淺析新能源汽車現(xiàn)狀及其發(fā)展前景（上）

南京/趙寶平

淺析新能源汽車現(xiàn)狀及其發(fā)展前景（上）

南京/趙寶平

圖1 串聯(lián)式混合動(dòng)力電動(dòng)汽車動(dòng)力傳遞路線示意圖

隨著抗霾、環(huán)保步伐的大步邁進(jìn)，新能源汽車正逐漸在國(guó)內(nèi)形成潮流之勢(shì)。這里我想就此問題進(jìn)行淺析。

新能源汽車是指除汽油、柴油發(fā)動(dòng)機(jī)之外所有其他能源的汽車。新能源汽車包括燃料電池汽車、混合動(dòng)力汽車、純電動(dòng)車、氫能源動(dòng)力汽車和太陽能汽車等?，F(xiàn)在國(guó)內(nèi)外正在研究發(fā)展的主要是混合動(dòng)力汽車、純電動(dòng)汽車和燃料電池汽車（燃料電池本文中暫不做解釋；另外，可再生資源燃料和氫動(dòng)力燃料目前發(fā)展不具備條件）。

混合動(dòng)力汽車是指那些采用傳統(tǒng)燃料的，同時(shí)配以電動(dòng)機(jī)/發(fā)動(dòng)機(jī)來改善低速動(dòng)力輸出和燃油消耗的車型?；旌蟿?dòng)力汽車驅(qū)動(dòng)的聯(lián)結(jié)方式及其分類有：串聯(lián)式、并聯(lián)式和混聯(lián)式混合動(dòng)力汽車。按電動(dòng)機(jī)輸出功率在整個(gè)系統(tǒng)輸出功率中所占的比重，即混合度分為四類：微混合動(dòng)力系統(tǒng)BSG、輕混合動(dòng)力系統(tǒng) ISG、中混合動(dòng)力系統(tǒng)、完全混合動(dòng)力系統(tǒng)和外接式充電混合動(dòng)力汽車。

串聯(lián)式混合動(dòng)力電動(dòng)汽車（SHEV）主要由發(fā)動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)、驅(qū)動(dòng)電機(jī)和蓄電池組等部件組成。發(fā)電機(jī)僅僅用于發(fā)電（由發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)），發(fā)電機(jī)所發(fā)出的電能供給電動(dòng)機(jī)，電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)汽車行駛。發(fā)電機(jī)發(fā)出的部分電能向電池充電，來延長(zhǎng)混合動(dòng)力電動(dòng)汽車的行駛里程。另外電池還可以單獨(dú)向電動(dòng)機(jī)提供電能來驅(qū)動(dòng)電動(dòng)汽車。使混合動(dòng)力電動(dòng)汽車在零污染狀態(tài)下行駛。串聯(lián)式混合動(dòng)力電動(dòng)汽車動(dòng)力傳遞路線如圖1所示。

混聯(lián)式混合動(dòng)力電動(dòng)汽車（PSHEV）主要由發(fā)動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)、電動(dòng)機(jī)、行星齒輪機(jī)構(gòu)和蓄電池組等部件組成。豐田Prius所采用的混合驅(qū)動(dòng)方式，它將發(fā)動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)和電動(dòng)機(jī)通過一個(gè)行星齒輪裝置連接起來。動(dòng)力從發(fā)動(dòng)機(jī)輸出到與其相連的行星架，行星架將一部分轉(zhuǎn)矩傳送到發(fā)電機(jī)，另一部分傳送到電動(dòng)機(jī)并輸出到驅(qū)動(dòng)軸。此時(shí)車輛并不是串聯(lián)式或者并聯(lián)式，而是介于串聯(lián)和并聯(lián)之間，充分利用兩種驅(qū)動(dòng)方式的優(yōu)點(diǎn)，如圖3所示。

微混合動(dòng)力系統(tǒng)（BSG）在傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)上的啟動(dòng)電機(jī)（一般為12V）上加裝了皮帶驅(qū)動(dòng)啟動(dòng)電機(jī)；該電機(jī)為發(fā)電、啟動(dòng)（Stop-Start）一體式電動(dòng)機(jī)，用來控制發(fā)動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)和停止，從而取消了發(fā)動(dòng)機(jī)的怠速，降低了油耗和排放。從嚴(yán)格意義上來講，這種微混合動(dòng)力系統(tǒng)的汽車不屬于真正的混合動(dòng)力汽車，因?yàn)樗碾姍C(jī)并沒有為汽車行駛提供持續(xù)的動(dòng)力。在微混合動(dòng)力系統(tǒng)里，電機(jī)的電壓通常有兩種：12V和42V。其中42V主要用于柴油混合動(dòng)力系統(tǒng)。

輕混合動(dòng)力系統(tǒng)（ISG）采用了集成啟動(dòng)電機(jī)與微混合動(dòng)力系相比，輕混合動(dòng)力系統(tǒng)除了能夠?qū)崿F(xiàn)用發(fā)電機(jī)控制發(fā)動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)和停止，還能夠?qū)崿F(xiàn)：

（1）在減速和制動(dòng)工況下，對(duì)部分能量進(jìn)行吸收；

圖2 并聯(lián)式混合動(dòng)力電動(dòng)汽車動(dòng)力傳遞路線示意圖

圖3 混聯(lián)式混合動(dòng)力電動(dòng)汽車動(dòng)力傳遞路線示意圖

表1 各種混合動(dòng)力汽車相應(yīng)的節(jié)能情況對(duì)照表

（2）在行駛過程中，發(fā)動(dòng)機(jī)等速運(yùn)轉(zhuǎn)，發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的能量可以在車輪的驅(qū)動(dòng)需求和發(fā)電機(jī)的充電需求之間進(jìn)行調(diào)節(jié)。

輕混合動(dòng)力系統(tǒng)的混合度一般在20%以下。

中混合動(dòng)力系統(tǒng)同樣采用了ISG系統(tǒng)。與輕度混合動(dòng)力系統(tǒng)不同，中混合動(dòng)力系統(tǒng)采用的是高壓電機(jī)。另外，中混合動(dòng)力系統(tǒng)還增加了一個(gè)功能：在汽車處于加速或者大負(fù)荷工況時(shí)，電動(dòng)機(jī)能夠輔助 驅(qū)動(dòng)車輪，從而補(bǔ)充發(fā)動(dòng)機(jī)本身動(dòng)力輸出的不足，從而更好的提高整車的性能。這種系統(tǒng)的混合程度較高，可以達(dá)到30%左右，目前技術(shù)已經(jīng)成熟，應(yīng)用廣泛。

仍然約在荷花小區(qū)見面。此時(shí)，已經(jīng)是春暖花開的季節(jié)，一樹樹紅絨花在風(fēng)中顫抖，陽光好像一層碎金，程頤站在一棵合歡樹下，淡藍(lán)襯衣，雙手斜插在口袋里。

完全混合動(dòng)力系統(tǒng)采用了272 ～650V的高壓?jiǎn)?dòng)電機(jī)，混合程度更高。與中混合動(dòng)力系統(tǒng)相比，完全混合動(dòng)力系統(tǒng)的混合度可以達(dá)到甚至超過50%。技術(shù)的發(fā)展將使得完全混合動(dòng)力系統(tǒng)逐漸成為混合動(dòng)力技術(shù)的主要發(fā)展方向。

外接式充電混合動(dòng)力汽車（PHEV）是一種可以外接充電的新型混合動(dòng)力汽車，它兼有純電動(dòng)車和混合動(dòng)力車的基本功能特征。即在混合動(dòng)力汽車上增加了純電動(dòng)行駛工況，并且加大了動(dòng)力電池容量，使PHEV采用純電動(dòng)工況可行駛一定里程，超過該里程就啟動(dòng)內(nèi)燃機(jī)，采用混合驅(qū)動(dòng)模式。各種混合動(dòng)力汽車相應(yīng)的節(jié)能情況如表1所示。

混合動(dòng)力汽車的特點(diǎn)：

1．采用混合動(dòng)力后可按平均需用的功率來確定內(nèi)燃機(jī)的最大功率，此時(shí)處于油耗低、污染少的最優(yōu)工況下工作。需要大功率內(nèi)燃機(jī)功率不足時(shí)，由電池來補(bǔ)充；負(fù)荷少時(shí)，富余的功率可發(fā)電給電池充電，由于內(nèi)燃機(jī)可持續(xù)工作，電池又可以不斷得到充電，故其行程和普通汽車一樣。

2．可以十分方便地回收制動(dòng)時(shí)、下坡時(shí)、怠速時(shí)的能量。

3．在繁華市區(qū)，可關(guān)停內(nèi)燃機(jī)，由電池單獨(dú)驅(qū)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)“零排放”。

4．有了內(nèi)燃機(jī)可以十分方便地解決耗能大的空調(diào)、取暖、除霜等純電動(dòng)汽車遇到的難題。

5．可讓電池保持在良好的工作狀態(tài)，不發(fā)生過充、過放，延長(zhǎng)其使用壽命，降低成本。

6．長(zhǎng)距離高速行駛時(shí)不省油。

7．價(jià)格高于現(xiàn)行內(nèi)燃機(jī)汽車。

近年來，美、日、德等汽車工業(yè)強(qiáng)國(guó)先后發(fā)布了關(guān)于推動(dòng)包括混合動(dòng)力汽車在內(nèi)的新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展的國(guó)家計(jì)劃。美國(guó)奧巴馬政府實(shí)施綠色新政，計(jì)劃到2015年普及100萬輛插電式混合動(dòng)力電動(dòng)汽車（PHEV）。日本把發(fā)展新能源汽車作為“低碳革命”的核心內(nèi)容，并計(jì)劃到2020年普及包括混合動(dòng)力汽車在內(nèi)的“下一代汽車”達(dá)到1350萬輛，為完成這一目標(biāo)，日本到2020年計(jì)劃開發(fā)出至少38款混合動(dòng)力汽車、17款純電動(dòng)汽車。德國(guó)政府在2008年11月提出未來10年普及100萬輛插電式混合動(dòng)力汽車和純電動(dòng)汽車，并宣稱該計(jì)劃的實(shí)施，標(biāo)志德國(guó)將進(jìn)入新能源汽車時(shí)代。

動(dòng)力電池成為各國(guó)政府在電動(dòng)汽車領(lǐng)域支持的重中之重。美國(guó)總統(tǒng)奧巴馬2009年8月宣布安排24億美元支持PHEV的研發(fā)與產(chǎn)業(yè)化，其中20億美元用來支持先進(jìn)動(dòng)力電池的研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化。日本政府提出“誰控制了電池，誰就控制了電動(dòng)汽車”，并組織實(shí)施國(guó)家專項(xiàng)計(jì)劃，在2011年以前將投入400多億日元用于先進(jìn)動(dòng)力電池技術(shù)研究，2010年左右新型鋰電池將規(guī)模應(yīng)用于下一代新能源汽車。德國(guó)從今年起啟動(dòng)了一項(xiàng)4．2億歐元的車用鋰電池開發(fā)計(jì)劃，幾乎所有德國(guó)汽車和能源巨頭均攜資加入。國(guó)家的大量投入，充分調(diào)動(dòng)了企業(yè)的積極性，目前國(guó)際主要汽車制造商不斷加強(qiáng)與電池企業(yè)的合作，以動(dòng)力電池突破為核心目標(biāo)的強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)合與產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟不斷涌現(xiàn)，動(dòng)力電池技術(shù)研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程明顯加快。

各國(guó)政府加大了政策支持力度，全力推進(jìn)包括混合動(dòng)力汽車在內(nèi)的新能源汽車產(chǎn)業(yè)化。美國(guó)對(duì)PHEV實(shí)施稅收優(yōu)惠，減稅額度在2500美元和15000美元之間，同時(shí)美國(guó)政府對(duì)電動(dòng)汽車生產(chǎn)予以貸款資助。2009年6月23日，福特、日產(chǎn)北美公司和Tesla汽車公司獲得80億美元的貸款，主要用于混合動(dòng)力和純電動(dòng)汽車的生產(chǎn)。日本從2009年4月1日起實(shí)施新的“綠色稅制”，對(duì)包括混合動(dòng)力車、純電動(dòng)汽車等低排放且燃油消耗量低的車輛給予稅賦優(yōu)惠，一年的減稅規(guī)模約為2100億日元，是現(xiàn)行優(yōu)惠辦法減稅額的10倍。法國(guó)對(duì)購買低排放汽車的消費(fèi)者給予最高5000歐元的獎(jiǎng)勵(lì)，對(duì)高排放汽車進(jìn)行最高2600歐元的懲罰。此外，歐盟計(jì)劃在2009年上半年發(fā)放70億歐元貸款，支持汽車制造商發(fā)展新能源汽車；此外，美國(guó)新的汽車燃油經(jīng)濟(jì)性法規(guī)和歐盟新車平均二氧化碳排放法規(guī)，對(duì)汽車的技術(shù)要求大幅提高，如果不發(fā)展新能源汽車技術(shù)，汽車制造商將很難達(dá)到新法規(guī)的要求。

從1995年起，包括日本豐田與美國(guó)三大汽車公司在內(nèi)的世界各大汽車生產(chǎn)廠商陸續(xù)投入混合動(dòng)力汽車的研究開發(fā)。經(jīng)過多年發(fā)展，混合動(dòng)力汽車在商用化、產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程上的發(fā)展已經(jīng)較為迅速。特別是2004 年全球各大汽車制造商繼續(xù)加大環(huán)保車型的開發(fā)力度，混合動(dòng)力車型成為各大公司的戰(zhàn)略重點(diǎn)，逐漸突破了小型車的限制越來越多的應(yīng)用在中大型車上，技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)愈演愈烈。2009年世界汽車市場(chǎng)混合動(dòng)力汽車銷量估計(jì)已經(jīng)超過70萬輛，據(jù)預(yù)測(cè)，2010 年將達(dá)100萬輛，2015年將在世界汽車市場(chǎng)占15%，2020年占25%。

在日本，日本豐田、本田、三菱、馬自達(dá)等多家企業(yè)均抓緊開拓混合動(dòng)力汽車市場(chǎng)。目前市場(chǎng)上正熱銷的兩款車型分別為豐田Prius和本田Insight ，1997年，日本豐田推出了世界上第一款批量生產(chǎn)的混合動(dòng)力汽車，其后又在2001年相繼推出了混合動(dòng)力面包車和皇冠轎車，運(yùn)用了先進(jìn)的混合動(dòng)力系統(tǒng)（THS）電子控制裝置與電動(dòng)四輪驅(qū)動(dòng)及四輪驅(qū)動(dòng)力/制動(dòng)力綜合控制系統(tǒng)，在普及混合動(dòng)力系統(tǒng)的低燃耗、低排放和改進(jìn)行駛性能方面處于世界前沿。以豐田為代表的日系企業(yè)，正是在10多年前的精確判斷，才最終以混合動(dòng)力這種過度的新能源技術(shù)傲力如今的世界汽車市場(chǎng)。豐田普銳斯轎車2009年的銷量達(dá)20．89萬輛，同比增長(zhǎng)達(dá)290%，成為包含微型車在內(nèi)的新車銷量排行榜榜首。到目前豐田混合動(dòng)力汽車?yán)塾?jì)銷售200多萬輛，遠(yuǎn)遠(yuǎn)領(lǐng)先于其他公司。

在美國(guó)，美國(guó)三大汽車公司通用、福特和戴姆勒-克萊斯勒在2004年就組建了生產(chǎn)混合動(dòng)力汽車和燃料電池汽車所用電池聯(lián)合開發(fā)公司——USABC，投資460萬美元開發(fā)新一代環(huán)保型雙動(dòng)力汽車所需要的高性能鋰聚合物電池。2005年9月，通用汽車、戴姆勒-克萊斯勒集團(tuán)與寶馬集團(tuán)簽署了關(guān)于構(gòu)建全球合作聯(lián)盟，以共同開發(fā)混合動(dòng)力推進(jìn)系統(tǒng)的合作備忘錄，共享各自在混合動(dòng)力推進(jìn)系統(tǒng)方面領(lǐng)先的技術(shù)能力及豐富的科技資源，并把發(fā)展“雙?！蓖耆旌蟿?dòng)力系統(tǒng)作為首要目標(biāo)。2009年，美國(guó)混合動(dòng)力汽車銷量達(dá)到29．03萬輛，占美國(guó)汽車市場(chǎng)份額達(dá)2．8%，雖然份額還較小，但卻從2005年的1．2%開始呈逐年上升之勢(shì)。預(yù)計(jì)美國(guó)混合動(dòng)力汽車的銷量2013年將達(dá)到87．2萬輛，市場(chǎng)占有率將達(dá)到5%。

（待續(xù)）