新能源汽车探究

2014-10-21沈绍辉姚竹亭

科技创新与应用 2014年31期

关键词：瓶颈关键技术解决措施

沈绍辉　姚竹亭

摘要：汽车是一种重要的交通工具，汽车工业更是很多国家的支柱产业。然而面对能源危机与环境污染，我们必须开发新能源汽车来代替传统内燃机汽车以缓解现状。文章介绍几种新能源汽车及其关键技术，我国新能源汽车发展瓶颈及解决措施，最后总结发展趋势。

关键词：电动汽车；关键技术；瓶颈；解决措施；趋势

1 幾种新型能源汽车及关键技术

就当前世界各国新能源汽车研究成果来看，电动汽车的研发技术相对成熟，已在市场上推广使用的主要有三种：纯电动汽车、燃料电池电动汽车和混合动力电动汽车。

1.1 纯电动汽车

纯电动汽车是以蓄电池储存电能，向电机提供电能驱动电机运转，最终驱动汽车运行[1]。作为一种新型能源汽车，它具有零污染、低噪音的优点；蓄电池寿命短、价格昂贵、充电时间长、行程短却成为制约该新型汽车进一步推广的瓶颈。

1.2 燃料电池电动汽车

燃料电池电动汽车是利用氢气和空气中的氧在催化剂的作用下在燃料电池中经电化学反应产生的电能，并作为主要动力源驱动的汽车[2]。由于燃料电池同时兼具无污染、高效率、适用广、噪声低、可快速补充能量、具有模块化等特点，被认为是今后替代传统内燃机最理想的汽车动力装置[3]。然而，燃料电池价格高、氢燃料制备储存困难使该电动汽车在发展中受到了束缚。

1.3 混合动力电动汽车

混合动力电动车将电动机与辅助动力单元组合起来，共同提供驱动力。这样的组合能够结合两者的优势来发挥最大的运行效率和环保能力，发动机运转能力强，动力强大，电动机环保无污染气体排放、低噪声[4]。但美中不足的是制造成本大。

1.4 关键技术

1.4.1 电池技术

电动汽车用电池的主要性能指标有安全性、比能量、比功率、循环寿命、成本和能量转换效率等。到目前为止，车用电池经历了三代的发展。铅酸电池是第一代，广泛使用的是免维护的阀控式铅酸电池（VRLA），是由于其可靠性高、价格低廉、原材料丰富和高倍率放电等优点。但比能量低、质量和体积相对较大，而且一次充电的续驶里程较短。碱性电池是第二代，主要有镍氢、锌空气、镍镉、钠硫和锂离子等，比功率和比能量较铅酸电池要高，续驶里程和动力性能都得到明显提高，然而价格比铅酸电池要高很多。随着商业化进程的加快，锂电池的成本也将下降。燃料电池是第三代电池。它能高效的将化学能转化为电能，在比能量、比功率方面优势也较明显，燃料也易于获取，还能够控制反应过程。目前应用于电动汽车的是比较成熟的质子膜燃料电池，以纯氢为燃料，以空气为氧化剂。尽管燃料电池还存在一些问题，但将会成为将来汽车的主体动力电池[5]。

1.4.2 电机及其控制技术

电机驱动控制系统是新能源汽车车辆行驶中的主要执行结构，驱动电机及其控制系统是新能源汽车的核心部件（电池、电机、电控）之一，其驱动特性决定了汽车行驶的主要性能指标[6]。

驱动电机主要有直流电动机、交流电动机、永磁电动机或开关磁阻电动机等类型。车辆行驶的路面工况较复杂，所以作为电动汽车用的电动机的功率必须要适应这种复杂工况的要求。要使电动汽车有良好的使用性能，驱动电机应具有较宽的调速范围及较高的转速，足够大的启动扭矩，体积小、质量轻、效率高且有动态制动强和能量回馈的性能。应满足较高的瞬时功率、功率密度和转矩密度，以提高车速，增大过载能力[7]。目前电动汽车所用的电动机正在向大功率、高转速、高效率和小型化方向发展。直流电机因效率低、可靠性差有逐渐被取代淘汰的趋势，交流感应电机由于其控制复杂逐渐失去其强势，永磁电机由于其昂贵的价格及退磁缺点目前应用不太广泛，开关磁阻电机如能改善其转矩脉动大的问题，将会是电动汽车驱动系统的一匹黑马[8]。

1.4.3 能量管理技术

要使电动汽车具有良好的动力性能，必须具有比能量高、使用寿命长及比功率大的蓄电池作为动力源，所以必须对蓄电池进行管理[9]。能量管理系统的作用是检测单个电池或电池组的荷电状态，充电与放电时的电压、电流，放电深度、电池温度等；它还能够根据电池组的使用情况和历史充放电记录选择最佳充电方式，以尽可能延长电池的寿命；电动汽车行驶中必须知道电池当前存有多少电能，还能行驶多少公里，也是电动汽车能量管理系统应该完成的重要功能。能量管理系统如同电动汽车的大脑，应同时具有功能多、灵活性好、适应性强的特点，能高效地利用有限的车载能量。

2 我国新能源汽车瓶颈问题及解决措施

纯电动汽车、燃料电池电动汽车、混合动力电动汽车的研发顺应时代潮流，符合新世纪绿色环保的可持续理念。但是我国新能源汽车产业起步时间晚，存在很多瓶颈问题和“硬伤”[10]，究其根源可以归结为以下几点：第一，科研能力不足，技术水平低；第二，资金投入不能有效利用；第三，没有更好地结合市场需求进行创新；第四，政府政策不完善。

从汽车企业的角度来看，解决措施如下：（1）加强对电动汽车核心技术的研发投入，巩固行业在未来的发展；（2）科学技术是第一生产力，企业要注重技术创新和关键技术方面的突破，实时引进先进技术，着重改善电动汽车整体性能，降低生产成本，缩短生产周期，延长使用寿命。

从我们政府角度来看，建议措施如下：

（1）加快发展电动汽车相关基础设施建设，尤其是加快充电设施建设，尽快完善城际间电动汽车运营网络体系[11]。

（2）政府要实施优惠扶持政策，鼓励企业与个人使用电动汽车，同时应该持续大力加强汽车电子、材料和电池等相关前沿领域的研发[12]。

（3）设置相关专业课程，注重培养高端技术人员，构造研发、生产、销售与维修一体化。唯有人才与技术一起才能冲破重重阻碍，为系能源汽车行业打造光明的前景。

3 结束语

在世界石油短缺、环境污染、各国呼吁节能环保的形势下，新能源汽车的研发已是时代的发展趋势。我们有理由坚信，未来在政府大力支持、技术不断发展与创新、体系不断完善的情况下，零排放、无污染、低能耗、低成本、长里程的新能源汽车终究会取代传统燃油汽车成为未来汽车领域的佼佼者。

参考文献

[1]李廷洪.燃料电池、纯电动和混合动力电动汽车技术现状与发展[J].中国科技纵横，2013，6：157.

[2]陈全世，仇斌，谢起成.燃料电池电动车[M].北京：清华大学出版社，2005.

[3]曾帅，张娜，徐兆坤.燃料电池电动车技术[J].上海汽车，2010，10：12-15.

[4]郭广超.混合动力电动汽车技术的发展与现状分析[J].科技创新与应用，2014，15：109.