新能源汽車的分類、發展歷程及前景（一）

◆文/吉林　尹力卉　左晨旭

新能源汽車的分類、發展歷程及前景（一）

◆文/吉林尹力卉左晨旭

目前，全球能源和環境面臨著巨大的挑戰，汽車作為石油消耗和二氧化碳排放大戶，需要進行革命性的變革。為了減少二氧化碳的排放，發展新能源汽車已經在全球范圍內達成了共識。從長期來看，包括純電動、燃料電池技術在內的純電驅動將是新能源汽車的主要技術方向，在短期內，油電混合、插電式混合動力將是重要的過渡路線。但是發展新能源汽車還面臨著一些共同的難題，例如關鍵技術的突破、汽車工業的轉型、基礎設施的建設以及消費者的接受度等。

我國發展新能源汽車，是應對節能減排重大挑戰的需要，同時也是汽車產業跨越式發展和提升國際競爭力的需要。歐美國家及日本，都把發展新能源汽車作為戰略制高點來考慮，國家投入力量加強產業的發展。我國傳統汽車領域和國外相比還比較落后，但在新能源汽車方面，我們和發達國家站在同一個起跑線上，說法較多的是我們可以實現“彎道超車”，我們有機會在新能源汽車領域與西方發達國家在同一個層面上發展創新。目前，我國汽車工業以純電驅動作為技術轉型的主要戰略方向，重點突破電池、電機和電控技術，推進純電動、燃料電池、插電式混合動力、油電混合動力等汽車產業化，實現汽車工業的跨越式發展。近期我國以混合動力汽車為重點，大力推廣普及節能汽車，逐步提高我國汽車燃油經濟性水平。“十二五”期間，我國將大力發展節能汽車，中度、重度混合動力乘用車保有量計劃超過100萬輛，但是占總體汽車保有量的比重還是小的。預計到2020年，純電動汽車和插電式混合動力汽車會實現產業化，市場保有量有望超過500萬輛。

一、我國發展新能源汽車的基礎

我國有著較好的基礎，可以發展節能與新能源汽車。第一，我國是僅次于日本、韓國的全球第三大鋰電池生產國，占全球約25%的市場份額。雖然就目前來看，鋰電池產品還多應用于手機、電動工具、電動自行車等領域，但其產業規模龐大、產業鏈基礎較好、生產工藝共性點多，具備大規模發展汽車用動力電池的條件。第二，我國也是鋰資源儲量大國，鋰離子動力電池生產已經形成了一個比較完整的產業鏈。經過近些年的發展，我國動力電池的主要性能明顯進步，初步具備了產業化的能力。第三，在車用驅動電機方面，我國電機產業規模位居全球首位，產品量大、面廣。我國又是工業電機的生產大國，在電機生產方面有較強的技術基礎。目前，我國電動汽車整車已經進入規模化應用階段，包括動力性、經濟性、續駛里程、噪聲等指標已經達到國際水平，前期是城市公交，現在乘用車產品也越來越多，比如比亞迪、鄭州日產、奇瑞、長安等都有混合動力汽車生產上市（圖1）。

新能源汽車已經列入到我國七大戰略性新興產業中，具體的支持政策也正在陸續出臺，力度上也越來越大。除了新能源汽車的購買補貼外，以后地方政府還會陸續出臺一些優惠政策，例如購置稅優惠、停車收費優惠，甚至還將提供一些行駛上的便利，比如傳統汽車的限行，對新能源汽車是沒有的。所有這些措施，都是為了努力營造一個新能源汽車使用的良好環境和氛圍，引導消費者來加深認識，主動購買。從未來的趨勢來看，選擇新能源汽車的消費者會越來越多，因為不論從技術、成本還是駕駛體驗方面，新能源汽車都會慢慢體現出其優勢。

二、新能源汽車的定義與分類

1.新能源汽車的定義

新能源又稱非常規能源，是指傳統能源之外的各種能源。也指剛開始開發利用或正在積極研究、有待推廣的能源，如太陽能、風能、海洋能、生物質能和核聚變能等。

（1）什么是汽車

我國國家最新標準《汽車和掛車類型的術語和定義》（GB/T 3730.1-2001）中對汽車有如下定義：由動力驅動，具有4個或4個以上車輪的非軌道承載的車輛，主要用于載運人員和（或）貨物；牽引載運人員和（或）貨物的車輛；特殊用途的車輛。

（2）什么是新能源汽車

新能源汽車的英文名稱是New Energy Vehicles，是指采用非常規的車用燃料（即除汽油、柴油之外）作為動力來源（或使用常規的車用燃料、采用新型車載動力裝置），綜合車輛的動力控制和驅動方面的先進技術，形成的技術原理先進，具有新技術、新結構的汽車。

如圖2所示，新能源汽車包括：①燃氣汽車（液化天然氣、壓縮天然氣）；②燃料電池電動汽車（FCEV）；③純電動汽車（BEV）；④液化石油氣汽車；⑤氫能源動力汽車；⑥混合動力汽車（油氣混合、油電混合）；⑦太陽能汽車和其他新能源（如高效儲能器）汽車等，其廢氣排放量比較低。

對新能源汽車的界定，我國沒有統一的定義，但比較權威的說法有兩種。

一個是2009年6月17日，工業和信息化部制定的《新能源汽車生產企業及產品準入管理規則》中對新能源汽車的界定。此規則界定新能源汽車是指采用非常規的車用燃料作為動力來源（或使用常規的車用燃料、采用新型車載動力裝置），綜合車輛的動力控制和驅動方面的先進技術，形成的技術原理先進，具有新技術、新結構的汽車。新能源汽車包括混合動力汽車、純電動汽車（包括太陽能汽車）、燃料電池汽車、氫發動機汽車和其他新能源（如高效儲能器、二甲醚）汽車等。

另一個是2012年7月9日，國務院發布的《節能與新能源汽車產業發展規劃（2012-2020年）》中對新能源汽車的界定。此規劃界定新能源汽車是指采用新型動力系統，完全或主要依靠新型能源驅動的汽車。此規劃中所指新能源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。

參考上述新能源汽車的界定，下文中提到的新能源汽車主要是指普通混合動力汽車、插電式混合動力汽車、純電動汽車和燃料電池汽車。

2.新能源汽車的分類

（1）普通混合動力汽車

混合動力是指那些采用傳統燃料，同時配以電動機/發動機來改善低速動力輸出和燃油消耗的車型。按照燃料種類的不同，主要又可以分為汽油混合動力汽車和柴油混合動力汽車兩種。國內市場中，混合動力汽車的主流是汽油混合動力汽車，而國際市場中柴油混合動力車型的發展也很快。按混合動力汽車動力系統結構類型的不同，可以將其分為串聯式混合動力汽車、并聯式混合動力汽車和混聯式混合動力汽車。按混合動力汽車混合程度的不同，可以分為微度混合動力汽車、輕度混合動力汽車、中度混合動力汽車和重度/全混合動力汽車。

采用混合動力后可按平均需用的功率來確定內燃機的最大功率，此時處于油耗低、污染少的最優工況。當大功率內燃機功率不足時，由電池來補充；負荷少時，富余的功率可發電給電池充電，由于內燃機可持續工作，電池又可以不斷得到充電，故其便捷程度與普通汽車一樣。

（2）插電式混合動力汽車（增程式、插電式）

插電式混合動力汽車是可以在正常使用情況下，從非車載裝置中獲取電能，以滿足車輛一定的純電動續駛里程的混合動力汽車，可分為增程式和混聯插電式。

增程式混合動力汽車是在純電動汽車的基礎上開發的電動汽車。之所以稱之為增程式混合動力汽車是因為車輛追加了增程器（傳統發動機加發電機），而為車輛追加增程器的目的是進一步提升純電動汽車的續駛里程，使其能夠盡量避免頻繁地停車充電。

插電式混合動力汽車是由混合動力汽車進化而來的，它繼承了混合動力汽車的大部分特點，但把混合動力汽車的功率型電池替換為比容量（單位質量所包含的能量）更大的能量型電池，如此一來動力電池就有足夠的能量保證車輛可以在零排放、無油耗的純電動模式下行駛一定的距離。

從驅動的角度分析，增程式混合動力汽車不論工作在純電動模式還是增程模式下，其車輪始終僅由電動機獨立驅動，而插電式混合動力汽車如果工作在混合動力模式下，發動機會與電機一同參與到驅動車輪的行列（經動力耦合后）。

從系統選型的角度分析，增程式混合動力汽車必須是串聯式混合動力形式，而插電式混合動力汽車可以是并聯式混合動力形式，也可以是混聯式混合動力形式。

從電氣化程度的角度分析，增程式混合動力汽車的電氣化程度無疑更高，具體表現就是電功率占總輸出功率的百分比是100%，而插電式混合動力汽車不足100%。

（3）純電動汽車

純電動汽車顧名思義就是由車載可充電蓄電池或其他能量儲存裝置提供電能、由電機驅動的汽車，有一部分車輛把電動機裝在發動機艙內，也有一部分直接以車輪作為四臺電動機的轉子，其難點在于電力儲存技術。

電力可以從多種能源獲得，如煤、核能、水力、風力、光、熱等，解除了人們對石油資源日漸枯竭的擔心。純電動汽車還可以充分利用夜晚用電低谷時富余的電力充電，使發電設備日夜都能充分利用。有關研究表明，同樣的原油經過粗煉，送至電廠發電，經充入電池，再由電池驅動汽車，其能量利用效率比經過精煉變為汽油，再經汽油機驅動汽車高，因此發展電動汽車有利于節約能源和減少二氧化碳的排放。正是這些優點，使電動汽車的研究和應用成為汽車工業的一個“熱點”。對于發展純電動汽車而言，最大的障礙是基礎設施建設以及價格，與混合動力相比，電動汽車更需要基礎設施的配套，而這不是一家企業能解決的，需要各企業聯合起來與當地政府部門一起建設。

目前，純電動汽車主要有以下幾類。

①城市純電動汽車（Urban Electric Vehicle，UEV）。這類車的車速和續駛里程都較低，適合于城市短距離交通，主要車型是小型純電動汽車和城市公交車。目前國內主要汽車廠家，如一汽、上汽、北汽、江淮、東風、奇瑞等汽車品牌生產的主要是城市純電動汽車，動力電池以鋰電池為主。而山東地區的一些民營企業，由于生產資質不健全，大多沒有生產乘用車的資質，主要生產老年代步車、電動觀光車、輕型電動車等小型低速電動車，動力電池以鉛酸電池為主。

②全純電動汽車（All Electric Vehicle，AEV）。這類汽車裝有足夠容量的動力電池，車速和續駛里程基本可以滿足日常較遠距離的行駛要求。如美國的Tesla（特斯拉），車速可達到高端跑車的水平。Tesla Model S省去了汽油機、油箱、變速器、傳動軸等，這讓車身結構變得空前簡潔，幾乎就分底盤、車身兩個部分。與國內大多數純電動汽車不同的是，Tesla的輪胎和電動機幾乎融為一體，而整個底盤由電池組成，電池和框架緊密結合，剛性很好。85kWh的版本從靜止加速到100km/h僅需5.6s，最高速度可達200km/h，續航里程可以達到425km。在加速性能上，Tesla Model S相比與寶馬740毫不遜色。

（4）燃料電池汽車

燃料電池汽車是指以氫氣、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。其工作原理是，使作為燃料的氫在汽車搭載的燃料電池中與大氣中的氧發生化學反應，產生出電能發動電動機，由電動機帶動汽車中的機械傳動結構，進而帶動汽車的前后萬象軸、后橋等行走機械結構，轉動車輪驅動汽車。核心部件燃料電池采用的能源間接來源是甲醇、天然氣、汽油等烴類化學物質，通過相關的燃料重整器發生化學反應間接地提取氫元素；直接來源就是石化裂解反應提取的純液化氫。由于電池的能量來自氫氣和氧氣發生的化學反應，而非油燃燒獲得，燃料電池的化學反應過程不會產生有害產物，因此燃料電池汽車是無污染的汽車。燃料電池的能量轉換效率比內燃機要高2～3倍，因此從能源的利用和環境保護方面考慮，燃料電池汽車是一種理想的綠色新型環保汽車。

近幾年來，燃料電池技術已經取得了重大的進展。世界著名汽車制造廠 ，如戴姆勒-克萊斯勒、福特、豐田和通用汽車公司等已經宣布，將燃料電池汽車投向市場。在開發燃料電池汽車過程中仍然存在著技術挑戰，如燃料電池組的一體化，汽車制造廠都在朝著集成部件和減少部件成本的方向努力，并已取得了顯著的進步。（未完待續）