新能源汽車概述

新能源汽車概述1.1新能源汽車定義新能源汽車是指采用非常規(guī)車用燃料作為動力來源（或使用常規(guī)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)動方面的先進技術(shù)，形成的技術(shù)原理先進、具有新技術(shù)、新結(jié)構(gòu)的汽車。新能源汽車是在傳統(tǒng)汽車產(chǎn)業(yè)鏈基礎(chǔ)上進行延伸，結(jié)構(gòu)上與傳統(tǒng)汽車的最大區(qū)別在于動力系統(tǒng)，增加了電池、電機、電控系統(tǒng)等組件。圖1-1新能源汽車與傳統(tǒng)能源汽車結(jié)構(gòu)比較數(shù)據(jù)來源：賽迪經(jīng)智1.2新能源汽車分類新能源汽車包括混合動力汽車、純電動汽車（BEV，包括太陽能汽車）、燃料電池電動汽車（FCEV）、氫發(fā)動機汽車、其他新能源（如高效儲能器）汽車等。表1-1混合動力、純電動、燃料電池汽車的比較混合動力汽車純電動汽車燃料電池電動汽車驅(qū)動方式內(nèi)燃機＋電機驅(qū)動電機驅(qū)動電機驅(qū)動能量系統(tǒng)內(nèi)燃機＋蓄電池蓄電池燃料電池能量來源與補給加油站或充電設(shè)備電網(wǎng)流電設(shè)備氫氣排放量排放較低零排放近似零排放商業(yè)化進程商業(yè)化較成熟有少量產(chǎn)品銷售，未成規(guī)模研發(fā)階段主要優(yōu)點續(xù)航里程較長排放低效率高，續(xù)航長主要缺點電池效率充電站不足，電池安全性有待提高成本高，技術(shù)為突破數(shù)據(jù)來源：CNKI1.2.1混合動力汽車混合動力是指采用傳統(tǒng)燃料同時配以電動機和發(fā)動機，由電動機作為發(fā)動機的輔助動力，以改善低速動力輸出和燃油消耗的車型。按照燃料種類的不同，主要又可以分為汽油混合動力、柴油混合動力和氣電混合。目前國內(nèi)市場上，混合動力車輛的主流都是汽油混合動力，而國際市場上柴油混合動力車型發(fā)展也很快。依據(jù)電機的輸出功率在整個系統(tǒng)輸出功率中占的比重，可以將其分為輕度混合型、中度混合型和全混合型混合動力電動汽車。表1-2混合動力汽車分類類型功能要求代表車型輕度混合動力發(fā)動機自動起停+回饋制動奇瑞A5BSG混合動力等中度混合動力發(fā)動機自動起停+回饋制動+電動輔助本田思域混動版、本田Insight、CR-Z等強混合動力發(fā)動機自動起停+回饋制動+電動輔助+純電驅(qū)動豐田普銳斯、凱美瑞混動版等插電式混合動力發(fā)動機自動起停+回饋制動+電動輔助+純電驅(qū)動+電網(wǎng)充電雪佛蘭Volt等數(shù)據(jù)來源：CNKI混合動力是指采用傳統(tǒng)燃料同時配以電動機和發(fā)動機，由電動機作為發(fā)動機的輔助動力，以改善低速動力輸出和燃油消耗的車型。按照燃料種類的不同，主要又可以分為汽油混合動力、柴油混合動力和氣電混合。目前國內(nèi)市場上，混合動力車輛的主流都是汽油混合動力，而國際市場上柴油混合動力車型發(fā)展也很快。依據(jù)電機的輸出功率在整個系統(tǒng)輸出功率中占的比重，可以將其分為輕度混合型、中度混合型和全混合型混合動力電動汽車。輕度混合型輕度混合動力系統(tǒng)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（BSG系統(tǒng)）。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，但是它的電機并沒有為汽車行駛提供持續(xù)的動力，因此節(jié)油節(jié)油率20%以下。中度混合型中度混合動力系統(tǒng)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，目前技術(shù)已經(jīng)成熟，應(yīng)用廣泛，節(jié)油節(jié)油率約20%-40%。強混合型強混合動力系統(tǒng)采用272-650v的高壓啟動電機，通過車載電池供電，電動機可以在啟動或巡航過程中，單獨驅(qū)動車輛行駛，在加速或者電池能量不足的情況下，再由內(nèi)燃機單獨或者聯(lián)合電動機驅(qū)動車輛。與中混合動力系統(tǒng)相比，完全混合動力系統(tǒng)的混合度更高，節(jié)油率40%以上。1.2.1.1插電式混合動力插電式混合動力汽車（Plug-inHybridVehicle，簡稱PHV），簡單說就是介于電動車與燃油車兩者之間的一種車，既有傳統(tǒng)汽車的發(fā)動機、變速箱、傳動系統(tǒng)、油路、油箱，也有電動車的電池、電機、控制電路。而且電池容量比較大，有充電接口，因此節(jié)油率可達70%與非插電的混合動力汽車相比，插電混合動力汽車電池容量更大，可以支持行駛的里程更長。如果擁有較好的充電條件，插電混合動力汽車不用加油就可滿足日常出行，當做純電動車使用，具有電動車的優(yōu)點。與純電動車相比，插電混合動力汽車電池容量要小很多，但是帶有傳統(tǒng)燃油車的發(fā)動機，變速箱，傳動系統(tǒng)，油路、油箱。在無法充電的時候，只要有加油站就可以一直行駛下去，行駛里程不受充電條件的制約，又具有燃油車的優(yōu)勢。表1-3不同方式混合動力汽車對比方式優(yōu)點缺點增程式不用變速箱，成本略有降低；通過控制系統(tǒng)優(yōu)化可以讓發(fā)動機一直工作在最佳轉(zhuǎn)速，即使在充電不便時，市內(nèi)堵車路況下油耗也比較低，發(fā)動機噪音也可以控制的非常小。由于發(fā)動機和發(fā)電機并不直接驅(qū)動車輪，造成了這部分功率的浪費；高速路況下，如果發(fā)動機直接驅(qū)動車輪，可以一直工作在最佳工作模式，而增程式插電混合動力多了一個轉(zhuǎn)換過程，轉(zhuǎn)換本身要消耗能量，造成油耗反而偏高。并聯(lián)式電動機、發(fā)動機共同驅(qū)動車輪，沒有功率浪費的問題；在傳統(tǒng)燃油車基礎(chǔ)上改動較小，成本也比較低。發(fā)動機不能保證一直在最佳轉(zhuǎn)速下工作，油耗比較高?；炻?lián)式具有增程式和并聯(lián)式的優(yōu)點：增程模式下，發(fā)動機可以一直控制在最佳轉(zhuǎn)速，油耗低，噪音小，振動小；在并聯(lián)模式下，兩臺電機，一臺發(fā)動機可以一起工作，三者功率加起來具有非常好的起步和加速性能，是一種比較完美的組合。成本要高于其他類型的插電混合動力，車的總重量也會大一些數(shù)據(jù)來源：美國國家公路安全委員會增程式（SeriesHybridVehicle）增程式電動車內(nèi)只有一套電力驅(qū)動系統(tǒng)，包括電機、控制電路、電池，由電動機直接驅(qū)動車輪，發(fā)動機則用來于驅(qū)動發(fā)電機給電池進行充電。因為發(fā)動機并不直接驅(qū)動車輪，因此也不需要變速箱，相當于在普通的電動車上裝載了一臺汽油/柴油發(fā)電機。主要代表車型為寶馬i3（可選裝增程模塊），雪佛蘭沃藍達（有隱藏的直接驅(qū)動模式），F(xiàn)isker卡瑪和奧迪A1e-tron。圖1-2增程式電動車數(shù)據(jù)來源：中國汽車工業(yè)協(xié)會并聯(lián)式（ParallelHybridVehicle）并聯(lián)式插電混合動力車內(nèi)有兩套驅(qū)動系統(tǒng)，大多是在傳統(tǒng)燃油車的基礎(chǔ)上增加電動機、電池、電控而成，電動機與發(fā)動機共同驅(qū)動車輪。車內(nèi)只有一臺電機，驅(qū)動車輪的時候充當電動機，不驅(qū)動車輪給電池充電的時候充當發(fā)電機。主要代表車型為奔馳S500插電版、比亞迪秦。圖1-3并聯(lián)式插電式混合動力車數(shù)據(jù)來源：中國汽車工業(yè)協(xié)會混聯(lián)式（SplitHybridElectricVehicle）混聯(lián)式插電混合動力與并聯(lián)式插電混合動力一樣，也有兩套驅(qū)動系統(tǒng)，但不同的是，混聯(lián)式有兩個電機。一個電動機僅用于直接驅(qū)動車輪，還有一個電機具有雙重角色：當需要極限性能的時候，充當電動機直接驅(qū)動車輪，整車功率就是發(fā)動機、兩個電機的功率之和；當電力不足的時候，就充當發(fā)電機，給電池充電。圖1-4混聯(lián)式插電式混合動力車數(shù)據(jù)來源：中國汽車工業(yè)協(xié)會1.2.2純電動汽車純電動汽車是指僅由電力驅(qū)動的車型。電動汽車主要由底盤、車身、蓄電池、電動機、控制器和輔助設(shè)施蓄電池六部分組成，工作原理可以簡要的表達為：蓄電池→電流→電力調(diào)節(jié)器→電動機→動力傳動系統(tǒng)→驅(qū)動汽車行駛。電力驅(qū)動及控制系統(tǒng)是電動汽車的核心，也是區(qū)別于內(nèi)燃機汽車的最大不同點。電力驅(qū)動及控制系統(tǒng)由電源、驅(qū)動電動機和電動機的調(diào)速控制裝置等組成。圖1-5純電動汽車原理圖數(shù)據(jù)來源：中國汽車工業(yè)協(xié)會對于電動車來說，性能、成本、用戶體驗?zāi)芊駢旱箖?nèi)燃機汽車，關(guān)鍵在于動力電池。鋰電池的歷史可以追溯到70年代，是目前應(yīng)用最廣泛的電池。正極材料是鋰離子電池中最為關(guān)鍵的原材料，直接決定了電池的安全性能和電池能否大型化，常用的正極材料主要有鈷酸鋰、錳酸鋰、三元材料（特斯拉）和磷酸鐵鋰（比亞迪）四種。1.2.3燃料電池汽車燃料電池汽車和普通電動汽車有基本一致的電力驅(qū)動構(gòu)造。它們之間的主要區(qū)別在于，燃料電池汽車的電池是一個小型發(fā)電設(shè)備—依靠氫和某種氧化物的化學反應(yīng)產(chǎn)生驅(qū)動電能，而無需從電網(wǎng)充電。相較于傳統(tǒng)電動車，燃料電池車可以改善傳統(tǒng)電池過重、電能容量不足及長時間充電的缺點，行駛里程更長，燃料電池的發(fā)電過程可視為水電解的逆反應(yīng)，發(fā)電過程中只有水份的排放，因而是清潔的動力能源。相對于其他電池，氫燃料電池最大的優(yōu)勢是能量密度極高，實驗室可以做到3千瓦時每公斤，比其他類型的電池都高很多。用于汽車可以以更小的體積和重量，提供更長時間的續(xù)航。但是，氫燃料電池也存在問題：1）價格，氫燃料電池的核心零件是質(zhì)子交換膜和鉑催化劑，都是非常昂貴的材料，目前的價格是150萬到200萬人民幣，遠遠高于燃油車和鋰電池的電動車；2）燃料的來源和儲存，氫燃料電池需要氫氣，氫氣本身并沒有產(chǎn)業(yè)鏈支撐，制造，運輸，儲存，加注都極不方便，成本又很高，危險還很大，相比燃油車和鋰電池車成熟度太低。1.3新能源汽車產(chǎn)業(yè)鏈分析傳統(tǒng)汽車產(chǎn)業(yè)鏈主要包括四個方面：產(chǎn)品的技術(shù)，主要是指產(chǎn)品的工程開發(fā)；零部件的采購；汽車制造廠商；銷售和服務(wù)。據(jù)統(tǒng)計，在整個汽車產(chǎn)業(yè)鏈上共有100多個相關(guān)產(chǎn)業(yè)：上游主要涉及鋼鐵、機械、橡膠、石化、電子、紡織等行業(yè)；下游則涉及保險、金融、銷售、維修、加油站、餐飲、旅館等行業(yè)；中游為整車及其零部件行業(yè)。新能源汽車在傳統(tǒng)汽車產(chǎn)業(yè)鏈的基礎(chǔ)上進行延伸，形成了一條全新的產(chǎn)業(yè)鏈條。上游主要增加了電池、電機、電控系統(tǒng)、專用自動變速器等部件，下游充電設(shè)施、電池回收等產(chǎn)業(yè)也在新能源汽車的帶動下獲得了快速發(fā)展。圖1-6新能源汽車產(chǎn)業(yè)鏈整車控制系統(tǒng)整車控制系統(tǒng)驅(qū)動電機系統(tǒng)變速箱系統(tǒng)動力電池系統(tǒng)上游廢舊電池回收終端充電設(shè)備下游混合動力汽車純電動汽車中游數(shù)據(jù)來源：CSST混合動力汽車、純電動汽車車身結(jié)構(gòu)、內(nèi)外飾、車輪等傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)上與傳統(tǒng)汽車差別不大，最主要的區(qū)別是配臵了不同的動力系統(tǒng)，由傳統(tǒng)汽車的“內(nèi)燃機+變速器”變?yōu)椤半姍C+動力電池+電控”系統(tǒng)。目前新能源汽