任務一 新能源汽車現狀、發展與識別

學習目標

知識目標

1.能夠描述新能源汽車的定義和發展新能源汽車的意義。

2.能夠描述新能源汽車的現狀與發展趨勢。

3.能夠描述新能源汽車的類型、生產廠商和代表車型。

4.能夠介紹新能源汽車結構與傳統汽車的區別。

5.能夠描述新能源汽車的性能特征與評價參數。

技能目標

1.能夠進行新能源汽車外觀特征和類型識別。

2.能夠進行新能源汽車主要部件位置識別。

3.能夠進行新能源汽車評價參數查詢。

4.能夠進行燃油汽車與純電動汽車使用費用對比。

任務導入

近年來，新能源汽車是汽車行業的熱門話題。作為汽車行業從業人員，如果有人問你什么是新能源汽車？新能源汽車與傳統汽車有什么區別？你能正確回答嗎？

獲取信息

引導問題一 什么是新能源汽車？為什么要發展新能源汽車？

1.新能源汽車的定義

新能源汽車包括兩層含義，即新能源和汽車。

新能源又稱非常規能源，是指傳統能源之外的各種能源形式，即剛開始開發利用或正在積極研究、有待推廣的能源，如太陽能、地熱能、風能、海洋能、生物質能和核聚變能等，如圖1-1-1所示。

根據2017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定（工信部令第39號）》：新能源汽車是指采用新型動力系統，完全或者主要依靠新型能源驅動的汽車，包括插電式混合動力（含增程式）汽車、純電動汽車和燃料電池汽車等。

汽車用的新型能源，即非常規的車用燃料，指除汽油、柴油、天然氣（NG）、液化石油氣（LPG）、乙醇汽油（EG）、甲醇、二甲醚之外的燃料。

2.發展新能源汽車的意義

由于傳統汽車需要消耗燃油以及排放NOX、HC、CO、CO2等廢氣，因此發展新能源汽車對降低全球氣候變暖的影響、減少環境污染以及解決能源危機（節約能源、優化能源結構）有重要的意義，如圖1-1-2所示。

純電動汽車和燃料電池電動汽車在本質上是一種零排放汽車，一般無直接排放污染物，間接污染物可以采取集中治理的方法加以控制。混合動力汽車在純電動行駛模式下同樣具有零排放的效果，同時由于減少了燃油消耗，CO2排放可降低30%以上。另外，電動汽車比同類燃油車輛噪聲低5dB以上，大規模推廣電動汽車將大幅度降低城市噪聲。

引導問題二 新能源汽車會成為主流嗎？

1.新能源汽車政策、法規與標準

國家政策對加快新能源汽車的發展起著至關重要的作用。各國政府相繼發布新能源汽車發展戰略和國家計劃，加大政策支持力度，增加研發投入，全力推進新能源汽車產業化。

針對新能源汽車產業的發展，我國政府也相繼出臺了一系列政策、法規和技術標準，并且根據發展狀況不斷更新和調整。政府出臺的政策引導和加大資金投入，推進汽車生產企業加大對新能源汽車研發的力度。

新能源汽車的開發早已引起了全球汽車產業的關注，包括我國在內的眾多汽車公司轉向研究和開發新能源汽車。隨著新能源汽車技術瓶頸的陸續突破，新能源汽車產業進入了快速發展的新階段。

2.新能源汽車現狀與發展趨勢

（1）國外新能源汽車

1）突破動力電池技術是關鍵。受續駛里程、充電技術及充電設施等方面的影響，國外純電動汽車的主要應用是小型乘用車，以及運行比較有規律的大型公交車、市政與郵政等特殊用途車輛。純電動汽車的技術攻關重點集中在提高動力電池性能、降低成本方面。與傳統的汽車性能和成本比較，動力電池已成為限制純電動汽車發展的瓶頸。因此，研究和開發不污染環境、成本低廉、性能優良的動力電池，是大量推廣使用純電動汽車的前提。圖1-1-3是特斯拉Model S純電動汽車。

2）混合動力汽車作為過渡產品。混合動力汽車是傳統發動機汽車和純電動汽車之間的過渡產品，既充分發揮了現有發動機技術優勢，又盡可能發揮電機驅動無污染的優勢。日本最早研發混合動力汽車，并最先實現了產業化。豐田普銳斯（Prius）于1997年10月底問世，是世界上最早實現批量生產的混合動力汽車。其他各大汽車廠家紛紛推出混合動力汽車產品，如本田Insight、通用Saturn VUE、福特Escape等。圖1-1-4是豐田普銳斯混合動力汽車。

3）燃料電池汽車成為競爭的焦點。氫燃料電池汽車是使用液態氫作為汽車的動力電池能源，與大氣中的氧氣發生化學反應，從而產生電能來驅動電機，進而驅動汽車。燃料電池及氫動力發動機車型被看作是新能源汽車最終的解決方案。由于燃料電池汽車技術的戰略意義十分重大，世界各發達國家和地區都在潛心致力于燃料電池汽車的研究。從國外燃料電池電動汽車發展現狀看，全球主要汽車公司基本完成了燃料電池汽車的性能研發，整車性能已達到傳統汽車水平，核心技術問題也已經得到解決。今后的研究重點集中到降低燃料電池系統成本、規模建設加氫基礎設施和推廣商業化示范等方面。圖1-1-5是奔馳公司生產的燃料電池汽車。

（2）國內新能源汽車

2020年10月，工信部指導、中國汽車工程學會組織行業專家修訂編制的《節能與新能源汽車技術路線圖2.0）正式發布，至2035年，傳統能源動力乘用車將全部轉為混合動力，新能源汽車成為國內汽車市場主流（占總銷量的50%以上）從而實現汽車產業的全面電動化轉型。

與國外新能源汽車應用相似，我國新能源汽車目前主要應用在大型公交汽車、物流營運汽車、共享汽車、網約汽車等方面，家庭用車用量較少但在迅速增長。圖1-1-6是應用廣泛的城市純電動公交車。

根據中國汽車工業協會發布的汽車工業產銷數據顯示，即便在汽車整體產銷量下滑的情況下，我國新能源汽車仍然保持大幅度的上漲趨勢。2019年全年新能源汽車產銷分別完成124.2萬輛和120.6萬輛。根據權威部門數據，截至2020年底，全國新能源汽車保有量達492萬輛，占汽車總量的1.75%。其中，純電動汽車保有量400萬輛，占新能源汽車總量的81.32%。新能源汽車增量連續3年超過100萬輛，呈持續高速增長趨勢。

綜上所述，新能源汽車雖然在短期內不能完全替代傳統的發動機汽車，但新能源汽車成為汽車產業的主流是大勢所趨。

引導問題三 新能源汽車有哪些類型？

如圖1-1-7所示汽車根據動力系統獲取能源方式，可以分為以下類型：

類型一燃油汽車：以傳統發動機驅動的汽車，全部的動力能源都來自發動機輸出，采用的燃料是汽油和柴油。

類型二替代燃料汽車：在發動機基礎上研發以替代燃料技術為主的替代燃料汽車，如燃氣類汽車、醇類燃料汽車、氫氣汽車等。

類型三電動汽車：以電力驅動技術為主的電動汽車。電動汽車從動力結構的角度可以分為純電動汽車、混合動力汽車，同時也包括燃料電池汽車及其他類型的電動汽車，如太陽能汽車和超級電容汽車等。對于將燃料電池汽車、太陽能汽車和超級電容汽車歸類到電動汽車類型中的主要原因在于，此類汽車的能源最終都是轉換成電力的形式并通過電機驅動車輛的。

根據目前國家對新能源汽車的最新定義，只有純電動汽車（包括太陽能、超級電容汽車）、插電式混合動力汽車（包括增程式）和燃料電池汽車才屬于新能源汽車，其他類型則屬于節能汽車、清潔能源汽車的范疇。

一般情況下，我們所說的新能源汽車是指純電動汽車或油、電類型的混合動力汽車，因此，以下的內容在沒有特別說明的情況下，所述的新能源汽車即為上述兩種類型。

以下分別介紹除傳統燃油汽車外的其他類型汽車。

1.純電動汽車

純電動汽車（Battery Electric Vehicle, BEV或EV）：全部采用電力驅動的汽車，利用驅動電機來驅動車輛。圖1-1-8是純電動汽車結構示意圖及標識。

2.混合動力汽車

混合動力汽車（Hybrid Electric Vehicle, HEV）：國際電子技術委員會（IEC）對混合動力車輛的定義為，在特定的工作條件下，可以從兩種或兩種以上的能量存儲器、能量源或能量轉化器中獲取驅動能量的汽車，其中至少一種存儲器或轉化器要安裝在汽車上。

混合動力汽車通常是指油、電類型的混合動力汽車，即發動機與動力電池、電機的驅動混合。如圖1-1-9所示，混合動力汽車介于傳統發動機汽車與純電動汽車之間，是兩種動力汽車的中間產物。與純電動汽車相比，混合動力汽車上配置有發動機；與傳統汽車相比，混合動力汽車上又新增有動力電池和電機。但是，混合動力汽車中的動力驅動單元卻完美地將發動機的動力與電機的動力結合在一起。圖1-1-10是混合動力汽車結構示意圖。

混合動力汽車的結構復雜多樣，從不同的角度可以細分多種類型。

（1）根據驅動連接方式分類

根據發動機和驅動電機之間的連接關系（即發動機的輸出動力與驅動電機的輸出動力到車輛驅動軸的連接方式），將混合動力汽車分成串聯式、并聯式和混聯式三種類型。

1）串聯式混合動力：在串聯式混合動力設計中，車輛的驅動僅僅是由驅動電機來單獨完成的，動力電池的電能來自外部電源和發動機進行充電，如圖1-1-11所示。

串聯式混合動力類型的優點是發動機能夠在最佳的轉速和負荷運行，同時車輛也取消了變速器、離合器等部件；缺點是車輛僅通過電機驅動，因此必須設計有較大功率的電機來滿足車輛在爬坡、急加速等大負荷運行工況，導致整車重量加大。

這種混合動力類型主要應用于城市大客車上，在乘用轎車中很少見。“增程式”電動汽車即采用串聯式設計方式。

2）并聯式混合動力：在并聯式混合動力設計中，車輛的驅動是由發動機和驅動電機組合完成的。動力電池獲取電能的途徑是發動機的充電及能量回收，如圖1-1-12所示。

并聯式混合動力類型的優點是采用了一個或多個電機輔助發動機，使得發動機的設計可以更小更輕；其缺點是需要用復雜的軟件來優化驅動電機和發動機同時輸向驅動軸的力矩。并聯式混合動力在國外的高端品牌及日本進口、合資車型上采用較多，例如奔馳S400 HYBRID配備的平行（即并聯）混合動力驅動系統，大眾、奧迪、寶馬、本田、豐田公司混合動力系統大部分采用并聯設計方式。

3）混聯式混合動力：混聯式混合動力也稱為“串并聯式”混合動力系統，其集合了串聯式和并聯式的優點，如圖1-1-13所示。

混聯式混合動力類型的優點是可以實現單獨由驅動電機驅動車輛，發動機自動停機或起動為系統充電，也可以實現發動機和驅動電機共同驅動車輛；其缺點是動力分配裝置內部設計和管理系統較為復雜，需要較高的技術積累和研發投入。目前市場上的混合動力汽車大多數采用這種設計類型，例如豐田、比亞迪、上汽榮威等混合動力車型。

（2）根據混合程度分類

根據驅動電機的有效功率占車輛驅動系統總功率的百分比，可以將混合動力汽車分為輕度混合動力、中度混合動力和重度混合動力三個等級。

1）輕度混合動力：也稱“弱混”，一般采用36V或42V動力電池組，并搭載一個低功率的一體化起動/發電機通過曲軸傳動帶來輔助發動機。電機不能夠單獨驅動車輛行駛，只起輔助作用，在自動起停、發動機起動平滑輔助和制動能量回收時起作用。該系統優點是成本小，但節省的燃油也少，一般只能省油8%～15%。圖1-1-14所示是輕度混合動力系統結構示意圖。

輕度混合動力汽車的典型代表技術有別克君越的BAS（Basic Assist System）系統、奔馳Smart的MHD（Micro Hybrid Drive）怠速熄火系統、奇瑞汽車合作研發的BSG（Belt-driven Starter/Generator）系統。這些系統的共同特點都是由曲軸傳動帶驅動的起動/發電機取代了傳統發動機的發電機，由這個新型的起動/發電機提供車載電力系統的同時，還能快速起動車輛的發動機。

2）中度混合動力：一般采用100V以上的動力電池，混合度在30%左右。在車輛加速或者大負荷工況時，電機能夠輔助發動機驅動車輛，補充發動機本身動力輸出的不足。這種系統的混合程度較高，在城市循環工況下節省燃油可以達到20%～30%。圖1-1-15所示是中度混合動力系統結構示意圖。

中度混合動力汽車的典型代表技術有本田雅閣、思域，豐田的雷凌。需要強調的是，中度混合動力汽車仍然無法完全脫離發動機的驅動并完全依靠電力驅動，根據國家標準，僅屬于節能汽車。

3）重度混合動力：也稱“強混”，一般采用200～650V的高電壓，混合度可以達到50%以上，在城市循環工況下節油率可以達到30%～50%。重度混合動力汽車采用發動機為基礎動力，動力電池為輔助動力；支持低速純電動行駛；在急加速和爬坡運行工況下車輛需要較大的驅動力時，驅動電機和發動機同時提供動力。圖1-1-16所示是重度混合動力系統結構示意圖。

隨著驅動電機、動力電池技術的進步，重度混合動力系統逐漸成為混合動力技術的主要發展方向，豐田普銳斯、通用的凱雷德雙模混合動力汽車采用的就是重度混合動力系統。

（3）根據充電方式分類

根據混合動力汽車的充電方式，可以分為非插電式混合動力和插電式混合動力兩種類型。

非插電式混合動力汽車動力電池的電能僅來自發動機及能量回收。

插電式混合動力汽車（Plug-in Hybrid Electric Vehicle, PHEV）可以通過外部連接的電源進行充電，同時在動力電池充滿電的狀態下具有一定的純電動行駛能力，是重度混合動力車型的一種特殊形態。插電式混合動力可以采用串聯或并聯的結構，電機功率比純電動汽車的稍小，插電式混合動力汽車已成為主流發展方向之一。圖1-1-17是豐田普銳斯插電式混合動力汽車，可以通過外部電源進行充電。

比亞迪秦和雪佛蘭的Volt（沃藍達）也屬于這種類型的混合動力汽車。例如，沃藍達可以在純電動模式下行駛80km，待電量耗盡后可利用1.4L發動機作為驅動力額外行駛490km。如果想要繼續行駛，只需為車輛充電或加油即可。

（4）根據燃料種類分類

根據混合動力汽車的燃料種類不同，可以分為汽油混合動力和柴油混合動力兩種類型。目前國內市場上，混合動力汽車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展也很快。

圖1-1-18是大眾高爾夫柴油混合動力汽車的標識。

3.燃料電池汽車

燃料電池汽車是指以氫氣、甲醇等為燃料，通過化學反應產生電流，依靠電機驅動的汽車。燃料電池的能量是通過氫氣和氧氣的化學作用，直接變成電能。燃料電池的化學反應過程不會產生有害產物，因此燃料電池汽車是無污染的汽車。燃料電池的能量轉換效率比發動機要高2～3倍，因此從能源的利用和環境保護方面，燃料電池汽車是一種理想的汽車。燃料電池汽車（奔馳F-cell）的外形和結構如圖1-1-19所示。

4.太陽能汽車

太陽能汽車是在普通電動汽車基礎上將太陽能轉化成電能對車輛進行供電的，在很大程度上降低了電動汽車的使用成本，而且非常環保。白天，太陽能電池把光能轉換為電能自動存儲在動力電池中；在晚間或陰雨天，可以利用家用交流電（220V）進行充電，確保車輛照常行駛。

太陽能汽車的優點是以光、電代替燃油，無污染、無噪聲；缺點是開發成本較高，而且受自然條件（陽光）的限制。太陽能汽車的外形如圖1-1-20所示。

5.超級電容汽車

超級電容汽車采用了超級電容儲能裝置儲存電能。利用雙電層原理制成的大容量電容稱為超級電容，利用超級電容儲能的裝置就稱為超級電容儲能裝置。圖1-1-21是我國第一輛超級電容客車，2006年8月28日在上海投入運營。使用證明，該車起步動作迅速有力，運行時清潔、經濟、方便，在車頂上的可伸縮受電弓可快速升降，與公交車站上方的高壓饋線碰觸就可充電，中途充電30s即可行駛3～5站地的距離。

6.替代燃料汽車

除汽油、柴油以外的替代燃料汽車，雖然根據當前的國家標準不屬于新能源汽車，但是這些類型的汽車在解決環境污染、氣候變暖、能源危機等方面也有一定的貢獻。替代燃料汽車包括燃氣類、醇類、氫氣汽車等類型。

（1）燃氣類燃料汽車

燃氣類燃料汽車簡稱燃氣汽車，是指用壓縮天然氣（CNG）、液化石油氣（LPG）和液化天然氣（LNG）作為燃料的汽車。燃氣汽車由于其排放性能好，可調整汽車燃料結構，運行成本低、技術成熟、安全可靠，所以被世界各國公認為當前最理想的替代燃料汽車。目前，燃氣仍然是世界汽車代用燃料的主流，在我國代用燃料汽車中占到90%左右。

燃氣汽車一般采用雙燃料系統。雙燃料汽車是指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（汽油或柴油），兩套燃料供給系統按預定的配比向氣缸供給燃料，在氣缸混合燃燒的汽車。圖1-1-22是長安星光4500雙燃料汽車，以93號無鉛汽油和CNG天然氣為燃料。

（2）醇類燃料汽車

乙醇俗稱酒精，因此使用乙醇為燃料的汽車，也可叫酒精汽車。如果采用生物乙醇作為燃料，則可以稱為生物燃料或生物乙醇汽車。用乙醇代替石油燃料的歷史已經很長，無論是從生產上和應用上的技術都已經很成熟。在汽車上使用乙醇，可以提高燃料的辛烷值，增加氧含量，使發動機氣缸內燃燒更完全，可以降低尾氣中有害物的排放。如圖1-1-23所示為三菱生物乙醇汽車。

（3）氫氣汽車

氫氣汽車也稱氫動力汽車或氫燃料汽車，是一種真正實現零排放的交通工具，排放出的是純凈水，具有無污染、零排放、儲量豐富等優勢。因此，氫氣汽車是傳統汽車最理想的替代方案。但是從制造成本而言，與傳統動力汽車相比，氫氣汽車成本至少高出20%。中國長安汽車在2007年完成了中國第一臺高效零排放氫發動機點火汽車，并在2008年北京車展上展出了自主研發的中國首款氫氣動力概念跑車“氫程”（圖1-1-24）。

引導問題四 新能源汽車有哪些生產廠商和車型？

世界各國的汽車生產廠商都陸續推出新能源汽車，以下列舉目前國外和國內新能源汽車生產廠商及代表車型。

1.國外新能源汽車主要生產廠商及代表車型

國外部分新能源汽車主要生產廠商及代表車型見表1-1-1，車型介紹及其他信息更新可以通過互聯網絡查詢。

2.國內新能源汽車主要生產廠商及代表車型

目前國內部分新能源汽車主要生產廠商及代表車型見表1-1-2，車型介紹及其他信息更新可以通過互聯網絡查詢。

引導問題五 新能源汽車的結構與傳統燃油汽車有什么區別？

新能源汽車的基礎仍然是汽車，只是驅動車輛的能源形式變了。與傳統汽車相比，新能源汽車具備以下結構特征：

特征一：保留傳統汽車大部分部件，如車身、燈光、底盤等，外形和傳統汽車基本一致。為了迎合時代的潮流，新能源汽車外形設計通常比較“時尚”，圖1-1-25是蔚來ES8純電動汽車，圖1-1-26是理想ONE增程式電動汽車。

特征二：改變驅動車輛的動力形式。純電動汽車采用了動力電池加電機及變速驅動單元的方式來取代傳統汽車的發動機和變速器，混合動力汽車在原來發動機和變速器的基礎上增加了動力電池及驅動電機作為輔助動力。圖1-1-27是電動汽車的驅動形式示意圖。

特征三：因為驅動系統和運行模式的改變，部分輔助系統也相應的做了改變，例如空調與暖風系統、低壓電源系統以及補充能源的形式等。

以下介紹新能源汽車在結構上與傳統燃油汽車的區別。

1.外觀特征的區別

1）如果是純電動汽車，通常車輛上標識有EV等字樣，如圖1-1-28所示。

2）如果是混合動力汽車，通常車輛上標識有HYBRID、HEV或PHEV字樣，如圖1-1-29所示。

3）純電動汽車和插電式混合動力汽車，需要通過外部充電的方式來獲取電能，因此可以通過充電口這個特征進行判別，如圖1-1-30所示。

4）除了和傳統車輛相似的車輛識別碼VIN和銘牌外，新能源汽車的動力電池、驅動電機以及各模塊上都有銘牌注明相關的技術信息。圖1-1-31是榮威e50純電動汽車的銘牌，圖1-1-32是北汽新能源純電動汽車驅動電機銘牌。

2.驅動結構的區別

（1）純電動汽車驅動結構與傳統汽車的區別

純電動汽車行駛的動力全部依靠驅動電機（簡稱電機或電動機），電機的驅動電能來自動力電池（也稱動力蓄電池、高壓電池包、動力電池組等）。如圖1-1-33所示，純電動汽車的驅動系統上不再有傳統汽車的發動機和變速器，取而代之的是位于車輛后部或底部的動力電池，以及位于原發動機位置的一個帶有電機的變速單元，同時也包含控制電機的逆變器（驅動電機控制器）及其他高壓部件。

1）動力電池。動力電池是純電動汽車唯一的動力源，是混合動力汽車輔助的動力源。

動力電池包含有電池能量管理系統BMS，在向全車提供電能的同時，還支持對動力電池的電量計算評估、安全監測、充放電控制、漏電監測以及電池的電量平衡。圖1-1-34是動力電池的結構示意圖。

2）變速驅動單元。變速驅動單元（電驅動總成）是電動汽車的動力輸出部分，內部主要包括電機和減速齒輪機構。如果是前驅的車輛，該部件通常安裝在前機艙內，電機將電能轉換為機械能來實現驅動車輛，帶電機的變速驅動單元是新能源汽車，特別是純電動汽車的關鍵部件。

典型的純電動汽車變速驅動單元的結構，在其內部可以看到一個用于驅動的電機和連接電機轉子的齒輪機構。此外，更明顯的是驅動單元的上方還有連接驅動電機控制器的三根高壓電纜。圖1-1-35是變速驅動單元結構示意圖，圖1-1-36是電機在車輛上位置和外形圖（特斯拉）。

逆變器是變速驅動單元的主控部件，通常位于變速驅動單元的上部。逆變器一端連接來自動力電池的高壓電，另一端連接變速驅動單元電機的三相交流電纜，主要用于將來自動力電池的直流電轉換為可用于驅動電機的三相交流電；同時在制動能量回收時，也將來自電機產生的交流電轉換成直流電，反饋給動力電池充電。大多數車輛將逆變器與電機控制模塊集成在一起，稱“驅動電機控制器”，實現逆變器的功能和控制電機的運轉。圖1-1-37是驅動電機控制器的外形圖及控制方式示意圖。

（2）混合動力汽車驅動結構與傳統汽車的區別

根據運行的需要，混合動力汽車相比較傳統汽車，主要的改變在車輛的驅動系統上，即在傳統汽車的發動機、變速器、傳動軸到車輪的線路上，還會增加一套由動力電池（HEV蓄電池）、電機組成的電動動力輸出線路。如圖1-1-38所示是混合動力汽車典型驅動結構。

如圖1-1-39所示是豐田混合動力汽車（凱美瑞、普銳斯）的前機艙，右側帶橙色高壓線的金屬模塊是驅動電機控制器。如圖1-1-40所示是豐田混合動力汽車位于行李艙的HEV蓄電池。

圖1-1-41是比亞迪秦混合動力汽車前機艙，明顯可見發動機、電動機及控制器的位置。

一般情況下，混合動力汽車的發動機不再通過曲軸傳動帶來驅動空調壓縮機和發電機等旋轉部件了。混合動力汽車通常采用電動空調壓縮機，有的車型發動機冷卻液也采用電子冷卻液泵，但曲軸上的帶輪仍會保留，僅作為減振器用。圖1-1-42是豐田混合動力汽車的發動機示意圖，曲軸傳動帶驅動部件少了，僅保留一個冷卻液泵和惰輪。

由于混合動力汽車發動機可能很少運行，因此還會設計有獨立的封閉式燃油炭罐回收系統，利用更大的炭罐來吸收燃油箱內的蒸發燃油氣體。如圖1-1-43所示的混合動力汽車（雪佛蘭沃藍達）設計的很大的一個炭罐。

3.新能源汽車其他結構的區別

因為驅動系統和運行模式的改變，新能源汽車在一些系統上也必須做升級。

（1）車載電器電源提供和12V蓄電池充電方式

傳統燃油汽車是通過發動機驅動發電機為12V蓄電池充電，為車載電器提供工作電源。純電動汽車以及大部分混合動力汽車不再設計有發電機，動力電池的高壓電通過DC/DC變換器轉換為12V低壓電源，為12V蓄電池充電和常規的車載電器提供工作電源。常規的車載電器部件包括燈光、中控門鎖、信息娛樂系統、電動門窗等。圖1-1-44是純電動汽車12V電源系統的轉換過程。

DC/DC變換器通常安裝在前機艙內，將動力電池的高壓直流電轉換為低壓12V直流電。有的車型（如比亞迪e6）的DC/DC變換器包含空調驅動器功能，接收空調控制器（控制模塊）的信息來控制空調壓縮機和暖風加熱器PTC。也有的車型（如比亞迪e5）將DC/DC變換器和其他高壓部件，如車載充電器、驅動電機控制器集成一體。

如圖1-1-45所示，比亞迪e6前機艙左側的是DC/DC變換器（與空調驅動器集成一體，右側是驅動電機控制器）。

（2）空調和暖風系統控制方式

純電動汽車和大部分混合動力汽車的空調采用電動方式（高電壓）來驅動壓縮機，這區別于傳統汽車通過發動機曲軸傳動帶驅動形式，但制冷原理與傳統汽車相同，如圖1-1-46所示。

在暖風實現的形式上，由于沒有了發動機70℃以上熱量來源，驅動電機產生的熱能也達不到合適溫度，純電動汽車通常是利用電加熱的方式來產生暖風。電加熱的方式有兩種，一種是通過高壓電加熱類似傳統暖風系統中的冷卻液，再經過循環為暖風水箱提供熱量；另一種是直接通過高壓電驅動PTC（Positive Temperature Coefficient，意思是正溫度系數，溫度越高電阻越大，泛指正溫度系數很大的半導體材料或元器件）加熱器來加熱，經過蒸發箱的空氣實現暖風，如圖1-1-47所示。

（3）補充能源的形式

如果是純電動汽車，能源主要是通過外部電網提供的電能；而如果是混合動力汽車，能源有來自外部電網的電能，也有傳統汽車使用的燃油。圖1-1-48是新能源汽車通過外部電網充電獲取能源，即充電的方式。

（4）組合儀表的顯示

與傳統汽車相比，新能源汽車的組合儀表減少了各種指針，而用純液晶顯示屏代替，顯示內容有行車信息顯示區域、車速表、續駛里程以及各種指示警告燈等；中間顯示車速和行車信息，儀表的兩側取消了發動機轉數和燃油表指針，換成了電機功率和剩余電量（SOC）。圖1-1-49是純電動汽車的組合儀表。

（5）制動系統的區別

新能源汽車的液壓制動系統與傳統燃油汽車基本結構區別不大，但是純電動汽車液壓制動的輔助助力不再有來自發動機的真空源，混合動力汽車的發動機也可能隨時關閉，為保證行車制動安全，通常需要單獨設計一個電動真空系統來為真空助力器提供真空源。圖1-1-50是電動真空系統結構示意圖。

有些混合動力汽車不再設計有真空助力的制動系統，改用電控液壓制動系統。駕駛人踩下制動踏板時，不再是機械傳遞制動力到制動主缸，而是制動踏板位置傳感器將信號先傳遞給ECB（電子控制制動）模塊，由ECB模塊根據制動需求，驅動液壓制動系統的制動壓力實現制動。該系統的最大好處是可以無縫配合混合動力的制動能量回收控制系統，根據傳感器收集駕駛人踩制動踏板的程度和所施加的力計算所需的制動力。圖1-1-51是豐田混合動力汽車的電子制動系統結構示意圖。

為了減少能源損耗，新能源汽車都設計了制動能量回收系統。制動時，系統先給電機上加載負荷讓電機利用這個負荷來發電，逆向拖動車輛制動的一種方式。制動能量回收可以有效降低因制動導致的摩擦能量消耗。圖1-1-52是混合動力汽車制動能量回收系統結構示意圖。

（6）轉向系統的區別

純電動汽車不能通過發動機驅動液壓助力油泵的方式來實現液壓助力。混合動力汽車的發動機可能會停止運轉，失去轉向助力。大多數新能源汽車采用電動助力轉向系統，即在原機械轉向系統基礎上安裝一個電機，作為轉向的輔助動力。轉向系統電機從車輛電源系統獲取電能，無論發動機是否運轉，均能提供轉向助力。圖1-1-53是電動轉向機構結構示意圖。

（7）高壓電纜

新能源汽車具有高電壓，需要高壓電纜（或稱高壓導線）向各高壓部件輸送高壓電，連接高壓電器部件之間的電纜都屬于高壓電纜。高壓電纜的外部絕緣層顏色采用標準的橙色。高壓電纜及電纜之間的連接器需要滿足國家高壓電器安全標準，同時由于高壓部件之間電流很大，所以采用的電纜直徑都在5mm以上。圖1-1-54是高壓電纜及連接器。

（8）高壓配電箱

在新能源汽車應用中，一般將動力電池和電機控制器之間的高壓配電箱單元稱為BDU（Battery Disconnecting Unit），也稱“高壓控制盒”等。BDU是整車高壓配電裝置，主要作用是高壓電源的分配、接通、斷開。純電動汽車在運行時，動力電池的電能主要去向有五個方向：

1）動力電池→BDU→電機控制器：為驅動電機提供電能并接受制動能量回收電能；

2）動力電池→BDU→空調壓縮機：為車載空調提供制冷功能；

3）動力電池→BDU→DC/DC變換器：為車輛低壓電器提供電源和給12V蓄電池充電；

4）動力電池→BDU→PTC暖風加熱器：為車載暖風系統提供加熱功能；

5）外部220V電源→車載充電器→BDU→動力電池：使用外部220V電源為動力電池充電。

BDU內部主要是繼電器和電路，由整車控制器VCU根據點火開關或充電需求控制對應繼電器的接通和斷開。如圖1-1-55所示是比亞迪e6高壓配電箱BDU外形和內部結構。

（9）高壓電控總成

早期的純電動汽車與高壓相關的部件都是獨立設計的，圖1-1-56是北汽E150EV前艙部件位置。隨著技術的發展，新能源汽車生產廠家紛紛將高壓部件集成為一體。如圖1-1-57所示，北汽新能源從2016年以后生產的純電動汽車，已將DC/DC變換器、高壓控制盒（BDU）、車載充電器集成到一個部件PDU（動力控制總成）中，由PDU完成上述三個部件的功能。

如圖1-1-58所示，比亞迪e5將電機控制器（逆變器）、高壓配電箱、DC/DC變換器、車載充電器“四合一”設計，稱為“高壓電控總成”，其功能如下：

1）控制高壓交/直流電雙向逆變，驅動電機運轉，實現充、放電功能（即電機控制器、車載充電器）；

2）實現高壓直流電轉化低壓直流電為整車低壓電器系統供電功能（即DC/DC變換器）；

3）實現整車高壓回路配電功能以及高壓漏電檢測功能（即高壓配電箱和漏電傳感器）；

4）直流充電升降壓功能；

5）車載局域網CAN通信、故障處理記錄、在線編程以及自檢等功能。

（10）整車控制器

整車控制器（VCU或VCM，整車控制單元或模塊）通常安裝在前機艙（圖1-1-56）或駕駛室內（圖1-1-59）。VCU是全車動力系統的主控制模塊，是實現整車控制決策的核心，類似于傳統汽車動力系統控制模塊PCM的功能。VCU通過采集加速踏板、檔位、制動踏板等信號來判斷駕駛人的駕駛意圖；通過監測車輛狀態（車速、溫度等）信息，由VCU判斷處理后，向動力系統發送控制命令，同時控制車輛其他系統的運行模式。

（11）漏電傳感器

漏電傳感器位于后排座椅底部，主要用于監測動力電池與車身的漏電電流。圖1-1-60是比亞迪e6的漏電傳感器。

（12）維修開關

維修開關是電動汽車中一種常用的手動操作設備，用于直接斷開車輛中的高壓電，保證能安全地對車輛進行維修檢查工作。圖1-1-61是比亞迪e6的維修開關。

引導問題六 新能源汽車有哪些性能特征與評價參數？

1.新能源汽車的性能特征

從技術的角度，新能源汽車的具有傳統汽車無法通過改進發動機或變速器來獲取的基本性能。

（1）節省燃油

如果是純電動汽車，無須消耗燃油。單一發動機動力的汽車，為了滿足不同工況的需求，其空燃比會偏離最佳空燃比（14.7∶1），從而導致油耗增加和排放變差。混合動力汽車是通過驅動電機的動力輸出，來彌補汽車行駛工況變化時發動機的不足，始終工作在最佳的空燃比附近，節省30%～50%的燃油。如圖1-1-62所示，混合動力汽車的發動機能夠在不同工況下保持穩定轉速。

（2）良好的動力輸出性能

如果是純電動汽車，驅動車輛的驅動部件是電機。電機具有加電后反應快、低速輸出轉矩大等特點，把這一特性再通過變速器輸出到車輪上，汽車表現出來起步快，同時運轉平穩流暢，具備無級變速器的優秀品質。

如果是混合動力汽車，驅動力通常來自發動機輸出動力和驅動電機輸出動力，相比較于傳統汽車僅有一種發動機動力來源，混合動力汽車能夠在車輛急加速的情況下，及時通過調動電機或者增加電機的輸出功率的方式來提升輸出轉矩，增加車輛的動力性。而傳統汽車如果需要做到快速加速，就必須通過增加燃油供給，并經過一個完整的進氣、壓縮、做功、排氣的工作循環，導致輸出動力的滯后性。圖1-1-63所示是混合動力采用電機輔助來平滑輸出轉矩的曲線圖。

（3）實現自動停機與自動起動控制性能

絕大部分新能源汽車采用自動起停系統，能夠輕松實現自動停機與自動起動的控制，純電動汽車在停車等待紅燈時，只需要關閉供給電機的電能即可實現零能量消耗。混合動力汽車的發動機通常會取消了傳統的起動機，改由電機來直接驅動發動機的起動，能夠進一步降低車輛在怠速時的燃油消耗和尾氣排放。如圖1-1-64是自動起停系統的工作示意圖。

（4）能量利用率更高

根據傳統汽車能量消耗主要方式（圖1-1-65），傳統汽車的發動機真正能夠把燃油產生用在驅動車輛的能量大約只有25%～35%，而純電動汽車有效利用率超過了50%。即使是混合動力汽車，可以通過電力系統的輔助來優化發動機的工作，特別是有些混合度較高的混合動力可以大部分時間都是純電力驅動，其能量利用率也有大幅的提高。

此外，新能源汽車有一個很重要的能量利用方式就是制動能量回收。制動能量回收是指通過連接車輛驅動軸的電機，在新能源汽車需要制動時，先給電機上加載負荷讓電機利用這個負荷來發電，逆向拖動車輛制動的一種方式。制動能量回收可以有效降低因制動導致的摩擦能量消耗。

2.新能源汽車性能的評價參數

傳統燃油汽車性能的評價參數包括動力性、燃油經濟性、制動性、操控穩定性、平順性以及通過性等。對于新能源汽車，如何評價其性能呢？如圖1-1-66所示，新能源汽車性能的評價參數包括續駛里程、驅動功率、充電時間、百公里耗電量以及使用的方便性。

（1）續駛里程

續駛里程俗稱“續航里程”，續駛里程關系著用戶的使用經濟利益，也關系著整車的技術性能，對于純電動汽車，續駛里程是指從充滿電的狀態下到實驗結束時所行駛的距離，以千米（km）作為單位。例如，吉利帝豪EV450純電動汽車的續駛里程（圖1-1-67）在綜合工況下是400km。

對于混合動力汽車，續駛里程會分成純電動行駛里程和燃油行駛里程。例如，上汽榮威e550混合動力汽車（圖1-1-68）的純電動行駛里程56km。純電動行駛里程越大的混合動力汽車被認為是性能更加優越。我國目前對新能源汽車（混合動力）的補貼也是以純電動行駛里程為基準的。

影響續駛里程的除了外部因素，如道路狀況、交通擁堵、氣候環境、駕駛習慣等外，內部因素主要是動力電池能量（容量）與技術性能，還包括車輛本身的質量以及對能量的利用率等。

（2）驅動功率

驅動功率是衡量新能源汽車動力性的重要指標，直接影響到汽車的加速性能和最高車速。純電動汽車的驅動功率唯一的來源就是驅動電機；而混合動力汽車的驅動功率在純電動行駛模式下，是由電機來提供的，在混合動力驅動模式下一般是發動機與電機的組合。

（3）充電時間

純電動汽車及插電式混合動力汽車的充電時間，是指采用指定的方式，對動力電池的電量處于最低狀態下，進行充滿電所需要的時長。充電時間的長短影響消費者對購買新能源汽車車型的選擇。

充電時間的長短與很多因素有關，包括動力電池容量、充電方式，以及充電時的環境因素等。根據目前的技術狀況，大多數的純電動汽車快充（直流電）需要20～30min可充50%，1～1.5h就充滿了，慢充（交流電）則需要6～12h左右。

（4）百公里耗電量

傳統燃油汽車的用戶需要支付燃油的費用，而電動汽車需要支付充電的費用。相對于傳統汽車的百公里油耗而言，新能源汽車（電動汽車）涉及百公里耗電量。一般情況下，純電動汽車百公里電耗在13～15kW·h（度）左右，其中：主驅動系統（電機）損耗約占75.15%，其他的電量損耗包括輔助電氣損耗、機械摩擦損耗、電池內阻損耗等。圖1-1-69是某品牌純電動汽車續駛里程與耗電量計算實例。

（5）使用的方便性

使用的方便性指汽車與外部的互聯性能，例如充電是否方便，以及車載影音系統、遙控門鎖、導航系統等使用便捷性等。

自我測試

1.判斷題

（1）新能源汽車是就是指純電動汽車。（　）

（2）新能源汽車一定是零排放的汽車。（　）

（3）燃料電池汽車屬于新能源汽車。（　）

（4）由于也能實現零排放，電動老年代步車屬于新能源汽車。（　）

（5）根據目前的標準，混合動力汽車必須是插電式（含增程式）才屬于新能源汽車。（　）

2.單選題

（1）純電動汽車最主要的技術關鍵是（　）

A.電控技術

B.驅動電機

C.動力電池

D.充電樁

（2）新能源汽車的最終發展目標是（　）

A.節能汽車

B.混合動力汽車

C.純電動汽車

D.燃料電池汽車

（3）以下不屬于新能源的是（　）

A.太陽能

B.機械能

C.風能

D.海洋能

（4）以下不屬于常規車用燃料的是（　）

A.汽油和柴油

B.天然氣和液化石油氣

C.乙醇汽油

D.氫氣

（5）我國新能源汽車目前主要應用在（　）

A.公交汽車

B.物流營運汽車

C.出租車（包含網約及共享汽車）

D.以上都是