新能源电动汽车关键技术发展现状与趋势

黄超

摘要：随着技术的发展，新能源汽车越来越被大众认可，文章论述了新能源汽车的概念与发展现状，阐述了插电式混合动力汽车、燃料电池汽车存在的问题，并分别介绍新能源汽车的关键部件，驱动电机、电池、电池管理系统的发展概况，并且展望了未来的发展趋势，其生产工艺与效率必将大大提升。

关键词：新能源汽车;混合动力;氢燃料

引言

随着技术的发展，新能源汽车逐渐被大众所接受，但是其关键技术也待于突破，國内外均制定了发展计划，本人对前人研究进行总结，并且提出自己对未来发展的看法。

1 新能源汽车的概念与发展现状

1.1 新能源电动汽车概念

新能源汽车是指除利用传统汽油、柴油等化石燃料提供动力的汽车。按照中华人民共和国国家发展与改革委员会公告定义，新能源汽车是指采用非常规的车用燃料作为动力来源（或使用常规的车用燃料、采用新型车载动力装置），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。新能源汽车包括四大类型，混合动力电动汽车（HEV）、纯电动汽车（BEV，包括太阳能汽车）、燃料电池电动汽车（FCEV）、其他新能源（如超级电容器、飞轮等高效储能器）汽车等。

1.2 新能源电动汽车的发展现状

1.2.1 新能源汽车较传统燃油车的优点

1.2.1.1 更节能环保、排放低，经济性好

新能源汽车多采用纯电动或者混合动力、还有燃料电池系统为汽车提供动力。纯电动与燃料电池汽车零排放，其污染极低，符合我国民保护环境的理念，混合动力汽车只有在加速、爬坡、电池电量不足的情况下，发动机参与工作，其也大大减少尾气的排放，电能的价格更低，经济性更优。

1.2.1.2 运行平稳、噪声低、舒适性好、传动系效率高

新能源汽车采用电动机直接驱动汽车，在怠速、或者等交通信号灯的情况下，一些汽车应用自动启停技术，控制发动机熄火，既降低排放，又减弱噪声，启动工况时，电机经电池直接供电，其噪声极低，提高乘坐舒适性，并且传动更加高效。

1.2.2 目前存在的问题

1.2.2.1 插电式混合动力充电问题

目前我国除大中心城市外，大多城市充电设施不完善，这也从某种程度上制约的新能源汽车的发展，其续驶里程短，并且由于电池技术待于突破，充电速度也受到限制。

1.2.2.2 电池更换、维修成本，安全问题

在新能源汽车整体结构设计中，电池是重中之重，其价值也占汽车的很大比重，在新能源汽车运行一定年限后，其电池效率下降，其更换成本较高。由于电池内部容易在汽车运行过程中受到多方面的影响，如温度、压力、内部结构发生形变等因素，电池可能发生泄漏，自燃等事故，新能源汽车在于不可控因素可能导致重大安全问题。

2 新能源汽车关键技术

2.1 驱动电机技术

2.1.1 电机主要类型

永磁式电动机：分为无刷直流电机与永磁同步电机，这两种电机在结构和工作原理上大体相同，转子都是永磁体，减少了励磁所带来的损耗，定子上安装有绕组通过交流电来产生转矩，所以冷却相对容易。由于这类电机不需要安装电刷和机械换向结构，工作时不会产生换向火花，运行安全可靠，维修方便，能量利用率较高。同时，转子上的永磁材料在高温、震动和过流的条件下，会产生磁性衰退的现象，所以在相对复杂的工作条件下，永磁式电机容易发生损坏。而且永磁材料价格较高，因此整个电机及其控制系统成本较高。

开关磁阻电机：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，定、转子均为普通硅钢片叠压而成的双凸极结构，转子上没有绕组，定子装有简单的集中绕组，具有结构简单坚固、可靠性高、质量轻、成本低、效率高、温升低、易于维修等诸多优点。而且它具有直流调速系统的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。

2.1.2 驱动电机未来发展趋势

新能源汽车驱动电机小型化、轻量化趋势，近年来将电动汽车驱动系统一体化研究进步很大，将驱动电机，逆变器，减速器集成化，可以降低成本，实现小型化、轻量化。智能化，随着单片机微型处理器的发展，对电机的智能化控制越来越强，各种算法也可以得到应用，电机的工作性能可以得到更好地发挥。可以拥有自我更新、自我适应等功能。驱动电机是新能源汽车的核心部件，随着汽车对动力的要求越大，电机的发展应着重于高速度、高效率、低噪声、低成本，提升电机的转矩和功率密度。将驱动电机与减速器直接集成为模块化，可降低重量、体积，又可以提升电驱动的 NVH 水平。对电机的控制器进行集成化设计，与多种控制器的功能集成，会提成电机的工作效率、功率密度。

2.2 电池技术

电池是电动汽车的动力来源，它的性能直接决定着汽车的动力性与续驶里程。

2.2.1 电池的发展现状

汽车动力电池大体可分为三种，镍氢电池、铅酸电池、锂离子蓄电池，镍氢电池是由氢离子和金属镍合成，多数用于混合动力车型;铅酸电池是一种电极主要有铅及其氧化物制成，电解液是硫酸溶液的蓄电池;锂离子蓄电池是一种二次电池，它主要依靠锂离子在正极和负极之间移动来工作，是当今主流的新能源汽车动力电池的主要类型。钴酸锂电池是运用最早的锂电池，容量密度大，但是安全性、稳定性较差，在电子产品领域应用较多，因为其安全稳定性差，不太适合大多数新能源汽车，但是因为其超强的续航能力，也得到的一些企业的应用。磷酸铁锂电池在国内新能源汽车运用广泛，它的最大优势在于安全稳定性和寿命，其超越大多数锂电池，但是比较低的能量密度，续驶里程低限制了它的应用。

2.2.2 动力电池发展趋势

通过电池界面基因组（BIG）-材料加速平台（MAP）计划等，采用人工智能（AI）大幅度减少电池材料的开发周期。加速电池新材料和新化学体系的开发过程。开发新型传感器，将其嵌入电池包中，实时监控电池的温度、压力等健康状态，提升其安全性，采用可自动愈合的材料等，提升电池恢复能力，延缓电池容量衰减的速度，提升其续驶里程，延长使用寿命。这样可以整合开发各种传感技术在电池中以实时传递信息。

2.3 电池管理系统发展趋势

电池管理系统的 SOC 估算是非常重要的一个环节，其值的准确性保证了电池的安全性，避免过充过放，SOC、SOH、SOP 的估算精度是未来发展的技术重点，对提升电池的性能至关重要。主动均衡技术，目前应用的多是被动均衡技术，虽然它的成本偏低，但是效果不是很好，随着研究的深入，主动均衡技术会逐步占领制高点。电池管理系统自诊断，BMS 需要对自身进行良好的自检，有效地预防故障的出现，及时报错，当电池出现故障时，能准确的确定原因、位置，进行防控。

3 结语

首先介绍了新能源汽车的概念，比较与传统燃油车的优点，阐述了我国氢燃料电池汽车有着广阔的发展前景，系统总结了目前电动机、电池等关键技术的发展现状，并提出自己对未来发展的观点。

参考文献

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山东协和学院 济南 250109