1.2　新能源汽車的發(fā)展概況

汽車產(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)展，使世界范圍內(nèi)的汽車保有量迅速增加。汽車數(shù)量的增加又加劇了汽車尾氣排放對大氣層產(chǎn)生的污染。據(jù)統(tǒng)計，汽車排放的尾氣是當(dāng)今空氣污染的重要源頭，而且龐大的汽車數(shù)量，每天所消耗的石油量也是一個驚人的數(shù)額。汽車發(fā)展引發(fā)的環(huán)境問題和能源危機，使人們對于新能源汽車技術(shù)的關(guān)注度日益增加。從圖1-3中可看出，新能源汽車的研發(fā)技術(shù)已經(jīng)成為了解決當(dāng)前能源及環(huán)境問題的關(guān)鍵技術(shù)。

現(xiàn)在大多數(shù)的汽車廠家以及汽車技術(shù)研究中心已經(jīng)開始或者正在規(guī)劃開發(fā)新能源汽車。我國也已將發(fā)展新能源汽車列入“十二五”規(guī)劃中。以能源的多元化為核心，新能源技術(shù)開發(fā)主要有以下三大趨勢。

①發(fā)展生物燃料　基于可再生能源的生物燃料適用于各種車輛，且具有良好的環(huán)保性，已成為各國共同推廣的新型燃料。

②發(fā)展混合動力技術(shù)　混合動力汽車的驅(qū)動能源除燃油發(fā)動機外，還包括電能、液壓能等新能源。混合動力系統(tǒng)效率很高，可以通過小排量發(fā)動機配合電機使用達到良好的動力性，減少尾氣排放，節(jié)約能源。而且混合動力汽車在電池的需求上要求比較低，能避免由電池引起的諸多問題。混合動力汽車已成為新型動力汽車產(chǎn)業(yè)化的里程碑。

③發(fā)展燃料電池技術(shù)　燃料電池是一種新興的能量轉(zhuǎn)換裝置，目前技術(shù)尚未成熟，存在成本較高以及儲存運輸困難等問題，所以燃料電池汽車的應(yīng)用很少，但是作為汽車能源動力系統(tǒng)的遠期解決方案，仍然被人們所看好。

下面將對新能源汽車的類型、發(fā)展歷史、發(fā)展現(xiàn)狀進行介紹。

1.2.1　新能源汽車的類型

區(qū)別于使用常規(guī)燃料（汽油或柴油）的傳統(tǒng)汽車，新能源汽車是指采用非常規(guī)車用燃料作為能源，或者使用常規(guī)車用燃料、但同時采用新型車載動力裝置的新型汽車。新能源汽車主要包括純電動汽車、混合動力汽車、氫能源動力汽車、燃料電池汽車、太陽能汽車以及其他一些類型汽車。其中，純電動汽車、混合動力汽車和燃料電池汽車又歸類為電動汽車。純電動汽車技術(shù)處于逐漸發(fā)展的過程，其對電池組要求較高，所使用的電池組有很多的局限性，受到成本高、續(xù)駛里程短、充電時間長、電池電解液污染等問題的困擾；燃料電池的成本高、氫的儲存和運輸存在技術(shù)問題，所以燃料電池汽車的應(yīng)用也很少；而混合動力汽車技術(shù)相對成熟，不受上述問題的限制。因此，混合動力技術(shù)成為了世界范圍內(nèi)一個新的開發(fā)和研究熱點。以豐田普銳斯（Prius）為代表，混合動力汽車已經(jīng)在北美、日本和歐洲成功實現(xiàn)了商業(yè)化。其他一些類型的新能源汽車，如太陽能汽車、氫能源動力汽車等，尚處于試驗階段，距離商業(yè)化生產(chǎn)還有很長的時間。本小節(jié)將對新能源汽車的類型進行詳細的介紹。

（1）混合動力汽車技術(shù)

2003年，聯(lián)合國將“混合動力汽車”的定義規(guī)定為，混合動力汽車（Hybrid Electric Vehicle，HEV）是“為了推動車輛的革新，至少擁有兩個能量變換器和兩個能量儲存系統(tǒng)（車載狀態(tài)）”的車輛。當(dāng)前研發(fā)的混合動力汽車，多采用電機作為主要動力或者作為輔助動力。也就是說，由蓄電池和電機組成輔助動力單元（Auxiliary Power Unit，APU），必要時給汽車提供一定的動力。國際電工委員會電動汽車技術(shù)委員會建議對混合動力汽車的定義為，有多于一種的能量轉(zhuǎn)換器提供驅(qū)動力的混合型電動汽車，即使用蓄電池和副能量單元的電動汽車。副能量單元指的就是以某種燃料作為能源的原動機或者電機組。燃料主要包括柴油、汽油或者液化石油氣、天然氣、酒精等。原動機主要是內(nèi)燃機及其他熱機。通過混合動力系統(tǒng)實現(xiàn)汽車在動力性、經(jīng)濟性、排放等方面性能指標(biāo)的顯著提升。

混合動力汽車是在傳統(tǒng)汽車的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的產(chǎn)物，不但擁有傳統(tǒng)內(nèi)燃機汽車的特點，同時還具備其他一些優(yōu)點。與傳統(tǒng)汽車相比，經(jīng)濟性良好是其突出的優(yōu)點，混合動力汽車可以在傳統(tǒng)汽車的基礎(chǔ)上實現(xiàn)節(jié)油30％～50％。混合動力汽車在當(dāng)前環(huán)境與能源問題的背景下具有相當(dāng)大的優(yōu)勢。混合動力系統(tǒng)作為混合動力汽車的核心技術(shù)，其性能與整車的性能息息相關(guān)。混合動力系統(tǒng)經(jīng)過多年的發(fā)展，已經(jīng)逐漸由原來的離散化結(jié)構(gòu)向集成化方向發(fā)展。根據(jù)其傳動系統(tǒng)的拓撲結(jié)構(gòu)或者動力總成配置和組合方式的不同，混合動力汽車可以分成串聯(lián)式、并聯(lián)式以及混聯(lián)式三種類型。各構(gòu)型的特點將在第2章中詳細介紹。

圖1-4所示為世界上第一款混合動力汽車，是1997年豐田汽車公司推出的普銳斯車型。該車型屬于混聯(lián)式構(gòu)型，采用了THS（Toyota Hybrid System）系統(tǒng)，通過行星齒輪裝置的作用，可以實現(xiàn)功率分流與無級變速的功能。普銳斯采用1.5L汽油發(fā)動機，可以實現(xiàn)28km/L的燃油目標(biāo)；排放方面相比于傳統(tǒng)汽車，CO2排放量減少50％，而CO和氮氧化物的排放量僅為傳統(tǒng)車的10％。近年來，通用等各大汽車公司也開始研發(fā)混合動力汽車，一些車型已經(jīng)實現(xiàn)商業(yè)化。

目前，插電式混合動力汽車（Plug-in Hybrid Electric Vehicle，PHEV），或稱可外接充電式混合動力電動汽車，成為了HEV的一個發(fā)展方向。自20世紀(jì)90年代以來，國外一些大學(xué)等機構(gòu)一直在進行插電式混合動力汽車的研究。1990年Andy Frank教授開始研制插電式混合動力汽車原型車，2001年美國能源部（Department of Energy，DOE）成立了插電式混合動力汽車國家工程中心。2007年1月美國通用汽車公司（GM）展示了插電式混合動力汽車原型樣車雪佛蘭Volt，如圖1-5所示。2008年，DOE又宣布了一項插電式混合動力汽車技術(shù)的研發(fā)與示范計劃，在不同地區(qū)開展車輛道路運行實驗。2009年，美國總統(tǒng)奧巴馬宣布投入24億美元支持插電式混合動力汽車的研發(fā)與產(chǎn)業(yè)化。PHEV已經(jīng)作為美國聯(lián)邦政府新一代汽車合作計劃（Partnership for a New Generation of Vehicles，PNGV）中實現(xiàn)車輛節(jié)能減排的重要技術(shù)途徑之一。在我國，各大汽車公司也都對插電式混合動力汽車進行了原型樣車的開發(fā)和技術(shù)儲備，國家也推出政策大力支持PHEV的發(fā)展，2012年7月，《節(jié)能與新能源汽車發(fā)展規(guī)劃（2011～2020年）》正式發(fā)布。在規(guī)劃中提出，純電動汽車和插電式混合動力汽車到2015年累計產(chǎn)銷量達到50萬輛。政府的汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展方向非常明確，大力發(fā)展純電動汽車和插電式混合動力汽車。

插電式混合動力汽車是指可以使用電力網(wǎng)對動力電池進行充電的混合動力電動汽車，是在傳統(tǒng)混合動力汽車基礎(chǔ)上開發(fā)出來的一種新型新能源汽車。由于可外接充電，混合動力汽車可以更多地依賴動力電池驅(qū)動汽車，可以認為是一種由混合動力汽車向純電動汽車發(fā)展的過渡型產(chǎn)品。相比于傳統(tǒng)的內(nèi)燃機汽車和常規(guī)混合動力汽車，PHEV的燃油經(jīng)濟性得到了進一步提高，二氧化碳和氮氧化物排放也更少。同時，小功率內(nèi)燃機的配備使PHEV在電池電量低時可以使用內(nèi)燃機繼續(xù)行駛，這樣就解決了純電動車?yán)m(xù)航里程不足的難題。所以，在純電動車車載動力電池技術(shù)未取得突破性進展前，PHEV是一種良好的過渡方案。

PHEV的特點：低噪聲、低排放；介于純電動和常規(guī)混合動力汽車之間，里程短時采用純電動模式，里程長時采用以內(nèi)燃機為主的混合動力模式；可在晚間低谷時使用外部電網(wǎng)對車載動力電池進行充電，不僅可以改善電廠發(fā)電機組效率問題，而且可以大大降低對石油的依賴，同時用電比燃油便宜，可以降低使用成本；動力電池荷電狀態(tài)（State of Charge，SOC）必須在很大的范圍內(nèi)波動，屬于深度充電深度放電，因此循環(huán)工作壽命比較短。總體來說，PHEV屬于一種有較好發(fā)展前景的混合動力電動汽車，也是向最終的清潔能源汽車過渡的最佳方案之一。目前各大汽車廠商已相繼推出插電式混合動力汽車車型或研發(fā)計劃，在HEV之后，PHEV極有可能成為下一步的開發(fā)熱點。

（2）純電動汽車技術(shù)

純電動汽車（Battery Electric Vehicle，BEV）的定義：以車載電源為動力，用電機驅(qū)動車輪行駛，符合道路交通、安全法規(guī)各項要求的車輛。與傳統(tǒng)汽車相比，純電動汽車對環(huán)境的影響較小；與混合動力汽車相比，純電動汽車以電作為能源，通過電機與動力電池組成動力系統(tǒng)，驅(qū)動整車行駛，而不使用傳統(tǒng)的內(nèi)燃機提供動力，這是其與混合動力汽車的最大不同。動力電池和電機作為純電動汽車的關(guān)鍵部件，雖然當(dāng)前電池技術(shù)尚未發(fā)展成熟，但純電動汽車完美的排放特性使它的前景被廣泛看好。圖1-6展現(xiàn)的是日產(chǎn)（Nissan）Leaf車型，是目前銷量最好的純電動汽車，截至2014年1月，其在全球的銷量已經(jīng)超過10萬輛。

純電動汽車的優(yōu)點：污染小，噪聲低，純電動汽車以清潔的電能作為能源，不會產(chǎn)生有害氣體，也不會產(chǎn)生CO2等溫室氣體，也就是說，其基本可以實現(xiàn)“零排放”的特性，電機在工作過程中產(chǎn)生的噪聲也遠小于傳統(tǒng)汽車內(nèi)燃機的噪聲；純電動汽車更能適應(yīng)城市工況，能源效率較高，在城市工況下，汽車的行駛平均速度較低，時常處于走走停停的狀態(tài)，對于傳統(tǒng)內(nèi)燃機汽車來說，這種工況下發(fā)動機效率不高，燃油消耗較大，而純電動汽車對這種情況的適應(yīng)性較好，同時，電能的來源廣泛，純電動汽車對能源的利用效率也較高；純電動汽車可以通過制動能量回收，回收部分能量；純電動汽車相比于內(nèi)燃機汽車結(jié)構(gòu)簡單，運轉(zhuǎn)和傳動部件少，使用維修方便，并且維修保養(yǎng)工作量小。

從純電動汽車的特點來看，其具有的諸多優(yōu)勢使它具有廣闊的應(yīng)用前景。但是目前純電動汽車技術(shù)并不成熟，主要問題在于動力電池技術(shù)尚不完善。此外，由于純電動汽車完全以電能作為能源，其對動力電池的要求遠遠高于混合動力汽車，因此要使純電動汽車的生產(chǎn)形成一定的規(guī)模，必須開發(fā)更為先進的動力電池。但是當(dāng)前的動力電池成本較高，并且壽命較短，無法使純電動汽車達到理想的續(xù)航里程。另外，其安全性等諸多問題也導(dǎo)致了純電動汽車的應(yīng)用無法實現(xiàn)大規(guī)模商業(yè)化，但純電動汽車作為新能源汽車的一種，其發(fā)展?jié)撃芫薮螅磥砭哂泻艽蟮陌l(fā)展空間。

（3）燃料電池汽車技術(shù)

燃料電池汽車（Fuel Cell Vehicle，F(xiàn)CV），顧名思義，是使用燃料電池作為能源的汽車。燃料電池的概念是1839年GR.Grove提出的，它是將燃料和氧化劑的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能的發(fā)電裝置。現(xiàn)代燃料電池技術(shù)的發(fā)展，應(yīng)追溯到20世紀(jì)60年代的燃料電池——質(zhì)子交換膜燃料電池的出現(xiàn)，該電池是由美國宇航局與GE公司合作開發(fā)的第一個現(xiàn)代意義上的燃料電池。燃料電池汽車就是利用燃料電池，將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能，通過電機進行驅(qū)動的汽車。燃料電池汽車最大的特點就是不經(jīng)過燃燒過程，而是直接通過電池將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能。燃料電池所使用的燃料主要有氫、甲醇和汽油等，由于氫燃料電池零排放的特點，當(dāng)前研究的重點主要是氫燃料電池。

燃料電池按電解質(zhì)的不同可劃分為質(zhì)子交換膜燃料電池（Proton Exchange Membrane Fuel Cell，PEMFC）、堿性燃料電池（Alkaline Fuel Cell，AFC）、磷酸燃料電池（Phosphoric Acid Fuel Cell，PAFC）、固體氧化物燃料電池（Solid Oxide Fuel Cell，SOFC）、熔融碳酸鹽燃料電池（Molten Carbonate Fuel Cell，MCFC）。各類型燃料電池特性如表1-1所示。

與傳統(tǒng)的內(nèi)燃機汽車和混合動力汽車相比，燃料電池汽車具有以下一系列優(yōu)點。

①無污染。燃料電池汽車用氫能作為能量來源，整個生命周期幾乎不產(chǎn)生CO2等溫室氣體。同時，燃料電池汽車還能夠有效地減少傳統(tǒng)內(nèi)燃機汽車排放的SOx、NOx等有害氣體。圖1-7所示為燃料電池汽車與其他類型汽車溫室氣體排放比較。

②效率高。傳統(tǒng)內(nèi)燃機汽車通過燃燒將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為熱能，最后轉(zhuǎn)化為機械能。而燃料電池汽車直接將氫的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能，中間不經(jīng)過燃燒過程，因而具有較高的能量轉(zhuǎn)化效率。目前，火力發(fā)電和核電的效率為30％～40％，而燃料電池系統(tǒng)的燃料-電能轉(zhuǎn)換效率為45％～60％。

③低噪聲。與傳統(tǒng)的內(nèi)燃機汽車相比，在運行過程中燃料電池比發(fā)動機產(chǎn)生的噪聲小，燃料電池汽車具有突出的低噪聲的特點。

④燃料來源多樣。燃料電池除了可以采用氫作為能源外，還可以采用甲醇、天然氣等常見的燃料。

燃料電池汽車也存在一系列的缺點。

①氫作為燃料電池的主要燃料，其生產(chǎn)、儲存、保管、運輸和灌裝都比較復(fù)雜，對安全性要求很高。

②對密封要求高，在多個單體燃料電池組合成為燃料電池組時，為了防止氫氣泄漏，單體電池間的電極連接必須要有嚴(yán)格的密封。密封方面的嚴(yán)格要求，使燃料電池組的制造工藝與維修變得復(fù)雜。

③造價高，目前最有發(fā)展前途的質(zhì)子交換膜燃料電池，需要用貴金屬鉑作為催化劑。另外，鉑在反應(yīng)過程中受CO的作用會失效。鉑的使用與失效使質(zhì)子交換膜燃料電池的造價很高。

④需要配備輔助電池系統(tǒng)，燃料電池可以持續(xù)發(fā)電，但不能充電，也不能進行制動能量回收。因此，通常還需要加裝輔助電池來進行充電和回收制動時產(chǎn)生的能量。

目前，燃料電池汽車仍處于研究階段，但世界上已經(jīng)有20余家汽車公司共90多種車型的燃料電池汽車問世，國際大型整機廠也紛紛開始了燃料電池汽車的研究。其中具有代表性的廠商包括通用汽車、福特汽車、豐田汽車、本田汽車等。圖1-8所示為豐田汽車公司開發(fā)的一款燃料電池汽車。另外，通用汽車公司開發(fā)的雪佛蘭Equinox燃料電池汽車，使用壓縮氫作為燃料，最高時速可達160km/h，續(xù)駛里程達320km，其性能已經(jīng)和普通內(nèi)燃機汽車相差無幾。通用汽車公司開發(fā)的另一款氫燃料電池汽車Sequel，續(xù)駛里程高達482km，0～96.5km/h的加速時間僅為10s。

（4）氫動力汽車

氫動力汽車就是對現(xiàn)有的發(fā)動機加以改造，通過氫氣（或其他輔助燃料）和空氣的混合燃燒產(chǎn)生能量為汽車提供動力。與氫燃料電池汽車不同的是，氫動力汽車使用的是內(nèi)燃機，而氫燃料電池汽車是電機，沒有氫的燃燒過程。

由歐盟委員會發(fā)起并推廣的氫燃料內(nèi)燃機項目（Hy ICE），歷經(jīng)3年時間于2007年取得了一定的成功。其研發(fā)的氫燃料發(fā)動機的性能已經(jīng)可以和傳統(tǒng)內(nèi)燃機相媲美。然而，由于氫燃料加注基礎(chǔ)設(shè)施的限制，現(xiàn)階段的氫動力汽車一般也設(shè)計為可以同時使用汽油。國外方面，2005年1月，寶馬汽車公司首次向北美推出概念跑車H2R，該跑車采用液氫燃料，0～96km/h的加速時間僅需6s，其續(xù)駛里程高達350km。國內(nèi)方面，2007年，長安汽車公司開發(fā)了國內(nèi)第一臺高效零排放的氫內(nèi)燃機，并在2008年北京車展上展出了自主研發(fā)的中國首款氫動力概念跑車“氫程”。

氫動力汽車除了具備氫燃料電池汽車無污染、低排放等優(yōu)點外，還具有以下優(yōu)勢。

①氫燃燒性能好。氫的熱值是現(xiàn)階段除了核燃料外所有燃料中最高的，其熱值為142.351kJ/kg，大約為汽油熱值的3倍。另外，氫還具有點燃快，燃燒性能好，與空氣混合具有可燃范圍廣等突出優(yōu)點。

②對氫氣純度要求較低。氫動力汽車對氫氣純度要求較低，甚至還可以兼容汽油、柴油等燃料。而現(xiàn)階段的氫燃料電池汽車一般要達到99.9％以上的氫氣純度。

③技術(shù)相對成熟。氫動力汽車中采用的內(nèi)燃機基于傳統(tǒng)汽車內(nèi)燃機而開發(fā)。由于內(nèi)燃機的發(fā)展已經(jīng)具有超過100年的歷史，目前其相關(guān)的技術(shù)已相對成熟，具有良好的穩(wěn)定性和較長的壽命。

但是，氫動力汽車仍然存在以下缺點。

①能量轉(zhuǎn)化效率相對較低。雖然氫動力汽車的能量轉(zhuǎn)化效率要高于傳統(tǒng)內(nèi)燃機汽車。但是，氫動力汽車仍然是通過燃燒產(chǎn)生的熱能進而轉(zhuǎn)化為機械能，與燃料電池直接將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能相比，其能量轉(zhuǎn)化效率相對較低。

②具有傳統(tǒng)內(nèi)燃機汽車的缺點。氫動力汽車是基于傳統(tǒng)內(nèi)燃機汽車開發(fā)的，因此也存在傳統(tǒng)內(nèi)燃機汽車動力系統(tǒng)復(fù)雜、噪聲大等缺點。同時與采用電機驅(qū)動的車輛相比，其操控性能也相對較差。

（5）醇、醚和生物燃料汽車

除了上述新能源汽車外，目前還有以醇、醚和生物燃料為代表的其他有機燃料作為能源的新型汽車。

醇類燃料泛指甲醇（CH3OH）和乙醇（C2H5OH），都屬于含氧燃料。醇類燃料既可以直接作為發(fā)動機燃料，也可與汽油或柴油配制成混合燃料。與汽油相比，醇類燃料具有較高的輸出效率，能耗量折合油耗量較低，排放有害氣體少，屬清潔能源。甲醇主要從煤和石油中提煉，規(guī)模化生產(chǎn)后可降低成本。其缺點在于：產(chǎn)量偏低，成本偏高；具有毒性，泄漏后危害較大；有較強的腐蝕性，對管線的損傷較大。乙醇多由發(fā)酵法生產(chǎn)，成本較低。目前國外較多使用醇類與汽油或柴油摻混組成的復(fù)合燃料。比例控制在5％～15％以下時，可以避免對發(fā)動機結(jié)構(gòu)的改造，這種比例的燃料在市場上已經(jīng)推廣。更大比例摻混燃料目前仍處于研究探索階段。當(dāng)汽油價格較高時，燃料乙醇具有明顯的成本優(yōu)勢。然而，大規(guī)模使用燃料乙醇會導(dǎo)致玉米、甘蔗等農(nóng)作物供不應(yīng)求、價格上升。隨著技術(shù)的進步，醇類燃料將有很大的發(fā)展使用空間。

使用醚類作為能源的汽車主要指采用燃料二甲醚（CH3OCH3）發(fā)動機的汽車。二甲醚是一種惰性非腐蝕性有機物，是優(yōu)良的冷凍劑和燃料的替代品，二甲醚在常溫、常壓下為無色易燃氣體。較高的十六烷值讓二甲醚與柴油有相當(dāng)?shù)男阅芎蜔嵝省Ｆ淠芰棵芏却螅粫加眠^多的體積，使用和存儲較為方便。在發(fā)動機燃燒時不會產(chǎn)生炭煙，相比柴油，發(fā)動機燃燒二甲醚燃料的體積是柴油體積的2倍。如果要復(fù)原柴油機的動力，則需改造燃油供給系統(tǒng)。但是其生產(chǎn)工藝不適合大規(guī)模生產(chǎn)，成本偏高。

生物柴油是指利用植物油和動物脂肪等可再生資源與甲醇進行酯交換而形成的長鏈脂肪酸甲酯混合物。目前使用的“清潔柴油”是生物柴油與普通（石油）柴油不同比例的混合燃料。通常采用生物柴油的體積分數(shù)Bx來標(biāo)稱這兩種物質(zhì)的比例，目前主要采用的是B20混合柴油（即20％的生物柴油+80％的普通柴油）。生物柴油作為汽車燃料具有可再生性、環(huán)境友好性和優(yōu)良的可替代性等突出優(yōu)勢。但是生物柴油也有一系列的缺點：揮發(fā)性低，易造成燃燒不完全、冷車不易啟動、點火延遲等問題；燃燒殘留物呈微酸性，對氣缸有一定的腐蝕作用；安定性差，含雙鍵的生物柴油在空氣中容易氧化變質(zhì)；對橡膠零件有害，含有微量甲醇與甘油的生物柴油會降解與它接觸的橡膠零件。

新能源汽車具有上述多種類型。但當(dāng)前技術(shù)條件下，混合動力汽車無疑是最具發(fā)展前景的一種。同時，近年來，隨著混合動力汽車關(guān)鍵技術(shù)的不斷更新，以及混合動力汽車新車型的不斷推出，混合動力汽車市場已經(jīng)逐漸成熟。混合動力汽車憑借著其自身的優(yōu)點，受到了汽車行業(yè)的重視，同時也經(jīng)受了市場的考驗。這些均使混合動力汽車成為了當(dāng)前新能源汽車中最為突出且極為重要的一種。

1.2.2　新能源汽車的歷史

從新能源汽車的定義上看，電動汽車是新能源汽車的一種。新能源汽車的種類從最初的純電動汽車發(fā)展到今天多種類型的新能源汽車，經(jīng)歷了漫長的過程。在世界汽車發(fā)展史上，電動汽車的發(fā)明比內(nèi)燃機汽車還要早。新能源汽車的發(fā)展主要經(jīng)歷了以下幾個階段。

（1）19世紀(jì)30年代到50年代——電動汽車的崛起

事實上，電動汽車的歷史比內(nèi)燃機汽車要長。歷史上用于車輛的電機的出現(xiàn)甚至比奧托循環(huán)發(fā)動機（柴油機）和奔馳發(fā)動機（汽油機）還要早。早在1835年，荷蘭的Sibrandus Stratingh教授就設(shè)計了第一款小型電動車。但更具實用價值的電動車是由美國人托馬斯·達文波特和蘇格蘭人羅伯特·戴維森在1842年研制的，他們首次使用的是不可充電電池。

（2）19世紀(jì)60年代到20世紀(jì)20年代——電動汽車的發(fā)展

隨著電池性能、容量等關(guān)鍵技術(shù)方面的不斷進步，法國發(fā)明家Gustave Trouve在1881年巴黎舉行的國際電力博覽會上演示了三輪電動車。緊接著在1884年，托馬斯·帕克將電動車實現(xiàn)量產(chǎn)。之后，美國費城電車公司于1897年研制的紐約電動出租車實現(xiàn)了電動車的商用化。20世紀(jì)初，安東尼電氣、貝克、底特律電氣、愛迪生、Studebaker和其他公司相繼推出電動汽車，電動汽車的銷量全面超越汽油動力汽車。在當(dāng)時的汽車消費市場上，電動汽車具有無氣味、振動小、無噪聲、不用換擋和價格低廉等一系列內(nèi)燃機驅(qū)動的車輛所不具備的優(yōu)勢。因此，電動汽車在當(dāng)時的汽車發(fā)展中占據(jù)著重要位置。據(jù)統(tǒng)計，到1890年，在全世界4200輛汽車中，有38％為電動汽車，40％為蒸汽車，22％為內(nèi)燃機汽車。

（3）20世紀(jì)20年代到20世紀(jì)末——電動汽車停滯期

隨著石油的大量開采和內(nèi)燃機技術(shù)的不斷提高，在1920年之后，與內(nèi)燃機汽車相比，電動汽車逐漸地失去了其競爭優(yōu)勢。相應(yīng)地，汽車市場也逐步被內(nèi)燃機驅(qū)動的汽車所取代。電動汽車逐漸退居到有軌電車、無軌電車以及高爾夫球場電瓶車、鏟車電瓶車等領(lǐng)域。電動車的發(fā)展從此開始停滯了大半個世紀(jì)。之后，隨著全球石油資源的不斷開發(fā)和利用，以及內(nèi)燃機驅(qū)動汽車技術(shù)的不斷成熟，電動汽車漸漸淡出了人們的視線。與電動汽車相關(guān)的包括電驅(qū)動、電池材料、動力電池組、電池管理等關(guān)鍵技術(shù)也進入了停滯狀態(tài)。

（4）20世紀(jì)末到今天——電動汽車的復(fù)蘇及創(chuàng)新期

20世紀(jì)末，隨著全球石油資源的日益減少、環(huán)境問題的日趨嚴(yán)重，在節(jié)能環(huán)保車輛的需求越來越迫切的大環(huán)境下，人們重新認識到了電動汽車的重要性。到了20世紀(jì)90年代，各個主要的汽車生產(chǎn)商開始關(guān)注電動汽車的未來發(fā)展，并且開始不斷投入資金和技術(shù)到電動車領(lǐng)域。新能源汽車的概念應(yīng)運而生，在日趨激烈的競爭中，新能源汽車的類型不斷豐富起來。1990年1月，通用汽車公司向全球推出Impact純電動轎車。緊接著，1992年福特汽車公司推出了使用鈣硫電池的Ecostar。之后，豐田汽車公司于1996年推出了使用鎳氫電池的RAV4LEV，法國雷諾汽車公司于1996年推出了Clio。而后來豐田汽車公司于1997年推出的Prius混合動力汽車（圖1-4）和本田汽車公司于1999年發(fā)布、銷售的混合動力Insight（圖1-9），如今已經(jīng)成為新能源汽車中的暢銷車型。

成立于2003年特斯拉汽車公司（Tesla Motors）是一家生產(chǎn)和銷售電動汽車以及零件的公司。目前，該公司生產(chǎn)的幾大車型包含Tesla Roadster、Tesla Model S和Tesla Model X，其中于2006年推出的Roadster跑車0～60mile/h加速只要3.9s，每次充電可行駛400km。圖1-10所示為特斯拉的Roadster跑車。

1.2.3　新能源汽車的現(xiàn)狀

隨著全球能源和環(huán)境問題的不斷突顯，汽車作為石油消耗和二氧化碳排放的大戶，需要進行革命性的變革，發(fā)展新能源汽車已經(jīng)成為世界各國的共識，我國更是將其列入七大戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)之中。中央政府對其陸續(xù)出臺了各種扶持培育政策，為新能源汽車的發(fā)展?fàn)I造良好的政策環(huán)境。目前，我國新能源汽車市場規(guī)模正在不斷擴大，新能源汽車憑借其在節(jié)能與環(huán)保方面的優(yōu)勢，逐漸成為各大汽車公司研究與開發(fā)的熱點。

（1）全球新能源汽車現(xiàn)狀

世界上主要汽車生產(chǎn)國在新能源汽車發(fā)展戰(zhàn)略上均有不同的發(fā)展方向。

歐盟的新能源汽車發(fā)展戰(zhàn)略核心是清潔柴油車，其消費市場中柴油車份額的不斷增加也充分表現(xiàn)了這一點，如圖1-11、圖1-12所示，但是近年來，柴油車在歐洲的銷量及其占有的市場份額卻呈現(xiàn)減少趨勢，主要是因為隨著歐洲汽車尾氣排放法規(guī)的加嚴(yán)，歐洲主要車企開始試水混合動力汽車市場。有數(shù)據(jù)顯示，截至2011年底，歐洲混合動力汽車?yán)塾嬩N量超過45萬輛；2013年歐洲市場上新增混合動力汽車214237輛，在2012年149814輛的基礎(chǔ)上，同比增長43％。可見，混合動力汽車在歐洲市場顯現(xiàn)出了良好的發(fā)展態(tài)勢。

美國作為全球最大的汽車市場之一，同時還是極力鼓勵發(fā)展電動汽車的主要國家之一。世界上主要國家2011年純電動汽車銷量如圖1-13所示，其中，2011年美國純電動汽車銷量為2萬輛，位居全球第一。美國也是全球混合動力汽車最成熟和最大的市場之一。為了降低石油依賴、確保能源安全，美國政府提出到2015年實現(xiàn)100萬輛插電式混合動力汽車上路的目標(biāo)（已實現(xiàn)），并出臺了一系列扶持和激勵政策：在個人消費領(lǐng)域，美國聯(lián)邦政府可為購買電動車的消費者減免7500美元的賦稅，同時地方政府也都有配套的免稅措施，如加利福尼亞州政府在聯(lián)邦政府的基礎(chǔ)上再補貼5000美元。這樣，一輛電動汽車的售價實際上并沒有比同型號的傳統(tǒng)汽車高很多，而車輛的使用成本又比傳統(tǒng)汽車低很多。

美國還是全球混合動力商業(yè)化最早的市場之一。2001年，豐田普銳斯混合動力汽車第一代開始在美國銷售；2003年被第二代車型取代；2009年又被第三代車型取代；2010年，普銳斯在美國銷量達到14萬輛，占當(dāng)年該混合動力汽車銷量總量27萬輛的一半以上；2011年7月普銳斯混合動力汽車在美國累計銷售103萬輛，超過所有混合動力汽車總銷量的一半；2013年美國最暢銷的混合動力汽車依然是豐田普銳斯系列，銷量為218508輛；截至2014年，豐田在美國的銷量累計已經(jīng)達到237萬輛。豐田旗下的其他混合動力汽車也在美國實現(xiàn)暢銷，譬如雷克薩斯混合動力汽車，累計在美國銷售有5款車型。其中，雷克薩斯RX400h于2005年開始在美國銷售，之后分別在2006年、2007年、2009年和2011年引入了GS450h、LS600h L、HS250h、CT200h車型。從趨勢上看，混合動力雷克薩斯車型向低端方向發(fā)展。截至2014年2月，雷克薩斯銷量已經(jīng)飆升到188559輛。混合動力版凱美瑞2006年開始在美國銷售，2007年銷量達到5.4萬輛，截至2011年7月總計銷售17.5萬輛。另外，美國的本土車企，譬如通用汽車公司，近年來也在大力發(fā)展混合動力汽車，截至2013年2月，通用汽車公司生產(chǎn)的混合動力汽車全球累計銷量已經(jīng)突破320萬輛。

日本的新能源汽車發(fā)展戰(zhàn)略核心是混合動力汽車，其在鋰電池和混合動力汽車領(lǐng)域，無論從技術(shù)還是產(chǎn)量方面，都是全球的領(lǐng)導(dǎo)者。將汽車和鋰電池結(jié)合起來一直是日本企業(yè)的努力方向。據(jù)不完全統(tǒng)計，當(dāng)前國際混合動力汽車市場累計銷量已經(jīng)突破1000萬輛。其中，僅豐田一家公司在全球各地的銷量累計，已經(jīng)超過700萬輛。圖1-14為豐田公司2000年至2014年混合動力汽車的銷量變化。可以看出，豐田混合動力汽車銷量以每年100萬輛左右的速度增長，截至2014年年底已突破700萬輛，其中約50％為普銳斯車型。另外，截至2012年9月，日本本田汽車公司生產(chǎn)的混合動力汽車，在全球各地銷售累計也超過100萬輛。

全球范圍來看，近年來日系車企市場份額不斷增加，日本在混合動力領(lǐng)域處于領(lǐng)先地位；美國則是混合動力與燃料電池技術(shù)并重，但是由于燃料電池成本過高，目前各廠商正紛紛傾向于開發(fā)混合動力汽車。歐洲各車企由于柴油機技術(shù)水平較高，一直以來偏重于采取清潔柴油技術(shù)及柴油混合動力技術(shù)；但其在將清潔燃油戰(zhàn)略推廣到全球時遭遇阻力，效果不甚理想，雖然在燃料電池領(lǐng)域的技術(shù)積累豐富，但同樣受制于高昂成本，短期內(nèi)燃料電池汽車量產(chǎn)可能性不大。

（2）我國新能源汽車現(xiàn)狀

我國新能源汽車起步于21世紀(jì)初。“十五”和“十一五”規(guī)劃期間，國家先后制定了多項新能源汽車發(fā)展規(guī)劃。其中，2001年，我國啟動“863”電動汽車重大專項計劃，使新能源汽車的研發(fā)投入大大增加；而且科技部在“十五”期間投資9.5億元人民幣，組織實施國家“863”電動汽車專項計劃，還包括國家科技攻關(guān)計劃“清潔汽車關(guān)鍵技術(shù)研究與示范應(yīng)用”專項。涉及的電動汽車包括三類：純電動汽車、混合動力汽車以及燃料電池電動汽車。將這三類電動汽車稱為“三縱”；而把電池（燃料電池和動力蓄電池）及超級電容技術(shù)、動力總成控制（電機、電機傳動和發(fā)動機）及共性技術(shù)（新材料、新部件、共性技術(shù)和基礎(chǔ)設(shè)施相關(guān)技術(shù)）稱為“三橫”，建立“三縱三橫”的開發(fā)布局，如圖1-15所示。

在“863”等國家項目的大力支持下，國家先后投入多達20億元的研發(fā)經(jīng)費到200多家相關(guān)企業(yè)、大專院校和科研院所。2010年10月，國務(wù)院正式發(fā)布了《關(guān)于加快培育發(fā)展戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的決定》，重點培育發(fā)展戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)之一的新能源汽車產(chǎn)業(yè)，將重點突破動力電池、驅(qū)動電機和電子控制領(lǐng)域的關(guān)鍵核心技術(shù)，推進新能源汽車（如插電式混合動力汽車和純電動汽車）的推廣應(yīng)用和產(chǎn)業(yè)化。而國家的此項重大決定標(biāo)志著發(fā)展新能源汽車已上升到國家戰(zhàn)略層次。為響應(yīng)國家號召，各地此后均出臺地方性新能源汽車產(chǎn)能規(guī)劃，如表1-2所示。

根據(jù)中國汽車工業(yè)協(xié)會《節(jié)能與新能源汽車規(guī)劃》的構(gòu)想：2011～2015年，是節(jié)能與新能源汽車產(chǎn)業(yè)的培育期；2016～2020年為發(fā)展期，屆時我國節(jié)能與新能源汽車整體技術(shù)將達到國際先進水平，產(chǎn)業(yè)規(guī)模位居世界前列。在國家產(chǎn)業(yè)政策及財政補貼政策的鼓勵下，到2015年，純電動汽車和插電式混合動力汽車?yán)塾嫯a(chǎn)銷量達到50萬輛以上，并實現(xiàn)新能源汽車銷量占乘用車銷售總量的5％左右的規(guī)劃目標(biāo)（目標(biāo)已實現(xiàn)）；到2020年累計產(chǎn)銷節(jié)能與新能源汽車超過500萬輛。伴隨“十城千輛”示范項目的實施，節(jié)能與新能源汽車產(chǎn)業(yè)在我國出現(xiàn)了快速上升的勢頭。國內(nèi)各大車企均相繼提出其產(chǎn)能規(guī)劃，如表1-3所示。