新能源技术在汽车领域的应用与发展

王小林　陈沛

摘 要：研究新能源汽车技术是时代发展的必然趋势，也是实现汽车行业可持续发展的关键所在。在文章中发展汽车新能源技术的意义、新能源技术种类以及具体应用展开了探讨分析，并提出了相关发展建议，以供参考。

关键词：汽车 新能源技术 应用 发展建议

1 引言

碳中和和碳达峰战略作为当下国家发展建设中最为关键的战略举措之一，为各行各业的节能环保发展提供了关键性的指导意见。在双碳战略背景下，国家加强了对新能源汽车的政策支持，出台了一系列关于新能源汽车的政策举措，鼓励汽车企业加强技术创新和产业协同，推动新能源汽车和传统汽车的融合发展，提高整个汽车行业的竞争力。同时在新能源汽车购买等方面也给予了消费者更多的优惠和补贴，以降低消费者购车成本，提高消费者购车积极性，也促进了新能源汽车行业的发展。因此，在现阶段需要进一步加强对汽车领域新能源技术的研究创新，不断提高新能源汽车制造水平和生产质量，为双碳战略目标的实现以及汽车行业的可持续发展作出贡献。

2 发展汽车新能源技术的意义

2.1 汽车新能源技术有助于改善生态环境

传统燃油车排放的废气会对环境造成严重的污染，随着环保意识的提高，人们对汽车排放的要求也越来越严格。但是通过应用新能源汽车技术就能够改善环境质量，主要原因在于其能源来源的清洁性。新能源汽车采用电力、氢气等清洁能源作为动力源，相较于传统燃油车，可以减少废气排放，从而降低对环境的污染。具体来说，新能源汽车可以分为纯电动汽车、混合动力汽车和燃料电池汽车等类型。其中，纯电动汽车完全采用电力驱动，没有任何尾气排放；混合动力汽车则采用燃油发动机和电动机相结合的方式，通过电动机的协助，可以降低燃油消耗和尾气排放；燃料电池汽车则采用燃料电池作为动力源，通过氢气和氧气的化学反应来产生电能，没有任何尾气排放[1]。此外，新能源汽车的能源利用效率也较高，可以更好地节约能源，减少对环境的影响。同时，新能源汽车还可以通过智能电网进行能源的双向传递和储存，进一步提高了能源的利用效率。

2.2 汽车新能源技术有助于优化能源结构

汽车行业依赖石油资源，而石油资源是不可再生资源，随着全球石油资源的减少，汽车行业的能源安全问题也越来越突出。新能源汽车采用电力、氢气等可再生能源，相较于传统燃油车，可以减少对石油等化石能源的依赖，从而提高能源利用效率。同时，新能源汽车还可以通过智能电网进行能源的双向传递和储存，进一步提高能源的利用效率。此外，新能源汽车的推广也可以促进可再生能源的发展。例如，纯电动汽车可以采用太阳能等可再生能源来充电，这可以促进可再生能源的发展和应用，从而更好地优化能源结构。因此，新能源汽车技术能够优化能源结构，减少对石油等化石能源的依赖，提高能源利用效率，促进可再生能源的发展和应用。

2.3 促进经济发展

新能源汽车技术新能源汽车技术的发展可以推动新能源汽车的普及，从而扩大新能源汽车市场规模，带动新能源汽车产业链的发展，这样就可以创造新的就业机会，吸纳大量失业人口，为社会经济持续发展提供支撑。与此同时，新能源汽车使用绿色能源技术，不仅可以有效改善当地交通情况，减少交通拥堵，同时还能够降低环境污染，改善当地环境状况，从而提高当地投资环境的质量，吸引外商投资，促进当地经济发展。此外，在新能源汽车技术研发和应用的过程中，也会吸引更多人才的加入，提升地方人才储备数量和质量，带动经济发展。

3 汽车领域中新能源技术分析

3.1 氢动力技术

汽车氢动力技术是一种高效、清洁、快速的能源技术，其主要原理是利用氢燃料电池将氢气转化为电能，从而驱动汽车行驶。与传统的燃油汽车相比，汽车氢动力技术有着明显的优势。首先，汽车氢动力技术高效高，能量密度大，能够实现高效驱动，提高能源利用效率。其次，汽车氢动力技术清洁无污染，氢气燃烧时排放的唯一物质是水，对环境友好。此外，汽车氢动力技术加注燃料的时间短，连续工作能力强，能够提高车辆的运输效率。而且，汽车氢动力技术无噪音，驾驶舒适性高。氢动力技术中的关键技术有以下几点：（1）燃料电池电堆技术。燃料电池电堆是氢动力汽车的核心部件，它将氢气和氧气转化为电能。电堆中的阳极和阴极之间存在电解质溶液，氢气在阳极上分解成氢离子和电子，氧气在阴极上接受电子并形成水。（2）燃料电池系统集成与控制技术。燃料电池系统包括燃料电池电堆、氢气供应系统、氧气供应系统、水管理系统、排放控制系统等。燃料电池系统的集成与控制技术包括各个子系统的优化设计、系统间的相互作用和控制策略等。（3）车载供氢系统集成与安全技术。车载供氢系统包括氢气储存设备、氢气加注设备、氢气泄漏检测设备等。供氢系统的集成与安全技术包括氢气储存容量的优化、氢气储存设备的可靠性、氢气泄漏的检测和预警等。（4）高效大功率直流电源变换技术。氢动力汽车需要大量的电能来驱动车辆，因此需要使用高效大功率直流电源变换技术来将燃料电池产生的电能转换为适合驱动车辆的电能[2]。（5）燃料电池管理技术。燃料电池管理技术包括对燃料电池电堆的电流、电压、功率等参数的监测和控制，以及对整个燃料电池系统的管理和控制。汽车氢动力技术的发展和应用已经取得了不少成果。在国际上，丰田、本田、现代等汽车厂商都推出了氢燃料电池汽车，国内也相继涌现出了一批本土化企业。在国内，北京、上海、佛山等城市已经试点运行了氢燃料电池公交车，北京、上海、深圳等城市也已经开始试点运行氢燃料电池货车和氢燃料电池无人机。然而，汽车氢动力技术也存在一些问题和挑战。例如，目前氢气的来源仍然是一个困扰氢动力技术发展的难题，电解水的方式虽然能够得到高纯度氢气，但能量损失大，成本高。此外，金属铂等催化剂的稀缺性也限制了氢燃料电池的大规模应用。

3.2 电力驱动技术

电力驱动技术在新能源汽车中扮演着非常重要的角色，是新能源汽车的关键核心技术之一。电力驱动系统是新能源汽车的动力源，是不可或缺的核心零部件，它可以实现新能源汽车的动力输出和控制，對新能源汽车的使用性能具有较大影响。相比于传统的燃油汽车，新能源汽车的发动机、ECU电控单元、变速箱等关键零部件的功能被转移到电力驱动系统中，通过电力驱动器、电动机和机械传动装置的配合实现。电力驱动系统可以控制新能源汽车的速度和方向，具有调速范围宽、控制方便、可持续工作、无噪音、无污染、节能等优点。新能源汽车中的电力驱动技术具体分为以下几部分：（1）电机驱动系统是电力驱动汽车的核心部件，包括电机、控制器、变换器等。电机是将电能转化为机械能的装置，控制器是控制电机运转的部件，变换器是将直流电转换为交流电的部件。（2）电池管理系统是监测电池工作状态的部件，包括电池的电压、电流、温度等，同时还可以控制电池的充放电，从而保证电池的安全和寿命。（3）电力电子技术是实现电力驱动的关键技术之一，它包括直流/交流变换、交流/直流变换、斩波技术等，它的作用是将电能转换为适用于汽车的交流电和直流电。（4）车辆控制系统是电力驱动汽车的神经系统，它可以控制车辆的行驶速度、方向、里程等，同时还可以对车辆的故障进行诊断和修复。（5）充电技术是电力驱动汽车的重要技术之一，它包括快充、慢充、无线充电等，充电技术的选择和设计会影响汽车的续航里程和充电速度。但是在现阶段电池技术还存在一些限制，如能量密度、寿命、充电速度等问题，需要进一步提高和发展，同时在电力驱动系统的控制策略，可靠性等方面也存在着一些问题，需要进一步优化和发展。

4 新能源技术在汽车领域中的具体应用

4.1 纯电动汽车

纯电动汽车是采用电力驱动技术的电动汽车，其动力源为电池组和电动机，不使用燃油发动机。纯电动汽车具有零排放、低噪声、高效率等优点，是当前电动汽车发展的重要方向。电池是纯电动汽车的动力源，其性能指标包括比能量、比功率、循环寿命和成本等。目前常用的电池包括铅酸电池、镍氢电池、锂离子电池和燃料电池等。纯电动汽车。在运行中需要通过电池管理技术、电力驱动技术，自动回收技术和辅助性能装置、车辆控制技术等来确保纯电动汽车的正常运行，其中电池管理技术主要负责对电池的充电、放电、均衡管理和热管理等；电力驱动技术能够将电池的电能转换为机械能，实现车辆的驱动和控制，当下分为直流电机，驱动和交流电机驱动两类；制动回收技术将机械能转化为电能，并将其回收再利用，从而提高车辆的效率；辅助蓄能装置能够在车辆起步、加速、爬坡等需要大功率输出的情况下，提供短时间内的辅助动力，确保汽车的动力和加速度[3]。该装置包括超级电容器、飞轮电池等几部分；车辆控制则主要是针对纯电动汽车运行中的速度、转向、再生制动等的控制，这对于提升车辆的稳定性和动力性有着积极的促进作用。

4.2 混合动力汽车

混合动力汽车技术是一种新能源汽车技术，它既有传统汽车也有新能源动力系统的汽车。混合动力汽车技术通过两种或两种以上的能量源，在保持高性能的同时，降低汽车排放和燃油消耗。其中，电动机是混合动力汽车的重要组成部分，可以为车辆提供高效、平稳的驱动力。目前，交流感应电动机和永磁同步电动机是混合动力汽车中应用最广泛的驱动电动机。永磁同步电动机的驱动效率较高，控制技术包括大功率电子器件、转换器、微处理器以及电动机控制算法等。除了电动机技术外，动力电池及其管理系统对于混合动力汽车的运行也极其关键，其性能直接影响驱动电动机的性能从而影响整车的燃油经济性和排放性能。它起着向电动机供能以及向动力传动系统输出峰值功率的作用，并且能够吸收制动再生能量并将其存储起来，从而促进混合动力汽车总运行效率的提升。

4.3 燃料电池电动汽车

燃料电池电动汽车使用燃料电池技术产生电能，驱动车辆行驶，整个过程中只产生水和热，没有排放有害物质，具有清洁无污染的優点。并且相比传统的内燃机汽车，燃料电池电动汽车具有更高的效率和更少的能耗，同时具有更高的续航里程和更快的充电速度。同时，燃料电池电动汽车使用的燃料为氢气和其他燃料，可以来源于各种途径，包括天然气、石油、生物质等，来源广泛。除此以外，护料燃料电池电动汽车没有过多的机械部件，所以其噪音和振动相对较低，运行更加平稳，同时维护成本也相对较低。燃料电池电动汽车在运行中主要是将化学能转化为电能，相比传统的内燃机汽车，燃料电池电动汽车具有更高的效率和更少的排放，并且燃料电池的能量密度也高，寿命也相对较长，具备较高的续航里程数和更快的充电速度。并且过载能力也相对较强，能够在短时间内提供较大的功率，燃料电池电动汽车，能够在加速、爬坡等工况下顺利运行[4]。同时，燃料电池电动汽车还可以用于车辆的定置型发电系统，例如在偏远地区或应急情况下使用的发电系统，满足电力供应需求。

5 促进汽车领域新能源技术发展的措施和建议

为了进一步促进新能源面方面需要重点围绕电池技术、电机技术、电控技术、车身材料、智能驾驶等方面进行突破，其中在电池方面，未来的锂电池技术需要在轻薄化、高能量密度、高安全性和快速充电等方面进行改进，积极进行新型锂电池技术、柔性锂电池技术等的研发创新，同时还需要重视对锂电池回收再利用等工艺的研究；在电机方面，需要研发出更高效率、更轻量化、更小尺寸的电机技术，如永磁同步电机、开关磁阻电机在电控技术方面，则需要以提高新能源汽车的可靠性和运行效率为基础目标，研发出更智能、更高效、更安全的电控技术，如PWM控制技术、IGBT等；在车身材料方面也需要重视对碳纤维、高强度铝合金等轻量化、高强度车身材料的研发和应用；对于智能驾驶技术，这需要从智能感知技术、决策技术、交互技术、安全技术等方面进一步提升智能驾驶技术的安全性和稳定性，提高新能源汽车的安全性和驾驶体验。

6 结语

综上所述，新能源汽车技术的研究和应用，不仅仅是汽车行业发展的必然趋势，同时也是双碳战略以及社会主义生态文明建设的必然要求。因此在现阶段需要进一步加强对新能源汽车技术的研究、创新和应用，持续推动新能源汽车技术的发展突破。

参考文献：

[1]赵怡军.我国新能源汽车技术发展的挑战与前景[J].时代汽车，2023，399（03）：122-124.

[2]须麒.试析新能源汽车技术的技术原理及优缺点[J].科技风，2022，508（32）：4-6.

[3]王璨.新能源汽车技术的发展及商用车的机遇和挑战[J].时代汽车，2022，389（17）：109-111.

[4]余加亮，陈德唐.新能源汽车技术原理和相关技术探究[J].时代汽车，2022，390（18）：109-111.