新能源汽車技術(shù)原理和相關(guān)技術(shù)探究

趙福利

摘 要：相較于傳統(tǒng)能源汽車而言，新能源汽車不僅能夠降低交通領(lǐng)域當(dāng)中的污染物排放，同時也能夠推進(jìn)傳統(tǒng)工業(yè)轉(zhuǎn)型，推動汽車行業(yè)的發(fā)展。本文對新能源汽車的概念以及分類進(jìn)行了系統(tǒng)界定，并針對純電動汽車以及混合動力汽車兩種不同的新能源汽車類型的技術(shù)原理展開了論述，闡述了動力電池技術(shù)以及電機(jī)技術(shù)的相關(guān)情況，旨在為推動新能源汽車技術(shù)的發(fā)展提供理論參考。

關(guān)鍵詞：新能源汽車；技術(shù)原理；動力電池技術(shù)；電機(jī)技術(shù)

傳統(tǒng)汽車通過內(nèi)燃機(jī)燃燒汽油等常規(guī)燃料，產(chǎn)生推動汽車前進(jìn)的動力，而新能源汽車使用了最新的動力控制技術(shù)以及驅(qū)動技術(shù)，確保了汽車內(nèi)部能源以及動力之間可以相互轉(zhuǎn)化。新能源汽車的有效應(yīng)用可以有效的降低二氧化碳、二氧化硫等氣體的排放，實現(xiàn)優(yōu)化環(huán)境的目標(biāo)，為社會的可持續(xù)以及健康發(fā)展創(chuàng)設(shè)動力，因此，加強(qiáng)對于新能源汽車技術(shù)的相關(guān)研究工作，能夠為汽車行業(yè)的不斷發(fā)展提供必要的技術(shù)支持。

1 新能源汽車概述

1.1 新能源汽車概念

新能源汽車是相對于傳統(tǒng)能源汽車而產(chǎn)生的一種全新的概念。因為新能源汽車的起步相對較晚，因此對其所進(jìn)行的研究還比較少，從總體上看，新能源汽車有廣義與狹義之分。

從廣義上看，凡是不使用汽油、柴油等傳統(tǒng)能源的汽車都可以被看做新能源汽車，從這種論述中我們能夠發(fā)現(xiàn)，新能源汽車不單單包含了純電動汽車以及混合動力汽車，同時也包括了將天然氣、石油氣等作為動力來源的汽車類型。從狹義上看，新能源汽車指的是以非常規(guī)能源作為動力來源，輔以驅(qū)動技術(shù)、動力控制技術(shù)等相關(guān)技術(shù)的汽車。狹義的新能源汽車概念更加有助于推動汽車制造行業(yè)的整體發(fā)展，同時新能源汽車的發(fā)展也代表了科學(xué)技術(shù)達(dá)到了全新的高度。新能源汽車中廣泛使用高科技技術(shù)逐漸成為了新能源汽車發(fā)展的大勢所趨，這也意味著新能源汽車的發(fā)展成熟還要經(jīng)歷很長一段時間。

1.2 新能源汽車分類

新能源汽車可以分成以下幾類：

1.2.1 純電動汽車

純電動汽車是依靠車載電源所提供的動力支持，將電動機(jī)作為單一驅(qū)動源，其電力系統(tǒng)包括了驅(qū)動電機(jī)、動力電池以及電驅(qū)控制器等相關(guān)部件，因為純電動汽車不具備多齒比變速箱以及發(fā)動機(jī)，其相較于傳統(tǒng)燃油車而言，有著低成本，舒適性良好，保養(yǎng)便捷等優(yōu)點；續(xù)航里程低、充電時間過長等缺點，主要用于市區(qū)通勤。

1.2.2 混合動力汽車

混合動力汽車有著電力以及燃油兩套驅(qū)動系統(tǒng)，包含了插電式混合動力汽車以及常規(guī)混合動力汽車。

插電式混合動力汽車所采用的電力驅(qū)動系統(tǒng)和純電動汽車相仿，因為在相同燃油車內(nèi)部也存在燃油驅(qū)動系統(tǒng)，所以電池的容量會比純電動汽車要小，發(fā)動機(jī)的性能也會弱于燃油車，但是電力驅(qū)動系統(tǒng)以及燃油驅(qū)動系統(tǒng)能夠相互疊加使用，從而實現(xiàn)更好的性能以及更長的續(xù)航，也能夠單獨使用電力驅(qū)動系統(tǒng)，實現(xiàn)節(jié)能的效果。

常規(guī)混合動力汽車不具備插電口，無法外接電源，主要是利用發(fā)動機(jī)驅(qū)動發(fā)電機(jī)進(jìn)行電力輸出，相較于插電式混合動力汽車而言，能夠使用單獨燃油以及電力驅(qū)動系統(tǒng)，同時也能夠組合使用兩種驅(qū)動系統(tǒng)。常規(guī)混動汽車不需外接電源，油耗比傳統(tǒng)燃油車要低，在新能源汽車剛起步的時候發(fā)揮了極為重要的作用，可是因為難以完全擺脫發(fā)電機(jī)的束縛，節(jié)能的效果相對一般，同時伴隨著充電設(shè)施的不斷完善以及插電式混合動力汽車的發(fā)展，常規(guī)混動汽車的發(fā)展速度逐漸放緩，再加上當(dāng)前很多國家以及地區(qū)已經(jīng)將該車型劃定為傳統(tǒng)燃油車，不存在資金補(bǔ)貼以及優(yōu)惠政策，使得常規(guī)混動汽車的處境更加的艱辛。

2 新能源汽車的技術(shù)原理

2.1 純電動汽車技術(shù)原理

純電動汽車的技術(shù)原理主要內(nèi)容在于如何有效的存儲電力，純電動汽車和傳統(tǒng)汽車本質(zhì)區(qū)別就在于驅(qū)動力不同，純電動汽車是采用電力驅(qū)動的，這也是導(dǎo)致了純電動汽車在行駛的進(jìn)程中二氧化碳等氣體的排放量要比其他類型汽車都要少，是最環(huán)保的車型，同時也是我國近幾年大力倡導(dǎo)的新能源汽車類型。純電動汽車行駛過程中依托發(fā)電機(jī)驅(qū)動電動機(jī)的運轉(zhuǎn)，驅(qū)動汽車不斷行使，在汽車制動或者是減速的狀態(tài)下，汽車的電機(jī)不會持續(xù)提供動力，而是采用發(fā)電機(jī)的方式發(fā)電，并且將發(fā)出的電能完全儲藏在電池中，從而確保汽車動力雙向流動，提升汽車能效。總體來看，純電動汽車具備了零排放以及低噪聲的偶遇點，可以在區(qū)域電網(wǎng)低谷的情況下，通過充電填平峰谷，由于純電動汽車只是應(yīng)用了單一化的驅(qū)動形式，因此，整體控制技術(shù)以及驅(qū)動系統(tǒng)相對簡單，其主要劣勢為電池技術(shù)問題，所以在平時應(yīng)用的時候要建設(shè)大量的充電設(shè)施，同時后期的維護(hù)費用也較高。

當(dāng)前，隨著汽車普及程度的不斷加深，汽車尾氣所產(chǎn)生的污染問題也更加的顯著，在不同城市的環(huán)境污染指數(shù)當(dāng)中，汽車廢氣物占比較大，純電動汽車依托其低排放的特征能夠顯著的改變環(huán)境污染問題，推動低碳經(jīng)濟(jì)發(fā)展。通常來說，純電動汽車憑借著夜間給汽車電池充電，從而儲備足夠的能源，滿足白天行駛的要求。

2.2 混合動力汽車技術(shù)原理

作為一種重要的新能源汽車，混合動力汽車實現(xiàn)了傳統(tǒng)能源和新能源之間的結(jié)合，其在傳統(tǒng)燃料合理化應(yīng)用的基礎(chǔ)上，充分發(fā)揮了發(fā)動機(jī)輔助作用，使得能源消耗量不斷的降低，這對于當(dāng)前社會發(fā)展有著相對較大的推動作用。總體來看，混合動力汽車技術(shù)原理能夠歸納為以下三點：首先，串聯(lián)式原理有效應(yīng)用。將串聯(lián)式原理以及混動動力汽車所需要的電池對電量進(jìn)行調(diào)節(jié)，使用電池在汽車的電動機(jī)與發(fā)動機(jī)之間保持平衡作用，從而控制與管理汽車動力控制系統(tǒng)。其次，并聯(lián)式原理的合理化應(yīng)用。在混合動力汽車中使用并聯(lián)式原理可以使得混動汽車具備了電動機(jī)以及發(fā)動機(jī)等不同的驅(qū)動力，這兩個驅(qū)動力能夠單獨發(fā)動汽車，也能夠通過車輛動力控制系統(tǒng)實現(xiàn)二者的有效配合。這種類型的汽車能夠存儲電池當(dāng)中剩余的能量，保證汽車的正常行駛。最后，將并聯(lián)式與串聯(lián)式原理用于混動汽車技術(shù)原理中，依據(jù)二者的結(jié)構(gòu)需要有效整合，并且按照汽車實際的形式情況對自身運行的狀態(tài)進(jìn)行調(diào)整。

3 新能源汽車的相關(guān)技術(shù)分析

3.1 動力電池技術(shù)

電池能夠為新能源汽車提供能量，其可以存儲電網(wǎng)當(dāng)中的電量，通過持續(xù)充電、放電為車輛提供源源不斷的動力。新能源汽車想要實現(xiàn)商業(yè)化，提升其市場占有率，需要存在優(yōu)越于傳統(tǒng)汽車的優(yōu)良性能，這對于電動汽車的性能也提出了更高的要求，比如加速性能、續(xù)航里程以及爬坡能力等。電池價格占據(jù)了純電動汽車價格的絕大部分，所以電池性價比也成為了其是否能過推廣的關(guān)鍵。為了推動純電動汽車的研發(fā)效率，美國、歐洲、日本等國家都投入的大量資金研發(fā)車用鋰電池技術(shù)。鋰電池比鉛酸電池有著更高的功率密度、無記憶效應(yīng)、自放電小以及循環(huán)特性更好。在所有鋰電池中，全固態(tài)鋰電池應(yīng)用范圍更廣。全固態(tài)鋰電池指的是結(jié)構(gòu)當(dāng)中不包含液體，材料均為固態(tài)儲能器材。總體來看，主要是由正極、負(fù)極以及電解質(zhì)等內(nèi)容構(gòu)成，電解質(zhì)通常為固態(tài)，其結(jié)構(gòu)、密度有助于帶電粒子向一端聚集，從而保證電流傳導(dǎo)量最大化，有效提升電池的容量。固態(tài)電池有著更高的能量密度，體積也會更小。當(dāng)前在專用車以及乘用車市場上，三元鋰電池占主流地位；客車市場主要是磷酸鐵鋰電池，當(dāng)前，純電動汽車的續(xù)航里程為300-500公里。具有同樣體積的固態(tài)電池容量密度能夠保持在400Wh/kg，最高的時候能夠達(dá)到600Wh/kg，是當(dāng)前動力電池能量密度4-5倍，表明電量將會憑借著相同倍數(shù)不斷增加，續(xù)航里程相較于之前有著較大幅度的提升。

全固態(tài)鋰電池將是未來電池技術(shù)的發(fā)展方向，能夠在相同體積的基礎(chǔ)上獲得更長續(xù)航里程，在同樣續(xù)航里程條件下能夠?qū)崿F(xiàn)更小體積，現(xiàn)在包括比亞迪、沃特瑪、寧德時代以及豐田在內(nèi)的多家汽車企業(yè)都開始研發(fā)固態(tài)電視，可是受限于技術(shù)難度以及制造成本，該技術(shù)的研發(fā)進(jìn)度相對緩慢。

3.2 電機(jī)技術(shù)

當(dāng)前，新能源汽車電機(jī)主要采用前置以及后置電機(jī)，連接動力電池以及傳動軸，其結(jié)構(gòu)比較成熟，裝配也較為簡易，可是因為需要通過傳動系統(tǒng)輸送動力到輪胎上，難免會導(dǎo)致電機(jī)功率出現(xiàn)損耗，對汽車性能以及電機(jī)使用壽命產(chǎn)生影響，輪轂電機(jī)將傳動裝置、動力裝置以及制動裝置共同整合到輪轂當(dāng)中，從而簡化了電動汽車機(jī)械部件，重量更輕，提升了車身空間使用率，電機(jī)將動力直接傳送到輪轂上，在傳動過程中不會出現(xiàn)損耗，車輛性能也可以得到充分的發(fā)揮，此外，輪轂電機(jī)本身具備了單個車輪獨立驅(qū)動的性質(zhì)，所以，不管是前驅(qū)、四驅(qū)還是后驅(qū)，它都能夠輕松實現(xiàn)，全時四驅(qū)在利用輪轂電機(jī)驅(qū)動的車輛當(dāng)中更加容易實現(xiàn)，這些優(yōu)勢是傳動電機(jī)所不具備的，當(dāng)然，輪轂電機(jī)要在空間相對較小的輪轂中布置，結(jié)構(gòu)更加的復(fù)雜，技術(shù)難度也相對較高，要通過長期研發(fā)才可以普及技術(shù)。

4 結(jié)語

隨著科技的發(fā)展，傳統(tǒng)能源汽車相關(guān)技術(shù)得到了優(yōu)化、升級，通過對計算機(jī)技術(shù)以及電子技術(shù)的合理化應(yīng)用，使得汽車在底盤、安全駕駛以及發(fā)動機(jī)等層面都得到了突破，有效提升了汽車性能。但是伴隨著新能源汽車的出現(xiàn)，傳統(tǒng)技術(shù)無法照搬到新能源汽車上，需要對相關(guān)技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化，解決新能源汽車技術(shù)當(dāng)中所存在的弊端，推動新能源汽車?yán)^續(xù)朝著智能操作以及無人駕駛的方向不斷發(fā)展。

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