1.1.2 新能源汽车的分类

新能源汽车是指具有节能或改善废气排放技术的环保型汽车。新能源汽车分为混合动力汽车（HEV）、纯电动汽车（BEV）、燃料电池电动汽车（FCEV）、其他新能源汽车等，如图1-3所示。

2012年7月9日，由工信部牵头制定的《节能与新能源汽车发展规划（2012—2020年）》正式发布，明确指出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（如电能）驱动的汽车（图1-4），并将新能源汽车的范围定为插电式混合动力汽车、纯电动汽车和燃料电池电动汽车。本教材的学习重点主要以纯电动汽车与混合动力汽车为主。

1.混合动力汽车

混合动力汽车（Hybrid Electric Vehicle，HEV）是指由两个或多个能同时运转的单个驱动系统联合组成的车辆，车辆的行驶功率依据实际的车辆行驶状态由单个驱动系统单独或共同提供，如图1-5所示。

根据混合动力驱动的联结方式不同，混合动力系统主要分为以下3类。

（1）串联式混合动力系统

串联式混合动力系统一般由内燃机直接带动发电机发电，产生的电能通过控制单元传输到电池，再由电池传输给电动机转化为动能，最后通过变速机构驱动汽车。发电机产生的能量对电池进行能量补充，电池向电动机提供驱动时所需的能量，从而保证车辆正常工作与行驶。串联式混合动力系统在城市公交车上应用比较多，乘用车上很少使用。

（2）并联式混合动力系统

并联式混合动力系统有两套驱动系统：传统的内燃机系统和电机驱动系统。两个系统既可以同时协调工作，也可以各自单独工作驱动汽车。这种系统适用于多种不同的行驶工况，尤其适用于复杂路况。并联式混合动力系统联结方式结构简单，成本低。

（3）混联式混合动力系统

混联式混合动力系统兼有串联式和并联式的特点。动力系统包括发动机、发电机和电动机，根据助力装置不同，它又分为发动机为主和电机为主两种形式。这两种动力单元既可以单独驱动车辆，也可以共同协作。混联式混合动力系统的特点在于内燃机系统和电机驱动系统各有一套机械变速机构，两套机构或通过齿轮系或采用行星轮式结构结合在一起，从而综合调节内燃机与电动机之间的转速关系。与并联式混合动力系统相比，混联式混合动力系统可以更加灵活地根据工况来调节内燃机的功率输出和电动机的运转。混联式混合动力系统复杂，成本高。

根据混合度的不同，混合动力系统还可以分为以下4类。

（1）微混合动力系统

这种混合动力系统在传统内燃机上的起动机（一般为12V）上加装了传动带驱动起动电机（Belt-alternator Starter Generator，简称BSG）。该电机为发电起动一体式，用来控制发动机的起动和停止，从而取消了发动机的怠速工况，降低了油耗和排放。从严格意义上来讲，这种微混合动力系统的汽车不属于真正的混合动力汽车，因为它的电机并没有为汽车行驶提供持续的动力。在微混合动力系统中，电机的电压通常有两种：12V和42V。42V主要用于柴油混合动力系统。

（2）轻混合动力系统

代表车型有通用汽车公司的混合动力皮卡车，该混合动力系统采用了集成起动电机（也就是常说的Integrated Starter Generator，简称ISG）。与微混合动力系统相比，轻混合动力系统除了能够实现用发电机控制发动机的起动和停止，还能够实现：

1）在减速和制动工况下，对部分能量进行吸收。

2）在行驶过程中，发动机等速运转，发动机产生的能量可以在车轮的驱动需求和发电机的充电需求之间进行调节。

轻混合动力系统的混合度一般在20%以下。

（3）中混合动力系统

该混合动力系统同样采用了ISG。与轻混合动力系统不同，中混合动力系统采用的是高压电机。另外，中混合动力系统还增加了一个功能：在汽车处于加速或大负荷工况时，电动机能够辅助驱动车轮，从而弥补发动机本身动力输出的不足，提高整车动力性能。这种系统的混合程度较高，可以达到30%，技术已经成熟，应用广泛。

（4）完全混合动力系统

该系统采用了272～650V的高压起动电机，混合程度更高。与中混合动力系统相比，完全混合动力系统的混合度可以达到50%。完全混合动力系统将逐渐成为混合动力技术的主要发展方向。雷克萨斯完全混合动力系统如图1-6所示。

目前混合动力汽车大多采用传统燃料的燃油发动机与电力混合方式，其关键技术为混合动力系统，它直接影响混合动力汽车的整车性能。

混合动力汽车可通过平均需用功率确定内燃机的最大功率，使内燃机处于油耗低、污染小的最优工况下工作，通常可以降低排放；混合动力汽车所使用的电池可回收来自制动等工况下产生的再生能量。

混合动力汽车也存在价格高、续驶里程短、动力性不足等问题。目前国内外应用较成熟的车型是在传统内燃机汽车基础上耦合增加一套由驱动电机和动力蓄电池组成的辅助动力系统（图1-7）。

日本最早开始混合动力汽车的开发工作，并成功实现产业化。1997年10月，丰田汽车公司第一代普锐斯（Prius）问世。丰田普锐斯混合动力汽车如图1-8所示。

欧洲混合动力汽车技术起步较晚，主要采取与美国合作方式，共同应用混合动力总成技术，将其应用于传统动力油耗较高的车型上以改善动力性与排放。

混合动力汽车根据车用能源的使用情况不同，混合动力汽车的发展有发动机与电机集成、传动系统与电机集成两种趋势。

2.纯电动汽车

纯电动汽车是以车载电源为动力，用电机驱动车轮行驶的车辆。电动汽车时速和起动速度取决于驱动电机的功率与性能，其续驶里程的长短取决于车载动力电池容量的大小。车载动力电池的容量取决于选用何种动力电池，如铅酸、锌碳、锂电池等，它们体积、密度、比功率、比能量、循环寿命各不相同。

纯电动汽车的结构简图如图1-9所示。

优点：技术相对简单成熟，在有电力供应的地方就能充电。

缺点：蓄电池单位重量储存的能量太少，还因电动汽车的电池较贵，又没形成经济规模，故购买价格较贵，使用成本主要取决于电池寿命及当地的电价。

纯电动汽车完全采用可充电式电池驱动，关键部件在于驱动电机与蓄电池，应用受限的难点在于电力储存技术。

纯电动汽车应用前景广泛，具有无污染、低噪声、高能效等优点。但蓄电池单位重量储存的能量太少，充电后续驶里程不理想。常见的纯电动汽车如图1-10所示。

目前电动汽车产业发展，必须重新构建配套基础设施网络（充电站），需要大量的投入。

3.燃料电池电动汽车

燃料电池电动汽车是指动力系统主要由燃料电池发动机、燃料箱（储氢罐）、电机和动力蓄电池等组成，采用燃料电池发电作为主要能量源，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。

燃料电池是一种将存在于燃料与氧化剂中的化学能直接转化为电能的发电装置，燃料电池电堆的工作原理如图1-11所示。燃料和空气分别送进燃料电池，电就被生产出来。它从外表上看像一个蓄电池，但实质上它不能“储电”，而是一个发电装置，但是需要电极和电解质以及氧化还原反应才能发电。

燃料电池是一种电化学装置，其组成与一般电池相同。其单体电池由正极、负极两个电极（负极为燃料电极，正极为氧化剂电极）以及电解质组成。

氢氧燃料电池反应原理是电解水的逆过程。与一般电池不同的是，一般电池的活性物质贮存在电池内部，因此会限制电池容量。而燃料电池的正极、负极本身不包含活性物质，只是个催化转换元件。燃料电池是把化学能转化为电能的能量转换器。电池工作时，燃料和氧化剂由外部供给进行反应。原则上，只要反应物不断输入，反应产物不断排出，燃料电池就能连续发电。

燃料电池动力系统如图1-12所示。

燃料电池汽车具有效率高、节能环保（以氢气为能源、排放物为水、运行平稳、噪声小）等优点。燃料电池混合动力汽车有燃料电池和动力电池两个动力源，需要考虑整车需求功率在各个动力源之间的分配问题，即能量管理问题。