1.1 新能源汽车概述

1.1.1 国内外新能源汽车的发展

图1-1 第一辆纯电动三轮车

1.国外新能源汽车的发展

纯电动汽车的起源比现在最常见的内燃机驱动的汽车要早。早在1828年，被称为直流电机之父的匈牙利发明家、工程师阿纽什·耶德利克（Ányos Jedlik）在实验室试验成功了电磁驱动的行动装置。1831年法拉第（Michael Faraday）发现了电磁感应定律，从而促进了电动机和发电机的发展，使电力交通成为可能。美国人托马斯·达文波特（Thomas Davenport）于1834年制造出第一辆直流电机驱动的搭载不可再充电电池的纯电动三轮车（图1-1），因此托马斯于1837年获得美国电机行业的第一个专利。在1832年至1838年之间，苏格兰人罗伯特·安德森（Robert Anderson）发明了电驱动的马车，这是一辆使用不能充电的初级电池驱动的车辆。1838年苏格兰人罗伯特·戴维森（Robert Davidson）发明了电驱动的火车。1859年普莱德（Plante）的铅酸蓄电池研制成功；1874年萨洛蒙发明了由蓄电池驱动的电动三轮车；1881年真正的纯电动汽车由法国人古斯塔夫·特鲁夫（Gustave Trouve）制造问世，它采用铅酸蓄电池供电，由0.1hp的直流电动机驱动。1899年，德国人波尔舍发明了一台轮毂电动机，以替代当时在汽车上普遍使用的链条传动，随后开发了Lohner-Porsche电动车，该车采用铅酸蓄电池作为动力源，由前轮内的轮毂电动机直接驱动，这也是第一部以保时捷命名的汽车。此后三四十年间，纯电动汽车在当时的汽车发展中占据着重要位置。据统计，截至1890年在全世界4200辆汽车中，有38%为纯电动汽车，40%为蒸汽车，22%为内燃机汽车。在1899年和1900年期间，纯电动汽车的销量要比其他类型汽车的销量都要好。实际上，根据全美人口调查局的调查显示，1900年纯电动汽车生产量占到美国汽车总产量的28%，所出售的纯电动汽车总价值超过了当年汽油汽车和蒸汽汽车总和。

在石油大量开发和内燃机技术提高的同时，电池技术的局限性导致纯电动汽车成本难以下降，譬如1912年，美国一款电动敞篷车的售价高达1750美元，而一款燃油汽车售价仅有650美元；同时交通路网的快速建设完成，要求车辆行驶速度更快、续航里程更长，而这也恰好是纯电动汽车的缺陷，因为当时没有晶体管技术，电动汽车的性能受到限制，极速大约只有32km/h，而当时内燃机汽车的速度就已经能够超过100km/h，所以靠电力驱动的汽车逐渐退出市场，只是在少数城市保留着很少的有轨电车和无轨电车。在中国，由于城市建设的发展，曾经真正环保、在城市公交中起到重要作用的电车，也由于种种原因基本退出了，但与此相反的是在轨道交通方面，电力驱动得到了飞速发展。

在石油资源枯竭来临、大气污染问题开始受到关注的今天，各主要汽车生产厂家又重新把目光聚焦到了纯电动汽车，开始投入资金和技术在纯电动汽车领域进行研发和试制。在20世纪60年代，当时的第一大汽车生产制造企业——通用汽车公司投资1500万美元开发出了Electrovair和Electrovan两款纯电动汽车。在1990年1月的洛杉矶汽车展上，通用汽车总裁向全球推介Impact纯电动轿车；1993年Impact3开始进行批量生产；1995年通用EV1开始商业化生产，EV1最高时速可达128km/h，从静止加速到96km/h只需9s，一次充电可行驶144km。后来，通用电气公司和福特汽车公司联合开发出EXE-Ⅰ、EXE-Ⅱ纯电动汽车，以及福特自己生产的ThinkCity。丰田的RAV4LEV由于使用了镍氢电池，一次充电可行驶200km，零售价4.2万美元/辆（同型的汽油车零售价为2万美元/辆），其中电池成本占整车成本的40%。1997年法国雷诺公司推出装备锂电池的标致106纯电动汽车；1998年在日本和美国销售的ALTRA电动汽车采用锂电池，循环寿命长，可反复使用1200次，续驶里程124km；大众汽车公司在第18届国际纯电动汽车展会上推出的纯电动汽车采用了300kg的充电电池，汽车在12s内可从0加速到100km/h，最高车速140km/h；雷诺的Clio等也开始进行批量化生产，这些批量化生产的纯电动汽车采用的均是除铅酸蓄电池组以外的电池技术，安装的电机是交流感应电机或永磁同步电机。

真正让纯电动汽车重新回到公众视眼的是新成立的Tesla汽车公司于2006年发布的Roadster跑车（图1-2），该车车速从0加速到60mile/h只要3.9s，每次充电可行驶200mile，到2011年，新上市的Roadster的续航里程超过了240mile，但售价超过10万美元。而真正让纯电动汽车走入大众家庭的是2010年在美国开始销售的日产纯电动汽车Leaf（图1-2），其续航里程为100mile，价格在3万美元左右，所以目前仍旧是全球销量最好的纯电动汽车。

2.国内新能源汽车的发展

当前我国新能源汽车的发展状况主要表现为：纯电动汽车技术成熟，已在特定区域推广应用；混合动力汽车技术渐趋完善，进入商业化推广阶段；燃料电池汽车技术处于新的突破前期，正在成为新的研发重点。

国内较早涉足新能源研究的大型汽车集团是一汽集团，从20世纪末至今，新能源汽车的发展经历了十多年，从混合动力到插电式混动再到纯电动汽车研发，一汽集团在新能源技术方面有了一定的积累，2010年8月成立了新能源汽车分公司，目前对外宣传的纯电动汽车产品主要是奔腾B50EV和森雅M80EV。东风集团也是国内最早研究新能源汽车技术的大企业集团之一，其纯电动技术的研发始于“八五”期间，至今已经历时20个年头，在新能源汽车关键技术的自主研发方面有一定的积累，除了以日产公司的聆风车型为原型合资生产纯电动汽车启辰晨风外，目前东风风神E30和E30L也将面世，如图1-3所示。上汽集团开发新能源汽车是从2001年底与同济大学合作共同承担了国家“863”纯电动汽车重大专项开始的。但迄今为止，我们能看到的纯电动汽车产品仅是荣威E50，如图1-4所示，定位于城市新型代步工具，具备高效动力操控，节能环保特质，智能周全防护能力。上汽集团新能源方面的主要产品集中在插电混合动力领域。

图1-2 Tesla Roadster和日产纯电动汽车Leaf

图1-3 东风风神E30和E30L

除了三大汽车集团外，最早进行纯电动汽车研发生产的是成立于2001年的天津清源电动车辆有限责任公司，其由中国汽车技术研究中心、天津力神电池股份有限公司、天津蓝天电源公司、天津汽车工业（集团）有限公司四家单位共同投资组建，是一家专门从事电动车辆整车及关键零部件的研究、开发、生产与经营的公司。2008年，清源公司曾投入巨资建成了国内第一条纯电动汽车整车生产线和纯电动汽车动力总成生产线。另外一家较早进入批量化生产纯电动汽车的是比亚迪股份有限公司，由于以研发生产电池起家，在电池技术领域处于国际领先水平，其搭载自主研发铁电池的比亚迪e6先行者是全球首款采用铁电池为动力的纯电动汽车。2010年5月e6就成为首批电动出租车交付运营，2011年又对e6进行改进升级，面向个人用户销售，近年又有e5和秦（图1-5）等纯电动汽车下线进行销售。

图1-4 荣威E50

图1-5 比亚迪e5、e6和秦

2009年，我国“十城千辆节能与新能源汽车示范推广应用工程”的开展和国家关于《新能源汽车生产企业及产品准入管理规则》的推出，开启了新能源汽车发展的新篇章。与国际电动汽车品牌相比，自主品牌电动汽车企业更侧重于从市场接受度出发，重点发展微型和小型电动乘用车。奇瑞、江淮、吉利、长安、北汽等传统汽车制造企业开始陆续进行纯电动汽车的生产开发。

2009年11月14日，北汽集团成立北京新能源汽车股份有限公司，专门生产新能源纯电动汽车，第一款产品为E150EV。北汽新能源目前已经有EV系列的EV160、EV200，作为国家会议专用贵宾车的有ES系列的ES210，EX系列的EX200、EX260，EU系列的EU260等，还有作为国民普通用车的EC系列EC180，物流车威旺306EV、威旺307EV，使其成为纯电动汽车的领军引领者，如图1-6所示。

图1-6 北汽新能源系列车型

在国产纯电动汽车中，吉利众泰的知豆和吉利的康迪（图1-7）是较早使用换电池模式的，主要在杭州电动出租车领域推行。这些电动出租车统一采用“国家电网”标准电池，采取“换电”能源供给模式，即购置电动出租车不需要购买电池，而是向杭州纯电动汽车服务公司长期租用电池及成套换电服务，租金按物价部门批准的0.5元/km的价格标准支付。后来，为了在其他地区开拓市场，吉利也生产非换电模式的纯电动乘用车。

图1-7 康迪及电池更换

1.1.2 新能源汽车的定义

由于分类标准及使用目的不同，世界各国新能源汽车的定义和分类标准尚未统一。目前业界最为接受的新能源汽车分类涵盖纯电动汽车（BEV）、插电式混合动力电动汽车（PHEV）、增程式电动汽车（REV）和燃料电池（FCV）汽车。我国新能源汽车的分类及定义主要有以下两个层面。

1.专家层面定义

2009年7月1日，我国正式实施了《新能源汽车生产企业及产品准入管理规则》，明确指出：新能源汽车是指采用非常规的车用燃料作为动力来源（或使用常规车用燃料、采用新型车载动力装置），综合车辆动力控制和驱动方面的先进技术，形成的技术原理先进、具有新技术、新结构的汽车。新能源汽车包括电动汽车、气体燃料汽车、生物燃料汽车、氢燃料汽车等。这个定义是国家发改委公告的定义，也被称为专家层面定义，在2012年以前整个行业基本也都是这样来进行定义的，一些国家和地区目前也还是这样进行定义。

2.国家战略层面定义

2012年7月9日，由工信部牵头制订的《节能与新能源汽车发展规划（2011—2020年）》正式发布。明确指出新能源汽车是指采用新型动力系统，完全或主要依靠新型能源（如电能）驱动的汽车。将新能源汽车的范围定为插电式混合动力汽车、纯电动汽车，燃料电池汽车，而常规混合动力汽车为节能内燃机汽车。

插电式混合动力汽车（图1-8）是一种配有充电插口和具备车载供电功能的纯电能驱动的电动乘用汽车，同时按要求最高车速不低于100km/h，纯电驱动模式下综合工况续驶里程不低于50km。但目前国内部分插电式混合动力汽车只不过是在混合动力汽车上增加了一个插座，不是完全依靠纯电能驱动，而是双模或混合驱动。

纯电动汽车是指以车载电池为动力源，用电机驱动车轮行驶，符合道路交通、安全法规和国家标准各项要求的乘用车辆，如图1-9所示。它不需要其他能量（如汽油、柴油等），可以通过家用电源（普通插座）、专用充电桩或者特定的充电场所进行充电，以满足日常的行驶需求。

燃料电池汽车是一种用车载燃料电池装置产生的电力作为动力的汽车，如图1-10所示。通过氢气和氧气的化学作用，而不是经过燃烧，直接转变成电能动力。

图1-8 插电式混合动力汽车

图1-9 纯电动汽车

图1-10 燃料电池汽车

节能汽车是指以内燃机为主要动力系统，通过应用先进技术手段使车辆油耗明显降低的汽车。传统的非插电式混合动力汽车被划归为节能汽车，不能享受新能源汽车的相关政策补贴。混合动力汽车就是由发动机或电动机驱动的车辆，因此它免不了需要加油，它通常能够行驶在纯电动模式、纯油模式以及油电混合模式下。混合动力汽车一般可以分为普通混合动力汽车、插电式混合动力汽车以及增程式混合动力汽车。根据混合动力驱动的连接方式分为串联式混合动力汽车、并联式混合动力汽车和混联式混合动力汽车。根据在混合动力系统中，电机的输出功率在整个系统输出功率中所占的比重，也就是常说的混合度不同，混合动力系统还可以分为以下四类：微混合动力系统（BSG系统，发电起动一体式电动机或加强型起动机），轻混合动力系统（ISG系统，混合度一般在20%以下），中混合动力系统（ISG系统高压电机，混合度一般在30%左右），完全混合动力系统（可纯电行驶，混合度超过50%）。

图1-11 纯电动汽车的优点

1.1.3 新能源汽车特点

1.纯电动汽车

从外观和内饰方面对比，纯电动汽车和传统汽车相差并不大，两者的核心区别是：电动机取代发动机。纯电动汽车具有很多优点（图1-11）：结构简单，使用维修方便；能量转换效率高；易实现制动能量回收，提高能量利用效率；无污染，噪声小；使用成本低；可在夜间利用电网廉价的“谷电”，而且纯电动汽车的转矩输出性能十分优秀，如图1-12所示。

图1-12 纯电动汽车和传统内燃机转矩输出曲线对比

2.插电式混合动力汽车

插电式混合动力汽车具有以下优点：

1）采用混合动力后可按平均需用功率来确定内燃机的最大功率，发动机相对较小，此时处于油耗低、污染少的最优工况下工作。由于内燃机可持续工作，电池又可以不断得到充电，故其行程和普通汽车一样。

2）因为有了电池，可以十分方便地回收下坡时的动能。

3）在繁华市区，可关停内燃机，由电池单独驱动，实现“零”排放。

4）有了内燃机可以十分方便地解决耗能大的空调、取暖、除霜等纯电动汽车遇到的难题。

5）可以利用现有的加油站加油，不必再投资建设。

6）可让电池保持在良好的工作状态，不发生过充、过放，以延长其使用寿命，降低成本。

7）由于整车具有多个动力源，可同时工作，整车的动力性能优良。

缺点：系统结构相对复杂；长距离高速行驶省油效果不明显。

3.燃料电池汽车

与传统汽车相比，燃料电池汽车具有以下优点：

1）零排放或近似零排放。

2）减少了机油泄漏可能引起的水污染问题。

3）降低了温室气体的排放。

4）燃料电池的转化效率高（60%左右），整车燃油经济性良好。

5）运行平稳、无噪声。

缺点：燃料电池成本高昂，且使用成本（氢）也较高。

4.氢动力汽车

优点：排放物是纯水，行驶时不产生任何污染物。

缺点：氢燃料成本过高，而且氢燃料的存储和运输按照技术条件来说非常困难，因为氢分子非常小，极易透过储藏装置的外壳逃逸。另外，最致命的问题是氢气的提取需要通过电解水或者利用天然气，如此一来同样需要消耗大量能源，除非使用核电来提取，否则无法从根本上降低二氧化碳的排放。

5.超级电容汽车

优点：充电时间短、功率密度大、容量大、使用寿命长、免维护、经济环保等。

缺点：能量密度低，很难满足整车需求，故一般作为辅助蓄能器；功率输出随着行驶里程加长而衰减等。

1.1.4 纯电动汽车与低速电动车的区别

低速电动车是指车行速度低于70km/h的简易四轮纯电动汽车，外形、结构、性能与燃油汽车类似，如图1-13所示。

四轮低速电动车可分为：高尔夫车、观光车、狩猎车、特种车。高尔夫车主要用于高尔夫球场、公司仓库搬运货物、建筑工地、家庭，目前也有一些地区将其当作简易客车使用，车速约40km/h，6～20个座位。观光车的车速一般为20～30km/h，用于旅游观光、住宅小区保安巡逻等场所。狩猎车具有低速大转矩、噪声小的特点，爬坡能力比内燃机汽车更强。特种车：如小型高空作业车、城市扫地车、垃圾车、警用巡逻车等。

纯电动汽车是严格按国家标准生产的汽车，除动力能源外其外形内饰、性能、安全、配置等同于传统燃油车，而低速电动车则无正规的国家生产标准，在车辆性能方面与汽车相差甚远。

图1-13 低速电动车

目前，低速电动车普遍采用铅酸蓄电池，电池价格低廉，但密度也相对较低，满充满放寿命大都低于500次。在行驶速度和续航能力方面，低速电动车基本上都低于70km/h，并且只能支持不到100km的续航里程，其实际的驾驶体验更为接近旅游景区中常见的观光车，而且冬季低温时的续航能力仅有原续航能力的40%左右。此外，在车辆安全方面，低速电动车的车身高强钢使用比例大多在10%以下，并且无相应安全配置，车辆也大都未经过任何安全碰撞测试，安全性上并无相应保障。

纯电动汽车采用的是高性能动力锂电池，价格高昂，满充满放寿命超过2000次。同时，在行驶速度和续航能力方面，纯电动汽车的最高车速在100km/h以上，完全能够满足高速出行的需求，而且续航能力大于150km，短途旅游不在话下，冬季低温时期（低于-5℃）的可用电量能维持在80%左右。此外，在安全性上，由于经过研发测试以及严格的安全碰撞测试，纯电动汽车与普通燃油汽车一样，拥有可靠的安全性能，并且多数车型还拥有丰富的安全及科技配置，如ABS+EBD、双安全气囊、坡道辅助控制、泊车雷达、倒车影像等，能够充分保障每一位驾乘者的安全。