新能源汽车的发展概要及趋势

一、新能源汽车发展的背景

1、全球石油价格上涨的推动

全球石油资源储量的稀缺性毋庸置疑，几个大国能源紧缺问题严重，现阶段仍以石油为主要燃料的汽车产业的发展受到极大威胁。因此，发展新能源汽车成为世界汽车持续发展的必然选择。在2008年上半年石油价格从80美元一路飘升到147美元，汽车燃料的使用也随之水涨船高。在这一轮石油价格上涨期间，部分新能源汽车显示出相对使用成本优势。部分消费者为免于负担过高的燃油费用而放弃原本欲购买的传统车型，而选择石油燃料消耗相对较低的新能源汽车。汽车制造厂商也看到了新能源汽车的发展空间，开始加大研发和推广的力度。各国政府也适时推出了一些优惠政策对新能源汽车的购买和销售予以补贴，新能源汽车行业获得了前所未有的发展良机。虽然近期石油价格受全球经济衰退影响出现严重下跌，但新能源汽车技术的不断发展仍可以使部分新能源汽车保持一定的使用成本优势。

图1：国际原油价格（美元/桶）

石油价格长期上升趋势明显，油价日益高昂已成为经济不能承受之重。

2、各国石油自给率不足

世界上主要汽车消费国的石油自给率水平不高，石油的储备越来越不能满足各国消费的需要。全球汽车第一大消费国美国石油自给率仅为33%，而日本、德国、法国和意大利的自给率甚至都在10%以下，在当前世界和经济格局不确定性增加的情况下，保证石油供给安全己成为各国政府必须解决的难题。降低石油依赖己成必然选择。从政治和经济的角度考虑，鼓励发展新能源汽车、降低石油对外依赖度是各国政府制定汽车产业政策的必然选择。

3、世界各国家和地区汽车尾气排放标准越来越严格

1997年12月，旨在限制全球温室气体排放的《京都议定书》获得了149个国家和地区代表的通过，并于2005年2月16日正式生效。现今汽车尾气己成为组成温室气体的重要污染物。针对汽车污染问题，世界各个国家和地区针对汽车尾气排放的标准也越来越严格，而为了应对不断严格的汽车尾气排放标准，各大汽车厂商目前主要采取提高传统能源汽车发动机相关技术的方法，以提高排放质量，但技术提升的难度将会越来越大。此时，发展新能源汽车成为各大厂商的新选择，因为新能源汽车的生产和使用会从根本上解决汽车尾气排放问题。

图2：世界主要国家CO2排放比例

能源大量消耗带来温室气体排放问题，是造成气候变化主要原因。

图3：各国汽车减排目标

二、国际新能源汽车发展现状

近年来，为应对世界能源危机，各国纷纷加快发展新能源汽车的步伐。全球各国都在出台规划或相关法案。2009年，美国政府提出到2015年实现美国道路上行驶的插电式电动汽车达到100万辆的目标，并将拨款24亿美元，用于补贴新型电动汽车及其电池、零部件的研发；德国也高度重视新能源汽车产业工作，2009年，德国发布《国家电动汽车发展计划》，

其核心目标是到2020年拥有电动汽车100万辆，尽快将电动汽车普及到日常生活之中；日本政府也宣布将会耗资17亿美元，开发便宜的混合动力车型以及更环保的燃料，以求降低原油用量和二氧化碳废气排放量。

新能源汽车技术研发也不断推进。目前，车载锂离子动力电池领域投资日益活跃，各项电池材料资源得到鼓励研发，车载驱动电机呈现高效率、小型化与低成本发展态势，增程发动机技术研发备受关注；电动汽车动力总成电子需求不断增长，微控制、汽车电子诊断、充电管理系统等技术研发积极推进。同时，新能源汽车领域的标准化工作步伐不断加快。在电动汽车标准化方面，国际电工标准委员会（IEC）、国际标准化组织（ISO）、国际汽车工程师学会（SAE）积极进行插电式混合动力汽车及其与充电设施连接的标准化工作；在车载充电电池标准化方面，德国较早级开始设计与提交车用锂电池规格方案，日本汽车研究所和日本电动汽车快速充电协会积极进行电池相关性能测试标准化工作与快速充电装置规格的统一和普及，中国提出了关于镍氢电池、锂离子电池、铅酸电池和超级电容器的4个国家强制性行业标准等。

三、我国新能源汽车发展现状

在新能源汽车领域，我国已拉开新能源汽车的产业化大幕，通过实施863计划，初步取得了一些进展，体现在以下四个方面：1、初步建立了混合动力、纯电动和燃料电池“三纵三横”的研发布局和技术体系；2、在技术研发方面，部分产品基本能满足整车要求；3、在产业化方面，部分产品实现了小批量的生产和示范运营，正在向产业化推进；4、初步形成了新能源汽车技术标准体系和测试评价能力。

此外，我国电动汽车充电站也在不断跟进建设。从建设数量看，目前已有30多个直辖市或地级市建有电动汽车充电站，大部分城市建设数量为1座，深圳、北京、上海、杭州、临沂等城市则由较多电动汽车充电站。目前，还有不少城市在选址活开工建设中。

但目前仍存在一些问题：1、我国新能源汽车研究起步较早，但政府投入长期不足，企业投入更少，我国新能源汽车长期处于试验阶段。近年来虽然加大投入，有了很大发展，但仍与国际先进水平有一定的差距；2、电动汽车关键零部件的产业链尚未形成，产业化能力亟待提高；3、动力电池在性能和成本方面离整车要求还存在很大差距，成为纯电动汽车产业化发展的平静；4、燃料电池关键技术突破的困难很大，近中期没有产业化可能；5、混合动力整车共性关键技术，亟待攻关；6、动力电池基础原材料不、电机及电控系统用电力电子元器件依赖进口，存在受制于他人的风险；7、新能源汽车有关配套鼓励政策措施及标准体系建设有待完善。

四、新能源汽车的概念和类别

新能源汽车的相关概念：新能源汽车系指采用非常规的车用燃料作为动力来源(或使用常规的车用燃料、采用新型车载动力装置)，综合车辆的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。

新能源汽车包括混合动力汽车、纯电动汽车(BEV，包括太阳能汽车)、燃料电池电动汽车(FCEV)、氢发动机汽车、其他新能源(如高效储能器、二甲醚)汽车等。

1、电动汽车

纯电动汽车是指以车载电源为动力，用电机驱动车轮行驶，符合道路交通、安全法规各项要求的车辆。由于对环境影响相对传统汽车较小，其前景被广泛看好，但当前技术尚不成熟。纯电动汽车是指以车载电源为动力，用电机驱动车轮行驶，符合道路交通、安全法规各项要求的车辆。由于对环境影响相对传统汽车较小，其前景被广泛看好，但当前技术尚不成熟。

组成

电动汽车的组成包括：电力驱动及控制系统、驱动力传动等机械系统、完成既定任务的工作装置等。电力驱动及控制系统是电动汽车的核心，也是区别于内燃机汽车的最大不同点。电力驱动及控制系统由驱动电动机、电源和电动机的调速控制装置等组成。电动汽车的其他装置基本与内燃机汽车相同。

电源

为电动汽车的驱动电动机提供电能，电动机将电源的电能转化为机械能。目前，应用最广泛的电源是铅酸蓄电池，但随着电动汽车技术的发展，铅酸蓄电池由于能量低，充电速度慢，寿命短，逐渐被其他蓄电池所取代。正在发展的电源主要有钠硫电池、镍镉电池、锂电池、燃料电池等，这些新型电源的应用，为电动汽车的发展开辟了广阔的前景。

驱动电动机

驱动电动机的作用是将电源的电能转化为机械能，通过传动装置或直接驱动车轮和工作装置。但直流电动机由于存在换向火花，功率小、效率低，维护保养工作量大；随着电机控制技术的发展，势必逐渐被直流无刷电动机（BLDCM）、开关磁阻电动机（SRM）和交流异步电动机所取代，如无外壳盘式轴向磁场直流串励电动机。

电动机调速控制装置

电动机调速控制装置是为电动汽车的变速和方向变换等设置的，其作用是控制电动机的电压或电流，完成电动机的驱动转矩和旋转方向的控制。

早期的电动汽车上，直流电动机的调速采用串接电阻或改变电动机磁场线圈的匝数来实现。因其调速是有级的，且会产生附加的能量消耗或使用电动机的结构复杂，现已很少采用。目前应用较广泛的是晶闸管斩波调速，通过均匀地改变电动机的端电压，控制电动机的电流，来实现电动机的无级调速。在电子电力技术的不断发展中，它也逐渐被其他电力晶体管（入GTO、MOSFET、BTR及IGBT等）斩波调速装置所取代。从技术的发展来看，伴随着新型驱动电机的应用，电动汽车的调速控制转变为直流逆变技术的应用，将成为必然的趋势。

在驱动电动机的旋向变换控制中，直流电动机依靠接触器改变电枢或磁场的电流方向，实现电动机的旋向变换，这使得电路复杂、可靠性降低。当采用交流异步电动机驱动时，电动机转向的改变只需变换磁场三相电流的相序即可，可使控制电路简化。此外，采用交流电动机及其变频调速控制技术，使电动汽车的制动能量回收控制更加方便，控制电路更加简单。传动装置

电动汽车传动装置的作用是将电动机的驱动转矩传给汽车的驱动轴，当采用电动轮驱动时，传动装置的多数部件常常可以忽略。因为电动机可以带负载启动，所以电动汽车上无需传统内燃机汽车的离合器。因为驱动电机的旋向可以通过电路控制实现变换，所以电动汽车无需内燃机汽车变速器中的倒档。当采用电动机无级调速控制时，电动汽车可以忽略传统汽车的变速器。在采用电动轮驱动时，电动汽车也可以省略传统内燃机汽车传动系统的差速器。行驶装置

行驶装置的作用是将电动机的驱动力矩通过车轮变成对地面的作用力，驱动车轮行走。它同其他汽车的构成是相同的，由车轮、轮胎和悬架等组成。

转向装置

转向装置是为实现汽车的转弯而设置的，由转向机、方向盘、转向机构和转向轮等组成。作用在方向盘上的控制力，通过转向机和转向机构使转向轮偏转一定的角度，实现汽车的转向。多数电动汽车为前轮转向，工业中用的电动叉车常常采用后轮转向。电动汽车的转向装置有机械转向、液压转向和液压助力转向等类型。

制动装置

电动汽车的制动装置同其他汽车一样，是为汽车减速或停车而设置的，通常由制动器及其操纵装置组成。在电动汽车上，一般还有电磁制动装置，它可以利用驱动电动机的控制电路实现电动机的发电运行，使减速制动时的能量转换成对蓄电池充电的电流，从而得到再生利用。目前国内电动汽车在大功率载客汽车，给提供空气制动设备有耐力NAILI滑片式空气压缩机，主要是压缩空气的制动方式。

工作装置

工作装置是工业用电动汽车为完成作业要求而专门设置的，如电动叉车的起升装置、门架、货叉等。货叉的起升和门架的倾斜通常由电动机驱动的液压系统完成。

充电方式

充电器可分为车载和非车载两种。车载充电器一般设计为小充电率，它的充电时间长(一般是5~8小时)。由于电动汽车车载重量和体积的限制，车载充电器要求尽可能体积小、重量轻(一般小于5kg)。因为充电器和电池管理系统(负责监控蓄电池的电压、温度和荷电状态)都装在车上，所以它们相互之间容易利用电动汽车的内部线路网络进行通讯，而且蓄电池的充电方式是预先定义好的。非车载充电器一般设计为大充电率，没有重量和体积的限制。 a.接触式充电

b.感应式充电

如果将感应式充电机的变压器原方绕组埋设在一段路面之下，而副方绕组装在电动汽车车体之下，当电动汽车从这段路面驶过时，在电磁感应的作用下，可以为电动汽车进行快速充电，这种充电方式就是所谓的移动式感应充电。

c.换电

2.混合动力汽车

复合动力汽车（亦称混合动力汽车，英文为Hybrid Power Automobile ）是指车上装有两个以上动力源：蓄电池、燃料电池、太阳能电池、内燃机车的发电机组，当前复合动力汽车一般是指内燃机车发电机，再加上蓄电池的汽车。

混合动力驱动的联结方式，混合动力系统主要分为以下三类：

一是串联式混合动力系统。

串联式混合动力系统一般由内燃机直接带动发电机发电，产生的电能通过控制单元传到电池，再由电池传输给电机转化为动能，最后通过变速机构来驱动汽车。在这种联结方式下，电池就象一个水库，只是调节的对象不是水量，而是电能。电池对在发电机产生的能量和电动力电池组

发电机电机驱动系统燃油箱发动机

动机需要的能量之间进行调节，从而保证车辆正常工作。这种动力系统在城市公交上的应用比较多，轿车上很少使用。

二是并联式混合动力系统。并联式混合动力系统有两套驱动系统：传统的内燃机系统和电机驱动系统。两个系统既可以同时协调工作，也可以各自单独工作驱动汽车。这种系统适用于多种不同的行驶工况，尤其适用于复杂的路况。该联结方式结构简单，成本低。本田的Accord 和Civic 采用的是并联式联结方式。

三是混联式混合动力系统。混联式混合动力系统的特点在于内燃机系统和电机驱动系统各有一套机械变速机构，两套机构或通过齿轮系，或采用行星轮式结构结合在一起，从而综合调节内燃机与电动机之间的转速关系。与并联式混合动力系统相比，混联式动力系统可以更加灵活地根据工况来调节内燃机的功率输出和电机的运转。此联结方式系统复杂，成本高。Prius 采用的是混联式联结方式。

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占的比重，也就是常说的混合度的不同，混合动力系统还可以分为以下四类：

动力电池组变速箱

电机驱动系统

发动机

燃油箱

动力电池组功率分流装置电动/发电机发动机油箱

传动装置

发电机

一是微混合动力系统。代表的车型是PSA的混合动力版C3和丰田的混合动力版Vitz。这种混合动力系统在传统内燃机上的启动电机（一般为12V）上加装了皮带驱动启动电机（也就是常说的Belt-alternator Starter Generator, 简称BSG系统）。该电机为发电启动(Stop-Start)一体式电动机，用来控制发动机的启动和停止，从而取消了发动机的怠速，降低了油耗和排放。从严格意义上来讲，这种微混合动力系统的汽车不属于真正的混合动力汽车，因为它的电机并没有为汽车行驶提供持续的动力。在微混合动力系统里，电机的电压通常有两种：12v 和24v。其中24v主要用于柴油混合动力系统。

二是轻混合动力系统。代表车型是通用的混合动力皮卡车。该混合动力系统采用了集成启动电机（也就是常说的Integrated Starter Generator，简称ISG系统）。与微混合动力系统相比，轻混合动力系统除了能够实现用发电机控制发动机的启动和停止，还能够实现：（1）在减速和制动工况下，对部分能量进行吸收；（2）在行驶过程中，发动机等速运转，发动机产生的能量可以在车轮的驱动需求和发电机的充电需求之间进行调节。轻混合动力系统的混合度一般在20%以下。

三是中混合动力系统。本田旗下混合动力的Insight, Accord 和Civic都属于这种系统。该混合动力系统同样采用了ISG系统。与轻度混合动力系统不同，中混合动力系统采用的是高压电机。另外，中混合动力系统还增加了一个功能：在汽车处于加速或者大负荷工况时，电动机能够辅助驱动车轮，从而补充发动机本身动力输出的不足，从而更好的提高整车的性能。这种系统的混合程度较高，可以达到30%左右，技术已经成熟，应用广泛。

四是完全混合动力系统。丰田的Prius 和未来的Estima属于完全混合动力系统。该系统采用了272-650v的高压启动电机，混合程度更高。与中混合动力系统相比，完全混合动力系统的混合度可以达到甚至超过50%。技术的发展将使得完全混合动力系统逐渐成为混合动力技术的主要发展方向。

3、天然气汽车和液化石油气汽车

天然气汽车又被称为“蓝色动力”汽车，主要以压缩天然气(CNG)、液化天然气(LNG)、吸附天然气(ANG)为燃料，常见的是压缩天然气汽车(CNGV)。液化石油气汽车(LPGV)是以液化石油气(LPG)为燃料。CNG和LPG是理想的点燃式发动机燃料，燃气成分单一、纯度高，与空气混合均匀，燃烧完全，CO和微粒的排放量较低，燃烧温度低因而NOx排放较少，稀燃特性优越，低温起动及低温运转性能好。其缺点是储运性能比液体燃料差、发动机的容积效率较低、着火延迟期较长。这两类汽车多采用双燃料系统，即一个汽油或柴油燃料系统和一个压缩天然气或液化石油气系统，汽车可由其中任意一个系统驱动，并能容易地由一个系统过渡到另一个系统。康明斯与美国能源部正合作开发名为“先进往复式发动机系统(ARES)”的新一代天然气发动机，根据开发目标，该发动机热效率达50%(热电联产时达到80%以上)，NOx排放量低于0.1g／km，制造成本为400450美元／kW，维护费用低于0.01美元／kwh，在满足这些目标的同时，发动机具有较高的可靠性。

4、醇类汽车

醇类汽车就是以甲醇、乙醇等醇类物质为燃料的汽车，使用比较广泛的是乙醇，乙醇来源广泛，制取技术成熟，最新的一种利用纤维素原料生产乙醇的技术其可利用的原料几乎包括了所有的农林废弃物、城市生活有机垃圾和工业有机废弃物。目前醇类汽车多使用乙醇与汽油或柴油以任意比例掺和的灵活燃料驱动，既不需要改造发动机，又起到良好的节能、降污效果，但这种掺和燃料要获得与汽油或柴油相当的功率，必须加大燃油喷射量，当掺醇率大于15%—20%时，应改变发动机的压缩比和点火提前角。乙醇燃料理论空燃比低，对发动机进气系统要求不高，自燃性能差，辛烷值高，有较高的抗爆性，挥发性好，混合气分布均匀，热效率较高，汽车尾气污染可减少30%以上。这种汽车最早由福特公司在20世纪80年代中期开发，到2003年底，美国有230多万辆乙醇汽车，其中多数是道奇和克莱斯勒厢式车——2003年已卖出233466辆。

5、氢燃料汽车

氢是清洁燃料，采用氢气作燃料，只需略加改动常规火花塞点火式发动机，其燃烧效率比汽油高，混合气可以较大程度地变稀，所需点火能量小，有利于节约燃料。氢气也可以加入其它燃料(如CNG)中，用于提高效率和减少N02排放。氢的质量能量密度是各种燃料中最高的一种，但体积能量密度最低，其最大的使用障碍是储存和安全问题。宝马公司一直致力于氢气发动机研制，开发了多款氢发动机汽车，其装有V12氢发动机的7系列轿车是世界上首批量产的氢发动机，该发动机可使用氢气和汽油两种燃料。

6、二甲醚汽车

二甲醚(DME)是一种无色无味的气体，具有优良的燃烧性能，清洁、十六烷值高、动力性能好、污染少，稍加压即为液体，非常适合作为压燃式发动机的代用能源，使用该燃料的车辆可达到美国加州的超低排放标准。日本NKK公司成功地开发出用劣质煤生产二甲醚的设备，并且和住友金属工业公司于1998年完成了用二甲醚作为汽车燃料的试验，二甲醚汽车(DMEV)不会排放黑色气体污染环境，产生的NOX比柴油少20%。

7、气动汽车

以压缩空气、液态空气、液氮等为介质，通过吸热膨胀做功供给驱动能量的汽车称为气动汽车，气动发动机不发生燃烧或其他化学反应，排放的是无污染物辐射的空气或氮气，真正实现了零污染。目前开发比较成功的是压缩空气动力汽车(APV)，工作原理类似于传统内燃机汽车，只不过驱动活塞连杆机构的能量来源于高压空气。APV介质来源方便、清洁，社会基础设施建设费用不高，较容易建造。无燃料燃烧过程，对发动机材料要求低，结构简单，可借鉴现有内燃机技术因而研发周期短，设计和制造容易。但目前APV能量密度和能量转换率还不够高，续驶里程短。1991年法国工程师Guy Negre获得了压缩空气动力发动机的专利，并加盟MDI公司，2000年MDI公司推出的名为“进化”(evolution)的APV，质量

仅700kg，其发动机质量仅为35kg，速度可达120km／h，一次充满压缩空气可行驶200km，充气费用仅为0.3美元，在城市中约可行驶10h，在压缩空气站充气2min就可完成，用气泵充气3h可完成。

8、以植物油为燃料的汽车

为了寻找可代替石油的新能源，科学家也将目光投向了植物油，正在研制以植物油如大豆油、玉米油及向日葵油为原料的内燃机油。科学家们还在研究生物柴油，这是一种以植物油为原料的燃料，将来可作为柴油的替代品大量用于卡车和轮船。生物柴油中不含硫，因此不会对环境造成酸雨威胁。为生产生物柴油，化学家们正在对植物油进行酯化加工，使之变成甲基酯化合物，燃烧起来更干净，发动机内残留物也较少。

五、新能源汽车的发展趋势

随着中国成为全球最大的汽车销售市场,中国汽车业也进入发展新阶段。记者从工信部、国务院发展研究中心、中国汽车工业协会等处获悉,汽车业“十二五”规划（简称“规划”）正在制订中,未来五年,中国汽车业将从过去的做大规模转向做强实力。具体来看,一方面提倡发展包括新能源汽车在内的节能汽车;另一方面,提倡通过兼并重组、淘汰落后产能来解决结构性产能过剩问题。

按照目前的规划草案,2015年,中国将促进汽车产业与关联产业、城市交通基础设施和环境保护协调发展,从汽车制造大国转向汽车强国,预计2015年产销量达到2500万辆。自主品牌汽车将成为中国汽车业做大做强的基石。2015年,中国自主品牌汽车市场比例将进一步扩大,自主品牌乘用车国内市场份额超过50%,其中自主品牌轿车国内份额超过40%。此外,中国汽车业将从依靠内需市场,转向大规模走出国门,2015年自主品牌汽车出口占产销量的比例超过10%。

为实现这一目标,中国将大力扶持自主开发力度,鼓励汽车生产企业提高研发能力和技术创新能力,积极开发具有自主知识产权的产品,实施品牌经营战略。2015年形成若干驰名的汽车品牌,大型汽车企业集团应具备接近世界先进水平的自主产品平台开发能力,骨干汽车企业应具备主导产品车身开发及底盘匹配能力、发动机等主要总成与关键零部件研主导能力。此外,国家将大力扶持传统燃料的节能环保汽车、以纯电动汽车为主的新能源汽车,及支持研究开发混合燃料、氢燃料等汽车。具体包括:第一,2015年前,将大力扶持发展节能与新能源汽车的关键零部件的发展。在电机、电池等核心零部件领域,力争形成3至5家动力电池、电机等关键零部件骨干企业,产业集中度超过60%。第二,实现普通混合动力汽车的产业化,力争中/重度混合动力乘用车保有量达到100万辆以上。

中国汽车工程学会常务副理事长于付武表示,在鼓励中国汽车业做强做大的同时,也必须注意到中国汽车产能存在结构性过剩问题。此前,国家发改委产业协调司司长陈斌也对汽车产能过剩提出警告。规划草案明确指出,将坚持市场为主导,鼓励具有比较优势的骨干企业,通过强强联合、兼并重组困难企业和落后企业,达到资源向优势企业集中,加快淘汰落后生

产能力,提高产业集中度,未来计划形成2至3家产销规模超过300万辆的大型汽车企业集团,4至5家产销规模超过150万辆的汽车企业集团。