常見新能源汽車技術(shù)的基本概述及未來發(fā)展趨勢(shì)

1 常見新能源汽車技術(shù)的基本概述

1.1 純電動(dòng)汽車技術(shù)

新能源汽車采用電能等潔凈能源作為動(dòng)力來源驅(qū)動(dòng)汽車行駛。因其動(dòng)力源與傳統(tǒng)汽車動(dòng)力源工作形式不同，因此新能源汽車需要全新的車載動(dòng)力裝置。新能源汽車在動(dòng)力控制和驅(qū)動(dòng)方面的技術(shù)領(lǐng)先于傳統(tǒng)汽車，是具有新技術(shù)、新結(jié)構(gòu)的汽車。新能源汽車中運(yùn)用最廣泛、發(fā)展前景最好的是純電動(dòng)汽車。純電動(dòng)汽車完全依靠電池作為動(dòng)力來源，在汽車運(yùn)行過程中也主要依靠電動(dòng)機(jī)作為汽車的驅(qū)動(dòng)裝置，獲得相應(yīng)的機(jī)械能。純電動(dòng)汽車在社會(huì)生活中比較常見，比如純電動(dòng)物流車、純電動(dòng)公交車以及純電動(dòng)家用轎車等等。純電動(dòng)汽車主要構(gòu)件包括充電裝置、電動(dòng)機(jī)、控制器及動(dòng)力源，其中動(dòng)力源主要指的是性能良好的動(dòng)力電池。電池作為電動(dòng)汽車核心部件，其性能、質(zhì)量及安全性將會(huì)直接影響到電動(dòng)汽車的使用壽命和駕駛體驗(yàn)。充電裝置的充電效率直接決定純電動(dòng)汽車的市場競爭力，充電方式一般有快充和慢充兩種。近些年，充電裝置的技術(shù)改革有了較大突破，充電效率不斷提升，快充樁可在半小時(shí)內(nèi)將電量充至80%左右，節(jié)省了大量充電時(shí)間，也提高了新能源汽車的群眾接受度。電動(dòng)機(jī)與控制器主要影響新能源汽車操控性、加速性能以及扭矩輸出特性，決定著駕駛體感。

與傳統(tǒng)汽車相比，新能源汽車最大的優(yōu)勢(shì)在于能做到零污染、零排放，且有較高的使用經(jīng)濟(jì)性，在改善溫室效應(yīng)、城市霧霾等環(huán)境問題上有突出貢獻(xiàn)。

1.2 混合動(dòng)力汽車技術(shù)

混合動(dòng)力汽車是以兩種及兩種以上能源為主要?jiǎng)恿Φ钠?，?yīng)用最廣泛的是油－電混合動(dòng)力汽車。這類混合動(dòng)力汽車集燃油車和電動(dòng)車的優(yōu)勢(shì)為一體，車內(nèi)有兩套動(dòng)力裝置（電動(dòng)機(jī)、蓄電池和發(fā)動(dòng)機(jī)、燃油箱），既有電動(dòng)車的駕駛體驗(yàn)，又不受制于電動(dòng)車?yán)m(xù)航里程的困擾。但兩套動(dòng)力系統(tǒng)使得汽車造價(jià)較高，車輛自重較大，在市場競爭中后勁不足，市場占有率不高。但隨著技術(shù)發(fā)展，動(dòng)力混合形式優(yōu)化，相信在未來該類汽車會(huì)突破技術(shù)壁壘，逐漸被群眾所接受。

2 新能源汽車技術(shù)的三大構(gòu)成

2.1 電池

當(dāng)前新能源汽車造價(jià)偏高，很多消費(fèi)者也是由于售價(jià)較高的原因，對(duì)新能源汽車的購買力不強(qiáng)。影響新能源汽車造價(jià)的主要因素是電機(jī)及其控制器（約占整車造價(jià)的13.6%），電池及其控制器（約占整車造價(jià)的37.8%）。由此可見控制動(dòng)力電池制造成本對(duì)于整車成本控制有著舉足輕重的影響。但由于存在技術(shù)壁壘，電池成本降低還有一段路要走。

近年來，新能源汽車充電技術(shù)發(fā)展很快，其中有一種為雙向逆放電，是比亞迪汽車在去年的新能源汽車發(fā)布會(huì)上發(fā)布的一種新技術(shù)，雙向逆放電可以和多種用途的車輛有效結(jié)合在一起，雙向逆放電簡單來說新能源車不僅可以從電網(wǎng)充電，也可以向其他車外用電器放電，向外放電主要是三種放電方式，分別是車輛到電網(wǎng)的放電（V2G）、車輛和車輛之間的放電（V2V）、車輛到負(fù)載的放電（V2L）。同時(shí)放電的電流可以是直流電，也可以是交流電，可以實(shí)現(xiàn)多種電壓形式的放電，其他工業(yè)設(shè)備，包括手機(jī)等都可以實(shí)現(xiàn)放電。

V2G 也就是新能源汽車向電網(wǎng)輸送電量的方式，這樣的一個(gè)應(yīng)用相當(dāng)于把新能源汽車作為一個(gè)小型的儲(chǔ)能電站來使用，在夜間可以利用谷電充電的方式，可以節(jié)省大量的電力。電動(dòng)車目前只在一些大中型城市實(shí)現(xiàn)了普及，分布式儲(chǔ)能電站也多分布于大型城市中，對(duì)于新能源客戶的汽車充電提供了便利，同時(shí)也能帶來很大的經(jīng)濟(jì)效益。

V2V 是車輛對(duì)車輛的輸電模式，這種充電模式可以解決純電動(dòng)汽車在道路行駛時(shí)遇到電池耗盡時(shí)的臨時(shí)救援問題，純電動(dòng)汽車在行駛過程中遇到車輛沒電又無法充電時(shí)可以利用其他過往的電動(dòng)汽車進(jìn)行充電。未來為了普及新能源汽車的應(yīng)用，還會(huì)在高速公路上建立流動(dòng)充電車，甚至是高速流動(dòng)充電樁。

V2L 是車輛到負(fù)載的充電方式，車輛的電力可以直接向外輸送，可以負(fù)載多種充電設(shè)備，包括各種直流和交流電壓，這樣的充電模式可以應(yīng)用于日常居民生活中，當(dāng)家里斷電時(shí)，可以利用新能源汽車的V2L 功能實(shí)現(xiàn)對(duì)家用電器的充電，最長可以保證普通家庭一周的電量使用。除此以外，雙向逆放電的功能遠(yuǎn)遠(yuǎn)不止上述這些，在電量消耗殆盡的情況下，混合電動(dòng)汽車還可以通過內(nèi)燃機(jī)的運(yùn)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)發(fā)電功能，從一定程度上來說，混合電動(dòng)汽車相當(dāng)于一個(gè)源源不斷供電的儲(chǔ)電裝置。

2.2 電機(jī)

傳統(tǒng)汽車以燃油作為動(dòng)力源提供汽車行駛的能量，新能源汽車以動(dòng)力電池作為動(dòng)力源提供行駛能量。傳統(tǒng)汽車的車載能源是燃油，驅(qū)動(dòng)裝置是發(fā)動(dòng)機(jī)和變速箱，新能源汽車的車載能源是電池，驅(qū)動(dòng)裝置是電動(dòng)機(jī)。兩種動(dòng)力系統(tǒng)都可較好的驅(qū)動(dòng)汽車行駛，但新能源汽車能源利用率比傳統(tǒng)汽車大的多。內(nèi)燃機(jī)的能源使用效率最高不超過30%，其大量能量以摩擦，發(fā)熱、傳動(dòng)損耗等形式浪費(fèi)了。而純電動(dòng)汽車以電池供電－電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的形式運(yùn)行，沒有復(fù)雜的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，其能源利用率達(dá)到了80%以上，且動(dòng)力輸出沒有滯后性。因此，新能源汽車的綜合性能比傳統(tǒng)燃油汽車高。電機(jī)作為新能源汽車的驅(qū)動(dòng)裝置，主要有以下三種不同類型的電機(jī)裝置，第一種即為交流異步電機(jī)，是當(dāng)前新能源汽車電機(jī)使用中的大功率電機(jī)，其工作原理相對(duì)簡單，交流電是沒有方向的，因此只需要在定子端輸入電流即可，交流轉(zhuǎn)子接收到電流信號(hào)之后就會(huì)朝著同一個(gè)固定方向加速轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)，電機(jī)就產(chǎn)生了驅(qū)動(dòng)力，這種產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)力的原理是被動(dòng)起轉(zhuǎn)，因此也叫做異步電機(jī)。第二種是直流異步電機(jī)，與交流異步電機(jī)的結(jié)構(gòu)及驅(qū)動(dòng)原理是一致的，不同的是電機(jī)定子輸入的是帶有方向的直流電，直流異步電機(jī)是大多數(shù)純電動(dòng)汽車都在使用的驅(qū)動(dòng)電機(jī)。這類電機(jī)的使用最大難點(diǎn)在于濾波模塊的設(shè)計(jì)應(yīng)用上，濾波模塊如果設(shè)計(jì)得足夠優(yōu)秀，從電池傳送過來的直流電波形會(huì)被過濾得足夠干凈，直流異步電機(jī)在實(shí)現(xiàn)高效率供電時(shí)還可以減少噪音，非常安靜。最后一種是直流同步電機(jī)，這類型的電機(jī)與以上兩種電機(jī)相比，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜，電流信號(hào)是直接作用在轉(zhuǎn)子上的，這種驅(qū)動(dòng)方式的驅(qū)動(dòng)響應(yīng)是非?？斓模苯涌邕^了定子輸入端。作為電機(jī)中應(yīng)用能力最強(qiáng)的電機(jī)裝置，直流同步電機(jī)是其中最昂貴的一種。

2.3 電機(jī)控制器

在新能源汽車的使用中，電機(jī)控制器是根據(jù)駕駛員發(fā)出的擋位、油門、剎車等指令，控制動(dòng)力電池的電能轉(zhuǎn)化為驅(qū)動(dòng)電機(jī)的機(jī)械能，以此來控制電動(dòng)車輛的進(jìn)退速度、扭矩輸出等行駛狀態(tài)，電機(jī)控制器還可以通過控制電機(jī)反轉(zhuǎn)等方式幫助電動(dòng)車輛剎車，并將部分制動(dòng)能量回饋到電力蓄電池中。電機(jī)控制器主要由中央控制模塊、功率模塊、驅(qū)動(dòng)控制模塊和各種傳感器組成。總體來說，電機(jī)控制器的功能主要分為兩個(gè)部分，一是將電池儲(chǔ)存的直流電轉(zhuǎn)化成電機(jī)需要的交流電，二是通過控制交流電的輸出實(shí)現(xiàn)電機(jī)扭矩和轉(zhuǎn)速的變化，以適應(yīng)駕駛者的駕駛需求。

3 新能源汽車技術(shù)未來的發(fā)展趨勢(shì)

3.1 高壓器件的集成化

未來新能源汽車的應(yīng)用廣度不斷擴(kuò)大，會(huì)逐漸應(yīng)用到物流、公共交通、特殊車輛等不同領(lǐng)域。同時(shí)隨著新能源汽車技術(shù)模塊化、集成化、智能化的發(fā)展，其續(xù)航里程、智能化程度、駕駛體驗(yàn)等會(huì)不斷優(yōu)化，市場占有率會(huì)大大提高，會(huì)有更多的用戶使用新能源汽車。在技術(shù)改進(jìn)中高壓器件的集成化是最主要的，新能源汽車中應(yīng)用的高壓系統(tǒng)有很多，常見的有驅(qū)動(dòng)電機(jī)及其控制器、動(dòng)力電池、高壓配電盒及電力附件等，高壓系統(tǒng)的分區(qū)應(yīng)用整體上是會(huì)影響其使用壽命的，實(shí)現(xiàn)高壓器件的集成化會(huì)進(jìn)一步推動(dòng)整個(gè)電動(dòng)汽車設(shè)計(jì)的優(yōu)化，高壓器件的集成化本質(zhì)上是將幾個(gè)多功能的電子器件進(jìn)行功能上面的整合，集成化不僅簡潔、優(yōu)美，還能節(jié)省汽車內(nèi)部更多地使用空間，從功能層面作出的設(shè)計(jì)整合，使用更加簡潔、高效。

3.2 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的集成化

新能源汽車主要三大組成部分是電池、電機(jī)、電機(jī)控制器，目前正在著力于驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的集成化研究，將電機(jī)、電機(jī)控制器、減速器等多種驅(qū)動(dòng)裝置實(shí)現(xiàn)集成化，成為一個(gè)共同的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，可以節(jié)省成本的同時(shí)汽車更加輕量便捷，形成多功能合一的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，

每一代新能源汽車都在致力于實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的集成研究，每一代的新能源汽車都會(huì)比上一代的重量減輕，實(shí)現(xiàn)了更高的功率密度。在實(shí)現(xiàn)集成化的同時(shí)，越來越多不同形式的新能源汽車層出不窮，對(duì)汽車主要的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)提出了更多要求，節(jié)省電量、增加續(xù)航里程等功能的實(shí)現(xiàn)需要使用大功率、耐高壓的功率半導(dǎo)體，在運(yùn)行時(shí)占用空間較大、還會(huì)產(chǎn)生很大的電量消耗，因此集成化研究是新能源汽車研究的主體方向。

3.3 新能源高壓系統(tǒng)總集成

新能源汽車高壓系統(tǒng)的總集成是將電機(jī)、電機(jī)控制器、高壓盒、OCDC、OBC 實(shí)現(xiàn)五合一集成優(yōu)化，形成一個(gè)五合一的控制器，真正實(shí)現(xiàn)一個(gè)控制器來操控整個(gè)新能源電動(dòng)汽車，集成化的研究可以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)工藝的簡單操作，集成度高，意味著電動(dòng)汽車的性能使用方面更加簡潔高效。成本降低的同時(shí)，銷售量也會(huì)隨之上升，電能的使用效率高，不會(huì)造成大量電能資源浪費(fèi)，提高利用率，在動(dòng)力資源利用方面，新能源汽車的使用效率往往要高于傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)汽車。

3.4 電池系統(tǒng)性能的提升

電池作為新能源汽車的動(dòng)力來源，安全性能和使用壽命提升是需要首要考慮的。在汽車運(yùn)行過程中，電池一旦發(fā)生故障后果不堪設(shè)想。所以在設(shè)計(jì)研發(fā)過程中，除了要進(jìn)行擠壓試驗(yàn)外還要進(jìn)行火燒試驗(yàn)和振動(dòng)試驗(yàn)，通過安全性能檢測(cè)后的動(dòng)力電池才可以面向市場。我國動(dòng)力電池的研究發(fā)展較快，性能指標(biāo)不斷提升，制造成本不斷降低，電池安全性的研究也有了長足發(fā)展，同時(shí)電池的使用壽命在逐年增加。與國際同行業(yè)相比，我國電池的使用研發(fā)速度是較快的。

4 結(jié)語

為了降低石油燃料的使用，治理環(huán)境污染，我國提出了多項(xiàng)措施，比如補(bǔ)貼新能源汽車企業(yè)、對(duì)購買新能源汽車的消費(fèi)者提供一系列購車補(bǔ)助、對(duì)新能源汽車不限號(hào)等。旨在普及新能源汽車的使用，對(duì)于當(dāng)前來說，新能源汽車并沒有實(shí)現(xiàn)大規(guī)模普及，還只是局限于大中型城市的應(yīng)用。普及新能源汽車的使用，就必須要顯示出新能源汽車在駕駛使用方面的長處，優(yōu)化新能源汽車各方面的使用性能，完善充電設(shè)備設(shè)施，優(yōu)化新能源汽車服務(wù)質(zhì)量。本文對(duì)新能源汽車各方面的使用進(jìn)行了研究與探索。新能源汽車技術(shù)性能必將會(huì)不斷提升，未來新能源汽車必將不斷優(yōu)化升級(jí)，實(shí)現(xiàn)無人駕駛、智能網(wǎng)聯(lián)等多項(xiàng)功能，并能夠投入到市場進(jìn)行大規(guī)模生產(chǎn)與銷售。綜上所述，優(yōu)化新能源汽車性能，完善相關(guān)輔助設(shè)施，就能迅速提升新能源汽車在我國的使用范圍與使用量，推動(dòng)新能源汽車行業(yè)的穩(wěn)定發(fā)展。

審核編輯：郭婷