1.2 新能源汽車發展現狀與趨勢

全球石油資源加速遞減、大氣污染和溫室效應引發的全球變暖，已成為亟待解決的世界性難題。交通運輸領域的石油消耗量已占到世界石油總消耗量的近60%，因此各種交通工具的“節能減排”成為解決這一難題的關鍵。相關領域的科研和工程人員正致力于清潔能源和提高能源利用效率的研究。從車輛自身出發，提高車輛的能量利用效率是降低能源消耗最直接有效的方法之一。近年來，混合動力技術已廣泛應用于交通運輸領域，采用相關技術的新能源汽車大有替代傳統車輛的趨勢。

新能源汽車被認為是向可再生運輸轉變的推動者。相比傳統動力系統，混合動力系統減少，甚至避免了對石油、煤礦資源的消耗。混合動力系統的共同特性是動力系統中存在能量儲存裝置。而混合能量儲存裝置是將兩個或多個能量儲存裝置組合在一起，以使每一個能量儲存裝置都能發揮優勢。例如，動力電池和超級電容的組合方式，便可克服動力電池低比功率和超級電容低比能量的缺點，從而獲得高比能量和高比功率。混合動力系統的另一個重要特性是具有回收制動能量的能力。制動時，混合動力系統將車輛的動能或勢能轉換為電能，并存儲到儲能裝置中。通過優化能量管理策略，可以在保證車輛性能的情況下盡可能多地回收制動能量，進而提高能量利用率。目前，混合動力技術在新能源汽車領域應用越來越多，也越來越成熟。

1.2.1 新能源汽車的種類

節能、低排放的新能源汽車又稱清潔能源汽車，其包括的范圍較廣，一般可分為電動汽車、氣體燃料汽車、生物燃料汽車和氫燃料汽車等。新能源汽車具有燃料利用率高、低排放或零排放等特點。新能源汽車的分類和產業鏈分別如圖1-2-1和圖1-2-2所示。

圖1-2-1 新能源汽車的分類

圖1-2-2 新能源汽車產業鏈

（1）電動汽車

電動汽車包括純電動汽車、混合動力汽車和燃料電池電動汽車。純電動汽車指以動力電池為儲能單元，以電動機為驅動系統的汽車。圖1-2-3所示為一款新概念純電動汽車。混合動力汽車指同時裝備兩種動力源——熱動力源（由傳統的汽油機或柴油機產生）與電動力源（動力電池與電動機）的汽車。燃料電池電動汽車指以燃料電池作為電源的電動汽車。

（2）氣體燃料汽車

氣體燃料汽車指以可燃氣體作為能源的汽車。根據可燃氣體的形態不同，可分為3種：

圖1-2-3 新概念純電動汽車

壓縮天然氣（Compressed Natural Gas，CNG），主要成分為甲烷。

液化天然氣（Liquefied Natural Gas，LNG），甲烷經深度冷卻液化。

液化石油氣（Liquefied Petroleum Gas，LPG），主要成分是丙烷和丁烷的混合物。

氣體燃料汽車一般分3種，即專用氣體燃料汽車、兩用燃料汽車和雙燃料汽車。

專用氣體燃料汽車是以液化石油氣、天然氣或煤氣等氣體為發動機燃料的汽車，如天然氣汽車、液化石油氣汽車等，這種汽車可以充分發揮天然氣理化性能特點，價格低、污染少，是最清潔的汽車。

兩用燃料汽車具有兩套相對獨立的供給系統，一套供給天然氣或液化石油氣，另一套供給天然氣或液化石油氣之外的燃料，兩套燃料供給系統可分別但不可共同向氣缸供給燃料，如汽油/壓縮天然氣兩用燃料汽車、汽油/液化石油氣兩用燃料汽車等。

雙燃料汽車具有兩套燃料供給系統，一套供給天然氣或液化石油氣，另一套供給天然氣或液化石油氣之外的燃料，兩套燃料供給系統按預定的配比向氣缸供給燃料，在氣缸混合燃燒，如柴油-壓縮天然氣雙燃料汽車、柴油-液化石油氣雙燃料汽車等。

（3）生物燃料汽車

生物燃料汽車指使用燃用生物燃料或燃用摻有生物燃料的燃油的汽車。與傳統汽車相比，生物燃料汽車結構上無重大改動，但排放總體較低，如乙醇燃料汽車和生物柴油汽車等。

（4）氫燃料汽車

氫燃料汽車指以氫為主要能量的汽車。一般汽車使用汽油或柴油作為內燃機燃料，而氫燃料汽車則使用氣體氫作為內燃機的燃料。

氫內燃機在汽車上的應用方式有以下3種：

1）純氫內燃機。純氫內燃機只產生NO_x排放，但中、高負荷時存在爆燃問題，且NO_x生成量遠大于汽油機，發動機功率受限且氫氣消耗量大，續駛里程短，這些問題均需要進一步研究解決。

2）氫/汽油兩用燃料內燃機。可根據燃料的存儲狀況靈活選擇汽油和氫進入純汽油或純氫內燃機模式。

3）氫-汽油雙燃料內燃機。它可將少量氫氣作為汽油添加劑混入空氣中，氫氣擴散速率大，能促進汽油的蒸發、霧化和與空氣的混合。氫燃燒過程中產生活性自由基，能使汽油火焰傳播速度明顯加快，得到較高的熱效率，并產生較低的排放。

除以上種類外，新能源汽車還包括利用太陽能、核能等其他能量形式的汽車。

1.2.1.1 純電動汽車

純電動汽車指完全由動力電池提供動力，用電動機驅動車輪的電動汽車，目前主要采用鎳氫電池和鋰電池作為儲能部件。雖然純電動汽車已有130多年的悠久歷史，但由于多數蓄電池普遍存在價格高、壽命短、外形尺寸和重量大、充電時間長等嚴重缺點，一直僅限于某些特定范圍的應用，市場較小。純電動汽車在中、美、日、歐等國家和地區已得到商業化推廣，目前世界上有近5萬輛純電動汽車在運行，主要應用在市政用車、公交車、公務用車和私人用車等領域。純電動汽車的技術攻關重點集中在提高蓄電池性能、降低成本方面。純電動汽車的優點如下：

1）無內燃機汽車工作時產生的廢氣，不產生排氣污染，電動機的運轉噪聲也較內燃機小，同時可回收制動、下坡時的能量，能量利用效率高，對保護環境十分有益。

2）與內燃機汽車相比，純電動汽車結構簡單，運轉、傳動部件少，維修保養工作量小，能量轉換效率高。

3）只要有電力供應的地方，純電動車一般就可以通過家用電源或專業充電設備進行充電。同時，使用電力較燃油的成本更低。

4）純電動汽車可在夜間利用電網的廉價“谷電”進行充電，起到平抑電網峰谷差的作用。

純電動汽車的不足如下：

1）動力電池的性能指標還有待提升，生產一致性有待提高。

2）動力電池耐高、低溫性能差，要求的運用維護措施較多，限制了推廣應用。

3）與內燃機汽車相比價格較高，優勢不明顯。

4）很難利用現有加油站資源，基礎設施建設成本較高。

隨著高性能鋰電池性價比的不斷提升，未來5～10年內，市場可能會出現最高車速大于200km/h，續駛里程大于500km的高性能純電動汽車。

1.2.1.2 混合動力汽車

混合動力汽車指由多于一種的能量轉換器提供驅動動力的混合型電動汽車（一般為內燃機和蓄電池或超級電容）。混合動力汽車按混合方式不同，可分為串聯式混合動力汽車（SHEV）、并聯式混合動力汽車（PHEV）和混聯式混合動力汽車（SPHEV）三種；按混合度（電動機功率與內燃機功率之比）的不同，又可分為微混合、輕度混合和全混合三種；按燃料種類的不同，又可分為汽油混合動力汽車和柴油混合動力汽車兩種。目前，國內市場上混合動力汽車的主流是汽油混合動力，而國際市場上柴油混合動力車型發展也很快。

混合動力汽車最突出的優勢是燃油經濟性好，可按平均需用的功率確定內燃機的最大功率，使內燃機在油耗低、污染少的最優工況下工作，一般可比傳統燃料汽車節約燃油30%～50%，并顯著降低排放。

1.2.1.3 超級電容汽車/公交車

超級電容是利用雙電層原理的電容器。在超級電容兩極板電荷產生的電場作用下，電解液與電極間的界面上形成相反的電荷，以平衡電解液的內電場，正電荷與負電荷在兩個不同相之間的接觸面上，以正負電荷之間極短間隙排列在相反的位置上，該電荷分布層叫作雙電層，因此電容量非常大。

以超級電容作為新能源汽車（圖1-2-4）的供電電源，優點是充電時間短、功率密度大、容量大、使用壽命長、免維護、無記憶、環保程度高等，目前其運營成本僅為柴油車的1/3左右。但其缺陷是功率輸出隨行駛里程加長而衰減，只適合短程運行。因此，超級電容大部分用于公共交通領域，或作為純電動汽車或燃料電池汽車的輔助電力系統。超級電容汽車的超級電容一般安裝在底盤上，車輛進站后的上下客間隙，車頂充電設備自動升起，搭到充電站的電纜上，通過200～400A的充電電流完成充電，充電時間一般為20～30s。

圖1-2-4 超級電容公共汽車

1.2.1.4 燃料電池汽車

燃料電池汽車指以氫氣等為燃料，通過化學反應產生電流，依靠電動機驅動的汽車。其蓄電池的能量是通過氫氣和氧氣的化學反應獲得的，無需經過燃燒，因此能量轉化效率比內燃機要高2～3倍。燃料電池的化學反應過程不會產生有害產物且噪聲低，因此燃料電池汽車也屬于無污染汽車。從能源利用和環境保護方面看，燃料電池汽車是一種理想車輛，代表著清潔汽車未來的發展方向，戰略意義十分重大。

1.2.1.5 氣體燃料汽車

氣體燃料汽車包括天然氣汽車和液化石油氣汽車。

（1）天然氣汽車

天然氣汽車指以天然氣作為燃料的汽車。按照所使用天然氣燃料狀態的不同，天然氣汽車可分為壓縮天然氣汽車（CNGV）和液化天然氣汽車（LNGV）。

液化天然氣指常壓下、溫度為-162℃的液體天然氣，儲存于車載絕熱氣瓶中。液化天然氣燃點高、安全性能強，適于長途運輸和儲存。

壓縮天然氣指壓縮到20.7～24.8MPa的天然氣，儲存在車載高壓氣瓶中。它是一種無色透明、無味、高熱量、比空氣輕的氣體，主要成分是甲烷，由于組分簡單，易于完全燃燒，加上燃料抗爆性好、不稀釋潤滑油，能夠延長發動機的使用壽命。目前世界上使用較多的是壓縮天然氣汽車。

與同功率的傳統燃油汽車相比，天然氣汽車尾氣中的碳氫（HC）排放量可減少90%，一氧化碳（CO）可減少約80%，二氧化碳（CO₂）可減少約15%，氮氧化物（NO_x）可下降40%，且沒有含鉛物質排出。在節能減排方面，天然氣汽車的優勢不言而喻。因此，大力推廣天然氣汽車，對于減少城市大氣污染、改善空氣質量、美化城市環境、提高居民生活水平作用重大。到2020年，預計全球將有6500萬輛天然氣汽車，占全球汽車保有量的8%。

天然氣汽車與普通燃油汽車相比，在結構上主要增加了天然氣供給系統。天然氣供給系統由儲氣部件、供氣部件、控制部件和燃料轉換部件組成。天然氣汽車具有低污染、低成本、安全性高的特點，但動力性能較差，不易攜帶，而且一旦大規模投入使用，就必須建立相應的加氣站及為加氣站輸送天然氣的管道，涉及城市建設規劃、經費投入和環境安全等諸多因素，成本很高。

國內外已投入市場的天然氣汽車有梅賽德斯-奔馳B170NGT（圖1-2-5），通用CAPTⅣA，以及東風雪鐵龍推出的新愛麗舍天然氣雙燃料汽車（圖1-2-6）等。

圖1-2-5 梅賽德斯-奔馳B170NGT

圖1-2-6 新愛麗舍天然氣雙燃料汽車

隨著材料技術及電子技術的不斷發展，天然氣的優勢會進一步突顯。從長遠看，天然氣將會成為最有前途的車用“低污染燃料”。我國天然氣資源豐富，天然氣汽車技術發展較快，在天然氣資源豐富的地區，天然氣汽車比較普及。因此，發展天然氣汽車對解決環境問題和能源問題都具有十分重大的現實意義。

（2）液化石油氣汽車

以液化石油氣為燃料的汽車稱為液化石油氣汽車。液化石油氣汽車和天然氣汽車結構類似，也是增加了一套燃氣供給系統。液化石油氣汽車與燃油汽車相比，具有污染少、經濟性和安全性好等優點，逐漸受到各國的重視。為適應汽車能源變革的大趨勢，很多汽車制造商都紛紛投資開發液化石油氣汽車，并制訂出各種優惠政策，推廣使用液化石油氣汽車。

國內外已投入市場的液化石油氣汽車有澳大利亞霍頓汽車公司開發的汽油/液化石油氣雙燃料汽車，德國改裝廠AC Schnitzer推出的GP3.10 GAS POWERED液化石油氣版寶馬3系轎跑車等。

（3）氣體燃料汽車技術的優缺點

氣體燃料汽車的主要技術包括：

1）燃料的隨車攜儲容器（鋁基復合材料、碳纖維玻璃鋼材料，重量為鋼瓶的30%～50%），儲運、加氣站的設備與技術。

2）燃料供給系統與混合燃燒技術。

3）燃氣噴射系統及閉環控制技術。

4）內燃機上廣泛采用電控噴射技術、增壓中冷技術、四氣門技術、稀薄燃燒技術等，以減少功率損失（不大于10%）。

氣體燃料汽車的優勢：

1）壓縮天然氣（CNG）是天然氣經20MPa的壓力壓縮而成的，是車用天然氣燃料的主要儲存方式。

2）CNG化學性質較穩定，辛烷值高，抗爆性能好。

3）自燃溫度為680～750℃，遠高于汽油的自燃溫度（260～370℃），安全性較好。

4）減排效果較好，如CNG汽車的CO排放量比汽油車減少80%左右，HC排放減少90%以上，NO_x減少35%以上，是目前減排效果較好的新能源汽車技術路線之一。

5）由于CNG的理化特性同汽油較接近，使用時不需要對原發動機做很大改動，即可轉換成CNG汽油雙燃料汽車。但其系統壓力較大，對儲氣罐及管路閥門等的要求很高。

氣體燃料汽車的缺點：

1）氣瓶較重、氣體燃料體積能量密度低（如20MPa壓力下的CNG僅為汽油的30%左右），因此行駛里程較短，加速性能和動力性能較汽油車弱。

2）燃氣供應容易受到其他用氣領域的影響，一旦燃氣總供求格局發生變化，將極大影響燃氣汽車的使用和原料來源。

3）加氣站和供應網絡建設必須先行，且密度和覆蓋率要求高于汽柴油加油站。此外，加氣站投資規模較大，進口關鍵設備，如高性能天然氣壓縮機、脫硫及深度脫水裝置等價格昂貴，商業模式不成熟。

1.2.1.6 生物燃料汽車

生物燃料汽車是以生物燃料為能源的汽車。生物燃料又稱生態燃料，泛指從植物提取的、適用于內燃機的燃料，主要包括甲醇、乙醇、二甲醚和乙基叔丁基醚等。

（1）甲醇燃料汽車

甲醇燃料汽車指利用甲醇燃料作為能源的汽車。甲醇作為燃料在汽車上的應用主要有摻燒和純甲醇替代兩種。摻燒指將甲醇以不同的比例（如M10、M15、M30等）摻入汽油中，作為發動機的燃料，一般稱為甲醇汽油。純甲醇替代指將高比例甲醇（如M85、M100）直接用作汽車燃料。

甲醇汽油通常按甲醇含量分為低醇、中醇和高醇3類：

1）低醇汽油。甲醇溶于汽油，按歐盟相關規定，可與汽油通用，甲醇可不標明。當甲醇含量超過3%時，應標明甲醇含量。由于甲醇在汽油中的溶解性與溫度、含水量及基礎汽油組成有關，為保證全溶，要適當添加助溶劑。

2）中醇汽油。甲醇含量高，必需添加助溶劑。在我國，使用低醇與中醇汽油時，發動機完全不用改型，可與汽油通用。

3）高醇汽油。除甲醇-汽油萬能車外，發動機必須改動，需充分提高壓縮比，以發揮甲醇的優點，降低甲醇消耗量，與汽油不能通用。

甲醇的特點如下：

1）原料來源廣泛，可利天然氣、劣質煤、焦炭、重油和木柴等原料制取，大型化技術完善，在油價高時競爭力較強。

2）可在汽油中以不同比例摻用，加油比充天然氣更方便。

3）辛烷值高，可作為抗爆添加劑，因此甲醇汽車的動力性能與燃油汽車相差不多。

4）運行中尾氣排放少，PM和NO_x較汽油、柴油機均大幅下降。目前，福特和豐田等公司已成功開發甲醇100%到汽油100%可自由切換的靈活燃料汽車，并開始推廣。

5）生產工藝簡單、設備少、運輸方便。

甲醇汽車是我國新能源汽車戰略中的重要組成部分，屬于醇醚類汽車的代表，甲醇燃料已被確定為今后20～30年的過渡性車用替代燃料。

國內已投入市場的生物燃料汽車有安凱公司的HFF6104GK39汽油/甲醇雙燃料城市公交車（圖1-2-7），上海華普汽車有限公司的海鋒甲醇動力汽車（圖1-2-8）等。但由于欠缺規范性，摻燒甲醇比例不規范也帶來了一些負面效果。國家應加大投入，提高支持力度，規范生產標準，甲醇汽油國家標準一旦頒布，應能快速推動醇醚類汽車的發展。

圖1-2-7 HFF6104GK39汽油/甲醇雙燃料城市公交車

圖1-2-8 海鋒甲醇動力汽車

（2）乙醇燃料汽車

乙醇汽車是以車用乙醇汽油作為主要燃料的汽車，俗稱酒精汽車。燃料乙醇與一般的商品乙醇不同，它以玉米、小麥、薯類、高粱、甘蔗和甜菜等為原料，經發酵、蒸餾、脫水后，再添加變性劑變性的乙醇。車用乙醇汽油是把變性的燃料乙醇和組分汽油按一定比例混配形成的汽車燃料。

乙醇汽車的燃料應用方式有4種：

1）摻燒方式。即乙醇和汽油摻合應用，不需對內燃機及汽車主要部件進行較大技術改動，目前是乙醇汽車推廣應用的主要方式。

2）純燒方式。即將乙醇作為車用主要燃料（E85以上）。

3）變性燃料乙醇。指乙醇脫水后，再添加變性劑生成的乙醇，變性燃料乙醇汽車目前處于試驗應用階段。

4）靈活燃料。指既可使用汽油，又可使用乙醇、甲醇等與汽油比例混合的燃料，還可用氫氣，并隨時可以切換。

目前除摻燒方式外，其他三種仍處于試驗階段。按照我國2001年發布的標準，車用乙醇汽油是用90%的組分汽油與10%的燃料乙醇調和而成的。車用乙醇汽油的牌號可分為89號、92號和95號三個，與GB 17930—2016《車用汽油》的牌號相同。

汽車使用車用乙醇汽油，油耗變化不大，動力性能也基本不變，但尾氣排放有較大改善：CO排放量下降30%以上，HC排放量下降10%以上。

我國從2003年開始已經停用以糧食為原料的乙醇項目。

（3）二甲醚燃料汽車

二甲醚作為環保、清潔、安全的新型替代能源，已經得到國際社會的認可。二甲醚（DME）是一種儲運較方便且污染小，可用于壓燃式發動機的新燃料，其主要成分是丙烷和丁烷，燃燒時幾乎不產生炭煙，顆粒排放也很低。它允許使用較高的廢氣再循環率（EGR），這可使NO_x排放大幅度降低。其原料廣泛，可用煤、石油、天然氣和生物制取。

對柴油機來說，燃料的自燃溫度和低溫流動性最為重要，二甲醚的自燃溫度比柴油低15℃，可在氣缸內迅速與空氣混合，滯燃期短，有利于發動機的冷起動，且可減少預混合燃燒量。二甲醚的汽化潛熱大，約是柴油的兩倍，其蒸發能降低混合氣溫度，進一步降低NO_x排放。因此，二甲醚是汽車發動機，特別是柴油發動機的理想替代燃料。

由于二甲醚具有低沸點、高飽和蒸氣壓、低黏性、優良的壓縮性、高十六烷值、含氧34.8%、較低熱值等特點，燃用二甲醚的汽車可滿足美國ULEV和歐Ⅲ排放法規。近年來，很多國家都十分看好二甲醚燃料汽車的市場前景和環保效益，紛紛開展了二甲醚燃料發動機與汽車的研發。在歐洲，沃爾沃公司研制出燃用二甲醚燃料的大客車樣車用于示范；在日本，JFE、產業技術綜合研究所、COOP低公害車開發會社、交通公害研究所、五十鈴汽車公司和伊藤忠會社等，分別研制出多輛燃用二甲醚燃料的貨車樣車和城市客車樣車，并計劃在3～5年內小規模推廣。

我國的相關研發工作與上述國家基本同步。2005年4月，在國家科技攻關項目支持下，上海交大與上汽集團、上海柴油機股份有限公司、上海華誼集團合作，成功開發出具有完全自主知識產權的D6114二甲醚燃料發動機和二甲醚城市客車。

然而，二甲醚汽車也存在一些不足。由于二甲醚黏度比柴油低，用于一般柴油機燃油系統時易泄漏，并惡化滑動部件的潤滑效果，容易引起磨損。同時，其可壓縮性隨溫度變化大，易導致循環供料量波動。目前的解決方法是加入適量的有助于增加黏度的添加劑，以保證準確的每循環噴射量。此外，二甲醚雖無腐蝕性，但會與彈性體材料發生反應，導致密封件損壞。此外，目前尚未解決批量合成技術及成本較高的難題。

1.2.1.7 太陽能汽車

太陽能汽車是利用太陽能電池將太陽能轉換為電能驅動行駛的汽車。汽車行業多利用光伏發電技術，將太陽能轉化為電能驅動汽車。目前以單晶硅電池為主，預計2020年可實現晶體硅電池和薄膜電池共同應用的格局，之后再進一步發展到多層復合砷化鎵太陽能電池。當前我國太陽能光伏利用還處在初級階段，電池成本較高，尚未突破汽車應用的關鍵技術。

按太陽總輻射量空間分布，可分為最豐富區、很豐富區、豐富區和一般地帶4類地區。我國屬于上述一、二、三類地區的國土面積占國土總面積96%以上，太陽能資源總量可達1.7萬億t標準煤，發電可利用量達22億kW，預計成本1kW·h為2.6～4.1元。圖1-2-9所示為一款新概念太陽能汽車。

圖1-2-9 太陽能汽車

太陽能汽車主要由太陽能電池組、自動陽光跟蹤系統、驅動系統、控制器和機械系統等組成。

（1）太陽能電池組

太陽能電池組是太陽能汽車的核心，由一定數量的單體電池串聯或并聯組成電池方陣。太陽能單體電池由半導體材料制成，當太陽光照射在半導體材料上時，半導體的電子-空穴對被激發，形成勢壘，即P-N結。由于勢壘的存在，在P型層產生的電子向N型層移動而帶正電，在N型層產生的空穴向P型層移動而帶負電，于是在半導體元件的兩端產生P型層為正的電壓，即形成了太陽能電池。

太陽能電池的電流強度與太陽光照射強度和太陽能電池面積成正比。車用太陽能電池將很多太陽能電池排列組合成太陽能電池板，以產生所需要的大電流和高電壓。

（2）向日自動跟蹤器

太陽能電池能量的多少取決于太陽能電池板接收太陽輻射能量的多少，由于相對位置的不斷變化，太陽電池板接收的太陽輻射能量也在不斷變化。向日跟蹤器的作用就是保持太陽電池板正對著太陽，最大限度地提高太陽能電池板接收太陽輻射能的能力。

（3）控制器

控制器主要對太陽能電池組進行管理并對電動機進行控制，其作用與純電動汽車控制系統相同。

（4）驅動系統

太陽能汽車采用的驅動電動機主要有交流異步電動機、永磁電動機、直流電動機等，其驅動系統與純電動汽車基本相同。

（5）機械系統

機械系統主要包括車身系統、底盤系統和操縱系統等。車身系統應滿足汽車的安全和外形尺寸要求。一般來說，太陽能汽車的外形設計要使行駛過程中的風阻盡量小，同時又要使太陽能電池板的面積盡量大。太陽能汽車要求底盤的強度和安全性達到最大，而且重量盡量輕。

太陽能汽車由太陽能電池板在向日自動跟蹤器的控制下始終正對太陽，接收太陽光，并將其轉換成電能，向電動機供電，再由電動機驅動汽車行駛，它實際上是一種電動汽車。

太陽能電池的能量較低，而且受天氣的影響，在陰天、下雨時，其轉換效率會降低，因此太陽能電池往往與蓄電池組共同組成太陽能混合動力系統。當光照強烈，電能充足時，由太陽能電池板將太陽能轉換為電能后，通過充電器向蓄電池組充電，也可由太陽能電池板直接提供電能，通過電流變換器將電流輸送到驅動電動機，驅動汽車行駛，其驅動模式相當于串聯式混合動力汽車（SHEV）。一般采用智能控制系統來控制其運行。當光照較弱或陰天時，則靠蓄電池組對外供電。

太陽能汽車的特點如下：

1）節約能源。太陽的能量取之不盡、用之不竭，節能效果顯著。

2）能源利用率高。太陽能汽車很少通過齒輪機構傳遞能量，可防止能量損耗，同時驅動電動機的能量利用率又非常高（可達98%），遠高于內燃機汽車（一般為30%左右）。

3）減少環境污染。太陽能汽車不產生廢氣。

4）靈活、操控性好。與傳統汽車不同，太陽能汽車由電池板、儲電器和電動機組成，只要控制流入電動機的電流就可解決控制問題，全車主要有3個技術環節：將太陽光轉化為電能、將電能儲存起來、將電能最大程度地應用到動力上。

太陽能汽車代表了汽車發展的新水平，因此被人們稱為“未來汽車”。但是，由于造價昂貴、動力受太陽照射時間限制及承載能力差等特點而無法普及。據有關專家推測，太陽能汽車走入現實生活，至少還需要30～50年時間。

1.2.1.8 空氣動力汽車

空氣動力汽車以空氣作為能量載體，使用空氣壓縮機將空氣壓縮到30MPa以上，然后儲存在儲氣罐中。需要起動汽車時，將壓縮空氣釋放出來驅動氣動馬達。2002年在巴黎舉行的國際汽車展上，展出了世界第一款使用高壓空氣驅動發動機的小型汽車cityCAT（圖1-2-10）。空氣動力汽車的主要部件包括儲氣罐、倍增器、氣體發生器、氣動馬達、單向閥、安全閥（附溫度傳感器和壓力傳感器）、分壓閥和控制儀表等。

2010年，法國MDI公司在日內瓦國際車展上展示了一輛空氣動力汽車Airpod（圖1-2-11），這是一款只能在城市行駛的汽車，采用壓縮空氣驅動，行駛過程完全實現零排放、零污染。車速低于35mile/h（1mile=1.61km）時，這種空氣動力汽車完全依賴氣罐工作，只排放出冷空氣。車速增高時，一個小型常規燃料發動機會開始工作，加熱氣罐內的空氣，使其加速釋放，從而獲得更高的速度。該車的續駛里程能達到20mile（32.19km），發動機起動后能再行駛數百英里，最高車速達96mile/h。

圖1-2-10 cityCAT空氣動力汽車

圖1-2-11 Airpod空氣動力汽車

2011年，零排放汽車公司（ZPM）將空氣動力汽車投放美國市場，這種汽車通過壓縮空氣和一個小型常規發動機驅動，單車售價1.8萬～2萬美元，燃料效能達到100km/gal（1gal=3.79L），在低速行駛時可實現零排放。

空氣動力汽車的優點是排放少、維護少，缺點是需要電源，空氣壓力（能量輸出）隨行駛里程增長而衰減，高壓氣體存在安全隱患。部分人認為，由于壓縮空氣本身就是高耗能，而空氣壓縮機本身是轉換電能效率最低的機器之一，不如直接使用電能。因此，從能源利用角度看，空氣動力汽車的產業化意義不大。

1.2.2 國內新能源汽車發展現狀

我國新能源汽車的發展是政府主導推動、市場驅動優化，政府提供863計劃等科研項目，由科研機構和企業承擔，初步形成了一個以政府、企業、研究機構、大學等共同參與的技術研發系統。日本、美國和歐洲的經驗表明，建立政府、企業和研究機構（包括大學和研究所）等共同參與的技術研發體系，可賦予新能源汽車技術創新和產業發展以較高的效率。

近年來，我國自主研制的純電動、混合動力和燃料電池三類新能源汽車整車產品相繼問世，混合動力和純電動客車實現了規模示范，純電動汽車實現批量出口，燃料電池汽車研發進入世界先進行列。我國新能源汽車技術研發取得重大進展，基本掌握了電動汽車的核心技術，建立了具有自主知識產權的新能源汽車技術平臺，構成了比較完整的關鍵零部件體系，部分汽車企業相繼開發出具有自主知識產權的新能源汽車產品，實現了整車小批量生產能力和局部的商業化示范運行能力。

在國家密集出臺扶持政策的基礎上，我國新能源汽車呈現出加速發展的態勢。國產新能源汽車如雨后春筍般涌現，如長安CV9混合動力汽車（圖1-2-12）、杰勛混合動力汽車、奇瑞A5混合動力汽車、東方之子燃料電池汽車（圖1-2-13）、海馬H12電動汽車、華普海域甲醇動力汽車（圖1-2-14）、吉利海尚混合動力汽車（圖1-2-15）等。

圖1-2-12 CV9混合動力汽車

圖1-2-13 東方之子燃料電池汽車

圖1-2-14 華普海域甲醇汽車

圖1-2-15 海尚混合動力汽車

截至目前，我國新能源汽車試驗示范已有十余年的歷史，積累了很多有用的數據，同時也為產業化發展積累了經驗。由于關鍵零部件核心技術仍需突破，新能源汽車產業化仍然面臨諸多障礙。在新能源汽車領域，培育自主開發能力和創建自主品牌的難度相對于傳統汽車領域要低很多。如果我國汽車產業能抓住新能源汽車的發展機遇，在產業化發展上實現突破，則完全有可能實現汽車產業的跨越式發展，提高我國汽車產業的整體競爭力。

我國主要汽車企業的新能源汽車產品及技術能力見表1-2-1。

表1-2-1 我國主要汽車企業的新能源汽車產品及技術能力

（續）

2016年底，國務院印發《“十三五”國家戰略性新興產業發展規劃》，提出發展新能源汽車（尤其是動力電池、燃料電池）、汽車輕量化、智能駕駛等領域。本次十三五規劃是在十二五的宏觀大目標下的細化和延伸。其中，汽車產業方面主要對新能源汽車做了更加細致的規劃，同時涉及到智能駕駛、輕量化等技術領域。新能源汽車規劃主要做了三方面工作：①十二五規劃已有領域做重點突出；②十二五規劃中未涉及內容的補充；③各細分領域2020年的目標。其中，燃料電池汽車與電動汽車、動力電池并列，提及力度加大。新能源積分作為新增項目首度在十三五規劃中被提及。同時，十三五規劃對新能源汽車的各細分領域做出了2020年的階段目標規劃。其中，計劃到2020年新能源汽車產銷200萬輛以上，相較2015年33萬輛的產銷量，年均復合增長率達43%。燃料電池汽車計劃到2020年實現批量生產。動力電池計劃到2020年技術水平與國際同步，與工信部發布的《汽車動力電池行業規范條件》中“鋰離子動力電池單體企業年產能力不低于80億W·h，系統企業年產能力不低于80000套或40億W·h”形成組合拳，在準入門檻提高的背景下，動力電池行業資源或將向龍頭企業靠攏。

“十三五”新興產業規劃提出，在新能源汽車領域，將從六個方面重點發力：

①實現新能源汽車規模應用。

②全面提升電動汽車整車品質與性能。

③建設具有全球競爭力的動力電池產業鏈。

④完善動力電池研發體系，加快動力電池創新中心建設，突破高安全性、長壽命、高能量密度鋰電池等技術瓶頸。

⑤系統推進燃料電池汽車研發與產業化。

⑥加速構建規范便捷的基礎設施體系。

1.2.3 汽車行業節能減排技術研究現狀

1.2.3.1 替代能源與提效節油減排技術

在第17屆世界石油大會上，歐盟提出了常規汽、柴油燃料與替代燃料排放溫室氣體CO₂的比較，見表1-2-2。甲醇和二甲醚是開發中的清潔燃料，甲醇相對分子質量為32，含氧量為50%，所要求的空燃比低，只有6.4（汽油為14.8），其空燃混合氣的熱值與汽油的熱值很接近（2656/2786）。二甲醚相對分子質量為46，含氧量為35%，空燃比為9，其空燃混合氣的熱值比柴油的熱值高（3067/2911）。甲醇的辛烷值高達110左右，抗爆性好，二甲醚的十六烷值為60（比一般柴油高很多），這都能提高發動機的動力性能，降低排放和能耗。甲醇和二甲醚燃料的性質和燃燒性能也決定了它們比汽、柴油燃料更加清潔，排放指標優于汽、柴油。各種汽車燃料的常規和非常規排放量比較見表1-2-3和表1-2-4。

由表1-2-4可知，在無凈化器情況下，二甲醚燃料的常規排放量基本可達歐Ⅲ標準，甲醇基本可達歐Ⅱ標準。而汽油中少量殘留硫化物對尾氣催化器有毒化作用，使催化劑壽命縮短。國際能源機構、美國甲醇研究院等對各種汽車燃料非常規排放（苯、二丁烯、甲醛等）的測試表明，二甲醚燃料的非常規排放量甚微，接近于氫；甲醇燃料排放中沒有致癌度高的苯，總致癌度低。甲醇燃料的非常規排放物中會有微量未燃燒完全的甲醇存在，這是其他燃料所沒有的，但其含量不會造成污染危害，甲醛的排放量低于柴油而高于汽油。由于甲醇燃料尾氣排放物中NO_x含量已很低，催化器可暫不用三元催化劑，鉑用量可大大減少。

由此可見，即便使用甲醇摻燒汽油，也與已推行的乙醇汽油一樣，可大大改善汽車的尾氣排放，能起到一定的改善排放指標的作用。二甲醚燃料替代柴油在清潔燃料方面所起到的作用就更加明顯。

表1-2-2 常規燃料與替代燃料發動機技術的CO₂排放比較

注：1.FT柴油為費托法合成柴油，ETBE為乙基叔丁基醚，SI為點燃式發動機，FC為燃料電池，Hy-DI為柴油-電力混合車，Hy-SI為汽油-電力混合車，EPT為電力火車。（）^?指來自生物質能源。

2.混合動力汽車采用由電池組、電動機和汽油發動機等部件組成的混合動力系統，車輛在起動、加速或爬坡時，汽油發動機與電動機同時工作；車輛處在低速、滑行或怠速狀態時，則由電池組驅動電動機，而發動機則向電池組充電。這種汽車可節省汽油20%～40%。

表1-2-3 各種汽車燃料常規排放量比較 （單位：g/km）

注：數據來源為國際能源機構（IEA）等。

表1-2-4 各種汽車燃料非常規排放量比較 （單位：g/km）

注：數據來源為國際能源機構（IEA）等。

替代能源與常規能源的相對價格估算比較見表1-2-5。在歐盟，汽油、柴油稅收為最終價格的70%以上，汽油平均每升稅收大于0.7歐元，柴油大于0.4歐元。替代能源成本尚比常規汽、柴油高出許多，汽、柴油分銷費用為0.08歐元，而30MPa的壓縮氫為0.72歐元。但一些替代燃料，如液化石油氣（LPG）、壓縮天然氣（CNG）、生物柴油等已走上市場，并享受減稅優惠政策。通過比較可見，柴油、液化天然氣、乙醇和生物柴油具有較低的CO₂排放性和較好的經濟性。

表1-2-5 替代能源與常規能源的相對價格比較

注：以歐盟每升柴油當量（10kW·h）為基準。

據歐盟規劃，到2020年，歐盟替代燃料的普及替代率將達到23%，見表1-2-6。雖然生物燃料的成本目前是常規燃料的2～3倍，氫氣更高，但從發展前途看，替代燃料的生產成本會因技術的進步而逐漸降低，因環保要求的嚴格而擴大應用范圍，這是世界車用燃料發展的總趨勢。歐盟將考慮把生物燃料、天然氣和氫燃料電池作為首選的替代燃料。

表1-2-6 歐盟替代燃料的普及替代率預測

為解決長期的燃料供應問題，開發利用生物燃料是切實可行的解決方案。純的及調和的生物燃料產品已開始大量進入市場。生物燃料包括生物乙醇、生物柴油、ETBE、生物甲醇和生物二甲醚。

現代汽車從新結構的研制、新技術的應用、新材料的選擇、新能源的開發利用等方面入手，在節能方面取得了卓有成效的進展。提高汽車的驅動效率是節油減排的主要途徑。

（1）汽車輕量化設計

一般車重減輕10%，可節油8%，效果明顯。具體措施除從設計結構上改進外，還包括以塑料、鋁合金等輕型材料代替鋼鐵材料。

（2）陶瓷發動機

采用陶瓷中具有金屬韌性且高溫強度高的氮化硅、碳化硅和部分穩定性氧化鋯（PSA）等精細陶瓷制成的發動機，不僅重量比金屬發動機輕，還有活塞慣性和摩擦阻力小，缸體不需冷卻等諸多優點，可使燃燒效率提高到50%，節油率可達20%～30%。目前陶瓷發動機實用化的主要障礙是陶瓷的脆性和由此導致的低可靠性。

（3）稀薄燃燒法

通過高壓縮比送入過量空氣，不僅可使燃料充分燃燒，且在高壓下不易發生爆燃，軸端效率可達40%，已接近柴油機水平，節油效果明顯，各國都在采用。不足之處是NO_x排放量因空燃比的加大而增多，普通的三元催化劑難以治理。據此，馬自達、日產和豐田等公司都開發出適應稀薄燃燒的特殊三元催化劑，使NO_x的還原率由原來的5%提高到50%、80%和90%，從而保證NO_x大幅下降，為稀薄燃燒的推廣創造了條件。

（4）直噴燃燒法

首先用于汽油機，可節油25%～35%，其節油因素為：

①空燃比高達50，而汽油機在三元催化劑作用下的理論空燃比僅為14.7，采用稀薄燃燒后提高到22，空燃比的加大有利于完全燃燒。

②直噴發動機將空氣和燃油直接噴入氣缸內混合燃燒，在點火處混合氣較濃有利點火，此后濃度逐步下降，形成超稀薄燃燒，并可分段控制空燃比。

③大量送入空氣時進氣門的開度加大，減小了通氣阻力，也有利節能。

（5）過量給風機的高性能化

可向發動機過量送入空氣，可提高發動機動力性能并改善運行性能，有利于降低油耗和減少CO₂排放。

1.2.3.2 新能源汽車與再生制動設計

（1）制動能量回收對于新能源汽車的重要意義

有關研究表明，在存在較頻繁的制動與起動的城市工況運行條件下，有效地回收制動能量，可使電動汽車的行駛里程延長10%～30%。制動能量回收要綜合考慮車輛動力學特性、電機發電特性、超級電容與蓄電池充放電安全性、可靠性等多方面問題。

電動汽車和混合動力汽車最重要的特性之一是其顯著回收制動能量的能力。在電動汽車和混合動力汽車中，電機可被控制作為發電機運行，從而將車輛的動能或重力勢能轉化為電能并儲存在超級電容、蓄電池或飛輪等能量存儲裝置中，使能量得以再次利用。制動能量的回收對于頻繁起停的城市公交車同樣具有深遠意義。

一般而言，當電動汽車或混合動力汽車減速、在公路上放松加速踏板巡航（有相關的算法判斷）或踩下制動踏板停車時，再生制動系統啟動。正常減速時，再生制動的力矩通常保持在最大負荷狀態；電動汽車或混合動力汽車高速巡航時，其電機一般是在恒功率狀態下運行，驅動轉矩與驅動電機的轉速或車速成反比。由此可見，研究電動汽車的制動模式也是非常重要的，電動汽車制動可分為以下三種模式：

1）緊急制動。緊急制動對應于制動加速度大于2m/s²的過程。出于安全性方面的考慮，緊急制動應以機械為主，電制動同時作用。在緊急制動時，可根據初始速度的不同，由車上ABS控制提供相應的機械制動力。

2）中輕度制動。中輕度制動對應于汽車在正常工況下的制動過程，可分為減速過程與停止過程。電制動負責減速過程，停止過程由機械制動完成。兩種制動的切換點由電機發電特性確定。

3）汽車下長坡時的制動。汽車下長坡一般發生在盤山公路下緩坡時。在制動力要求不大時，可完全由電制動提供。其充電特點表現為回饋電流較小但充電時間較長。限制因素主要為蓄電池的最大可充電時間。

制動能量回收系統工作在城市工況下有較大意義，而城市工況車輛的最高車速不會太高，且緊急制動的概率較小，因此應將研究重點放在中輕度制動能量回收方向上。

一般地，恒功率下驅動電機的轉速越高，再生制動的能力就越低。當踩下制動踏板時，驅動電機通常運行在低速狀態。由于在低速時，電動汽車的動能不足以驅動電機提供能量來產生最大的制動力矩，再生制動能力也會隨車速的降低而減小。

圖1-2-16所示為電機再生制動和機械摩擦制動系統復合的制動系統，電機的再生制動力矩通常不能像傳統燃油車中的制動系統一樣提供足夠的制動減速度。因此在電動汽車中，再生制動和機械摩擦制動通常共同存在（一般當再生制動達到最大制動能力但還不能滿足制動要求時，機械摩擦制動才啟動）。

在典型的市區中，制動能量最高可達總驅動能量的25%以上。在如紐約這樣的大城市中，制動能量最高可達70%。研究表明，將1500kg車輛從100km/h車速制動到零車速，在幾十米距離內約消耗0.16kW·h的能量。如果能量消耗在僅克服阻力（滾動阻力和空氣阻力）而沒有制動的慣性滑行中，則該車將行駛約2km。可見，當車輛在市區內以停車-起動形式行駛時，顯著的能量消耗在頻繁的制動上，導致大量的燃油消耗。因此，有效的再生制動能顯著改善電動汽車和混合動力汽車的經濟性。

圖1-2-16 再生制動和機械摩擦制動

（2）制動能量回收系統的設計因素

設計制動能量回收系統時，應充分考慮以下設計因素：

1）滿足制動的安全要求，符合駕駛人的制動習慣。

2）考慮驅動電機的發電工作特性和輸出能力。

3）確保蓄電池組的安全性與可靠性。

由以上分析可得制動能量回收的約束條件：

1）根據蓄電池組溫度、放電深度的不同，蓄電池可接受的最大充電電流。

2）蓄電池可接受的最大充電時間、溫度，防止過充或失效。

3）能量回收停止時電機的轉速及與此相對應的充電電流值。

以上問題也是限制內燃機汽車應用電制動回收制動能量的一個難點。

因此，研究電制動的制動能量回收系統，要充分了解蓄電池和電機的特性，如果采用液壓或飛輪來吸收存儲制動能量，則也需要掌握其特性。

（3）新能源汽車的典型制動系統

1）串聯制動。具有最佳制動感覺的串聯制動系統由可控制的前后輪上施加制動力的制動控制器組成，其控制目標在于使制動距離趨于最小值，并優化駕駛人的感受。最短的制動距離和良好的制動感受要求施加在前后輪上的制動力遵循理想的制動力分布曲線。

施加于前輪（驅動軸）上的制動力可分為再生制動力和機械摩擦制動力兩部分。當所需制動力小于電機所能產生的最大制動力時，將只應用電再生制動。當給出的制動力指令大于可應用的再生制動力時，電機將產生最大制動轉矩。同時，剩余制動力將由機械摩擦制動系統滿足。

2）寶馬制動能量回收技術。寶馬汽車的制動能量回收系統通過在制動、滑行或減速時給蓄電池充電，改善燃油效率最多達3%，并確保發動機加速時擁有完全功率。

3）防抱死制動系統（ABS）。電機制動力（制動轉矩）的有效控制相較機械制動力控制更容易。因此，對于電動汽車和混合動力汽車，在配置有電制動裝置的制動過程中，防抱死是其固有優點，尤其是對于在4個車輪上安置有電機的車輛。圖1-2-17為典型防抱死制動系統的再生制動系統示意。

該制動系統的主要組件是制動踏板、主缸、電控制動裝置、電控三端口開關（通常模式：端口1開，端口2關，端口3開）、流體蓄能器、壓力傳感器和總控制器單元。壓力傳感器檢測流體壓力，它表征了駕駛人所期望的制動強度。流體通過電控三端口開關釋放至流體蓄能器。由此仿效了傳統制動系統的制動感受。

接收到制動壓力信號后，總控制器單元根據驅動電機特性和控制法則，給出前后輪的制動轉矩、再生制動轉矩和機械制動轉矩。電機控制器（圖1-2-17）將指令電機產生恰當的制動轉矩，而機械制動控制器則向電動制動裝置發出指令，以對每個車輪產生恰當的制動轉矩。

圖1-2-17 典型防抱死制動系統的再生制動系統示意圖

該電動制動裝置同時發揮防抱死制動系統的功能，以防止車輪完全抱死。若檢測出某個電動制動裝置失效，則相應的三端口開關將關閉端口3，開啟端口2，使流體直接釋放至車輪輪缸，產生制動轉矩。控制策略對能量回收和制動性能是有決定性意義的。

1.2.3.3 新能源汽車驅動電動機的種類與技術特點

（1）新能源汽車驅動電動機的種類與特征

用于新能源汽車的各種驅動電動機與普通工業用電動機有較大區別，通常要求能夠頻繁起停、加減速，在低速或爬坡時要求高轉矩，高速行駛時要求低轉矩，并要求變速范圍大。

新能源汽車驅動電動機在負載要求、技術性能及工作環境等方面的主要特征包括：

1）新能源汽車驅動電動機通常需要有4～5倍的過載，以滿足短時加速行駛與最大爬坡度時對驅動功率的需求。

2）新能源汽車驅動電動機的最高轉速要求達到基速的4～5倍。

3）新能源汽車驅動電動機要求有高比功率和優良的工作效率，能降低車輛自重并延長續駛里程。

4）當有多電動機協同工作時，要求新能源汽車驅動電動機可控性高、穩態精度高、動態性能好。

5）新能源汽車驅動電動機受限于汽車的容積效率，工作在高溫、惡劣天氣及較強振動等條件下。

目前，混合動力汽車常用的驅動系統有4種：直流電動機、異步電動機、永磁電動機、開關磁阻電動機。其中，永磁同步電動機具有高效、高控制精度、高轉矩、密度低等特點，通過合理設計磁路結構能獲得較高的弱磁性能，在電動汽車特別是高檔電動汽車驅動方面具有很高的應用價值，已經受到國內外電動汽車界的高度重視。

1）直流電動機。較早開發的電動汽車上多采用直流電動機，現在仍有一些電動汽車采用直流電動機驅動。

①直流電動機結構。直流電動機由轉子電樞繞組、定子勵磁繞組、機座和電刷換向裝置等部件組成。串勵式直流電動機的電樞繞組和勵磁繞組串聯，而他勵式直流電動機的勵磁繞組和電樞繞組是分開的。

②直流電動機特點。早期的直流電動機通過電阻降壓調速，這要消耗大量能量。目前多數采用直流斬波器來控制輸入電壓、電流，根據直流電動機輸出轉矩的需要，脈沖輸出和變換直流電動機需要從零到最高電壓，來控制和驅動直流電動機運轉。直流電動機的容量范圍大，可根據需要選用。其制造技術和控制技術都較成熟，驅動系統也較簡單，價格便宜。但直流電動機在結構上有電刷、換向器等易磨損件，因此存在維修保養困難、壽命較短、使用環境要求高、結構復雜、效率低、質量大及體積大、耗材多等缺點。目前新研制的電動汽車已很少采用直流電動機。

2）籠型交流異步電動機。三相籠型交流異步電動機是目前應用最廣泛的電動機，轉子無需電刷，結構簡單，其生產技術比較成熟，已經能夠大批量生產。

①籠型交流異步電動機結構。三相籠型交流異步電動機由定子和轉子兩部分組成。定子由機座和三相定子繞組組成，接電源。轉子由硅鋼片組成，內有呈籠形的互相短路的導條。

②籠型交流異步電動機工作原理。在異步電動機的定子繞組上施加三相交流電時，電動機中會產生旋轉磁場，該磁場的轉速由定子電壓的頻率及電動機極數決定。磁場旋轉時，位于該磁場中的轉子導條會切割磁力線，并在轉子導條中產生相應的感應電流，而此感應電流又受到旋轉磁場的作用而產生電磁力，使轉子跟隨旋轉磁場旋轉，輸出動能。

③籠型交流異步電動機控制。在電動汽車上，交流異步電動機不能直接使用蓄電池或發電機發出的電能（因為頻率一定）。交流異步電動機的轉速與所供交流電的頻率近似成正比，因此在采用交流異步電動機時，需應用變頻器，將直流電或發電機發出的固定頻率的交流電轉換成頻率和電壓均可調的三相交流電，實現對籠型交流異步電動機的控制。

④籠型交流異步電動機特點。雖然三相籠型交流異步電動機具有結構簡單、堅固耐用、工作可靠、維護方便、價格便宜等優點，得到了廣泛應用，但仍存在技術上的難點。如變頻器所產生的高次諧波、高附加銅耗及鐵耗、高絕緣介質損耗、附加脈動轉矩、電磁噪聲等。

3）永磁無刷直流電動機

①永磁無刷直流電動機結構。永磁無刷直流電動機主要由電動機本體、位置傳感器和電子開關線路三部分組成。其定子繞組一般制成多相（三相、四相、五相）。轉子由永久磁鐵按一定極對數組成。

②永磁無刷直流電動機工作原理。永磁無刷直流電動機運行過程中，通過控制各相繞組通電頻率及電流大小來調節轉速及轉矩，控制定子繞組的通電次序使電動機正反轉，這些都可以通過微電子系統來實現。

③永磁無刷直流電動機特點。永磁無刷直流電動機工作時，直接將近似方波的電流輸入其定子繞組中，可使電動機獲得較大轉矩，效率高、出力大、無電刷、高速性能好、結構簡單牢固、免維護或少維護、質量輕。然而，這種電動機目前還存在損耗多、工作噪聲大及脈沖式輸出轉矩的缺點。

4）開關磁阻電動機。開關磁阻電動機簡稱SR電動機。它是一種新型電動機，其結構簡單、堅固、工作可靠、效率高，其調速系統（SRD）運行性能和經濟指標比普通的交流調速系統好，具有很大的潛力，因此近年來它在驅動調速領域的發展頗為迅速。

①開關磁阻電動機工作原理。SR電動機的運行遵循磁阻最小原理（磁通總要沿磁阻最小的路徑閉合）。具有一定形狀的鐵心在移動到最小磁阻位置時，必使自己的主軸線與磁場的軸線重合。

②開關磁阻電動機調速系統組成。開關磁阻電動機調速系統簡稱SRD，主要由SR電動機、功率變換器、控制器、位置檢測器及速度檢測器等部分組成。我國稀土永磁材料的儲量大，這可以降低產業化時電動機系統的整體造價，使研發高性能的永磁電動機系統優勢更加明顯。

（2）新能源汽車驅動電動機的技術特點

1）單電動機或多電動機結構。單個電動機通過變速器和差速器驅動車輪，多電動機結構是每一個驅動輪被單獨驅動。單電動機結構的優點：體積小、質量小及成本低。而多電動機結構能減小單電動機的電流和功率的額定值，充分利用車輪內部空間，可均衡電動機尺寸和質量。這兩種結構各有優點，因此在現代新能源汽車上都有應用，但是現在單電動機結構的應用占主流。

2）固定傳動比或可變傳動比齒輪減速。通常也分為單速傳動和多速傳動。單速傳動采用固定傳動比齒輪變速傳動，多速傳動采用帶離合器和變速器的多級齒輪變速傳動。對于固定傳動比變速傳動，要求電動機既能在恒轉矩區提供較高的順勢轉矩（額定值的3～5倍），又能在恒功率區提供較高的運行速度（基速的3～5倍）。可變速齒輪傳動的優點是應用常規驅動電動機系統可在低檔位得到較高的起動轉矩，在高檔位得到較高的行駛速度，缺點是質量及體積較大、成本高、可靠性低、結構復雜。

3）系統電壓。系統電壓等級影響驅動電動機系統的設計。采用合理的高電壓電動機可減小逆變器的成本和體積。如果所需電壓過高，則需要串聯許多蓄電池，這會引起車內及行李箱空間的減小，車輛質量和成本增加，以及車輛性能下降。

4）系統匹配。電動機與變速器、控制器、變速裝置、能源等的匹配是非常重要的。新能源汽車驅動電動機的設計者應充分了解這些部件的特性，然后在給定的條件下設計電動機，應區別于工業驅動電動機的設計。

（3）新能源汽車驅動電動機的設計要點

基于以上分析，在設計新能源汽車驅動電動機時，需要考慮以下基本元素：

1）磁載荷。通過電動機氣隙的磁通密度基本分量的峰值。

2）電載荷。電動機單位周長上總電流的均方根或單位周長上的安匝數、單位體積和單位質量的功率和轉矩、單位磁路的磁通密度、轉速、轉矩、功率損失和效率，以及熱回路設計和冷卻等。相應的關鍵之處：對鋼、磁和銅的較好利用，更好的電磁耦合、電動機的幾何形狀與布局，更好的熱設計與冷卻，了解電動機性能的限制，了解電動機的幾何形狀、尺寸、參數和性能的關系。