新能源汽车的研究进展

新能源汽车的研究进展

郑思恩

摘要：汽车产业近年来迅猛发展，新能源汽车品种层出不穷，所谓的新能源汽车，就是指使用传统燃油以外的能源作为动力来源（或使用常规的车用燃料、采用新型车载动力装置），综合车辆的动力控制和驱动方面的先进技术，形成的技术原理先进、具有新技术、新结构的汽车。汽车产业作为国民经济体系中重要的组成部分，在很大程度上代表着国家的综合国力和工业生产的整体发展水平。由于传统的燃料动力对环境污染与能源问题带来的严重负面影响，开发新能源应用技术是实现可持续发展的必由之路。文章围绕着新能源汽车种类及特点、最新的技术及我国产业近况、新能源与智能化相结合、国家的宏观政策与目标进行介绍，最后对新能源汽车产业未来的发展作出展望。

1.新能源汽车种类及特点

新能源汽车主要包括燃料电池电动汽车(FCEV)、混合动力汽车（HEV）、氢能源动力汽车、纯电动汽车(BEV，包括太阳能汽车)、其他新能源(如高效储能器、二甲醚)汽车各类型产品。

1.1、燃料电池电动汽车(FCEV)：

是以氢气、甲醇等为燃料，通过化学反应产生电流，依靠电机驱动的汽车。其电池的能量是通过氢气和氧气的化学作用，而不是经过燃烧，直接变成电能的。与传统汽车相比，燃料电池汽车具有以下优点：

1、零排放或近似零排放。

2、减少了机油泄露带来的水污染。

3、降低了温室气体的排放。

4、燃油电池的转化效率高（60%左右），整车燃油经济性良好。

5、运行平稳、无噪声。

缺点：燃料电池成本高昂，同时使用成本（氢）也昂贵。

1.2、混合动力汽车：

是指采用传统燃料，同时配以电动机或发动机来改善低速动力输出和燃油消耗的车型。混合动力汽车按照燃料种类的不同，又可以分为汽油混合动力汽车和柴油混合动力汽车两种。目前在国内，混合动力车辆的主流都是汽油混合动力为主，而国际上柴油混合动力车型的发展也比较快速。

优点：

1、采用混合动力后可按平均需用的功率来确定内燃机的最大功率，发动机相对较小（downsize），此时处于油耗低、污染少的最优工况下工作。由于内燃机可持续工作，电池又可以不断得到充电，故其行程和普通汽车一样。

2、因为有了电池，可以十分方便地回收下坡时的动能。

3、在繁华市区，可关停内燃机，由电池单独驱动，实现“零”排放。

4、有了内燃机可以十分方便地解决耗能大的空调、取暖、除霜等纯电动汽车遇到的难题。

5、可以利用现有的加油站加油，不必再投资。

6、可让电池保持在良好的工作状态，不发生过充、过放，延长其使用寿命，降低成本。

7、整车由于多个动力源，可同时工作，整车的动力性优良。

缺点：系统结构相对复杂；长距离高速行驶省油效果不明显。

1.3、氢能源动力汽车：

就是以氢气为汽车燃料的汽车。氢能源动力汽车是一种能真正实现零排放的交通工具，排放出的是纯净水，具有无污染，零排放，储量丰富等优势，因此，氢动力汽车是传统汽车最理想的替代方案。不过，氢燃料电池成本过高，而且氢燃料的存储和运输按照目前的技术条件来说相对有点困难。

氢动力汽车

优点：排放物是纯水，行驶时不产生任何污染物。

缺点：氢燃料成本过高，而且氢燃料的存储和运输按照技术条件来说非常困难，因为氢分子非常小，极易透过储藏装置的外壳逃逸。另外最致命的问题，氢气的提取需要通过电解水或者利用天然气，如此一来同样需要消耗大量能源，除非使用核电来提取，否则无法从根本上降低二氧化碳排放。

超级电容汽车

优点：充电时间短、功率密度大、容量大、使用寿命长、免维护、经济环保等，缺点：能量密度低，很难满足整车需求，故一般作为辅助蓄能器；功率输出随着行驶里程加长而衰减等。

1.4、纯电动汽车(BEV，包括太阳能汽车)：

主要是采用电力驱动的汽车，目前，大部分车型是直接采用电机驱动的，有一部分车辆则把电动机装在发动机舱内，也有一部分直接以车轮作为四台电动机的转子，而其难点在于电力储存技术。

优点：技术相对简单成熟，只要有电力供应的地方都能够充电。

缺点：蓄电池单位重量储存的能量太少，还因电动车的电池较贵，又没形成经济

规模，故购买价格较贵；至于使用成本，有些试用结果比汽车贵，有些结果仅为汽车的1/7~1/3，这主要取决于电池的寿命及当地的油、电价格。

1.5、其他新能源汽车：

包括压缩天然气、液化石油气、液化天然气和乙醇等作为燃料的汽车。目前，许多国家和地区在这方面的新能源汽车已经有了较大的推广，这也将成为未来世界汽车产业发展的趋势。

2 目前新能源汽车动力三大技术

2.1 纯电动技术：

因为不借助任何汽油燃料的帮助，纯电动被认为是目前最好的新能源技术。

由于三元锂电技术代替了磷酸铁锂电池，解决的体积大存电少的缺点。更长的续航里程是三元锂电池的特点之一，同时三元材料锂电池的安全问题已得到改善和解决。目前三元材料采用的是1∶1∶1的结构，结构更为稳定。此外，三元锂电池通过电解液以及特殊的陶瓷隔膜技术制作，陶瓷隔膜可以在电池内部短路时隔开短路源，从而明显提高三元锂电池的安全性能。电池的更新，使新能源汽车迅速的发展。

2.2 插电式混动技术：

与纯电动车仅靠电力驱动不同，插电式混动技术在蓄电池电量储备不足的情况下，可以通过自身搭载的汽油发动机弥补蓄电池的里程限制，在蓄电池的续航里程未达到汽油车水平时，插电式混动技术成为最可行的新能源车发展方式之一。

与纯电动车相比，插电式混动技术与其基本相同，同样需要对电池充电，实现纯电动模式行驶，与纯电动车惟一不同的是，使用插电式混动技术的车型装配了一台发动机。在电池电量耗尽后，以汽油发动机为主的混合动力模式行驶，并适时向电池充电。

借助发动机回收电能与纯电动、插电式混动相比，虽然油电混动技术的电力介入程度最少，但其能够有效降低汽油消耗量，被认为是新能源发展中最佳的过渡形式。

统计结果显示，采用混联式油电混动技术的车型节油达40%。装配该技术的车型具有功率基本相当的发动机和发电机，驾驶者可在纯电动、混合以及汽油三种模式下进行选择。行驶中，汽油发动机带动驱动电动机为电池充电。

目前，油电混动技术已发展得较为成熟，大多数电池寿命很长。因为多了引擎提供动力，电池的使用较少，并无需停下充电，可以优化充电方法，使电池寿命大幅延长，甚至到车辆停驶报废也无需更换电池。

2.3 BMS技术

BMS（电池管理系统）大幅度的提高了新能源汽车电池的利用率，防止汽车电池出现过度充电和过度放电，延长了电池的寿命，监控电池的状态，对新能源电力汽车质的飞跃。下图是BMS的软件构架：