新能源汽车发展现状及趋势探讨

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　　摘要：发展新能源汽车是世界各国降低大气污染，减少石油资源依赖，保持经济社会可持续发展的重要举措。本文介绍了新能源汽车的发展状况及分类，分析了其发展的必要性，并探讨了新能源汽车待解决的一些关键技术。

　　0 引言

　　新能源汽车是全世界正在进行研究的热点项目，世界汽车大国如中国、日本、美国、德国等都投入了大量的人力、财力进行相关的研究和推广。在当今社会，汽车已经和每个人的生活息息相关，也是国内外科技实力竞争的一个关键点。发展新能源汽车是解决全球能源和环境系统严峻问题的必由之路，是汽车行业技术和产业革新的必然趋势。

　　发展新能源汽车对解决能源和环境系统问题以及提高国家的综合能力具有非常重要的意义。一方面解决能源短缺、环境污染、气候变暖等全球汽车行业面对的共同问题。近年来，我国汽车产业发展迅速，国内汽车保有量呈递增趋势。预计2015年的汽车保有量将达到1.5亿辆，2020年中国的汽车保有量更是将达到2亿辆以上。传统汽车在行驶过程中会产生大量的有害气体，排放的污染物有碳氢化合物、氮氢化合物、一氧化碳、二氧化硫等，对人类健康也有很大的影响。此外，传统汽车主要采用燃油发动机，排放大量的温室气体，影响全球的气候变化。现有的车用内燃机的动力技术的改进处于一种渐进式的状态，进展缓慢，已经不能应对环境、能源系统的挑战，汽车行业亟待一场革命性的技术变革。

　　另一方面，汽车产业对一个国家的经济发展起到了巨大的作用，带动钢铁、机械加工、电子等多个行业的发展，容易形成产业集群，是提升一个国家国际竞争实力的重要因素。相对于欧美国家，我国的汽车工业起步较晚，一直采取以市场换技术的方式推动汽车行业的发展，没有形成原始创新的技术，没有形成自己的关键技术。新能源汽车方面，世界各国处于同一起跑线上，我们国家只有大力发展新能源汽车，才能在汽车工业上实现“弯道超车”，才能有机会与西方发达国家在汽车工业上一较高下。

　　1 新能源汽车的定义及种类

　　根据我国《汽车产业发展政策》的有关规定，国家发展和改革委员会制定了《新能源汽车生产准入管理规则》（后文简称《规则》），提出了新能源汽车的新概念。实用非常规车用燃料来作为动力源的汽车便是新能源汽车，综合车辆的动力控制和驱动方面的先进技术，汽车拥有先进的理论和技术，结构也较为新颖。《规则》还指出：新能源汽车包括纯电动汽车（BEV，包括太阳能汽车）、混合动力电动汽车（HEV）、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。新能源汽车出现以来，动力形式主要有混合动力、纯电动、燃料电池三种。这也是当前世界各国主要的研究方向。

　　混合动力汽车在汽车上配置了两种动力系统，一般是在传统燃料的动力系统基础上再匹配发电机、电动机等以电能为动力的系统。在混合动力汽车中，电能的来源主要有三种方式，一是采用外部充电，即通过充电桩直接给汽车中的蓄电池充电。二是采用能量回收装置，在车辆运行过程中将制动时、下坡时、怠速时的能量回收，转换为电能存储在蓄电池中。三是采用前述两种方式的组合，既可以直接给蓄电池充电，也配有能量回收装置。

　　纯电动汽车，从字面就可以看出，该类汽车采用电能为唯一的动力来源，无需内燃机或其它动力装置。纯电动汽车只有电能一种动力来源，在行驶过程中没有尾气排放，也不会形成二次污染，是一种“干净”的汽车。纯电动汽车由于受续航里程、充电桩的数量及位置的影响，目前主要在短途使用人群中推广使用。

　　燃料电池汽车的工作原理是，其燃料是氢，氢会在燃料电池中和氧气发生氧化还原反应，从而产生电能来给电动机工作提供支持，通过电动机带动机械传动机构，从而驱动电动汽车。在燃料电池汽车中，氧气和氢气直接参与化学反应，并且化学反应时，不会产生污染物，其也是一种“干净”的汽车。和纯粹使用电力的骑车相比，燃料电池汽车优势明显，比如低温冷启动性能出色、持续行驶里程较长、能够快速补充能量等，但产品成本高且基础设施稀缺。

　　2 国内外新能源汽车发展的状况

　　国外在新能源汽车的研究方面比我们国家起步要早得多，在美国和日本已经有很多汽车厂推出了新能源车型并上市销售。如日本为了解决能源安全问题，欧洲和美国为了解决温室效应和石油依赖的问题，从国家和地区的层面都推出了鼓励新能源汽车发展和推广的政策，寻找替代能源，如：欧盟持续加强清洁柴油车技术，推动燃料电池的研发。①金融危机之后，世界各国均把新能源汽车的研究方向聚焦在纯电动汽车上。

　　2010年以来，欧美日等汽车工业强国的新能源汽车如雨后春笋般上市销售。如本田飞度EV、宝马MINI E、宝马i100Coupe、 宝马（PHEV）以及全球闻名的特斯拉电动车，在全球刮起了新能源汽车的旋风。这些新能源汽车的特点主要是车型与传统汽车相似、续航里程相比早期的电动车有了很大的改善、普遍使用快速充电技术、最高车速增加到100公里/小时以上。

　　从2001年开始，国家通过“863”项目投入很大的资金主要做电动汽车研发，形成了纯电动、油电混合动力、燃料电池三条技术路线，简称“三纵”； 建立了以动力蓄电池、驱动电机、动力总成控制系统三种共性技术，简称“三横”，形成了“三纵三横”的开发布局。②2012年3月，科技部公布《电动汽车科技发展“十二五”专项规划》，进行了纯电驱动技术战略的确定，重视技术转型，重视整车继承技术、关键零部件技术以及公共平台技术的深化省级和完善。国务院也进行了《节能与新能源汽车产业发展规划（2012-2020年）》的发布，制定了新的战略取向，重视以纯电驱动为新能源汽车发展和汽车工业的转型，当前重点推进纯电动汽车和插电式混合动力汽车产业化。我国已经有多家汽车厂开始电动车的生产和销售，如江淮、奇瑞、新大洋、北汽新能源、一汽新能源、长安、郑州日产等均有新能源汽车上市销售。

　　3 新能源汽车的核心技术及发展趋势

　　发展新能源汽车需要掌握电池技术、电机驱动及控制技术、能源管理系统以及整车技术等核心技术。

　　电池技术包括电池形式、电池生产的过程控制、外围设备和使用方法等。日本企业在电池领域的技术实力较强，如丰田汽车公司获得了四百多项专利。③目前世界各国都在研究电池的新技术，重点解决电池容量和快速充电的问题，石墨烯电池是一个新的研究方向。在中国，中航锂电、比亚迪、五龙汽车等公司在已经掌握了电池技术实现了电池的批量生产。

　　整车控制器（VCU）、电机控制器（MCU）和电池管理系统（BMS）是最重要的核心技术，对整车的动力性、经济性、可靠性和安全性等有着重要影响。

　　VCU是新能源汽车的大脑，它通过对来自油门、刹车踏板、档位等位置的信息进行分析，判断驾驶员的意图。VCU还检测车辆的速度、文图、电量、电压等信息，并根据车辆各项参数向车身的动力系统、电池系统等发送控制指令，指挥车辆行驶。

　　MCU是新能源汽车特有的核心功率电子单元，是电动机的大脑。它在接收到VCU的车辆行驶控制指令后，及时控制电动机输出指定的扭矩和转速，驱动车辆行驶。实现把动力电池的直流电能转换为所需的高压交流电、并驱动电机本体输出机械能。

　　BMS是新能源汽车的三大核心技术之一，它是新能源汽车电池系统正常工作、提高电池寿命并保证新能源汽车安全的关键技术。由于BMS的存在，当新能源汽车大电池出现早期损坏、过热、过载等情况时，及时保护电池并向司乘人员报警。

　　随着能源危机和环境系统不断增长的压力，新能源汽车未来的发展方向主要是寻找新的替代能源和动力系统的革命。一是研究甲醇、生物乙醇、氢燃料、可燃气体等替代传统的燃油技术，已经有部分技术在国内外得到了推广应用。二是采用电能作为新的动力来源，主要是运用混合动力驱动、纯电驱动和燃料电池技术解决日益严重的能源紧缺和污染问题。

　　4 结论

　　从解决能源紧缺和环境污染的角度来看，以纯净能源尤其是纯电动汽车和燃料电池的汽车将成为新能源汽车未来的发展方向。我国汽车工业的发展应该以纯电动汽车的产业化为重点，着力解决整车控制、电机控制和电池管理系统的关键技术，积极推进电动汽车的产业化，实现“弯道超车”，提高我国的竞争实力。

　　注释：

　　① 孙俊秀，陈洁，殷正远.美日欧新能源汽车政策辨析及启示[J].上海管理科学，2012.34（2）：63-66.

　　② 陈柳钦.我国新能源汽车产业发展面临的问题[J].汽车工业研究，2011.6：2-9.

　　③ 郑薇.新能源汽车的技术专利研究[J].汽车技术，2009.5：43-45.

作者： 宇文雄  来源： 《科教导刊》2015年第34期