新能源技术现状及发展趋势

孟庆双

(山东交通职业学院 泰山校区，山东 泰安 271000)

0 引言

汽车行业是汽油、柴油等燃料消耗量最大的行业，据统计，中国汽车耗油约占整个石油消费量的57%，从全球石油资源的角度来看，石油资源的总量已不能满足未来汽车行业的需求；另一方面，燃料的消耗对环境带来了很大的负面影响，汽车二氧化碳排量占总排放的三分之一以上，这与我国建设环境友好型社会的基本国策相违背。在以上两点背景下，为减轻资源消耗，避免资源枯竭，保护环境，建设环境友好型社会，绿色新能源的开发与利用成为了汽车行业重点关注的问题。近年来，我国新能源技术获得了迅猛发展，新能源产业规模不断扩大， 技术水平也在逐步提高和完善，但是在核心技术上还存在短板，导致面对竞争时在成本、稳定性等方面不占优势，仍需要未来长时间的探索和发展去不断完善。

1 新能源技术的发展状况及应用

据统计，新能源乘用车销量呈逐年上升趋势，2020年达到117万台，同比增长11%；从国家规划来看，在2025年左右，新能源汽车的占比可达到20%。因此，无论是从市场态势还是从国家政策的角度来看，新能源技术不仅得到了政策的支持，而且也得到了汽车行业及消费者的肯定，且从发展趋势来看，新能源技术在汽车行业的推广规模仍将不断扩展。

从技术的角度来看，虽然我国的新能源技术起步较晚，但很多方面已经达到了国际先进水平。从续航角度来看，我国电动汽车主流车型的续航在2014年就可达300 km以上，已经赶上了该行业的国际先进水平；从动力角度来看，在技术的不断革新和改良之下，行业推出的动力电池能量密度达到2 Wh·kg-1，且成本仅为1.2元·(Wh)-1，相比之前密度提升了两倍，成本降低了50%以上。因此，从技术角度来看，我国新能源汽车行业经历了快速的技术提升，推动着新能源汽车向效率更高、成本更低、可靠性更强的方向发展。

从应用的角度来看，目前新能源汽车技术的应用主要体现在电力、氢动力、燃气等多个方面[1]，本文仅阐述电力驱动新能源汽车的应用：

1)纯电力驱动汽车(BEV)。该类车型的最显著特点就是动力完全来源于车载电池，以电力作为最核心的驱动力，其电池一般采用高效的充电蓄电池。一般来说，纯电动汽车会带有辅助动力源，因为单一蓄电池作为动力源的电动汽车在性能方面会相对欠缺，且可靠性也难以保证，因此常会配备辅助动力源，包括太阳能、超级电容器、发电机组等，可以在电动汽车的运行性能提高、可靠性保证、续航里程的提高等方面起到显著的作用。

2)混合动力驱动汽车(HEV)。该类汽车的动力包含燃油和电力两部分，两者的结构有串联、并联和混联三种方式。串联型结构是实现能量形成、应用过程的完全独立，优势在于能够实现燃油消耗的经济性，不仅降低了成本，而且减少了污染；并联结构则是对电动机、发动机以分别、独立的方式进行驱动，使用异步交流电动机，能够同时作为发电机或者电动机进行使用；混联式结构系统方面，则通过动力分配装置对动力进行区分，其中一部分对汽车进行直接的驱动，另一部分则对交流发电机进行驱动，交流发电机在运行当中，能够在对电机进行有效驱动的情况下，实现对蓄电池的充电。

3)燃料电池汽车(FCEV)。该类汽车的核心部件是燃料电器，其工作原理是作为燃料的氢在汽车搭载的燃料电池中，与大气中的氧气发生氧化还原化学反应，产生电能来带动电动机工作，由电动机带动汽车中的机械传动结构，进而带动汽车的前桥(或后桥)等行走机械结构工作，从而驱动电动汽车前进。

以上三种均为电动汽车，其中最普及的仍然是纯电动汽车，随着新能源技术的发展和突破，纯电动汽车解决了以往续航距离有限的最大缺陷，得到了行业的推广和消费者的接受。

2 新能源技术面临的挑战

新能源技术在我国的发展时间较短，因此存在着多方面的问题，包括核心技术的短板、基础设施的不完善、国际市场竞争力不强等，这都是新能源技术未来发展过程中将会面对的挑战。

2.1 核心技术存在短板

新能源核心技术可以概括为“三电”技术，即电驱技术、电池技术、电控技术(图1)。电池技术的关键在于电芯，但是我国目前还是没有研发出属于自己的电芯，制约了我国新能源汽车的快速发展，目前常见的代表新能源汽车及相关电池参数如表1所示；电驱技术主要由传动机构、电动机、逆变器等组成，但是目前我国常用的为单机转速，没有离合与变速，也制约了新能源技术在制造业的发展。随着新能源技术的不断发展和新能源汽车的快速推广，国家也增加了对新能源研究的投入，我国大部分汽车企业也开始给予新能源汽车足够的重视，增加了相关的技术投资和人才引进，不论从技术水平还是制造水平上都已经具有了很高的水准。但毕竟行业起步较晚，在整车技术、电控技术、电池系统技术等核心技术方面与国外先进水平还存在着不小的差距[2]，这些差距不仅体现在产品的性能、质量、可靠性方面，且在一定程度上会导致行业发展瓶颈。

图1 新能源核心技术示意图

表1 代表车型及电池参数

2.2 市场竞争愈发激烈

无论是从国内还是从国外，新能源汽车必将是一个不可取代的新趋势。国内各大汽车制造商都希望在市场竞争中占据优势，不断增加新能源技术相关的投入。而国外的很多汽车制造企业，例如，美国的特斯拉、日本的丰田等，不论是从核心技术还是从市场占有率方面都占据了很大的优势，对国内各品牌带来了不小的冲击，使得很多国内品牌在国际竞争中处于下风。

2.3 基础设施落后

新能源汽车的兴起，带动了国内很多汽车品牌的发展，例如，蔚来、理想、小鹏等。除了这些有活力的新品牌的发展，基础设施的建设也取得了较大的进展，2019年前五个月国内公共充电设施增量达6.9万台，同比增长32.6%，随车配建充电设施为9.8万台，同比增长35.5%，涨势迅猛。但基础设施的总量仍无法满足需求，诸多消费者犹豫选购新能源汽车的最主要原因之一就是基础设施的不完善，导致使用过程中的诸多不便。但是客观来讲，我国地域辽阔，基础设施的建设工程量太过庞大，基础设施覆盖率难以在短时间内赶上其他发达国家，因此基础设施的不完备也是新能源技术发展将要面对的重要挑战。

3 新能源技术的未来发展趋势

3.1 混合动力新能源汽车

分析新能源技术未来趋势的前提是要认清其发展的现实状况，从能源的角度来看，电力无疑是最佳的选择，尽管氢燃料、气体燃料等具有很多方面的优势，但其技术的成熟程度和可靠性仍相对欠缺，无法撼动电力的地位[3]。而电力驱动的技术到目前为止也还是不够成熟的，单纯依靠电力难以保证新能源汽车的性能和稳定性，因此混合动力的新能源汽车将会是未来很长一段时间的发展趋势。电力技术和燃油技术已经有了悠久的发展历史，两者相互协调配合，一方面能够缓解仅靠电力技术的不足之处，另一方面还能够减轻石油这种不可再生资源的消耗量，从而降低了碳排放，保护了环境。此外，电力与燃油动力相结合的方式对电动力技术的发展也能起到推动作用，能够帮助混合动力的新能源汽车向着纯电动的新能源汽车转型[4]。因此，不论是从新能源技术成熟度还是从我国的国情来看，混合动力的新能源汽车将会是目前最适合也是最具潜力的选择，也将会是未来很长一段时间内的重点发展对象。

3.2 纯电动汽车

现在市场上的新能源汽车多数是混合能源的电动汽车，虽然国内外都有一定数量的纯电动汽车品牌，但是由于研发技术不够成熟，其使用过程的稳定性和可靠性不高，尤其是电池对续航时间和里程的影响，导致其使用的不便。虽然我国在相关领域投入了很大精力，但仍有很多核心技术未取得突破。新能源技术未来发展过程当中，应当与混合能源汽车为过渡，在此期间取得技术上的进步，而后逐渐转向纯电动的新能源汽车。因此，无论是从降低碳排放，实现可持续发展的角度还是从新能源技术的发展来看，纯电动汽车必然是新能源技术发展的最终目标。

3.3 多元化新能源汽车产业化发展

目前，新能源汽车主要包括节能汽车、纯电动与插电式混合动力汽车、氢燃料电池汽车、智能网联汽车、汽车动力电池。新能源汽车的核心技术主要包括汽车电驱动总成系统、充电基础设施、汽车轻量化、汽车智能制造与关键装备等技术，将各项技术在新能源汽车中进行多元化应用(图2)，有利于新能源汽车的发展与核心技术的提高。

图2 新能源汽车核心技术发展概况

4 结语

新能源技术现如今仍然属于快速发展的时期，虽然我国在核心技术上还存在着很多不足，但是从新能源汽车的接受和普及程度，以及配套设施的建设速度来看，新能源动力汽车必将是未来发展的新趋势，将会逐渐取代传统汽车。现阶段，我国新能源技术发展的重点应该放在技术的突破上，解决核心技术不完善的现状，补全技术短板，提高行业的核心竞争力，相信在新时代我国的新能源技术必将化挑战为机遇，取得全面的发展和进步。