浅析新能源汽车发展

朱昇　席昌钱　熊景鸣　李劲松　王佳俊

摘 要：本文回顾了新能源汽车的发展，分析了新能源汽车的现状，并展望了新能源汽车的未来。在文中对新能源汽车的概念、发展历程和特点进行了介绍;对新能源汽车的纯电动车技术、插电式混合动力车技术、燃料电池车技术、动力电池技术、电机技术、电控技术、新能源汽车销售等的现状进行了分析;以及对新能源汽车的发展前景进行了展望。

关键词：新能源汽车 发展现状 发展前景

Analysis on the Development of New Energy Vehicles

Zhu Sheng Xi Changqian Xiong Jingming Li Jinsong Wang Jiajun

Abstract：This article reviews the development of new energy vehicles， analyzes the current situation of new energy vehicles， and looks forward to the development of new energy vehicles. In the article， the concept， development history and characteristics of new energy vehicles are introduced; pure electric vehicle technology， plug-in hybrid vehicle technology， fuel cell vehicle technology， power battery technology， motor technology， and electronic control technology of new energy vehicles and the current situation of sales of new energy vehicles are analyzed and the development prospects of new energy vehicles are illustrated.

Key words：new energy vehicles， development situation， development prospects

1 引言

汽车已是人们生活的一部分，人们离不开它。然而传统燃油汽车面临的环境污染问题以及资源匮乏问题日渐突出，人类迫切需要一种非传统内燃机汽车的交通工具。因而新能源汽车逐渐受到世界各国政府和车企的关注及重视，新能源汽车是有效解决前面问题的答案，为此世界多国政府和机构为了有效促进新能源汽车的发展，强有力的出台政策，限制燃油车销售时限，同时大力支持新能源汽车的发展及消费，发展新能源汽车已是大势所趋。

2 新能源汽车的发展

2.1 新能源汽车概念

新能源汽车（New Energy Vehicle， 简称 NEV）这个概念是中国自创的[1]。它是相对于传统内燃机汽车而出现和存在的，最早于1960年出现，并随非传统内燃机汽车技术的发展，新能源汽车的内涵也在不断变化。根据2019年12月国家发布的《新能源汽车产业发展规（2021-2035年）》征求意见稿，对新能源汽车的最新定义是：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、插电式混合动力汽车及燃料电池汽车。

2.2 新能源汽车发展历程

追溯新能源汽车的发展。世界第一辆可供人们实用的新能源汽车是一电动汽车，它是在1873年由罗伯特·戴维森发明制造的，早于1886年卡尔·本茨发明的内燃机汽车。由于电动汽车的出现，便开启了新能源汽车的发展，在发展初期，新能源汽车发展良好，在19世纪末20世纪初曾占比汽车整体保有量的50%以上。虽然新能源汽车起步早，但由于技术发展严重滞后于内燃机汽车，在20世纪中、后期，新能源汽车发展趋于停滞状态，直到近年来石油资源危机和环境污染问题越显突出，世界各国政府和汽车企业才重新开始重视新能源汽车，并积极鼓励和支持新能源汽车的发展。中国新能源汽车的发展大体可分1991年至2008年的科技研发与技术验证期，2009年至2016年的服务国家战略示范推广期，以及2017年至今的创新驱动快速发展期。2019年全球新能源汽车在世界的平均市场占有率为2.5%[2]，中国新能源汽车销售量占比汽车销售量的4.7%。

2.3 新能源汽车特点

新能源汽车因其使用新能源、新技术、新结构等，使其具有节能环保、噪声低、效率高等优点;因其新能源汽车的电池技术、电机技术、电控技术等关键技术还有待改进，以及相关配套设施普及率不高等，使其具有充电慢、充电时间长，续航里程短、充电、加气、维修等不方便，车型不多、价格不低、选择面不大等缺点。

3 新能源汽车发展现状

3.1 新能源汽车技术现状

根据国家发布的《新能源汽车产业发展规（2021-2035年）》征求意见稿和市场实际情况，我国目前主要发展插电式混合动力汽车、纯电动汽车及燃料电池汽车等三种新能源汽车。电池、电机、电控是当前新能源汽车的三大核心技术。

3.1.1 纯电动汽车技术现状

纯電动汽车是指完全依靠动力电池驱动的新能源汽车[3]。因其可以实现零排放而成为国内外重点关注的新能源车，目前在市场上占有一定的份额。在国内外分别选择3款具有代表性的车型作介绍，6款车分别是北汽EX5、蔚来ES8、比亚迪宋EV500以及特斯拉Model X、日产Leaf、宝马i3，它们的基本参数如表1。

根据数据可得，国内外主流纯电动汽车续航里程在340km-507km之间，最长的是特斯拉Model X为507km;快速充电时间在0.5h-1.2h之间，最快的是日产Leaf为0.5h;最高时速在145km/h-250km/h之间，最高时速是特斯拉Model X为250km/h。

3.1.2 插电式混合动力车技术现状

插电式混合动力汽车是指其主要驱动系统由至少两个能同时运转的单个驱动系统组成的可以外部充电的汽车，插电式混合动力汽车的行驶动力可以由单个驱动系统单独提供，也可以通过多个驱动系统共同提供[4]。较为常见的插电式混合动力汽车是在通过外部设施对电池充满电后，先以电池单独供电行驶，当电池电量不足时，再以混合动力或内燃发动机模式行驶，并可适时向电池充电。插电式混合动力汽车因有多个驱动系统，所以行驶里程较长，是目前解决新能源汽车续航里程短的最佳车型，目前国内外有多款插电式混合动力汽车，这列举了国内外比较有代表性的比亚迪宋DM、荣威Erx5、吉利博瑞以及福特蒙迪欧、丰田卡罗拉、宝马i8六款插电式混合动力汽车进行说明，它们的基本参数如表2。

根据数据可得，国内外主流插电式混合动力汽车的最高速度在120km/h-250km/h之间，最高速度是宝马i8为250km/h;综合工况纯电动续航里程在 37km-80km之间，最高续航里程是比亚迪宋 DM为80km;最高电机功率是比亚迪宋DM为110kw;综合工况油耗在1.3L/100km-1.5L/100km之间，最低的是丰田卡罗拉为1.3L/100km。

3.1.3 燃料电池车技术现状

燃料电池汽车是指利用无害的高能燃料，通过化学反应产生电流，驱动汽车的一类新能源汽车[5]。燃料电池汽车有着噪音小、能量转化率高、排放几乎为零、维修方便等优点。但由于燃料电池汽车的核心技术发展还未成熟、有关标准还未完全明确、相关配套基础设施建设不充分等的原因，燃料电池汽车的产销量并不多。下面列举四款代表性的车型雪佛兰Equinox、荣威950、奔驰F-cell、丰田Miral，其基本参数如表3。

根据数据可得，国内外四款主流燃料电池车的整备质量为1800kg左右，其他各项指标参数均为丰田Miral最优或并列第一，综合各项指标，丰田Miral为目前最优燃料汽车，其百公里加速时间是9.6s，燃料电池功率最大是114kw;一次加氢续航里程是502km，储氢压力是70Mpa，机电功率是113kw，冷启动温度是-30℃。

3.1.4 动力电池技术现状

在新能源汽车上使用的动力电池按正极材料可分为四类，分别是锰酸锂电池、钴酸锂电池、磷酸铁锂电池和三元材料电池，当前在国内运用比较多的有三类，常见锂离子电池性能如表4。但在国内最被看好的是三元材料电池，因三元材料电池中三种金属元件有着明显的协调效应。在国外比较主流的动力电池有日本的氢燃料电池、美国的氢氧燃料电池、德国的固体氧化燃料电池。

据表中信息可知，四款常见锂离子电池各有优缺点，其电压在3.3V-3.8V之间;比容量在120mAh/g-170mAh/g之间，最高是三元镍铭铝为170mAh/g;密度最高是三元镍铭铝为2.0g/cm2-2.4g/cm2。

3.1.5 电机技术现状

电机是新能源汽车的重要装置。电机是连接新能源汽车动力电池和汽车传动轴的驱动件，将动力电池传来的电能转化为对外输出的动能，再将动能传输给传动轴，以驱动新能源汽车行驶。新能源汽车的电机包含有单级变速箱和电控系统，具有传统内燃机汽车发动机和变速箱的主要功用，并将其替代。新能源汽车主要采用直流电机、异步电机、永磁同步电机和开关磁阻电机四类驱动电机。在欧美国家使用异步电机较多，在中国和日本使用永磁电机的多。四类驱动电机基本参数如表5。

据表中信息可知，四类驱动电机各具其特点、各有其优缺，负荷效率较优的是永磁同步电机为85%-97%;转速范围最大是开关磁阻电机为大于15000r/min;峰值效率最高的是永磁同步电机为95%-97%;过载能力异步电机和开关磁阻电机较高都是300%-500%。

3.1.6 电控技术现状

电控技术对于新能源汽车是至关重要的关键技术之一。新能源汽车的电池管理技术、电机控制技术、电动助力转向技术、能源回馈技术等都属于电控技术。随着科学技术的发展及应用，新能源汽车的电控技术内容也在不断丰富，对于整体的电控技术而言，目前还处于尝试阶段。当前电控技术的发展对电池的安全性和使用寿命有着至关重要的作用，发展中的电控系统容易受局部系统的故障而影响整体运行。现国际上已采用国际标准ISO26262进行规避、完善，中国也在参考此标准并开始着手制定出相关的标准和应对措施。

3.2 新能源汽车的销售情况

根据中汽协官网发布的汽车销售数据，统计2014年-2019年新能源汽车销售情况如表6。2019年新能源汽车销量相对2018年有所下降，这主要是因为中国消费新能源汽车政策的改变，过渡期的消极因素以及整体汽车消费市场缩小所致，相对传统燃油汽车而言，传统燃油汽车销量下降更为明显。近几年新能源汽车销量快速增长，从2014年的7.5万辆到2018年达到了125.6万辆，从2014年新能源汽车销量占汽车销量的0.3%，到2019年增加到了4.7%，5年间增加了4.4%。新能源汽车销量在汽车占比中虽然很小，但在整个汽车销量占比中却呈快速增长趋势。

4 新能源汽车发展前景

目前，世界各国和汽车企业都在争先恐后发展新能源汽车，多国已经出台政策，制定停止产销传统内燃机汽车时间表及发展新能源汽车计划，部分国家及企业拟定传统内燃机汽车停售计划统计情况如表7。据2017年4月中国印发的《汽车产业中长期发展规划》，在文中指出中国新能源汽车到2020年的年产销量将达200万辆，另据中国发布的《新能源汽车产业发展规（2021-2035年）》征求意见稿提出，到2025年新能源汽车销量占比达25%左右。这将极大地促进新能源汽车的发展，由此可预测新能源汽车不论是在产销量上还是技术上都必将迎来前所未有的快速发展。

5 结束语

本文浅析了新能源汽车的发展历程、技术现状及销售情况，并展望了新能源汽车的发展。新能源汽车虽然起步早，但其发展严重滞后于内燃机汽车，在新能源汽车的电池、电机、电控三大核心技术方面均未成熟发展，离人们期待的目標还有一段路需要走，但在世界各国及企业的大力支持和发展下，相信科研人员在新能源汽车技术方面将会取得实质性的进步，并将助推新能源汽车的快速发展。

参考文献：

[1]曾鸿章. 基于实物期权的新能源汽车研发项目价值评估方法研究[D].北京理工大学，2014.

[2]罗荣晋.动力锂电池：推动新能源汽车发展的关键[J].现代商业银行，2020（05）：48-53.

[3]彭华. 中国新能源汽车产业发展及空间布局研究[D].吉林大学，2019.

[4]陈家瑞.汽车构造.[M]机械工业出版社，2009.

[5]彭华. 中国新能源汽车产业发展及空间布局研究[D].吉林大学，2019.