發展趨勢。

關鍵詞：電動汽車；關鍵技術；瓶頸；解決措施；趨勢

1 幾種新型能源汽車及關鍵技術

就當前世界各國新能源汽車研究成果來看，電動汽車的研發技術相對成熟，已在市場上推廣使用的主要有三種：純電動汽車、燃料電池電動汽車和混合動力電動汽車。

1.1 純電動汽車

純電動汽車是以蓄電池儲存電能，向電機提供電能驅動電機運轉，最終驅動汽車運行[1]。作為一種新型能源汽車，它具有零污染、低噪音的優點；蓄電池壽命短、價格昂貴、充電時間長、行程短卻成為制約該新型汽車進一步推廣的瓶頸。

1.2 燃料電池電動汽車

燃料電池電動汽車是利用氫氣和空氣中的氧在催化劑的作用下在燃料電池中經電化學反應產生的電能，并作為主要動力源驅動的汽車[2]。由于燃料電池同時兼具無污染、高效率、適用廣、噪聲低、可快速補充能量、具有模塊化等特點，被認為是今后替代傳統內燃機最理想的汽車動力裝置[3]。然而，燃料電池價格高、氫燃料制備儲存困難使該電動汽車在發展中受到了束縛。

1.3 混合動力電動汽車

混合動力電動車將電動機與輔助動力單元組合起來， 共同提供驅動力。這樣的組合能夠結合兩者的優勢來發揮最大的運行效率和環保能力，發動機運轉能力強，動力強大，電動機環保無污染氣體排放、低噪聲[4]。但美中不足的是制造成本大。

1.4 關鍵技術

1.4.1 電池技術

電動汽車用電池的主要性能指標有安全性、比能量、比功率、循環壽命、成本和能量轉換效率等。到目前為止，車用電池經歷了三代的發展。鉛酸電池是第一代，廣泛使用的是免維護的閥控式鉛酸電池（VRLA），是由于其可靠性高、價格低廉、原材料豐富和高倍率放電等優點。但比能量低、質量和體積相對較大，而且一次充電的續駛里程較短。堿性電池是第二代，主要有鎳氫、鋅空氣、鎳鎘、鈉硫和鋰離子等，比功率和比能量較鉛酸電池要高，續駛里程和動力性能都得到明顯提高，然而價格比鉛酸電池要高很多。隨著商業化進程的加快，鋰電池的成本也將下降。燃料電池是第三代電池。它能高效的將化學能轉化為電能，在比能量、比功率方面優勢也較明顯，燃料也易于獲取，還能夠控制反應過程。目前應用于電動汽車的是比較成熟的質子膜燃料電池，以純氫為燃料，以空氣為氧化劑。盡管燃料電池還存在一些問題，但將會成為將來汽車的主體動力電池[5]。

1.4.2 電機及其控制技術

電機驅動控制系統是新能源汽車車輛行駛中的主要執行結構，驅動電機及其控制系統是新能源汽車的核心部件（電池、電機、電控）之一，其驅動特性決定了汽車行駛的主要性能指標[6]。

驅動電機主要有直流電動機、交流電動機、永磁電動機或開關磁阻電動機等類型。車輛行駛的路面工況較復雜，所以作為電動汽車用的電動機的功率必須要適應這種復雜工況的要求。要使電動汽車有良好的使用性能，驅動電機應具有較寬的調速范圍及較高的轉速，足夠大的啟動扭矩，體積小、質量輕、效率高且有動態制動強和能量回饋的性能。應滿足較高的瞬時功率、功率密度和轉矩密度，以提高車速，增大過載能力[7]。目前電動汽車所用的電動機正在向大功率、高轉速、高效率和小型化方向發展。直流電機因效率低、可靠性差有逐漸被取代淘汰的趨勢，交流感應電機由于其控制復雜逐漸失去其強勢，永磁電機由于其昂貴的價格及退磁缺點目前應用不太廣泛，開關磁阻電機如能改善其轉矩脈動大的問題，將會是電動汽車驅動系統的一匹黑馬[8]。

1.4.3 能量管理技術

要使電動汽車具有良好的動力性能，必須具有比能量高、使用壽命長及比功率大的蓄電池作為動力源，所以必須對蓄電池進行管理[9]。能量管理系統的作用是檢測單個電池或電池組的荷電狀態，充電與放電時的電壓、電流，放電深度、電池溫度等；它還能夠根據電池組的使用情況和歷史充放電記錄選擇最佳充電方式，以盡可能延長電池的壽命；電動汽車行駛中必須知道電池當前存有多少電能，還能行駛多少公里，也是電動汽車能量管理系統應該完成的重要功能。能量管理系統如同電動汽車的大腦，應同時具有功能多、靈活性好、適應性強的特點，能高效地利用有限的車載能量。

2 我國新能源汽車瓶頸問題及解決措施

純電動汽車、燃料電池電動汽車、混合動力電動汽車的研發順應時代潮流，符合新世紀綠色環保的可持續理念。但是我國新能源汽車產業起步時間晚，存在很多瓶頸問題和“硬傷”[10]，究其根源可以歸結為以下幾點：第一，科研能力不足，技術水平低；第二，資金投入不能有效利用；第三，沒有更好地結合市場需求進行創新；第四，政府政策不完善。

從汽車企業的角度來看，解決措施如下：（1）加強對電動汽車核心技術的研發投入，鞏固行業在未來的發展；（2）科學技術是第一生產力，企業要注重技術創新和關鍵技術方面的突破，實時引進先進技術，著重改善電動汽車整體性能，降低生產成本，縮短生產周期，延長使用壽命。

從我們政府角度來看，建議措施如下：

（1）加快發展電動汽車相關基礎設施建設，尤其是加快充電設施建設，盡快完善城際間電動汽車運營網絡體系[11]。

（2）政府要實施優惠扶持政策，鼓勵企業與個人使用電動汽車，同時應該持續大力加強汽車電子、材料和電池等相關前沿領域的研發[12]。

（3）設置相關專業課程，注重培養高端技術人員，構造研發、生產、銷售與維修一體化。唯有人才與技術一起才能沖破重重阻礙，為系能源汽車行業打造光明的前景。

3 結束語

在世界石油短缺、環境污染、各國呼吁節能環保的形勢下，新能源汽車的研發已是時代的發展趨勢。我們有理由堅信，未來在政府大力支持、技術不斷發展與創新、體系不斷完善的情況下，零排放、無污染、低能耗、低成本、長里程的新能源汽車終究會取代傳統燃油汽車成為未來汽車領域的佼佼者。

參考文獻

[1]李廷洪.燃料電池、純電動和混合動力電動汽車技術現狀與發展[J].中國科技縱橫，2013，6：157.

[2]陳全世，仇斌，謝起成.燃料電池電動車[M].北京：清華大學出版社，2005.

[3]曾帥，張娜，徐兆坤.燃料電池電動車技術[J].上海汽車，2010，10：12-15.

[4]郭廣超.混合動力電動汽車技術的發展與現狀分析[J].科技創新與應用，2014，15：109.

[5]程啟明，吳凱，王鶴霖，等.電動汽車技術的發展研究（待續）[J].電機與控制應用，2013，6：1-6.

[6]張永鵬.電動汽車發展綜述[J].中國機械，2014，2：222-223.

[7]曹曉娟.純電動汽車關鍵技術的研究[J].民營科技，2013，4：2.

[8]路?？?電動汽車驅動系統的研究[J].價值工程，2013，16：45-47.

[9]李永鈞.電動汽車電機驅動技術[J].汽車工程師，2012，12：60-62.

[10]安海彥.我國發展新能源汽車產業的制約因素及對策研究[J].汽車維修，2011，10：2-3.

[11]甄翠敏，胡天嬌，張麗麗，等.國外電動汽車發展戰略及對我國的啟示[J].河北能源職業技術學院學報，2013，2：48-51.

[12]程廣宇，高志前.國外支持電動汽車產業發展政策的啟示[J].中國科技論壇，2013，1：157-160.