汽車新能源與節能技術應用研究

胡 燁

（吉林省城市技師學院，吉林長春 130102）

0 引言

隨著國家經濟總量的不斷增長，人們生活水平逐漸提升，汽車作為代步工具進入千家萬戶，為人們的出行帶來極大便利。傳統汽車能源主要以汽油為主，汽油是石油經過提煉加工而成的，隨著人們環保意識的逐漸提高，汽車的污染問題已經被越來越重視，節能減排將成為汽車行業發展的重要方向。

在這樣的背景下，新能源汽車逐步進入人們的視野，現在已經得到越來越多人的認可。未來新能源汽車將會極大提升市場競爭力，汽車新能源與節能技術在研發和應用方面將具備極大潛力。

1 發展汽車新能源與節能技術的意義

隨著經濟全球化的持續推進，工業污染逐漸加劇，各國也逐漸重視起環境友好型工業的發展，解決污染問題的最根本途徑，就是重視能源轉型。以汽車工業為例，全球汽車保有量在發展中國家的數量持續上升，這加劇了石油的消耗過程，可能會超過60%。加上石油供應不太穩定，國際油價起起伏伏，這也使新能源汽車發展更具現實意義。由此可見，汽車新能源與節能技術的發展未來有巨大推廣意義。

新能源汽車主要有氫動力汽車、純電動汽車、燃氣動力、混合動力汽車等類型。其中，混合動力汽車以日本汽車企業生產的為主，技術相對成熟，且在日本、歐洲與北美市場反應良好；純電動汽車、氫能源汽車、燃氣動力汽車等各項關鍵技術也取得了一定突破，在部分試點取得了較好的反響。

2 汽車新能源技術

2.1 汽車氫動力技術

氫動力技術是很多汽車品牌推崇的理想節能技術之一，該技術主要是強化對性能較好儲氣裝置的應用，可以對多層復合金屬材料進行中空設計，在維持液態狀態的同時儲存氫氣燃料，使生產成本更加可控，也無需擴大機械內部結構空間。如果氫動力技術趨向成熟，則汽車最終的污染排放物是水，可以真正實現污染零排放，體現了無污染的特征，彰顯了汽車技術的環境友好型發展趨勢。

2.2 電力驅動技術

純電動車核心可以利用電力驅動，實現對各裝置的控制，在驅動動力上以車載電源為主，應用電機完成對車輪的驅動。以電力驅動技術為主生產的純電動汽車，不會產生過多的廢氣污染，而且電機在振動過程中不會出現較大噪聲，從而避免對人體產生的噪聲傷害。電力驅動技術以電動汽車電池的應用為主，但是此類汽車動力電池無法同時兼顧控制成本、提高容量和安全性。為實現在大范圍的推廣，純電動汽車首先應當嚴格篩選先進的蓄電池，這個過程往往需要花費較長的時間。從當前的情況來看，受到人們推崇的蓄電池類型有鋰聚合物電池、氫鎳電池、鋰離子等。此外，電動汽車的結構相對簡單，沒有較多復雜的運轉部件，這為日后的維修與保養提供了很大便利。

2.3 燃料電池

燃料電池汽車的工作原理：將燃料電池放在動力核心位置，通過燃料電池產生對電機的推動力量。燃料電池動力系統主要包含儲氫系統、驅動電機、燃料電池系統、動力蓄電池等結構，燃料電池本質上是電化學反應的過程，在一定反應條件下實現燃料電池能量化學能到電能的轉換。現階段氫氧燃料電池是燃料電池的主要形式，通過氫氣與氧氣合成水的反應過程釋放電能。

2.4 新能源可燃冰

可燃冰的開發與探測技術的發展息息相關。在世界各國致力于新能源的尋找時，類似天然氣水混合物的新能源——可燃冰，逐漸受到了人們的關注。與煤和石油相比，可燃冰燃燒值高出數倍。由于在常溫環境下，可燃冰的特性與天然氣較為相似，因此也有“固體瓦斯”“天然氣冰”的別稱。未來可燃冰可以替代煤與石油，具有較大開發與推廣價值。但是可燃冰的開采難度較大，如果不注意安全就會產生較大事故，因此如何提升開采安全性，還需要研發人員的進一步努力。

2.5 太陽能技術

強化太陽能電池技術的應用，可以提升太陽能能量轉化率，防止資源產生過多消耗，減少汽車運行成本。在電池技術上，現階段太陽能汽車中光伏電池板主要以硅電池、薄膜電池為主。在車體技術上，當前成型的太陽能汽車車體以車身形狀扁平情況居多，以流線型線條為主，設計原則主要以實現車的安全行駛以及最大限度實現能量吸收為基準。在車底盤結構設計方面，主要分為承載式、半承載式與無載荷組合式殼體。理論研究表明，3種底盤在車輛重量與強度上并無明顯差異，但是在荷載重心方面卻存在著較大區別，承載式和無承載式主要是車體承載，半承載式主要是艙壁承載。

在電力驅動技術上，國內以太陽能電機、內燃機混合驅動系統為主，主要是太陽能光伏電池成本較高，而且蓄電池容量相對受限，無法有效滿足各種工況之下的汽車動力要求，所以現階段的汽車驅動系統以內燃機混合驅動方式居多。在太陽能混合驅動系統中，汽車系統會根據具體情況（道路情況、天氣情況等）作出具體選擇：勻速行駛時以太陽能驅動為主，加速爬坡時以混合驅動為主，靜止時進入蓄電池充電狀態。

3 汽車節能技術

3.1 汽車混合動力技術

在各項汽車新能源與節能技術中，汽車混合動力技術發展相對成熟，也是人們相對熟悉的、在市場上反響較好的一種技術，其中豐田汽車的應用成績較好。當前技術研發背景下，汽車混合動力技術可分成汽油機與電機混合、柴油機與電機混合兩種。在工作原理上，混合動力技術主要是應用發動機與電機互相配合，從而在汽車需要爬坡或加速時，提供所需要的瞬時爆發力，在汽車處于高速巡航狀態時，可以減少發動機的出力，降低發動機油耗。此外，混合動力技術還包含能量回收技術，回收、利用汽車制動時產生的熱量。

通常情況下，混合動力汽車可以選擇單一電機驅動方式。以電機輸出功率在混合動力系統功率中整體占比來看，可以分為4 種：混合動力系統、完全混合動力系統、中混合動力系統和輕混合動力系統。其中，混合動力系統應用的是混合動力，是在內燃機基礎上進一步啟動電機而提供的動力；完全混合動力系統主要應用高壓啟動電機，混合程度可超過50%，是混合動力技術的未來重要發展方向；中混合動力系統應用高壓啟動電機，如果汽車負荷較大，在發動機功率不夠的情況下電機可以起到一定輔助作用；輕混合動力系統則主要采用集成啟動電機，當汽車減速或制動時可以對吸收少部分能量，在汽車平穩行駛中發動機可以保持等速運轉。

3.2 藍驅技術

藍驅技術實際上是在固有車型與發動機基礎上產生的優化產品，可以實現汽車燃油消耗的節能效果。與普通車型相比，車體應用藍驅技術則變速箱三擋到五擋的傳動比也產生一定變化，使汽車即使處在高速巡航狀態可以達到省油狀態。另外，藍驅技術還基于空氣動力學原理優化了車身設計，改變了車身機構如滾動阻力、底盤高度、胎壓、風阻系數等參數。

3.3 汽車壓燃技術

當前，汽車的發動機主要以往復式內燃機為主，燃料通常為汽油與柴油，汽油點火方式為火花塞點火，柴油點火方式為活塞壓燃方式。在點火方式存在差異，也會使柴油機壓縮比更高于汽油機，進一步提高了燃油效率。相應地，汽油機應用的火花塞點火方式也會讓發動機產生較小的噪聲與振動。汽車壓燃技術本質上也是兩種技術的有機融合，如果發動機采用了汽車壓燃技術，在技術結構上和普通發動機相比，更加復雜，產生更高的壓縮比。燃料可以在同一時刻燃燒，以此提升了燃油使用率。此外，可以通過對滴噴油量的調節來完成對扭矩的調節，避免應用節氣門。而且，壓燃技術可以降低發動機燃燒溫度，降低熱輻射傳遞，減少燃燒周期，因此技術應用相對成熟，未來推廣價值較大。

3.4 汽車可變排量技術

汽車可變排量技術的實質也就是通過電腦控制技術，實現對發動機排量的調整，進而提高汽車燃油經濟性，實現能耗的降低。汽車運行階段，可變排量技術可以結合汽車在不同行駛狀況下動力需求的差異，進而調整發動機有效排量，令做功氣缸長時間處在大負荷狀態，達到節能要求。可變排量技術的研發最早可追溯至20 世紀80 年代，但由于當時技術還不夠成熟，運行缺陷較多。隨著汽車技術飛速發展，技術產生了較大變化，在發動機進氣溫度的控制技術方面現在我國已經取得了一定進展，實現了汽車排量的控制。基于空氣熱脹冷縮原理，如果汽車處于怠速或制動狀態，汽車內部的熱氣管道就會持續輸送熱空氣至發動機部位，維持內燃機燃燒，從而利于內燃機在較好工況下工作、減少噴油量。

4 結束語

隨著技術的快速發展，我國汽車行業也發生了較大變化，但目前在汽車重要零部件的研發方面，我國與西方發達國家相比還有很大距離要追趕。因此，相關技術的研發既要放眼未來，也要致力于傳統汽車技術的改進，保證傳統與現代兩者并行，不能只看重節能技術與新能源汽車的研發。由此可見，改革與創新應并重，從而實現傳統與新能源汽車的共同發展。

作為推動經濟發展的重要力量，汽車行業應在節能減排原則下，注重新能源與節能技術在生產中的推廣，進而實現經濟效益與社會效益的雙贏。