新能源汽車的技術(shù)原理及其核心技術(shù)分析

方镕城

摘 要：隨著科學(xué)技術(shù)的日新月異，新能源行業(yè)尤其是新能源汽車行業(yè)也在迅猛發(fā)展。與此同時(shí)，對(duì)新能源汽車技術(shù)提出了更高的要求。基于此，本文就新能源汽車的技術(shù)原理及其核心技術(shù)進(jìn)行深入地分析。

關(guān)鍵詞：新能源汽車;技術(shù)原理;核心技術(shù)

0 引言

所謂“新能源汽車”，主要指的是使用非常規(guī)的車用燃料當(dāng)作動(dòng)力來源（或者使用常規(guī)的車用燃料、采取全新的車載動(dòng)力裝置），整合車輛的驅(qū)動(dòng)及動(dòng)力控制的一流技術(shù)，產(chǎn)生的技術(shù)原理先進(jìn)、具備新結(jié)構(gòu)和新技術(shù)的汽車。新能源汽車，主要包含混合動(dòng)力汽車、純電動(dòng)汽車、燃料電池電動(dòng)汽車等等。

1 新能源汽車的技術(shù)原理

1.1 混合動(dòng)力汽車的技術(shù)原理

所謂“混合動(dòng)力汽車”，主要指的是車輛驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)分別由2個(gè)或者超過2個(gè)的單個(gè)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)所構(gòu)成的汽車。混合動(dòng)力汽車通常兩種不同形式的動(dòng)力源驅(qū)動(dòng)：第一種，常規(guī)發(fā)動(dòng)機(jī);第二種，輔助驅(qū)動(dòng)電機(jī)動(dòng)力設(shè)備。在汽車行駛的過程中，可按照功率的改變，經(jīng)由獨(dú)立或者差異驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)最佳控制策略，從而實(shí)現(xiàn)節(jié)省能源、降低消耗的目標(biāo)。基于混合電動(dòng)汽車的技術(shù)原理，還可以將其劃分成插電式混合電動(dòng)汽車以及強(qiáng)、中、弱度的混合動(dòng)力汽車。

1.2 純電動(dòng)汽車的技術(shù)原理

純電動(dòng)汽車的所有動(dòng)力都源自于電池，無需傳統(tǒng)汽車的發(fā)動(dòng)機(jī)。純電動(dòng)汽車的技術(shù)原理如下：首先通過電網(wǎng)充電或者更換電池來為整個(gè)動(dòng)力系統(tǒng)提供電力，其次經(jīng)由電池來驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)而使得汽車行駛;當(dāng)汽車處在制動(dòng)或者減速狀態(tài)時(shí)，純電動(dòng)汽車的電機(jī)則不會(huì)再繼續(xù)提供動(dòng)力，而是借助發(fā)電機(jī)的方式發(fā)電，同時(shí)將發(fā)出的電能保存于電池中，從而確保汽車動(dòng)力可以雙向流動(dòng)，在很大程度上提高了汽車的能效。整體而言，純電動(dòng)汽車具備排放低、噪聲小等諸多優(yōu)勢(shì)，同時(shí)能夠地區(qū)電網(wǎng)處在低谷狀態(tài)時(shí)，依靠充電來填補(bǔ)峰谷，由于純電動(dòng)汽車只有特定的驅(qū)動(dòng)形式，因此其驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和控制技術(shù)相對(duì)較為簡(jiǎn)單，然而其發(fā)展的主要缺陷就是電池技術(shù)，所以在日常運(yùn)用環(huán)節(jié)需很多的充電設(shè)備，同時(shí)后續(xù)的維護(hù)成本相對(duì)高昂。

1.3 燃料電池汽車的技術(shù)原理

燃料電池汽車，以車載燃料當(dāng)作電池裝置為汽車提供所需的電力。常規(guī)電磁裝置利用的燃料通常是含氫燃料或者高純度氫氣。燃料電池汽車的技術(shù)原理如下：首先將作為燃料的氫當(dāng)作電池，在工作中與大氣中的氧氣發(fā)生氧化反應(yīng)，進(jìn)而形成電能，經(jīng)過電能來帶動(dòng)電機(jī)工作;其次，通過電機(jī)驅(qū)動(dòng)汽車的機(jī)械傳動(dòng)結(jié)構(gòu)，帶動(dòng)汽車的后橋或者前橋而驅(qū)動(dòng)汽車的行駛。燃料電池汽車的關(guān)鍵零件為燃料，燃料電池的反應(yīng)會(huì)形成少許的二氧化碳氮，副產(chǎn)品基本上都是水，所以又被稱作“綠色新型環(huán)保汽車”。

2 新能源汽車的核心技術(shù)

2.1 動(dòng)力電池技術(shù)

電池可以為新能源汽車提供其行駛所需的能量，其能夠儲(chǔ)存電網(wǎng)中的電量，通過不斷的放電和充電為車輛提供動(dòng)力源。新能源汽車要想實(shí)現(xiàn)商業(yè)化的發(fā)展，提高其市場(chǎng)比重，則需有超越傳統(tǒng)汽車的良好性能，此對(duì)電動(dòng)汽車的性能有著更為嚴(yán)格的要求，例如：爬坡能力、加速性能以及續(xù)航里程等等。在純電動(dòng)汽車價(jià)格中，電池價(jià)格占據(jù)著很大部分，因此電池性價(jià)比也關(guān)系著其推廣效果。為了能夠提高純電動(dòng)汽車的開發(fā)效率，歐美等發(fā)達(dá)國家均在車用鋰電池技術(shù)研發(fā)方面投入了巨額的資金。鋰電池相較于鉛酸電池具有更加高的功率密度、更小的自放電、更強(qiáng)的循環(huán)特性。在各式各樣的鋰電池中，全固態(tài)鋰電池的運(yùn)用范圍是最廣的。全固態(tài)鋰電池，主要是指結(jié)構(gòu)中不包括液體，材料都是固態(tài)儲(chǔ)能器材。整體而言，主要是由電解質(zhì)、正極、負(fù)極三部分組成，電解質(zhì)往往是固態(tài)的，其密度和結(jié)構(gòu)有利于帶電粒子集聚到某一端，進(jìn)而確保電流傳導(dǎo)量的最大化，合理提高電池的容量。固態(tài)電池具備更加高的能量密度，體積也更加的小。現(xiàn)階段，在乘用車和專用車市場(chǎng)中，三元鋰電池應(yīng)用廣泛;在客車市場(chǎng)中，應(yīng)用較多的是磷酸鐵鋰電池。目前，純電動(dòng)汽車的續(xù)航里程大約是300-500公里。擁有相同體積的固態(tài)電池容量密度可以維持在400Wh/kg，峰值可以達(dá)到600Wh/kg，是現(xiàn)階段動(dòng)力電池能量密度的4-5倍，說明電量將會(huì)依賴于相同倍數(shù)逐漸增加，續(xù)航里程較于以往有著很大程度的增加。全固態(tài)鋰電池將會(huì)是未來電池技術(shù)的主流方向，可以在同等體積的前提下有更加長的續(xù)航里程，在相同續(xù)航里程的基礎(chǔ)上可以實(shí)現(xiàn)更小的體積，當(dāng)前包含沃特瑪、比亞迪、豐田、寧德時(shí)代等在內(nèi)的數(shù)家汽車廠商都已經(jīng)開始開發(fā)固態(tài)電池，但是由于受到技術(shù)水平及生產(chǎn)成本的影響，此技術(shù)的研發(fā)進(jìn)程整體較慢。

2.2 電機(jī)技術(shù)

相較于普通的工業(yè)用電機(jī)，汽車用驅(qū)動(dòng)電機(jī)應(yīng)當(dāng)具備起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大、調(diào)速范圍廣、效率高以及后備功率高的特征;除此以外，還需求可靠性強(qiáng)、耐潮、耐高溫、成本費(fèi)用較低、結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單、適合規(guī)模化生產(chǎn)、便于日常維護(hù)等等。現(xiàn)階段，電動(dòng)汽車電機(jī)常見形式主要有以下三種：第一，永磁同步電動(dòng)機(jī);第二，異步電動(dòng)機(jī);第三，開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)。其中，永磁電機(jī)具比功率較大、備效率高、可靠性強(qiáng)以及功率因數(shù)高等眾多優(yōu)勢(shì)。尤其是利用矢量控制的變頻調(diào)速系統(tǒng)，能夠使得永磁電動(dòng)機(jī)具備更加廣闊的調(diào)速范圍，永磁電機(jī)是電動(dòng)汽車特別是轎車的核心技術(shù)。伴隨將來純電動(dòng)汽車與混合動(dòng)力汽車的迅猛發(fā)展，永磁驅(qū)動(dòng)電機(jī)將會(huì)迎來全新的發(fā)展機(jī)遇，同樣會(huì)反映出以下發(fā)展趨勢(shì)：轉(zhuǎn)矩密度高、性價(jià)比高、功率密度高、性能強(qiáng)、可控性強(qiáng)以及效率高等等，以達(dá)到純電動(dòng)汽車與混合動(dòng)力汽車的現(xiàn)實(shí)要求。

3 結(jié)論

綜上所述，近幾年內(nèi)，國內(nèi)新能源汽車行業(yè)不斷發(fā)展，完全契合國家的可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略。然而，其發(fā)展過程中也存在著很多的問題，比如技術(shù)方面的困境。因此，未來相關(guān)人員應(yīng)在全面掌握新能源汽車技術(shù)原理及核心技術(shù)的前提下，積極開發(fā)全新的技術(shù)，不斷提高新能源汽車的技術(shù)水平，從而促進(jìn)新能源汽車行業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展。

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