新能源汽車(chē)探究

沈紹輝　姚竹亭

摘 要：汽車(chē)是一種重要的交通工具，汽車(chē)工業(yè)更是很多國(guó)家的支柱產(chǎn)業(yè)。然而面對(duì)能源危機(jī)與環(huán)境污染，我們必須開(kāi)發(fā)新能源汽車(chē)來(lái)代替?zhèn)鹘y(tǒng)內(nèi)燃機(jī)汽車(chē)以緩解現(xiàn)狀。文章介紹幾種新能源汽車(chē)及其關(guān)鍵技術(shù)，我國(guó)新能源汽車(chē)發(fā)展瓶頸及解決措施，最后總結(jié)發(fā)展趨勢(shì)。

關(guān)鍵詞：電動(dòng)汽車(chē)；關(guān)鍵技術(shù)；瓶頸；解決措施；趨勢(shì)

1 幾種新型能源汽車(chē)及關(guān)鍵技術(shù)

就當(dāng)前世界各國(guó)新能源汽車(chē)研究成果來(lái)看，電動(dòng)汽車(chē)的研發(fā)技術(shù)相對(duì)成熟，已在市場(chǎng)上推廣使用的主要有三種：純電動(dòng)汽車(chē)、燃料電池電動(dòng)汽車(chē)和混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(chē)。

1.1 純電動(dòng)汽車(chē)

純電動(dòng)汽車(chē)是以蓄電池儲(chǔ)存電能，向電機(jī)提供電能驅(qū)動(dòng)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，最終驅(qū)動(dòng)汽車(chē)運(yùn)行[1]。作為一種新型能源汽車(chē)，它具有零污染、低噪音的優(yōu)點(diǎn)；蓄電池壽命短、價(jià)格昂貴、充電時(shí)間長(zhǎng)、行程短卻成為制約該新型汽車(chē)進(jìn)一步推廣的瓶頸。

1.2 燃料電池電動(dòng)汽車(chē)

燃料電池電動(dòng)汽車(chē)是利用氫氣和空氣中的氧在催化劑的作用下在燃料電池中經(jīng)電化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的電能，并作為主要?jiǎng)恿υ打?qū)動(dòng)的汽車(chē)[2]。由于燃料電池同時(shí)兼具無(wú)污染、高效率、適用廣、噪聲低、可快速補(bǔ)充能量、具有模塊化等特點(diǎn)，被認(rèn)為是今后替代傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)最理想的汽車(chē)動(dòng)力裝置[3]。然而，燃料電池價(jià)格高、氫燃料制備儲(chǔ)存困難使該電動(dòng)汽車(chē)在發(fā)展中受到了束縛。

1.3 混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(chē)

混合動(dòng)力電動(dòng)車(chē)將電動(dòng)機(jī)與輔助動(dòng)力單元組合起來(lái)， 共同提供驅(qū)動(dòng)力。這樣的組合能夠結(jié)合兩者的優(yōu)勢(shì)來(lái)發(fā)揮最大的運(yùn)行效率和環(huán)保能力，發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)能力強(qiáng)，動(dòng)力強(qiáng)大，電動(dòng)機(jī)環(huán)保無(wú)污染氣體排放、低噪聲[4]。但美中不足的是制造成本大。

1.4 關(guān)鍵技術(shù)

1.4.1 電池技術(shù)

電動(dòng)汽車(chē)用電池的主要性能指標(biāo)有安全性、比能量、比功率、循環(huán)壽命、成本和能量轉(zhuǎn)換效率等。到目前為止，車(chē)用電池經(jīng)歷了三代的發(fā)展。鉛酸電池是第一代，廣泛使用的是免維護(hù)的閥控式鉛酸電池（VRLA），是由于其可靠性高、價(jià)格低廉、原材料豐富和高倍率放電等優(yōu)點(diǎn)。但比能量低、質(zhì)量和體積相對(duì)較大，而且一次充電的續(xù)駛里程較短。堿性電池是第二代，主要有鎳氫、鋅空氣、鎳鎘、鈉硫和鋰離子等，比功率和比能量較鉛酸電池要高，續(xù)駛里程和動(dòng)力性能都得到明顯提高，然而價(jià)格比鉛酸電池要高很多。隨著商業(yè)化進(jìn)程的加快，鋰電池的成本也將下降。燃料電池是第三代電池。它能高效的將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能，在比能量、比功率方面優(yōu)勢(shì)也較明顯，燃料也易于獲取，還能夠控制反應(yīng)過(guò)程。目前應(yīng)用于電動(dòng)汽車(chē)的是比較成熟的質(zhì)子膜燃料電池，以純氫為燃料，以空氣為氧化劑。盡管燃料電池還存在一些問(wèn)題，但將會(huì)成為將來(lái)汽車(chē)的主體動(dòng)力電池[5]。

1.4.2 電機(jī)及其控制技術(shù)

電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)是新能源汽車(chē)車(chē)輛行駛中的主要執(zhí)行結(jié)構(gòu)，驅(qū)動(dòng)電機(jī)及其控制系統(tǒng)是新能源汽車(chē)的核心部件（電池、電機(jī)、電控）之一，其驅(qū)動(dòng)特性決定了汽車(chē)行駛的主要性能指標(biāo)[6]。

驅(qū)動(dòng)電機(jī)主要有直流電動(dòng)機(jī)、交流電動(dòng)機(jī)、永磁電動(dòng)機(jī)或開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)等類(lèi)型。車(chē)輛行駛的路面工況較復(fù)雜，所以作為電動(dòng)汽車(chē)用的電動(dòng)機(jī)的功率必須要適應(yīng)這種復(fù)雜工況的要求。要使電動(dòng)汽車(chē)有良好的使用性能，驅(qū)動(dòng)電機(jī)應(yīng)具有較寬的調(diào)速范圍及較高的轉(zhuǎn)速，足夠大的啟動(dòng)扭矩，體積小、質(zhì)量輕、效率高且有動(dòng)態(tài)制動(dòng)強(qiáng)和能量回饋的性能。應(yīng)滿(mǎn)足較高的瞬時(shí)功率、功率密度和轉(zhuǎn)矩密度，以提高車(chē)速，增大過(guò)載能力[7]。目前電動(dòng)汽車(chē)所用的電動(dòng)機(jī)正在向大功率、高轉(zhuǎn)速、高效率和小型化方向發(fā)展。直流電機(jī)因效率低、可靠性差有逐漸被取代淘汰的趨勢(shì)，交流感應(yīng)電機(jī)由于其控制復(fù)雜逐漸失去其強(qiáng)勢(shì)，永磁電機(jī)由于其昂貴的價(jià)格及退磁缺點(diǎn)目前應(yīng)用不太廣泛，開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)如能改善其轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)大的問(wèn)題，將會(huì)是電動(dòng)汽車(chē)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的一匹黑馬[8]。

1.4.3 能量管理技術(shù)

要使電動(dòng)汽車(chē)具有良好的動(dòng)力性能，必須具有比能量高、使用壽命長(zhǎng)及比功率大的蓄電池作為動(dòng)力源，所以必須對(duì)蓄電池進(jìn)行管理[9]。能量管理系統(tǒng)的作用是檢測(cè)單個(gè)電池或電池組的荷電狀態(tài)，充電與放電時(shí)的電壓、電流，放電深度、電池溫度等；它還能夠根據(jù)電池組的使用情況和歷史充放電記錄選擇最佳充電方式，以盡可能延長(zhǎng)電池的壽命；電動(dòng)汽車(chē)行駛中必須知道電池當(dāng)前存有多少電能，還能行駛多少公里，也是電動(dòng)汽車(chē)能量管理系統(tǒng)應(yīng)該完成的重要功能。能量管理系統(tǒng)如同電動(dòng)汽車(chē)的大腦，應(yīng)同時(shí)具有功能多、靈活性好、適應(yīng)性強(qiáng)的特點(diǎn)，能高效地利用有限的車(chē)載能量。

2 我國(guó)新能源汽車(chē)瓶頸問(wèn)題及解決措施

純電動(dòng)汽車(chē)、燃料電池電動(dòng)汽車(chē)、混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(chē)的研發(fā)順應(yīng)時(shí)代潮流，符合新世紀(jì)綠色環(huán)保的可持續(xù)理念。但是我國(guó)新能源汽車(chē)產(chǎn)業(yè)起步時(shí)間晚，存在很多瓶頸問(wèn)題和“硬傷”[10]，究其根源可以歸結(jié)為以下幾點(diǎn)：第一，科研能力不足，技術(shù)水平低；第二，資金投入不能有效利用；第三，沒(méi)有更好地結(jié)合市場(chǎng)需求進(jìn)行創(chuàng)新；第四，政府政策不完善。

從汽車(chē)企業(yè)的角度來(lái)看，解決措施如下：（1）加強(qiáng)對(duì)電動(dòng)汽車(chē)核心技術(shù)的研發(fā)投入，鞏固行業(yè)在未來(lái)的發(fā)展；（2）科學(xué)技術(shù)是第一生產(chǎn)力，企業(yè)要注重技術(shù)創(chuàng)新和關(guān)鍵技術(shù)方面的突破，實(shí)時(shí)引進(jìn)先進(jìn)技術(shù)，著重改善電動(dòng)汽車(chē)整體性能，降低生產(chǎn)成本，縮短生產(chǎn)周期，延長(zhǎng)使用壽命。

從我們政府角度來(lái)看，建議措施如下：

（1）加快發(fā)展電動(dòng)汽車(chē)相關(guān)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，尤其是加快充電設(shè)施建設(shè)，盡快完善城際間電動(dòng)汽車(chē)運(yùn)營(yíng)網(wǎng)絡(luò)體系[11]。

（2）政府要實(shí)施優(yōu)惠扶持政策，鼓勵(lì)企業(yè)與個(gè)人使用電動(dòng)汽車(chē)，同時(shí)應(yīng)該持續(xù)大力加強(qiáng)汽車(chē)電子、材料和電池等相關(guān)前沿領(lǐng)域的研發(fā)[12]。

（3）設(shè)置相關(guān)專(zhuān)業(yè)課程，注重培養(yǎng)高端技術(shù)人員，構(gòu)造研發(fā)、生產(chǎn)、銷(xiāo)售與維修一體化。唯有人才與技術(shù)一起才能沖破重重阻礙，為系能源汽車(chē)行業(yè)打造光明的前景。

3 結(jié)束語(yǔ)

在世界石油短缺、環(huán)境污染、各國(guó)呼吁節(jié)能環(huán)保的形勢(shì)下，新能源汽車(chē)的研發(fā)已是時(shí)代的發(fā)展趨勢(shì)。我們有理由堅(jiān)信，未來(lái)在政府大力支持、技術(shù)不斷發(fā)展與創(chuàng)新、體系不斷完善的情況下，零排放、無(wú)污染、低能耗、低成本、長(zhǎng)里程的新能源汽車(chē)終究會(huì)取代傳統(tǒng)燃油汽車(chē)成為未來(lái)汽車(chē)領(lǐng)域的佼佼者。

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