第1章 新能源汽车产业发展现状及趋势分析

1.1 新能源汽车整车产业发展现状及趋势分析

自1886年，卡尔·本茨制造出世界上第一辆内燃机汽车以来，汽车工业的高速发展极大地改变了人们的生活方式，提高了人们的生活质量。汽车已经成为人类社会不可或缺的重要交通工具。此外，汽车工业的发展给人们带来大量的就业机会，促进经济的发展。汽车技术的进步也极大地拉动一个国家机械、电子、材料、模具等诸多领域的发展。可以说，汽车的出现改变了整个世界的面貌。

近几年，随着国民收入水平的提高，我国汽车产销量也增长迅速，2016年我国汽车产销量分别为2911.9万辆和2802.8万辆，同比增长14.5%和14.9%，其中，乘用车产销量分别为2442.1万辆和2437.7万辆，同比增长15.5%和14.9万辆；商用车产销量分别为369.8万辆和365.1万辆，同比增长8.0%和5.8%。此外，我国汽车保有量呈现井喷式增长。近5年年均增长量达到1400万辆，据公安部交管局统计，截至2017年3月底，我国汽车保有量达到2亿辆，预计2020年我国汽车保有量将达到3亿辆，图1-1为近几年我国汽车保有量统计图。

汽车工业的高速发展也带来了能源危机、环境污染等诸多问题。2015年，我国石油进口量超过美国，成为全球最大的石油进口国，全年进口规模超过3.4亿t，较10年前增长近1.5倍。受国际局势和石油供应的影响，石油价格跌宕变化，迄今已发生3次石油危机，使世界和各国经济受到严重影响，汽车行业作为石油的主要消耗领域，未来石油的产量将严重影响传统燃油汽车的发展。此外，燃油汽车排放的尾气对环境造成严重污染，根据环保部发布的《中国机动车环境管理年报（2017）》数据显示，2016年全国机动车排放污染物为4472.5万t，其中汽车是污染物排放总量的主要贡献者，其排放的一氧化碳和氮氢化合物超过80%，氮氧化物和颗粒物超过90%，近几年各大城市多次出现的严重雾霾天气，燃油汽车尾气排放成为主要污染源，影响人们的生活，如图1-2所示。

面对日益严峻的能源、环境危机，大力发展新能源汽车，实现交通能源转型，成为实现汽车行业可持续发展的重要途径。新能源汽车技术经历了百花齐放的探索期后，主流技术已逐步清晰，实现汽车动力电气化，发展新能源汽车是大势所趋，在国际上也达成共识。

根据2007年国家发展和改革委（简称国家发改委）《新能源汽车生产准入管理规则》,2009年工业和信息化部（简称工信部）《新能源汽车生产企业及产品准入管理规则》，将新能源汽车定义为采用非常规的车用燃料作为动力来源（或采用常规的车用燃料，采用新型车载动力装置），综合车辆的动力控制和驱动方面的先进技术，形成的技术原理先进，具有新技术、新结构的汽车。按照文件的定义，新能源汽车包括纯电动汽车、混合动力汽车、燃料电池电动汽车、氢发动机汽车、其他新能源汽车（如高校储能器、二甲醚等）汽车等。2012年国务院《节能与新能源汽车产业发展规划（2012—2020）》对新能源汽车进行了更明确的定义，目前我国新能源汽车是指采用新型动力系统，完全或主要依靠新型能源驱动的汽车。主要包括：纯电动汽车（Battery Electric Vehicle, BEV）、插电式混合动力汽车（Plug-in Hybrid Electric Vehicle, PHEV）、燃料电池汽车（Fuel Cell Vehicles, FCV），将混合动力汽车等以内燃机为主要动力的低耗能汽车定义为节能汽车。

1．纯电动汽车（BEV）

纯电动汽车是以车载电源为动力，用电机驱动车轮行驶，符合道路交通、安全法规各项要求的车辆。纯电动汽车完全采用可充电式电池驱动，关键部件在于电动发电机与蓄电池，而纯电动汽车的应用受限于电力储存技术。图1-3给出了纯电动汽车的简单结构示意图。

纯电动汽车应用前景广泛，具有如下优点：①无污染。电动汽车采用动力电池组为动力电机提供能量来源，工作时不会产生废气，有效地改善汽车尾气对大气造成的污染。②低噪声。电动汽车采用电机驱动汽车行驶，降低了传统汽车因使用内燃机而产生的噪声。③能源效率高，多样化。纯电动汽车使用动力电池，能量转换效率高，且可以实现制动能量回收，此外，向蓄电池充电的电力可以由煤炭、太阳能、风能、核能等能源转换，有效减少对石油的依赖。④结构简单，使用维修方便。电动汽车较内燃机汽车结构简单，传动部件少，维修保养工作量小。

但是纯电动汽车相比于传统内燃机汽车也存在以下缺点：①续驶里程短。受电池容量与成本的影响，目前大多数纯电动汽车续驶里程为150～200km，相比于内燃机汽车，纯电动汽车的续驶里程是制约其发展的重要因素。②充电时间长。目前电池快充技术尚未成熟，利用大功率充电桩将电池充满一般需要1～2h，利用家庭电网充电一般需要6～12h。③配套设施不完善。在国内充电设施建设滞后的情况下，充电是电动汽车面临的一大难题，公共充电桩的缺乏也是影响电动汽车发展的原因。

2．插电式混合动力汽车（PHEV）

插电式混合动力汽车是一种新型的混合动力电动汽车。区别于传统汽油动力与电驱动结合的混合动力，插电式混合动力驱动原理、驱动单元与电动车相同，唯一不同的是车上装备有一台发动机。插电式混合动力汽车获取电能的方式更加多样，除可以通过内燃机提供电能外，也可以通过充电桩或者家用220V电源充电。插电式混合动力汽车是混合动力汽车向纯电动汽车的更进一步发展，是连接两代产品的桥梁。插电式混合动力汽车的结构如图1-4所示。

插电式混合动力汽车具有以下优点：①在电动模式下拥有更长的续驶能力，在城市道路中多依靠电动机驱动，实现节能和低排。在路途较长或高速路段，多采用内燃机驱动，提高动力和传动效率。②可以利用充电桩、家用220V电源对车辆进行充电，在夜晚利用“峰谷差”充电，可以降低用车成本。③PHEV车载蓄电池组的容量通常为6～10kW·h，不到纯电动汽车的1/2，但续驶里程却高于普通混合动力车型的3～5倍。

插电式混合动力汽车因采用内燃机和电池作为动力源，不能完全摆脱对石油的依赖，整车结构复杂，且成本较高。

3．燃料电池汽车（FCV）

燃料电池汽车是指利用燃料电池，将燃料中的化学能直接转化为电能实现动力驱动的新型汽车。燃料电池汽车通过燃料的化学反应将化学能转化为电能，其中，氢气是燃料电池的最佳材料，但氢气燃料电池在氢气来源、储存与安全性等方面存在诸多问题。

燃料电池汽车具有以下优点：①零排放或近似零排放，绿色环保。燃料电池汽车在本质上是一种零排放汽车，燃料电池没有燃烧过程，若以纯氢作燃料，通过电化学的方法，将氢和氧结合，生成物是清洁的水；采用其他富氢有机化合物用车载重整器制氢作为燃料电池的燃料，生成物除水之外还可能有少量的CO2，但其排放量比内燃机要少得多，且没有其他污染排放（如氧化氮、氧化硫、碳氢化物或微粒）问题，接近零排放。②能量转换效率高，节约能源。燃料电池的能量转换效率极高。燃料电池没有活塞或涡轮等机械部件及中间环节，不经历热机过程，不受热力循环（卡诺循环）限制，故能量转换效率高，燃料电池的化学能转换效率在理论上可达100%，实际效率已达60%～80%，是普通内燃机热效率的2～3倍（汽油机和柴油机汽车整车效率分别为16%～18%和22%～24%）。③燃料多样化，优化了能源消耗结构。燃料电池所使用的氢燃料来源广泛。④续驶里程长，性能优于其他电池的电动汽车。采用燃料电池发电系统作为能量源，克服了纯电动汽车续驶里程短的缺点，其长途行驶能力及动力性已经接近于传统汽车。⑤运行平稳、噪声小。燃料电池属于静态能量转换装置，除了空气压缩机和冷却系统以外无其他运动部件，因此与内燃机汽车相比，摆脱了发动机的轰鸣，运行过程中噪声和振动都较小。

行业内普遍认为，氢燃料电池技术是内燃机技术的最好替代物，代表了汽车未来的发展方向，但是燃料电池还存在以下缺点，制约着燃料电池汽车的发展：①经济且无污染地获取纯氢燃料还存在技术难度。自然界中，氢能大量存储在水中，虽然取之不尽，但是直接使用热分解或者电解的方法从水中制氢成本较高。②氢燃料电池汽车燃料的供应还有大量的技术问题。通常氢能以三种状态存储和运输：高压气态、液态和氢化物形态，用常用的压缩气体罐储存的氢，只能供燃料电池汽车行驶150km，续驶里程太短，还不如蓄电池驱动的汽车，此外，氢气是最小的分子，很容易造成泄漏，对氢气的安全储存要求较高。③氢燃料电池所用催化剂金属铂价格昂贵。想要大规模生产氢燃料电池，金属铂是瓶颈，而且完全没有规模化后成本减小的效应，反而需求越多越昂贵。氢燃料电池汽车结构如图1-5所示。

综上所述，可见纯电动汽车、插电式混合动力汽车和燃料电池汽车各有优缺点，表1-1对各类新能源汽车进行了对比分析。