淺析新能源汽車發展

朱昇　席昌錢　熊景鳴　李勁松　王佳俊

摘 要：本文回顧了新能源汽車的發展，分析了新能源汽車的現狀，并展望了新能源汽車的未來。在文中對新能源汽車的概念、發展歷程和特點進行了介紹;對新能源汽車的純電動車技術、插電式混合動力車技術、燃料電池車技術、動力電池技術、電機技術、電控技術、新能源汽車銷售等的現狀進行了分析;以及對新能源汽車的發展前景進行了展望。

關鍵詞：新能源汽車 發展現狀 發展前景

Analysis on the Development of New Energy Vehicles

Zhu Sheng Xi Changqian Xiong Jingming Li Jinsong Wang Jiajun

Abstract：This article reviews the development of new energy vehicles， analyzes the current situation of new energy vehicles， and looks forward to the development of new energy vehicles. In the article， the concept， development history and characteristics of new energy vehicles are introduced; pure electric vehicle technology， plug-in hybrid vehicle technology， fuel cell vehicle technology， power battery technology， motor technology， and electronic control technology of new energy vehicles and the current situation of sales of new energy vehicles are analyzed and the development prospects of new energy vehicles are illustrated.

Key words：new energy vehicles， development situation， development prospects

1 引言

汽車已是人們生活的一部分，人們離不開它。然而傳統燃油汽車面臨的環境污染問題以及資源匱乏問題日漸突出，人類迫切需要一種非傳統內燃機汽車的交通工具。因而新能源汽車逐漸受到世界各國政府和車企的關注及重視，新能源汽車是有效解決前面問題的答案，為此世界多國政府和機構為了有效促進新能源汽車的發展，強有力的出臺政策，限制燃油車銷售時限，同時大力支持新能源汽車的發展及消費，發展新能源汽車已是大勢所趨。

2 新能源汽車的發展

2.1 新能源汽車概念

新能源汽車（New Energy Vehicle， 簡稱 NEV）這個概念是中國自創的[1]。它是相對于傳統內燃機汽車而出現和存在的，最早于1960年出現，并隨非傳統內燃機汽車技術的發展，新能源汽車的內涵也在不斷變化。根據2019年12月國家發布的《新能源汽車產業發展規（2021-2035年）》征求意見稿，對新能源汽車的最新定義是：采用新型動力系統，完全或主要依靠新型能源驅動的汽車，主要包括純電動汽車、插電式混合動力汽車及燃料電池汽車。

2.2 新能源汽車發展歷程

追溯新能源汽車的發展。世界第一輛可供人們實用的新能源汽車是一電動汽車，它是在1873年由羅伯特·戴維森發明制造的，早于1886年卡爾·本茨發明的內燃機汽車。由于電動汽車的出現，便開啟了新能源汽車的發展，在發展初期，新能源汽車發展良好，在19世紀末20世紀初曾占比汽車整體保有量的50%以上。雖然新能源汽車起步早，但由于技術發展嚴重滯后于內燃機汽車，在20世紀中、后期，新能源汽車發展趨于停滯狀態，直到近年來石油資源危機和環境污染問題越顯突出，世界各國政府和汽車企業才重新開始重視新能源汽車，并積極鼓勵和支持新能源汽車的發展。中國新能源汽車的發展大體可分1991年至2008年的科技研發與技術驗證期，2009年至2016年的服務國家戰略示范推廣期，以及2017年至今的創新驅動快速發展期。2019年全球新能源汽車在世界的平均市場占有率為2.5%[2]，中國新能源汽車銷售量占比汽車銷售量的4.7%。

2.3 新能源汽車特點

新能源汽車因其使用新能源、新技術、新結構等，使其具有節能環保、噪聲低、效率高等優點;因其新能源汽車的電池技術、電機技術、電控技術等關鍵技術還有待改進，以及相關配套設施普及率不高等，使其具有充電慢、充電時間長，續航里程短、充電、加氣、維修等不方便，車型不多、價格不低、選擇面不大等缺點。

3 新能源汽車發展現狀

3.1 新能源汽車技術現狀

根據國家發布的《新能源汽車產業發展規（2021-2035年）》征求意見稿和市場實際情況，我國目前主要發展插電式混合動力汽車、純電動汽車及燃料電池汽車等三種新能源汽車。電池、電機、電控是當前新能源汽車的三大核心技術。

3.1.1 純電動汽車技術現狀

純電動汽車是指完全依靠動力電池驅動的新能源汽車[3]。因其可以實現零排放而成為國內外重點關注的新能源車，目前在市場上占有一定的份額。在國內外分別選擇3款具有代表性的車型作介紹，6款車分別是北汽EX5、蔚來ES8、比亞迪宋EV500以及特斯拉Model X、日產Leaf、寶馬i3，它們的基本參數如表1。

根據數據可得，國內外主流純電動汽車續航里程在340km-507km之間，最長的是特斯拉Model X為507km;快速充電時間在0.5h-1.2h之間，最快的是日產Leaf為0.5h;最高時速在145km/h-250km/h之間，最高時速是特斯拉Model X為250km/h。

3.1.2 插電式混合動力車技術現狀

插電式混合動力汽車是指其主要驅動系統由至少兩個能同時運轉的單個驅動系統組成的可以外部充電的汽車，插電式混合動力汽車的行駛動力可以由單個驅動系統單獨提供，也可以通過多個驅動系統共同提供[4]。較為常見的插電式混合動力汽車是在通過外部設施對電池充滿電后，先以電池單獨供電行駛，當電池電量不足時，再以混合動力或內燃發動機模式行駛，并可適時向電池充電。插電式混合動力汽車因有多個驅動系統，所以行駛里程較長，是目前解決新能源汽車續航里程短的最佳車型，目前國內外有多款插電式混合動力汽車，這列舉了國內外比較有代表性的比亞迪宋DM、榮威Erx5、吉利博瑞以及福特蒙迪歐、豐田卡羅拉、寶馬i8六款插電式混合動力汽車進行說明，它們的基本參數如表2。

根據數據可得，國內外主流插電式混合動力汽車的最高速度在120km/h-250km/h之間，最高速度是寶馬i8為250km/h;綜合工況純電動續航里程在 37km-80km之間，最高續航里程是比亞迪宋 DM為80km;最高電機功率是比亞迪宋DM為110kw;綜合工況油耗在1.3L/100km-1.5L/100km之間，最低的是豐田卡羅拉為1.3L/100km。

3.1.3 燃料電池車技術現狀

燃料電池汽車是指利用無害的高能燃料，通過化學反應產生電流，驅動汽車的一類新能源汽車[5]。燃料電池汽車有著噪音小、能量轉化率高、排放幾乎為零、維修方便等優點。但由于燃料電池汽車的核心技術發展還未成熟、有關標準還未完全明確、相關配套基礎設施建設不充分等的原因，燃料電池汽車的產銷量并不多。下面列舉四款代表性的車型雪佛蘭Equinox、榮威950、奔馳F-cell、豐田Miral，其基本參數如表3。

根據數據可得，國內外四款主流燃料電池車的整備質量為1800kg左右，其他各項指標參數均為豐田Miral最優或并列第一，綜合各項指標，豐田Miral為目前最優燃料汽車，其百公里加速時間是9.6s，燃料電池功率最大是114kw;一次加氫續航里程是502km，儲氫壓力是70Mpa，機電功率是113kw，冷啟動溫度是-30℃。

3.1.4 動力電池技術現狀

在新能源汽車上使用的動力電池按正極材料可分為四類，分別是錳酸鋰電池、鈷酸鋰電池、磷酸鐵鋰電池和三元材料電池，當前在國內運用比較多的有三類，常見鋰離子電池性能如表4。但在國內最被看好的是三元材料電池，因三元材料電池中三種金屬元件有著明顯的協調效應。在國外比較主流的動力電池有日本的氫燃料電池、美國的氫氧燃料電池、德國的固體氧化燃料電池。

據表中信息可知，四款常見鋰離子電池各有優缺點，其電壓在3.3V-3.8V之間;比容量在120mAh/g-170mAh/g之間，最高是三元鎳銘鋁為170mAh/g;密度最高是三元鎳銘鋁為2.0g/cm2-2.4g/cm2。

3.1.5 電機技術現狀

電機是新能源汽車的重要裝置。電機是連接新能源汽車動力電池和汽車傳動軸的驅動件，將動力電池傳來的電能轉化為對外輸出的動能，再將動能傳輸給傳動軸，以驅動新能源汽車行駛。新能源汽車的電機包含有單級變速箱和電控系統，具有傳統內燃機汽車發動機和變速箱的主要功用，并將其替代。新能源汽車主要采用直流電機、異步電機、永磁同步電機和開關磁阻電機四類驅動電機。在歐美國家使用異步電機較多，在中國和日本使用永磁電機的多。四類驅動電機基本參數如表5。

據表中信息可知，四類驅動電機各具其特點、各有其優缺，負荷效率較優的是永磁同步電機為85%-97%;轉速范圍最大是開關磁阻電機為大于15000r/min;峰值效率最高的是永磁同步電機為95%-97%;過載能力異步電機和開關磁阻電機較高都是300%-500%。

3.1.6 電控技術現狀

電控技術對于新能源汽車是至關重要的關鍵技術之一。新能源汽車的電池管理技術、電機控制技術、電動助力轉向技術、能源回饋技術等都屬于電控技術。隨著科學技術的發展及應用，新能源汽車的電控技術內容也在不斷豐富，對于整體的電控技術而言，目前還處于嘗試階段。當前電控技術的發展對電池的安全性和使用壽命有著至關重要的作用，發展中的電控系統容易受局部系統的故障而影響整體運行。現國際上已采用國際標準ISO26262進行規避、完善，中國也在參考此標準并開始著手制定出相關的標準和應對措施。

3.2 新能源汽車的銷售情況

根據中汽協官網發布的汽車銷售數據，統計2014年-2019年新能源汽車銷售情況如表6。2019年新能源汽車銷量相對2018年有所下降，這主要是因為中國消費新能源汽車政策的改變，過渡期的消極因素以及整體汽車消費市場縮小所致，相對傳統燃油汽車而言，傳統燃油汽車銷量下降更為明顯。近幾年新能源汽車銷量快速增長，從2014年的7.5萬輛到2018年達到了125.6萬輛，從2014年新能源汽車銷量占汽車銷量的0.3%，到2019年增加到了4.7%，5年間增加了4.4%。新能源汽車銷量在汽車占比中雖然很小，但在整個汽車銷量占比中卻呈快速增長趨勢。

4 新能源汽車發展前景

目前，世界各國和汽車企業都在爭先恐后發展新能源汽車，多國已經出臺政策，制定停止產銷傳統內燃機汽車時間表及發展新能源汽車計劃，部分國家及企業擬定傳統內燃機汽車停售計劃統計情況如表7。據2017年4月中國印發的《汽車產業中長期發展規劃》，在文中指出中國新能源汽車到2020年的年產銷量將達200萬輛，另據中國發布的《新能源汽車產業發展規（2021-2035年）》征求意見稿提出，到2025年新能源汽車銷量占比達25%左右。這將極大地促進新能源汽車的發展，由此可預測新能源汽車不論是在產銷量上還是技術上都必將迎來前所未有的快速發展。

5 結束語

本文淺析了新能源汽車的發展歷程、技術現狀及銷售情況，并展望了新能源汽車的發展。新能源汽車雖然起步早，但其發展嚴重滯后于內燃機汽車，在新能源汽車的電池、電機、電控三大核心技術方面均未成熟發展，離人們期待的目標還有一段路需要走，但在世界各國及企業的大力支持和發展下，相信科研人員在新能源汽車技術方面將會取得實質性的進步，并將助推新能源汽車的快速發展。

參考文獻：

[1]曾鴻章. 基于實物期權的新能源汽車研發項目價值評估方法研究[D].北京理工大學，2014.

[2]羅榮晉.動力鋰電池：推動新能源汽車發展的關鍵[J].現代商業銀行，2020（05）：48-53.

[3]彭華. 中國新能源汽車產業發展及空間布局研究[D].吉林大學，2019.

[4]陳家瑞.汽車構造.[M]機械工業出版社，2009.

[5]彭華. 中國新能源汽車產業發展及空間布局研究[D].吉林大學，2019.