新能源汽車概述

新能源汽車概述1.1新能源汽車定義新能源汽車是指采用非常規(guī)車用燃料作為動(dòng)力來(lái)源（或使用常規(guī)車用燃料、采用新型車載動(dòng)力裝置），綜合車輛的動(dòng)力控制和驅(qū)動(dòng)方面的先進(jìn)技術(shù)，形成的技術(shù)原理先進(jìn)、具有新技術(shù)、新結(jié)構(gòu)的汽車。新能源汽車是在傳統(tǒng)汽車產(chǎn)業(yè)鏈基礎(chǔ)上進(jìn)行延伸，結(jié)構(gòu)上與傳統(tǒng)汽車的最大區(qū)別在于動(dòng)力系統(tǒng)，增加了電池、電機(jī)、電控系統(tǒng)等組件。圖1-1新能源汽車與傳統(tǒng)能源汽車結(jié)構(gòu)比較數(shù)據(jù)來(lái)源：賽迪經(jīng)智1.2新能源汽車分類新能源汽車包括混合動(dòng)力汽車、純電動(dòng)汽車（BEV，包括太陽(yáng)能汽車）、燃料電池電動(dòng)汽車（FCEV）、氫發(fā)動(dòng)機(jī)汽車、其他新能源（如高效儲(chǔ)能器）汽車等。表1-1混合動(dòng)力、純電動(dòng)、燃料電池汽車的比較混合動(dòng)力汽車純電動(dòng)汽車燃料電池電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)方式內(nèi)燃機(jī)＋電機(jī)驅(qū)動(dòng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)能量系統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)＋蓄電池蓄電池燃料電池能量來(lái)源與補(bǔ)給加油站或充電設(shè)備電網(wǎng)流電設(shè)備氫氣排放量排放較低零排放近似零排放商業(yè)化進(jìn)程商業(yè)化較成熟有少量產(chǎn)品銷售，未成規(guī)模研發(fā)階段主要優(yōu)點(diǎn)續(xù)航里程較長(zhǎng)排放低效率高，續(xù)航長(zhǎng)主要缺點(diǎn)電池效率充電站不足，電池安全性有待提高成本高，技術(shù)為突破數(shù)據(jù)來(lái)源：CNKI1.2.1混合動(dòng)力汽車混合動(dòng)力是指采用傳統(tǒng)燃料同時(shí)配以電動(dòng)機(jī)和發(fā)動(dòng)機(jī)，由電動(dòng)機(jī)作為發(fā)動(dòng)機(jī)的輔助動(dòng)力，以改善低速動(dòng)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(dòng)力、柴油混合動(dòng)力和氣電混合。目前國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上，混合動(dòng)力車輛的主流都是汽油混合動(dòng)力，而國(guó)際市場(chǎng)上柴油混合動(dòng)力車型發(fā)展也很快。依據(jù)電機(jī)的輸出功率在整個(gè)系統(tǒng)輸出功率中占的比重，可以將其分為輕度混合型、中度混合型和全混合型混合動(dòng)力電動(dòng)汽車。表1-2混合動(dòng)力汽車分類類型功能要求代表車型輕度混合動(dòng)力發(fā)動(dòng)機(jī)自動(dòng)起停+回饋制動(dòng)奇瑞A5BSG混合動(dòng)力等中度混合動(dòng)力發(fā)動(dòng)機(jī)自動(dòng)起停+回饋制動(dòng)+電動(dòng)輔助本田思域混動(dòng)版、本田Insight、CR-Z等強(qiáng)混合動(dòng)力發(fā)動(dòng)機(jī)自動(dòng)起停+回饋制動(dòng)+電動(dòng)輔助+純電驅(qū)動(dòng)豐田普銳斯、凱美瑞混動(dòng)版等插電式混合動(dòng)力發(fā)動(dòng)機(jī)自動(dòng)起停+回饋制動(dòng)+電動(dòng)輔助+純電驅(qū)動(dòng)+電網(wǎng)充電雪佛蘭Volt等數(shù)據(jù)來(lái)源：CNKI混合動(dòng)力是指采用傳統(tǒng)燃料同時(shí)配以電動(dòng)機(jī)和發(fā)動(dòng)機(jī)，由電動(dòng)機(jī)作為發(fā)動(dòng)機(jī)的輔助動(dòng)力，以改善低速動(dòng)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(dòng)力、柴油混合動(dòng)力和氣電混合。目前國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上，混合動(dòng)力車輛的主流都是汽油混合動(dòng)力，而國(guó)際市場(chǎng)上柴油混合動(dòng)力車型發(fā)展也很快。依據(jù)電機(jī)的輸出功率在整個(gè)系統(tǒng)輸出功率中占的比重，可以將其分為輕度混合型、中度混合型和全混合型混合動(dòng)力電動(dòng)汽車。輕度混合型輕度混合動(dòng)力系統(tǒng)在傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)上的啟動(dòng)電機(jī)（一般為12V）上加裝了皮帶驅(qū)動(dòng)啟動(dòng)電機(jī)（BSG系統(tǒng)）。該電機(jī)為發(fā)電啟動(dòng)(Stop-Start)一體式電動(dòng)機(jī)，用來(lái)控制發(fā)動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)和停止，從而取消了發(fā)動(dòng)機(jī)的怠速，降低了油耗和排放，但是它的電機(jī)并沒(méi)有為汽車行駛提供持續(xù)的動(dòng)力，因此節(jié)油節(jié)油率20%以下。中度混合型中度混合動(dòng)力系統(tǒng)采用了ISG系統(tǒng)。與輕度混合動(dòng)力系統(tǒng)不同，中混合動(dòng)力系統(tǒng)采用的是高壓電機(jī)。另外，中混合動(dòng)力系統(tǒng)還增加了一個(gè)功能：在汽車處于加速或者大負(fù)荷工況時(shí)，電動(dòng)機(jī)能夠輔助驅(qū)動(dòng)車輪，從而補(bǔ)充發(fā)動(dòng)機(jī)本身動(dòng)力輸出的不足，從而更好的提高整車的性能。這種系統(tǒng)的混合程度較高，目前技術(shù)已經(jīng)成熟，應(yīng)用廣泛，節(jié)油節(jié)油率約20%-40%。強(qiáng)混合型強(qiáng)混合動(dòng)力系統(tǒng)采用272-650v的高壓?jiǎn)?dòng)電機(jī)，通過(guò)車載電池供電，電動(dòng)機(jī)可以在啟動(dòng)或巡航過(guò)程中，單獨(dú)驅(qū)動(dòng)車輛行駛，在加速或者電池能量不足的情況下，再由內(nèi)燃機(jī)單獨(dú)或者聯(lián)合電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)車輛。與中混合動(dòng)力系統(tǒng)相比，完全混合動(dòng)力系統(tǒng)的混合度更高，節(jié)油率40%以上。1.2.1.1插電式混合動(dòng)力插電式混合動(dòng)力汽車（Plug-inHybridVehicle，簡(jiǎn)稱PHV），簡(jiǎn)單說(shuō)就是介于電動(dòng)車與燃油車兩者之間的一種車，既有傳統(tǒng)汽車的發(fā)動(dòng)機(jī)、變速箱、傳動(dòng)系統(tǒng)、油路、油箱，也有電動(dòng)車的電池、電機(jī)、控制電路。而且電池容量比較大，有充電接口，因此節(jié)油率可達(dá)70%與非插電的混合動(dòng)力汽車相比，插電混合動(dòng)力汽車電池容量更大，可以支持行駛的里程更長(zhǎng)。如果擁有較好的充電條件，插電混合動(dòng)力汽車不用加油就可滿足日常出行，當(dāng)做純電動(dòng)車使用，具有電動(dòng)車的優(yōu)點(diǎn)。與純電動(dòng)車相比，插電混合動(dòng)力汽車電池容量要小很多，但是帶有傳統(tǒng)燃油車的發(fā)動(dòng)機(jī)，變速箱，傳動(dòng)系統(tǒng)，油路、油箱。在無(wú)法充電的時(shí)候，只要有加油站就可以一直行駛下去，行駛里程不受充電條件的制約，又具有燃油車的優(yōu)勢(shì)。表1-3不同方式混合動(dòng)力汽車對(duì)比方式優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)增程式不用變速箱，成本略有降低；通過(guò)控制系統(tǒng)優(yōu)化可以讓發(fā)動(dòng)機(jī)一直工作在最佳轉(zhuǎn)速，即使在充電不便時(shí)，市內(nèi)堵車路況下油耗也比較低，發(fā)動(dòng)機(jī)噪音也可以控制的非常小。由于發(fā)動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)并不直接驅(qū)動(dòng)車輪，造成了這部分功率的浪費(fèi)；高速路況下，如果發(fā)動(dòng)機(jī)直接驅(qū)動(dòng)車輪，可以一直工作在最佳工作模式，而增程式插電混合動(dòng)力多了一個(gè)轉(zhuǎn)換過(guò)程，轉(zhuǎn)換本身要消耗能量，造成油耗反而偏高。并聯(lián)式電動(dòng)機(jī)、發(fā)動(dòng)機(jī)共同驅(qū)動(dòng)車輪，沒(méi)有功率浪費(fèi)的問(wèn)題；在傳統(tǒng)燃油車基礎(chǔ)上改動(dòng)較小，成本也比較低。發(fā)動(dòng)機(jī)不能保證一直在最佳轉(zhuǎn)速下工作，油耗比較高?；炻?lián)式具有增程式和并聯(lián)式的優(yōu)點(diǎn)：增程模式下，發(fā)動(dòng)機(jī)可以一直控制在最佳轉(zhuǎn)速，油耗低，噪音小，振動(dòng)?。辉诓⒙?lián)模式下，兩臺(tái)電機(jī)，一臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)可以一起工作，三者功率加起來(lái)具有非常好的起步和加速性能，是一種比較完美的組合。成本要高于其他類型的插電混合動(dòng)力，車的總重量也會(huì)大一些數(shù)據(jù)來(lái)源：美國(guó)國(guó)家公路安全委員會(huì)增程式（SeriesHybridVehicle）增程式電動(dòng)車內(nèi)只有一套電力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，包括電機(jī)、控制電路、電池，由電動(dòng)機(jī)直接驅(qū)動(dòng)車輪，發(fā)動(dòng)機(jī)則用來(lái)于驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)給電池進(jìn)行充電。因?yàn)榘l(fā)動(dòng)機(jī)并不直接驅(qū)動(dòng)車輪，因此也不需要變速箱，相當(dāng)于在普通的電動(dòng)車上裝載了一臺(tái)汽油/柴油發(fā)電機(jī)。主要代表車型為寶馬i3（可選裝增程模塊），雪佛蘭沃藍(lán)達(dá)（有隱藏的直接驅(qū)動(dòng)模式），F(xiàn)isker卡瑪和奧迪A1e-tron。圖1-2增程式電動(dòng)車數(shù)據(jù)來(lái)源：中國(guó)汽車工業(yè)協(xié)會(huì)并聯(lián)式（ParallelHybridVehicle）并聯(lián)式插電混合動(dòng)力車內(nèi)有兩套驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，大多是在傳統(tǒng)燃油車的基礎(chǔ)上增加電動(dòng)機(jī)、電池、電控而成，電動(dòng)機(jī)與發(fā)動(dòng)機(jī)共同驅(qū)動(dòng)車輪。車內(nèi)只有一臺(tái)電機(jī)，驅(qū)動(dòng)車輪的時(shí)候充當(dāng)電動(dòng)機(jī)，不驅(qū)動(dòng)車輪給電池充電的時(shí)候充當(dāng)發(fā)電機(jī)。主要代表車型為奔馳S500插電版、比亞迪秦。圖1-3并聯(lián)式插電式混合動(dòng)力車數(shù)據(jù)來(lái)源：中國(guó)汽車工業(yè)協(xié)會(huì)混聯(lián)式（SplitHybridElectricVehicle）混聯(lián)式插電混合動(dòng)力與并聯(lián)式插電混合動(dòng)力一樣，也有兩套驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，但不同的是，混聯(lián)式有兩個(gè)電機(jī)。一個(gè)電動(dòng)機(jī)僅用于直接驅(qū)動(dòng)車輪，還有一個(gè)電機(jī)具有雙重角色：當(dāng)需要極限性能的時(shí)候，充當(dāng)電動(dòng)機(jī)直接驅(qū)動(dòng)車輪，整車功率就是發(fā)動(dòng)機(jī)、兩個(gè)電機(jī)的功率之和；當(dāng)電力不足的時(shí)候，就充當(dāng)發(fā)電機(jī)，給電池充電。圖1-4混聯(lián)式插電式混合動(dòng)力車數(shù)據(jù)來(lái)源：中國(guó)汽車工業(yè)協(xié)會(huì)1.2.2純電動(dòng)汽車純電動(dòng)汽車是指僅由電力驅(qū)動(dòng)的車型。電動(dòng)汽車主要由底盤、車身、蓄電池、電動(dòng)機(jī)、控制器和輔助設(shè)施蓄電池六部分組成，工作原理可以簡(jiǎn)要的表達(dá)為：蓄電池→電流→電力調(diào)節(jié)器→電動(dòng)機(jī)→動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)→驅(qū)動(dòng)汽車行駛。電力驅(qū)動(dòng)及控制系統(tǒng)是電動(dòng)汽車的核心，也是區(qū)別于內(nèi)燃機(jī)汽車的最大不同點(diǎn)。電力驅(qū)動(dòng)及控制系統(tǒng)由電源、驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)和電動(dòng)機(jī)的調(diào)速控制裝置等組成。圖1-5純電動(dòng)汽車原理圖數(shù)據(jù)來(lái)源：中國(guó)汽車工業(yè)協(xié)會(huì)對(duì)于電動(dòng)車來(lái)說(shuō)，性能、成本、用戶體驗(yàn)?zāi)芊駢旱箖?nèi)燃機(jī)汽車，關(guān)鍵在于動(dòng)力電池。鋰電池的歷史可以追溯到70年代，是目前應(yīng)用最廣泛的電池。正極材料是鋰離子電池中最為關(guān)鍵的原材料，直接決定了電池的安全性能和電池能否大型化，常用的正極材料主要有鈷酸鋰、錳酸鋰、三元材料（特斯拉）和磷酸鐵鋰（比亞迪）四種。1.2.3燃料電池汽車燃料電池汽車和普通電動(dòng)汽車有基本一致的電力驅(qū)動(dòng)構(gòu)造。它們之間的主要區(qū)別在于，燃料電池汽車的電池是一個(gè)小型發(fā)電設(shè)備—依靠氫和某種氧化物的化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)電能，而無(wú)需從電網(wǎng)充電。相較于傳統(tǒng)電動(dòng)車，燃料電池車可以改善傳統(tǒng)電池過(guò)重、電能容量不足及長(zhǎng)時(shí)間充電的缺點(diǎn)，行駛里程更長(zhǎng)，燃料電池的發(fā)電過(guò)程可視為水電解的逆反應(yīng)，發(fā)電過(guò)程中只有水份的排放，因而是清潔的動(dòng)力能源。相對(duì)于其他電池，氫燃料電池最大的優(yōu)勢(shì)是能量密度極高，實(shí)驗(yàn)室可以做到3千瓦時(shí)每公斤，比其他類型的電池都高很多。用于汽車可以以更小的體積和重量，提供更長(zhǎng)時(shí)間的續(xù)航。但是，氫燃料電池也存在問(wèn)題：1）價(jià)格，氫燃料電池的核心零件是質(zhì)子交換膜和鉑催化劑，都是非常昂貴的材料，目前的價(jià)格是150萬(wàn)到200萬(wàn)人民幣，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于燃油車和鋰電池的電動(dòng)車；2）燃料的來(lái)源和儲(chǔ)存，氫燃料電池需要?dú)錃?，氫氣本身并沒(méi)有產(chǎn)業(yè)鏈支撐，制造，運(yùn)輸，儲(chǔ)存，加注都極不方便，成本又很高，危險(xiǎn)還很大，相比燃油車和鋰電池車成熟度太低。1.3新能源汽車產(chǎn)業(yè)鏈分析傳統(tǒng)汽車產(chǎn)業(yè)鏈主要包括四個(gè)方面：產(chǎn)品的技術(shù)，主要是指產(chǎn)品的工程開(kāi)發(fā)；零部件的采購(gòu)；汽車制造廠商；銷售和服務(wù)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在整個(gè)汽車產(chǎn)業(yè)鏈上共有100多個(gè)相關(guān)產(chǎn)業(yè)：上游主要涉及鋼鐵、機(jī)械、橡膠、石化、電子、紡織等行業(yè)；下游則涉及保險(xiǎn)、金融、銷售、維修、加油站、餐飲、旅館等行業(yè)；中游為整車及其零部件行業(yè)。新能源汽車在傳統(tǒng)汽車產(chǎn)業(yè)鏈的基礎(chǔ)上進(jìn)行延伸，形成了一條全新的產(chǎn)業(yè)鏈條。上游主要增加了電池、電機(jī)、電控系統(tǒng)、專用自動(dòng)變速器等部件，下游充電設(shè)施、電池回收等產(chǎn)業(yè)也在新能源汽車的帶動(dòng)下獲得了快速發(fā)展。圖1-6新能源汽車產(chǎn)業(yè)鏈整車控制系統(tǒng)整車控制系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)電機(jī)系統(tǒng)變速箱系統(tǒng)動(dòng)力電池系統(tǒng)上游廢舊電池回收終端充電設(shè)備下游混合動(dòng)力汽車純電動(dòng)汽車中游數(shù)據(jù)來(lái)源：CSST混合動(dòng)力汽車、純電動(dòng)汽車車身結(jié)構(gòu)、內(nèi)外飾、車輪等傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)上與傳統(tǒng)汽車差別不大，最主要的區(qū)別是配臵了不同的動(dòng)力系統(tǒng)，由傳統(tǒng)汽車的“內(nèi)燃機(jī)+變速器”變?yōu)椤半姍C(jī)+動(dòng)力電池+電控”系統(tǒng)。目前新能源汽