淺論提升新能源汽車能源管理與使用效率方法的可行性

李瑾

濰坊實驗中學 山東省濰坊市 261325

1 現(xiàn)狀分析

1.1 國內(nèi)外新能源汽車發(fā)展概況

新能源汽車是指采用非常規(guī)的車用燃料最為動力來源，綜合車輛的動力控制和驅(qū)動方面的先進技術(shù)，形成的技術(shù)原理先進、具有新技術(shù)新結(jié)構(gòu)的汽車。目前，市場上一般有混合動力汽車、純電動汽車、燃料電池汽車、氫能源汽車以及其他新能源汽車等類型。相應(yīng)的，能源驅(qū)動也包括混合動力、純電動力、燃料動力以及氫動力等常規(guī)類型。

汽車尾氣排放以及化石燃料的減少成為汽車工業(yè)的發(fā)展憂患。而解決問題的關(guān)鍵就在于發(fā)展新驅(qū)動能源汽車。近幾年各國都將發(fā)展新能源汽車，創(chuàng)新核心技術(shù)作為汽車制造業(yè)的重中之重，以美國、西歐、日本為代表的汽車制造大國各自制定了相應(yīng)的新能源汽車發(fā)展計劃。美國主要著力發(fā)展充電式混合動力汽車，并且擁有關(guān)鍵零部件的自主知識產(chǎn)權(quán)，比如特斯拉，是新能源汽車的始祖，并一直走在世界前列。歐洲國家擁有寶馬、奔馳、大眾、奧迪、雷諾、沃爾沃等著名品牌，而制造大國如德國，將發(fā)展重點放在了純電動汽車上并取得巨大成功。據(jù)悉，2018年2月，世界上十款最暢銷電動車型中的七款都來自德國，可見實力之強。

我國在2006年就已取代美國成為世界上第一大碳排放國，而在2015年的巴黎氣候峰會上中國提出碳排放下降幅度的目標，新能源汽車自然成為我國降低燃油消耗的重要戰(zhàn)略。我國新能源汽車起步晚，以純電動汽車為主，發(fā)展較快。據(jù)報道，2017年，我國動力電池單體的能量密度為2瓦時/公斤，與2012年相比價格下降70%，動力電池的總電量為36.4GWh，并且核心技術(shù)不斷進步，電池續(xù)航能力不斷增強，配套設(shè)施不斷完善[1]。但發(fā)展過程中依舊存在不少問題，如能源利用率低，電池安全系數(shù)低，電池容量亟待提升，電樁覆蓋率低等問題。這些問題嚴重影響了消費者的購買欲望。因此，我國新能源汽車發(fā)展仍需尖端人才與企業(yè)研發(fā)機構(gòu)的不懈努力。

1.2 不同類別新能源汽車的特點

純電動汽車主要使用電能作為驅(qū)動能量，其核心動力系統(tǒng)由蓄電池與電動機組成。純電動汽車不消耗化石燃料，可以實現(xiàn)零排放，動力輸出扭矩大。其充電電力來源可以是火力、水能、風能、核能等發(fā)電方式，能源利用率高，排放處理集中，對環(huán)境的不利影響大大削弱，即使是燃燒化石燃料的火力發(fā)電，其能源利用率也大大高于常規(guī)動力汽車的利用率。除此之外，純電動汽車能夠更好的與現(xiàn)代化技術(shù)結(jié)合，比如車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、大數(shù)據(jù)結(jié)合、人工智能、自動駕駛等。但就目前情況來看，純電動汽車依舊存在動力電池續(xù)航能力差，充電時間長，電池更換不便捷，充電設(shè)施不完善，電力儲存技術(shù)有待提高等問題。

燃料電池汽車是將化學能轉(zhuǎn)化為電能，從而驅(qū)動電動機的一類新能源汽車。其燃料來源可以是乙醇、甲烷、天然氣等，包括以氫氣為燃料的氫能源汽車。它最大的優(yōu)勢就是環(huán)保，排放量小。例如，氫燃料汽車，氫氣的來源比較廣，其燃燒后的產(chǎn)物只有水，環(huán)保與性能潛力巨大。另外，燃料電池的使用壽命也比較長，電池轉(zhuǎn)換率高，無噪音，氫燃料更換可以直接在加氫站等進行。但不可否認的是，目前儲氫困難，技術(shù)不成熟，電池安全問題不可忽略。

混合動力汽車通常所說的混合動力汽車，一般是指油電混合動力汽車，即采用傳統(tǒng)的內(nèi)燃機（柴油機或汽油機）和電動機作為動力源，有并聯(lián)式、串聯(lián)式、混聯(lián)式。由于混合動力汽車沒有完全擺脫燃油動力，所以就環(huán)保潛力來說不如上文提到的兩者，但相較于傳統(tǒng)內(nèi)燃機來說油耗低，排放量小很多。而且混合動力汽車不存在續(xù)航問題，電池成本低，壽命長，可以利用現(xiàn)有的基礎(chǔ)設(shè)施，目前技術(shù)也比較成熟[2]。不過混合動力汽車在未來的油耗技術(shù)極有可能會達到瓶頸期，無法從根本替代化石燃料。在內(nèi)燃機與電動機切換時，混合動力汽車可能會發(fā)生震動，平穩(wěn)性不及純電動汽車。目前美國在這方面做的比較好，增程式混合動力汽車發(fā)展較快。

2 新能源汽車在發(fā)展過程中存在的問題

2.1 里程焦慮

對于純電動汽車來說，目前最大的問題就是續(xù)航里程問題。純電動汽車只能通過充電補充能源，其電池的能量密度也比較低。現(xiàn)代燃油汽車加油幾分鐘就能有七、八百公里的里程，電動汽車百公里大約耗電16至24度之間，若以百公里耗電19度來算，要達到燃油汽車的較低水準——充電5分鐘行駛七百公里，充電功率就將高達近1.6MW，就目前技術(shù)來看，在運行的電動汽車上產(chǎn)生如此高功率的電能是一巨大挑戰(zhàn)。純電動汽車的另一挑戰(zhàn)在于充電問題。首先，純電動汽車在家用電的條件下充電很慢，在充電樁條件下三分鐘大約只能提供三四百的里行駛程，這就限制了消費者的出行。另外，在行駛途中的電能補充也存在問題。在大城市，充電樁、充電站的分布較為完善，但不能充分利用，許多設(shè)施使用率非常低。而在較小城市，充電網(wǎng)點分布較少且不均?？傮w來看，我國充電網(wǎng)點的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)還不夠完善，“沒電怎么充”，這也間接導(dǎo)致了消費者的里程焦慮。

2.2 安全焦慮

消費者的另一焦慮主要在于安全焦慮。一般來說，新能源汽車的安全問題可分為機械安全、電氣安全、功能安全、化學安全，目前以功能和化學安全為主。據(jù)統(tǒng)計，2016年，國內(nèi)新能源汽車起火主要是自燃，共9起，由此可知動力電池原因是新能源汽車起火事故或安全事故的主要原因[3]。

動力電池自燃，也稱動力電池熱失控，一般分為三個原因，分別是機械濫用、電氣濫用、熱濫用。機械濫用是指碰撞擠壓、針刺后打破了電解液，電池正負極的有序組合，導(dǎo)致放出大量熱，引起熱失控。一般來說，發(fā)生車禍等自燃都是機械濫用導(dǎo)致的。電氣濫用一般指電池長期內(nèi)短路、外短路、過充。內(nèi)短路一般是由電池老化引起的，外短路一般是由進水或錯接引起的，過充就是充電超過限度。熱濫用是因為接頭松動導(dǎo)致電池內(nèi)阻過大或車輛起火加熱電池引起二次爆炸。

3 解決方案

3.1 APP技術(shù)的應(yīng)用

對于純電動汽車來說，其里程焦慮主要來自續(xù)航問題，在現(xiàn)有技術(shù)上如何使消費者最大程度的利用電能，最大程度的對能源進行管理就成了關(guān)鍵。針對純電動汽車，可以應(yīng)用大數(shù)據(jù)與互聯(lián)網(wǎng)平臺，利用APP技術(shù)，將用戶、運營商、檢修售后服務(wù)、數(shù)據(jù)采集中心聯(lián)系起來，從而幫助消費者更好的實現(xiàn)電能的合理安排與有效使用，提升新能源汽車的舒適度。

APP的設(shè)計基礎(chǔ)要包括數(shù)據(jù)的采集與應(yīng)用，其中需要遙感技術(shù)、GPS技術(shù)，網(wǎng)上支付技術(shù)，通信技術(shù)等的支持。APP需要用戶方提供車主與汽車的相關(guān)詳細信息，后臺提供精確的地圖信息，包括路況信息與充電樁分布情況，支付平臺，用戶交友社區(qū)，以及監(jiān)測通知系統(tǒng)等。具備以上基礎(chǔ)后，APP需要著重解決汽車里程焦慮與安全焦慮。

用戶需要配套電池體檢系統(tǒng)，包括電池測溫系統(tǒng)、電量控制系統(tǒng)、充電狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)等，與線上APP對接，反應(yīng)在用戶的手機中，進行實時監(jiān)控，并進行提醒，以便更好地掌握汽車情況。該軟件配備智能斷電系統(tǒng)，使車主能夠遠程斷電、充電。測溫系統(tǒng)能夠更好的幫助車主遠離汽車安全問題，預(yù)防事故的發(fā)生。電池體檢系統(tǒng)與檢修售后相聯(lián)系，定時為用戶根據(jù)以上系統(tǒng)提供的信息發(fā)送體檢報告，或提醒線下檢修，用戶可以提前預(yù)約并進行線上支付[4]。

最重要的是解決用戶智能出行，找樁充電問題。第一，軟件要進行智能路線規(guī)劃。用戶輸入出發(fā)地、目的地、系統(tǒng)根據(jù)地圖導(dǎo)航，結(jié)合所剩電量以及充電樁分布，智能規(guī)劃最優(yōu)路線，在電能分配和充電均衡之下，解決用戶出行的續(xù)航問題。第二，進行智能充電提醒。用戶提前輸入基本行程，一般選擇最常用路線，系統(tǒng)根據(jù)車的充電速度以及所需電量，提醒車主提前用電谷期進行充電，可選擇常規(guī)手動充電，也可進行遙控充電（結(jié)合無線充電系統(tǒng)，物聯(lián)網(wǎng)聯(lián)系）。在充電完成時，系統(tǒng)要自動斷電（結(jié)合上述電量控制系統(tǒng)），從而解決過充，忘充，或電量不足問題。

3.2 多元化電池充電方式

對于純電動汽車來說，有線插電式充電較為普遍，充電樁也是提供插電式充電。插電式充電的車輛充電數(shù)量有限，不靈活，需要強大的基礎(chǔ)設(shè)施才能保證純電動汽車充電的便捷性。對于純電動汽車來說，還可利用無線充電技術(shù)。無線充電，利用磁場傳遞能量，實現(xiàn)充電器與用電器的電能轉(zhuǎn)移，一般分為電磁感應(yīng)式、無線電波式、磁場共振式。電磁波發(fā)射端可以埋入地下，節(jié)省地上空間，布局靈活，可以一端多充。如果能在路面以下埋入電磁波發(fā)射端，那么在行駛過程中就可以補充電量，對汽車的續(xù)航能力會有很大的提升。但無線充電有比較多的弊端。磁場容易受干擾，二次轉(zhuǎn)化傳輸效率低，電磁波的泄露危及健康等，總的來說技術(shù)不夠成熟，要加強對電磁波的泄露保護以及轉(zhuǎn)化效率的提升。

在充電設(shè)施不完善的情況下，可以通過“車車充電”來補充電量。所謂的“車車充電”，就是在借助APP互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)車主間的對接。在汽車電量低時，開啟“車車充電”服務(wù)，可以通過定位尋找附近電量充足，可供外充的汽車，系統(tǒng)通過智能配對，進行約定地點車車充電，在車身上需要設(shè)計充電口與放點口，車車對接，實現(xiàn)車車充電。這樣既以解決汽車續(xù)航問題，又能夠利用空余能源。

4 結(jié)語

目前各國新能源汽車發(fā)展迅速，大力發(fā)展本國特色。在歷史洪流之中，我國提出“中國制造2025”，對于我國新能源汽車發(fā)展來說更是一大機遇。我國重點企業(yè)要掌握核心技術(shù)，運用互聯(lián)網(wǎng)與大數(shù)據(jù)，開發(fā)新能源并不斷提高能源轉(zhuǎn)化效率。同時，在保護人體和環(huán)境的基礎(chǔ)上，嘗試無線充電在汽車行駛時持續(xù)充電，或利用軟件平臺實現(xiàn)車車交互，保證電能的及時供應(yīng)，從而共同解決續(xù)航與安全問題。在地鐵、公交、高鐵等越來越多便捷交通工具快速發(fā)展的壓力下，新能源汽車必須擁有更優(yōu)的性能，更好的出行舒適度與更高的性價比。純電動汽車作為我國發(fā)展重點，如何提高續(xù)航能力，如何提升能源管理的高效性就顯得格外關(guān)鍵。當前大數(shù)據(jù)互聯(lián)網(wǎng)時代提供給新能源汽車發(fā)展的契機，應(yīng)更好響應(yīng)國家政策，實現(xiàn)中國新能源汽車發(fā)展的突破。