淺談汽車新能源技術的發展前景

李雷

摘 要：隨著現代經濟社會的發展，世界能源資源日益枯竭與地球環境污染日益嚴重，由此帶來的一系列問題都給傳統動力汽車行業的發展帶來了一定的阻礙。但是隨著各大汽車廠家相繼開始研發和投產新能源動力汽車，汽車新能源技術的應用、發展及普及情況越來越受到人民的關注，同時包括混合動力車型、純電動車型、燃料電池車型、氫內燃機車型以及其它新能源車型等在內的新能源汽車的未來發展對整個汽車產業乃至整個人類科技與社會的發展有著革命性的影響。

關鍵詞：新能源；汽車技術；新能源車型；

一、發展新能源汽車的意義

汽車工業是國民經濟的支柱產業，它與人們的生活息息相關，已成為現代社會必不可少的組成部分。但是，以石油為燃料的傳統的汽車工業，在為人們提供快捷、舒適的交通工具的同時，增加了國民經濟對化石能源的依賴，加深了能源生產與消費之間的矛盾。隨著資源與環境雙重壓力的持續增大，發展新能源汽車已成為未來汽車工業發展的方向。

近年來，我國汽車市場發展迅速，已成為全球第二大汽車市場。2009年，我國汽車保有量突破7000萬輛，產銷量雙雙突破1300萬輛，石油年消耗量將會達到1.2億噸。目前，我國人均GDP已超過3000美元，消費結構升級是必然趨勢，加之我國正處于工業化、城市化和機動化的重要階段，汽車需求的快速增長難以避免。

因此，新能源汽車將催生汽車動力技術的一場革命，并必將帶動汽車產業升級，建立新型的國民經濟戰略產業，是汽車工業發展的必由之路。新能源汽車的使用的成本非常低廉。將其百公里的用電成本進行換算，電的成本僅是油的成本的20%，也就是說，使用新能源汽車僅需花五分之一的錢就可以跑到與原來相當的公里數。普通汽車，不論是手動檔的，還是自動檔的，都用變速箱變速，電動車變速是電機驅動，沒有變速箱，而且非常強勁。此外，電動車的四輪驅動，原理簡單，容易實現，且運行維護方便，不用換機油。新能源汽車的上述特點，決定了它具有強大的生命力和廣闊的市場發展前景。設想到2020年，我國新能源汽車占屆時汽車保有量20%，約3000萬輛，年可以節約石油5000萬噸，相當于一個大慶油田一年的石油產量。

二、幾種新能源汽車

1.燃料電池汽車。燃料電池汽車（ FCV） 是一種用車載燃料電池裝置產生的電力作為動力的汽車。車載燃料電池裝置所使用的燃料為高純度氫氣或含氫燃料經重整所得到的高含氫重整氣。與通常的電動汽車比較， 其動力方面的不同在于FCV 用的電力來自車載燃料電池裝置， 電動汽車所用的電力來自由電網充電的蓄電池。因此， FCV 的關鍵是燃料電池。

燃料電池是一種不燃燒燃料而直接以電化學反應方式將燃料的化學能轉變為電能的高效發電裝置。發電的基本原理是： 電池的陽極（ 燃料極） 輸入氫氣（ 燃料） ， 氫分子（ H2） 在陽極催化劑作用下被離解成為氫離子（ H+ ） 和電子（ e-） ， H+ 穿過燃料電池的電解質層向陰極（ 氧化極） 方向運動， e-因通不過電解質層而由一個外部電路流向陰極； 在電池陰極輸入氧氣（ O2） ， 氧氣在陰極催化劑作用下離解成為氧原子（ O） ， 與通過外部電路流向陰極的e-和燃料穿過電解質的H+ 結合生成穩定結構的水（ H2O） ， 完成電化學反應放出熱量。這種電化學反應與氫氣在氧氣中發生的劇烈燃燒反應是完全不同的， 只要陽極不斷輸入氫氣， 陰極不斷輸入氧氣， 電化學反應就會連續不斷地進行下去， e-就會不斷通過外部電路流動形成電流， 從而連續不斷地向汽車提供電力。與傳統的導電體切割磁力線的回轉機械發電原理也完全不同， 這種電化學反應屬于一種沒有物體運動就獲得電力的靜態發電方式。因而， 燃料電池具有效率高、噪音低、無污染物排出等優點， 這確保了FCV 成為真正意義上的高效、清潔汽車。

2.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（Hybrid Electric Vehicle， HEV），即采用傳統的內燃機（柴油機或汽油機）和電動機作為動力源，也有的發動機經過改造使用其他替代燃料，例如壓縮天然氣、丙烷和乙醇燃料等。

隨著世界各國環境保護的措施越來越嚴格，混合動力車輛由于其節能、低排放等特點成為汽車研究與開發的一個重點，并已經開始商業化。

混合動力汽車使用的電動力系統中包括高效強化的電動機、發電機和蓄電池。蓄電池使用的有鉛酸電池、鎳錳氫電池和鋰電池，將來應該還能使用氫燃料電池。

以串聯混合動力電動汽車為例，介紹一下混合動力電動汽車的工作原理。

混合動力汽車采用能夠滿足汽車巡航需要的較小發動機，依靠電動機或其它輔助裝置提供加速與爬坡所需的附加動力。其結果是提高了總體效率，同時并未犧牲性能。混合動力車設計成可回收制動能量。在傳統汽車中，當司機踩制動時，這種本可用來給汽車加速的能量作為熱量被白白扔掉了。而混合動力車卻能大部分回收這些能量，并將其暫時貯存起來供加速時再用。當司機想要有最大的加速度時，汽油發動機和電動機并聯工作，提供可與強大的汽油發動機相當的起步性能。在對加速性要求不太高的場合，混合動力車可以單靠電機行駛，或者單靠汽油發動機行駛，或者二者結合以取得最大的效率。比如在公路上巡航時使用汽油發動機。而在低速行駛時，可以單靠電機拖動，不用汽油發動機輔助。即使在發動機關閉時電動轉向助力系統仍可保持操縱功能，提供比傳統液壓系統更大的效率。

3.純電動汽車。純電動車是指完全由動力蓄電池提供電力驅動的電動車。車載電源為動力，用電機驅動車輪行駛， 純電動車符合道路交通、安全法規各項要求的車輛。由于對環境影響相對傳統汽車較小，其前景被廣泛看好，但當前技術尚不成熟。 結構

在純電動車控制系統中，主要包括4個節點，即主控制器ECU、電機控制ECU、電池控制ECU及CAN總線監控單元。

主控制器ECU相當于純電動車的大腦，它起到了控制全局的作用。主控制器Ecu接收汽車上傳感器的信息，經過A/I）轉換后計算、編碼為cAN報文，發送到總線上控制其它節點的工作。同時，將一些整車相關信息（車速、電池容量、踏板位置等信息）在組合儀表上顯示出來。其中最核心的就是通過傳感器的輸入值與系統當前狀態及汽車工況等條件計算出合適的電機扭矩值，通過CAN總線發送到電機控制系統，指揮電機正確工作。另外，主控制器ECU還控制主繼電器的開關，使得整個系統上電和斷電。

電機控制ECU相當于純電動車的四肢。它的主要工作是以主控制器發送扭矩值為輸入值，采用雙閉環控制來調速電機，使電機工作在需要的轉速下。還有，根據電機的溫度變化控制電機的冷卻水泵和冷卻風扇，從而有效地調節電機的溫度。

純電動車的電池是由幾十塊單體電池成組供電的，并能保證在不供電時電池不成組，每塊電池的電壓不超過5V。這樣由于單個電池性能的差異，就需要在電池充放電過程中經常要均衡電池電壓，保證電池性能。電池均衡問題由電池ECU來承擔。電池ECU相當于純電動車的血液循環系統。它提供系統需要的能量，同時，還提供給主控制器電池的信息及電池充放電能力最大值，供主控制器計算電機扭矩時用。

綜上可知，在節能和環保的雙重壓力下，新能源汽車無疑將成為未來汽車的發展方向。

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