黃超

摘要：隨著技術(shù)的發(fā)展，新能源汽車(chē)越來(lái)越被大眾認(rèn)可，文章論述了新能源汽車(chē)的概念與發(fā)展現(xiàn)狀，闡述了插電式混合動(dòng)力汽車(chē)、燃料電池汽車(chē)存在的問(wèn)題，并分別介紹新能源汽車(chē)的關(guān)鍵部件，驅(qū)動(dòng)電機(jī)、電池、電池管理系統(tǒng)的發(fā)展概況，并且展望了未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)，其生產(chǎn)工藝與效率必將大大提升。

關(guān)鍵詞：新能源汽車(chē);混合動(dòng)力;氫燃料

引言

隨著技術(shù)的發(fā)展，新能源汽車(chē)逐漸被大眾所接受，但是其關(guān)鍵技術(shù)也待于突破，國(guó)內(nèi)外均制定了發(fā)展計(jì)劃，本人對(duì)前人研究進(jìn)行總結(jié)，并且提出自己對(duì)未來(lái)發(fā)展的看法。

1 新能源汽車(chē)的概念與發(fā)展現(xiàn)狀

1.1 新能源電動(dòng)汽車(chē)概念

新能源汽車(chē)是指除利用傳統(tǒng)汽油、柴油等化石燃料提供動(dòng)力的汽車(chē)。按照中華人民共和國(guó)國(guó)家發(fā)展與改革委員會(huì)公告定義，新能源汽車(chē)是指采用非常規(guī)的車(chē)用燃料作為動(dòng)力來(lái)源（或使用常規(guī)的車(chē)用燃料、采用新型車(chē)載動(dòng)力裝置），綜合車(chē)輛的動(dòng)力控制和驅(qū)動(dòng)方面的先進(jìn)技術(shù)，形成的技術(shù)原理先進(jìn)，具有新技術(shù)、新結(jié)構(gòu)的汽車(chē)。新能源汽車(chē)包括四大類(lèi)型，混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(chē)（HEV）、純電動(dòng)汽車(chē)（BEV，包括太陽(yáng)能汽車(chē)）、燃料電池電動(dòng)汽車(chē)（FCEV）、其他新能源（如超級(jí)電容器、飛輪等高效儲(chǔ)能器）汽車(chē)等。

1.2 新能源電動(dòng)汽車(chē)的發(fā)展現(xiàn)狀

1.2.1 新能源汽車(chē)較傳統(tǒng)燃油車(chē)的優(yōu)點(diǎn)

1.2.1.1 更節(jié)能環(huán)保、排放低，經(jīng)濟(jì)性好

新能源汽車(chē)多采用純電動(dòng)或者混合動(dòng)力、還有燃料電池系統(tǒng)為汽車(chē)提供動(dòng)力。純電動(dòng)與燃料電池汽車(chē)零排放，其污染極低，符合我國(guó)民保護(hù)環(huán)境的理念，混合動(dòng)力汽車(chē)只有在加速、爬坡、電池電量不足的情況下，發(fā)動(dòng)機(jī)參與工作，其也大大減少尾氣的排放，電能的價(jià)格更低，經(jīng)濟(jì)性更優(yōu)。

1.2.1.2 運(yùn)行平穩(wěn)、噪聲低、舒適性好、傳動(dòng)系效率高

新能源汽車(chē)采用電動(dòng)機(jī)直接驅(qū)動(dòng)汽車(chē)，在怠速、或者等交通信號(hào)燈的情況下，一些汽車(chē)應(yīng)用自動(dòng)啟停技術(shù)，控制發(fā)動(dòng)機(jī)熄火，既降低排放，又減弱噪聲，啟動(dòng)工況時(shí)，電機(jī)經(jīng)電池直接供電，其噪聲極低，提高乘坐舒適性，并且傳動(dòng)更加高效。

1.2.2 目前存在的問(wèn)題

1.2.2.1 插電式混合動(dòng)力充電問(wèn)題

目前我國(guó)除大中心城市外，大多城市充電設(shè)施不完善，這也從某種程度上制約的新能源汽車(chē)的發(fā)展，其續(xù)駛里程短，并且由于電池技術(shù)待于突破，充電速度也受到限制。

1.2.2.2 電池更換、維修成本，安全問(wèn)題

在新能源汽車(chē)整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，電池是重中之重，其價(jià)值也占汽車(chē)的很大比重，在新能源汽車(chē)運(yùn)行一定年限后，其電池效率下降，其更換成本較高。由于電池內(nèi)部容易在汽車(chē)運(yùn)行過(guò)程中受到多方面的影響，如溫度、壓力、內(nèi)部結(jié)構(gòu)發(fā)生形變等因素，電池可能發(fā)生泄漏，自燃等事故，新能源汽車(chē)在于不可控因素可能導(dǎo)致重大安全問(wèn)題。

2 新能源汽車(chē)關(guān)鍵技術(shù)

2.1 驅(qū)動(dòng)電機(jī)技術(shù)

2.1.1 電機(jī)主要類(lèi)型

永磁式電動(dòng)機(jī)：分為無(wú)刷直流電機(jī)與永磁同步電機(jī)，這兩種電機(jī)在結(jié)構(gòu)和工作原理上大體相同，轉(zhuǎn)子都是永磁體，減少了勵(lì)磁所帶來(lái)的損耗，定子上安裝有繞組通過(guò)交流電來(lái)產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，所以冷卻相對(duì)容易。由于這類(lèi)電機(jī)不需要安裝電刷和機(jī)械換向結(jié)構(gòu)，工作時(shí)不會(huì)產(chǎn)生換向火花，運(yùn)行安全可靠，維修方便，能量利用率較高。同時(shí)，轉(zhuǎn)子上的永磁材料在高溫、震動(dòng)和過(guò)流的條件下，會(huì)產(chǎn)生磁性衰退的現(xiàn)象，所以在相對(duì)復(fù)雜的工作條件下，永磁式電機(jī)容易發(fā)生損壞。而且永磁材料價(jià)格較高，因此整個(gè)電機(jī)及其控制系統(tǒng)成本較高。

開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)：作為一種新型電機(jī)，相比其他類(lèi)型的驅(qū)動(dòng)電機(jī)而言，開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)的結(jié)構(gòu)最為簡(jiǎn)單，定、轉(zhuǎn)子均為普通硅鋼片疊壓而成的雙凸極結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)子上沒(méi)有繞組，定子裝有簡(jiǎn)單的集中繞組，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單堅(jiān)固、可靠性高、質(zhì)量輕、成本低、效率高、溫升低、易于維修等諸多優(yōu)點(diǎn)。而且它具有直流調(diào)速系統(tǒng)的可控性好的優(yōu)良特性，同時(shí)適用于惡劣環(huán)境，非常適合作為電動(dòng)汽車(chē)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)使用。

2.1.2 驅(qū)動(dòng)電機(jī)未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)

新能源汽車(chē)驅(qū)動(dòng)電機(jī)小型化、輕量化趨勢(shì)，近年來(lái)將電動(dòng)汽車(chē)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)一體化研究進(jìn)步很大，將驅(qū)動(dòng)電機(jī)，逆變器，減速器集成化，可以降低成本，實(shí)現(xiàn)小型化、輕量化。智能化，隨著單片機(jī)微型處理器的發(fā)展，對(duì)電機(jī)的智能化控制越來(lái)越強(qiáng)，各種算法也可以得到應(yīng)用，電機(jī)的工作性能可以得到更好地發(fā)揮?？梢該碛凶晕腋隆⒆晕疫m應(yīng)等功能。驅(qū)動(dòng)電機(jī)是新能源汽車(chē)的核心部件，隨著汽車(chē)對(duì)動(dòng)力的要求越大，電機(jī)的發(fā)展應(yīng)著重于高速度、高效率、低噪聲、低成本，提升電機(jī)的轉(zhuǎn)矩和功率密度。將驅(qū)動(dòng)電機(jī)與減速器直接集成為模塊化，可降低重量、體積，又可以提升電驅(qū)動(dòng)的 NVH 水平。對(duì)電機(jī)的控制器進(jìn)行集成化設(shè)計(jì)，與多種控制器的功能集成，會(huì)提成電機(jī)的工作效率、功率密度。

2.2 電池技術(shù)

電池是電動(dòng)汽車(chē)的動(dòng)力來(lái)源，它的性能直接決定著汽車(chē)的動(dòng)力性與續(xù)駛里程。

2.2.1 電池的發(fā)展現(xiàn)狀

汽車(chē)動(dòng)力電池大體可分為三種，鎳氫電池、鉛酸電池、鋰離子蓄電池，鎳氫電池是由氫離子和金屬鎳合成，多數(shù)用于混合動(dòng)力車(chē)型;鉛酸電池是一種電極主要有鉛及其氧化物制成，電解液是硫酸溶液的蓄電池;鋰離子蓄電池是一種二次電池，它主要依靠鋰離子在正極和負(fù)極之間移動(dòng)來(lái)工作，是當(dāng)今主流的新能源汽車(chē)動(dòng)力電池的主要類(lèi)型。鈷酸鋰電池是運(yùn)用最早的鋰電池，容量密度大，但是安全性、穩(wěn)定性較差，在電子產(chǎn)品領(lǐng)域應(yīng)用較多，因?yàn)槠浒踩€(wěn)定性差，不太適合大多數(shù)新能源汽車(chē)，但是因?yàn)槠涑瑥?qiáng)的續(xù)航能力，也得到的一些企業(yè)的應(yīng)用。磷酸鐵鋰電池在國(guó)內(nèi)新能源汽車(chē)運(yùn)用廣泛，它的最大優(yōu)勢(shì)在于安全穩(wěn)定性和壽命，其超越大多數(shù)鋰電池，但是比較低的能量密度，續(xù)駛里程低限制了它的應(yīng)用。

2.2.2 動(dòng)力電池發(fā)展趨勢(shì)

通過(guò)電池界面基因組（BIG）-材料加速平臺(tái)（MAP）計(jì)劃等，采用人工智能（AI）大幅度減少電池材料的開(kāi)發(fā)周期。加速電池新材料和新化學(xué)體系的開(kāi)發(fā)過(guò)程。開(kāi)發(fā)新型傳感器，將其嵌入電池包中，實(shí)時(shí)監(jiān)控電池的溫度、壓力等健康狀態(tài)，提升其安全性，采用可自動(dòng)愈合的材料等，提升電池恢復(fù)能力，延緩電池容量衰減的速度，提升其續(xù)駛里程，延長(zhǎng)使用壽命。這樣可以整合開(kāi)發(fā)各種傳感技術(shù)在電池中以實(shí)時(shí)傳遞信息。

2.3 電池管理系統(tǒng)發(fā)展趨勢(shì)

電池管理系統(tǒng)的 SOC 估算是非常重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，其值的準(zhǔn)確性保證了電池的安全性，避免過(guò)充過(guò)放，SOC、SOH、SOP 的估算精度是未來(lái)發(fā)展的技術(shù)重點(diǎn)，對(duì)提升電池的性能至關(guān)重要。主動(dòng)均衡技術(shù)，目前應(yīng)用的多是被動(dòng)均衡技術(shù)，雖然它的成本偏低，但是效果不是很好，隨著研究的深入，主動(dòng)均衡技術(shù)會(huì)逐步占領(lǐng)制高點(diǎn)。電池管理系統(tǒng)自診斷，BMS 需要對(duì)自身進(jìn)行良好的自檢，有效地預(yù)防故障的出現(xiàn)，及時(shí)報(bào)錯(cuò)，當(dāng)電池出現(xiàn)故障時(shí)，能準(zhǔn)確的確定原因、位置，進(jìn)行防控。

3 結(jié)語(yǔ)

首先介紹了新能源汽車(chē)的概念，比較與傳統(tǒng)燃油車(chē)的優(yōu)點(diǎn)，闡述了我國(guó)氫燃料電池汽車(chē)有著廣闊的發(fā)展前景，系統(tǒng)總結(jié)了目前電動(dòng)機(jī)、電池等關(guān)鍵技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀，并提出自己對(duì)未來(lái)發(fā)展的觀點(diǎn)。

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