新能源汽车技术发展现状和趋势分析

侯涛 徐佳

云南交通职业技术学院 云南省昆明市 650500

能源是支撑国民经济的重要因素，也是人类生存和发展的基础。新能源是指传统能源之外各种形式的能源。是刚开始开发利用或正在积极研究、有待推广的能源。当前在世界范围内，石油能源供求失衡，严重影响了各地的经济发展。随着现代工业化的不断发展、社会汽车保有量不断增加，传统内燃机汽车造成的能源危机和生态环境恶化不断加剧。新能源汽车采用电力（或其他新能源）驱动，不消耗或降低了石油能源消耗，更加节能环保。新能源汽车的开发与推广已经成为现代汽车发展的趋势。

1 新能源汽车概述

新能源汽车是指采用非常规的车用燃料作为动力来源，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。

新能源汽车主要包括纯电动汽车、混合动力汽车、燃料电池汽车等。近年来，电动汽车在新能源汽车中得到长足发展，电动汽车的技术和性能得到充分肯定，现在所说新能源汽车重点就是研究电动汽车，因而电动汽车成了新能源汽车的代名词。

世界第一辆电动汽车是由美国人托马斯于1834年制造的，早于内燃机汽车半个多世纪之久。由于当时电工、电子技术的局限，致使电动汽车发展受到制约。而机械工业的发展进步，促使内燃机汽车技术得到了长足的发展。近年来由于世界范围内的能源危机与环境污染问题日益严重，对人们的生活产生了较大影响，人们逐渐开始意识到新能源利用的重要性。加之，近年来，得益于电力电子技术的发展、电池、电机技术的进步和控制技术的提高，电动汽车迎来一个新的发展时期。

2 新能源汽车分类

新能源汽车主要包括纯电动汽车、混合动力汽车、燃料电池汽车等。目前投放市场的新能源汽车主要有纯电动汽车、混合动力汽车。

2.1 纯电动汽车

纯电动汽车，是指以车载电源为动力，用动力电机驱动车辆行驶，符合道路交通、安全法规各项要求的车辆。纯电动汽车以蓄电池作为汽车动力来源，提供电能给动力电机驱动车辆行驶。纯电动汽车没有传统发动机，动力电机是惟一的驱动动力，而动力电池是惟一的动力源。

此外，纯电动汽车的再生制动系统与传统燃油汽车不同。再生制动系统其功能除了对车辆产生制动作用外还具有能量回收的功能（包括车辆惯性滑行的富余动能）。再生制动系统利用驱动电机的控制技术实现驱动电机的发电运行，使减速制动时的能量回馈给动力电池，从而得到再生利用。目前回收能量约占10%-20%，是传统汽车不可比拟的。

2.2 混合动力汽车（油电混动）

混合动力汽车是指拥有至少两种动力源，使用其中一种或多种动力源提供部分或者全部动力的车辆。混合动力汽车多采用传统的内燃机和电动机作为动力，具有传统发动机和电力驱动两套动力系统，采用串联、并联或混联的动力耦合形式。通过混合使用内燃发动机和电力驱动两套系统驱动车辆行驶。

除具有纯电动汽车电驱动的基本特性外还能有效提高了车辆的动力性、经济性和适应性，解决了电动汽车续航里程受限的问题和降低了燃油的消耗量，减少尾气的排放量，显示出良好的环保性能。

混合动力汽车同样具有能量回收、再生利用的功能，并拓展了其车辆的应用范围，改善了应用条件，因而被社会广泛接受，是电动汽车发展的重要方向，呈现出良好的发展前景。

2.3 燃料电池汽车

燃料电池汽车是使用燃料电池为动力源的汽车。也是一种电动汽车，是将燃料电池产生的电能持续提供给动力电机，从而驱动车辆行驶的电动汽车。

燃料电池是一种化学电池，能直接把活性物质发生化学反应时释出的能量变换为电能，工作时需要连续地向其供给燃料和氧化剂等活性物质，以保持电池持续进行氧化还原反应，不断地获取电能。燃料电池直接将燃料的化学能转化为电能，中间不经过燃烧过程，因而不受卡诺循环的限制。燃料电池需持续对其提供燃料和氧化剂等活性物质，与蓄电池不同，更像一个发电机。电池电能转换效率高达（45%-60%）。反应生成物主要是水，无污染，是比较理想的动力电池，燃料电池被誉为电池发展的终极目标。目前，燃料电池汽车还处于研发试验阶段，人们对其寄予厚望。

3 新能源汽车技术的发展现状

目前新能源汽车的研发重点是电动汽车，即纯电动汽车和混合动力汽车。纯电动汽车是电动汽车的标志性产品，混合动力汽车是在传统内燃机汽车和纯电动汽车的基础上发展起来的一种复合型电动汽车。

新能源汽车与传统内燃机汽车的区别在于汽车电力驱动系统。电动汽车动力驱动系统主要包括动力电机、动力电池和控制系统（控制器），被称为电动汽车动力系统的三大件。它们的性能决定或影响着电动汽车的性能。

3.1 驱动电机

电动汽车通常选用的驱动电机主要有：直流电动机、交流异步电动机、永磁同步电动机和开关磁阻电机。

3.1.1 直流电动机

电动汽车发展的早期，纯电动汽车多采用直流电动机作为驱动电机，这类电机技术较为成熟，有着控制方式容易，调速优良的特点，曾经在调速电动机领域内有着最为广泛的应用。但是由于直流电动机有着复杂的机械结构，例如：电刷和机械换向器等，导致它的瞬时过载能力和电机转速的进一步提高受到限制，而且高压大电流的条件下，电刷易产生高压打火现象，对电动汽车的控制和安全产生不良影响。目前新型电动汽车较少采用，趋于淘汰。

3.1.2 交流异步电动机

交流异步电机对于电动汽车工作工况，在高速运转的情况下电机的转子发热严重，工作时要保证电机冷却，同时异步电机的驱动、控制系统很复杂，电机本体的成本也偏高，相比较于永磁式电动机和开关磁阻电机而言，异步电机的效率和功率密度偏低，对于提高电动汽车的最大行驶里程不利。电动汽车近来也逐渐减少交流异步电动机应用。

3.1.3 永磁同步电动机

永磁同步电机转子采用永磁体，具有高效、高转矩密度、高控制精度、良好的转矩平稳性及低振动噪声的特点，通过合理设计永磁磁路结构能获得较高的弱磁性能，它在新能源汽车驱动方面具有很高的应用价值，受到国内外新能源汽车界的高度重视，在纯电动汽车得到广泛的应用。

3.1.4 开关磁阻电动机

作为一种新型电机，相比其他类型的驱动电机而言，开关磁阻电机的结构最为简单，功率密度高，转矩-转速特性好，有较高的起动转矩和较低的起动功率，效率可以达到85%-93%。转矩、转速在较宽的转速范围内，可灵活的控制，调速控制较简单，最高转速可以达到15000r/min。而且它具有可控性好的优良特性，同时适用于恶劣环境，非常适合作为电动汽车的驱动电机使用。

目前电动汽车主要应用的电机为永磁同步电动机和开关磁阻电动机。

3.2 动力电池

动力电池是新能源汽车的动力源。动力电池的能量密度、功率密度、充放电性能、使用寿命、安全性等性能和成本影响电动汽车性能和需求，并且是实现产业化的关键因素。

新能源汽车动力电池发展的主要方向是锂离子电池。锂离子电池是近年研发的一种新型高能蓄电池，与其他蓄电池相比，锂离子电池高能量、高电压、长寿命，无记忆效应、无污染，快速充电、自放电率低，工作温度范围宽和安全可靠等优点，是目前电动汽车较为理想的动力电源。

目前普遍应用的锂离子电池主要是磷酸铁锂离子电池和三元锂电池（镍钴锰酸锂电池）。三元锂电池比能量较大，寿命短。磷酸铁锂离子电池稳定性、可靠性和安全性能较好。二者各有其特点。

蓄电池充电技术以及电池的续航里程成为新能源汽车发展的瓶颈，制约着新能源汽车的发展。目前纯电动汽车续航里程可达300km以上，电动汽车续航里程短的状态正在被改变。

4 新能源汽车发展过程中存在的问题

4.1 新能源汽车的相关政策

我国政府正通过相关政策与补贴扶持新能源汽车市场的发展，仅2017年我国就累计出台三十多项新能源汽车补贴政策。其中涉及宏观、基础设施、补贴、技术研发、安全管理，落户推广等多方面给予支持和导向。

4.2 生产成本较高

随着新能源汽车的开发与推广，投入力度也在不断增加。但相较于发达国家，我国对新能源汽车的相关投入力度还略显不足。2017年我国新能源汽车的销量77.7万辆，占汽车整体市场的2.7%左右。新能源汽车尚未形成大规模生产，生产成本较高，对新能源汽车的推广普及带来一定影响。

4.3 核心技术有待提高

新能源汽车是集新技术、新材料、新工艺为一体的高新技术产业，由于我国新能源汽车研发起步较晚，研发投入不足，核心技术有待提高。尤其是动力电池技术首先要解决充电时间长、行驶里程短的技术瓶颈问题。

4.4 配套设施需逐步完善

随着新能源汽车的推广普及，新能源汽车的配套设施则严重滞后。充电站和充电桩等充电设施数量严重不足，制约新能源汽车的推广普及。截至2017年末我国各类充电桩数量约为45万个，车桩比例约为3.8：1，和国家规划的车桩数量1：1还在较大差距。

5 新能源汽车未来发展趋势

在电动汽车技术方面动力电池作为技术瓶颈，严重的影响车辆性能和品质，要重点解决动力电池的性能，提高电池的比能量，初步目标到2020年单体电池比能量从150wh/kg增加到300wh/kg。改善充电时间和续航里程。

混合动力技术水平相对比较复杂，技术难点较多，它既包括驱动电机和动力电池，也包括发动机与驱动电机耦合装置。提高关键的零部件生产工艺、产品质量。同时积极加强氢能燃料电池研发。逐步从实验阶段转为推广应用。

总之，新能源汽车是未来汽车工业发展的方向，新能源汽车技术在不断地更新和进步，新能源汽车将逐步走向成熟。