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新能源汽车节能技术应用模式

摘要:改革开放以来我国经济建设水平不断提高,城乡居民的收入也不再只为满足温饱而是开始追求物质与精神生活满足,因而汽车也逐渐变成了许多居民的生活必需消费品。伴随着从2010年到2020年之间汽车保有量从7619万辆到26150万辆的变化,汽车尾气的排放量也不断提高,在愈发强调保护生态环境的今天,限制汽车保有量的方式是不合理的,提倡新能源汽车以及提高节能技术水平便有其必要性了。

关键词:新能源汽车;节能环保;混合动力技术

汽车的动力来源在刚入21世纪的时候主要是两种,分别是传统石油能源的衍生物汽油和柴油,但作为化学衍生物的传统能源一旦不充分燃烧,便会释放出除二氧化碳之外有害气体如一氧化碳、二氧化硫等。其中二氧化碳作为温室气体的主要成分,当二氧化碳的浓度随汽车保有量的快速增加且仍使用传统能源燃烧而大量释放,这样便会加速温室效应的诞生。而不充分燃烧所造成的有害气体虽然少量但同样也会对环境造成十分严重的伤害,这对于世界生态环保所强调的可持续发展是十分巨大的阻碍。绿水青山就是金山银山,跨入新世纪生态环境保护的问题在国内外都受到了社会各界的广泛关注,因此,为保障生态环境以及提高居民生活幸福感,国家大力推动新能源汽车的技术革新以及电池等相关产业革新换代,扶持新能源车企以及补贴车型等等措施得到了国家的大力支持,这不仅极大地激发了国内车企在新能源车型上的变革速度,有利于国内新能源汽车开发道路,同时有效地提高了保护环境水平。

1我国新能源汽车的发展现状

新能源汽车指不以或不单纯以传统的汽油和柴油燃料为能源,即若采用传统汽油与柴油为能源则在动力装置上采用全新技术作为动力源的汽车。简单而言,新能源汽车与传统汽车不同的全新概念在于以下三点:基于全新技术的动力装置、全新的驱动装置和新型的现代结构。新能源汽车目前国内的动力类型主要有油电混合、纯电动、燃料电池、氢能和其他类型的新能源汽车。新世纪以来,我国在提高重视科技创新的同时,也极度重视相关的新能源技术类型,同时在政策以及行政等方面为新能源技术企业创新保驾护航。与此同时,在提倡新能源汽车的发展过程中,对于传统能源汽车的发展提出了更高要求与标准,所有车辆的尾气排放必须满足相应规格的检测,并对不同规格类型的传统汽车提出不同的要求,比如推出地方行政法规等方式提高对新能源车型的大众接受度以推广新能源汽车,且同时可以促进传统老牌汽车大厂向新能源车企进行转变,这样才能更加快速地满足新能源汽车发展速度。2001年,国务院发布863计划,并在此提出了纯电动汽车的未来规划,从2009年开始,政府实施新能源汽车购置补贴政策;从2014年开始,政府实施新能源汽车免征车辆购置税政策。2017年12月底,财政部、税务总局、工业和信息化部、科技部等四部委发布《关于免征新能源汽车车辆购置税的公告》,规定:自2018年1月1日至2020年12月31日,对购置的新能源汽车免征车辆购置税。随着居民生活水平的不断提高,在政府的呼吁下社会各界关于环保、节能的可持续发展理念不断提升,节能技术的进一步推动创新是汽车工业的发展趋势,节能以及提高能源利用率都是新能源的发展趋势。在国家政策的鼓励下,新能源节能技术搭配智能网联与电控系统的更新是在不断创新与不断进步的,研发更有效的节能技术是新能源汽车的核心部分之一。

2新能源汽车与节能环保概述

随着居民生活水平的不断提高,在政府的呼吁下社会各界关于环保、节能的可持续发展理念不断提升,节能技术的进一步推动创新是汽车工业的发展趋势,节能以及提高能源利用率都是新能源的发展趋势。发展新能源技术以及节能技术有以下几点发展优势。第一,新能源汽车的推出的本质问题便是要注重环境保护问题,在另一个层面上有利于对于已经造成的污染的环境起到缓慢的修复作用。电动汽车的研发进入到满足市场使用要求后,通过完善充电装置的配置与布局并逐步实现燃油汽车到纯电汽车的整体过渡,必将有利于我国长久未来的生态安全与生态恢复,大幅降低汽车尾气的排放以及随之而来的伤害。伴随着中国特色社会主义事业的不断发展而来的是我国经济发展的突飞猛进,且科技创新能力水平的提高使得我国在利用各种可循环与不可循环资源的发电以及电力应用方面均有了极大地提高。电力能源相关技术的开发利用极大地降低了我国电力使用成本,但是在新能源电动汽车的研发与推广使用过程中伴随而来的便是一些技术缺陷,如因为电机缺陷导致的动力问题。因此在新能源汽车的发展过程中,关于其附加工业产品的研发一样应该受到重视。第二,新能源汽车节能技术不仅仅是汽车技术先进的体现,以电能驱动为例,在电驱汽车上其节能技术更是电控技术以及能源回收等技术的先进体现。在国家政策的鼓励下,新能源节能技术搭配智能网联与电控系统的更新是在不断创新与不断进步的,研发更有效的节能技术是新能源汽车的核心部分之一。

3新能源动力节能技术

3.1油电混合技术

以目前的新能源汽车的发展方向,新能源汽车的主要动力技术方向包括油电混合技术、纯电技术、氢能技术和燃料电池技术。在中国的新能源汽车主要以油电混合动力以及纯电技术为主,其中油电混合动力汽车便是其主要表现。油电混合动力顾名思义,在采用电机作为驱动的同时采用汽油柴油等传统能源配合内燃机驱动。油电混合动力汽车又被细分为插电混动与不插电混动,其主要区别在于对于电池充电方式,插电混动技术在除靠电能回馈的方式补充电池电量之外,同时还可额外使用充电桩对电池充电。其两者进行节能的原理大致相同:以电机驱动的方式汽车在低中速起步的方式搭配内燃机的高速工态进行配合以达到降低能耗的目的。

3.2氢能技术

氢能作为最干净清洁能源之一,其燃烧可以起到和汽油等传统能源的类似效果,且无有害气体排放,在原理上是最适合作为汽车动力的物质之一。物质均有两面性,在它能提供能量满足使用且对环境无伤害的同时,它最大的缺点便是成本高,其中包括但不限于科研费用与氢气的制造与存储以及安全性。在解决相关氢能的利用问题之后,可以尝试推广相比于传统能源汽车制造成本高出20%的氢能源汽车。氢能作为最清洁能源之一,其的开发利用有独特的优点,第一,以氢气为燃料,其能量转换效率是其余新能源利用效率的2-3倍。第二,在正常工作状态下,拥有比较低的噪音产生。

3.3燃料电池技术

燃料电池技术在新能源汽车上的表现方式为以燃料电池的方式发电并驱动电动机以实现为汽车提供驱动力的方式,其本质上是以不同类型的能源实现电能转换。燃料电池技术为电池提供了可持续发电的功能也即拥有了不同于普通新能源的优势存。当电池出现低欠压保护时,若采用普通电池便需要寻找充电设备为电池充电,而燃料电池便可以实现除人为为电池充电的方式之外自动充电的功能,这是燃料电池的自填充性的体现。燃料电池除了具有零排放的优点之外还具有良好的噪声控制以及可使用的燃料来源广泛且更加可靠以及方便长期存储等优点。燃料电池的来源广泛的特点决定了其多元化发展的现状但同时出现了燃料供应不统一的缺点,无法大规模推广。

3.4太阳能汽车

作为无处不在的二次能源的太阳能更是取之不尽用之不竭的,因此太阳能汽车的研发也是新能源汽车的一个发展方向。其主要原理便是通过太阳能电池板的作用将太阳能转换成稳定的电能用于电动机的驱动能源。太阳能汽车主要通过两种形式来实现对太阳能的利用,一是以太阳能转换出的电能直接经过稳压处理后作为电动机的直接驱动能源;二是将太阳能转换为电能后将其除满足汽车电机驱动之外的电能存储与车载电池内以供备用。作为可再生的太阳能本身并不拥有对环境造成污染的物质,在太阳能向电能转换的过程中也不会造成其余污染,同时也是实现了对太阳能的最大限度使用,降低对石油能源等的使用进而实现节能环保的作用。不同于传统能源汽车,太阳能汽车需要对太阳能电池板等的安装排布位置进行优化以实现在不同地区电池板拥有不同角度进而实现对太阳能的高效转换,故而需要对太阳能汽车的形状等进行优化与设计。但是太阳能汽车的缺点也尤其明显,便是在于太阳能电池板的转换效率,转换效率比较高的同时意味着更高的电池板成本以及在汽车维修与更换时的更高成本,限制于电池板的技术层面与消费者的消费能力,太阳能汽车的研发以及量产均有较大难度,但若是可以解决电池板材料问题,这将是车企未来的主流研发趋势。

4新能源汽车节能技术

4.1混合动力汽车技术

综合考虑现有的相关技术水平与成本,油电混合动力技术与纯电技术是最满足与当前需求的新能源驱动方式。油电混合技术的应用最重要的一点便是发动机与电动机之间的互相搭配以及驱动方式的相互转换,搭配车机电脑的控制算法以实现完美的无感衔接与切换。混合动力技术主要分为三种表现形式,各有各的优缺点。串联式混合动力技术:由内燃机驱动发电机进而给电池充电通过电池的电能实现对电动机的驱动。使用该种技术形式的汽车型号有雪佛兰-沃兰达具有长时间行驶与电池充电无限制等优点。并联式混合动力技术:并联主要体现在发动机与电动机分别拥有其驱动能源,两者共同作用以提供驱动力。两种动力驱动采用相对独立的安装方式,当出现其中一种动力供应消失的同时另一种动力仍可处于正产工态。其在出现一种能源耗尽时拥有更实用的功能,因此在国内更广泛的被各大车企使用,包括本田CR-Z、比亚迪秦等。布局结构示意如图1。混联式混合动力技术:便是上述串联式混合动力技术与并联式混合动力技术的结合方式,不仅发动机与电动机分别拥有其驱动能源,两者共同作用以提供驱动力(并联混合),也可以由内燃机驱动发电机进而给电池充电通过电池的电能实现对电动机的驱动(串联混合),结构示意图如图2。因此,该系统中有电机、发动机和发电机存在。采用此种技术的汽车系列包括丰田普锐斯、比亚迪F3DM等。混联式混合动力技术更加具有技术水平高以及环保节能的优点,但成本略高。

4.2车辆压缩点火技术

传统汽车点火方式以点火线圈点火和活塞杆压缩点火为主。提高传统燃油车的燃料燃烧效率的关键因素便在于发动机的压缩比,为优化传统两种点火方式的优缺点,合理采用适合的车辆压缩点火方式在降低噪声污染的同时提高了燃烧效率起到节能的作用。这项技术的使用可以将燃油经济性提高20%~30%之巨。

4.3汽车可变排量技术

通用性节能技术的诞生意味着所有车型均可适用于该技术,可变排量技术,也称为闭缸、停缸技术,便是其中广泛使用的节能技术。其原理便是在汽车处于待机以及刹车制动等状态时,根据实际行驶需要,对多缸发动机进行有针对的停缸,使实际参与做功的排量小于发动机排量,其工作原理示意图如图3所示。其优点在于不改变汽车发动机容积以实现不同工况下冗余燃料的使用,以达到节能减排的目的。

4.4汽车结构节能环保技术

车辆本身的结构也是决定车辆能源消耗的一大因素,对于同等类型的车,在不同负载的情况下会出现不同的能耗,故而在车辆本身结构上实现满足现实形式条件下的尽可能的轻量化设计也是节能的方式。除此之外,需要尽可能地降低由于汽车外形所造成的的风阻等因素,以降低汽车能耗。比如设计更加符合流体力学的车辆外形以降低风阻系数等方式,同时考虑车辆的行驶环境采用更加适合的车辆喷涂等方式。综上所述,对于新能源汽车的节能方式而言,现在我国已经拥有各种已实现的技术以及未来在等待继续研究的全新技术,且政府对于新能源汽车的相关政策表明全力支持新能源汽车节能技术研发。新能源汽车环保技术的研发与应用将使我国对于未来全球汽车市场拥有更强的话语权,且新技术的研发可以进一步降低对生态环境的损害,提高居民的生活质量进而提升居民幸福感,进一步靠近可持续发展战略。

参考文献

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作者:赵洁 单位:山西工程科技职业大学

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