第1章 新能源汽車產業發展現狀及趨勢分析

1.1 新能源汽車整車產業發展現狀及趨勢分析

自1886年，卡爾·本茨制造出世界上第一輛內燃機汽車以來，汽車工業的高速發展極大地改變了人們的生活方式，提高了人們的生活質量。汽車已經成為人類社會不可或缺的重要交通工具。此外，汽車工業的發展給人們帶來大量的就業機會，促進經濟的發展。汽車技術的進步也極大地拉動一個國家機械、電子、材料、模具等諸多領域的發展。可以說，汽車的出現改變了整個世界的面貌。

近幾年，隨著國民收入水平的提高，我國汽車產銷量也增長迅速，2016年我國汽車產銷量分別為2911.9萬輛和2802.8萬輛，同比增長14.5%和14.9%，其中，乘用車產銷量分別為2442.1萬輛和2437.7萬輛，同比增長15.5%和14.9萬輛；商用車產銷量分別為369.8萬輛和365.1萬輛，同比增長8.0%和5.8%。此外，我國汽車保有量呈現井噴式增長。近5年年均增長量達到1400萬輛，據公安部交管局統計，截至2017年3月底，我國汽車保有量達到2億輛，預計2020年我國汽車保有量將達到3億輛，圖1-1為近幾年我國汽車保有量統計圖。

汽車工業的高速發展也帶來了能源危機、環境污染等諸多問題。2015年，我國石油進口量超過美國，成為全球最大的石油進口國，全年進口規模超過3.4億t，較10年前增長近1.5倍。受國際局勢和石油供應的影響，石油價格跌宕變化，迄今已發生3次石油危機，使世界和各國經濟受到嚴重影響，汽車行業作為石油的主要消耗領域，未來石油的產量將嚴重影響傳統燃油汽車的發展。此外，燃油汽車排放的尾氣對環境造成嚴重污染，根據環保部發布的《中國機動車環境管理年報（2017）》數據顯示，2016年全國機動車排放污染物為4472.5萬t，其中汽車是污染物排放總量的主要貢獻者，其排放的一氧化碳和氮氫化合物超過80%，氮氧化物和顆粒物超過90%，近幾年各大城市多次出現的嚴重霧霾天氣，燃油汽車尾氣排放成為主要污染源，影響人們的生活，如圖1-2所示。

面對日益嚴峻的能源、環境危機，大力發展新能源汽車，實現交通能源轉型，成為實現汽車行業可持續發展的重要途徑。新能源汽車技術經歷了百花齊放的探索期后，主流技術已逐步清晰，實現汽車動力電氣化，發展新能源汽車是大勢所趨，在國際上也達成共識。

根據2007年國家發展和改革委（簡稱國家發改委）《新能源汽車生產準入管理規則》,2009年工業和信息化部（簡稱工信部）《新能源汽車生產企業及產品準入管理規則》，將新能源汽車定義為采用非常規的車用燃料作為動力來源（或采用常規的車用燃料，采用新型車載動力裝置），綜合車輛的動力控制和驅動方面的先進技術，形成的技術原理先進，具有新技術、新結構的汽車。按照文件的定義，新能源汽車包括純電動汽車、混合動力汽車、燃料電池電動汽車、氫發動機汽車、其他新能源汽車（如高校儲能器、二甲醚等）汽車等。2012年國務院《節能與新能源汽車產業發展規劃（2012—2020）》對新能源汽車進行了更明確的定義，目前我國新能源汽車是指采用新型動力系統，完全或主要依靠新型能源驅動的汽車。主要包括：純電動汽車（Battery Electric Vehicle, BEV）、插電式混合動力汽車（Plug-in Hybrid Electric Vehicle, PHEV）、燃料電池汽車（Fuel Cell Vehicles, FCV），將混合動力汽車等以內燃機為主要動力的低耗能汽車定義為節能汽車。

1．純電動汽車（BEV）

純電動汽車是以車載電源為動力，用電機驅動車輪行駛，符合道路交通、安全法規各項要求的車輛。純電動汽車完全采用可充電式電池驅動，關鍵部件在于電動發電機與蓄電池，而純電動汽車的應用受限于電力儲存技術。圖1-3給出了純電動汽車的簡單結構示意圖。

純電動汽車應用前景廣泛，具有如下優點：①無污染。電動汽車采用動力電池組為動力電機提供能量來源，工作時不會產生廢氣，有效地改善汽車尾氣對大氣造成的污染。②低噪聲。電動汽車采用電機驅動汽車行駛，降低了傳統汽車因使用內燃機而產生的噪聲。③能源效率高，多樣化。純電動汽車使用動力電池，能量轉換效率高，且可以實現制動能量回收，此外，向蓄電池充電的電力可以由煤炭、太陽能、風能、核能等能源轉換，有效減少對石油的依賴。④結構簡單，使用維修方便。電動汽車較內燃機汽車結構簡單，傳動部件少，維修保養工作量小。

但是純電動汽車相比于傳統內燃機汽車也存在以下缺點：①續駛里程短。受電池容量與成本的影響，目前大多數純電動汽車續駛里程為150～200km，相比于內燃機汽車，純電動汽車的續駛里程是制約其發展的重要因素。②充電時間長。目前電池快充技術尚未成熟，利用大功率充電樁將電池充滿一般需要1～2h，利用家庭電網充電一般需要6～12h。③配套設施不完善。在國內充電設施建設滯后的情況下，充電是電動汽車面臨的一大難題，公共充電樁的缺乏也是影響電動汽車發展的原因。

2．插電式混合動力汽車（PHEV）

插電式混合動力汽車是一種新型的混合動力電動汽車。區別于傳統汽油動力與電驅動結合的混合動力，插電式混合動力驅動原理、驅動單元與電動車相同，唯一不同的是車上裝備有一臺發動機。插電式混合動力汽車獲取電能的方式更加多樣，除可以通過內燃機提供電能外，也可以通過充電樁或者家用220V電源充電。插電式混合動力汽車是混合動力汽車向純電動汽車的更進一步發展，是連接兩代產品的橋梁。插電式混合動力汽車的結構如圖1-4所示。

插電式混合動力汽車具有以下優點：①在電動模式下擁有更長的續駛能力，在城市道路中多依靠電動機驅動，實現節能和低排。在路途較長或高速路段，多采用內燃機驅動，提高動力和傳動效率。②可以利用充電樁、家用220V電源對車輛進行充電，在夜晚利用“峰谷差”充電，可以降低用車成本。③PHEV車載蓄電池組的容量通常為6～10kW·h，不到純電動汽車的1/2，但續駛里程卻高于普通混合動力車型的3～5倍。

插電式混合動力汽車因采用內燃機和電池作為動力源，不能完全擺脫對石油的依賴，整車結構復雜，且成本較高。

3．燃料電池汽車（FCV）

燃料電池汽車是指利用燃料電池，將燃料中的化學能直接轉化為電能實現動力驅動的新型汽車。燃料電池汽車通過燃料的化學反應將化學能轉化為電能，其中，氫氣是燃料電池的最佳材料，但氫氣燃料電池在氫氣來源、儲存與安全性等方面存在諸多問題。

燃料電池汽車具有以下優點：①零排放或近似零排放，綠色環保。燃料電池汽車在本質上是一種零排放汽車，燃料電池沒有燃燒過程，若以純氫作燃料，通過電化學的方法，將氫和氧結合，生成物是清潔的水；采用其他富氫有機化合物用車載重整器制氫作為燃料電池的燃料，生成物除水之外還可能有少量的CO2，但其排放量比內燃機要少得多，且沒有其他污染排放（如氧化氮、氧化硫、碳氫化物或微粒）問題，接近零排放。②能量轉換效率高，節約能源。燃料電池的能量轉換效率極高。燃料電池沒有活塞或渦輪等機械部件及中間環節，不經歷熱機過程，不受熱力循環（卡諾循環）限制，故能量轉換效率高，燃料電池的化學能轉換效率在理論上可達100%，實際效率已達60%～80%，是普通內燃機熱效率的2～3倍（汽油機和柴油機汽車整車效率分別為16%～18%和22%～24%）。③燃料多樣化，優化了能源消耗結構。燃料電池所使用的氫燃料來源廣泛。④續駛里程長，性能優于其他電池的電動汽車。采用燃料電池發電系統作為能量源，克服了純電動汽車續駛里程短的缺點，其長途行駛能力及動力性已經接近于傳統汽車。⑤運行平穩、噪聲小。燃料電池屬于靜態能量轉換裝置，除了空氣壓縮機和冷卻系統以外無其他運動部件，因此與內燃機汽車相比，擺脫了發動機的轟鳴，運行過程中噪聲和振動都較小。

行業內普遍認為，氫燃料電池技術是內燃機技術的最好替代物，代表了汽車未來的發展方向，但是燃料電池還存在以下缺點，制約著燃料電池汽車的發展：①經濟且無污染地獲取純氫燃料還存在技術難度。自然界中，氫能大量存儲在水中，雖然取之不盡，但是直接使用熱分解或者電解的方法從水中制氫成本較高。②氫燃料電池汽車燃料的供應還有大量的技術問題。通常氫能以三種狀態存儲和運輸：高壓氣態、液態和氫化物形態，用常用的壓縮氣體罐儲存的氫，只能供燃料電池汽車行駛150km，續駛里程太短，還不如蓄電池驅動的汽車，此外，氫氣是最小的分子，很容易造成泄漏，對氫氣的安全儲存要求較高。③氫燃料電池所用催化劑金屬鉑價格昂貴。想要大規模生產氫燃料電池，金屬鉑是瓶頸，而且完全沒有規模化后成本減小的效應，反而需求越多越昂貴。氫燃料電池汽車結構如圖1-5所示。

綜上所述，可見純電動汽車、插電式混合動力汽車和燃料電池汽車各有優缺點，表1-1對各類新能源汽車進行了對比分析。