新能源汽車關(guān)鍵技術(shù)的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢分析

孟昊宇

[摘 要]針對石油資源短缺和環(huán)境壓力的問題，新能源汽車成為了汽車行業(yè)發(fā)展的必然趨勢。本文介紹了純電動汽車、燃?xì)馄?、混合動力汽車和空氣動力汽車的關(guān)鍵技術(shù)研究現(xiàn)狀，闡明了當(dāng)前各類新能源汽車存在的問題和發(fā)展瓶頸，通過分析比較各類新能源汽車性能的優(yōu)劣，提出了將來新能源汽車的發(fā)展趨勢及前景。

[關(guān)鍵詞]新能源汽車 純電動 燃?xì)?混合動力 空氣動力 研究現(xiàn)狀 發(fā)展趨勢

中圖分類號：F426.471 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-914X（2016）19-0366-01

1、引言

據(jù)2016《BP世界能源統(tǒng)計年鑒》最新數(shù)據(jù)顯示2015年全球原油和成品油貿(mào)易增長了300萬桶/日，成為了1993年以來的最大增幅。其中機動車對燃油日益增長的需求，是導(dǎo)致能源危機的重要原因，新能源汽車成為了汽車行業(yè)發(fā)展的必然趨勢[1]。

新能源汽車是指采用非常規(guī)的車用能源，如氫氣，電池，壓縮空氣等作為動力來源，具有新的結(jié)構(gòu)，新的技術(shù)，綜合常規(guī)汽車動力和驅(qū)動方面優(yōu)勢的新型汽車。當(dāng)前新能源汽車主要有純電動汽車、燃?xì)馄?、混合動力汽車和空氣動力汽車?/p>

2、新能源汽關(guān)鍵技術(shù)研究現(xiàn)狀

2.1 純電動汽車

純電動汽車，是指僅依靠蓄電池電能驅(qū)動電動機，最終驅(qū)動汽車運行的新型汽車。電動汽車的關(guān)鍵技術(shù)包括車身技術(shù)、底盤技術(shù)、電池技術(shù)、電機技術(shù)和控制技術(shù)。其中電池技術(shù)是當(dāng)前制約純電動氣車發(fā)展的重要因素。市場上主流的電池有鉛酸電池、鋰電池和鎳氫電池。鉛酸電池1956年商品化，是一種電極主要由鉛及其氧化物制成，電解液是硫酸溶液的蓄電池[2、3]。鉛酸電池自放電率低，壽命長，安全性好，可靠性高，但含重金屬，易造成環(huán)境污染，同時能量密度低，笨重限制其進一步發(fā)展。1990推出的鎳氫電池，是由氫離子和金屬鎳合成，它是早期的鎳鎘電池的替代產(chǎn)品，相對于其鉛酸電池環(huán)保性能較好，充電時間短，但是電壓較低[4]。鋰電池商品化時間最晚，相對于其他兩類，具有明顯優(yōu)勢，環(huán)保性、能量密度、充電時間、壽命都有大大提升[5]。

2.2 燃?xì)馄?/p>

燃?xì)馄囀亲钤绫婚_發(fā)并使用的新型汽車，靠較清潔的燃?xì)獯嬉酝娜剂蟻眚?qū)動汽車運行的新型汽車。

燃?xì)馄囍饕譃橐夯蜌馄嚭吞烊粴馄噧煞N。對于普通的燃料汽車而言，二者均提高了發(fā)動機的壽命，減少了污染物的排放。但天然氣汽車的續(xù)航能力較差，甚至不如一些普通的燃料汽車，發(fā)展燃?xì)馄嚨陌l(fā)動機技術(shù)成為解決這一問題的關(guān)鍵。

燃?xì)馄嚢l(fā)動機工作過程中由于進氣過程減少空氣充氣量，進而使發(fā)動機動力性能下降是目前燃?xì)馄囆枰鉀Q的難點之一。盡管缸內(nèi)液化石油氣直接噴射技術(shù)、壓縮天然氣缸內(nèi)直噴技術(shù)等技術(shù)可以提高充氣效率，但對發(fā)動機的結(jié)構(gòu)、控制方式和尾氣排放方式有更高的要求，使實現(xiàn)難度有所增加[6、7]。如何更加有效的增加燃?xì)獍l(fā)動機的動力性成為當(dāng)前的研究熱點。

2.3 混合動力汽車

所謂混合動力汽車就是將電動機與輔助動力單元組合在一輛汽車上做驅(qū)動力，輔助動力單元實際上是一臺小型燃料發(fā)電機活動里發(fā)電機組。混合動力汽車是結(jié)合了普通燃料汽車和純電動汽車的一種過渡性汽車，它繼承了純電動汽車的高效率和低排放的優(yōu)點，又具有石油燃料的高比能量和高比功率的長處，顯著改善了傳統(tǒng)內(nèi)燃機汽車的排放和燃油經(jīng)濟性，增加了電動汽車的續(xù)駛里程[8]。

混合動力汽車在動力輸出過程中通過一定的控制策略，完成兩種能量供應(yīng)的切換，實現(xiàn)不同能量源特性互補，從而改善和提高汽車系統(tǒng)的性能。因此控制策略成為混合動力汽車最為關(guān)鍵性的技術(shù)?；旌蟿恿ζ嚪譃榇?lián)式，并聯(lián)式和混聯(lián)式三大類。目前，串聯(lián)式有恒溫式控制模式，功率跟蹤式控制模式；并聯(lián)式有以車速為主要參數(shù)的控制策略，以功率為主要參數(shù)的控制策略等[9]；混聯(lián)式有發(fā)動機最優(yōu)工作曲線模式，瞬時優(yōu)化模式等。

2.4 氣動汽車

氣動汽車是由高壓空氣驅(qū)動氣動馬達(dá)行駛的汽車。與普通汽車相比，以空氣作為動力的氣動汽車有著十分顯著的優(yōu)點。氣動汽車能量傳遞快捷，能源清潔且來源廣泛，汽車造價較低，維修費用較低，是未來替代其他汽車的不二之選。正是因此，各國都紛紛開始了對氣動汽車這一領(lǐng)域的研究。

壓縮空氣動力發(fā)動機工作時，儲氣瓶中的高壓壓縮空氣經(jīng)減壓后，通過熱交換器吸熱，再進入作用缸推動負(fù)載運動，通過調(diào)節(jié)進入作用缸的氣體壓力和流量以調(diào)整發(fā)動機的動力特性[10]。氣動發(fā)動機的工作狀態(tài)和性能取決于進氣量、進氣壓力和溫度，合適的配氣機構(gòu)和進氣量的控制是技術(shù)難點。發(fā)動機工作過程中回收高壓轉(zhuǎn)低壓能量損失部分和提高壓縮空氣所攜帶的壓力轉(zhuǎn)換為發(fā)動機的機械能的效率成為重要的研究方向。

3.新能源汽車綜合能力對比分析

經(jīng)過各國長時間的研究，新能源汽車有了很大的發(fā)展，四種新能源汽車除氣動汽車以外逐漸在市場上占有一定的份額，混合動力和純電動汽車技術(shù)相對成熟，最為普及。但混合動力汽車結(jié)構(gòu)復(fù)雜技術(shù)成本相對其他汽車較高，氣動汽車技術(shù)還需完善仍處于研發(fā)階段。純電動汽車和氣動汽車尾氣排放零污染，燃?xì)馄嚭突旌蟿恿ζ囉幸欢ǖ奈矚馀欧盼廴镜麄兊睦m(xù)航能力要強于前兩種。

4.結(jié)論

迄今為止，新能源汽車的發(fā)展仍處于試運行階段，各種汽車類型仍存在發(fā)展的瓶頸問題。純電動汽車所用的電池綜合能力較差，氣動汽車能量轉(zhuǎn)化率和能量利用率低等問題有待解決，燃?xì)馄嚢l(fā)動機效率有待進一步提高，混合動力汽車兩種能源相互交替的控制策略還需進一步完善。隨著研究的進展，燃?xì)馄嚺c混合動力汽車將占據(jù)大部分市場，氣動汽車與純電動汽車也逐漸的在新能源汽車市場份額中占有一定的的比例。

隨著各相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，新能源汽車將會突破發(fā)動機，電池，控制策略等方面的問題，向著2016年新能源汽車產(chǎn)業(yè)高層研討會上提出的“輕量化，智能化，低碳化”的方向發(fā)展，未來的新能源汽車必將占據(jù)汽車市場。

參考文獻(xiàn)

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