汽车新能源技术的发展现状与前景探究.pdf

中国科技期刊数据库 工业 A 收稿日期：2024 年 01 月 15 日 作者简介：易红卫（1990），汉族，湖南人，大学本科，上汽通用五菱汽车股份有限公司，助理工程师。-162-汽车新能源技术的发展现状与前景探究 易红卫 丁晓斌 姜 和 郑兆平 上汽通用五菱汽车股份有限公司，广西 柳州 545000 摘要：摘要：随着全球环境问题日益严重，特别是空气污染和温室效应，汽车新能源技术已成为全球汽车产业的重要发展方向。近年来，各国政府、汽车制造商和科研机构都在积极推动新能源技术的研发和应用，以期实现汽车产业的绿色、低碳、可持续发展。本文在此背景下阐述常见的新能源汽车类型，归纳新能源汽车应用的电池技术、驱动系统技术、充电技术、智能控制技术和材料技术以了解汽车洗能源技术发展现状，展望汽车新能源技术未来的发展方向，为构建清洁、可持续的绿色地球作出贡献。关键词：关键词：汽车新能源技术；发展现状；发展前景 中图分类号：中图分类号：U469.7 新能源汽车行业现处繁荣阶段，特别是在中国，销量屡创新高，2022 年已达 688.7 万辆，占全球 60%。中日领跑此领域，而欧美也加速布局，欧洲强调减排标准，美国则强化充电设施与财税激励。技术革新提升了续航，多款新车已突破 600-700km，甚至达到 1000公里。全球合作与技术进步正推动新能源汽车走向更高峰，行业前景光明。1 新能源汽车类型 1.1 纯电动汽车 全电动汽车，或称 EV，是当代科技与环保理念的完美结合，其彻底摒弃了传统的内燃机，转而采用电力作为其唯一的动力源。在 EV 的运作中，已经彻底看不到燃油的燃烧，听不到发动机的轰鸣，取而代之的是静谧的电机声和清洁的能源利用。电池，作为 EV 的“心脏”，为车辆提供了持续而稳定的动力。与燃油车不同，EV 无需频繁地光顾加油站，只需在充电站为电池补充能量，既方便又经济。更为重要的是，全电动汽车在行驶过程中实现了零排放，对于改善空气质量、减少城市污染具有不可替代的作用1。然而，尽管 EV 带来了如此多的好处，但它仍然面临着一些挑战，其中之一便是动力电池的成本问题。目前，高质量、大容量的电池仍然价格不菲，这使 EV的购车成本相对于燃油车而言仍然偏高。再者，电池的续航里程也是消费者关心的一大焦点，尽管技术在不断进步，但如何在保证电池轻量化、快速充电的同时，实现更长的续航里程，仍是摆在 EV 面前的一大难题。1.2 插电式混合动力汽车 插电式混合动力车简称 PHEV，巧妙地结合了电机与发动机的优势，既拥有电动车的环保与节能特点，又不失传统汽车的行驶能力。PHEV 的独特之处在于其双重驱动系统，可根据行驶需求灵活切换动力来源。在短途出行或城市通勤时，PHEV 主要依靠电机驱动，此时内燃机处于休眠状态，大大降低燃油消耗和尾气排放，实现绿色出行。而当电量不足或需要长途行驶时，发动机便会启动，为电池充电或直接驱动车辆，保证行驶的连续性和稳定性。此外，PHEV 还具备在行驶过程中通过回收制动能量等方式为电池充电的能力，进一步提高能源利用效率。对于充电设施的依赖，PHEV 也相对较低，可在不插电源的情况下依靠发动机行驶，为车主提供更多的便利和选择。在续航里程方面，PHEV 相较于纯电动车有更明显的优势，其综合电动车与燃油车的特性，使驾驶者在享受电动驾驶的乐趣和环保性能的同时，不必为续航里程而过分担忧2。1.3 燃料电池汽车 燃料电池车作为近年来崭露头角的新型电动车，凭借其独特的能源利用方式，正逐渐改变着我们的交通出行方式。这种车型与纯粹的电动车有所不同，它并不依赖于传统的电池存储电能驱动，而是巧妙地利用氢与氧的化学反应产生电能，进而驱动电机和动力传输系统。燃料电池车的核心是其燃料电池系统，能够持续不断地将氢气和氧气转化为电能和水蒸气，这一过程中产生的只是纯净的水蒸气，完全没有任何污中国科技期刊数据库 工业 A-163-染物的排放。正因如此，燃料电池汽车被誉为是真正的零排放、节能环保的交通工具，对于改善空气质量、减少城市污染具有着不可估量的重要作用。然而，尽管燃料电池车有着如此多的优点，但它的发展仍然面临着一些挑战。氢能源作为燃料电池车的“粮食”，其研发和市场推广仍处于初级阶段，需要进一步的加强。氢气的储存、运输和加注设施的建设都还需要大量的投入和技术突破。2 汽车新能源技术发展现状 2.1 电池技术 在新能源汽车的领域中，电池作为其核心组成部分，无疑扮演着至关重要的角色。电池技术的优劣直接关系到车辆的续航里程、充电效率以及整体性能。近年来，随着科学技术的迅猛发展，固态电池和钠离子电池等新型电池技术备受瞩目，并逐渐实现从实验室到市场的产业化转型。固态电池，顾名思义，其内部不含液态电解质，而是采用了固态电解质，这种设计大大提高了电池的能量密度和安全性。由于没有漏液问题，固态电池能够在高温甚至 60下运行，同时减少电池热失控的风险。此外，固态电池的充电速度也远超传统锂电池，为快速充电提供了可能。钠离子电池则是另一种新兴的电池技术，与锂离子电池相比，钠离子电池的原料成本更低，这得益于钠元素在地球上的储量丰富，价格相对便宜。同时，钠离子电池在低温环境下的性能表现更为出色，拓宽了电池的应用范围。尽管钠离子电池的能量密度逊于锂离子电池，但其长寿命和低成本仍使其在某些领域具有竞争优势。2.2 驱动系统技术 新能源汽车正逐渐改变着我们的出行方式，这一创新的交通工具融合了电动机、发动机、变速器、能量储存装置以及控制单元等多个关键部分，构成了一个高效、智能的电力机械混合驱动系统。其中电动机作为新能源汽车的“心脏”，负责提供车辆所需的主要驱动力。与传统的内燃机相比，电动机具有更高的能量转化效率和更低的噪音与振动水平。电动机将电能转化为机械能，推动车辆前进，为驾驶者带来静谧、顺畅的驾驶体验。发动机在新能源汽车中通常扮演辅助角色，可以是内燃机，用于在必要时为电池充电或提供额外的驱动力，灵活的动力组合使新能源汽车在保持高效能耗的同时，也能够应对更广泛的行驶需求。而变速器作为连接引擎或电机与车轮的桥梁，承担着将动力平稳、高效地传递到车轮上的重要任务。设计与制造新能源汽车的时候，工作人员要选择合适的齿轮比，满足驾驶员平稳加速和高速巡航的需求，进一步提升驾驶的舒适性和经济性3。能量储存装置包括电池和超级电容等，是新能源汽车实现高效能量利用的关键，不仅能够存储来自电网或发动机的电能，还会通过回收制动方式将刹车时产生的动能转化为电能并储存起来，最大限度地提高能源利用效率，为新能源汽车的节能减排做出重要贡献。此外，控制单元作为整个电力机械混合驱动系统的“大脑”，负责协调和控制各个部件之间的运作，通过精确的控制算法和传感器反馈，实时调整电动机、发动机、变速器等的工作状态，实现最佳的动力输出和能耗表现。2.3 充电技术 交流充电是新能源汽车最为常见的充电方式，通过交流电源为电池缓慢充电，适用于家庭、办公场所等长时间停车的场景。交流充电虽然速度较慢，但对电池寿命的影响较小，同时充电设备成本也相对较低。直流快充则解决了新能源汽车快速充电的需求，无论是在高速公路服务区，还是在商业停车场等场所，直流快充桩能够在短时间内为电池充入大量电量，大大缩短充电时间，提高充电效率。然而，直流快充会对电池寿命产生一定影响，且充电设备成本较高。无线充电技术是近年来新能源汽车充电领域的一大创新，通过电磁感应原理实现电池与充电设备之间的无接触充电，具有便捷、安全、美观等优点。然而，目前无线充电技术仍处于发展阶段，充电效率、成本等方面仍有待进一步改进。2.4 智能控制技术 控制算法作为智能电控系统的核心，负责建立并运用与不同马达、电池组间的通讯协议。精心设计的算法能够实现精准控制与协同操作，保证各个部件在最佳状态下运行，从而提升能量利用率，为车辆赋予更高的效能。动力分配系统能够在满足驾驶员需求的前提下，实时优化发动机、电机的动力输出，基于精中国科技期刊数据库 工业 A 确计算与智能分配，在保证车辆安全性的基础上，实现对能源的最大利用率，进一步延长车辆的续航里程。车辆信息显示功能为驾驶员提供一个实时的车辆状态监测平台，利用在驾驶室中展示车辆的状态和运行参数，驾驶员能够随时了解车辆的健康状况，从而做出相应的调整与决策，确保行车安全。远程监控功能的引入使新能源汽车的智能电控系统更加完善，驾驶员使用手机软件，随时随地查看车辆的续航里程、电池充电情况等状态信息，这种跨时空的掌控力，无疑为驾驶员带来了更多的安心与便捷。自动化功能则是新能源汽车智能电控系统的创新，具备自动停车、自动泊车等多种功能，能够在特定场景下实现车辆的自主驾驶与操作，提升驾驶的便捷性，也在一定程度上提高行车的安全性。另外，交互系统作为新能源汽车智能电控系统的人机接口，负责与驾驶员进行智慧沟通。通过接收声控命令等自然交互方式，能够准确理解驾驶员的意图，并快速作出响应4。2.5 材料技术 轻量化材料的应用为新能源汽车带来显著的减重效果，重量轻、强度高的合成材料能够有效降低车辆的整体重量，进而改善驾驶舒适度。更为重要的是，轻量化材料能够使车辆变轻，其所需的动力就趋小，提高能量使用效率的同时，减少能量消耗，延长续航里程。燃料电池中，贵金属作为催化剂，其高成本一直是制约燃料电池广泛应用的主要障碍。因此，研究者们始终在致力于寻找更为廉价、高效的替代品。替代品需要具备与贵金属相当的催化性能，还要在成本上具有明显优势，以便推动燃料电池技术的普及。功能材料的应用，为新能源汽车的性能提升提供了有力支持。双层电容器、生物基材料、导电高分子等多种功能材料的引入，使新能源汽车在续航里程、充电速度、安全性和稳定性等方面都得到显著提升。而且，电动机磁体材料作为电机运转的核心部件，其性能直接影响到电机的扭矩和能量利用率。目前，已有多项先进技术应用于电动机磁体材料的研发中，如NdFeB 永磁、软磁等。为了降低对稀土资源的依赖，研究者们还在积极探索不含或少含稀土的驱动系统的设计方式。3 汽车新能源技术的发展前景 3.1 技术革新的不断加速 目前，电动汽车、混合动力汽车、氢燃料电池汽车等技术路径已经明晰，并在全球范围内得到了广泛的研发和应用。其中，电动汽车以其零排放、低能耗和高能效等特点，成为了新能源汽车市场的主力军。随着电池技术的不断进步，电动汽车的续航里程将得到显著提升，充电时间也将大幅缩短。同时，车载智能电网、无线充电等前沿技术的应用，将进一步提升电动汽车的便利性和舒适性。3.2 基础设施的日益完善 时至今日，全球各国都在积极建设充电设施、加氢站等新能源汽车基础设施。这些设施的建设为新能源汽车提供了便利的使用环境，也为其市场化推广奠定了坚实基础。随着新能源汽车市场的不断扩大，基础设施的建设将更加完善。同时，随着车联网、智能交通等技术的发展，新能源汽车将与基础设施实现更加紧密的互联互通，为驾驶者提供更加智能、便捷的出行服务。3.3 产业政策的持续推动 各国政府为了推动新能源汽车产业的发展，纷纷出台相关的产业政策，为新能源汽车的研发和生产提供资金支持，并为其市场推广创造有利条件。随着全球环保意识的加强和能源结构的转型，各国政府将更加重视新能源汽车产业的发展。通过加大政策扶持力度、优化产业发展环境等措施，将进一步推动新能源汽车产业的快速发展。3.4 市场需求的持续增长 随着消费者对环保、节能的认识不断提高，新能源汽车的市场需求将持续增长。特别是在城市出行领域，新能源汽车凭借其零排放、低噪音等优势，将逐渐成为消费者的首选。同时，随着新能源汽车技术的不断成熟和成本的逐步降低，其市场竞争力也将不断提升。未来，新能源汽车将在全球汽车市场中占据更加重要的地位。4 结语 经过对汽车新能源技术发展现状与前景的深入探究不难发现，当前新能源汽车已在技术革新、市场应用和政策支持等方面取得显著成果。电动汽车、混合动力汽车等多种技术路径并行发展，为汽车产业注入164中国科技期刊数据库 工业 A-165-了新的活力。随着电池技术的突破、基础设施的完善以及消费者环保意识的提升，新能源汽车将迎来更加广阔的发展空间。在未来，新能源汽车将逐步成为市场主流，为推动全球能源结构转型、实现绿色出行和可持续发展作出更大贡献。参考文献 1 王峻峰.新能源技术迭代呈现新格局N.江苏经济报,2023-11-28(A02).2陈巧凤.新能源技术在汽车领域的应用J.汽车测试报告,2023,(17):58-60.3何泽华.新能源技术在专用汽车底盘中的应用J.汽车测试报告,2023,(13):67-69.4高鉴,童昕,贺灿飞.领先市场对中国汽车产业新能源技术转型的影响J.北京大学学报(自然科学版),2023,59(04):671-680.