第1章　概述

1.1　電動汽車的分類、運行特點及電能補給方式

1.1.1　電動汽車的分類

按照我國2009年7月1日正式實施的《新能源汽車生產企業及產品準入管理規則》，新能源汽車是指采用非常規的車用燃料作為動力來源（或使用常規的車用燃料，但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，制成的技術原理先進，具有新技術、新結構的汽車。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、氫發動機汽車等（圖1-1）。

電動汽車是全部或部分由電能驅動電動機作為動力系統的汽車，按照目前技術的發展方向或車輛驅動原理，可劃分為純電動汽車、混合動力汽車和燃料電池電動汽車三種類型。

1.1.1.1　純電動汽車

純電動汽車是完全由可充電蓄電池（如鉛酸蓄電池、鎳鎘蓄電池、鎳氫蓄電池或鋰離子蓄電池）提供動力源的汽車。純電動汽車由底盤、車身、蓄電池組、電動機、控制器和輔助設施六部分組成。由于電動機具有良好的牽引特性，因此純電動汽車的傳動系統不需要離合器和變速器。車速控制由控制器通過調速系統改變電動機的轉速即可實現。現在純電動汽車技術發展已經相當成熟，國外發達國家和我國都有部分車型投入量產和商業化運營。純電動汽車具有如下優點。

①減少對石油資源的依賴，實現能源利用的多元化。由于電力可以從多種一次能源獲得，如煤、核能、水力、風力、光、熱等，解除人們對石油資源日見枯竭的擔心。

②減少環境污染。純電動汽車本身不排放污染大氣的有害氣體，即使按所耗電量換算為發電廠的排放，除硫和微粒外，其他污染物也顯著減少，由于發電廠大多遠離人口密集的城市，對人類傷害較少，而且電廠是固定不動的，煙塵集中排放，清除各種有害排放物較容易，已有了相關技術。

③能源轉換效率高。純電動汽車的能源效率超過汽油機汽車，特別是在城市運行，汽車走走停停，行駛速度不快，純電動汽車更加適宜。原油經過粗煉，送至電廠發電，發出的電充入蓄電池，再由蓄電池驅動純電動汽車，其能量利用效率比經過精煉變為汽油，再經汽油機驅動汽車高。

按我國現行電價和油價水平，純電動汽車的運行費用低于傳統汽車，具有較好的經濟性。但是目前純電動汽車還存在著續駛里程較短、蓄電池價格較高等缺點。

雖然純電動汽車已有100多年的歷史，但一直僅限于在某些特定范圍內應用，市場規模較小。主要原因是由于各種類型的蓄電池普遍存在價格高、壽命短、外形尺寸和重量大、充電時間長等缺點。目前采用的鉛酸蓄電池、鎳氫蓄電池和鋰離子電池，根據其實際裝車時的循環壽命和市場價格，可估算出純電動汽車從各種動力蓄電池上每取出1kW·h電能所必須付出的費用。

在估算純電動汽車從各種動力蓄電池上每取出1kW·h電能所必須付出的費用時，假設蓄電池最高可充電的荷電狀態（SOC）為0.9，放電SOC為0.2，即實際可用的蓄電池容量僅占總容量的70%。由電網供電價為0.5元/（kW·h），蓄電池的平均充放電效率為0.75，粗略計算中可知，從電網取電僅需0.5元/（kW·h），但充入蓄電池，再從蓄電池放電，鉛酸蓄電池每提供1kW·h電能的價格為3.05元左右，其中2.38元為蓄電池折舊費，0.67元為電網供電費，而從鎳氫蓄電池中每提供1kW·h電能的，費用為9.6元，鋰離子電池為10.2元，即后兩種先進的蓄電池供電成本是鉛酸蓄電池的3倍多。

目前國內市場上用柴油機發電，價格大致為3元/（kW·h），若用汽油機發電，供電價格估計為4元/（kW·h），即從鉛酸蓄電池提供電能的價格大致與柴油機發電價格相等，僅從取得能量的成本來考慮，采用鉛酸蓄電池比汽油機驅動有一定的價格優勢，但是由于鉛酸蓄電池太過笨重，充電時間又長，因此只被廣泛用于車速小于50km/h的各種場地車、高爾夫球車、垃圾車、叉車以及電動自行車上。實踐證實鉛酸蓄電池在這一低端產品市場上有較強的競爭力和實用性。

相對于鉛酸蓄電池，鎳氫蓄電池在能量體積密度方面提高了3倍，在比功率方面提高了10倍。鎳氫蓄電池雖然具有較高的比能量和比功率、相對壽命較長等優點，但由于鎳金屬占其成本的60%，導致鎳氫蓄電池價格居高不下。鎳氫蓄電池并非是電動汽車的理想蓄電池，其可能只是一種過渡性的蓄電池。目前，鎳氫蓄電池仍是近期和中期電動汽車使用的首選動力蓄電池，隨著鋰離子電池的大規模生產和成本的降低，鎳氫蓄電池終將退出。

鋰離子電池技術發展很快，近10年來，其比能量由100W·h/kg增加到180W·h/kg，比功率可達2000W/kg，循環壽命達1000次以上，工作溫度范圍達-40～55℃。近年，由于磷酸鐵鋰離子電池的研發有重大突破，又大大提高了鋰離子電池的安全性。目前已有許多發達國家將鋰離子電池作為電動汽車用動力蓄電池的主攻方向。預計到2020年后，鋰離子電池的性價比有望達到可以和鉛酸蓄電池競爭的水平，而成為未來電動汽車的主要動力蓄電池。

純電動汽車的技術難度小于插電式混合動力汽車，目前國內即將上市的純電動汽車的各項性能指標已經可以滿足一般用戶的需求，技術已經基本成熟。在低端市場，純電動汽車的經濟性優勢十分明顯。充電網絡建設滯后影響了純電動汽車使用的便利性，是目前制約純電動汽車發展的最主要因素。隨著充電網絡建設的不斷完善，純電動汽車的發展速度會比較快，尤其在低端市場，純電動汽車的份額會顯著提高。但由于充電因素的制約，在高端市場普及難度很大。

1.1.1.2　混合動力汽車

由于完全由動力蓄電池驅動的純電動汽車，其性價比長期以來都遠遠低于傳統的內燃機汽車，難于與其競爭。自20世紀90年代以來，世界上各大汽車公司都著手開發混合動力汽車，日本豐田公司在1997年率先向市場推出“先驅者”（Prius）混合動力汽車，并在日本、美國和歐洲各國市場上均獲得較大成功，累計產銷量已超過60萬輛。隨后日本本田，美國福特、通用以及歐洲一些大公司，也紛紛向市場推出各種類型的混合動力汽車。

普通混合動力汽車是指那些采用常規燃料的，同時配以蓄電池、電動機來改善低速動力輸出和燃油消耗的車型。混合動力汽車按照混合度（即電動機功率與發動機功率之比或使用電的比例與使用燃油的比例）的不同，又可以分為微混、輕混、中混、強混等。普通混合動力汽車的優點如下。

①采用混合動力后可按平均需用的功率來確定發動機的最大功率，此時處于油耗低、污染少的最優工況下工作。在需要大功率時（發動機功率不足），由蓄電池來補充；負荷少時，富余的功率可用于發電，給蓄電池充電，發動機可持續工作，蓄電池又可以不斷被充電。

②因為有了蓄電池，可以十分方便地回收制動、下坡、怠速時的能量，并作為電能再次利用，從而減少能源的浪費。

③在繁華市區，可關停發動機，由蓄電池單獨驅動，實現“零”排放。

④可以十分方便地解決耗能大的空調、取暖、除霜等純電動汽車遇到的難題。

缺點是長距離高速行駛基本不能省油，有兩套動力，再加上兩套動力的管理控制系統，結構復雜，技術較難，價格較高。

普通混合動力汽車利用發動機的富余功率給蓄電池充電，無需外接充電，雖然節能效果明顯，但是沒有從根本上擺脫交通運輸對石油資源的耗用問題。因此，普通混合動力汽車是電動汽車發展過程中一段時期內的一種過渡性技術。

普通混合動力汽車在目前的新能源汽車中技術最成熟并已成功實現了商業化，由于不需要充電，因此普通混合動力汽車的使用便利性在新能源汽車中是最好的。目前普通混合動力汽車的綜合成本要高于燃油汽車，在經濟性方面的明顯劣勢會嚴重影響普通混合動力汽車的發展。

近幾年發展起來的插電式混合動力汽車（plug-in hybrid vehicle，PHV）是一種新型的混合動力汽車。通過外接充電電源為蓄電池充電，充電后可僅憑充電蓄電池作為動力驅動電動汽車行駛。另外，在蓄電池的剩余電量用完后，并不是切換至發動機行駛模式，而是通過發動機帶動發電機，利用由此產生的電力為蓄電池充電，繼續用電動機驅動行駛。插電式混合動力汽車更接近于純電動汽車，而且它在一定程度上解決了純電動汽車續航里程短和需要及時充電的問題，即使行駛到沒有充電設施的地方，也可以作為一般的混合動力汽車來使用。

插電式混合動力汽車的技術已經比較成熟，但是目前國內只有幾家領先企業掌握了插電式混合動力汽車的核心技術，其他大部分汽車生產企業還處于研發階段。插電式混合動力汽車使用的便利性不如燃油汽車，但優于純電動汽車，基本達到了消費者可接受的范圍。由于國家政策的傾斜，目前插電式混合動力汽車的綜合成本已經低于燃油車。在國家補貼政策的強力支持下，近期插電式混合動力汽車很可能成為增長速度最快的新能源汽車。

1.1.1.3　燃料電池電動汽車

燃料電池電動汽車是指以氫氣、甲醇等為燃料，通過化學反應產生電能，依靠電動機驅動的汽車。燃料電池電動汽車的工作原理是，作為燃料的氫在汽車搭載的燃料電池中，與大氣中的氧發生化學反應，從而產生電能供給電動機運行，進而驅動汽車行駛。燃料電池的化學反應過程不會產生有害產物，因此燃料電池電動汽車是無污染汽車，燃料電池的能量轉換效率比內燃機要高2～3倍，因此從能源的利用和環境保護方面看，燃料電池技術是內燃機技術的最好替代，燃料電池電動汽車代表了電動汽車未來的發展方向。

現階段，燃料電池的許多關鍵技術還處于研發試驗階段，此外，燃料電池的理想燃料——氫，在制備、供應、儲運等方面還有著大量的技術與經濟問題有待解決。因此，燃料電池電動汽車目前和今后一段時間尚不具備商業化的條件。

1.1.2　電動汽車的運行特點及電能補給方式

1.1.2.1　電動汽車的運行特點

（1）公交車　公交車用來滿足公共交通的需要，由專職司機駕駛、維護，由城市公交公司或企業投資運營，且行駛路線固定，一般在首末站都建有大型停車場，夜間停運。因公交車停運造成的負面影響較大，要求一次充電至少應滿足單程運行里程，緊急情況下應能實現電能的快速補充，公交車可利用停運時段充電。

（2）特殊園區用車　特殊園區用車指用于風景名勝、旅游景點、城市水源保護區等服務、觀光等車輛。特殊園區用車服務目標明確，車輛相對集中，使用頻繁，一次充電難以滿足每日運行要求，內部建有集中停車場，特殊園區用車可利用停運時段充電。

（3）城市環衛、市區快遞送收車輛　城市環衛、市區快遞送收車輛是為了滿足城市環境衛生、郵件送收要求而運營的車輛，如街道清掃車、垃圾清運車、道路清障車、沖洗車、灑水車、市區快遞送收車等。此類車輛的運行線路固定，在所屬單位或企業內都有自己的停車場，有停運時段。統計數據表明，此類車輛平均每車每日運行距離約為100km，一次充電基本滿足單程運行里程，停運時段可充電。

（4）工程車　市政工程搶險車、建筑運輸車等用于滿足市政建設、搶險維修需要，所屬單位或企業內有停車場，車輛用于為特定區域提供服務，要求隨時待命、隨時出動。一次充電基本滿足往返運行里程，停運時段可充電。

（5）政府公務車、企業商務車、其他社會車輛　滿足公務、商務出行需要，所屬單位或企業內有停車場，一般夜間停運。車輛的行駛線路、里程一般能預估，特殊情況用車時線路和里程多變。一次充電基本滿足往返運行里程，夜間停運可充電，同時應在其相應的出行范圍內提供必要的快速補充電能設施。

（6）出租車　出租車運行線路和區域具有不確定性，具有很大的隨機性。據統計，目前省會城市出租車每車每日的平均運行里程約為300km，一次充電續駛里程難以滿足當日運行要求，且用電量變化大。根據其一次充電后的續駛里程，應在其相應的出行范圍內提供必要的充電設施。出租車停運時間短，對充電時間要求高。

（7）私家車　滿足個人出行需要，線路、里程一般能預先估計，車輛停放在家庭車庫或小區停車場。夜間基本停運，可充分利用低谷時段充電。

1.1.2.2　電動汽車的電能補給方式

電動汽車的充電可以由地面的充電樁完成，地面充電樁的主要功能是有效地完成電動汽車蓄電池的電能補給。電動汽車的種類和運行特點決定了其能源補給方式。按照蓄電池是否與車體分離，可分為整車充電方式和蓄電池更換方式兩種。

（1）整車充電方式　當車輛進行補充充電時，充電樁與充電車輛通過充電插頭進行連接，蓄電池無需從車輛上卸下直接進行充電。優點是充電操作過程簡單，不涉及蓄電池存儲、蓄電池更換等過程。但車輛充電時間占用了車輛的運營時間，車輛利用率較低，不利于保持蓄電池組的均衡性以及延長蓄電池組的使用壽命。

（2）蓄電池更換方式　當車輛進行補充充電時，將需要充電的蓄電池從車輛上卸下，再給車輛安裝已充滿電的蓄電池，車輛即離開繼續運營，對卸載下的蓄電池采用地面充電系統進行補充充電。采取蓄電池地面充電方式有利于提高車輛使用效率，提高蓄電池使用壽命，但對車輛及蓄電池更換設備提出了更高的要求。

由此可見，不同的電能補給方式有其自身的特點和適用范圍。因此，在實際應用中，需要根據車輛的種類、數量和運行效率，以及蓄電池的數量、性能、系統配置成本以及管理等眾多因素進行選擇，并可將多種方案有機結合，實現電動汽車的最優運營。

根據以上分析，將電動汽車按照電能補給方式進行分類。

（1）適合采用整車充電方式的車輛　城市環衛車、市區快遞送收車輛、工程車、政府公務用車、企業商用車、私家車。這些車輛可充分利用夜間停運時段進行充電，滿足下一次的行駛里程需要。

（2）適合采用蓄電池更換充電方式的車輛　出租車、社會運營車輛。這些車輛需要及時快速補充電能，盡量增加運營時間，獲得更大的經濟效益。

（3）適合采用整車充電方式和蓄電池更換方式結合的車輛　公交車、特殊園區用車、社會運營車輛。既考慮這些車輛蓄電池的使用性能和壽命，又保證車輛運營時間，提高利用率。這些車輛在停運期間可采用整車充電方式，而在運營期間采用蓄電池更換方式。此外，車輛動力蓄電池的配備可根據車輛情況采取不同的方案，例如，對于數量大而且屬于同一公司的車輛可以由車輛所屬公司建立蓄電池存儲間，而對于數量少且歸屬權相對分散的車輛可以由蓄電池配送中心配送蓄電池，減少一次性投資和更換成本。

（4）適合采用車載充電機充電的車輛（如私家車輛）　私家車輛由于使用時間較短，停運時一般停放在停車場或者地下車庫內，此時可利用停車場提供的交流電源為車輛充電，由于一般私家車輛蓄電池容量較小，沖電功率也較小，充電機可配置在車上，因此可充分利用低谷電價階段進行充電，以最大限度降低運行成本。