一 基础篇

第1章 新能源汽车基础

1.1 新能源汽车概述

1.1.1 新能源汽车的定义

目前，传统燃料（汽油或柴油）汽车作为消耗和排放大户，加剧了全球能源和环境的挑战。因此，世界各国就新能源汽车发展形成了共识，包括纯电动、燃料电池技术在内的纯电驱动将是新能源汽车的主要发展方向，插电式混合动力车型将是重要的补充形式。

我国工业和信息化部2017年发布的《新能源汽车生产企业及产品准入管理规定》对新能源汽车的定义是：采用新型动力系统，完全或者主要依靠新型能源驱动的汽车，包括插电式混合动力（含增程式）汽车、纯电动汽车和燃料电池汽车等。考虑到我国目前的实际情况，本书中的混合动力汽车既包含插电式混合动力汽车，也包含不插电式混合动力汽车。

纯电动汽车是指主要以电池为动力源，全部或部分由电机驱动，符合道路交通、安全法规各项要求的车辆。纯电动汽车是涉及机械、电子、电力、微机控制等多学科的高科技技术产品，是与燃油汽车相对应的。纯电动汽车最早出现在英国，1834年Thomas Dwenport在布兰顿演示了采用不可充电的玻璃封装蓄电池的蓄电池车，此车的出现比世界上第一辆内燃机汽车早半个世纪。电动汽车在20世纪20年代达到鼎盛时期，然而在燃油汽车出现后，纯电动汽车无论在整车质量、动力性能、行驶里程、机动性和灵活性方面越来越落后于燃油汽车。但在全球温室效应与能源问题逐渐受到各国政府的重视下，各国的污染法规渐趋严格，因此对低污染车辆的需求势必增加。随着各种高性能电池和高效率电机的不断出现，人们又把目光转向了零污染或超低污染排放的电动汽车。20世纪70年代，新一代纯电动汽车脱颖而出，而后出现了各种高性能的纯电动汽车。例如，比亚迪e6纯电动汽车可续驶300km，最高车速160km/h；长安奔奔纯电动汽车续驶里程150km，最高车速120km/h；宝马Mini纯电动汽车可续驶240km，最高车速160km/h；三菱iMiEV纯电动汽车可续驶150km，最高车速130km/h；日产Leaf纯电动汽车可续驶160km，最高车速140km/h，只需30min可充电80%，而10min充电可行驶50km；奔驰Smart Fortwo纯电动汽车可续驶121km，最高车速135km/h。

传统汽车只有内燃机一种动力源，纯电动汽车或纯燃料电池电动汽车也只有电机一种动力源，混合动力汽车则至少有两种动力源，动力电池和氢燃料电池技术的发展将最终导致不同类型的汽车向纯电动汽车和纯燃料电池电动汽车方向发展。电动汽车的发展不但是动力系统的变化，其传动系统等也将随之发生变化。

由于一次石化能源的日趋缺乏，纯电动汽车被认为是汽车工业的未来。纯电动汽车是完全由蓄电池（如铅酸电池、镍镉电池、镍氢电池或锂离子电池）提供能量，由电机驱动的汽车。动力蓄电池组输出电能驱动电机，从而推动车辆行驶。动力蓄电池的电能通过充电系统在车辆行驶一定里程后进行补充。纯电动汽车主要由电力驱动控制系统、车载电源控制系统和辅助控制系统构成。电力驱动控制系统包括中央控制单元、驱动控制器、电机、机械传动装置；车载电源控制系统包括充电控制器（能量源）、动力蓄电池（能量单元）及能量管理单元；辅助控制系统包括助力转向单元、温控单元和辅助动力源等（不同车型会有所差别）。

纯电动汽车的特点是用户端真正实现了“零排放”，不依赖石油，只要有电力供应的地方都能够充电，但是由于动力蓄电池的能量密度和功率密度比汽油或柴油低很多，因此纯电动汽车的连续行驶里程有限。新能源汽车的技术特点见表1-1。

1.1.2 新能源汽车与传统燃油汽车的区别

新能源汽车与传统燃油汽车的区别如下。

1）购车成本：新能源汽车免征车辆购置税，并享受国家和地方财政补助；传统汽车需缴纳车辆购置税，只能享受商家提供的优惠政策。当然这一点将随着国家和地方政策的改变而改变。

2）使用成本：新能源汽车每行驶100km使用成本为传统燃油汽车的1/9。

3）维修保养：新能源汽车保修期为5年或10万km（并非所有品牌），首保以及二次保养免费，在保修期内，如果零部件出现质量问题，绝大部分品牌的客户都将享受全免费维修。传统燃油汽车首保免费，保养价格跟车辆售价相关，且在使用中燃油滤芯、空气滤芯、空调滤芯、火花塞等部件须定期检查或更换。因此在维修保养方面，新能源汽车费用明显低于传统燃油汽车。

4）结构与原理：传统燃油汽车主要由发动机、底盘、车身和电器四大部分组成。新能源汽车除以上系统（纯电动汽车没有发动机）外还有电力驱动系统、主能源系统和辅助控制系统，其中电力驱动系统由电控系统、电机、传动系统和驱动车轮等部分组成；主能源系统由动力电池为核心的能量管理系统构成，能量管理系统能实现能源利用监控、能量再生、协调控制等作用；而辅助控制系统主要包括辅助动力源、动力转向系统、其他辅助装置等。

5）排放性：纯电动汽车无内燃机，可以实现零排放；混合动力汽车上搭载的传统燃油发动机工作在最佳工况下，排放大大降低。传统内燃机汽车虽然有比较完善的尾气处理装置，但其排放仍含CO和HC，而CO和HC是大气污染中危害最大的。对比排放废气中的CO2纯电动汽车排放量减少了约30%，这对缓解温室效应引起的全球变暖及气候异常有较大的作用。另外，纯电动汽车无内燃机产生的噪声。

6）能源效率：电动汽车能源效率已超过汽油机汽车，特别是在城市运行工况，汽车走走停停，行驶速度不高，电动汽车停止时不消耗电量，在制动过程中，电机可自动转化为发电机，实现制动减速时能量的再利用。

1.1.3 新能源汽车研发概况

2001年，我国将新能源汽车研发列入了“十五”国家863计划重大专项，形成了以纯电动、插电式混合动力、燃料电池三条技术路线为“三纵”，以动力蓄电池、驱动电机、动力总成控制系统三种共性技术为“三横”的新能源汽车研发格局，共计200多家整车及零部件企业、高校和科研院所，以及3000多名科技人员直接参加了电动汽车专项研发。2017年共有280余款新能源汽车进入我国汽车产品公告，建成数十个电动汽车国家重点实验室等国家级技术创新平台。

目前，世界各国虽然都很重视新能源汽车的发展，但是各有侧重。美国侧重解决石油依赖，保证石油安全；欧洲侧重温室气体的减排；日本侧重既保证能源安全，又提高产业的竞争力。在技术路线的选择方面，欧、美、日在早期主要以替代燃料为主，如欧洲、美国发展生物燃料，但近期基本都转向发展纯电动汽车，把长期发展纯电动汽车、短期内发展插电式混合动力汽车作为发展新能源汽车规划的重要组成部分。