新能源技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

孟慶雙

(山東交通職業(yè)學(xué)院 泰山校區(qū)，山東 泰安 271000)

0 引言

汽車行業(yè)是汽油、柴油等燃料消耗量最大的行業(yè)，據(jù)統(tǒng)計，中國汽車耗油約占整個石油消費量的57%，從全球石油資源的角度來看，石油資源的總量已不能滿足未來汽車行業(yè)的需求；另一方面，燃料的消耗對環(huán)境帶來了很大的負面影響，汽車二氧化碳排量占總排放的三分之一以上，這與我國建設(shè)環(huán)境友好型社會的基本國策相違背。在以上兩點背景下，為減輕資源消耗，避免資源枯竭，保護環(huán)境，建設(shè)環(huán)境友好型社會，綠色新能源的開發(fā)與利用成為了汽車行業(yè)重點關(guān)注的問題。近年來，我國新能源技術(shù)獲得了迅猛發(fā)展，新能源產(chǎn)業(yè)規(guī)模不斷擴大， 技術(shù)水平也在逐步提高和完善，但是在核心技術(shù)上還存在短板，導(dǎo)致面對競爭時在成本、穩(wěn)定性等方面不占優(yōu)勢，仍需要未來長時間的探索和發(fā)展去不斷完善。

1 新能源技術(shù)的發(fā)展狀況及應(yīng)用

據(jù)統(tǒng)計，新能源乘用車銷量呈逐年上升趨勢，2020年達到117萬臺，同比增長11%；從國家規(guī)劃來看，在2025年左右，新能源汽車的占比可達到20%。因此，無論是從市場態(tài)勢還是從國家政策的角度來看，新能源技術(shù)不僅得到了政策的支持，而且也得到了汽車行業(yè)及消費者的肯定，且從發(fā)展趨勢來看，新能源技術(shù)在汽車行業(yè)的推廣規(guī)模仍將不斷擴展。

從技術(shù)的角度來看，雖然我國的新能源技術(shù)起步較晚，但很多方面已經(jīng)達到了國際先進水平。從續(xù)航角度來看，我國電動汽車主流車型的續(xù)航在2014年就可達300 km以上，已經(jīng)趕上了該行業(yè)的國際先進水平；從動力角度來看，在技術(shù)的不斷革新和改良之下，行業(yè)推出的動力電池能量密度達到2 Wh·kg-1，且成本僅為1.2元·(Wh)-1，相比之前密度提升了兩倍，成本降低了50%以上。因此，從技術(shù)角度來看，我國新能源汽車行業(yè)經(jīng)歷了快速的技術(shù)提升，推動著新能源汽車向效率更高、成本更低、可靠性更強的方向發(fā)展。

從應(yīng)用的角度來看，目前新能源汽車技術(shù)的應(yīng)用主要體現(xiàn)在電力、氫動力、燃氣等多個方面[1]，本文僅闡述電力驅(qū)動新能源汽車的應(yīng)用：

1)純電力驅(qū)動汽車(BEV)。該類車型的最顯著特點就是動力完全來源于車載電池，以電力作為最核心的驅(qū)動力，其電池一般采用高效的充電蓄電池。一般來說，純電動汽車會帶有輔助動力源，因為單一蓄電池作為動力源的電動汽車在性能方面會相對欠缺，且可靠性也難以保證，因此常會配備輔助動力源，包括太陽能、超級電容器、發(fā)電機組等，可以在電動汽車的運行性能提高、可靠性保證、續(xù)航里程的提高等方面起到顯著的作用。

2)混合動力驅(qū)動汽車(HEV)。該類汽車的動力包含燃油和電力兩部分，兩者的結(jié)構(gòu)有串聯(lián)、并聯(lián)和混聯(lián)三種方式。串聯(lián)型結(jié)構(gòu)是實現(xiàn)能量形成、應(yīng)用過程的完全獨立，優(yōu)勢在于能夠?qū)崿F(xiàn)燃油消耗的經(jīng)濟性，不僅降低了成本，而且減少了污染；并聯(lián)結(jié)構(gòu)則是對電動機、發(fā)動機以分別、獨立的方式進行驅(qū)動，使用異步交流電動機，能夠同時作為發(fā)電機或者電動機進行使用；混聯(lián)式結(jié)構(gòu)系統(tǒng)方面，則通過動力分配裝置對動力進行區(qū)分，其中一部分對汽車進行直接的驅(qū)動，另一部分則對交流發(fā)電機進行驅(qū)動，交流發(fā)電機在運行當(dāng)中，能夠在對電機進行有效驅(qū)動的情況下，實現(xiàn)對蓄電池的充電。

3)燃料電池汽車(FCEV)。該類汽車的核心部件是燃料電器，其工作原理是作為燃料的氫在汽車搭載的燃料電池中，與大氣中的氧氣發(fā)生氧化還原化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生電能來帶動電動機工作，由電動機帶動汽車中的機械傳動結(jié)構(gòu)，進而帶動汽車的前橋(或后橋)等行走機械結(jié)構(gòu)工作，從而驅(qū)動電動汽車前進。

以上三種均為電動汽車，其中最普及的仍然是純電動汽車，隨著新能源技術(shù)的發(fā)展和突破，純電動汽車解決了以往續(xù)航距離有限的最大缺陷，得到了行業(yè)的推廣和消費者的接受。

2 新能源技術(shù)面臨的挑戰(zhàn)

新能源技術(shù)在我國的發(fā)展時間較短，因此存在著多方面的問題，包括核心技術(shù)的短板、基礎(chǔ)設(shè)施的不完善、國際市場競爭力不強等，這都是新能源技術(shù)未來發(fā)展過程中將會面對的挑戰(zhàn)。

2.1 核心技術(shù)存在短板

新能源核心技術(shù)可以概括為“三電”技術(shù)，即電驅(qū)技術(shù)、電池技術(shù)、電控技術(shù)(圖1)。電池技術(shù)的關(guān)鍵在于電芯，但是我國目前還是沒有研發(fā)出屬于自己的電芯，制約了我國新能源汽車的快速發(fā)展，目前常見的代表新能源汽車及相關(guān)電池參數(shù)如表1所示；電驅(qū)技術(shù)主要由傳動機構(gòu)、電動機、逆變器等組成，但是目前我國常用的為單機轉(zhuǎn)速，沒有離合與變速，也制約了新能源技術(shù)在制造業(yè)的發(fā)展。隨著新能源技術(shù)的不斷發(fā)展和新能源汽車的快速推廣，國家也增加了對新能源研究的投入，我國大部分汽車企業(yè)也開始給予新能源汽車足夠的重視，增加了相關(guān)的技術(shù)投資和人才引進，不論從技術(shù)水平還是制造水平上都已經(jīng)具有了很高的水準。但畢竟行業(yè)起步較晚，在整車技術(shù)、電控技術(shù)、電池系統(tǒng)技術(shù)等核心技術(shù)方面與國外先進水平還存在著不小的差距[2]，這些差距不僅體現(xiàn)在產(chǎn)品的性能、質(zhì)量、可靠性方面，且在一定程度上會導(dǎo)致行業(yè)發(fā)展瓶頸。

圖1 新能源核心技術(shù)示意圖

表1 代表車型及電池參數(shù)

2.2 市場競爭愈發(fā)激烈

無論是從國內(nèi)還是從國外，新能源汽車必將是一個不可取代的新趨勢。國內(nèi)各大汽車制造商都希望在市場競爭中占據(jù)優(yōu)勢，不斷增加新能源技術(shù)相關(guān)的投入。而國外的很多汽車制造企業(yè)，例如，美國的特斯拉、日本的豐田等，不論是從核心技術(shù)還是從市場占有率方面都占據(jù)了很大的優(yōu)勢，對國內(nèi)各品牌帶來了不小的沖擊，使得很多國內(nèi)品牌在國際競爭中處于下風(fēng)。

2.3 基礎(chǔ)設(shè)施落后

新能源汽車的興起，帶動了國內(nèi)很多汽車品牌的發(fā)展，例如，蔚來、理想、小鵬等。除了這些有活力的新品牌的發(fā)展，基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)也取得了較大的進展，2019年前五個月國內(nèi)公共充電設(shè)施增量達6.9萬臺，同比增長32.6%，隨車配建充電設(shè)施為9.8萬臺，同比增長35.5%，漲勢迅猛。但基礎(chǔ)設(shè)施的總量仍無法滿足需求，諸多消費者猶豫選購新能源汽車的最主要原因之一就是基礎(chǔ)設(shè)施的不完善，導(dǎo)致使用過程中的諸多不便。但是客觀來講，我國地域遼闊，基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)工程量太過龐大，基礎(chǔ)設(shè)施覆蓋率難以在短時間內(nèi)趕上其他發(fā)達國家，因此基礎(chǔ)設(shè)施的不完備也是新能源技術(shù)發(fā)展將要面對的重要挑戰(zhàn)。

3 新能源技術(shù)的未來發(fā)展趨勢

3.1 混合動力新能源汽車

分析新能源技術(shù)未來趨勢的前提是要認清其發(fā)展的現(xiàn)實狀況，從能源的角度來看，電力無疑是最佳的選擇，盡管氫燃料、氣體燃料等具有很多方面的優(yōu)勢，但其技術(shù)的成熟程度和可靠性仍相對欠缺，無法撼動電力的地位[3]。而電力驅(qū)動的技術(shù)到目前為止也還是不夠成熟的，單純依靠電力難以保證新能源汽車的性能和穩(wěn)定性，因此混合動力的新能源汽車將會是未來很長一段時間的發(fā)展趨勢。電力技術(shù)和燃油技術(shù)已經(jīng)有了悠久的發(fā)展歷史，兩者相互協(xié)調(diào)配合，一方面能夠緩解僅靠電力技術(shù)的不足之處，另一方面還能夠減輕石油這種不可再生資源的消耗量，從而降低了碳排放，保護了環(huán)境。此外，電力與燃油動力相結(jié)合的方式對電動力技術(shù)的發(fā)展也能起到推動作用，能夠幫助混合動力的新能源汽車向著純電動的新能源汽車轉(zhuǎn)型[4]。因此，不論是從新能源技術(shù)成熟度還是從我國的國情來看，混合動力的新能源汽車將會是目前最適合也是最具潛力的選擇，也將會是未來很長一段時間內(nèi)的重點發(fā)展對象。

3.2 純電動汽車

現(xiàn)在市場上的新能源汽車多數(shù)是混合能源的電動汽車，雖然國內(nèi)外都有一定數(shù)量的純電動汽車品牌，但是由于研發(fā)技術(shù)不夠成熟，其使用過程的穩(wěn)定性和可靠性不高，尤其是電池對續(xù)航時間和里程的影響，導(dǎo)致其使用的不便。雖然我國在相關(guān)領(lǐng)域投入了很大精力，但仍有很多核心技術(shù)未取得突破。新能源技術(shù)未來發(fā)展過程當(dāng)中，應(yīng)當(dāng)與混合能源汽車為過渡，在此期間取得技術(shù)上的進步，而后逐漸轉(zhuǎn)向純電動的新能源汽車。因此，無論是從降低碳排放，實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的角度還是從新能源技術(shù)的發(fā)展來看，純電動汽車必然是新能源技術(shù)發(fā)展的最終目標。

3.3 多元化新能源汽車產(chǎn)業(yè)化發(fā)展

目前，新能源汽車主要包括節(jié)能汽車、純電動與插電式混合動力汽車、氫燃料電池汽車、智能網(wǎng)聯(lián)汽車、汽車動力電池。新能源汽車的核心技術(shù)主要包括汽車電驅(qū)動總成系統(tǒng)、充電基礎(chǔ)設(shè)施、汽車輕量化、汽車智能制造與關(guān)鍵裝備等技術(shù)，將各項技術(shù)在新能源汽車中進行多元化應(yīng)用(圖2)，有利于新能源汽車的發(fā)展與核心技術(shù)的提高。

圖2 新能源汽車核心技術(shù)發(fā)展概況

4 結(jié)語

新能源技術(shù)現(xiàn)如今仍然屬于快速發(fā)展的時期，雖然我國在核心技術(shù)上還存在著很多不足，但是從新能源汽車的接受和普及程度，以及配套設(shè)施的建設(shè)速度來看，新能源動力汽車必將是未來發(fā)展的新趨勢，將會逐漸取代傳統(tǒng)汽車。現(xiàn)階段，我國新能源技術(shù)發(fā)展的重點應(yīng)該放在技術(shù)的突破上，解決核心技術(shù)不完善的現(xiàn)狀，補全技術(shù)短板，提高行業(yè)的核心競爭力，相信在新時代我國的新能源技術(shù)必將化挑戰(zhàn)為機遇，取得全面的發(fā)展和進步。