新能源技術在汽車領域的應用與發展

王小林　陳沛

摘 要：研究新能源汽車技術是時代發展的必然趨勢，也是實現汽車行業可持續發展的關鍵所在。在文章中發展汽車新能源技術的意義、新能源技術種類以及具體應用展開了探討分析，并提出了相關發展建議，以供參考。

關鍵詞：汽車 新能源技術 應用 發展建議

1 引言

碳中和和碳達峰戰略作為當下國家發展建設中最為關鍵的戰略舉措之一，為各行各業的節能環保發展提供了關鍵性的指導意見。在雙碳戰略背景下，國家加強了對新能源汽車的政策支持，出臺了一系列關于新能源汽車的政策舉措，鼓勵汽車企業加強技術創新和產業協同，推動新能源汽車和傳統汽車的融合發展，提高整個汽車行業的競爭力。同時在新能源汽車購買等方面也給予了消費者更多的優惠和補貼，以降低消費者購車成本，提高消費者購車積極性，也促進了新能源汽車行業的發展。因此，在現階段需要進一步加強對汽車領域新能源技術的研究創新，不斷提高新能源汽車制造水平和生產質量，為雙碳戰略目標的實現以及汽車行業的可持續發展作出貢獻。

2 發展汽車新能源技術的意義

2.1 汽車新能源技術有助于改善生態環境

傳統燃油車排放的廢氣會對環境造成嚴重的污染，隨著環保意識的提高，人們對汽車排放的要求也越來越嚴格。但是通過應用新能源汽車技術就能夠改善環境質量，主要原因在于其能源來源的清潔性。新能源汽車采用電力、氫氣等清潔能源作為動力源，相較于傳統燃油車，可以減少廢氣排放，從而降低對環境的污染。具體來說，新能源汽車可以分為純電動汽車、混合動力汽車和燃料電池汽車等類型。其中，純電動汽車完全采用電力驅動，沒有任何尾氣排放；混合動力汽車則采用燃油發動機和電動機相結合的方式，通過電動機的協助，可以降低燃油消耗和尾氣排放；燃料電池汽車則采用燃料電池作為動力源，通過氫氣和氧氣的化學反應來產生電能，沒有任何尾氣排放[1]。此外，新能源汽車的能源利用效率也較高，可以更好地節約能源，減少對環境的影響。同時，新能源汽車還可以通過智能電網進行能源的雙向傳遞和儲存，進一步提高了能源的利用效率。

2.2 汽車新能源技術有助于優化能源結構

汽車行業依賴石油資源，而石油資源是不可再生資源，隨著全球石油資源的減少，汽車行業的能源安全問題也越來越突出。新能源汽車采用電力、氫氣等可再生能源，相較于傳統燃油車，可以減少對石油等化石能源的依賴，從而提高能源利用效率。同時，新能源汽車還可以通過智能電網進行能源的雙向傳遞和儲存，進一步提高能源的利用效率。此外，新能源汽車的推廣也可以促進可再生能源的發展。例如，純電動汽車可以采用太陽能等可再生能源來充電，這可以促進可再生能源的發展和應用，從而更好地優化能源結構。因此，新能源汽車技術能夠優化能源結構，減少對石油等化石能源的依賴，提高能源利用效率，促進可再生能源的發展和應用。

2.3 促進經濟發展

新能源汽車技術新能源汽車技術的發展可以推動新能源汽車的普及，從而擴大新能源汽車市場規模，帶動新能源汽車產業鏈的發展，這樣就可以創造新的就業機會，吸納大量失業人口，為社會經濟持續發展提供支撐。與此同時，新能源汽車使用綠色能源技術，不僅可以有效改善當地交通情況，減少交通擁堵，同時還能夠降低環境污染，改善當地環境狀況，從而提高當地投資環境的質量，吸引外商投資，促進當地經濟發展。此外，在新能源汽車技術研發和應用的過程中，也會吸引更多人才的加入，提升地方人才儲備數量和質量，帶動經濟發展。

3 汽車領域中新能源技術分析

3.1 氫動力技術

汽車氫動力技術是一種高效、清潔、快速的能源技術，其主要原理是利用氫燃料電池將氫氣轉化為電能，從而驅動汽車行駛。與傳統的燃油汽車相比，汽車氫動力技術有著明顯的優勢。首先，汽車氫動力技術高效高，能量密度大，能夠實現高效驅動，提高能源利用效率。其次，汽車氫動力技術清潔無污染，氫氣燃燒時排放的唯一物質是水，對環境友好。此外，汽車氫動力技術加注燃料的時間短，連續工作能力強，能夠提高車輛的運輸效率。而且，汽車氫動力技術無噪音，駕駛舒適性高。氫動力技術中的關鍵技術有以下幾點：（1）燃料電池電堆技術。燃料電池電堆是氫動力汽車的核心部件，它將氫氣和氧氣轉化為電能。電堆中的陽極和陰極之間存在電解質溶液，氫氣在陽極上分解成氫離子和電子，氧氣在陰極上接受電子并形成水。（2）燃料電池系統集成與控制技術。燃料電池系統包括燃料電池電堆、氫氣供應系統、氧氣供應系統、水管理系統、排放控制系統等。燃料電池系統的集成與控制技術包括各個子系統的優化設計、系統間的相互作用和控制策略等。（3）車載供氫系統集成與安全技術。車載供氫系統包括氫氣儲存設備、氫氣加注設備、氫氣泄漏檢測設備等。供氫系統的集成與安全技術包括氫氣儲存容量的優化、氫氣儲存設備的可靠性、氫氣泄漏的檢測和預警等。（4）高效大功率直流電源變換技術。氫動力汽車需要大量的電能來驅動車輛，因此需要使用高效大功率直流電源變換技術來將燃料電池產生的電能轉換為適合驅動車輛的電能[2]。（5）燃料電池管理技術。燃料電池管理技術包括對燃料電池電堆的電流、電壓、功率等參數的監測和控制，以及對整個燃料電池系統的管理和控制。汽車氫動力技術的發展和應用已經取得了不少成果。在國際上，豐田、本田、現代等汽車廠商都推出了氫燃料電池汽車，國內也相繼涌現出了一批本土化企業。在國內，北京、上海、佛山等城市已經試點運行了氫燃料電池公交車，北京、上海、深圳等城市也已經開始試點運行氫燃料電池貨車和氫燃料電池無人機。然而，汽車氫動力技術也存在一些問題和挑戰。例如，目前氫氣的來源仍然是一個困擾氫動力技術發展的難題，電解水的方式雖然能夠得到高純度氫氣，但能量損失大，成本高。此外，金屬鉑等催化劑的稀缺性也限制了氫燃料電池的大規模應用。

3.2 電力驅動技術

電力驅動技術在新能源汽車中扮演著非常重要的角色，是新能源汽車的關鍵核心技術之一。電力驅動系統是新能源汽車的動力源，是不可或缺的核心零部件，它可以實現新能源汽車的動力輸出和控制，對新能源汽車的使用性能具有較大影響。相比于傳統的燃油汽車，新能源汽車的發動機、ECU電控單元、變速箱等關鍵零部件的功能被轉移到電力驅動系統中，通過電力驅動器、電動機和機械傳動裝置的配合實現。電力驅動系統可以控制新能源汽車的速度和方向，具有調速范圍寬、控制方便、可持續工作、無噪音、無污染、節能等優點。新能源汽車中的電力驅動技術具體分為以下幾部分：（1）電機驅動系統是電力驅動汽車的核心部件，包括電機、控制器、變換器等。電機是將電能轉化為機械能的裝置，控制器是控制電機運轉的部件，變換器是將直流電轉換為交流電的部件。（2）電池管理系統是監測電池工作狀態的部件，包括電池的電壓、電流、溫度等，同時還可以控制電池的充放電，從而保證電池的安全和壽命。（3）電力電子技術是實現電力驅動的關鍵技術之一，它包括直流/交流變換、交流/直流變換、斬波技術等，它的作用是將電能轉換為適用于汽車的交流電和直流電。（4）車輛控制系統是電力驅動汽車的神經系統，它可以控制車輛的行駛速度、方向、里程等，同時還可以對車輛的故障進行診斷和修復。（5）充電技術是電力驅動汽車的重要技術之一，它包括快充、慢充、無線充電等，充電技術的選擇和設計會影響汽車的續航里程和充電速度。但是在現階段電池技術還存在一些限制，如能量密度、壽命、充電速度等問題，需要進一步提高和發展，同時在電力驅動系統的控制策略，可靠性等方面也存在著一些問題，需要進一步優化和發展。

4 新能源技術在汽車領域中的具體應用

4.1 純電動汽車

純電動汽車是采用電力驅動技術的電動汽車，其動力源為電池組和電動機，不使用燃油發動機。純電動汽車具有零排放、低噪聲、高效率等優點，是當前電動汽車發展的重要方向。電池是純電動汽車的動力源，其性能指標包括比能量、比功率、循環壽命和成本等。目前常用的電池包括鉛酸電池、鎳氫電池、鋰離子電池和燃料電池等。純電動汽車。在運行中需要通過電池管理技術、電力驅動技術，自動回收技術和輔助性能裝置、車輛控制技術等來確保純電動汽車的正常運行，其中電池管理技術主要負責對電池的充電、放電、均衡管理和熱管理等；電力驅動技術能夠將電池的電能轉換為機械能，實現車輛的驅動和控制，當下分為直流電機，驅動和交流電機驅動兩類；制動回收技術將機械能轉化為電能，并將其回收再利用，從而提高車輛的效率；輔助蓄能裝置能夠在車輛起步、加速、爬坡等需要大功率輸出的情況下，提供短時間內的輔助動力，確保汽車的動力和加速度[3]。該裝置包括超級電容器、飛輪電池等幾部分；車輛控制則主要是針對純電動汽車運行中的速度、轉向、再生制動等的控制，這對于提升車輛的穩定性和動力性有著積極的促進作用。

4.2 混合動力汽車

混合動力汽車技術是一種新能源汽車技術，它既有傳統汽車也有新能源動力系統的汽車?；旌蟿恿ζ嚰夹g通過兩種或兩種以上的能量源，在保持高性能的同時，降低汽車排放和燃油消耗。其中，電動機是混合動力汽車的重要組成部分，可以為車輛提供高效、平穩的驅動力。目前，交流感應電動機和永磁同步電動機是混合動力汽車中應用最廣泛的驅動電動機。永磁同步電動機的驅動效率較高，控制技術包括大功率電子器件、轉換器、微處理器以及電動機控制算法等。除了電動機技術外，動力電池及其管理系統對于混合動力汽車的運行也極其關鍵，其性能直接影響驅動電動機的性能從而影響整車的燃油經濟性和排放性能。它起著向電動機供能以及向動力傳動系統輸出峰值功率的作用，并且能夠吸收制動再生能量并將其存儲起來，從而促進混合動力汽車總運行效率的提升。

4.3 燃料電池電動汽車

燃料電池電動汽車使用燃料電池技術產生電能，驅動車輛行駛，整個過程中只產生水和熱，沒有排放有害物質，具有清潔無污染的優點。并且相比傳統的內燃機汽車，燃料電池電動汽車具有更高的效率和更少的能耗，同時具有更高的續航里程和更快的充電速度。同時，燃料電池電動汽車使用的燃料為氫氣和其他燃料，可以來源于各種途徑，包括天然氣、石油、生物質等，來源廣泛。除此以外，護料燃料電池電動汽車沒有過多的機械部件，所以其噪音和振動相對較低，運行更加平穩，同時維護成本也相對較低。燃料電池電動汽車在運行中主要是將化學能轉化為電能，相比傳統的內燃機汽車，燃料電池電動汽車具有更高的效率和更少的排放，并且燃料電池的能量密度也高，壽命也相對較長，具備較高的續航里程數和更快的充電速度。并且過載能力也相對較強，能夠在短時間內提供較大的功率，燃料電池電動汽車，能夠在加速、爬坡等工況下順利運行[4]。同時，燃料電池電動汽車還可以用于車輛的定置型發電系統，例如在偏遠地區或應急情況下使用的發電系統，滿足電力供應需求。

5 促進汽車領域新能源技術發展的措施和建議

為了進一步促進新能源面方面需要重點圍繞電池技術、電機技術、電控技術、車身材料、智能駕駛等方面進行突破，其中在電池方面，未來的鋰電池技術需要在輕薄化、高能量密度、高安全性和快速充電等方面進行改進，積極進行新型鋰電池技術、柔性鋰電池技術等的研發創新，同時還需要重視對鋰電池回收再利用等工藝的研究；在電機方面，需要研發出更高效率、更輕量化、更小尺寸的電機技術，如永磁同步電機、開關磁阻電機在電控技術方面，則需要以提高新能源汽車的可靠性和運行效率為基礎目標，研發出更智能、更高效、更安全的電控技術，如PWM控制技術、IGBT等；在車身材料方面也需要重視對碳纖維、高強度鋁合金等輕量化、高強度車身材料的研發和應用；對于智能駕駛技術，這需要從智能感知技術、決策技術、交互技術、安全技術等方面進一步提升智能駕駛技術的安全性和穩定性，提高新能源汽車的安全性和駕駛體驗。

6 結語

綜上所述，新能源汽車技術的研究和應用，不僅僅是汽車行業發展的必然趨勢，同時也是雙碳戰略以及社會主義生態文明建設的必然要求。因此在現階段需要進一步加強對新能源汽車技術的研究、創新和應用，持續推動新能源汽車技術的發展突破。

參考文獻：

[1]趙怡軍.我國新能源汽車技術發展的挑戰與前景[J].時代汽車，2023，399（03）：122-124.

[2]須麒.試析新能源汽車技術的技術原理及優缺點[J].科技風，2022，508（32）：4-6.

[3]王璨.新能源汽車技術的發展及商用車的機遇和挑戰[J].時代汽車，2022，389（17）：109-111.

[4]余加亮，陳德唐.新能源汽車技術原理和相關技術探究[J].時代汽車，2022，390（18）：109-111.