新能源電動汽車關鍵技術發展現狀與趨勢

黃超

摘要：隨著技術的發展，新能源汽車越來越被大眾認可，文章論述了新能源汽車的概念與發展現狀，闡述了插電式混合動力汽車、燃料電池汽車存在的問題，并分別介紹新能源汽車的關鍵部件，驅動電機、電池、電池管理系統的發展概況，并且展望了未來的發展趨勢，其生產工藝與效率必將大大提升。

關鍵詞：新能源汽車;混合動力;氫燃料

引言

隨著技術的發展，新能源汽車逐漸被大眾所接受，但是其關鍵技術也待于突破，國內外均制定了發展計劃，本人對前人研究進行總結，并且提出自己對未來發展的看法。

1 新能源汽車的概念與發展現狀

1.1 新能源電動汽車概念

新能源汽車是指除利用傳統汽油、柴油等化石燃料提供動力的汽車。按照中華人民共和國國家發展與改革委員會公告定義，新能源汽車是指采用非常規的車用燃料作為動力來源（或使用常規的車用燃料、采用新型車載動力裝置），綜合車輛的動力控制和驅動方面的先進技術，形成的技術原理先進，具有新技術、新結構的汽車。新能源汽車包括四大類型，混合動力電動汽車（HEV）、純電動汽車（BEV，包括太陽能汽車）、燃料電池電動汽車（FCEV）、其他新能源（如超級電容器、飛輪等高效儲能器）汽車等。

1.2 新能源電動汽車的發展現狀

1.2.1 新能源汽車較傳統燃油車的優點

1.2.1.1 更節能環保、排放低，經濟性好

新能源汽車多采用純電動或者混合動力、還有燃料電池系統為汽車提供動力。純電動與燃料電池汽車零排放，其污染極低，符合我國民保護環境的理念，混合動力汽車只有在加速、爬坡、電池電量不足的情況下，發動機參與工作，其也大大減少尾氣的排放，電能的價格更低，經濟性更優。

1.2.1.2 運行平穩、噪聲低、舒適性好、傳動系效率高

新能源汽車采用電動機直接驅動汽車，在怠速、或者等交通信號燈的情況下，一些汽車應用自動啟停技術，控制發動機熄火，既降低排放，又減弱噪聲，啟動工況時，電機經電池直接供電，其噪聲極低，提高乘坐舒適性，并且傳動更加高效。

1.2.2 目前存在的問題

1.2.2.1 插電式混合動力充電問題

目前我國除大中心城市外，大多城市充電設施不完善，這也從某種程度上制約的新能源汽車的發展，其續駛里程短，并且由于電池技術待于突破，充電速度也受到限制。

1.2.2.2 電池更換、維修成本，安全問題

在新能源汽車整體結構設計中，電池是重中之重，其價值也占汽車的很大比重，在新能源汽車運行一定年限后，其電池效率下降，其更換成本較高。由于電池內部容易在汽車運行過程中受到多方面的影響，如溫度、壓力、內部結構發生形變等因素，電池可能發生泄漏，自燃等事故，新能源汽車在于不可控因素可能導致重大安全問題。

2 新能源汽車關鍵技術

2.1 驅動電機技術

2.1.1 電機主要類型

永磁式電動機：分為無刷直流電機與永磁同步電機，這兩種電機在結構和工作原理上大體相同，轉子都是永磁體，減少了勵磁所帶來的損耗，定子上安裝有繞組通過交流電來產生轉矩，所以冷卻相對容易。由于這類電機不需要安裝電刷和機械換向結構，工作時不會產生換向火花，運行安全可靠，維修方便，能量利用率較高。同時，轉子上的永磁材料在高溫、震動和過流的條件下，會產生磁性衰退的現象，所以在相對復雜的工作條件下，永磁式電機容易發生損壞。而且永磁材料價格較高，因此整個電機及其控制系統成本較高。

開關磁阻電機：作為一種新型電機，相比其他類型的驅動電機而言，開關磁阻電機的結構最為簡單，定、轉子均為普通硅鋼片疊壓而成的雙凸極結構，轉子上沒有繞組，定子裝有簡單的集中繞組，具有結構簡單堅固、可靠性高、質量輕、成本低、效率高、溫升低、易于維修等諸多優點。而且它具有直流調速系統的可控性好的優良特性，同時適用于惡劣環境，非常適合作為電動汽車的驅動電機使用。

2.1.2 驅動電機未來發展趨勢

新能源汽車驅動電機小型化、輕量化趨勢，近年來將電動汽車驅動系統一體化研究進步很大，將驅動電機，逆變器，減速器集成化，可以降低成本，實現小型化、輕量化。智能化，隨著單片機微型處理器的發展，對電機的智能化控制越來越強，各種算法也可以得到應用，電機的工作性能可以得到更好地發揮。可以擁有自我更新、自我適應等功能。驅動電機是新能源汽車的核心部件，隨著汽車對動力的要求越大，電機的發展應著重于高速度、高效率、低噪聲、低成本，提升電機的轉矩和功率密度。將驅動電機與減速器直接集成為模塊化，可降低重量、體積，又可以提升電驅動的 NVH 水平。對電機的控制器進行集成化設計，與多種控制器的功能集成，會提成電機的工作效率、功率密度。

2.2 電池技術

電池是電動汽車的動力來源，它的性能直接決定著汽車的動力性與續駛里程。

2.2.1 電池的發展現狀

汽車動力電池大體可分為三種，鎳氫電池、鉛酸電池、鋰離子蓄電池，鎳氫電池是由氫離子和金屬鎳合成，多數用于混合動力車型;鉛酸電池是一種電極主要有鉛及其氧化物制成，電解液是硫酸溶液的蓄電池;鋰離子蓄電池是一種二次電池，它主要依靠鋰離子在正極和負極之間移動來工作，是當今主流的新能源汽車動力電池的主要類型。鈷酸鋰電池是運用最早的鋰電池，容量密度大，但是安全性、穩定性較差，在電子產品領域應用較多，因為其安全穩定性差，不太適合大多數新能源汽車，但是因為其超強的續航能力，也得到的一些企業的應用。磷酸鐵鋰電池在國內新能源汽車運用廣泛，它的最大優勢在于安全穩定性和壽命，其超越大多數鋰電池，但是比較低的能量密度，續駛里程低限制了它的應用。

2.2.2 動力電池發展趨勢

通過電池界面基因組（BIG）-材料加速平臺（MAP）計劃等，采用人工智能（AI）大幅度減少電池材料的開發周期。加速電池新材料和新化學體系的開發過程。開發新型傳感器，將其嵌入電池包中，實時監控電池的溫度、壓力等健康狀態，提升其安全性，采用可自動愈合的材料等，提升電池恢復能力，延緩電池容量衰減的速度，提升其續駛里程，延長使用壽命。這樣可以整合開發各種傳感技術在電池中以實時傳遞信息。

2.3 電池管理系統發展趨勢

電池管理系統的 SOC 估算是非常重要的一個環節，其值的準確性保證了電池的安全性，避免過充過放，SOC、SOH、SOP 的估算精度是未來發展的技術重點，對提升電池的性能至關重要。主動均衡技術，目前應用的多是被動均衡技術，雖然它的成本偏低，但是效果不是很好，隨著研究的深入，主動均衡技術會逐步占領制高點。電池管理系統自診斷，BMS 需要對自身進行良好的自檢，有效地預防故障的出現，及時報錯，當電池出現故障時，能準確的確定原因、位置，進行防控。

3 結語

首先介紹了新能源汽車的概念，比較與傳統燃油車的優點，闡述了我國氫燃料電池汽車有著廣闊的發展前景，系統總結了目前電動機、電池等關鍵技術的發展現狀，并提出自己對未來發展的觀點。

參考文獻

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