新能源汽车技术原理与相关技术分析及研究

10.16638/ki.1671-7988.2019.06.008

新能源汽车技术原理与相关技术分析及研究

付昌星

（怀化职业技术学院，湖南怀化418000）

摘要：“十三五”时期，国家大力发展新能源汽车技术，不仅能够降低能耗，而且还可推动传统汽车工业转型。文章通过对新能源汽车进行内涵界定，追踪并梳理了当前国内外关于新能源汽车技术的相关研究进展，结合美、日、中三国新能源汽车技术发展现状，重点就新能源汽车技术原理及相关技术的实施展开详细论述。

关键词：新能源汽车；技术原理；混合动力；HEV

中图分类号：U461 文献标识码：A 文章编号：1671-7988(2019)06-20-03

New energy vehicle technology principle and related technology analysis and research

Fu Changxing

( Huaihua V ocational and Technical College, Hunan Huaihua 418000 )

Abstract:During the 13th Five-Year Plan period, vigorously developing new energy vehicle technologies will not only reduce energy consumption, but also promote the transformation of the traditional automobile industry. Through the connota -tion definition of new energy vehicles, this paper traces and sorts out the current research progress on new energy vehicle technology at home and abroad, and combines the development status of new energy vehicle technologies in the United States, Japan and China, focusing on the technical principles and related aspects of new energy vehicles. The implementation of the technology is discussed in detail.

Keywords: new energy vehicles; technical principles; hybrid; HEV

CLC NO.: U461 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2019)06-20-03

前言

随着人们生活水平不断提高，经济迅速发展带动了汽车工业创新。汽车在为人们日常交通出行带来巨大便利的同时，也会引起环境污染，浪费能源。当前世界范围内的石油资源危机愈演愈烈，为了解决环境污染、资源短缺与汽车使用量需求不断增加之间的巨大矛盾，国家于2018年3月出台《2018年能源工作指导意见》，并从多个层面提出优惠政策，加快新能源汽车推广应用。基于此，为了贯彻和推广新能源汽车技术，实现“低碳经济”及“节能减排”的重要发展目标，本文结合国内外最新研究动态，就新能源汽车技术原理及EV、HEV、FCEV相关技术展开论述分析。1 新能源汽车内涵界定

新能源汽车主要是相对于以传统能源为主的汽车而言，目前业内关于“新能源汽车”的内涵界定，主要从“广义”与“狭义”两个层面展开[1]：

1.1 广义层面

广义层面的新能源汽车主要是指使用非柴油、非汽油等非传统能源的新动力汽车，如目前最新上市的混合动力汽车以及电动汽车等；另外，以甲醇、二甲醚以及石油气、天然气等新能源为主要动力来源的汽车也属于新能源汽车。

1.2 狭义层面

在广义层面基础上，国家对新能源汽车进行了细分。按照我国目前关于新能源汽车入市相关准入管理规定，新能源

作者简介：付昌星，就职于怀化职业技术学院。

付昌星：新能源汽车技术原理与相关技术分析及研究

汽车必须以非常规能源为主要动力来源，同时此类车辆的开发需以驱动技术及车辆动力控制技术为主。

2 新能源汽车相关技术的国内外研究、发展动态

近年来，世界性的环境污染以及能源危机问题已引起汽车制造工业领域相关人士广泛关注。在此背景下，发展新能源汽车技术已势在必行。纵观国内外，美国、日本以及中国在新能源汽车技术研究领域及应用方面已取得较大进步。2.1 美国

美国是当今世界经济体中当之无愧的超级大国，美国同中国类似，交通领域的能源问题日益突出，汽车尾气排放污染愈加严重，在石油危机倒逼作用下，美国政府对新能源汽车技术研发与推广工作作了明确规划。在新能源汽车附属设施建设方面，美国在加尼福尼亚州建设了大量充电设施，目前其已遍布各居民区、政府大楼及商场区域，由此为电动汽车持续提供动力奠定了良好基础。

2.2 日本

日本是典型的能源匮乏国家，为了改善这一局面，日本率先在交通运输领域展开新能源汽车研究与应用推广工作。著名汽车制造企业本田及丰田等先后投入巨资研发新能源汽车，由此使日本的纯电动汽车及插电式、混合动力式电动汽车在国内外遥遥领先。日本政府明确表示，将于2020年前建成150座快速充电站，同时将在多个城市展开电动汽车充电项目试点工作。该项目遍及日本餐饮连锁店、超市及付费停车场等，为驾驶员免费提供便捷式电源插座。

2.3 中国

受国外技术影响，我国早在1999年就开始了新能源汽车研发工作，并启动“清洁汽车行动”项目。在国家政策大力支持下，我国新能源汽车在研发与生产、产业化、示范运行等方面取得较大进展。目前，我国已建立企业和高校研发生产基地，形成锂离子电池产业链，并于北京、武汉、天津及汕头、威海等地建立指定试验示范区，设定为电动汽车试验城市，先后启动“十城千辆”新能源项目，全国已有100多处新能源汽车基础设施投入使用，并有近千辆电动汽车已投入示范运行。

3 新能源汽车技术原理及相关技术分析

3.1 混合动力汽车

该类新能源汽车主要是指车辆驱动系统分别由2个或2个以上的单个驱动系统联合组成的汽车。混合动力汽车至少有2种动力源驱动，一种是辅助驱动电机动力设备；另一种是常规发动机。汽车在行驶中，可根据功率变化，通过单独或不同驱动系统最优控制策略，实现节能降耗。根据混合电动汽车运作原理，其又可分为强、中度及弱混合动力汽车和插电式混合电动汽车[2]。

（1）串联式

混合动力汽车在工作运行中，通常以混联式、并联式与串联式三种驱动联结方式提供动力来源。从机械运作原理来讲，串联式混合动力汽车的发动机不参与车辆的直接驱动，仅通过车辆行驶系统与电动机连接，按如图1所示结构原理驱动发动机发电，然后为电动机提供动力驱动，在此环节，电池可调节汽车电量，并起到平衡发电机、电动机输入与输出功率的作用。若汽车需求功率小于发电机发电功率，多余电能则会汇集存储至蓄电池，电池进入充电状态。相反，若汽车行驶需要巨大动力和功率，则电池将释放多余电能给电动机，完成放电。经过系统间的来回切换，对车辆动力系统进行管控优化。

图1 串联式混合动力汽车结构示意图

这种新能源汽车技术可使发动机始终保持在高效工况下运行，因车辆结构布局自由性和灵活性较强，且车轮与发动机未与机械连接，因此能源消耗较小。

（2）并联式

并联式新能源汽车通过电动机与发动机两套动力系统实现机械装置间的耦合优化。在汽车工作运行中，两个系统与汽车驱动系统连接，由单独或双动力驱动系统实现汽车运行控制。如图2所示，当车辆行驶时，该车辆发动机处于高效工作状态；当车辆驱动功率需求不大时，发动机燃油经济性变差，此时发动机自动关闭，汽车主要由电动机驱动运行。若发动机开启，则车辆行驶中的额外能量将由电机整流存储于电池内。

图2 并联式混合动力汽车结构示意图

与串联式新能源汽车相比，并联式混合动力系统能量利用率高，汽车在爬坡加速时，由电动机与发动机同时驱动发力；汽车在低速运行时，主要由纯电动机驱动工作。但这种结构装置的技术缺点是系统控制结构复杂，车辆扭矩耦合装置及变速控制装置开发成本高。（下转第29页）