南京/趙寶平

淺析新能源汽車現(xiàn)狀及其發(fā)展前景（上）

南京/趙寶平

圖1 串聯(lián)式混合動力電動汽車動力傳遞路線示意圖

隨著抗霾、環(huán)保步伐的大步邁進，新能源汽車正逐漸在國內(nèi)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(fā)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?，F(xiàn)在國內(nèi)外正在研究發(fā)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(fā)展不具備條件）。

混合動力汽車是指那些采用傳統(tǒng)燃料的，同時配以電動機/發(fā)動機來改善低速動力輸出和燃油消耗的車型?；旌蟿恿ζ囼?qū)動的聯(lián)結(jié)方式及其分類有：串聯(lián)式、并聯(lián)式和混聯(lián)式混合動力汽車。按電動機輸出功率在整個系統(tǒng)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(tǒng)BSG、輕混合動力系統(tǒng) ISG、中混合動力系統(tǒng)、完全混合動力系統(tǒng)和外接式充電混合動力汽車。

串聯(lián)式混合動力電動汽車（SHEV）主要由發(fā)動機、發(fā)電機、驅(qū)動電機和蓄電池組等部件組成。發(fā)電機僅僅用于發(fā)電（由發(fā)動機驅(qū)動發(fā)電機），發(fā)電機所發(fā)出的電能供給電動機，電動機驅(qū)動汽車行駛。發(fā)電機發(fā)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(qū)動電動汽車。使混合動力電動汽車在零污染狀態(tài)下行駛。串聯(lián)式混合動力電動汽車動力傳遞路線如圖1所示。

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

微混合動力系統(tǒng)（BSG）在傳統(tǒng)內(nèi)燃機上的啟動電機（一般為12V）上加裝了皮帶驅(qū)動啟動電機；該電機為發(fā)電、啟動（Stop-Start）一體式電動機，用來控制發(fā)動機的啟動和停止，從而取消了發(fā)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(tǒng)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(xù)的動力。在微混合動力系統(tǒng)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(tǒng)。

輕混合動力系統(tǒng)（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(tǒng)除了能夠?qū)崿F(xiàn)用發(fā)電機控制發(fā)動機的啟動和停止，還能夠?qū)崿F(xiàn)：

（1）在減速和制動工況下，對部分能量進行吸收；

圖2 并聯(lián)式混合動力電動汽車動力傳遞路線示意圖

圖3 混聯(lián)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(yīng)的節(jié)能情況對照表

（2）在行駛過程中，發(fā)動機等速運轉(zhuǎn)，發(fā)動機產(chǎn)生的能量可以在車輪的驅(qū)動需求和發(fā)電機的充電需求之間進行調(diào)節(jié)。

輕混合動力系統(tǒng)的混合度一般在20%以下。

中混合動力系統(tǒng)同樣采用了ISG系統(tǒng)。與輕度混合動力系統(tǒng)不同，中混合動力系統(tǒng)采用的是高壓電機。另外，中混合動力系統(tǒng)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(qū)動車輪，從而補充發(fā)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(tǒng)的混合程度較高，可以達到30%左右，目前技術(shù)已經(jīng)成熟，應(yīng)用廣泛。

仍然約在荷花小區(qū)見面。此時，已經(jīng)是春暖花開的季節(jié)，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(tǒng)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(tǒng)相比，完全混合動力系統(tǒng)的混合度可以達到甚至超過50%。技術(shù)的發(fā)展將使得完全混合動力系統(tǒng)逐漸成為混合動力技術(shù)的主要發(fā)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(nèi)燃機，采用混合驅(qū)動模式。各種混合動力汽車相應(yīng)的節(jié)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(nèi)燃機的最大功率，此時處于油耗低、污染少的最優(yōu)工況下工作。需要大功率內(nèi)燃機功率不足時，由電池來補充；負荷少時，富余的功率可發(fā)電給電池充電，由于內(nèi)燃機可持續(xù)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(qū)，可關(guān)停內(nèi)燃機，由電池單獨驅(qū)動，實現(xiàn)“零排放”。

4．有了內(nèi)燃機可以十分方便地解決耗能大的空調(diào)、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(tài)，不發(fā)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(xiàn)行內(nèi)燃機汽車。

近年來，美、日、德等汽車工業(yè)強國先后發(fā)布了關(guān)于推動包括混合動力汽車在內(nèi)的新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)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(fā)展新能源汽車作為“低碳革命”的核心內(nèi)容，并計劃到2020年普及包括混合動力汽車在內(nèi)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(fā)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(lǐng)域支持的重中之重。美國總統(tǒng)奧巴馬2009年8月宣布安排24億美元支持PHEV的研發(fā)與產(chǎn)業(yè)化，其中20億美元用來支持先進動力電池的研發(fā)和產(chǎn)業(yè)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(shù)研究，2010年左右新型鋰電池將規(guī)模應(yīng)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(fā)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(diào)動了企業(yè)的積極性，目前國際主要汽車制造商不斷加強與電池企業(yè)的合作，以動力電池突破為核心目標的強強聯(lián)合與產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟不斷涌現(xiàn)，動力電池技術(shù)研發(fā)和產(chǎn)業(yè)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(nèi)的新能源汽車產(chǎn)業(yè)化。美國對PHEV實施稅收優(yōu)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(chǎn)予以貸款資助。2009年6月23日，福特、日產(chǎn)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(chǎn)。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(yōu)惠，一年的減稅規(guī)模約為2100億日元，是現(xiàn)行優(yōu)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(fā)放70億歐元貸款，支持汽車制造商發(fā)展新能源汽車；此外，美國新的汽車燃油經(jīng)濟性法規(guī)和歐盟新車平均二氧化碳排放法規(guī)，對汽車的技術(shù)要求大幅提高，如果不發(fā)展新能源汽車技術(shù)，汽車制造商將很難達到新法規(guī)的要求。

從1995年起，包括日本豐田與美國三大汽車公司在內(nèi)的世界各大汽車生產(chǎn)廠商陸續(xù)投入混合動力汽車的研究開發(fā)。經(jīng)過多年發(fā)展，混合動力汽車在商用化、產(chǎn)業(yè)化進程上的發(fā)展已經(jīng)較為迅速。特別是2004 年全球各大汽車制造商繼續(xù)加大環(huán)保車型的開發(fā)力度，混合動力車型成為各大公司的戰(zhàn)略重點，逐漸突破了小型車的限制越來越多的應(yīng)用在中大型車上，技術(shù)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(jīng)超過70萬輛，據(jù)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(yè)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(chǎn)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(tǒng)（THS）電子控制裝置與電動四輪驅(qū)動及四輪驅(qū)動力/制動力綜合控制系統(tǒng)，在普及混合動力系統(tǒng)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(yè)，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(shù)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(nèi)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(lǐng)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(chǎn)混合動力汽車和燃料電池汽車所用電池聯(lián)合開發(fā)公司——USABC，投資460萬美元開發(fā)新一代環(huán)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(guān)于構(gòu)建全球合作聯(lián)盟，以共同開發(fā)混合動力推進系統(tǒng)的合作備忘錄，共享各自在混合動力推進系統(tǒng)方面領(lǐng)先的技術(shù)能力及豐富的科技資源，并把發(fā)展“雙?！蓖耆旌蟿恿ο到y(tǒng)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(xù)）