河南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 楊新法

引言

近年來(lái)，隨著地球氣候的變暖、生態(tài)環(huán)境惡化、不可再生資源衰減嚴(yán)重等日益成為危害全球化可持續(xù)發(fā)展的重大問(wèn)題，受到國(guó)際社會(huì)的普遍關(guān)注，如何破解這一難題，成為人類(lèi)的終極使命。汽車(chē)作為全球第二大碳排放產(chǎn)業(yè)的中堅(jiān)力量，對(duì)環(huán)境的改善、能源危機(jī)的緩解有著重大的影響。我國(guó)自2009年以來(lái)，汽車(chē)產(chǎn)銷(xiāo)量一直蟬聯(lián)全球第一，根據(jù)公安部相關(guān)資料顯示，截止2020年9月，我國(guó)汽車(chē)保有量為2.75億輛。作為一個(gè)有擔(dān)當(dāng)?shù)拇髧?guó)，我們有責(zé)任和義務(wù)對(duì)汽車(chē)產(chǎn)業(yè)開(kāi)展研究，尋得既不阻礙汽車(chē)產(chǎn)業(yè)發(fā)展又能實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的方案。

與傳統(tǒng)汽車(chē)依靠汽油、柴油等不可再生能源且因廢氣排放對(duì)環(huán)境產(chǎn)生污染相比，新能源汽車(chē)采用動(dòng)力電池、醇類(lèi)、燃料電池等作為動(dòng)力源，工作時(shí)產(chǎn)生少量廢氣甚至不排放廢氣，能源利用效率有了極大改善，噪音有了大幅度降低。隨著技術(shù)的發(fā)展，新能源汽車(chē)在生產(chǎn)、回收階段會(huì)更清潔，其尾氣排放更低，綠色汽車(chē)優(yōu)勢(shì)會(huì)更加明顯。因此，新能源業(yè)已成為汽車(chē)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的代名詞。

1 全球新能源汽車(chē)發(fā)展概述

1.1 國(guó)外新能源汽車(chē)發(fā)展概述

相關(guān)資料顯示，人們對(duì)新能源汽車(chē)的探索可以追溯到1839年，蘇格蘭人羅伯特·安德森成功改造了依靠電力驅(qū)動(dòng)的車(chē)輛。然而，在之后的100多年中，人們相繼研發(fā)出了依靠鉛酸電池、鎳鎘電池、鎳氫電池、鋰離子電池、燃料電池作為動(dòng)力源的新能源汽車(chē)，但受到續(xù)駛里程、電池壽命、充電時(shí)間、電機(jī)技術(shù)、電池管理系統(tǒng)等核心技術(shù)的束縛，新能源汽車(chē)產(chǎn)業(yè)始終在艱難前行。

在經(jīng)濟(jì)全球化政策引領(lǐng)下，全球經(jīng)濟(jì)取得了可喜進(jìn)步，人們對(duì)汽車(chē)的性能需求日益提高，新能源汽車(chē)的購(gòu)買(mǎi)力顯著增強(qiáng)，以特斯拉、蔚來(lái)等為代表的新能源汽車(chē)日益受到大眾認(rèn)可，其產(chǎn)銷(xiāo)量呈現(xiàn)快速增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)。2017年，英國(guó)和法國(guó)政府分別表示，將在2040年停售汽油車(chē)和柴油車(chē)。但在汽車(chē)產(chǎn)業(yè)總量中，其比重仍舊較低。

1.2 國(guó)內(nèi)新能源汽車(chē)發(fā)展概述

與美國(guó)、歐洲、日本等新能源汽車(chē)起步較早的國(guó)家相比，我國(guó)在新能源汽車(chē)方面的探索相對(duì)較晚，但發(fā)展速度迅猛，這與國(guó)家的重視是密不可分的。十五期間，我國(guó)投入200億元，構(gòu)建了以純電動(dòng)汽車(chē)、混合動(dòng)力汽車(chē)、燃料電池汽車(chē)為“三縱”，多能源動(dòng)力總成系統(tǒng)、電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和控制單元、動(dòng)力電池和電池組管理系統(tǒng)為“三橫”的“三縱三橫”技術(shù)體系，實(shí)現(xiàn)了以動(dòng)力電氣化為核心的新能源汽車(chē)技術(shù)及產(chǎn)業(yè)的巨大進(jìn)步。

截止目前，根據(jù)能量來(lái)源不同，我們可以將新能源汽車(chē)分為以下幾個(gè)大類(lèi)，如表1所示。

表1 常見(jiàn)新能源汽車(chē)類(lèi)型

近年來(lái)，以比亞迪、北汽、吉利等為代表的自主品牌汽車(chē)在新能源方面進(jìn)步較大，除了得益于國(guó)家政策扶持外，與自身科研投入也是緊密相關(guān)的。中國(guó)汽車(chē)工業(yè)協(xié)會(huì)相關(guān)數(shù)據(jù)表明：我國(guó)2019年新能源汽車(chē)銷(xiāo)量為120.6萬(wàn)輛。國(guó)家對(duì)新能源車(chē)輛的補(bǔ)貼刺激了產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的升級(jí)，自2019年開(kāi)始，新能源汽車(chē)補(bǔ)貼和利好政策雖有調(diào)整，2020年甚至部分地區(qū)完全停止，新能源汽車(chē)行業(yè)內(nèi)的部分企業(yè)的盈利受到影響，但產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)已趨穩(wěn)定和完備，新能源汽車(chē)在非限購(gòu)城市的銷(xiāo)量占比不斷提升，對(duì)政策的依賴(lài)性日漸弱化，競(jìng)爭(zhēng)力已初步形成。

國(guó)內(nèi)新能源汽車(chē)制造企業(yè)之所以能夠在國(guó)家退補(bǔ)氛圍中健康發(fā)展，離不開(kāi)海外市場(chǎng)的支持。我國(guó)自2013年提出“一帶一路”倡議以來(lái)，國(guó)內(nèi)企業(yè)紛紛加大推進(jìn)國(guó)際化戰(zhàn)略力度，緊跟“走進(jìn)去”海外市場(chǎng)發(fā)展新戰(zhàn)略，不斷學(xué)習(xí)、吸收和自主創(chuàng)新，縮小了與跨國(guó)汽車(chē)企業(yè)差距，提升了自身生存發(fā)展能力，壯大自身力量，在國(guó)際汽車(chē)市場(chǎng)上占據(jù)了重要席位。

自2015年開(kāi)始，我國(guó)新能源汽車(chē)銷(xiāo)量、增速、市場(chǎng)份額均占全球首位。其中新能源汽車(chē)2015年累計(jì)生產(chǎn)37.9萬(wàn)輛，在2009年到2015年我國(guó)累計(jì)生產(chǎn)新能源汽車(chē)49.7萬(wàn)輛，占全球新能源汽車(chē)市場(chǎng)的1/3。

在2019年發(fā)布的全球新能源汽車(chē)銷(xiāo)量排行榜中，我國(guó)的比亞迪、北汽、上汽和吉利分列第2、第3、第4和第8位。2019年我國(guó)新能源汽車(chē)產(chǎn)銷(xiāo)分別完成124.2萬(wàn)輛和120.6萬(wàn)輛。2009年新加坡購(gòu)買(mǎi)金龍混合動(dòng)力客車(chē)揭開(kāi)了我國(guó)自主品牌車(chē)企出口的帷幕，比亞迪、宇通等車(chē)企紛紛發(fā)力，開(kāi)辟?lài)?guó)外市場(chǎng)。2020年上半年因受疫情影響，我國(guó)傳統(tǒng)燃油車(chē)出口萎縮，但新能源汽車(chē)出口仍達(dá)3.69萬(wàn)輛，同比增長(zhǎng)140.7%。新能源汽車(chē)產(chǎn)業(yè)發(fā)展前景向好，極大地促進(jìn)了我國(guó)汽車(chē)產(chǎn)業(yè)升級(jí)和技術(shù)戰(zhàn)略轉(zhuǎn)型。

2 新能源汽車(chē)核心部件發(fā)展現(xiàn)狀探究

2.1 動(dòng)力電池

動(dòng)力電池是純電動(dòng)汽車(chē)能源的載體，其性能提升直接影響到新能源汽車(chē)的正常使用。目前，鉛酸蓄電池、鎳氫蓄電池和鋰離子電池是汽車(chē)動(dòng)力電池的主流。日本是率先開(kāi)展動(dòng)力電池研究的國(guó)家，并據(jù)此開(kāi)拓了新能源汽車(chē)市場(chǎng)。美國(guó)在借鑒日本經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，推出了以鋰電池為動(dòng)力來(lái)源的特斯拉品牌。在我國(guó)，長(zhǎng)安、吉利、比亞迪等國(guó)產(chǎn)汽車(chē)企業(yè)也紛紛開(kāi)展了對(duì)動(dòng)力電池的研究，但從全局來(lái)看，整體的生產(chǎn)自動(dòng)化水平程度還有待進(jìn)一步提高，其生產(chǎn)效率較低，嚴(yán)重制約了動(dòng)力電池領(lǐng)域乃至新能源汽車(chē)領(lǐng)域的發(fā)展。

研究認(rèn)為，現(xiàn)階段可以通過(guò)以下幾個(gè)方面破解這一難題：成本始終是企業(yè)關(guān)注的焦點(diǎn)，如何降低生產(chǎn)成本是企業(yè)所重視的關(guān)鍵問(wèn)題?？刹捎靡?guī)?；a(chǎn)、技術(shù)升級(jí)、資源回收等手段達(dá)到降低成本的目的。

借助智能化生產(chǎn)手段，充分發(fā)揮大數(shù)據(jù)優(yōu)勢(shì)，將更多的工作交由機(jī)器人操作，減輕人力勞動(dòng)，提高生產(chǎn)效率和生產(chǎn)規(guī)模。同時(shí)，可以將智能化手段運(yùn)用到電池測(cè)試、制造乃至售后場(chǎng)景中，實(shí)現(xiàn)對(duì)電池的全程動(dòng)態(tài)監(jiān)控，以此提升電池的穩(wěn)定性和可靠性。我們都期待能研發(fā)出一款質(zhì)量輕、體積小、充電速度快、能量?jī)?chǔ)存高、價(jià)格低廉、使用壽命長(zhǎng)、可回收性能好、使用性能穩(wěn)定且節(jié)能環(huán)保的理想化電池，隨著科技的發(fā)展，我們堅(jiān)信這種電池遲早會(huì)走進(jìn)我們的生活。

2.2 電機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì)

電機(jī)作為新能源汽車(chē)的核心構(gòu)件，其作用是將電能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能，除了要滿足正常運(yùn)行需求外，行駛舒適性和續(xù)航里程同樣是需要關(guān)注的問(wèn)題。對(duì)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的性能要求主要體現(xiàn)在以下方面：效率高、輸出特性?xún)?yōu)良、體積小、重量輕、價(jià)格低廉、安全性能好、續(xù)駛里程較高。同時(shí)驅(qū)動(dòng)電機(jī)還應(yīng)滿足在惡劣環(huán)境下工作的需求，因此對(duì)耐溫性和耐潮性也有較大要求。

常用的有直流電機(jī)、異步電機(jī)、永磁同步電機(jī)、開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)和輪轂電機(jī)。其中直流電機(jī)的身影可以追溯到1834年，當(dāng)時(shí)美國(guó)人托馬斯·達(dá)文波特依靠其發(fā)明的直流電動(dòng)機(jī)試制了第一輛電動(dòng)車(chē)，經(jīng)過(guò)將近200年的發(fā)展，直流電動(dòng)機(jī)已涌現(xiàn)出永勵(lì)電機(jī)、他勵(lì)電機(jī)和自勵(lì)電機(jī)得諸多方式，但局限于體積、質(zhì)量、安全性能不足及效率低下等因素影響，目前已逐步退出歷史舞臺(tái)。

1888年，特斯拉的交流電動(dòng)機(jī)面世，伴隨著電子控制技術(shù)的完善，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造成本低廉、可靠性能系數(shù)高等諸多優(yōu)勢(shì)使得交流電機(jī)取得了原本直流電動(dòng)機(jī)的核心地位，從而成為驅(qū)動(dòng)電機(jī)的首要選擇。

進(jìn)入20世紀(jì)90年代，永磁電機(jī)進(jìn)入了大眾視線，尤其是2010年日產(chǎn)汽車(chē)推出的首款純電動(dòng)汽車(chē)“聆風(fēng)”，采用永磁電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)電池，掀起了一陣永磁高潮。

隨著電力電子技術(shù)、微電腦控制技術(shù)的迅猛發(fā)展，開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)作為一款新型的調(diào)速驅(qū)動(dòng)電機(jī)應(yīng)運(yùn)而生，憑借結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、效率顯著、運(yùn)行可靠等優(yōu)勢(shì)迅速引起各國(guó)學(xué)者和相關(guān)企業(yè)的關(guān)注。其研發(fā)雛形可以追溯到1970年，當(dāng)時(shí)英國(guó)的Leeds大學(xué)率先開(kāi)展了相關(guān)研究并取得了部分豐碩成果。局限于其控制器設(shè)計(jì)難度較高，振動(dòng)嚴(yán)重等缺陷，其在電動(dòng)汽車(chē)上的應(yīng)用較少。

1990年，保時(shí)捷率先將輪轂電機(jī)裝配到汽車(chē)上，美國(guó)、法國(guó)和日本緊隨其后，相繼開(kāi)展了對(duì)輪轂電機(jī)的研發(fā)，但受到成本限制，其并未在汽車(chē)上得到普及性發(fā)展。

我國(guó)電機(jī)研發(fā)水平相對(duì)較弱，核心零部件及控制系統(tǒng)等關(guān)鍵技術(shù)掌控能力不足，后續(xù)應(yīng)注重朝著集成化、高效化和智能化方向發(fā)力。

2.3 輕量化設(shè)計(jì)

與傳統(tǒng)燃油車(chē)輛相比，新能源汽車(chē)動(dòng)力系統(tǒng)主要由電池、電機(jī)及控制系統(tǒng)等組成，其動(dòng)力系統(tǒng)可占總車(chē)質(zhì)量的30%～40%，明顯高于傳統(tǒng)燃油車(chē)輛的質(zhì)量和空間比，因此對(duì)其進(jìn)行輕量化研究是迫切和必要的。輕量化車(chē)身、提高電池能量密度、減輕電池重量并達(dá)到延長(zhǎng)續(xù)駛里程、降低生產(chǎn)成本是我們接下來(lái)研究的重點(diǎn)。

2.4 輔助設(shè)施

以充電樁為代表的輔助設(shè)施缺乏問(wèn)題是制約新能源汽車(chē)尤其是純電動(dòng)汽車(chē)發(fā)展的關(guān)鍵因素。北上廣等一線城市雖然在2017年已邁入“五公里”時(shí)代，但大多城市充電樁短缺問(wèn)題依舊嚴(yán)重。除此之外，動(dòng)力電池的充電速率也是影響消費(fèi)者選擇新能源汽車(chē)的關(guān)鍵。只有當(dāng)充電樁呈現(xiàn)燎原之勢(shì)，才能打消消費(fèi)者的顧慮，使得新能源汽車(chē)得到迅猛發(fā)展。此外，售后服務(wù)也需及時(shí)跟進(jìn)，相較于傳統(tǒng)燃油車(chē)，新能源汽車(chē)的檢測(cè)與維修為修車(chē)技師提出了新的挑戰(zhàn)，只有不斷學(xué)習(xí)，提升業(yè)務(wù)技能，才能應(yīng)對(duì)各種不可預(yù)測(cè)的挑戰(zhàn)難題。

3 總結(jié)

本文對(duì)國(guó)內(nèi)外新能源汽車(chē)發(fā)展情況進(jìn)行了分析和總結(jié)，指出了“一帶一路”背景下我國(guó)新能源汽車(chē)核心部件的應(yīng)用痛點(diǎn)，并指明了破局方向。