新能源汽车发展研究

胡诚

【摘 要】当前，能源与环境问题日益突出，节能减排已成为各国面临的紧要问题。汽车是能源消耗和排放产生的主要源头之一，节能减排已成为汽车行业需要共同面临的主要问题。在此形势下，新能源汽车已成为当下各国各车企的重点研究及发展方向。谁能在新能源汽车领域领先，谁就将成为未来汽车领域的“领头羊”。文章对目前新能源汽车的主要发展方向及其原理、应用前景进行了详细的解析，研究新能源汽车线路发展，适用于新能源技术方向的选型及企业新产品的布局。

【关键词】新能源；汽车；线路

【中图分类号】F426.47 【文献标识码】A 【文章编号】1674-0688（2016）11-0023-04

能源和环境问题是汽车行业长期面临的挑战。全球汽车行业格局正面临新的重构，汽车将向节能、环保等方向迈进，新能源汽车概念正成为汽车行业关注的重点，也是各国汽车企业重点的研发方向与领域，发展新能源汽车也已上升为我国的国家战略。

1 我国新能源汽车发展现状与政策

为发展新能源汽车，国家及地方政府陸续出台了各种扶持培育政策，为新能源汽车的发展营造了良好的政策及市场环境。2012年，国务院发布《节能与新能源汽车产业发展规划（2012—2020年）》，明确以纯电驱动为新能源汽车发展和汽车工业转型的主要战略方向，重点推进纯电动汽车和插电式混合动力汽车产业化。2015年，国家财政部颁布了《关于2016—2020年新能源汽车推广应用财政支持政策的通知》，给予消费者购买进入国家新能源车目录的纯电动汽车、插电式混合动力汽车和燃料电池汽车购车补贴，也对享受补贴的新能源汽车车型提出了更高的技术要求。2015年，国务院印发的《中国制造2025》提出“节能与新能源汽车”作为重点发展领域，到2020年，自主品牌纯电动和插电式新能源汽车年销量突破100万辆；到2025年，与国际先进水平同步的新能源汽车年销量达到300万辆。有关部门还先后推出了“十城千辆”节能与新能源汽车示范推广应用工程、《私人购买新能源汽车试点财政补助资金管理暂行办法》、《关于加快培育和发展战略性新兴产业的决定》等政策。在国家及地方政府的大力支持和鼓励下，进入新能源汽车领域的企业不断增多，“比亚迪”“北汽”“奇瑞”“上汽”“长安”“江淮”等自主品牌企业都已涉足并推出相应产品。

据中国汽车工业协会数据统计，2015年新能源汽车产量达340 471辆，销量达331 092辆，同比分别增长3.3倍和3.4倍。其中，纯电动汽车型的产销量分别为254 633辆和24 782辆，同比增长分别为4.2倍和4.5倍；插电式混合动力汽车型的产销量分别为85 838辆和83 610辆，同比增长1.9倍和1.8倍。

2 新能源汽车的主要发展方向

目前，纯电动汽车、插电式混合动力汽车和燃料电池汽车被认为是新能源汽车发展的主要方向。我国已经是世界汽车产业大国，但“大而不强”，新能源汽车有望为我国汽车工业开拓新的增长点，肩负起我国对国外汽车业实现“弯道超车”的重任。

2.1 纯电动汽车

2.1.1 主要原理

纯电动汽车，是指仅由可充电电池作为动力源、以驱动电机及其控制系统驱动行驶的汽车。纯电动汽车利用蓄电池作为动力源，通过电池向电机提供电能，驱动电动机运转，从而推动汽车前进。纯电动汽车的原理图如图1所示。纯电动汽车的优点有以下方面：电力可以通过很多能源转化，实现能源利用多元化，减少对石油资源的依赖；减少环境污染；能源转换效率高，纯电动汽车的能源效率超过汽油汽车，特别是在城市路况，汽车走走停停，行驶速度不高，这种路况纯电动汽车更加适宜；利用夜间电网的廉价“谷电”进行充电，起到平抑电网的峰谷差的作用。目前，纯电动汽车技术已相对成熟，“比亚迪”“长安”“吉利”“北汽”“奇瑞”等企业均已实现纯电动汽车的生产与销售。

2.1.2 价格及使用成本

纯电动汽车的核心部件是电池，目前电池的性能、技术在一定程度已能满足消费者需求，但电池价格较贵。纯电动汽车蓄电池的生产成本约1 500元/kW，成本太高，造成纯电动汽车整车价格难以下降。目前，在考虑国家财政补贴的情况下，纯电动汽车的价格仍然偏高，对用户缺乏足够的吸引力。只有纯电动汽车生产规模扩大到一定程度，电池等核心部件实现规模生产，电池成本才能大幅降低。此外，按目前我国的电价和油价，纯电动汽车的使用成本大大低于燃油汽车，具有很好的经济性。

2.1.3 基础配套设施

与纯电动汽车配套的充电设施完善程度是能否普及纯电动汽车的关键。目前情况来看，一座充电站可同时容纳10～20台纯电动汽车充电，如果纯电动汽车的规模扩大，则要求有足够多的、方便的充电站，还要有相应的维修等辅助配套设施。充电基础设施建设尚未形成一个比较完善的网络体系，在一定程度上制约了纯电动汽车的发展。相关基础设施建设所需的投资巨大，仅依靠汽车生产企业的力量难以实现，需要政府部门、电网企业和相关企业达成共识，共同加快充电设施网络建设。未来1～2年内，省会城市和示范试点城市的充电站建设会有所加快，将促进纯电动汽车的发展。

2.2 插电式混合动力汽车

2.2.1 主要原理

插电式混合动力汽车是指同时装备两种动力源——发动机与电动力源（电池与电动机）的汽车。按动力传动系统布置及结构不同，插电式混合动力汽车可分为串联式插电混合动力汽车、并联式插电混合动力汽车和混联式插电混合动力汽车。

串联式插电混合动力汽车由发动机、发电机和电动机采用串联的方式连接组成。发动机带动发电机发电，电能通过电动机控制器直接输送给电动机，由电动机产生电磁力矩驱动汽车。串联式插电混合动力汽车原理图如图2所示。发动机与驱动桥间没有直接的机械连接，发动机工作状态不受汽车行驶工况的影响，可以始终在高效区间内稳定运行，从而使整车获得良好的经济性能和排放性能。但串联式插电混合动力汽车能量转换、传输的环节较多，造成能量转换效率低。为满足爬坡等需要大功率的路况，要求发动机、发电机和电动机的额定功率要足够大。

并联式插电混合动力汽车由发动机、电动/发电机或驱动电动机以并联的方式连接组成。并联式插电混合动力汽车可采用发动机单独驱动、电动机单独驱动或发动机和电动机联合驱动3种工作模式。并联式插电混合动力汽车原理图如图3所示。在爬坡、加速时，发动机和电动机联合驱动汽车；在减速或刹车时，电动机工作在发电状态，向蓄电池充电，即再生制动。电机驱动模式下，具有纯电动汽车安静、低使用成本的优点；在混合动力驱动模式下，有惊人的起步扭矩，加速性能十分出色。并联式插电混合动力汽车的优点是动力足，结构简单，适用于多种不同的行驶工况，尤其是复杂的路况。与串联式插电混合动力汽车相比，并联式插电混合动力汽车的发动机和电动机的功率较小，但结构比较复杂。

混联式插电混合动力汽车由发动机、电动/发电机和驱动电机三大动力总成组成，驱动系统同时具有电动机和发电机功能。混联式插电混合动力汽车原理图如图4所示。混联式插电混合动力汽车有两个电机，一个电动机仅用于直接驱动车轮，另一个电机具有双重角色：当需要使用极限性能时，充当电动机直接驱动车轮；当电池电力不足时，充当发电机，给电池充电。混联式插电混合动力汽车兼有串联式及并联式插电混合动力汽车的结构特点和优点：在纯电模式下具有纯电动汽车安静、使用成本低的优点；在串联模式下，没有里程限制，并且发动机可以一直控制在最佳转速上，具有油耗低、噪音小、振动小的特点；在能量流动的控制上具有更大的灵活性，可实现油耗和排放的最佳设计目标。

结合3种插电式混合动力汽车的原理，插电式混合动力汽车有以下优点：{1}动力系统可以按照汽车实际的运行工况要求灵活调控，使发动机保持在综合性能最佳的区域内工作，燃油利用率高，油耗低。{2}回收制动、下坡、怠速时的能量，给电池充电，减少能源浪费。{3}在拥堵市区，可关停发动机，由电机单独驱动，实现“零”排放。目前，插电式混合动力汽车技术已相对成熟，“比亚迪”“北汽”等企业已实现插电式混合动力汽车商业化。

2.2.2 价格及使用成本

插电式混合动力汽车安装了蓄电池，而且有2个动力系统，生产成本要高于同级别的燃油汽车。短期内汽车价格很难大幅下降，导致插电式混合动力汽车购置成本较高。由于国家政策的倾斜，按照最新的补贴标准，插电式混合动力汽车最高可获得5万元的购车补贴，基本达到了消费者可接受的范围。同时，插电式混合动力汽车拥有较好的经济性，使用成本低，生命周期内的总使用成本已低于燃油汽车。

2.2.3 基础配套设施

插电式混合动力汽车面临的基础配套设施问题与纯电动汽车类似，需要有足够多的、方便的充电站，但受基础配套设施影响相对较少。插电式混合动力汽车在纯电动模式下的续驶里程已经能够满足大部分消费者日常驾车出行的需求。同时，发动机可以在电池动力不足时发电和在高速行驶时提供补充动力，保证了在充电基础设施尚不完善的情况下仍可行驶较长的里程，避免了因无法及时充电而带来的麻烦。

2.3 燃料电池电动汽车

2.3.1 主要原理

燃料电池电动汽车是指以氢气、甲醇等为燃料，通过化学反应产生电流，依靠电机驱动的汽车。氢气是最理想的燃料，氢气可以直接参与电化学反应，产物只有水蒸气，不会造成污染。甲醇、天然气和汽油会产生极度少的二氧化碳和氮氧化物。燃料电池汽车的工作原理如下：氢在搭载的燃料电池中，与大气中的氧发生化学反应，产生电能启动电动机，从而驱动汽车行驶。燃料电池汽车具有以下优点：{1}零排放或近似零排放。{2}减少了机油泄漏带来的水污染。{3}提高了发动机燃烧效率，提高了燃油经济性。{4}运行平稳、无噪声。

2.3.2 价格及使用成本

制约燃料电池汽车商业化的最大因素是燃料电池的成本居高不下。目前，燃料电池的生产成本约3 000元/kW，相比纯电动汽车的电池成本还高。目前，燃料电池尚未形成批量生产，一旦进行大批量生产，燃料电池的价格将有可能大幅降低。因此，如何降低燃料电池的成本成为实现燃料电池汽车商用化的关键。此外，氢气的售价较高，因此燃料电池汽车的运行成本难以令用户接受。

2.3.3 基础配套设施

燃料电池汽车的应用面临的问题是如何为燃料电池供应燃料。氢气的产生、储存、保管、运输和灌装都比较复杂，对安全性要求很高。由于氢气储存困难，即使用传统油箱3倍以上的体积储存氢气，也只能保证汽油动力汽车一半的续驶里程。加之，全国建有的加氢站屈指可数，燃料电池汽车推广困难重重。

3 新能源汽车发展研究

本文通过对3种新能源汽车的技术原理、价格及使用成本、配套设施的研究，对新能源汽车的推广应用前景（见表1）做如下分析。

（1）纯电动汽车的技术难度最小，目前国内上市的纯电动汽车的各项性能指标已经可以满足一般用户的需求。充电网络建设滞后是目前制约纯电动汽车发展的最主要因素。预计在示范试点城市，随着充电网络的建设完善，纯电动汽车的发展速度会比较快，尤其在低端市场，纯电动汽车的份额将显著提高。

（2）插电式混合动力汽车的技术已相对成熟，目前国内仅几家领先企业掌握了插电式混合动力汽车的核心技术，大部分汽车生产企业还处于研发阶段。插电式混合动力汽车使用的便利性优于纯电动汽车，处于消费接受的范围。在国家补贴政策的强力支持下，目前插电式混合动力汽车的综合成本已经低于燃油汽车，很可能成为增长速度最快的新能源汽车。

（3）燃料电池技术是内燃机技术最好的替代物，代表了汽车未来的发展方向。但燃料电池汽车尚不具备商业化的条件。乐观预测，实现以氢气为燃料的燃料电池汽车的商业化至少还需要15年以上的时间。

参 考 文 献

[1]王刚，荆旭龍.新能源汽车[M].北京：清华大学出版社，2015.

[2]麻友良.电动汽车概论[M].北京：机械工业出版社，2012.

[3]邵毅明.汽车新能源与节能技术[M].北京：人民交通出版社，2008.

[4]赵航，史广奎.混合动力电动汽车技术[M].北京：机械工业出版社，2012.

[责任编辑：钟声贤]