浅论提升新能源汽车能源管理与使用效率方法的可行性

李瑾

潍坊实验中学 山东省潍坊市 261325

1 现状分析

1.1 国内外新能源汽车发展概况

新能源汽车是指采用非常规的车用燃料最为动力来源，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。目前，市场上一般有混合动力汽车、纯电动汽车、燃料电池汽车、氢能源汽车以及其他新能源汽车等类型。相应的，能源驱动也包括混合动力、纯电动力、燃料动力以及氢动力等常规类型。

汽车尾气排放以及化石燃料的减少成为汽车工业的发展忧患。而解决问题的关键就在于发展新驱动能源汽车。近几年各国都将发展新能源汽车，创新核心技术作为汽车制造业的重中之重，以美国、西欧、日本为代表的汽车制造大国各自制定了相应的新能源汽车发展计划。美国主要着力发展充电式混合动力汽车，并且拥有关键零部件的自主知识产权，比如特斯拉，是新能源汽车的始祖，并一直走在世界前列。欧洲国家拥有宝马、奔驰、大众、奥迪、雷诺、沃尔沃等著名品牌，而制造大国如德国，将发展重点放在了纯电动汽车上并取得巨大成功。据悉，2018年2月，世界上十款最畅销电动车型中的七款都来自德国，可见实力之强。

我国在2006年就已取代美国成为世界上第一大碳排放国，而在2015年的巴黎气候峰会上中国提出碳排放下降幅度的目标，新能源汽车自然成为我国降低燃油消耗的重要战略。我国新能源汽车起步晚，以纯电动汽车为主，发展较快。据报道，2017年，我国动力电池单体的能量密度为2瓦时/公斤，与2012年相比价格下降70%，动力电池的总电量为36.4GWh，并且核心技术不断进步，电池续航能力不断增强，配套设施不断完善[1]。但发展过程中依旧存在不少问题，如能源利用率低，电池安全系数低，电池容量亟待提升，电桩覆盖率低等问题。这些问题严重影响了消费者的购买欲望。因此，我国新能源汽车发展仍需尖端人才与企业研发机构的不懈努力。

1.2 不同类别新能源汽车的特点

纯电动汽车主要使用电能作为驱动能量，其核心动力系统由蓄电池与电动机组成。纯电动汽车不消耗化石燃料，可以实现零排放，动力输出扭矩大。其充电电力来源可以是火力、水能、风能、核能等发电方式，能源利用率高，排放处理集中，对环境的不利影响大大削弱，即使是燃烧化石燃料的火力发电，其能源利用率也大大高于常规动力汽车的利用率。除此之外，纯电动汽车能够更好的与现代化技术结合，比如车联网技术、大数据结合、人工智能、自动驾驶等。但就目前情况来看，纯电动汽车依旧存在动力电池续航能力差，充电时间长，电池更换不便捷，充电设施不完善，电力储存技术有待提高等问题。

燃料电池汽车是将化学能转化为电能，从而驱动电动机的一类新能源汽车。其燃料来源可以是乙醇、甲烷、天然气等，包括以氢气为燃料的氢能源汽车。它最大的优势就是环保，排放量小。例如，氢燃料汽车，氢气的来源比较广，其燃烧后的产物只有水，环保与性能潜力巨大。另外，燃料电池的使用寿命也比较长，电池转换率高，无噪音，氢燃料更换可以直接在加氢站等进行。但不可否认的是，目前储氢困难，技术不成熟，电池安全问题不可忽略。

混合动力汽车通常所说的混合动力汽车，一般是指油电混合动力汽车，即采用传统的内燃机（柴油机或汽油机）和电动机作为动力源，有并联式、串联式、混联式。由于混合动力汽车没有完全摆脱燃油动力，所以就环保潜力来说不如上文提到的两者，但相较于传统内燃机来说油耗低，排放量小很多。而且混合动力汽车不存在续航问题，电池成本低，寿命长，可以利用现有的基础设施，目前技术也比较成熟[2]。不过混合动力汽车在未来的油耗技术极有可能会达到瓶颈期，无法从根本替代化石燃料。在内燃机与电动机切换时，混合动力汽车可能会发生震动，平稳性不及纯电动汽车。目前美国在这方面做的比较好，增程式混合动力汽车发展较快。

2 新能源汽车在发展过程中存在的问题

2.1 里程焦虑

对于纯电动汽车来说，目前最大的问题就是续航里程问题。纯电动汽车只能通过充电补充能源，其电池的能量密度也比较低。现代燃油汽车加油几分钟就能有七、八百公里的里程，电动汽车百公里大约耗电16至24度之间，若以百公里耗电19度来算，要达到燃油汽车的较低水准——充电5分钟行驶七百公里，充电功率就将高达近1.6MW，就目前技术来看，在运行的电动汽车上产生如此高功率的电能是一巨大挑战。纯电动汽车的另一挑战在于充电问题。首先，纯电动汽车在家用电的条件下充电很慢，在充电桩条件下三分钟大约只能提供三四百的里行驶程，这就限制了消费者的出行。另外，在行驶途中的电能补充也存在问题。在大城市，充电桩、充电站的分布较为完善，但不能充分利用，许多设施使用率非常低。而在较小城市，充电网点分布较少且不均。总体来看，我国充电网点的基础设施建设还不够完善，“没电怎么充”，这也间接导致了消费者的里程焦虑。

2.2 安全焦虑

消费者的另一焦虑主要在于安全焦虑。一般来说，新能源汽车的安全问题可分为机械安全、电气安全、功能安全、化学安全，目前以功能和化学安全为主。据统计，2016年，国内新能源汽车起火主要是自燃，共9起，由此可知动力电池原因是新能源汽车起火事故或安全事故的主要原因[3]。

动力电池自燃，也称动力电池热失控，一般分为三个原因，分别是机械滥用、电气滥用、热滥用。机械滥用是指碰撞挤压、针刺后打破了电解液，电池正负极的有序组合，导致放出大量热，引起热失控。一般来说，发生车祸等自燃都是机械滥用导致的。电气滥用一般指电池长期内短路、外短路、过充。内短路一般是由电池老化引起的，外短路一般是由进水或错接引起的，过充就是充电超过限度。热滥用是因为接头松动导致电池内阻过大或车辆起火加热电池引起二次爆炸。

3 解决方案

3.1 APP技术的应用

对于纯电动汽车来说，其里程焦虑主要来自续航问题，在现有技术上如何使消费者最大程度的利用电能，最大程度的对能源进行管理就成了关键。针对纯电动汽车，可以应用大数据与互联网平台，利用APP技术，将用户、运营商、检修售后服务、数据采集中心联系起来，从而帮助消费者更好的实现电能的合理安排与有效使用，提升新能源汽车的舒适度。

APP的设计基础要包括数据的采集与应用，其中需要遥感技术、GPS技术，网上支付技术，通信技术等的支持。APP需要用户方提供车主与汽车的相关详细信息，后台提供精确的地图信息，包括路况信息与充电桩分布情况，支付平台，用户交友社区，以及监测通知系统等。具备以上基础后，APP需要着重解决汽车里程焦虑与安全焦虑。

用户需要配套电池体检系统，包括电池测温系统、电量控制系统、充电状态监测系统等，与线上APP对接，反应在用户的手机中，进行实时监控，并进行提醒，以便更好地掌握汽车情况。该软件配备智能断电系统，使车主能够远程断电、充电。测温系统能够更好的帮助车主远离汽车安全问题，预防事故的发生。电池体检系统与检修售后相联系，定时为用户根据以上系统提供的信息发送体检报告，或提醒线下检修，用户可以提前预约并进行线上支付[4]。

最重要的是解决用户智能出行，找桩充电问题。第一，软件要进行智能路线规划。用户输入出发地、目的地、系统根据地图导航，结合所剩电量以及充电桩分布，智能规划最优路线，在电能分配和充电均衡之下，解决用户出行的续航问题。第二，进行智能充电提醒。用户提前输入基本行程，一般选择最常用路线，系统根据车的充电速度以及所需电量，提醒车主提前用电谷期进行充电，可选择常规手动充电，也可进行遥控充电（结合无线充电系统，物联网联系）。在充电完成时，系统要自动断电（结合上述电量控制系统），从而解决过充，忘充，或电量不足问题。

3.2 多元化电池充电方式

对于纯电动汽车来说，有线插电式充电较为普遍，充电桩也是提供插电式充电。插电式充电的车辆充电数量有限，不灵活，需要强大的基础设施才能保证纯电动汽车充电的便捷性。对于纯电动汽车来说，还可利用无线充电技术。无线充电，利用磁场传递能量，实现充电器与用电器的电能转移，一般分为电磁感应式、无线电波式、磁场共振式。电磁波发射端可以埋入地下，节省地上空间，布局灵活，可以一端多充。如果能在路面以下埋入电磁波发射端，那么在行驶过程中就可以补充电量，对汽车的续航能力会有很大的提升。但无线充电有比较多的弊端。磁场容易受干扰，二次转化传输效率低，电磁波的泄露危及健康等，总的来说技术不够成熟，要加强对电磁波的泄露保护以及转化效率的提升。

在充电设施不完善的情况下，可以通过“车车充电”来补充电量。所谓的“车车充电”，就是在借助APP互联网技术的基础上，实现车主间的对接。在汽车电量低时，开启“车车充电”服务，可以通过定位寻找附近电量充足，可供外充的汽车，系统通过智能配对，进行约定地点车车充电，在车身上需要设计充电口与放点口，车车对接，实现车车充电。这样既以解决汽车续航问题，又能够利用空余能源。

4 结语

目前各国新能源汽车发展迅速，大力发展本国特色。在历史洪流之中，我国提出“中国制造2025”，对于我国新能源汽车发展来说更是一大机遇。我国重点企业要掌握核心技术，运用互联网与大数据，开发新能源并不断提高能源转化效率。同时，在保护人体和环境的基础上，尝试无线充电在汽车行驶时持续充电，或利用软件平台实现车车交互，保证电能的及时供应，从而共同解决续航与安全问题。在地铁、公交、高铁等越来越多便捷交通工具快速发展的压力下，新能源汽车必须拥有更优的性能，更好的出行舒适度与更高的性价比。纯电动汽车作为我国发展重点，如何提高续航能力，如何提升能源管理的高效性就显得格外关键。当前大数据互联网时代提供给新能源汽车发展的契机，应更好响应国家政策，实现中国新能源汽车发展的突破。