新能源汽车技术原理及相关技术

杨国华

摘 要：随着我国经济的发展及国家建设的需要，能源需求越来越迫切，同时，环境问题也逐步对我国发展带来一定影响。发展新能源汽车是当前国家基本国情下，减少城市环境污染，节约能源的主要趋势，符合我国长期可持续发展的基本战略。本文对新能源汽车在目前国内外的发展情况进行了分析，同时，结合实际情况，对新

能源汽车的基本原理及相关技术进行了说明，以供参考。关键词：新能源汽车；混合动力；纯电动汽车；相关技术

随着经济的发展与人们生活水平的提高，汽车已成为人们生活中必不可少的重要组成部分，为人们日常出行及工作提供了极大的便利。但由于汽车动力能源的燃烧产生大量有毒有害物质，会对人们生活环境造成极为严重的影响；同时石油资源的短缺与汽车使用量的增大使得石油资源危机越来越强烈。因此，如何解决汽车使用量增加增大与石油资源短缺及环境污染问题之间的矛盾是当前应该考虑的话题。鉴于此，开发新能源汽车是缓解上述矛盾的必然结果，也是主要趋势。本文就新能源汽车发展及其关键技术进行了详细说明，以供参考。

1 关于新能源汽车定義描述

关于新能源汽车的定义，其主要是相对于传统能源而言；由于其发展较晚，其定义还不很明确。但总体来讲，新能源汽车可分为广义新能源汽车与狭义新能源汽车两种。

广义新能源汽车主要指使用非汽油、柴油等作为其主要能源的汽车，如目前市面上所出现的电动汽车、混合动力汽车等，基本涵盖了目前所有的新动力汽车，如一些采用天然气及石油气作为主要动力的汽车，另如采用二甲醚、甲醇等作为其动力源的汽车也包括在内。

狭义新能源汽车在其广义新能源汽车的范围上进行了细分，如按照目前国家关于新能源汽车生产准入管理规定，只有使用非常规能源作为其动力源的汽车才可认定为新能源汽车。同时综合车辆动力控制与驱动技术而开发的汽车。可以说，狭义新能源汽车代表了目前新能源汽车中的高科技发展方向，因此其可能在短期内无法实现产业化，但其代表了未来新能源汽车的发展方向与前景。

2 关于国内外新能源汽车研究进展

能源危机已是全球主要形式，汽车使用也是广大居民生活必须。基于此，发展新能源汽车是全球环境保护与可持续发展需要。在国外，美国、日本在新能源汽车研发中已取得较好成绩，其具体报道如下。

2.1 美国新能源汽车领域研发情况分析

美国是全球超级大国，经济及科学实力雄厚，对发展新能源汽车具有充足的技术储备。这些年，美国在交通等运输方面能源逐年上升，尾气排放严重，同时，由于石油资源危机使得其价格上涨严重。在这种情况下，发展新能源汽车是美国解决当前问题的必然趋势。美国政府对新能源汽车的发展给出了明确规划，如克林顿时期提出发展混合动力汽车来提高现有汽车燃油的利用水平；布什在任时期提出了通过燃料电池作为汽车动力能源来减少对环境的污染；而现任奥巴马时期提出了发展新能源汽车的阶段目标与方向。

此外，关于新能源汽车发展附属设施建设方面，美国也采取的必需措施，如美国在加尼福尼亚州等为电动汽车发展而提供的充电实施等，而这些充电设施中，加州的建设力度最大，已基本在各个居民区、商场及政府大楼等区域均安放了充电设施，为电动汽车在使用中持续提供动力提供了重要的基础条件。

2.2 日本新能源汽车领域研发情况分析

基于日本特殊地理位置，其资源严重缺乏，大多能源需要进口才可保证其国民正常使用，基于此，日本发展新能源汽车迫切且必需。如目前日本著名汽车公司本田、丰田等不惜投资重金开发新能源汽车，已经取得较大进步，技术水平位居世界前列。同美国一样，电力能源汽车是其发展的主要方向。而政府对于发展电力汽车的公共设施投入也相对较高。去年，日本政府在东京等城市建立的千余座充电装置，为电力汽车的正常行驶提供了可能；同时，日本在部分付费停车场、超市等还提供了免费充电插座，为各驾驶员免费使用。

2.3 当前我国新能源汽车领域研发进展

我国人口多，汽车消耗量大，发展新能源汽车是必须及必然要求，同时也得到了国家大力重视。如在国家十一五规划中，国家投资大量研发经费用于新能源汽车的研发，使得这些年，我国新能源汽车研发取得较大的进展。首先在产品研发与生产方面，我国加强了企业与高校等单位合作力度，使得其关键技术及生产取得了较好进展。如目前比亚迪汽车在混合动力型汽车方面取得的成果。再者，在产业化方面，目前，以基本形成以新能源汽车开发为中心的供应产业链，如从电池材料研发、部分关键零部件生产等已基本形成一定规模。此外，在投入使用方面，目前已有千余电动汽车投入运行，如以北京、天津、上海等地使用较多，各类附属设施的修建正在进行中；同时，力帆集团推出的“盼达租车”，提出了换电的思路，在互联网及 APP的应用下，实现了对各个车辆运行过程中的能源供应，同时也是新能源汽车的发展提供了另一种途径。

3 新能源汽车技术原理及相关技术分析

3.1

混合动力汽车主要技术原理与分析

3.1.1

混合动力汽车的定义

关于混合动力汽车，顾名思义，其含有两种动力来源，如目前市面常见的在采用传统燃料的同时，配以发电机作为动力源来改善汽车传动性能，以起到降低能源损耗及节能的目的。该种汽车目前有多种分类，按其混合动力驱动连接方式可分为串联式混合动力汽车、并联式混合动力汽车以及混合式混合动力汽车。以下对上述三种类型混合动力汽车进行介绍。

3.1.2

串联式混合动力电动汽车基本动力组成及原理

串联式混合动力汽车的主要部件有发动机、发电机、驱动电机和蓄电池等组成。在汽车工作过程中，发动机的作用仅用于通过发电机发电；而通过发电机所产生的电能源源不断的供给给电动机，为汽车行驶过程中提供动力能源。同时，对于未使用电能则通过蓄电池对其进行储存，以保证能源节约及延长汽车行驶时间。另蓄电电池也可以单独作为动力源为汽车运行提供动力能源，保障其日常行驶需要，同时，这种情况下，汽车行驶处于零排放状态下，有利于环境保护。该类汽车主要构成图如下图 1、图 2所示：

3.1.2

并联式混合动力电动汽车基本动力组成及原理

并联式混合动力电动汽车主要由发动机、发电 /电动机、逆变器及蓄电装置组成。汽车在运行过程中可单独将某一动力系统作为汽车驱动源使用，即将发电机 /电动机作为动力源使用；同时也可并联电动机和发动机作为汽车动力源驱动汽车；上述两种方式可以通过按钮自动切换，以保障运行过程的安全与舒适性。目前该类动力汽车应用较广，具有很好的发展前景，该类动力汽车其主要构成图如下图 3、图 4所示：

3.1.3 混合式混合动力电动汽车基本动力组成及原理

混联式混合动力电动汽车主要由发动机、发电机、电动机、行星齿轮机构和蓄电池组等组成。该类汽车充分利用了串联式及并联式的優点，通过行星式的齿轮机将不同动力源有效的连接在了一起，在保障其汽车行驶动力的前提下，有效发挥了各自特点，具有较大的开发与应用价值。目前丰田汽车公司在该类技术研发方面取得了很大突破，为进一步开发新能源汽车提供了有力条件。其主要构成图如下图 5、图 6所示：

3.2

纯电动汽车主要技术原理与分析

3.2.1

纯电动汽车基本构成及原理说明

纯电动汽车是一种完全靠汽车自带电池所储存的电能作为唯一能源而开发的一类汽车，该类汽车由于完全实现了零排放及低噪音的特点，是环保效果最好的一类车型。是未来汽车发展的主要趋势。但该类汽车由于动力提供靠电池储能提供，其储能多少决定着行车里程。因此，各类汽车发展的关键在于开发储能速度快及储能量大的电池；同时，大型充电站的设立也是其关键。纯电动汽车的结构主要由电力驱动控制系统、汽车底盘、车身以及各种辅助装置等部分组成。除了电力驱动控制系统，其他部分的功能及其结构组成基本与传统汽车相同，不过有些部件根据所选的驱动方式不同。所以电力驱动控制系统既决定了整个纯电动汽车的结构组成及其性能特征，也是纯电动汽车的核心，它相当于传统汽车中的发动机与其他功能以机电一体化方式相结合，这也是区别于传统内燃机汽车的最大不同点。该类汽车主要构成及原理如图 7、图 8所示：

3.2.2 纯电动汽车发展关键技术及局限分析

由于纯电动汽车的全部动力源主要来源于电池供应，因此，蓄电池储电能力及耐久性是其使用关键；同时，公路周边公共充电设施建设也是其基本保障。另外，电机驱动及控制技术、电动汽车整车技术、能量管理技术也是其关键技术。首先，电池及时技术的突破及周边充电设施的完善是纯电动汽车发展的关键，研发能量高、功率大、寿命长的高效电池是其能源重要保障。其次，电动机与驱动系统等关键部件的研发使该类汽车控制的关键，要实现该类汽车良好使用性能，驱动系统应具有范围宽、转速高、转矩大、体积小、质量小等特性。同时，纯电动汽车整车新型材料的使用有利于减轻汽车本身自重，对降低电能消耗及实现制动、怠速时的能量回收具有重要意义。最后，纯电动汽车能量管理技术也是关键技术，该技术的应用可对车载能量的有效合理使用，有效实现了对电池的管理，对于尽可能延长电池使用寿命具有重要意义。

4 结束语

综上所述，应对目前能源不足及环境污

染严重的问题及汽车使用量大的现状，开发新能源汽车已成为全球未来汽车行业发展趋势。基于我国基本国情，人口数量大，汽车使用量大而能源短缺的特点，发展新能源汽车是解决我国城市环境污染及可持续发展的关键。本文就国内外新能源汽车的发展情况进行的分析，并对混合动力汽车及纯电动汽车的基本原理及相关及技术进行了分析，以供参考。

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