胡誠

【摘 要】當前，能源與環(huán)境問題日益突出，節(jié)能減排已成為各國面臨的緊要問題。汽車是能源消耗和排放產(chǎn)生的主要源頭之一，節(jié)能減排已成為汽車行業(yè)需要共同面臨的主要問題。在此形勢下，新能源汽車已成為當下各國各車企的重點研究及發(fā)展方向。誰能在新能源汽車領(lǐng)域領(lǐng)先，誰就將成為未來汽車領(lǐng)域的“領(lǐng)頭羊”。文章對目前新能源汽車的主要發(fā)展方向及其原理、應(yīng)用前景進行了詳細的解析，研究新能源汽車線路發(fā)展，適用于新能源技術(shù)方向的選型及企業(yè)新產(chǎn)品的布局。

【關(guān)鍵詞】新能源；汽車；線路

【中圖分類號】F426.47 【文獻標識碼】A 【文章編號】1674-0688（2016）11-0023-04

能源和環(huán)境問題是汽車行業(yè)長期面臨的挑戰(zhàn)。全球汽車行業(yè)格局正面臨新的重構(gòu)，汽車將向節(jié)能、環(huán)保等方向邁進，新能源汽車概念正成為汽車行業(yè)關(guān)注的重點，也是各國汽車企業(yè)重點的研發(fā)方向與領(lǐng)域，發(fā)展新能源汽車也已上升為我國的國家戰(zhàn)略。

1 我國新能源汽車發(fā)展現(xiàn)狀與政策

為發(fā)展新能源汽車，國家及地方政府陸續(xù)出臺了各種扶持培育政策，為新能源汽車的發(fā)展營造了良好的政策及市場環(huán)境。2012年，國務(wù)院發(fā)布《節(jié)能與新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2012—2020年）》，明確以純電驅(qū)動為新能源汽車發(fā)展和汽車工業(yè)轉(zhuǎn)型的主要戰(zhàn)略方向，重點推進純電動汽車和插電式混合動力汽車產(chǎn)業(yè)化。2015年，國家財政部頒布了《關(guān)于2016—2020年新能源汽車推廣應(yīng)用財政支持政策的通知》，給予消費者購買進入國家新能源車目錄的純電動汽車、插電式混合動力汽車和燃料電池汽車購車補貼，也對享受補貼的新能源汽車車型提出了更高的技術(shù)要求。2015年，國務(wù)院印發(fā)的《中國制造2025》提出“節(jié)能與新能源汽車”作為重點發(fā)展領(lǐng)域，到2020年，自主品牌純電動和插電式新能源汽車年銷量突破100萬輛；到2025年，與國際先進水平同步的新能源汽車年銷量達到300萬輛。有關(guān)部門還先后推出了“十城千輛”節(jié)能與新能源汽車示范推廣應(yīng)用工程、《私人購買新能源汽車試點財政補助資金管理暫行辦法》、《關(guān)于加快培育和發(fā)展戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的決定》等政策。在國家及地方政府的大力支持和鼓勵下，進入新能源汽車領(lǐng)域的企業(yè)不斷增多，“比亞迪”“北汽”“奇瑞”“上汽”“長安”“江淮”等自主品牌企業(yè)都已涉足并推出相應(yīng)產(chǎn)品。

據(jù)中國汽車工業(yè)協(xié)會數(shù)據(jù)統(tǒng)計，2015年新能源汽車產(chǎn)量達340 471輛，銷量達331 092輛，同比分別增長3.3倍和3.4倍。其中，純電動汽車型的產(chǎn)銷量分別為254 633輛和24 782輛，同比增長分別為4.2倍和4.5倍；插電式混合動力汽車型的產(chǎn)銷量分別為85 838輛和83 610輛，同比增長1.9倍和1.8倍。

2 新能源汽車的主要發(fā)展方向

目前，純電動汽車、插電式混合動力汽車和燃料電池汽車被認為是新能源汽車發(fā)展的主要方向。我國已經(jīng)是世界汽車產(chǎn)業(yè)大國，但“大而不強”，新能源汽車有望為我國汽車工業(yè)開拓新的增長點，肩負起我國對國外汽車業(yè)實現(xiàn)“彎道超車”的重任。

2.1 純電動汽車

2.1.1 主要原理

純電動汽車，是指僅由可充電電池作為動力源、以驅(qū)動電機及其控制系統(tǒng)驅(qū)動行駛的汽車。純電動汽車利用蓄電池作為動力源，通過電池向電機提供電能，驅(qū)動電動機運轉(zhuǎn)，從而推動汽車前進。純電動汽車的原理圖如圖1所示。純電動汽車的優(yōu)點有以下方面：電力可以通過很多能源轉(zhuǎn)化，實現(xiàn)能源利用多元化，減少對石油資源的依賴；減少環(huán)境污染；能源轉(zhuǎn)換效率高，純電動汽車的能源效率超過汽油汽車，特別是在城市路況，汽車走走停停，行駛速度不高，這種路況純電動汽車更加適宜；利用夜間電網(wǎng)的廉價“谷電”進行充電，起到平抑電網(wǎng)的峰谷差的作用。目前，純電動汽車技術(shù)已相對成熟，“比亞迪”“長安”“吉利”“北汽”“奇瑞”等企業(yè)均已實現(xiàn)純電動汽車的生產(chǎn)與銷售。

2.1.2 價格及使用成本

純電動汽車的核心部件是電池，目前電池的性能、技術(shù)在一定程度已能滿足消費者需求，但電池價格較貴。純電動汽車蓄電池的生產(chǎn)成本約1 500元/kW，成本太高，造成純電動汽車整車價格難以下降。目前，在考慮國家財政補貼的情況下，純電動汽車的價格仍然偏高，對用戶缺乏足夠的吸引力。只有純電動汽車生產(chǎn)規(guī)模擴大到一定程度，電池等核心部件實現(xiàn)規(guī)模生產(chǎn)，電池成本才能大幅降低。此外，按目前我國的電價和油價，純電動汽車的使用成本大大低于燃油汽車，具有很好的經(jīng)濟性。

2.1.3 基礎(chǔ)配套設(shè)施

與純電動汽車配套的充電設(shè)施完善程度是能否普及純電動汽車的關(guān)鍵。目前情況來看，一座充電站可同時容納10～20臺純電動汽車充電，如果純電動汽車的規(guī)模擴大，則要求有足夠多的、方便的充電站，還要有相應(yīng)的維修等輔助配套設(shè)施。充電基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)尚未形成一個比較完善的網(wǎng)絡(luò)體系，在一定程度上制約了純電動汽車的發(fā)展。相關(guān)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)所需的投資巨大，僅依靠汽車生產(chǎn)企業(yè)的力量難以實現(xiàn)，需要政府部門、電網(wǎng)企業(yè)和相關(guān)企業(yè)達成共識，共同加快充電設(shè)施網(wǎng)絡(luò)建設(shè)。未來1～2年內(nèi)，省會城市和示范試點城市的充電站建設(shè)會有所加快，將促進純電動汽車的發(fā)展。

2.2 插電式混合動力汽車

2.2.1 主要原理

插電式混合動力汽車是指同時裝備兩種動力源——發(fā)動機與電動力源（電池與電動機）的汽車。按動力傳動系統(tǒng)布置及結(jié)構(gòu)不同，插電式混合動力汽車可分為串聯(lián)式插電混合動力汽車、并聯(lián)式插電混合動力汽車和混聯(lián)式插電混合動力汽車。

串聯(lián)式插電混合動力汽車由發(fā)動機、發(fā)電機和電動機采用串聯(lián)的方式連接組成。發(fā)動機帶動發(fā)電機發(fā)電，電能通過電動機控制器直接輸送給電動機，由電動機產(chǎn)生電磁力矩驅(qū)動汽車。串聯(lián)式插電混合動力汽車原理圖如圖2所示。發(fā)動機與驅(qū)動橋間沒有直接的機械連接，發(fā)動機工作狀態(tài)不受汽車行駛工況的影響，可以始終在高效區(qū)間內(nèi)穩(wěn)定運行，從而使整車獲得良好的經(jīng)濟性能和排放性能。但串聯(lián)式插電混合動力汽車能量轉(zhuǎn)換、傳輸?shù)沫h(huán)節(jié)較多，造成能量轉(zhuǎn)換效率低。為滿足爬坡等需要大功率的路況，要求發(fā)動機、發(fā)電機和電動機的額定功率要足夠大。

并聯(lián)式插電混合動力汽車由發(fā)動機、電動/發(fā)電機或驅(qū)動電動機以并聯(lián)的方式連接組成。并聯(lián)式插電混合動力汽車可采用發(fā)動機單獨驅(qū)動、電動機單獨驅(qū)動或發(fā)動機和電動機聯(lián)合驅(qū)動3種工作模式。并聯(lián)式插電混合動力汽車原理圖如圖3所示。在爬坡、加速時，發(fā)動機和電動機聯(lián)合驅(qū)動汽車；在減速或剎車時，電動機工作在發(fā)電狀態(tài)，向蓄電池充電，即再生制動。電機驅(qū)動模式下，具有純電動汽車安靜、低使用成本的優(yōu)點；在混合動力驅(qū)動模式下，有驚人的起步扭矩，加速性能十分出色。并聯(lián)式插電混合動力汽車的優(yōu)點是動力足，結(jié)構(gòu)簡單，適用于多種不同的行駛工況，尤其是復(fù)雜的路況。與串聯(lián)式插電混合動力汽車相比，并聯(lián)式插電混合動力汽車的發(fā)動機和電動機的功率較小，但結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜。

混聯(lián)式插電混合動力汽車由發(fā)動機、電動/發(fā)電機和驅(qū)動電機三大動力總成組成，驅(qū)動系統(tǒng)同時具有電動機和發(fā)電機功能?；炻?lián)式插電混合動力汽車原理圖如圖4所示?；炻?lián)式插電混合動力汽車有兩個電機，一個電動機僅用于直接驅(qū)動車輪，另一個電機具有雙重角色：當需要使用極限性能時，充當電動機直接驅(qū)動車輪；當電池電力不足時，充當發(fā)電機，給電池充電?；炻?lián)式插電混合動力汽車兼有串聯(lián)式及并聯(lián)式插電混合動力汽車的結(jié)構(gòu)特點和優(yōu)點：在純電模式下具有純電動汽車安靜、使用成本低的優(yōu)點；在串聯(lián)模式下，沒有里程限制，并且發(fā)動機可以一直控制在最佳轉(zhuǎn)速上，具有油耗低、噪音小、振動小的特點；在能量流動的控制上具有更大的靈活性，可實現(xiàn)油耗和排放的最佳設(shè)計目標。

結(jié)合3種插電式混合動力汽車的原理，插電式混合動力汽車有以下優(yōu)點：{1}動力系統(tǒng)可以按照汽車實際的運行工況要求靈活調(diào)控，使發(fā)動機保持在綜合性能最佳的區(qū)域內(nèi)工作，燃油利用率高，油耗低。{2}回收制動、下坡、怠速時的能量，給電池充電，減少能源浪費。{3}在擁堵市區(qū)，可關(guān)停發(fā)動機，由電機單獨驅(qū)動，實現(xiàn)“零”排放。目前，插電式混合動力汽車技術(shù)已相對成熟，“比亞迪”“北汽”等企業(yè)已實現(xiàn)插電式混合動力汽車商業(yè)化。

2.2.2 價格及使用成本

插電式混合動力汽車安裝了蓄電池，而且有2個動力系統(tǒng)，生產(chǎn)成本要高于同級別的燃油汽車。短期內(nèi)汽車價格很難大幅下降，導(dǎo)致插電式混合動力汽車購置成本較高。由于國家政策的傾斜，按照最新的補貼標準，插電式混合動力汽車最高可獲得5萬元的購車補貼，基本達到了消費者可接受的范圍。同時，插電式混合動力汽車擁有較好的經(jīng)濟性，使用成本低，生命周期內(nèi)的總使用成本已低于燃油汽車。

2.2.3 基礎(chǔ)配套設(shè)施

插電式混合動力汽車面臨的基礎(chǔ)配套設(shè)施問題與純電動汽車類似，需要有足夠多的、方便的充電站，但受基礎(chǔ)配套設(shè)施影響相對較少。插電式混合動力汽車在純電動模式下的續(xù)駛里程已經(jīng)能夠滿足大部分消費者日常駕車出行的需求。同時，發(fā)動機可以在電池動力不足時發(fā)電和在高速行駛時提供補充動力，保證了在充電基礎(chǔ)設(shè)施尚不完善的情況下仍可行駛較長的里程，避免了因無法及時充電而帶來的麻煩。

2.3 燃料電池電動汽車

2.3.1 主要原理

燃料電池電動汽車是指以氫氣、甲醇等為燃料，通過化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生電流，依靠電機驅(qū)動的汽車。氫氣是最理想的燃料，氫氣可以直接參與電化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)物只有水蒸氣，不會造成污染。甲醇、天然氣和汽油會產(chǎn)生極度少的二氧化碳和氮氧化物。燃料電池汽車的工作原理如下：氫在搭載的燃料電池中，與大氣中的氧發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生電能啟動電動機，從而驅(qū)動汽車行駛。燃料電池汽車具有以下優(yōu)點：{1}零排放或近似零排放。{2}減少了機油泄漏帶來的水污染。{3}提高了發(fā)動機燃燒效率，提高了燃油經(jīng)濟性。{4}運行平穩(wěn)、無噪聲。

2.3.2 價格及使用成本

制約燃料電池汽車商業(yè)化的最大因素是燃料電池的成本居高不下。目前，燃料電池的生產(chǎn)成本約3 000元/kW，相比純電動汽車的電池成本還高。目前，燃料電池尚未形成批量生產(chǎn)，一旦進行大批量生產(chǎn)，燃料電池的價格將有可能大幅降低。因此，如何降低燃料電池的成本成為實現(xiàn)燃料電池汽車商用化的關(guān)鍵。此外，氫氣的售價較高，因此燃料電池汽車的運行成本難以令用戶接受。

2.3.3 基礎(chǔ)配套設(shè)施

燃料電池汽車的應(yīng)用面臨的問題是如何為燃料電池供應(yīng)燃料。氫氣的產(chǎn)生、儲存、保管、運輸和灌裝都比較復(fù)雜，對安全性要求很高。由于氫氣儲存困難，即使用傳統(tǒng)油箱3倍以上的體積儲存氫氣，也只能保證汽油動力汽車一半的續(xù)駛里程。加之，全國建有的加氫站屈指可數(shù)，燃料電池汽車推廣困難重重。

3 新能源汽車發(fā)展研究

本文通過對3種新能源汽車的技術(shù)原理、價格及使用成本、配套設(shè)施的研究，對新能源汽車的推廣應(yīng)用前景（見表1）做如下分析。

（1）純電動汽車的技術(shù)難度最小，目前國內(nèi)上市的純電動汽車的各項性能指標已經(jīng)可以滿足一般用戶的需求。充電網(wǎng)絡(luò)建設(shè)滯后是目前制約純電動汽車發(fā)展的最主要因素。預(yù)計在示范試點城市，隨著充電網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)完善，純電動汽車的發(fā)展速度會比較快，尤其在低端市場，純電動汽車的份額將顯著提高。

（2）插電式混合動力汽車的技術(shù)已相對成熟，目前國內(nèi)僅幾家領(lǐng)先企業(yè)掌握了插電式混合動力汽車的核心技術(shù)，大部分汽車生產(chǎn)企業(yè)還處于研發(fā)階段。插電式混合動力汽車使用的便利性優(yōu)于純電動汽車，處于消費接受的范圍。在國家補貼政策的強力支持下，目前插電式混合動力汽車的綜合成本已經(jīng)低于燃油汽車，很可能成為增長速度最快的新能源汽車。

（3）燃料電池技術(shù)是內(nèi)燃機技術(shù)最好的替代物，代表了汽車未來的發(fā)展方向。但燃料電池汽車尚不具備商業(yè)化的條件。樂觀預(yù)測，實現(xiàn)以氫氣為燃料的燃料電池汽車的商業(yè)化至少還需要15年以上的時間。

參 考 文 獻

[1]王剛，荊旭龍.新能源汽車[M].北京：清華大學(xué)出版社，2015.

[2]麻友良.電動汽車概論[M].北京：機械工業(yè)出版社，2012.

[3]邵毅明.汽車新能源與節(jié)能技術(shù)[M].北京：人民交通出版社，2008.

[4]趙航，史廣奎.混合動力電動汽車技術(shù)[M].北京：機械工業(yè)出版社，2012.

[責任編輯：鐘聲賢]