新能源技術現狀及發展趨勢

孟慶雙

(山東交通職業學院 泰山校區，山東 泰安 271000)

0 引言

汽車行業是汽油、柴油等燃料消耗量最大的行業，據統計，中國汽車耗油約占整個石油消費量的57%，從全球石油資源的角度來看，石油資源的總量已不能滿足未來汽車行業的需求；另一方面，燃料的消耗對環境帶來了很大的負面影響，汽車二氧化碳排量占總排放的三分之一以上，這與我國建設環境友好型社會的基本國策相違背。在以上兩點背景下，為減輕資源消耗，避免資源枯竭，保護環境，建設環境友好型社會，綠色新能源的開發與利用成為了汽車行業重點關注的問題。近年來，我國新能源技術獲得了迅猛發展，新能源產業規模不斷擴大， 技術水平也在逐步提高和完善，但是在核心技術上還存在短板，導致面對競爭時在成本、穩定性等方面不占優勢，仍需要未來長時間的探索和發展去不斷完善。

1 新能源技術的發展狀況及應用

據統計，新能源乘用車銷量呈逐年上升趨勢，2020年達到117萬臺，同比增長11%；從國家規劃來看，在2025年左右，新能源汽車的占比可達到20%。因此，無論是從市場態勢還是從國家政策的角度來看，新能源技術不僅得到了政策的支持，而且也得到了汽車行業及消費者的肯定，且從發展趨勢來看，新能源技術在汽車行業的推廣規模仍將不斷擴展。

從技術的角度來看，雖然我國的新能源技術起步較晚，但很多方面已經達到了國際先進水平。從續航角度來看，我國電動汽車主流車型的續航在2014年就可達300 km以上，已經趕上了該行業的國際先進水平；從動力角度來看，在技術的不斷革新和改良之下，行業推出的動力電池能量密度達到2 Wh·kg-1，且成本僅為1.2元·(Wh)-1，相比之前密度提升了兩倍，成本降低了50%以上。因此，從技術角度來看，我國新能源汽車行業經歷了快速的技術提升，推動著新能源汽車向效率更高、成本更低、可靠性更強的方向發展。

從應用的角度來看，目前新能源汽車技術的應用主要體現在電力、氫動力、燃氣等多個方面[1]，本文僅闡述電力驅動新能源汽車的應用：

1)純電力驅動汽車(BEV)。該類車型的最顯著特點就是動力完全來源于車載電池，以電力作為最核心的驅動力，其電池一般采用高效的充電蓄電池。一般來說，純電動汽車會帶有輔助動力源，因為單一蓄電池作為動力源的電動汽車在性能方面會相對欠缺，且可靠性也難以保證，因此常會配備輔助動力源，包括太陽能、超級電容器、發電機組等，可以在電動汽車的運行性能提高、可靠性保證、續航里程的提高等方面起到顯著的作用。

2)混合動力驅動汽車(HEV)。該類汽車的動力包含燃油和電力兩部分，兩者的結構有串聯、并聯和混聯三種方式。串聯型結構是實現能量形成、應用過程的完全獨立，優勢在于能夠實現燃油消耗的經濟性，不僅降低了成本，而且減少了污染；并聯結構則是對電動機、發動機以分別、獨立的方式進行驅動，使用異步交流電動機，能夠同時作為發電機或者電動機進行使用；混聯式結構系統方面，則通過動力分配裝置對動力進行區分，其中一部分對汽車進行直接的驅動，另一部分則對交流發電機進行驅動，交流發電機在運行當中，能夠在對電機進行有效驅動的情況下，實現對蓄電池的充電。

3)燃料電池汽車(FCEV)。該類汽車的核心部件是燃料電器，其工作原理是作為燃料的氫在汽車搭載的燃料電池中，與大氣中的氧氣發生氧化還原化學反應，產生電能來帶動電動機工作，由電動機帶動汽車中的機械傳動結構，進而帶動汽車的前橋(或后橋)等行走機械結構工作，從而驅動電動汽車前進。

以上三種均為電動汽車，其中最普及的仍然是純電動汽車，隨著新能源技術的發展和突破，純電動汽車解決了以往續航距離有限的最大缺陷，得到了行業的推廣和消費者的接受。

2 新能源技術面臨的挑戰

新能源技術在我國的發展時間較短，因此存在著多方面的問題，包括核心技術的短板、基礎設施的不完善、國際市場競爭力不強等，這都是新能源技術未來發展過程中將會面對的挑戰。

2.1 核心技術存在短板

新能源核心技術可以概括為“三電”技術，即電驅技術、電池技術、電控技術(圖1)。電池技術的關鍵在于電芯，但是我國目前還是沒有研發出屬于自己的電芯，制約了我國新能源汽車的快速發展，目前常見的代表新能源汽車及相關電池參數如表1所示；電驅技術主要由傳動機構、電動機、逆變器等組成，但是目前我國常用的為單機轉速，沒有離合與變速，也制約了新能源技術在制造業的發展。隨著新能源技術的不斷發展和新能源汽車的快速推廣，國家也增加了對新能源研究的投入，我國大部分汽車企業也開始給予新能源汽車足夠的重視，增加了相關的技術投資和人才引進，不論從技術水平還是制造水平上都已經具有了很高的水準。但畢竟行業起步較晚，在整車技術、電控技術、電池系統技術等核心技術方面與國外先進水平還存在著不小的差距[2]，這些差距不僅體現在產品的性能、質量、可靠性方面，且在一定程度上會導致行業發展瓶頸。

圖1 新能源核心技術示意圖

表1 代表車型及電池參數

2.2 市場競爭愈發激烈

無論是從國內還是從國外，新能源汽車必將是一個不可取代的新趨勢。國內各大汽車制造商都希望在市場競爭中占據優勢，不斷增加新能源技術相關的投入。而國外的很多汽車制造企業，例如，美國的特斯拉、日本的豐田等，不論是從核心技術還是從市場占有率方面都占據了很大的優勢，對國內各品牌帶來了不小的沖擊，使得很多國內品牌在國際競爭中處于下風。

2.3 基礎設施落后

新能源汽車的興起，帶動了國內很多汽車品牌的發展，例如，蔚來、理想、小鵬等。除了這些有活力的新品牌的發展，基礎設施的建設也取得了較大的進展，2019年前五個月國內公共充電設施增量達6.9萬臺，同比增長32.6%，隨車配建充電設施為9.8萬臺，同比增長35.5%，漲勢迅猛。但基礎設施的總量仍無法滿足需求，諸多消費者猶豫選購新能源汽車的最主要原因之一就是基礎設施的不完善，導致使用過程中的諸多不便。但是客觀來講，我國地域遼闊，基礎設施的建設工程量太過龐大，基礎設施覆蓋率難以在短時間內趕上其他發達國家，因此基礎設施的不完備也是新能源技術發展將要面對的重要挑戰。

3 新能源技術的未來發展趨勢

3.1 混合動力新能源汽車

分析新能源技術未來趨勢的前提是要認清其發展的現實狀況，從能源的角度來看，電力無疑是最佳的選擇，盡管氫燃料、氣體燃料等具有很多方面的優勢，但其技術的成熟程度和可靠性仍相對欠缺，無法撼動電力的地位[3]。而電力驅動的技術到目前為止也還是不夠成熟的，單純依靠電力難以保證新能源汽車的性能和穩定性，因此混合動力的新能源汽車將會是未來很長一段時間的發展趨勢。電力技術和燃油技術已經有了悠久的發展歷史，兩者相互協調配合，一方面能夠緩解僅靠電力技術的不足之處，另一方面還能夠減輕石油這種不可再生資源的消耗量，從而降低了碳排放，保護了環境。此外，電力與燃油動力相結合的方式對電動力技術的發展也能起到推動作用，能夠幫助混合動力的新能源汽車向著純電動的新能源汽車轉型[4]。因此，不論是從新能源技術成熟度還是從我國的國情來看，混合動力的新能源汽車將會是目前最適合也是最具潛力的選擇，也將會是未來很長一段時間內的重點發展對象。

3.2 純電動汽車

現在市場上的新能源汽車多數是混合能源的電動汽車，雖然國內外都有一定數量的純電動汽車品牌，但是由于研發技術不夠成熟，其使用過程的穩定性和可靠性不高，尤其是電池對續航時間和里程的影響，導致其使用的不便。雖然我國在相關領域投入了很大精力，但仍有很多核心技術未取得突破。新能源技術未來發展過程當中，應當與混合能源汽車為過渡，在此期間取得技術上的進步，而后逐漸轉向純電動的新能源汽車。因此，無論是從降低碳排放，實現可持續發展的角度還是從新能源技術的發展來看，純電動汽車必然是新能源技術發展的最終目標。

3.3 多元化新能源汽車產業化發展

目前，新能源汽車主要包括節能汽車、純電動與插電式混合動力汽車、氫燃料電池汽車、智能網聯汽車、汽車動力電池。新能源汽車的核心技術主要包括汽車電驅動總成系統、充電基礎設施、汽車輕量化、汽車智能制造與關鍵裝備等技術，將各項技術在新能源汽車中進行多元化應用(圖2)，有利于新能源汽車的發展與核心技術的提高。

圖2 新能源汽車核心技術發展概況

4 結語

新能源技術現如今仍然屬于快速發展的時期，雖然我國在核心技術上還存在著很多不足，但是從新能源汽車的接受和普及程度，以及配套設施的建設速度來看，新能源動力汽車必將是未來發展的新趨勢，將會逐漸取代傳統汽車。現階段，我國新能源技術發展的重點應該放在技術的突破上，解決核心技術不完善的現狀，補全技術短板，提高行業的核心競爭力，相信在新時代我國的新能源技術必將化挑戰為機遇，取得全面的發展和進步。