淺析新能源汽車發(fā)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(fā)展，分析了新能源汽車的現(xiàn)狀，并展望了新能源汽車的未來。在文中對(duì)新能源汽車的概念、發(fā)展歷程和特點(diǎn)進(jìn)行了介紹;對(duì)新能源汽車的純電動(dòng)車技術(shù)、插電式混合動(dòng)力車技術(shù)、燃料電池車技術(shù)、動(dòng)力電池技術(shù)、電機(jī)技術(shù)、電控技術(shù)、新能源汽車銷售等的現(xiàn)狀進(jìn)行了分析;以及對(duì)新能源汽車的發(fā)展前景進(jìn)行了展望。

關(guān)鍵詞：新能源汽車 發(fā)展現(xiàn)狀 發(fā)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(tǒng)燃油汽車面臨的環(huán)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(tǒng)內(nèi)燃機(jī)汽車的交通工具。因而新能源汽車逐漸受到世界各國(guó)政府和車企的關(guān)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(guó)政府和機(jī)構(gòu)為了有效促進(jìn)新能源汽車的發(fā)展，強(qiáng)有力的出臺(tái)政策，限制燃油車銷售時(shí)限，同時(shí)大力支持新能源汽車的發(fā)展及消費(fèi)，發(fā)展新能源汽車已是大勢(shì)所趨。

2 新能源汽車的發(fā)展

2.1 新能源汽車概念

新能源汽車（New Energy Vehicle， 簡(jiǎn)稱 NEV）這個(gè)概念是中國(guó)自創(chuàng)的[1]。它是相對(duì)于傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)汽車而出現(xiàn)和存在的，最早于1960年出現(xiàn)，并隨非傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)汽車技術(shù)的發(fā)展，新能源汽車的內(nèi)涵也在不斷變化。根據(jù)2019年12月國(guó)家發(fā)布的《新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)（2021-2035年）》征求意見稿，對(duì)新能源汽車的最新定義是：采用新型動(dòng)力系統(tǒng)，完全或主要依靠新型能源驅(qū)動(dòng)的汽車，主要包括純電動(dòng)汽車、插電式混合動(dòng)力汽車及燃料電池汽車。

2.2 新能源汽車發(fā)展歷程

追溯新能源汽車的發(fā)展。世界第一輛可供人們實(shí)用的新能源汽車是一電動(dòng)汽車，它是在1873年由羅伯特·戴維森發(fā)明制造的，早于1886年卡爾·本茨發(fā)明的內(nèi)燃機(jī)汽車。由于電動(dòng)汽車的出現(xiàn)，便開啟了新能源汽車的發(fā)展，在發(fā)展初期，新能源汽車發(fā)展良好，在19世紀(jì)末20世紀(jì)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(shù)發(fā)展嚴(yán)重滯后于內(nèi)燃機(jī)汽車，在20世紀(jì)中、后期，新能源汽車發(fā)展趨于停滯狀態(tài)，直到近年來石油資源危機(jī)和環(huán)境污染問題越顯突出，世界各國(guó)政府和汽車企業(yè)才重新開始重視新能源汽車，并積極鼓勵(lì)和支持新能源汽車的發(fā)展。中國(guó)新能源汽車的發(fā)展大體可分1991年至2008年的科技研發(fā)與技術(shù)驗(yàn)證期，2009年至2016年的服務(wù)國(guó)家戰(zhàn)略示范推廣期，以及2017年至今的創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)快速發(fā)展期。2019年全球新能源汽車在世界的平均市場(chǎng)占有率為2.5%[2]，中國(guó)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(diǎn)

新能源汽車因其使用新能源、新技術(shù)、新結(jié)構(gòu)等，使其具有節(jié)能環(huán)保、噪聲低、效率高等優(yōu)點(diǎn);因其新能源汽車的電池技術(shù)、電機(jī)技術(shù)、電控技術(shù)等關(guān)鍵技術(shù)還有待改進(jìn)，以及相關(guān)配套設(shè)施普及率不高等，使其具有充電慢、充電時(shí)間長(zhǎng)，續(xù)航里程短、充電、加氣、維修等不方便，車型不多、價(jià)格不低、選擇面不大等缺點(diǎn)。

3 新能源汽車發(fā)展現(xiàn)狀

3.1 新能源汽車技術(shù)現(xiàn)狀

根據(jù)國(guó)家發(fā)布的《新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)（2021-2035年）》征求意見稿和市場(chǎng)實(shí)際情況，我國(guó)目前主要發(fā)展插電式混合動(dòng)力汽車、純電動(dòng)汽車及燃料電池汽車等三種新能源汽車。電池、電機(jī)、電控是當(dāng)前新能源汽車的三大核心技術(shù)。

3.1.1 純電動(dòng)汽車技術(shù)現(xiàn)狀

純電動(dòng)汽車是指完全依靠動(dòng)力電池驅(qū)動(dòng)的新能源汽車[3]。因其可以實(shí)現(xiàn)零排放而成為國(guó)內(nèi)外重點(diǎn)關(guān)注的新能源車，目前在市場(chǎng)上占有一定的份額。在國(guó)內(nèi)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(chǎn)Leaf、寶馬i3，它們的基本參數(shù)如表1。

根據(jù)數(shù)據(jù)可得，國(guó)內(nèi)外主流純電動(dòng)汽車?yán)m(xù)航里程在340km-507km之間，最長(zhǎng)的是特斯拉Model X為507km;快速充電時(shí)間在0.5h-1.2h之間，最快的是日產(chǎn)Leaf為0.5h;最高時(shí)速在145km/h-250km/h之間，最高時(shí)速是特斯拉Model X為250km/h。

3.1.2 插電式混合動(dòng)力車技術(shù)現(xiàn)狀

插電式混合動(dòng)力汽車是指其主要驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)由至少兩個(gè)能同時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)的單個(gè)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)組成的可以外部充電的汽車，插電式混合動(dòng)力汽車的行駛動(dòng)力可以由單個(gè)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)單獨(dú)提供，也可以通過多個(gè)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)共同提供[4]。較為常見的插電式混合動(dòng)力汽車是在通過外部設(shè)施對(duì)電池充滿電后，先以電池單獨(dú)供電行駛，當(dāng)電池電量不足時(shí)，再以混合動(dòng)力或內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)模式行駛，并可適時(shí)向電池充電。插電式混合動(dòng)力汽車因有多個(gè)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，所以行駛里程較長(zhǎng)，是目前解決新能源汽車?yán)m(xù)航里程短的最佳車型，目前國(guó)內(nèi)外有多款插電式混合動(dòng)力汽車，這列舉了國(guó)內(nèi)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(dòng)力汽車進(jìn)行說明，它們的基本參數(shù)如表2。

根據(jù)數(shù)據(jù)可得，國(guó)內(nèi)外主流插電式混合動(dòng)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(dòng)續(xù)航里程在 37km-80km之間，最高續(xù)航里程是比亞迪宋 DM為80km;最高電機(jī)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(shù)現(xiàn)狀

燃料電池汽車是指利用無害的高能燃料，通過化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生電流，驅(qū)動(dòng)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(zhuǎn)化率高、排放幾乎為零、維修方便等優(yōu)點(diǎn)。但由于燃料電池汽車的核心技術(shù)發(fā)展還未成熟、有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)還未完全明確、相關(guān)配套基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)不充分等的原因，燃料電池汽車的產(chǎn)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(shù)如表3。

根據(jù)數(shù)據(jù)可得，國(guó)內(nèi)外四款主流燃料電池車的整備質(zhì)量為1800kg左右，其他各項(xiàng)指標(biāo)參數(shù)均為豐田Miral最優(yōu)或并列第一，綜合各項(xiàng)指標(biāo)，豐田Miral為目前最優(yōu)燃料汽車，其百公里加速時(shí)間是9.6s，燃料電池功率最大是114kw;一次加氫續(xù)航里程是502km，儲(chǔ)氫壓力是70Mpa，機(jī)電功率是113kw，冷啟動(dòng)溫度是-30℃。

3.1.4 動(dòng)力電池技術(shù)現(xiàn)狀

在新能源汽車上使用的動(dòng)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(dāng)前在國(guó)內(nèi)運(yùn)用比較多的有三類，常見鋰離子電池性能如表4。但在國(guó)內(nèi)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(xié)調(diào)效應(yīng)。在國(guó)外比較主流的動(dòng)力電池有日本的氫燃料電池、美國(guó)的氫氧燃料電池、德國(guó)的固體氧化燃料電池。

據(jù)表中信息可知，四款常見鋰離子電池各有優(yōu)缺點(diǎn)，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(jī)技術(shù)現(xiàn)狀

電機(jī)是新能源汽車的重要裝置。電機(jī)是連接新能源汽車動(dòng)力電池和汽車傳動(dòng)軸的驅(qū)動(dòng)件，將動(dòng)力電池傳來的電能轉(zhuǎn)化為對(duì)外輸出的動(dòng)能，再將動(dòng)能傳輸給傳動(dòng)軸，以驅(qū)動(dòng)新能源汽車行駛。新能源汽車的電機(jī)包含有單級(jí)變速箱和電控系統(tǒng)，具有傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)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(jī)、異步電機(jī)、永磁同步電機(jī)和開關(guān)磁阻電機(jī)四類驅(qū)動(dòng)電機(jī)。在歐美國(guó)家使用異步電機(jī)較多，在中國(guó)和日本使用永磁電機(jī)的多。四類驅(qū)動(dòng)電機(jī)基本參數(shù)如表5。

據(jù)表中信息可知，四類驅(qū)動(dòng)電機(jī)各具其特點(diǎn)、各有其優(yōu)缺，負(fù)荷效率較優(yōu)的是永磁同步電機(jī)為85%-97%;轉(zhuǎn)速范圍最大是開關(guān)磁阻電機(jī)為大于15000r/min;峰值效率最高的是永磁同步電機(jī)為95%-97%;過載能力異步電機(jī)和開關(guān)磁阻電機(jī)較高都是300%-500%。

3.1.6 電控技術(shù)現(xiàn)狀

電控技術(shù)對(duì)于新能源汽車是至關(guān)重要的關(guān)鍵技術(shù)之一。新能源汽車的電池管理技術(shù)、電機(jī)控制技術(shù)、電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向技術(shù)、能源回饋技術(shù)等都屬于電控技術(shù)。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用，新能源汽車的電控技術(shù)內(nèi)容也在不斷豐富，對(duì)于整體的電控技術(shù)而言，目前還處于嘗試階段。當(dāng)前電控技術(shù)的發(fā)展對(duì)電池的安全性和使用壽命有著至關(guān)重要的作用，發(fā)展中的電控系統(tǒng)容易受局部系統(tǒng)的故障而影響整體運(yùn)行。現(xiàn)國(guó)際上已采用國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)ISO26262進(jìn)行規(guī)避、完善，中國(guó)也在參考此標(biāo)準(zhǔn)并開始著手制定出相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)和應(yīng)對(duì)措施。

3.2 新能源汽車的銷售情況

根據(jù)中汽協(xié)官網(wǎng)發(fā)布的汽車銷售數(shù)據(jù)，統(tǒng)計(jì)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(duì)2018年有所下降，這主要是因?yàn)橹袊?guó)消費(fèi)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(fèi)市場(chǎng)縮小所致，相對(duì)傳統(tǒng)燃油汽車而言，傳統(tǒng)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(zhǎng)，從2014年的7.5萬輛到2018年達(dá)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(gè)汽車銷量占比中卻呈快速增長(zhǎng)趨勢(shì)。

4 新能源汽車發(fā)展前景

目前，世界各國(guó)和汽車企業(yè)都在爭(zhēng)先恐后發(fā)展新能源汽車，多國(guó)已經(jīng)出臺(tái)政策，制定停止產(chǎn)銷傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)汽車時(shí)間表及發(fā)展新能源汽車計(jì)劃，部分國(guó)家及企業(yè)擬定傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)汽車停售計(jì)劃統(tǒng)計(jì)情況如表7。據(jù)2017年4月中國(guó)印發(fā)的《汽車產(chǎn)業(yè)中長(zhǎng)期發(fā)展規(guī)劃》，在文中指出中國(guó)新能源汽車到2020年的年產(chǎn)銷量將達(dá)200萬輛，另據(jù)中國(guó)發(fā)布的《新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)（2021-2035年）》征求意見稿提出，到2025年新能源汽車銷量占比達(dá)25%左右。這將極大地促進(jìn)新能源汽車的發(fā)展，由此可預(yù)測(cè)新能源汽車不論是在產(chǎn)銷量上還是技術(shù)上都必將迎來前所未有的快速發(fā)展。

5 結(jié)束語

本文淺析了新能源汽車的發(fā)展歷程、技術(shù)現(xiàn)狀及銷售情況，并展望了新能源汽車的發(fā)展。新能源汽車雖然起步早，但其發(fā)展嚴(yán)重滯后于內(nèi)燃機(jī)汽車，在新能源汽車的電池、電機(jī)、電控三大核心技術(shù)方面均未成熟發(fā)展，離人們期待的目標(biāo)還有一段路需要走，但在世界各國(guó)及企業(yè)的大力支持和發(fā)展下，相信科研人員在新能源汽車技術(shù)方面將會(huì)取得實(shí)質(zhì)性的進(jìn)步，并將助推新能源汽車的快速發(fā)展。

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