淺析新能源汽車現狀及其發展前景（上）

南京/趙寶平

淺析新能源汽車現狀及其發展前景（上）

南京/趙寶平

圖1 串聯式混合動力電動汽車動力傳遞路線示意圖

隨著抗霾、環保步伐的大步邁進，新能源汽車正逐漸在國內形成潮流之勢。這里我想就此問題進行淺析。

新能源汽車是指除汽油、柴油發動機之外所有其他能源的汽車。新能源汽車包括燃料電池汽車、混合動力汽車、純電動車、氫能源動力汽車和太陽能汽車等。現在國內外正在研究發展的主要是混合動力汽車、純電動汽車和燃料電池汽車（燃料電池本文中暫不做解釋；另外，可再生資源燃料和氫動力燃料目前發展不具備條件）。

混合動力汽車是指那些采用傳統燃料的，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。混合動力汽車驅動的聯結方式及其分類有：串聯式、并聯式和混聯式混合動力汽車。按電動機輸出功率在整個系統輸出功率中所占的比重，即混合度分為四類：微混合動力系統BSG、輕混合動力系統 ISG、中混合動力系統、完全混合動力系統和外接式充電混合動力汽車。

串聯式混合動力電動汽車（SHEV）主要由發動機、發電機、驅動電機和蓄電池組等部件組成。發電機僅僅用于發電（由發動機驅動發電機），發電機所發出的電能供給電動機，電動機驅動汽車行駛。發電機發出的部分電能向電池充電，來延長混合動力電動汽車的行駛里程。另外電池還可以單獨向電動機提供電能來驅動電動汽車。使混合動力電動汽車在零污染狀態下行駛。串聯式混合動力電動汽車動力傳遞路線如圖1所示。

混聯式混合動力電動汽車（PSHEV）主要由發動機、發電機、電動機、行星齒輪機構和蓄電池組等部件組成。豐田Prius所采用的混合驅動方式，它將發動機、發電機和電動機通過一個行星齒輪裝置連接起來。動力從發動機輸出到與其相連的行星架，行星架將一部分轉矩傳送到發電機，另一部分傳送到電動機并輸出到驅動軸。此時車輛并不是串聯式或者并聯式，而是介于串聯和并聯之間，充分利用兩種驅動方式的優點，如圖3所示。

微混合動力系統（BSG）在傳統內燃機上的啟動電機（一般為12V）上加裝了皮帶驅動啟動電機；該電機為發電、啟動（Stop-Start）一體式電動機，用來控制發動機的啟動和停止，從而取消了發動機的怠速，降低了油耗和排放。從嚴格意義上來講，這種微混合動力系統的汽車不屬于真正的混合動力汽車，因為它的電機并沒有為汽車行駛提供持續的動力。在微混合動力系統里，電機的電壓通常有兩種：12V和42V。其中42V主要用于柴油混合動力系統。

輕混合動力系統（ISG）采用了集成啟動電機與微混合動力系相比，輕混合動力系統除了能夠實現用發電機控制發動機的啟動和停止，還能夠實現：

（1）在減速和制動工況下，對部分能量進行吸收；

圖2 并聯式混合動力電動汽車動力傳遞路線示意圖

圖3 混聯式混合動力電動汽車動力傳遞路線示意圖

表1 各種混合動力汽車相應的節能情況對照表

（2）在行駛過程中，發動機等速運轉，發動機產生的能量可以在車輪的驅動需求和發電機的充電需求之間進行調節。

輕混合動力系統的混合度一般在20%以下。

中混合動力系統同樣采用了ISG系統。與輕度混合動力系統不同，中混合動力系統采用的是高壓電機。另外，中混合動力系統還增加了一個功能：在汽車處于加速或者大負荷工況時，電動機能夠輔助 驅動車輪，從而補充發動機本身動力輸出的不足，從而更好的提高整車的性能。這種系統的混合程度較高，可以達到30%左右，目前技術已經成熟，應用廣泛。

仍然約在荷花小區見面。此時，已經是春暖花開的季節，一樹樹紅絨花在風中顫抖，陽光好像一層碎金，程頤站在一棵合歡樹下，淡藍襯衣，雙手斜插在口袋里。

完全混合動力系統采用了272 ～650V的高壓啟動電機，混合程度更高。與中混合動力系統相比，完全混合動力系統的混合度可以達到甚至超過50%。技術的發展將使得完全混合動力系統逐漸成為混合動力技術的主要發展方向。

外接式充電混合動力汽車（PHEV）是一種可以外接充電的新型混合動力汽車，它兼有純電動車和混合動力車的基本功能特征。即在混合動力汽車上增加了純電動行駛工況，并且加大了動力電池容量，使PHEV采用純電動工況可行駛一定里程，超過該里程就啟動內燃機，采用混合驅動模式。各種混合動力汽車相應的節能情況如表1所示。

混合動力汽車的特點：

1．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、污染少的最優工況下工作。需要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，故其行程和普通汽車一樣。

2．可以十分方便地回收制動時、下坡時、怠速時的能量。

3．在繁華市區，可關停內燃機，由電池單獨驅動，實現“零排放”。

4．有了內燃機可以十分方便地解決耗能大的空調、取暖、除霜等純電動汽車遇到的難題。

5．可讓電池保持在良好的工作狀態，不發生過充、過放，延長其使用壽命，降低成本。

6．長距離高速行駛時不省油。

7．價格高于現行內燃機汽車。

近年來，美、日、德等汽車工業強國先后發布了關于推動包括混合動力汽車在內的新能源汽車產業發展的國家計劃。美國奧巴馬政府實施綠色新政，計劃到2015年普及100萬輛插電式混合動力電動汽車（PHEV）。日本把發展新能源汽車作為“低碳革命”的核心內容，并計劃到2020年普及包括混合動力汽車在內的“下一代汽車”達到1350萬輛，為完成這一目標，日本到2020年計劃開發出至少38款混合動力汽車、17款純電動汽車。德國政府在2008年11月提出未來10年普及100萬輛插電式混合動力汽車和純電動汽車，并宣稱該計劃的實施，標志德國將進入新能源汽車時代。

動力電池成為各國政府在電動汽車領域支持的重中之重。美國總統奧巴馬2009年8月宣布安排24億美元支持PHEV的研發與產業化，其中20億美元用來支持先進動力電池的研發和產業化。日本政府提出“誰控制了電池，誰就控制了電動汽車”，并組織實施國家專項計劃，在2011年以前將投入400多億日元用于先進動力電池技術研究，2010年左右新型鋰電池將規模應用于下一代新能源汽車。德國從今年起啟動了一項4．2億歐元的車用鋰電池開發計劃，幾乎所有德國汽車和能源巨頭均攜資加入。國家的大量投入，充分調動了企業的積極性，目前國際主要汽車制造商不斷加強與電池企業的合作，以動力電池突破為核心目標的強強聯合與產業聯盟不斷涌現，動力電池技術研發和產業化進程明顯加快。

各國政府加大了政策支持力度，全力推進包括混合動力汽車在內的新能源汽車產業化。美國對PHEV實施稅收優惠，減稅額度在2500美元和15000美元之間，同時美國政府對電動汽車生產予以貸款資助。2009年6月23日，福特、日產北美公司和Tesla汽車公司獲得80億美元的貸款，主要用于混合動力和純電動汽車的生產。日本從2009年4月1日起實施新的“綠色稅制”，對包括混合動力車、純電動汽車等低排放且燃油消耗量低的車輛給予稅賦優惠，一年的減稅規模約為2100億日元，是現行優惠辦法減稅額的10倍。法國對購買低排放汽車的消費者給予最高5000歐元的獎勵，對高排放汽車進行最高2600歐元的懲罰。此外，歐盟計劃在2009年上半年發放70億歐元貸款，支持汽車制造商發展新能源汽車；此外，美國新的汽車燃油經濟性法規和歐盟新車平均二氧化碳排放法規，對汽車的技術要求大幅提高，如果不發展新能源汽車技術，汽車制造商將很難達到新法規的要求。

從1995年起，包括日本豐田與美國三大汽車公司在內的世界各大汽車生產廠商陸續投入混合動力汽車的研究開發。經過多年發展，混合動力汽車在商用化、產業化進程上的發展已經較為迅速。特別是2004 年全球各大汽車制造商繼續加大環保車型的開發力度，混合動力車型成為各大公司的戰略重點，逐漸突破了小型車的限制越來越多的應用在中大型車上，技術競爭愈演愈烈。2009年世界汽車市場混合動力汽車銷量估計已經超過70萬輛，據預測，2010 年將達100萬輛，2015年將在世界汽車市場占15%，2020年占25%。

在日本，日本豐田、本田、三菱、馬自達等多家企業均抓緊開拓混合動力汽車市場。目前市場上正熱銷的兩款車型分別為豐田Prius和本田Insight ，1997年，日本豐田推出了世界上第一款批量生產的混合動力汽車，其后又在2001年相繼推出了混合動力面包車和皇冠轎車，運用了先進的混合動力系統（THS）電子控制裝置與電動四輪驅動及四輪驅動力/制動力綜合控制系統，在普及混合動力系統的低燃耗、低排放和改進行駛性能方面處于世界前沿。以豐田為代表的日系企業，正是在10多年前的精確判斷，才最終以混合動力這種過度的新能源技術傲力如今的世界汽車市場。豐田普銳斯轎車2009年的銷量達20．89萬輛，同比增長達290%，成為包含微型車在內的新車銷量排行榜榜首。到目前豐田混合動力汽車累計銷售200多萬輛，遠遠領先于其他公司。

在美國，美國三大汽車公司通用、福特和戴姆勒-克萊斯勒在2004年就組建了生產混合動力汽車和燃料電池汽車所用電池聯合開發公司——USABC，投資460萬美元開發新一代環保型雙動力汽車所需要的高性能鋰聚合物電池。2005年9月，通用汽車、戴姆勒-克萊斯勒集團與寶馬集團簽署了關于構建全球合作聯盟，以共同開發混合動力推進系統的合作備忘錄，共享各自在混合動力推進系統方面領先的技術能力及豐富的科技資源，并把發展“雙模”完全混合動力系統作為首要目標。2009年，美國混合動力汽車銷量達到29．03萬輛，占美國汽車市場份額達2．8%，雖然份額還較小，但卻從2005年的1．2%開始呈逐年上升之勢。預計美國混合動力汽車的銷量2013年將達到87．2萬輛，市場占有率將達到5%。

（待續）