新能源汽车是什么

小嘿 QA 2020-06-19 14:54:58 阅读(...)

新能源汽车是指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。

新能源汽车是指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。

新能源汽车是什么

新能源汽车包括纯电动汽车、增程式电动汽车、混合动力汽车、燃料电池电动汽车、氢发动机汽车等。

定义

按照范围的大小,新能源汽车可以分为广义和狭义新能源汽车。

广义新能源汽车,又称代用燃料汽车,包括纯电动汽车、燃料电池电动汽车这类全部使用非石油燃料的汽车,也包括混合动力电动车、乙醇汽油汽车等部分使用非石油燃料的汽车。目前存在的所有新能源汽车都包括在这一概念里,具体分为六大类:混合动力汽车、纯电动汽车、燃料电池汽车、醇醚燃料汽车、天然气汽车等。

狭义新能源汽车可以参考国家《新能源汽车生产企业及产品准入管理规则》的规定:新能源汽车是指是指采用非常规的车用燃料作为动力来源,综合车辆的动力控制和驱动方面的先进技术,形成的具有新技术、新结构、技术原理先进的汽车。

产品类型

新能源汽车包括纯电动汽车、增程式电动汽车、混合动力汽车、燃料电池电动汽车、氢发动机汽车等。

纯电动汽车

纯电动汽车(Blade Electric Vehicles,BEV)是一种采用单一蓄电池作为储能动力源的汽车,它利用蓄电池作为储能动力源,通过电池向电动机提供电能,驱动电动机运转,从而推动汽车行驶。纯电动汽车的可充电电池主要有铅酸电池、镍镉电池、镍氢电池和锂离子电池等,这些电池可以提供纯电动汽车动力。同时,纯电动汽车也通过电池来储存电能,驱动电机运转,让车辆正常行驶。

混合动力汽车

混合动力汽车(Hybrid Electric Vehicle,HEV),它的主要驱动系统由至少两个能同时运转的单个驱动系统组合 而成的汽车,混合动力汽车的行驶功率主要取决于混合动力汽车的车辆行驶状态:一种是由单个驱动系统单独提供;第二种是通过多个驱动系统共同提供。

燃料电池电动汽车

燃料电池电动汽车(Fuel Cell Electric Vehicle,FCEV),在催化剂的作用下,燃料电池电动车用氢气、甲醇、天然气、 汽油等作为反应物与空气中的氧在电池中燃烧,进而电能为汽车提供动力源。本质上来说,燃料电池电动车也属于电动汽车之一,在很多性能和设计方面和电动汽车都有很多相似之处,将其分为两类是由于燃料电池电动车是将氢、甲醇、 天然气、汽油等通过化学反应能转化成电能,而纯电动车是靠充电补充电能。

氢发动机汽车

氢动力车(Hydrogen Powered Vehicle,简称 HPV), 主要是以氢动力燃料电池为燃料,氢动力车新能源汽车中最环境友好型的汽车,可以实现零污、零排放。然而,氢动力车生产成本过多,氢动力车的成本比传统燃油汽车的成本多出 20%,并且氢动力汽车的电池成本很高,在实际生产中受到储存及运输条件的限制,很难实际应用。

增程式电动汽车

增程式电动车(Extended Range Electric Vehicle,简称 EREV)与电动汽车相似,通过电池向电机提供动能,驱动电机运转,从而推动车辆行驶。然而,增程式电动车在车身 中配有一个汽油或柴油发动机,在增程式电动车电池电量过低的情况下,驾驶员可以利用这个发动机为增程式电动车进 行电量补充。

甲醇汽车

用甲醇代替石油燃料的汽车。

气动汽车

压缩空气动力汽车 (Airpoweerdvehiele 一 APV), 简称气动汽车,利用高压压缩空气为动力源 , 将压缩空气存储 的压力能转化为其他形式的机械能,从而驱动汽车运行。从理论上来说,液态空气和液氮等吸热膨胀作功为动力的其他气体动力汽车,也应属于气动汽车的范畴。

飞轮储能汽车

车辆减速滑行或制动减速过程中车辆的部分动能或者重力势能转化成其他形式的能量存储到高速飞轮之中以备车辆驱动使用的过程。飞轮使用磁悬浮方式,在 70000r/min 的高速下旋转。在混合动力汽车上作为辅助,优点是可提高能源使用效率、重量轻储能高、能量进出反应快、维护少寿命长,缺点是成本高、机动车转向会受飞轮陀螺效应的影响。

超级电容汽车

超级电容器是利用双电层原理的电容器。在超级电容器的两极板上电荷产生的电场作用下,在电解液与电极间的界面上形成相反的电荷,以平衡电解液的内电场,这种正电荷与负电荷在两个不同相之间的接触面上,以正负电荷之间极短间隙排列在相反的位置上,这个电荷分布层叫做双电层,因此电容量非常大。(2010 上海世博会园区世博专线已使用此车) 超级电容与蓄电池组成的混合电源完全可以满足车辆行驶时的能 量需求,并且可以缓冲瞬时大功率对储能系统的冲击,延长蓄电池的使用寿命。并且,超级电容可以瞬时大电流充电,能够更高效的回馈能量。

主要特点

混合动力汽车

混合动力汽车有串联式并联式混合式3 种布置形式。

一、串联式是指发动机带动发电机发电 ,其电能通过电动机控制器直接输送到电动机,由电动机产生电磁力矩驱动汽车。性能特点有:

(1)发动机工作状态不受汽车行驶工况的影响 ,始终在其最佳的工作区域内稳定运行,因此,发动机具有良好的经济性和低的排放指标。

(2)由于有电池进行驱动功率“调峰”,发动机的功率只需满足汽车在某一速度下稳定运行工况所需的功率 ,因此可选择功率较小的发动机。

(3)发动机与驱动桥之间无机械连接 ,因此,对发动 机的转速无任何要求,发动机的选择范围较大,比如可选用高速燃气轮机等效率高的原动机。

(4)发动机与电动机之间无机械连接 ,整车的结构布置自由度较大。

(5)发动机的输出需全部转化为电能再变为驱动汽车的机械能 ,需要功率足够大的发电机和电动机。

(6)要起到良好的发电机输出功率平衡作用 ,又要 避免电池出现过充电或过放电 ,就需要较大的电池容量。

(7)发电机将机械能量转变为电能、电动机将电能 转变为机械能、电池的充电和放电都有能量损失 ,因此 , 发动机输出的能量利用率比较低。
二、并联式是指发动机通过机 械传动装置与驱动桥连接 ,电动机通过动力复合装置也与驱动桥相连,汽车可由发动机和电动机共同驱动或各自单独驱动,其性能特点有:

(1)发动机通过机械传动机构直接驱动汽车,无机 —电能量转换损失,因此发动机输出能量的利用率相对较高 ,当汽车的行驶工况使发动机在其最佳的工作范围内运行时,并联式的 HEV 燃油经济性比串联式的高。

(2)有电动机进行“调峰”作用 ,发动机的功率也可适当减小。

(3)当电动机只是作为辅助驱动系统时 ,功率可以比较小。

(4)如果装备发电机 ,发电机的功率也可较小。

(5)由于有发电机补充电能 ,比较小的电池容量即可满足使用要求。

(6)由于并联式驱动系统的发动机运行工况要受汽车行驶工况的影响 ,因此在汽车行驶工况变化较多、较大时 ,发动机就会比较多地在其不良工况下运行。因此 , 发动机的排污比串联式的高。

(7)由于发动机与驱动桥之间直接机械连接 ,需要通过变速装置来适应汽车行驶工况的变化 ,此外,发动机与电动机并联驱动,还需要动力复合装置 ,因此 ,并联式驱动系统其传动机构较为复杂。

三、混联式驱动系统是串联式与并联式的综合,是指发动机发出的功率一部分通过机械传动 输送给驱动桥 ,另一部分则驱动发电机发电。混联式驱动系统的结构形式和控制方式充分发挥 了串联式和并联式的优点 ,能够使发动机、发电机、电动机等部件进行更多的优化匹配 ,从而在结构上保证了在更复杂的工况下使系统工作在最优状态 ,因此更容易实现排放和油耗的控制目标。

缺点:系统结构相对复杂;长距离高速行驶省油效果不明显。

动力源

从全球新能源汽车的发展来看,其动力电源主要包括锂离子电池、镍氢电池、铅酸电池、超级电容器,其中超级电容器大多以辅助动力源的形式出现。主要原因是这些电池技术还不完全成熟或缺点明显,与传统汽车相比不管是从成本上、动力还是续航里程上都有不少差距,这也是制约新能源汽车的发展的重要原因。

铅酸蓄电池

在所有电池技术中,铅酸蓄电池的发展历史最长久。该电池用金属铅作为负极,用氧化铅作为正极。电池在放电过程中,正负两极都会有硫酸铅生成,硫酸在电解质溶液中既作为反应过程的反应物,也是反应过程的生成物。在过去的十来年里,关于铅酸蓄电池的研究和发展主要集中在混合动力电动汽车的应用上。

镍氢蓄电池

镍氢电池工作是基于氧化镍阳极和氢金属负极释放和吸收 OH-。在过去镍氢电池被视为电动汽车上的一种很好的临时选择,鉴于锂离子电池存在着严重的安全问题。但是其 50~70Wh/kg 的能量密度并不能满足电动汽车 150~200Wh/kg 的能量密度需求。同时镍氢电池中镍的较大成分占比限制了其未来的价格降低。因此,镍氢电池并未作为一个可靠选择。

锂离子电池

锂离子电池是如今电动汽车上使用得最多的动力电池技术,这归功于它的高能量密度和单体电池中增长的功率,使得这类电池以具有竞争力的价格发展出更小的质量和密度。目前,这些动力电池可以供电动汽车行使大约 150km。锂离子电池的电极中插入了锂,也就是说,电极材料是锂离子的载体。研究表明电动汽车上使用的锂离子电池功率(800~2000W/kg 和能量密度(100~250Wh/kg)都有所增加。

超级电容器

如果电池既需要提供较长时间的存储能量,又需要为发动机的起动或车辆起步提供短时间内的脉冲功率,则电池的设计需采用折中的解决方案。在每个电池单体中均需采用更的电极以增加总表面积。以此增加的电流分布在较大的电极面积上,可保持电池电 压降满足系统要求。如果功率需求可由其他设备提供, 电池可以使用更厚重的电极,在低倍率下达到能量存储要求的同时获得更好的耐久性。一种比较理想的方法是由超级电容器提供脉冲功率,电池仅提供能量存储。超级电容器可以在较低的倍率下再充电,为下一次功率输出做准备,或者利用制动能量回收充电。通过超级电容器充电后,电池可以在一个较宽的电池荷电状态(SOC)范围内工作,因为起动所需的功率已经存储在超级电容器中。将电池和超级电容器结合使用,必然需要较为复杂的充电系统,因为电池和超级电容器的充、放电特性有着显著区别,所以其充电截止电压差别较大。因此,可能需要某种 DC/DC 变换器或者是开关器件对同一直流总线上的 2 个设备进行控制。

历史发展

从 1834 年第一辆电动汽车诞生,到 2011 年新能源汽车在国际各大车展中唱起主角,新能源汽车已经走过了将近 180 年的历程。经过近两个世纪的曲折发展,新能源汽车无论在种类、技术、市场占有率上都得到空前的突破,作为电动汽车的细分,混合动力汽车和纯电动汽车、燃料电池汽车主导着新能源汽车的发展进程,受到了比其他类型汽车更多的重视。新能源汽车百年历程可以大体分为电动汽车诞生、电动汽车重获重视、混合动力等其它车型的发展、以及纯电动车市场化发展四个阶段。

第一阶段:电动汽车诞生。1834 年英国人 Thomas Davenport 发明的第一辆蓄电池汽车是世界上最早的电动汽车。到了 20 世纪初,美国汽车市场上电动汽车、内燃机汽车和蒸汽机汽车各占三分之一的份额,1910 年,随着内燃机汽车开始采用大规模流水线生产,成本大幅降低,而电动汽车由于续航里程短、充电站等基础设施不完善,使得电动汽车一度退出市场。

第二阶段:电动汽车重获重视。进入 20 世纪 60 年代,美国政府由于数千万辆汽车对城市空气的严重污染,重新对电动汽车加以重视。20 世纪 70 年代初,欧佩克石油禁运危机之后,汽油价格一路飙升,西方对电动汽车的兴趣也愈加浓厚。政府对电动汽车研发增加拨款,各地纷纷建立研发基地,导致了第二轮电动汽车研发高潮的到来。

第三阶段:混合动力等其它车型的发展。随着人们对可持续发展认识的提高,越来越多的知名公司投入到混合动力和纯电动汽车的研发上面。随着混合动力汽车车型的不断增多,产销规模的逐渐增大,许多车型表现出了良好的节能与环保性能,这标志着混合动力汽车市场已经成熟。国外汽车厂商于 1965 年设计出了世界上首款氢能汽车,中国也在 1980 年成功地造出了第一辆氢能汽车。

第四阶段:纯电动车市场化发展。1994 年 1 月,当时世界上最好的电动车进入测试阶段。4 年之后,技术上逐渐成熟的电动车进入了试运行阶段。到 1996 年美国已经开始制造并销售电动汽车。这是一家大型制造公司用现代化批量生产的方式推出的第一款电动汽车。2008 年 11 月,纯电动汽车迎来新的春天。包括欧美和中国在内的主要汽车市场国家纷纷将纯电动汽车列为未来发展的主导方向。

发展挑战

综合考虑多项因素,《新能源汽车产业规划》透露出短期发展混合动力车,并以此为过渡,长期发展纯电动汽车的信号。根据现实情况,能进入到量产规模的新能源车只有混动和纯电动两类车。

产业规模效应弱

从传统汽车工业到新能源汽车兴起,中国汽车产业始终没有摆脱散而乱的普遍现状,产业内规模经济效应不明显。中国领土幅员辽阔,各地企业形态差异较大,市场监管力度有限,虽然进行过多次产业结构调整、企业资源整合,但是不能从根本上形成美国式的 3 家汽车厂商市场占有率 90%以上的规模效应。新能源汽车研发需要大量的资金和技术人才投入,在缺乏产业规模效应的条件下,各家企业各自“闭门造车”容易形成技术标准不一致、产业发展步伐不统一等问题,这不利于新能源汽车产业的格局形成和后续发展。此外,新能源汽车产业面临逐利、争补贴而引发的一哄而上和“产能过剩”。北京、广州、重庆、湖北、上海等地都已相继成立了地域性的汽车产业联盟。联盟内的成员密切配合,但联盟之间则鲜有往来,并形成了诸侯割据的局面。

成本价格过高

汽车成本决定价格,价格决定市场,目前在中国市场上的新能源汽车中,国产纯电动汽车的价格都不高,购买纯电动车对消费者来说已经不存在价格问题,价格偏高的是混合动力车。

据了解,2009 年,美国市场的混合动力车销售量为 29.03 万,占美国所有车型销量的 2.8%。国内混合动力车汽车产业化和市场推广方面与先进汽车国家相比差距明显,主要还是因为价格过高,抑制了许多人的购买欲望。正如瓦格纳所说,如何能把混合动力车的成本降低到普通用户能够负担的水平,这才是混合动力车所要面临的问题,毕竟价格也是市场的决定性因素之一。

目前国内市场在售的混合动力车型中混合动力汽车的售价平均要比相同排量的内燃机驱动汽车至少高出 30%。如果一辆传统轿车售价为 10 万,相同排量的混合动力车 13 万,按轿车年行驶里程 3 万公里计算,如果油价为 10 元/升,那么混合动力车的节能效益能达到 2 万,需要 4.3 年,油价越低回收期越长,而普通消费者可接受回收期为 1.5 年。

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