新能源汽車技術發展現狀和趨勢分析

侯濤 徐佳

云南交通職業技術學院 云南省昆明市 650500

能源是支撐國民經濟的重要因素，也是人類生存和發展的基礎。新能源是指傳統能源之外各種形式的能源。是剛開始開發利用或正在積極研究、有待推廣的能源。當前在世界范圍內，石油能源供求失衡，嚴重影響了各地的經濟發展。隨著現代工業化的不斷發展、社會汽車保有量不斷增加，傳統內燃機汽車造成的能源危機和生態環境惡化不斷加劇。新能源汽車采用電力（或其他新能源）驅動，不消耗或降低了石油能源消耗，更加節能環保。新能源汽車的開發與推廣已經成為現代汽車發展的趨勢。

1 新能源汽車概述

新能源汽車是指采用非常規的車用燃料作為動力來源，綜合車輛的動力控制和驅動方面的先進技術，形成的技術原理先進、具有新技術、新結構的汽車。

新能源汽車主要包括純電動汽車、混合動力汽車、燃料電池汽車等。近年來，電動汽車在新能源汽車中得到長足發展，電動汽車的技術和性能得到充分肯定，現在所說新能源汽車重點就是研究電動汽車，因而電動汽車成了新能源汽車的代名詞。

世界第一輛電動汽車是由美國人托馬斯于1834年制造的，早于內燃機汽車半個多世紀之久。由于當時電工、電子技術的局限，致使電動汽車發展受到制約。而機械工業的發展進步，促使內燃機汽車技術得到了長足的發展。近年來由于世界范圍內的能源危機與環境污染問題日益嚴重，對人們的生活產生了較大影響，人們逐漸開始意識到新能源利用的重要性。加之，近年來，得益于電力電子技術的發展、電池、電機技術的進步和控制技術的提高，電動汽車迎來一個新的發展時期。

2 新能源汽車分類

新能源汽車主要包括純電動汽車、混合動力汽車、燃料電池汽車等。目前投放市場的新能源汽車主要有純電動汽車、混合動力汽車。

2.1 純電動汽車

純電動汽車，是指以車載電源為動力，用動力電機驅動車輛行駛，符合道路交通、安全法規各項要求的車輛。純電動汽車以蓄電池作為汽車動力來源，提供電能給動力電機驅動車輛行駛。純電動汽車沒有傳統發動機，動力電機是惟一的驅動動力，而動力電池是惟一的動力源。

此外，純電動汽車的再生制動系統與傳統燃油汽車不同。再生制動系統其功能除了對車輛產生制動作用外還具有能量回收的功能（包括車輛慣性滑行的富余動能）。再生制動系統利用驅動電機的控制技術實現驅動電機的發電運行，使減速制動時的能量回饋給動力電池，從而得到再生利用。目前回收能量約占10%-20%，是傳統汽車不可比擬的。

2.2 混合動力汽車（油電混動）

混合動力汽車是指擁有至少兩種動力源，使用其中一種或多種動力源提供部分或者全部動力的車輛。混合動力汽車多采用傳統的內燃機和電動機作為動力，具有傳統發動機和電力驅動兩套動力系統，采用串聯、并聯或混聯的動力耦合形式。通過混合使用內燃發動機和電力驅動兩套系統驅動車輛行駛。

除具有純電動汽車電驅動的基本特性外還能有效提高了車輛的動力性、經濟性和適應性，解決了電動汽車續航里程受限的問題和降低了燃油的消耗量，減少尾氣的排放量，顯示出良好的環保性能。

混合動力汽車同樣具有能量回收、再生利用的功能，并拓展了其車輛的應用范圍，改善了應用條件，因而被社會廣泛接受，是電動汽車發展的重要方向，呈現出良好的發展前景。

2.3 燃料電池汽車

燃料電池汽車是使用燃料電池為動力源的汽車。也是一種電動汽車，是將燃料電池產生的電能持續提供給動力電機，從而驅動車輛行駛的電動汽車。

燃料電池是一種化學電池，能直接把活性物質發生化學反應時釋出的能量變換為電能，工作時需要連續地向其供給燃料和氧化劑等活性物質，以保持電池持續進行氧化還原反應，不斷地獲取電能。燃料電池直接將燃料的化學能轉化為電能，中間不經過燃燒過程，因而不受卡諾循環的限制。燃料電池需持續對其提供燃料和氧化劑等活性物質，與蓄電池不同，更像一個發電機。電池電能轉換效率高達（45%-60%）。反應生成物主要是水，無污染，是比較理想的動力電池，燃料電池被譽為電池發展的終極目標。目前，燃料電池汽車還處于研發試驗階段，人們對其寄予厚望。

3 新能源汽車技術的發展現狀

目前新能源汽車的研發重點是電動汽車，即純電動汽車和混合動力汽車。純電動汽車是電動汽車的標志性產品，混合動力汽車是在傳統內燃機汽車和純電動汽車的基礎上發展起來的一種復合型電動汽車。

新能源汽車與傳統內燃機汽車的區別在于汽車電力驅動系統。電動汽車動力驅動系統主要包括動力電機、動力電池和控制系統（控制器），被稱為電動汽車動力系統的三大件。它們的性能決定或影響著電動汽車的性能。

3.1 驅動電機

電動汽車通常選用的驅動電機主要有：直流電動機、交流異步電動機、永磁同步電動機和開關磁阻電機。

3.1.1 直流電動機

電動汽車發展的早期，純電動汽車多采用直流電動機作為驅動電機，這類電機技術較為成熟，有著控制方式容易，調速優良的特點，曾經在調速電動機領域內有著最為廣泛的應用。但是由于直流電動機有著復雜的機械結構，例如：電刷和機械換向器等，導致它的瞬時過載能力和電機轉速的進一步提高受到限制，而且高壓大電流的條件下，電刷易產生高壓打火現象，對電動汽車的控制和安全產生不良影響。目前新型電動汽車較少采用，趨于淘汰。

3.1.2 交流異步電動機

交流異步電機對于電動汽車工作工況，在高速運轉的情況下電機的轉子發熱嚴重，工作時要保證電機冷卻，同時異步電機的驅動、控制系統很復雜，電機本體的成本也偏高，相比較于永磁式電動機和開關磁阻電機而言，異步電機的效率和功率密度偏低，對于提高電動汽車的最大行駛里程不利。電動汽車近來也逐漸減少交流異步電動機應用。

3.1.3 永磁同步電動機

永磁同步電機轉子采用永磁體，具有高效、高轉矩密度、高控制精度、良好的轉矩平穩性及低振動噪聲的特點，通過合理設計永磁磁路結構能獲得較高的弱磁性能，它在新能源汽車驅動方面具有很高的應用價值，受到國內外新能源汽車界的高度重視，在純電動汽車得到廣泛的應用。

3.1.4 開關磁阻電動機

作為一種新型電機，相比其他類型的驅動電機而言，開關磁阻電機的結構最為簡單，功率密度高，轉矩-轉速特性好，有較高的起動轉矩和較低的起動功率，效率可以達到85%-93%。轉矩、轉速在較寬的轉速范圍內，可靈活的控制，調速控制較簡單，最高轉速可以達到15000r/min。而且它具有可控性好的優良特性，同時適用于惡劣環境，非常適合作為電動汽車的驅動電機使用。

目前電動汽車主要應用的電機為永磁同步電動機和開關磁阻電動機。

3.2 動力電池

動力電池是新能源汽車的動力源。動力電池的能量密度、功率密度、充放電性能、使用壽命、安全性等性能和成本影響電動汽車性能和需求，并且是實現產業化的關鍵因素。

新能源汽車動力電池發展的主要方向是鋰離子電池。鋰離子電池是近年研發的一種新型高能蓄電池，與其他蓄電池相比，鋰離子電池高能量、高電壓、長壽命，無記憶效應、無污染，快速充電、自放電率低，工作溫度范圍寬和安全可靠等優點，是目前電動汽車較為理想的動力電源。

目前普遍應用的鋰離子電池主要是磷酸鐵鋰離子電池和三元鋰電池（鎳鈷錳酸鋰電池）。三元鋰電池比能量較大，壽命短。磷酸鐵鋰離子電池穩定性、可靠性和安全性能較好。二者各有其特點。

蓄電池充電技術以及電池的續航里程成為新能源汽車發展的瓶頸，制約著新能源汽車的發展。目前純電動汽車續航里程可達300km以上，電動汽車續航里程短的狀態正在被改變。

4 新能源汽車發展過程中存在的問題

4.1 新能源汽車的相關政策

我國政府正通過相關政策與補貼扶持新能源汽車市場的發展，僅2017年我國就累計出臺三十多項新能源汽車補貼政策。其中涉及宏觀、基礎設施、補貼、技術研發、安全管理，落戶推廣等多方面給予支持和導向。

4.2 生產成本較高

隨著新能源汽車的開發與推廣，投入力度也在不斷增加。但相較于發達國家，我國對新能源汽車的相關投入力度還略顯不足。2017年我國新能源汽車的銷量77.7萬輛，占汽車整體市場的2.7%左右。新能源汽車尚未形成大規模生產，生產成本較高，對新能源汽車的推廣普及帶來一定影響。

4.3 核心技術有待提高

新能源汽車是集新技術、新材料、新工藝為一體的高新技術產業，由于我國新能源汽車研發起步較晚，研發投入不足，核心技術有待提高。尤其是動力電池技術首先要解決充電時間長、行駛里程短的技術瓶頸問題。

4.4 配套設施需逐步完善

隨著新能源汽車的推廣普及，新能源汽車的配套設施則嚴重滯后。充電站和充電樁等充電設施數量嚴重不足，制約新能源汽車的推廣普及。截至2017年末我國各類充電樁數量約為45萬個，車樁比例約為3.8：1，和國家規劃的車樁數量1：1還在較大差距。

5 新能源汽車未來發展趨勢

在電動汽車技術方面動力電池作為技術瓶頸，嚴重的影響車輛性能和品質，要重點解決動力電池的性能，提高電池的比能量，初步目標到2020年單體電池比能量從150wh/kg增加到300wh/kg。改善充電時間和續航里程。

混合動力技術水平相對比較復雜，技術難點較多，它既包括驅動電機和動力電池，也包括發動機與驅動電機耦合裝置。提高關鍵的零部件生產工藝、產品質量。同時積極加強氫能燃料電池研發。逐步從實驗階段轉為推廣應用。

總之，新能源汽車是未來汽車工業發展的方向，新能源汽車技術在不斷地更新和進步，新能源汽車將逐步走向成熟。