典型工作任務(wù)

任務(wù)01 了解新能源汽車的發(fā)展及分類

一、新能源汽車的定義

2009年，國家發(fā)布了《汽車產(chǎn)業(yè)調(diào)整振興計劃》，其中公布的《新能源汽車生產(chǎn)企業(yè)及產(chǎn)品準(zhǔn)入管理規(guī)則》對“新能源汽車”做出了明確的定義：“新能源汽車是指采用非常規(guī)的車用燃料作為動力來源（或使用常規(guī)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(qū)動方面的先進(jìn)技術(shù)，形成的技術(shù)原理先進(jìn)，具有新技術(shù)、新結(jié)構(gòu)的汽車?！?/p>

二、新能源汽車的發(fā)展趨勢

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，新能源汽車主要有以下發(fā)展趨勢。

1）突破電池技術(shù)是關(guān)鍵。作為動力源，現(xiàn)在還沒有任何一種電池能與石油相提并論，動力蓄電池已成為限制電動汽車發(fā)展的瓶頸。因此，研究和開發(fā)對環(huán)境無污染、成本低廉、性能優(yōu)良的動力蓄電池，是大量推廣使用新能源汽車的前提。

2）驅(qū)動電機(jī)多樣化發(fā)展。美國傾向于采用交流感應(yīng)電機(jī)，其主要優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單、可靠、質(zhì)量較小，但控制技術(shù)較復(fù)雜。日本多采用永磁無刷直流電機(jī)，優(yōu)點(diǎn)是效率高、啟動轉(zhuǎn)矩大、質(zhì)量較小，但成本高，且有高溫退磁、抗振性較差等缺點(diǎn)。德國、英國等大力開發(fā)開關(guān)磁阻電機(jī)，優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單、可靠、成本低，缺點(diǎn)是質(zhì)量較大，易于產(chǎn)生噪聲。

3）受續(xù)駛里程的影響，純電動汽車向超微型發(fā)展。這種汽車降低了對動力性和續(xù)駛里程的要求，充電過程比較簡單，車速不高，較適合于市內(nèi)或社區(qū)小范圍內(nèi)使用。

4）混合動力汽車是內(nèi)燃機(jī)汽車和純電動汽車之間的過渡產(chǎn)品，既充分發(fā)揮了現(xiàn)有內(nèi)燃機(jī)技術(shù)優(yōu)勢，又盡可能發(fā)揮電動機(jī)驅(qū)動無污染的優(yōu)勢。

5）燃料電池汽車成為競爭的焦點(diǎn)。燃料電池汽車在成本和整體性能上，特別是續(xù)駛里程和補(bǔ)充燃料時間上明顯優(yōu)于其他電池的電動汽車，并且燃料電池所用的燃料來源廣泛，又可再生，還可以實現(xiàn)無污染、零排放等環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)。因此，燃料電池汽車已成為世界各大汽車公司激烈競爭的焦點(diǎn)。燃料電池及氫動力發(fā)動機(jī)車型被看作新能源汽車終極解決方案。

6）開發(fā)新一代車用能源動力系統(tǒng)，發(fā)展新能源汽車。重點(diǎn)發(fā)展各種液態(tài)燃料發(fā)動機(jī)及其混合動力汽車，并逐步過渡到發(fā)展采用生物燃料的混合動力汽車和可充電的混合動力汽車；進(jìn)一步發(fā)展以天然氣為主體的氣體燃料基礎(chǔ)設(shè)施，分步建設(shè)長期可持續(xù)利用的氣體燃料供應(yīng)網(wǎng)絡(luò)；以天然氣發(fā)動機(jī)為基礎(chǔ)，發(fā)展各種燃?xì)鈩恿?，尤其是天然?氫氣內(nèi)燃機(jī)及其混合動力；發(fā)展新一代燃料電池發(fā)動機(jī)及其混合動力；大力推進(jìn)動力蓄電池的技術(shù)進(jìn)步，發(fā)展適合中國國情的純電動汽車，尤其是微型純電動汽車。以城市公交車輛為重點(diǎn)，以點(diǎn)帶面，穩(wěn)步推進(jìn)新能源汽車的示范與商業(yè)化。

另外，政府對加快新能源汽車的發(fā)展起著至關(guān)重要的作用，政府要加大資金投入和政策引導(dǎo)；企業(yè)要加大對新能源汽車研發(fā)的力度；同時，要加大示范運(yùn)行范圍和力度，為新能源汽車規(guī)?；?、產(chǎn)業(yè)化發(fā)展做準(zhǔn)備。

三、新能源汽車的分類

全球范圍內(nèi)，地球為人類提供的能源主要包括石化燃料（煤、石油、天然氣等）、水能、生物能、風(fēng)能、太陽能、潮汐能、地?zé)崮?、核能等。而考慮到傳統(tǒng)汽車燃料所帶來的自然與社會影響，替代燃料的研究與應(yīng)用成為實現(xiàn)汽車產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的必然選擇。根據(jù)《新能源汽車生產(chǎn)企業(yè)及產(chǎn)品準(zhǔn)入管理規(guī)則》的規(guī)定，新能源汽車包括混合動力電動汽車（Hybrid Electric Vehicle，HEV）、純電動汽車（Electric Vehicle，EV）、燃料電池電動汽車（Fuel Cell Electric Vehicle，F(xiàn)CEV）、氫發(fā)動機(jī)汽車、其他新能源（如高效儲能器、二甲醚）汽車等。

1.混合動力電動汽車

混合動力電動汽車是指那些既采用傳統(tǒng)燃料，又配以電動機(jī)/發(fā)動機(jī)，來改善低速動力輸出和燃油消耗的車型。典型車型代表有本田雅閣混動、豐田凱美瑞雙擎、比亞迪·漢混動、吉利星越L混動等，如圖1-1~圖1-4所示。

目前，混合動力電動汽車多采用傳統(tǒng)燃料的燃油發(fā)動機(jī)與電力的混合方式。依據(jù)動力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的不同，通常有串聯(lián)式、并聯(lián)式、混聯(lián)式三種。其關(guān)鍵技術(shù)為混合動力系統(tǒng)，它直接影響到混合動力電動汽車的整車性能。

（1）串聯(lián)式混合動力電動汽車（SHEV）

串聯(lián)式混合動力電動汽車有時候也被定義為增程式電動汽車。其功率源至少為兩種不同的能量裝置，例如傳統(tǒng)的將燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能輸出的內(nèi)燃機(jī)和能儲存電能的電池系統(tǒng)，圖1-5所示為典型的串聯(lián)式混合動力電動汽車結(jié)構(gòu)。

串聯(lián)式混合動力電動汽車從總體結(jié)構(gòu)上看比較簡單，易于控制，其特點(diǎn)更加趨近于純電動汽車。發(fā)動機(jī)、發(fā)電機(jī)、驅(qū)動電機(jī)三大部件總成在電動汽車上布置起來，有較大的自由度，但各自的功率較大，外形較大，重量也較大，在中小型電動汽車上布置有一定的困難。另外，在發(fā)動機(jī)-發(fā)電機(jī)-電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)中的熱能-電能-機(jī)械能的能量轉(zhuǎn)換過程中，能量損失較大。故串聯(lián)式混合動力電動汽車適用于大型汽車上，但小型汽車上也有應(yīng)用。典型車型有：豐田卡羅拉雙擎、豐田雷凌雙擎、豐田雅力士等。

（2）并聯(lián)式混合動力電動汽車（Parallel Hybrid Electric Vehicle，PHEV）

并聯(lián)式混合動力電動汽車總體結(jié)構(gòu)如圖1-6所示。

發(fā)動機(jī)和電機(jī)共同驅(qū)動汽車，發(fā)動機(jī)與電機(jī)分屬兩套系統(tǒng)，可以分別獨(dú)立地向汽車傳動系統(tǒng)提供轉(zhuǎn)矩，也可以共同驅(qū)動。典型車型代表有本田Insight、本田飛度混合動力等。

當(dāng)汽車加速爬坡時，電機(jī)和發(fā)動機(jī)能夠同時向傳動機(jī)構(gòu)提供動力，一旦車速達(dá)到巡航速度，汽車就將僅依靠發(fā)動機(jī)維持該速度。

電機(jī)還可以作發(fā)電機(jī)使用。發(fā)動機(jī)直接通過傳動機(jī)構(gòu)驅(qū)動車輪時，更接近傳統(tǒng)的汽車驅(qū)動系統(tǒng)，機(jī)械效率損耗與普通汽車差不多。

并聯(lián)式混合動力驅(qū)動系統(tǒng)具有以下優(yōu)點(diǎn)：與串聯(lián)式混合動力驅(qū)動系統(tǒng)相比，并聯(lián)式混合動力驅(qū)動系統(tǒng)的發(fā)動機(jī)通過機(jī)械傳動機(jī)構(gòu)直接驅(qū)動汽車，沒有串聯(lián)式在熱能—電能—機(jī)械能轉(zhuǎn)換過程中的能量損耗。其能量利用率相對較高，這使得并聯(lián)式的燃油經(jīng)濟(jì)性一般比串聯(lián)式的要高，發(fā)動機(jī)與驅(qū)動電機(jī)兩個動力總成的功率可以疊加起來滿足汽車行駛的最大功率需求，系統(tǒng)可采用較小功率的發(fā)動機(jī)與電機(jī)，電池總?cè)萘靠梢员却?lián)時的小，使得整車動力總成尺寸小、質(zhì)量也較小。主要驅(qū)動模式為發(fā)動機(jī)驅(qū)動，動力特性更加趨近于內(nèi)燃機(jī)汽車。

并聯(lián)式混合動力驅(qū)動系統(tǒng)具有如下缺點(diǎn)：發(fā)動機(jī)與驅(qū)動系統(tǒng)之間采用機(jī)械連接，使得發(fā)動機(jī)的運(yùn)行工況要受到汽車行駛工況的影響。當(dāng)汽車行駛工況復(fù)雜時，發(fā)動機(jī)可能較多地在不同工況下運(yùn)行，因此，并聯(lián)驅(qū)動的排放比串聯(lián)驅(qū)動的要差，并聯(lián)式增加了變速裝置及動力復(fù)合裝置，使機(jī)械傳動裝置變復(fù)雜，增加了整車布置的難度。內(nèi)燃機(jī)工作范圍大，效率較低，環(huán)境污染較大，噪聲大。并聯(lián)的發(fā)動機(jī)、電力驅(qū)動系統(tǒng)兩套系統(tǒng)協(xié)調(diào)工作，需要較為復(fù)雜的控制系統(tǒng)。

（3）混聯(lián)式混合動力電動汽車（Power-Split Hybrid Electric Vehicle，PSHEV）

混聯(lián)驅(qū)動系統(tǒng)是串聯(lián)式和并聯(lián)式的綜合，主要由發(fā)動機(jī)、發(fā)電機(jī)、功率變換器、電機(jī)控制器、驅(qū)動電機(jī)、動力耦合器、動力電磁系統(tǒng)等部件組成。發(fā)動機(jī)發(fā)出的功率一部分通過機(jī)械傳動系統(tǒng)輸送給驅(qū)動橋，另一部分則驅(qū)動發(fā)電機(jī)發(fā)電。發(fā)電機(jī)發(fā)出的電能輸送給電機(jī)或動力蓄電池，驅(qū)動電機(jī)產(chǎn)生的驅(qū)動力矩通過動力耦合器傳送給驅(qū)動橋。典型車型有：本田思域混合動力、廣汽豐田凱美瑞混合動力版。

混聯(lián)式驅(qū)動系統(tǒng)的控制策略是，行駛時優(yōu)先使用純電動模式，在動力蓄電池的荷電狀態(tài)（SOC）降到一定限值時，切換到混合動力模式下行駛。在混合動力模式下，啟動和低速時使用串聯(lián)式系統(tǒng)的發(fā)電機(jī)發(fā)電，電機(jī)驅(qū)動汽車行駛；加速、爬坡、高速時使用并聯(lián)式系統(tǒng)，主要由發(fā)動機(jī)驅(qū)動汽車行駛，發(fā)動機(jī)的多余能量可帶動發(fā)電機(jī)發(fā)電，給動力蓄電池充電。圖1-7所示是典型的混聯(lián)式混合動力電動汽車總體結(jié)構(gòu)。

2.純電動汽車

純電動汽車是完全由動力蓄電池（如鋰離子電池）提供動力源的汽車，完全以車載電源為動力，用電動機(jī)驅(qū)動車輪行駛，符合道路交通、安全法規(guī)各項要求。純電動汽車一般采用高效率動力蓄電池為動力源，無須再用內(nèi)燃機(jī)。因此，純電動汽車的電機(jī)相當(dāng)于傳統(tǒng)汽車的發(fā)動機(jī)，動力蓄電池相當(dāng)于原來的油箱，電能是二次能源，可以來源于太陽能等多種方式。典型車型代表有特斯拉Model S、比亞迪·秦PLUS EV，比亞迪·漢EV、小鵬汽車-小鵬G3等。

純電動汽車動力部分由電驅(qū)動系統(tǒng)、能源裝置和輔助控制裝置3個子系統(tǒng)組成。其中，電驅(qū)動系統(tǒng)由電子控制器、功率變換器、電機(jī)、機(jī)械傳動裝置和車輪組成，主要作用是根據(jù)制動踏板和加速踏板傳感器傳來的駕駛?cè)藙幼餍畔?，控制功率變換器將主能源系統(tǒng)提供的電能輸送到電動機(jī)-發(fā)電機(jī)組，電動機(jī)-發(fā)電機(jī)組將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，驅(qū)動車輪旋轉(zhuǎn)。

純電動汽車應(yīng)用前景廣泛，具有無污染、低噪聲、高效能等優(yōu)點(diǎn)，但蓄電池單位重量儲存的能量太少，充電后續(xù)駛里程不理想，高儲量的電池使用壽命較短。另外，目前電動汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展最大的障礙是基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)以及價格影響了產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程，必須重新構(gòu)建配套基礎(chǔ)設(shè)施網(wǎng)絡(luò)（充電站），需要大量的投入，這不是一朝一夕就能解決的，需要各個企業(yè)聯(lián)合起來，與當(dāng)?shù)卣块T一起建設(shè)。

圖1-8所示為比亞迪E5前艙結(jié)構(gòu)圖。

3.燃料電池汽車

燃料電池汽車是指以燃料電池系統(tǒng)作為單一動力源，或者以燃料電池系統(tǒng)與可充電儲能系統(tǒng)作為混合動力源的電動汽車。在催化劑的作用下，燃料電池電動汽車用氫氣、甲醇、天然氣、汽油等作為反應(yīng)物與空氣中的氧在電池中反應(yīng)，進(jìn)而產(chǎn)生電能為汽車提供動力源。燃料電池電動汽車在很多性能和設(shè)計方面與電動汽車都有相似之處，但它是將氫、甲醇、天然氣、汽油等通過化學(xué)反應(yīng)能轉(zhuǎn)化成電能，而純電動汽車是靠充電補(bǔ)充電能。燃料電池電動汽車主要由動力蓄電池、驅(qū)動電機(jī)、動力控制單元、高壓儲氫罐、燃料電池反應(yīng)堆、燃料電池升壓逆變器等組成。典型車型代表有豐田Mirai、雪佛蘭Equinox等，如圖1-9和圖1-10所示。