我国电动汽车的研究现状及发展趋势

孟源

摘 要：通过学习全球电动汽车的研究情况，总结了全球电动汽车的技术现状及发展趋势，重点探讨了我国新能源汽车所存在的问题以及发展方向，目前基于鲁棒控制的技术运用在了电动汽车的各个控制系统中，并在电动汽车的牵引控制系统、再生制动控制系统等方面有了进一步的研究。在21世纪初期开始，我国的车辆占比越来越大，到目前为止，我国的汽车拥有量及汽车销售量均居全球第一。就电动汽车而言，它的低排放很是符合国家的大政策，金山银山比不上绿水青山的宣传也让我们清楚了目前我国对环保的重视度。对我国而言，在传统的内燃机技术上，相较欧美国家技术还不够领先，所以在混合动力上我们难以发力，而我国在电力系统及工程建設领域的技术还是很领先的，所以目前强力发展以铅酸蓄电池及锂电池为动力源的决策是正确的，那么在将来而言，为了更大的续航里程及更好地能源利用率，燃料电池的发展也至关重要。

关键词：电动汽车;排放 ;混合动力; 铅酸蓄电池; 锂电池;燃料电池

中图分类号：U469.72文献标识码：A开放科学（资源服务）标识码

doi：10.14031/j.cnki.njwx.2020.02.007Open Science Identity（OSID）

0 引言

当前，随着全球的汽车拥有量越来越大，石油作为一种不可再生能源，石油资源紧缺问题日益突显，随之而来的还有环境问题。所以越来越多的国家开始研制新能源汽车，其中包含了蓄电池汽车、太阳能汽车、燃料电池汽车、天然气汽车、超级电容汽车、混合动力汽车等。目前，我国的新能源汽车主要以混合动力、蓄电池及天然气汽车为主，从2001年开始到目前，我国在牵引电机、电机的控制系统及蓄电池等核心技术领域作出很大的努力，目前诸多技术也有了重要的突破，其中天然气汽车多用于城市公交车，蓄电池汽车主要用于城市中小型汽车，混合动力汽车目前也添加了外部充电装置。但混合动力车造价较高，选择人群较少。以天然气及蓄电池作为动力源的汽车又因为其续航里程短及其的补充站点较少受到了严重的制约，但是对于新能源汽车的低使用成本，现在对于大众来说，接受人群越来越多。

1 国内外关于电动汽车的研发情况与研发趋势

早在20世纪的初期，以蓄电池为动力源的汽车就开始了研制，但是由于当时技术的诸多不成熟，致使对其的研究一度进入了停滞阶段，到了20世纪80年代，许多电子技术先进的国家对其进行再次研究。目前的电动汽车已经在全球进行了批量生产及销售。

1.1 中国电动汽车的研发情况与研发趋势

我国自20世纪末期加入世贸组织以来，石油的采购量也是日益攀升，目前的进口量已高达需求总量的50%以上，能源问题及排放问题已极大地困扰了人们的正常生活。我国就以上情况启动了关于电动汽车的国家“863”计划，中国汽车工程学会也提出了在电动汽车上要对欧美国家进行“弯道超车”的目标。国家也对该行业进行了大力的补贴，汽车制造厂商也联合诸多高校及研究院所进行相关的研究，目前我国的比亚迪电动汽车性能技术最为先进。现阶段，关于电动汽车的研制厂家多达三十余家，主要代表厂商有：一汽、二汽、比亚迪、吉利、长安、奇瑞、上汽、众泰等。国家除对厂商进行补贴之外还对购车者有一定的补贴及政策倾斜，如在太原，购买电动汽车除享受相关补贴之外还享受零购置税及市内停车免费等。太原率先在全国完成城市公交车及出租车的更换，全部采用纯电动汽车，本市出租车均为比亚迪E6，该车当时的补贴费用高达十万。该车型已运营四年，基本没有太大的维修问题，续航能力也能满足城市的需求，经调查显示，在冬季极寒情况（-20 ℃）下的续航能力为240 km左右，夏季极热情况（38 ℃）下的续航能力为300 km左右，其他时节的续航能力均可达到400 km以上，可以满足出租行业的需求，这也依赖于其极低的运行成本，虽说充电所需时长2 h但充电所需费用低至40元左右，在充电期间工作人员也可以进行休息，降低了驾驶疲劳所导致的安全隐患。针对我国提出来的“中国制造2020”，我们国家许多行业正奋发努力，通过大数据及北斗的运用我国将在电动汽车行业成为该行业的领头羊。

1.2 美国电动汽车的研发情况与研发趋势

美国也是和我国一样，对购买新能源汽车的民众进行税收折扣优惠等措施刺激该行业的发展。由于美国的相关电控技术比较成熟，起步也较早，所以电动汽车技术相对来说比较成熟，但其造价极高，所以不适合普通大众的需求。目前，美国的电动汽车以特斯拉为代表，该公司主要从事电动车及能源研发，特斯拉生产的第一款车型基于台湾莲花汽车进行开发，主要是将其牵引系统、传动系统、能源系统及相关控制系统进行改造，该车的蓄电池用的是松下产的18650型电池，传动系统的技术来源于AC Propulsion公司，牵引电机采购于台湾富田。之后又开发了多种车型，其牵引电机、传动技术，尤其是电池管理技术相当精确，所以整车性能同比而言很好，续航能力也很强，但由于其造价高昂，市场的占有率很低。

1.3 日本电动汽车的研发情况与研发趋势

日本电动汽车研制初期主要以日产和三菱两大厂商为主。2008金融危机对日本的很多行业进行了冲击，但由于电动汽车的低运营费用使得一部分人员选择了电动汽车，也使日本的电动汽车行业得到了一定的发展，但其行业的研究进度不温不火，在2016年由于其电动汽车行业技术落后让日本运输部有些坐不住了。

继日本运输部出台相关文件之后，相关企业都制定了明确的目标，本田及丰田还是继续在混合动力方面致力研究，增加许多车型以适应全球各国的需求。日产、三菱联合富士重工致力于纯电动汽车的发展，加快研制速度，争取把之前落后的技术赶回来。目前丰田已和比亚迪企业签订协议，共同开发混合动力汽车。

1.4 欧洲电动汽车的研发情况与研发趋势

欧盟之前规定，到2021年，欧洲各个汽车厂商制造的新车的碳排放不高于95 g·km-1，而前不久又提出了新规，新规中要求到2030年，新车碳排放较之前的规定要下降37.5%。

目前，降低碳排放的方法很多，比如提高发动机的燃油性能（如现在用到的缸内直喷技术及稀薄燃烧技术等）、整车轻量化设计等，但这些对于新规而言，仍难以达标。所以对于欧洲各国，发展新能源汽车就成了必选道路。

前不久，德国也对电动汽车的补贴进行了提高，对于价钱较便宜的车型，打算从现在3000欧元提高到4500欧元，而对于售价比较高的车型，补贴要提高到五千欧元。但是目前德国全国的电动汽车拥有量才只有不足20万辆，针对这一结果，毕马威通过调查德国汽车厂商得知，百分之四十的车企高管认为电动汽车的充电桩等基础设施存有很大的问题，而百分之三十的车企高管认为制造成本也是很大的问题，该国的相关专家表示，对于德国这样一个制造大国，燃油汽车的技术非常成熟，如果转型电动汽车，那么就会丧失核心竞争力，而且就目前世界的电动汽车情况而言，其利润相较燃油车而言只有一半左右，所以该国对于汽车转型还是较为谨慎的。

法国在该国政府的多年努力下，已然成为了欧洲最大的电动车供应商，本国最有名的汽车厂商为雷诺。其实就法国目前的状况，也是由于该国的能源主要依赖于进口，而电力也是主要来源于核电。在2019年6月，该国在国民议会中通过了在2040年前法国终止出售以天然气、柴油及汽油为燃料的汽车，致力于打造以“清洁出行”为目标的未来交通方式。

英国于2019年7月，政府投资大约一亿美金用来开发下一代电动汽车，并有可能开发混动飞机，这一举动会促使整国的碳排放下降。该国利用电力电子、电机和驱动器—PEMD来把使用燃料的机器转变为使用电池或者其他电源的电力系统。该国决定于2030年前淘汰柴油列车，2040年前实现公路运输零碳排放。该国政府把碳排放和民众的税率相结合，这也促进了该行业的发展。有一半的英国民众比较关心停车场及主要道路的充电设施，另外一半人比较关心拥有成本、续航里程及违规处罚。

意大利这样一个老牌欧洲国家在电动汽车领域较为落后，该国计划在2022年之前实现全国电动汽车拥有量破百万的目标。但该目标可能需要政府对该行业的投入高达一百亿美金，也就是说该目标难以实现。

2 我国电动汽车的发展重点及存在问题

2.1 发展重点

目前，我国对电动汽车行业的扶持力度较大，该行业的发展势头很足，但还处于初期阶段，还有很大的提升空间。我国电动汽车的续航里程大多数处于200～300 km之间，但是实际的续航里程受环境因素的影响很大，充电时长2～4 h，也逐渐为大众所接受。所以目前来看，续航里程数、充电时长及电池寿命还是消费者考虑的主要因素，也是制约电动汽车发展的主要因素。由于国内车辆的使用率还是以普通群众为主，企事业单位的车辆拥有数量毕竟有限，所以要从普通群众的切身利益出发去考虑电动汽车的劣势，进行相关技术提升，真正为群众所接受。

2.2 存在的问题

目前我国电动汽车在现阶段所存在的问题如下：

（1）蓄电池的整体性能有待提升，尤其充放电次数提升空间较大。

（2）虽说现在较前几年的相关基础设施投入有所上升，但其基础设施仍然是一大短板。基础设施的短缺也是造成群众不购买电动汽车的一大因素。所以我国还应该扩大基础设施的投入，让群众感受到使用电动汽车和燃油车一样的便利。

（3）該行业的市场机制需要完善，不能仅依靠政府来推动该行业的发展。

3 我国电动汽车相关技术研究重点与趋势

现阶段，我国电动汽车相关技术研究重点与趋势如下：

（1）蓄电池的整体性能研究，目前我国所采用的铅酸电池较锂电池寿命长，不过污染严重，这也违背了发展电动汽车的初衷。而锂电池的充放电次数较少，而且在制造过程中，对所有单体电池的性能一致性控制较差，而单体电池的差异性会造成整体电池组的充放电次数下降，这会给电池管理系统造成很大的困扰。

（2）利用蓄电池梯次去进行择优、重组，让单体电池一致性较好的进行重组，这样会让电池组整体性能更加良好，也降低了电池管理系统的压力。

（3）充电技术包含了充电机监控及充电机技术。充电机技术就是针对不同的蓄电池采用更有利于该蓄电池的充电方式，实现充电的智能化。

（4）该行业的标准需要进行完善，从小到单体电池的标准大到充电机的标准一定要在全国乃至全球一致。

（5）电动汽车的市场机制及该行业的标准要让政府把握大方向，多家重点企业进行完善，立志把该行业的机制完善进而推向利于群众的方向。

参考文献：

[1]Deilami S，Masoum A S，Moses P S，et al.Real-time coordination of plug-in electric vehicle charging in smart grids to minimize power losses and improve voltage profile[J].IEEE Transactions on Smart Grid，2011，2（3）：456-467.

[2]Richardson P，Flynn D，Keane A.Optimal charging of electric vehicles in low-voltage distribution systems[J].IEEE Transactions on Power Systems，2012，27（1）：268-279.

[3]Bessa Ricardo J，Matos Manuel A.Economic and technical management of an aggregation agent for electric vehicles：a literature survey[J].European Transactions on Electrical Power，2012，22（3）： 334-350.

[4]蔡秋娜，文福拴，薛禹胜，等.基于 SCUC 的可入网混合电动汽车优化调度方法[J].电力系统自动化，2012，36（1）：38-45.

[5]王锡凡，邵成成，王秀丽，等.电动汽车充电负荷与调度控制策略综述[J].中国电机工程学报，2013，33（1）：1-10.

[6]王丹，续丹，曹秉刚.电动汽车关键技术发展综述[J].中国工程科学，2013，15（1）：68-72.

[7]曹秉刚， 张传伟， 白志峰， 等.电动汽车技术进展和发展趋势[J].西安交通大学学报，2004，38（1）：1-5.

[8]卢东斌，欧阳明高，谷靖，等.电动汽车永磁同步电机最优制动能量回馈控制[J].中国电机工程学报，2013，33（3）：83-91.

[9]王旭，齐向东.电动汽车智能充电桩的设计与研究[J].机电工程，2014，31（3）：393-396.

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