新能源汽車發展研究

胡誠

【摘 要】當前，能源與環境問題日益突出，節能減排已成為各國面臨的緊要問題。汽車是能源消耗和排放產生的主要源頭之一，節能減排已成為汽車行業需要共同面臨的主要問題。在此形勢下，新能源汽車已成為當下各國各車企的重點研究及發展方向。誰能在新能源汽車領域領先，誰就將成為未來汽車領域的“領頭羊”。文章對目前新能源汽車的主要發展方向及其原理、應用前景進行了詳細的解析，研究新能源汽車線路發展，適用于新能源技術方向的選型及企業新產品的布局。

【關鍵詞】新能源；汽車；線路

【中圖分類號】F426.47 【文獻標識碼】A 【文章編號】1674-0688（2016）11-0023-04

能源和環境問題是汽車行業長期面臨的挑戰。全球汽車行業格局正面臨新的重構，汽車將向節能、環保等方向邁進，新能源汽車概念正成為汽車行業關注的重點，也是各國汽車企業重點的研發方向與領域，發展新能源汽車也已上升為我國的國家戰略。

1 我國新能源汽車發展現狀與政策

為發展新能源汽車，國家及地方政府陸續出臺了各種扶持培育政策，為新能源汽車的發展營造了良好的政策及市場環境。2012年，國務院發布《節能與新能源汽車產業發展規劃（2012—2020年）》，明確以純電驅動為新能源汽車發展和汽車工業轉型的主要戰略方向，重點推進純電動汽車和插電式混合動力汽車產業化。2015年，國家財政部頒布了《關于2016—2020年新能源汽車推廣應用財政支持政策的通知》，給予消費者購買進入國家新能源車目錄的純電動汽車、插電式混合動力汽車和燃料電池汽車購車補貼，也對享受補貼的新能源汽車車型提出了更高的技術要求。2015年，國務院印發的《中國制造2025》提出“節能與新能源汽車”作為重點發展領域，到2020年，自主品牌純電動和插電式新能源汽車年銷量突破100萬輛；到2025年，與國際先進水平同步的新能源汽車年銷量達到300萬輛。有關部門還先后推出了“十城千輛”節能與新能源汽車示范推廣應用工程、《私人購買新能源汽車試點財政補助資金管理暫行辦法》、《關于加快培育和發展戰略性新興產業的決定》等政策。在國家及地方政府的大力支持和鼓勵下，進入新能源汽車領域的企業不斷增多，“比亞迪”“北汽”“奇瑞”“上汽”“長安”“江淮”等自主品牌企業都已涉足并推出相應產品。

據中國汽車工業協會數據統計，2015年新能源汽車產量達340 471輛，銷量達331 092輛，同比分別增長3.3倍和3.4倍。其中，純電動汽車型的產銷量分別為254 633輛和24 782輛，同比增長分別為4.2倍和4.5倍；插電式混合動力汽車型的產銷量分別為85 838輛和83 610輛，同比增長1.9倍和1.8倍。

2 新能源汽車的主要發展方向

目前，純電動汽車、插電式混合動力汽車和燃料電池汽車被認為是新能源汽車發展的主要方向。我國已經是世界汽車產業大國，但“大而不強”，新能源汽車有望為我國汽車工業開拓新的增長點，肩負起我國對國外汽車業實現“彎道超車”的重任。

2.1 純電動汽車

2.1.1 主要原理

純電動汽車，是指僅由可充電電池作為動力源、以驅動電機及其控制系統驅動行駛的汽車。純電動汽車利用蓄電池作為動力源，通過電池向電機提供電能，驅動電動機運轉，從而推動汽車前進。純電動汽車的原理圖如圖1所示。純電動汽車的優點有以下方面：電力可以通過很多能源轉化，實現能源利用多元化，減少對石油資源的依賴；減少環境污染；能源轉換效率高，純電動汽車的能源效率超過汽油汽車，特別是在城市路況，汽車走走停停，行駛速度不高，這種路況純電動汽車更加適宜；利用夜間電網的廉價“谷電”進行充電，起到平抑電網的峰谷差的作用。目前，純電動汽車技術已相對成熟，“比亞迪”“長安”“吉利”“北汽”“奇瑞”等企業均已實現純電動汽車的生產與銷售。

2.1.2 價格及使用成本

純電動汽車的核心部件是電池，目前電池的性能、技術在一定程度已能滿足消費者需求，但電池價格較貴。純電動汽車蓄電池的生產成本約1 500元/kW，成本太高，造成純電動汽車整車價格難以下降。目前，在考慮國家財政補貼的情況下，純電動汽車的價格仍然偏高，對用戶缺乏足夠的吸引力。只有純電動汽車生產規模擴大到一定程度，電池等核心部件實現規模生產，電池成本才能大幅降低。此外，按目前我國的電價和油價，純電動汽車的使用成本大大低于燃油汽車，具有很好的經濟性。

2.1.3 基礎配套設施

與純電動汽車配套的充電設施完善程度是能否普及純電動汽車的關鍵。目前情況來看，一座充電站可同時容納10～20臺純電動汽車充電，如果純電動汽車的規模擴大，則要求有足夠多的、方便的充電站，還要有相應的維修等輔助配套設施。充電基礎設施建設尚未形成一個比較完善的網絡體系，在一定程度上制約了純電動汽車的發展。相關基礎設施建設所需的投資巨大，僅依靠汽車生產企業的力量難以實現，需要政府部門、電網企業和相關企業達成共識，共同加快充電設施網絡建設。未來1～2年內，省會城市和示范試點城市的充電站建設會有所加快，將促進純電動汽車的發展。

2.2 插電式混合動力汽車

2.2.1 主要原理

插電式混合動力汽車是指同時裝備兩種動力源——發動機與電動力源（電池與電動機）的汽車。按動力傳動系統布置及結構不同，插電式混合動力汽車可分為串聯式插電混合動力汽車、并聯式插電混合動力汽車和混聯式插電混合動力汽車。

串聯式插電混合動力汽車由發動機、發電機和電動機采用串聯的方式連接組成。發動機帶動發電機發電，電能通過電動機控制器直接輸送給電動機，由電動機產生電磁力矩驅動汽車。串聯式插電混合動力汽車原理圖如圖2所示。發動機與驅動橋間沒有直接的機械連接，發動機工作狀態不受汽車行駛工況的影響，可以始終在高效區間內穩定運行，從而使整車獲得良好的經濟性能和排放性能。但串聯式插電混合動力汽車能量轉換、傳輸的環節較多，造成能量轉換效率低。為滿足爬坡等需要大功率的路況，要求發動機、發電機和電動機的額定功率要足夠大。

并聯式插電混合動力汽車由發動機、電動/發電機或驅動電動機以并聯的方式連接組成。并聯式插電混合動力汽車可采用發動機單獨驅動、電動機單獨驅動或發動機和電動機聯合驅動3種工作模式。并聯式插電混合動力汽車原理圖如圖3所示。在爬坡、加速時，發動機和電動機聯合驅動汽車；在減速或剎車時，電動機工作在發電狀態，向蓄電池充電，即再生制動。電機驅動模式下，具有純電動汽車安靜、低使用成本的優點；在混合動力驅動模式下，有驚人的起步扭矩，加速性能十分出色。并聯式插電混合動力汽車的優點是動力足，結構簡單，適用于多種不同的行駛工況，尤其是復雜的路況。與串聯式插電混合動力汽車相比，并聯式插電混合動力汽車的發動機和電動機的功率較小，但結構比較復雜。

混聯式插電混合動力汽車由發動機、電動/發電機和驅動電機三大動力總成組成，驅動系統同時具有電動機和發電機功能。混聯式插電混合動力汽車原理圖如圖4所示。混聯式插電混合動力汽車有兩個電機，一個電動機僅用于直接驅動車輪，另一個電機具有雙重角色：當需要使用極限性能時，充當電動機直接驅動車輪；當電池電力不足時，充當發電機，給電池充電。混聯式插電混合動力汽車兼有串聯式及并聯式插電混合動力汽車的結構特點和優點：在純電模式下具有純電動汽車安靜、使用成本低的優點；在串聯模式下，沒有里程限制，并且發動機可以一直控制在最佳轉速上，具有油耗低、噪音小、振動小的特點；在能量流動的控制上具有更大的靈活性，可實現油耗和排放的最佳設計目標。

結合3種插電式混合動力汽車的原理，插電式混合動力汽車有以下優點：{1}動力系統可以按照汽車實際的運行工況要求靈活調控，使發動機保持在綜合性能最佳的區域內工作，燃油利用率高，油耗低。{2}回收制動、下坡、怠速時的能量，給電池充電，減少能源浪費。{3}在擁堵市區，可關停發動機，由電機單獨驅動，實現“零”排放。目前，插電式混合動力汽車技術已相對成熟，“比亞迪”“北汽”等企業已實現插電式混合動力汽車商業化。

2.2.2 價格及使用成本

插電式混合動力汽車安裝了蓄電池，而且有2個動力系統，生產成本要高于同級別的燃油汽車。短期內汽車價格很難大幅下降，導致插電式混合動力汽車購置成本較高。由于國家政策的傾斜，按照最新的補貼標準，插電式混合動力汽車最高可獲得5萬元的購車補貼，基本達到了消費者可接受的范圍。同時，插電式混合動力汽車擁有較好的經濟性，使用成本低，生命周期內的總使用成本已低于燃油汽車。

2.2.3 基礎配套設施

插電式混合動力汽車面臨的基礎配套設施問題與純電動汽車類似，需要有足夠多的、方便的充電站，但受基礎配套設施影響相對較少。插電式混合動力汽車在純電動模式下的續駛里程已經能夠滿足大部分消費者日常駕車出行的需求。同時，發動機可以在電池動力不足時發電和在高速行駛時提供補充動力，保證了在充電基礎設施尚不完善的情況下仍可行駛較長的里程，避免了因無法及時充電而帶來的麻煩。

2.3 燃料電池電動汽車

2.3.1 主要原理

燃料電池電動汽車是指以氫氣、甲醇等為燃料，通過化學反應產生電流，依靠電機驅動的汽車。氫氣是最理想的燃料，氫氣可以直接參與電化學反應，產物只有水蒸氣，不會造成污染。甲醇、天然氣和汽油會產生極度少的二氧化碳和氮氧化物。燃料電池汽車的工作原理如下：氫在搭載的燃料電池中，與大氣中的氧發生化學反應，產生電能啟動電動機，從而驅動汽車行駛。燃料電池汽車具有以下優點：{1}零排放或近似零排放。{2}減少了機油泄漏帶來的水污染。{3}提高了發動機燃燒效率，提高了燃油經濟性。{4}運行平穩、無噪聲。

2.3.2 價格及使用成本

制約燃料電池汽車商業化的最大因素是燃料電池的成本居高不下。目前，燃料電池的生產成本約3 000元/kW，相比純電動汽車的電池成本還高。目前，燃料電池尚未形成批量生產，一旦進行大批量生產，燃料電池的價格將有可能大幅降低。因此，如何降低燃料電池的成本成為實現燃料電池汽車商用化的關鍵。此外，氫氣的售價較高，因此燃料電池汽車的運行成本難以令用戶接受。

2.3.3 基礎配套設施

燃料電池汽車的應用面臨的問題是如何為燃料電池供應燃料。氫氣的產生、儲存、保管、運輸和灌裝都比較復雜，對安全性要求很高。由于氫氣儲存困難，即使用傳統油箱3倍以上的體積儲存氫氣，也只能保證汽油動力汽車一半的續駛里程。加之，全國建有的加氫站屈指可數，燃料電池汽車推廣困難重重。

3 新能源汽車發展研究

本文通過對3種新能源汽車的技術原理、價格及使用成本、配套設施的研究，對新能源汽車的推廣應用前景（見表1）做如下分析。

（1）純電動汽車的技術難度最小，目前國內上市的純電動汽車的各項性能指標已經可以滿足一般用戶的需求。充電網絡建設滯后是目前制約純電動汽車發展的最主要因素。預計在示范試點城市，隨著充電網絡的建設完善，純電動汽車的發展速度會比較快，尤其在低端市場，純電動汽車的份額將顯著提高。

（2）插電式混合動力汽車的技術已相對成熟，目前國內僅幾家領先企業掌握了插電式混合動力汽車的核心技術，大部分汽車生產企業還處于研發階段。插電式混合動力汽車使用的便利性優于純電動汽車，處于消費接受的范圍。在國家補貼政策的強力支持下，目前插電式混合動力汽車的綜合成本已經低于燃油汽車，很可能成為增長速度最快的新能源汽車。

（3）燃料電池技術是內燃機技術最好的替代物，代表了汽車未來的發展方向。但燃料電池汽車尚不具備商業化的條件。樂觀預測，實現以氫氣為燃料的燃料電池汽車的商業化至少還需要15年以上的時間。

參 考 文 獻

[1]王剛，荊旭龍.新能源汽車[M].北京：清華大學出版社，2015.

[2]麻友良.電動汽車概論[M].北京：機械工業出版社，2012.

[3]邵毅明.汽車新能源與節能技術[M].北京：人民交通出版社，2008.

[4]趙航，史廣奎.混合動力電動汽車技術[M].北京：機械工業出版社，2012.

[責任編輯：鐘聲賢]