典型工作任务

任务01 了解新能源汽车的发展及分类

一、新能源汽车的定义

2009年，国家发布了《汽车产业调整振兴计划》，其中公布的《新能源汽车生产企业及产品准入管理规则》对“新能源汽车”做出了明确的定义：“新能源汽车是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。”

二、新能源汽车的发展趋势

随着科学技术的发展，新能源汽车主要有以下发展趋势。

1）突破电池技术是关键。作为动力源，现在还没有任何一种电池能与石油相提并论，动力蓄电池已成为限制电动汽车发展的瓶颈。因此，研究和开发对环境无污染、成本低廉、性能优良的动力蓄电池，是大量推广使用新能源汽车的前提。

2）驱动电机多样化发展。美国倾向于采用交流感应电机，其主要优点是结构简单、可靠、质量较小，但控制技术较复杂。日本多采用永磁无刷直流电机，优点是效率高、启动转矩大、质量较小，但成本高，且有高温退磁、抗振性较差等缺点。德国、英国等大力开发开关磁阻电机，优点是结构简单、可靠、成本低，缺点是质量较大，易于产生噪声。

3）受续驶里程的影响，纯电动汽车向超微型发展。这种汽车降低了对动力性和续驶里程的要求，充电过程比较简单，车速不高，较适合于市内或社区小范围内使用。

4）混合动力汽车是内燃机汽车和纯电动汽车之间的过渡产品，既充分发挥了现有内燃机技术优势，又尽可能发挥电动机驱动无污染的优势。

5）燃料电池汽车成为竞争的焦点。燃料电池汽车在成本和整体性能上，特别是续驶里程和补充燃料时间上明显优于其他电池的电动汽车，并且燃料电池所用的燃料来源广泛，又可再生，还可以实现无污染、零排放等环保标准。因此，燃料电池汽车已成为世界各大汽车公司激烈竞争的焦点。燃料电池及氢动力发动机车型被看作新能源汽车终极解决方案。

6）开发新一代车用能源动力系统，发展新能源汽车。重点发展各种液态燃料发动机及其混合动力汽车，并逐步过渡到发展采用生物燃料的混合动力汽车和可充电的混合动力汽车；进一步发展以天然气为主体的气体燃料基础设施，分步建设长期可持续利用的气体燃料供应网络；以天然气发动机为基础，发展各种燃气动力，尤其是天然气/氢气内燃机及其混合动力；发展新一代燃料电池发动机及其混合动力；大力推进动力蓄电池的技术进步，发展适合中国国情的纯电动汽车，尤其是微型纯电动汽车。以城市公交车辆为重点，以点带面，稳步推进新能源汽车的示范与商业化。

另外，政府对加快新能源汽车的发展起着至关重要的作用，政府要加大资金投入和政策引导；企业要加大对新能源汽车研发的力度；同时，要加大示范运行范围和力度，为新能源汽车规模化、产业化发展做准备。

三、新能源汽车的分类

全球范围内，地球为人类提供的能源主要包括石化燃料（煤、石油、天然气等）、水能、生物能、风能、太阳能、潮汐能、地热能、核能等。而考虑到传统汽车燃料所带来的自然与社会影响，替代燃料的研究与应用成为实现汽车产业可持续发展的必然选择。根据《新能源汽车生产企业及产品准入管理规则》的规定，新能源汽车包括混合动力电动汽车（Hybrid Electric Vehicle，HEV）、纯电动汽车（Electric Vehicle，EV）、燃料电池电动汽车（Fuel Cell Electric Vehicle，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.混合动力电动汽车

混合动力电动汽车是指那些既采用传统燃料，又配以电动机/发动机，来改善低速动力输出和燃油消耗的车型。典型车型代表有本田雅阁混动、丰田凯美瑞双擎、比亚迪·汉混动、吉利星越L混动等，如图1-1~图1-4所示。

目前，混合动力电动汽车多采用传统燃料的燃油发动机与电力的混合方式。依据动力系统结构的不同，通常有串联式、并联式、混联式三种。其关键技术为混合动力系统，它直接影响到混合动力电动汽车的整车性能。

（1）串联式混合动力电动汽车（SHEV）

串联式混合动力电动汽车有时候也被定义为增程式电动汽车。其功率源至少为两种不同的能量装置，例如传统的将燃料的化学能转化为机械能输出的内燃机和能储存电能的电池系统，图1-5所示为典型的串联式混合动力电动汽车结构。

串联式混合动力电动汽车从总体结构上看比较简单，易于控制，其特点更加趋近于纯电动汽车。发动机、发电机、驱动电机三大部件总成在电动汽车上布置起来，有较大的自由度，但各自的功率较大，外形较大，重量也较大，在中小型电动汽车上布置有一定的困难。另外，在发动机-发电机-电机驱动系统中的热能-电能-机械能的能量转换过程中，能量损失较大。故串联式混合动力电动汽车适用于大型汽车上，但小型汽车上也有应用。典型车型有：丰田卡罗拉双擎、丰田雷凌双擎、丰田雅力士等。

（2）并联式混合动力电动汽车（Parallel Hybrid Electric Vehicle，PHEV）

并联式混合动力电动汽车总体结构如图1-6所示。

发动机和电机共同驱动汽车，发动机与电机分属两套系统，可以分别独立地向汽车传动系统提供转矩，也可以共同驱动。典型车型代表有本田Insight、本田飞度混合动力等。

当汽车加速爬坡时，电机和发动机能够同时向传动机构提供动力，一旦车速达到巡航速度，汽车就将仅依靠发动机维持该速度。

电机还可以作发电机使用。发动机直接通过传动机构驱动车轮时，更接近传统的汽车驱动系统，机械效率损耗与普通汽车差不多。

并联式混合动力驱动系统具有以下优点：与串联式混合动力驱动系统相比，并联式混合动力驱动系统的发动机通过机械传动机构直接驱动汽车，没有串联式在热能—电能—机械能转换过程中的能量损耗。其能量利用率相对较高，这使得并联式的燃油经济性一般比串联式的要高，发动机与驱动电机两个动力总成的功率可以叠加起来满足汽车行驶的最大功率需求，系统可采用较小功率的发动机与电机，电池总容量可以比串联时的小，使得整车动力总成尺寸小、质量也较小。主要驱动模式为发动机驱动，动力特性更加趋近于内燃机汽车。

并联式混合动力驱动系统具有如下缺点：发动机与驱动系统之间采用机械连接，使得发动机的运行工况要受到汽车行驶工况的影响。当汽车行驶工况复杂时，发动机可能较多地在不同工况下运行，因此，并联驱动的排放比串联驱动的要差，并联式增加了变速装置及动力复合装置，使机械传动装置变复杂，增加了整车布置的难度。内燃机工作范围大，效率较低，环境污染较大，噪声大。并联的发动机、电力驱动系统两套系统协调工作，需要较为复杂的控制系统。

（3）混联式混合动力电动汽车（Power-Split Hybrid Electric Vehicle，PSHEV）

混联驱动系统是串联式和并联式的综合，主要由发动机、发电机、功率变换器、电机控制器、驱动电机、动力耦合器、动力电磁系统等部件组成。发动机发出的功率一部分通过机械传动系统输送给驱动桥，另一部分则驱动发电机发电。发电机发出的电能输送给电机或动力蓄电池，驱动电机产生的驱动力矩通过动力耦合器传送给驱动桥。典型车型有：本田思域混合动力、广汽丰田凯美瑞混合动力版。

混联式驱动系统的控制策略是，行驶时优先使用纯电动模式，在动力蓄电池的荷电状态（SOC）降到一定限值时，切换到混合动力模式下行驶。在混合动力模式下，启动和低速时使用串联式系统的发电机发电，电机驱动汽车行驶；加速、爬坡、高速时使用并联式系统，主要由发动机驱动汽车行驶，发动机的多余能量可带动发电机发电，给动力蓄电池充电。图1-7所示是典型的混联式混合动力电动汽车总体结构。

2.纯电动汽车

纯电动汽车是完全由动力蓄电池（如锂离子电池）提供动力源的汽车，完全以车载电源为动力，用电动机驱动车轮行驶，符合道路交通、安全法规各项要求。纯电动汽车一般采用高效率动力蓄电池为动力源，无须再用内燃机。因此，纯电动汽车的电机相当于传统汽车的发动机，动力蓄电池相当于原来的油箱，电能是二次能源，可以来源于太阳能等多种方式。典型车型代表有特斯拉Model S、比亚迪·秦PLUS EV，比亚迪·汉EV、小鹏汽车-小鹏G3等。

纯电动汽车动力部分由电驱动系统、能源装置和辅助控制装置3个子系统组成。其中，电驱动系统由电子控制器、功率变换器、电机、机械传动装置和车轮组成，主要作用是根据制动踏板和加速踏板传感器传来的驾驶人动作信息，控制功率变换器将主能源系统提供的电能输送到电动机-发电机组，电动机-发电机组将电能转换为机械能，驱动车轮旋转。

纯电动汽车应用前景广泛，具有无污染、低噪声、高效能等优点，但蓄电池单位重量储存的能量太少，充电后续驶里程不理想，高储量的电池使用寿命较短。另外，目前电动汽车产业发展最大的障碍是基础设施建设以及价格影响了产业化进程，必须重新构建配套基础设施网络（充电站），需要大量的投入，这不是一朝一夕就能解决的，需要各个企业联合起来，与当地政府部门一起建设。

图1-8所示为比亚迪E5前舱结构图。

3.燃料电池汽车

燃料电池汽车是指以燃料电池系统作为单一动力源，或者以燃料电池系统与可充电储能系统作为混合动力源的电动汽车。在催化剂的作用下，燃料电池电动汽车用氢气、甲醇、天然气、汽油等作为反应物与空气中的氧在电池中反应，进而产生电能为汽车提供动力源。燃料电池电动汽车在很多性能和设计方面与电动汽车都有相似之处，但它是将氢、甲醇、天然气、汽油等通过化学反应能转化成电能，而纯电动汽车是靠充电补充电能。燃料电池电动汽车主要由动力蓄电池、驱动电机、动力控制单元、高压储氢罐、燃料电池反应堆、燃料电池升压逆变器等组成。典型车型代表有丰田Mirai、雪佛兰Equinox等，如图1-9和图1-10所示。