本书介绍了新能源汽车的定义与分类、发展新能源汽车的意义, 以及新能源汽车发展现状, 详细描述了替代燃料汽车、汽车电动化技术的基础知识、纯电动汽车、混合动力电动汽车、燃料电池电动汽车的基础知识, 列举了目前市场上的典型的新能源汽车实例, 并针对其结构进行了系统的介绍。同时对电动汽车的充电技术进行了全面系统的介绍。
第1章绪论
汽车产业的发展始终伴随着石油消耗和大气环境污染的双重危机。汽车的迅速普及，在改善居民生活的同时也产生了诸如能源、环保等方面的问题。石油资源短缺与日益增长的汽车保有量之间的矛盾日益加剧。汽车尾气排放是造成环境污染和全球温室气体排放的主要来源之一，随着汽车排放相关法规的日益严格，传统汽车将无法满足严格的环保要求，汽车工业转型已是大势所趋。
1.1新能源汽车的定义与分类
1.1.1新能源汽车的定义
新能源汽车的定义在中国有一个不断变化的过程，在此过程中，中国新能源汽车的定义和包括的车辆类型逐渐由模糊变得清晰，同时也越来越科学规范。
根据《新能源汽车生产企业及产品准入管理规则》的主要政策，在2009年中国出现了“新能源汽车”的概念，包括混合动力汽车、纯电动汽车(battery electric vehicle，BEV，包括太阳能汽车)、燃料电池电动汽车(fuel cell electric vehicle，FCEV)、氢发动机汽车、其他新能源(如高效储能器、二甲醚)汽车等多个类别产品。当时新能源汽车的主要特征是采用非常规的车用燃料作为动力来源(或使用常规的车用燃料、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。
根据《节能与新能源汽车产业发展规划(2012—2020年)》的主要政策，2012年依然沿用“新能源汽车”名词，但分类仅包括插电式混合动力汽车、纯电动汽车和燃料电池汽车，其主要特征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。
1.1.2新能源汽车的分类
就中国而言，新能源汽车是对“new energy vehicles”(NEV)的翻译，在中国当代语境下，新能源汽车的分类主要是指“纯电动汽车、混合动力汽车、燃料电池汽车”三种。美国对于“新能源汽车”的定义指的是“替代燃料汽车”(alternative fuel vehicle，AFV)，这一定义与中国的相比更加宽泛。基于1992年美国能源政策法案的定义，替代燃料包括生物柴油、天然气、丙烷、电力、E85乙醇汽油、甲醇、煤基等。替代燃料汽车是一种设计为至少使用一种替代燃料驱动的专用、灵活燃料或双燃料汽车。
1) 纯电动汽车(BEV)
纯电动汽车顾名思义就是纯粹靠电能驱动(如铅酸电池、镍镉电池、镍氢电池或锂离子电池)的车辆，而不需要其他能量(如汽油、柴油等)。它可以通过家用电源(普通插座)、专用充电桩或者特定的充电场所进行充电，以满足日常的行驶需求。
2) 混合动力电动汽车
广义上讲，混合动力汽车(hybrid vehicle)是指车辆驱动系统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。
通常所说的混合动力汽车，一般是指油电混合动力汽车(hybrid electric vehicle,HEV)，即采用传统的内燃机(柴油机或汽油机)和电机作为动力源。
3) 燃料电池汽车(FCEV)
燃料电池汽车是利用氢气等燃料和空气中的氧在催化剂的作用下在燃料电池中经电化学反应产生电能，并作为主要动力源驱动的汽车。燃料电池汽车也是电动汽车的一种，结构基本类似，只不过多了一个燃料电池和氢气罐。
纯燃料电池车只有燃料电池一个动力源，汽车的所有功率负荷都由燃料电池承担。燃料电池汽车多采用混合驱动形式，在燃料电池的基础上，增加了一组电池或超级电容作为另一个动力源。
4) 其他新能源汽车
其他新能源汽车包括使用高效储能器(如超级电容、飞轮等)和非常规的车用燃料(如乙醇、甲醇、二甲醚、氢气等)作为动力来源的汽车。
目前在我国，新能源汽车主要是指插电式混合动力汽车、纯电动汽车和燃料电池汽车。
1.2我国发展新能源汽车的意义
1.2.1缓解石油短缺
发展新能源汽车是减少我国对国外石油依赖，解决快速增长的能源需求与石油资源终将枯竭（见图11）矛盾的必由之路。近年来，我国汽车市场发展迅速，已成为全球第二大汽车市场。截止到2016年底，我国机动车保有量达2.5亿辆，其中汽车1.7亿辆； 2016年的汽车产销量双双突破2400万辆，石油年消耗量高达3亿t。2016年，我国人均GDP已达8000美元，消费结构升级是必然趋势，加之我国正处于工业化、城市化和机动化的重要阶段，汽车需求的快速增长难以避免。我国每千人汽车拥有量为38辆，与139辆的世界平均水平存在很大差距，汽车消费市场还有相当大的发展空间。预计到2020年，我国汽车保有量将达到3亿辆，如果全部使用石化能源，石油消耗量将达到5亿t/年，进口量超过58%(国际红线是60%)，油气资源形势严峻，再加上我国目前尚无保障石油进口通道的有效措施(马六甲海峡)，能源安全将是我国经济发展的重大隐患。因此，大力发展新能源汽车是缓解我国石油短缺、降低石油对外依存度的重要措施。
图11夕阳下的油田
1.2.2降低环境污染
新能源汽车不燃烧汽油和柴油，所使用的锂电池是国际公认的环保电池。加之与传统汽车相比，电动车在起动时没有污染，具有极好的环保性能。就效率而言，传统汽车的能源转化效率只有17％，电动车的效率是90％，即使考虑燃煤发电的效率损失，电动车的总效率也大于30％，约为传统汽车的2倍，节能效果十分明显。特别是近年来，环境污染日益严重（见图12），世界各国高度关注温室气体排放及气候变化问题，我国虽然是发展中国家，人均温室气体排放量水平较低，但由于我国人口众多，多年来国民经济持续快速发展，能源消费量已居世界第二位，今后面临的国际社会的压力也将逐步增大。有调查显示，全球大约25％的二氧化碳排放源于汽车尾气。如果我国能在新能源汽车领域率先实现突破，将改变我国在气候变化问题上的被动局面，并可为解决全球日益严重的能源环境问题作出贡献。
图12日益严重的环境污染
1.2.3促进电力系统改革，加快智能电网建设
传统的电力系统，实际用电负荷的波动性与发电机组额定工况下所要求的用电负荷稳定性之间存在固有矛盾，如何处理电力系统的峰谷差一直是电网企业头疼的问题。我国电力装机已突破8亿kW，并将继续快速增长，但目前电站的年利用小时数仅为5000h，也就是说，许多机组是为了应对电力系统短时间的峰值负荷而建设的，如果措施得法，建设6亿kW的装机容量就够用了。试想，如果政府大力提倡发展新能源汽车，各个城市的居民都去买电动车，晚上用低谷的低价电为电动车充电，白天高峰时还可以用较高的价格向电网卖电，这可起到削峰填谷的作用，那么峰谷差的问题就迎刃而解了。按照这样的设想建起来的电网，将具有一定的自我调节能力，电力系统的发、输、配、售、用以及调度等各个环节将形成有效的互动，成为一个智能化的有机整体，从而极大地提高电力系统的安全性和可靠性。可以预期，作为智能电网（见图13）建设的重要组成部分，新能源汽车将带来电力系统的一场革命。
图13国家智能电网
1.3新能源汽车发展的现状
1.3.1国外现状
目前，引领新能源汽车发展的主要还是美国、日本以及欧洲的一些国家。这些国家的新能源汽车技术起步比我国要早很多，它们的发展也各有侧重。
美国长期侧重于降低石油依赖、确保新能源安全的战略，将发展新能源汽车作为交通领域实现根本上摆脱石油依赖的重要措施，并以法律法规的形式确定了新能源汽车的战略地位。早在克林顿时期，美国就提出了以提高燃油经济性为目标的计划，混合动力是当时主要的技术解决方案。到了布什时期，变为追求零排放和零石油依赖，技术解决方案主要是氢燃料电池汽车，后来还有一个计划，想用10年的时间实现20%的石油替代和节约，主要措施是生物质燃料。国际金融危机以后，奥巴马政府将大力发展电动汽车作为实施新能源战略的重要内容，提出了总额40亿美元的动力电池以及电动汽车研发和产业化的计划，产品上选择了以插电式混合动力电动车为重点。
日本长期坚持确保能源安全和提高产业竞争力的双重战略，通过制定国家目标引导新能源汽车产业的发展，同时高度重视技术创新。2006年，日本提出了新的国家能源战略，目标是到2030年交通领域对石油的依赖从100%降到80%。为配合新能源战略的实施，日本提出了下一代汽车燃料计划，明确提出改善和提高汽车燃油经济性标准，推进生物质燃料的应用，促进电动汽车和燃料电池汽车的应用等。近年来，日本又将大力发展电动汽车作为低碳革命的重要内容，并且计划到2020年普及以电动汽车为主体的下一代汽车。目前，日本正全面发展三类电动汽车，其混合动力电动汽车的全球销量*； 在纯电驱动汽车方面，日本的产品规划和产业化推进步伐也是*快的。另外，日本燃料电池产品的研发和产业化推进也领先于其他国家。
相对于美国和日本，欧洲更加侧重于温室气体减排战略。满足日益严格的二氧化碳排放限制要求已经成为欧洲对新能源汽车发展的主要驱动力。欧洲的新能源汽车发展在早期主要以生物质燃料、天然气以及氢燃料为主，21世纪初曾经提出到2020年23%的石油替代目标。近期，欧洲则对电动汽车给予高度关注。例如德国2009年下半年发布的电动汽车计划，高度重视纯电驱动的电动汽车发展，以纯电为重点，分别提出了2012年、2016年、2020年的产业化和市场化目标。
1.3.2国内现状
我国发展新能源汽车，是应对节能减排重大挑战的需要，同时也是汽车产业跨越式发展和提升国际竞争力的需要。欧美日等国家，都把新能源汽车作为战略制高点来考虑，国家投入大量人力物力来加强产业的发展。我国传统汽车领域和国外相比还比较落后，但在新能源汽车方面，我们和发达国家是站在同一个起跑线上，若根据“弯道超车”的说法，我们有机会在新能源汽车领域与西方发达国家在一个平等的层面上创新。我国汽车工业长期来看，将以纯电驱动作为技术转型的主要战略方向，重点突破电池、电机和电控技术，推进纯电动汽车、插电式混合动力汽车的产业化，实现汽车工业的跨越式发展； 近期将以混合动力汽车为重点，大力推广普及节能汽车，逐步提高我国汽车燃油经济性水平。“十二五”期间我国将大力发展节能汽车，中度、重度混合动力乘用车保有量计划超过100万辆，但该数据占总体汽车保有量的比例依然较小； 并预计到2020年，纯电动汽车和插电式混合动力汽车逐步实现产业化，市场保有量有望超过500万辆。
从2001年开始，我国“863”项目共投入20亿元研发经费，形成了以纯电动、油电混合动力、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”的电动汽车研发格局，共计有200多家整车及零部件企业、高校和科研院所，超过3000名科技人员直接参与了电动汽车研发的专项工作。到目前为止，共有超过160款各类电动汽车进入我国汽车产品公告，建成了30多个电动汽车国家重点实验室等*别的技术创新平台，已制定电动汽车相关标准40多项。
近几年，我国陆续出台了节能与新能源汽车示范推广以及私人消费补贴的相关政策，并在不断扩大试点范围。在政策的支持下，我国新能源汽车消费市场开始启动，电动汽车基础设施建设也得到初步发展，部分城市已经形成了网络雏形。随着2009年“十城千辆”工程的实施，电动汽车能源供给基础设施的潜在机会开始受到重视，国家电网公司、南方电网公司、普天海油公司等能源企业，围绕国家新能源汽车发展战略，强势介入充电基础设施建设，各示范城市和社会各界也*响应。我国充电基础设施发展的目标是到2020年，建成集中充换电站1.2万座，分散充电桩480万个，满足全国500万辆电动汽车充电需求。
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