新能源汽車(chē)發(fā)展研究

胡誠(chéng)

【摘 要】當(dāng)前，能源與環(huán)境問(wèn)題日益突出，節(jié)能減排已成為各國(guó)面臨的緊要問(wèn)題。汽車(chē)是能源消耗和排放產(chǎn)生的主要源頭之一，節(jié)能減排已成為汽車(chē)行業(yè)需要共同面臨的主要問(wèn)題。在此形勢(shì)下，新能源汽車(chē)已成為當(dāng)下各國(guó)各車(chē)企的重點(diǎn)研究及發(fā)展方向。誰(shuí)能在新能源汽車(chē)領(lǐng)域領(lǐng)先，誰(shuí)就將成為未來(lái)汽車(chē)領(lǐng)域的“領(lǐng)頭羊”。文章對(duì)目前新能源汽車(chē)的主要發(fā)展方向及其原理、應(yīng)用前景進(jìn)行了詳細(xì)的解析，研究新能源汽車(chē)線路發(fā)展，適用于新能源技術(shù)方向的選型及企業(yè)新產(chǎn)品的布局。

【關(guān)鍵詞】新能源；汽車(chē)；線路

【中圖分類(lèi)號(hào)】F426.47 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】1674-0688（2016）11-0023-04

能源和環(huán)境問(wèn)題是汽車(chē)行業(yè)長(zhǎng)期面臨的挑戰(zhàn)。全球汽車(chē)行業(yè)格局正面臨新的重構(gòu)，汽車(chē)將向節(jié)能、環(huán)保等方向邁進(jìn)，新能源汽車(chē)概念正成為汽車(chē)行業(yè)關(guān)注的重點(diǎn)，也是各國(guó)汽車(chē)企業(yè)重點(diǎn)的研發(fā)方向與領(lǐng)域，發(fā)展新能源汽車(chē)也已上升為我國(guó)的國(guó)家戰(zhàn)略。

1 我國(guó)新能源汽車(chē)發(fā)展現(xiàn)狀與政策

為發(fā)展新能源汽車(chē)，國(guó)家及地方政府陸續(xù)出臺(tái)了各種扶持培育政策，為新能源汽車(chē)的發(fā)展?fàn)I造了良好的政策及市場(chǎng)環(huán)境。2012年，國(guó)務(wù)院發(fā)布《節(jié)能與新能源汽車(chē)產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2012—2020年）》，明確以純電驅(qū)動(dòng)為新能源汽車(chē)發(fā)展和汽車(chē)工業(yè)轉(zhuǎn)型的主要戰(zhàn)略方向，重點(diǎn)推進(jìn)純電動(dòng)汽車(chē)和插電式混合動(dòng)力汽車(chē)產(chǎn)業(yè)化。2015年，國(guó)家財(cái)政部頒布了《關(guān)于2016—2020年新能源汽車(chē)推廣應(yīng)用財(cái)政支持政策的通知》，給予消費(fèi)者購(gòu)買(mǎi)進(jìn)入國(guó)家新能源車(chē)目錄的純電動(dòng)汽車(chē)、插電式混合動(dòng)力汽車(chē)和燃料電池汽車(chē)購(gòu)車(chē)補(bǔ)貼，也對(duì)享受補(bǔ)貼的新能源汽車(chē)車(chē)型提出了更高的技術(shù)要求。2015年，國(guó)務(wù)院印發(fā)的《中國(guó)制造2025》提出“節(jié)能與新能源汽車(chē)”作為重點(diǎn)發(fā)展領(lǐng)域，到2020年，自主品牌純電動(dòng)和插電式新能源汽車(chē)年銷(xiāo)量突破100萬(wàn)輛；到2025年，與國(guó)際先進(jìn)水平同步的新能源汽車(chē)年銷(xiāo)量達(dá)到300萬(wàn)輛。有關(guān)部門(mén)還先后推出了“十城千輛”節(jié)能與新能源汽車(chē)示范推廣應(yīng)用工程、《私人購(gòu)買(mǎi)新能源汽車(chē)試點(diǎn)財(cái)政補(bǔ)助資金管理暫行辦法》、《關(guān)于加快培育和發(fā)展戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的決定》等政策。在國(guó)家及地方政府的大力支持和鼓勵(lì)下，進(jìn)入新能源汽車(chē)領(lǐng)域的企業(yè)不斷增多，“比亞迪”“北汽”“奇瑞”“上汽”“長(zhǎng)安”“江淮”等自主品牌企業(yè)都已涉足并推出相應(yīng)產(chǎn)品。

據(jù)中國(guó)汽車(chē)工業(yè)協(xié)會(huì)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，2015年新能源汽車(chē)產(chǎn)量達(dá)340 471輛，銷(xiāo)量達(dá)331 092輛，同比分別增長(zhǎng)3.3倍和3.4倍。其中，純電動(dòng)汽車(chē)型的產(chǎn)銷(xiāo)量分別為254 633輛和24 782輛，同比增長(zhǎng)分別為4.2倍和4.5倍；插電式混合動(dòng)力汽車(chē)型的產(chǎn)銷(xiāo)量分別為85 838輛和83 610輛，同比增長(zhǎng)1.9倍和1.8倍。

2 新能源汽車(chē)的主要發(fā)展方向

目前，純電動(dòng)汽車(chē)、插電式混合動(dòng)力汽車(chē)和燃料電池汽車(chē)被認(rèn)為是新能源汽車(chē)發(fā)展的主要方向。我國(guó)已經(jīng)是世界汽車(chē)產(chǎn)業(yè)大國(guó)，但“大而不強(qiáng)”，新能源汽車(chē)有望為我國(guó)汽車(chē)工業(yè)開(kāi)拓新的增長(zhǎng)點(diǎn)，肩負(fù)起我國(guó)對(duì)國(guó)外汽車(chē)業(yè)實(shí)現(xiàn)“彎道超車(chē)”的重任。

2.1 純電動(dòng)汽車(chē)

2.1.1 主要原理

純電動(dòng)汽車(chē)，是指僅由可充電電池作為動(dòng)力源、以驅(qū)動(dòng)電機(jī)及其控制系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)行駛的汽車(chē)。純電動(dòng)汽車(chē)?yán)眯铍姵刈鳛閯?dòng)力源，通過(guò)電池向電機(jī)提供電能，驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，從而推動(dòng)汽車(chē)前進(jìn)。純電動(dòng)汽車(chē)的原理圖如圖1所示。純電動(dòng)汽車(chē)的優(yōu)點(diǎn)有以下方面：電力可以通過(guò)很多能源轉(zhuǎn)化，實(shí)現(xiàn)能源利用多元化，減少對(duì)石油資源的依賴(lài)；減少環(huán)境污染；能源轉(zhuǎn)換效率高，純電動(dòng)汽車(chē)的能源效率超過(guò)汽油汽車(chē)，特別是在城市路況，汽車(chē)走走停停，行駛速度不高，這種路況純電動(dòng)汽車(chē)更加適宜；利用夜間電網(wǎng)的廉價(jià)“谷電”進(jìn)行充電，起到平抑電網(wǎng)的峰谷差的作用。目前，純電動(dòng)汽車(chē)技術(shù)已相對(duì)成熟，“比亞迪”“長(zhǎng)安”“吉利”“北汽”“奇瑞”等企業(yè)均已實(shí)現(xiàn)純電動(dòng)汽車(chē)的生產(chǎn)與銷(xiāo)售。

2.1.2 價(jià)格及使用成本

純電動(dòng)汽車(chē)的核心部件是電池，目前電池的性能、技術(shù)在一定程度已能滿足消費(fèi)者需求，但電池價(jià)格較貴。純電動(dòng)汽車(chē)蓄電池的生產(chǎn)成本約1 500元/kW，成本太高，造成純電動(dòng)汽車(chē)整車(chē)價(jià)格難以下降。目前，在考慮國(guó)家財(cái)政補(bǔ)貼的情況下，純電動(dòng)汽車(chē)的價(jià)格仍然偏高，對(duì)用戶缺乏足夠的吸引力。只有純電動(dòng)汽車(chē)生產(chǎn)規(guī)模擴(kuò)大到一定程度，電池等核心部件實(shí)現(xiàn)規(guī)模生產(chǎn)，電池成本才能大幅降低。此外，按目前我國(guó)的電價(jià)和油價(jià)，純電動(dòng)汽車(chē)的使用成本大大低于燃油汽車(chē)，具有很好的經(jīng)濟(jì)性。

2.1.3 基礎(chǔ)配套設(shè)施

與純電動(dòng)汽車(chē)配套的充電設(shè)施完善程度是能否普及純電動(dòng)汽車(chē)的關(guān)鍵。目前情況來(lái)看，一座充電站可同時(shí)容納10～20臺(tái)純電動(dòng)汽車(chē)充電，如果純電動(dòng)汽車(chē)的規(guī)模擴(kuò)大，則要求有足夠多的、方便的充電站，還要有相應(yīng)的維修等輔助配套設(shè)施。充電基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)尚未形成一個(gè)比較完善的網(wǎng)絡(luò)體系，在一定程度上制約了純電動(dòng)汽車(chē)的發(fā)展。相關(guān)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)所需的投資巨大，僅依靠汽車(chē)生產(chǎn)企業(yè)的力量難以實(shí)現(xiàn)，需要政府部門(mén)、電網(wǎng)企業(yè)和相關(guān)企業(yè)達(dá)成共識(shí)，共同加快充電設(shè)施網(wǎng)絡(luò)建設(shè)。未來(lái)1～2年內(nèi)，省會(huì)城市和示范試點(diǎn)城市的充電站建設(shè)會(huì)有所加快，將促進(jìn)純電動(dòng)汽車(chē)的發(fā)展。

2.2 插電式混合動(dòng)力汽車(chē)

2.2.1 主要原理

插電式混合動(dòng)力汽車(chē)是指同時(shí)裝備兩種動(dòng)力源——發(fā)動(dòng)機(jī)與電動(dòng)力源（電池與電動(dòng)機(jī)）的汽車(chē)。按動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)布置及結(jié)構(gòu)不同，插電式混合動(dòng)力汽車(chē)可分為串聯(lián)式插電混合動(dòng)力汽車(chē)、并聯(lián)式插電混合動(dòng)力汽車(chē)和混聯(lián)式插電混合動(dòng)力汽車(chē)。

串聯(lián)式插電混合動(dòng)力汽車(chē)由發(fā)動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)和電動(dòng)機(jī)采用串聯(lián)的方式連接組成。發(fā)動(dòng)機(jī)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電，電能通過(guò)電動(dòng)機(jī)控制器直接輸送給電動(dòng)機(jī)，由電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生電磁力矩驅(qū)動(dòng)汽車(chē)。串聯(lián)式插電混合動(dòng)力汽車(chē)原理圖如圖2所示。發(fā)動(dòng)機(jī)與驅(qū)動(dòng)橋間沒(méi)有直接的機(jī)械連接，發(fā)動(dòng)機(jī)工作狀態(tài)不受汽車(chē)行駛工況的影響，可以始終在高效區(qū)間內(nèi)穩(wěn)定運(yùn)行，從而使整車(chē)獲得良好的經(jīng)濟(jì)性能和排放性能。但串聯(lián)式插電混合動(dòng)力汽車(chē)能量轉(zhuǎn)換、傳輸?shù)沫h(huán)節(jié)較多，造成能量轉(zhuǎn)換效率低。為滿足爬坡等需要大功率的路況，要求發(fā)動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)和電動(dòng)機(jī)的額定功率要足夠大。

并聯(lián)式插電混合動(dòng)力汽車(chē)由發(fā)動(dòng)機(jī)、電動(dòng)/發(fā)電機(jī)或驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)以并聯(lián)的方式連接組成。并聯(lián)式插電混合動(dòng)力汽車(chē)可采用發(fā)動(dòng)機(jī)單獨(dú)驅(qū)動(dòng)、電動(dòng)機(jī)單獨(dú)驅(qū)動(dòng)或發(fā)動(dòng)機(jī)和電動(dòng)機(jī)聯(lián)合驅(qū)動(dòng)3種工作模式。并聯(lián)式插電混合動(dòng)力汽車(chē)原理圖如圖3所示。在爬坡、加速時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)和電動(dòng)機(jī)聯(lián)合驅(qū)動(dòng)汽車(chē)；在減速或剎車(chē)時(shí)，電動(dòng)機(jī)工作在發(fā)電狀態(tài)，向蓄電池充電，即再生制動(dòng)。電機(jī)驅(qū)動(dòng)模式下，具有純電動(dòng)汽車(chē)安靜、低使用成本的優(yōu)點(diǎn)；在混合動(dòng)力驅(qū)動(dòng)模式下，有驚人的起步扭矩，加速性能十分出色。并聯(lián)式插電混合動(dòng)力汽車(chē)的優(yōu)點(diǎn)是動(dòng)力足，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，適用于多種不同的行駛工況，尤其是復(fù)雜的路況。與串聯(lián)式插電混合動(dòng)力汽車(chē)相比，并聯(lián)式插電混合動(dòng)力汽車(chē)的發(fā)動(dòng)機(jī)和電動(dòng)機(jī)的功率較小，但結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜。

混聯(lián)式插電混合動(dòng)力汽車(chē)由發(fā)動(dòng)機(jī)、電動(dòng)/發(fā)電機(jī)和驅(qū)動(dòng)電機(jī)三大動(dòng)力總成組成，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)同時(shí)具有電動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)功能?；炻?lián)式插電混合動(dòng)力汽車(chē)原理圖如圖4所示?；炻?lián)式插電混合動(dòng)力汽車(chē)有兩個(gè)電機(jī)，一個(gè)電動(dòng)機(jī)僅用于直接驅(qū)動(dòng)車(chē)輪，另一個(gè)電機(jī)具有雙重角色：當(dāng)需要使用極限性能時(shí)，充當(dāng)電動(dòng)機(jī)直接驅(qū)動(dòng)車(chē)輪；當(dāng)電池電力不足時(shí)，充當(dāng)發(fā)電機(jī)，給電池充電?；炻?lián)式插電混合動(dòng)力汽車(chē)兼有串聯(lián)式及并聯(lián)式插電混合動(dòng)力汽車(chē)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)：在純電模式下具有純電動(dòng)汽車(chē)安靜、使用成本低的優(yōu)點(diǎn)；在串聯(lián)模式下，沒(méi)有里程限制，并且發(fā)動(dòng)機(jī)可以一直控制在最佳轉(zhuǎn)速上，具有油耗低、噪音小、振動(dòng)小的特點(diǎn)；在能量流動(dòng)的控制上具有更大的靈活性，可實(shí)現(xiàn)油耗和排放的最佳設(shè)計(jì)目標(biāo)。

結(jié)合3種插電式混合動(dòng)力汽車(chē)的原理，插電式混合動(dòng)力汽車(chē)有以下優(yōu)點(diǎn)：{1}動(dòng)力系統(tǒng)可以按照汽車(chē)實(shí)際的運(yùn)行工況要求靈活調(diào)控，使發(fā)動(dòng)機(jī)保持在綜合性能最佳的區(qū)域內(nèi)工作，燃油利用率高，油耗低。{2}回收制動(dòng)、下坡、怠速時(shí)的能量，給電池充電，減少能源浪費(fèi)。{3}在擁堵市區(qū)，可關(guān)停發(fā)動(dòng)機(jī)，由電機(jī)單獨(dú)驅(qū)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)“零”排放。目前，插電式混合動(dòng)力汽車(chē)技術(shù)已相對(duì)成熟，“比亞迪”“北汽”等企業(yè)已實(shí)現(xiàn)插電式混合動(dòng)力汽車(chē)商業(yè)化。

2.2.2 價(jià)格及使用成本

插電式混合動(dòng)力汽車(chē)安裝了蓄電池，而且有2個(gè)動(dòng)力系統(tǒng)，生產(chǎn)成本要高于同級(jí)別的燃油汽車(chē)。短期內(nèi)汽車(chē)價(jià)格很難大幅下降，導(dǎo)致插電式混合動(dòng)力汽車(chē)購(gòu)置成本較高。由于國(guó)家政策的傾斜，按照最新的補(bǔ)貼標(biāo)準(zhǔn)，插電式混合動(dòng)力汽車(chē)最高可獲得5萬(wàn)元的購(gòu)車(chē)補(bǔ)貼，基本達(dá)到了消費(fèi)者可接受的范圍。同時(shí)，插電式混合動(dòng)力汽車(chē)擁有較好的經(jīng)濟(jì)性，使用成本低，生命周期內(nèi)的總使用成本已低于燃油汽車(chē)。

2.2.3 基礎(chǔ)配套設(shè)施

插電式混合動(dòng)力汽車(chē)面臨的基礎(chǔ)配套設(shè)施問(wèn)題與純電動(dòng)汽車(chē)類(lèi)似，需要有足夠多的、方便的充電站，但受基礎(chǔ)配套設(shè)施影響相對(duì)較少。插電式混合動(dòng)力汽車(chē)在純電動(dòng)模式下的續(xù)駛里程已經(jīng)能夠滿足大部分消費(fèi)者日常駕車(chē)出行的需求。同時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)可以在電池動(dòng)力不足時(shí)發(fā)電和在高速行駛時(shí)提供補(bǔ)充動(dòng)力，保證了在充電基礎(chǔ)設(shè)施尚不完善的情況下仍可行駛較長(zhǎng)的里程，避免了因無(wú)法及時(shí)充電而帶來(lái)的麻煩。

2.3 燃料電池電動(dòng)汽車(chē)

2.3.1 主要原理

燃料電池電動(dòng)汽車(chē)是指以氫氣、甲醇等為燃料，通過(guò)化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生電流，依靠電機(jī)驅(qū)動(dòng)的汽車(chē)。氫氣是最理想的燃料，氫氣可以直接參與電化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)物只有水蒸氣，不會(huì)造成污染。甲醇、天然氣和汽油會(huì)產(chǎn)生極度少的二氧化碳和氮氧化物。燃料電池汽車(chē)的工作原理如下：氫在搭載的燃料電池中，與大氣中的氧發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生電能啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)，從而驅(qū)動(dòng)汽車(chē)行駛。燃料電池汽車(chē)具有以下優(yōu)點(diǎn)：{1}零排放或近似零排放。{2}減少了機(jī)油泄漏帶來(lái)的水污染。{3}提高了發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒效率，提高了燃油經(jīng)濟(jì)性。{4}運(yùn)行平穩(wěn)、無(wú)噪聲。

2.3.2 價(jià)格及使用成本

制約燃料電池汽車(chē)商業(yè)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(chǎn)成本約3 000元/kW，相比純電動(dòng)汽車(chē)的電池成本還高。目前，燃料電池尚未形成批量生產(chǎn)，一旦進(jìn)行大批量生產(chǎn)，燃料電池的價(jià)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(shí)現(xiàn)燃料電池汽車(chē)商用化的關(guān)鍵。此外，氫氣的售價(jià)較高，因此燃料電池汽車(chē)的運(yùn)行成本難以令用戶接受。

2.3.3 基礎(chǔ)配套設(shè)施

燃料電池汽車(chē)的應(yīng)用面臨的問(wèn)題是如何為燃料電池供應(yīng)燃料。氫氣的產(chǎn)生、儲(chǔ)存、保管、運(yùn)輸和灌裝都比較復(fù)雜，對(duì)安全性要求很高。由于氫氣儲(chǔ)存困難，即使用傳統(tǒng)油箱3倍以上的體積儲(chǔ)存氫氣，也只能保證汽油動(dòng)力汽車(chē)一半的續(xù)駛里程。加之，全國(guó)建有的加氫站屈指可數(shù)，燃料電池汽車(chē)推廣困難重重。

3 新能源汽車(chē)發(fā)展研究

本文通過(guò)對(duì)3種新能源汽車(chē)的技術(shù)原理、價(jià)格及使用成本、配套設(shè)施的研究，對(duì)新能源汽車(chē)的推廣應(yīng)用前景（見(jiàn)表1）做如下分析。

（1）純電動(dòng)汽車(chē)的技術(shù)難度最小，目前國(guó)內(nèi)上市的純電動(dòng)汽車(chē)的各項(xiàng)性能指標(biāo)已經(jīng)可以滿足一般用戶的需求。充電網(wǎng)絡(luò)建設(shè)滯后是目前制約純電動(dòng)汽車(chē)發(fā)展的最主要因素。預(yù)計(jì)在示范試點(diǎn)城市，隨著充電網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)完善，純電動(dòng)汽車(chē)的發(fā)展速度會(huì)比較快，尤其在低端市場(chǎng)，純電動(dòng)汽車(chē)的份額將顯著提高。

（2）插電式混合動(dòng)力汽車(chē)的技術(shù)已相對(duì)成熟，目前國(guó)內(nèi)僅幾家領(lǐng)先企業(yè)掌握了插電式混合動(dòng)力汽車(chē)的核心技術(shù)，大部分汽車(chē)生產(chǎn)企業(yè)還處于研發(fā)階段。插電式混合動(dòng)力汽車(chē)使用的便利性優(yōu)于純電動(dòng)汽車(chē)，處于消費(fèi)接受的范圍。在國(guó)家補(bǔ)貼政策的強(qiáng)力支持下，目前插電式混合動(dòng)力汽車(chē)的綜合成本已經(jīng)低于燃油汽車(chē)，很可能成為增長(zhǎng)速度最快的新能源汽車(chē)。

（3）燃料電池技術(shù)是內(nèi)燃機(jī)技術(shù)最好的替代物，代表了汽車(chē)未來(lái)的發(fā)展方向。但燃料電池汽車(chē)尚不具備商業(yè)化的條件。樂(lè)觀預(yù)測(cè)，實(shí)現(xiàn)以氫氣為燃料的燃料電池汽車(chē)的商業(yè)化至少還需要15年以上的時(shí)間。

參 考 文 獻(xiàn)

[1]王剛，荊旭龍.新能源汽車(chē)[M].北京：清華大學(xué)出版社，2015.

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[3]邵毅明.汽車(chē)新能源與節(jié)能技術(shù)[M].北京：人民交通出版社，2008.

[4]趙航，史廣奎.混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(chē)技術(shù)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2012.

[責(zé)任編輯：鐘聲賢]