第一章 新能源汽车概况

第一章新能源汽车概况CONTENTS目录010203第一节新能源汽车的定义及分类第二节新能源汽车的关键技术第三节新能源汽车的发展现状和前景

汽车是现代工业和交通的重要资源，人们的日常出行，工作生活都离不开汽车的贡献，面对全球范围日益严峻的能源形势和环保压力，近年来，世界主要汽车生产国都把发展新能源汽车作为提高产业竞争能力、保持经济社会可持续发展的重大战略举措，新能源汽车成为市场新的增长点。目前，新一轮的新能源汽车研发、示范和产业化已经开始，而且得到各国政府和企业的高度重视。本章导读了解新能源汽车的发展历程；熟悉新能源汽车常见标识；认知我国新能源汽车的发展现状和前景；掌握新能源汽车的定义及分类。新能源汽车产业动能强劲

2022年《政府工作报告》提出，“继续支持新能源汽车消费”“加快形成绿色低碳生产生活方式”。如今，我国新能源汽车产业进入规模化、高质量的快速发展新阶段，一些新的问题随之产生。完善配套服务设施，让新能源汽车更具吸引力，需要各方加强协作。

当减污降碳、绿色出行成为一种新风尚，新能源汽车的优势自不待言。近年来，从政策推动到地方实践，从行业布局到企业研发，各方积极探索，推动新能源汽车产业迈向高质量发展。

“我国新能源汽车产业进入规模化、高质量的快速发展新阶段。”在3月26日召开的2022中国电动汽车百人会论坛上，工业和信息化部副部长辛国斌表示，要继续保障新能源汽车产业稳定运行，加大推广应用力度，深入推进换电模式应用和燃料电池汽车示范，启动公共领域车辆全面电动化城市试点，开展新能源汽车下乡活动，协同推进充电基础设施建设，着力破解小区、高速公路充电难的问题。学习目标课程思政2.新能源汽车的分类A（1）纯电动汽车B（2）插电式混合动力电动汽车C（3）燃料电池电动汽车1.新能源概念

新能源又称非常规能源，是指刚刚开始开发利用或正在积极研究并有待推广的能源，如太阳能、地热能、风能、水能、生物质能和核聚变能。纯电动汽车是指驱动能量完全由电能提供的、由电机驱动的汽车。混合动力电动汽车是能够至少从下述两类车载储存的能量中获得动力的汽车：可消耗的燃料；可再充电能／能量储存装置。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（氢瓶）、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，通过电机驱动车辆前进。第一节

新能源汽车的定义及分类D（4）其他清洁能源汽车①气体燃料汽车；②生物燃料汽车；③氢燃料汽车；④其他能源汽车一、认识新能源1.新能源汽车车牌二、新能源汽车常见标识小型新能源汽车牌照为渐变绿色大型新能源汽车牌照为黄绿双拼色图1-5新能源汽车牌照2.新能源汽车铭牌新能源汽车铭牌是标明车辆基本特征的标牌，通过铭牌，可以了解新能源汽车的主要信息。（1）纯电动汽车铭牌（2）混合动力电动汽车铭牌3.新能源汽车识别代码车辆识别代码可由三部分组成，第一部分是世界制造厂识别代号(WMI)；第二部分是车辆说明部分(VDS)：第三部分是车辆指示部分(VIS)，如图1-6所示。图1-6车辆识别代码4.新能源汽车常见的英文缩写新能源汽车有很多常用英文缩写，初学者如果不了解其含义，会有很多不便。新能源汽车常见的英文缩写，见表1-8。表1-8新能源汽车常见的英文缩写英文缩写中文含义中文解析EV电动汽车是指所有类型电动汽车的总称，它包括纯电动汽车、插电式混合动力汽车和燃料电池电动汽车BEV纯电动汽车这类汽车动力全部来源于电池，因为只有电池提供能源供给，只有电机提供动力，驱动汽车前行，可以实现行驶过程完全零排放HEV混合动力电动汽车是指采用传统燃料，同时配有发动机和电机的车型。HEV中配有的电池数量一般较少，电池的充电是通过汽车的电机带动的，通过回收制动能量，帮助汽车起停，能改善车辆的低速动力输出和降低油耗SHEV串联式混合动力电动汽车动力只来源于电机的混合动力电动汽车PHEV并联式混合动力电动汽车车辆的驱动力由电机及发动机同时或单独供给的混合动力电动汽车PSHEV混联式混合动力电动汽车同时具有串联式、并联式驱动方式的混合动力电动汽车PHEV插电式混合动力电动汽车PHEV的车载动力电池可以通过外接电源进行充电。能量由电池和燃油提供，动力由燃油发动机和电机提供FCEV燃料电池电动汽车以氢气、甲醇等为燃料，通过化学反应产生电流，依靠电机驱动的汽车。其电池的能量是通过氢气和氧气的化学作用，直接变成电能的REEV增程式电动汽车增程式电动汽车在纯电动汽车基础上，装备一个小型的辅助发电机组，以备电池电量不足时为电池充电ISG汽车启动发电一体机直接集成在发动机主轴上；正常行驶时，发动机驱动车辆，该电机断开或者起到发电机的作用；制动时，该电机还可以起到再生发电，回收制动能量的节能效果BSG皮带传动启动/发电一体化电机电机通过皮带传动在极短时间内将发动机转速由零增加至怠速以上，从而实现汽车的快速起停的装置BMS电池管理系统对电池进行管理的系统，通常具有量测电池电压的功能，防止或避免电池过放电、过充电、过温度等异常状况出现SOC荷电状态用来反映电池的剩余容量，其数值上定义为剩余容量占电池容量的比值，常用百分数表示整车整备质量电动汽车总质量电动汽车装载质量（1）（2）（3）整车整备质量是指电动汽车完全装备的质量，包括整车装备完好的空车质量，电池、润滑油、冷却液、随车工具、备用轮胎及备品等的质量，但不包括货物、驾驶员、乘客及行李的质量。电动汽车总质量是指汽车装备齐全，并按规定装满乘客（包括驾驶员）、货物时的质量。三、新能源汽车基本参数1.质量参数电池质量（4）电动汽车装载质量是指汽车满载时所能装载的货物和人员的总质量，即电动汽车总质量与整车整备质量之差。纯电动汽车电能消耗量与整备质量和电池质量密切相关，整备质量和电池质量越小，电能消耗量越少。车辆整备质量的变化与动力电池质量变化几乎完全同步。（2）（3）（4）（7）（6）（5）2.电池基本参数（1）（8）电池容量：指完全充电的蓄电池在规定条件下所释放的总的电量，单位为A·h或kA·h，它等于放电电流与放电时间的乘积。电压：

开路电压、工作电压、充电终止电压、放电终止电压电池能量：

指在一定放电制度下电池所能输出的电能，单位为W·h或kW·h，它等于电压与电池容量的乘积。能量密度：

指单位体积或单位质量的蓄电池所释放的电能，用W·h/L、W·h/kg来表示。电池功率：

指电池在一定放电制度下，单位时间内所输出能量的大小，单位为W或kW。放电倍率：

指在规定时间内放出其额定容量时所需要的电流值，它在数值上等于电池额定容量的倍数。荷电状态(SOC)：

也叫剩余电量，代表电池放电后剩余容量与其完全充电状态的容量的比值。寿命：

循环寿命：指电池可以循环充放电的次数，即在理想的温度和湿度条件下，以额定的充放电电流进行充放电，计算电池容量衰减到80%时所经历的循环次数。日历寿命：指电池在使用环境条件下，经过特定的使用工况，达到寿命终止条件（容量衰减到80%）的时间跨度。3.新能源汽车性能参数电动汽车性能参数主要有：最高车速、加速能力、坡道起步能力、爬坡车速、续航里程、能量消耗率、放电能量、再生能量、动力系效率和总功率。图1-7部分纯电动汽车续航里程第二节

新能源汽车的关键技术

“十五”期间，启动了“863”计划电动汽车重大科技专项，确立了如图1-9所示的“三纵三横”研发格局，取得了一大批电动汽车技术创新成果。图1-9新能源汽车“三纵三横”布局图一、新能源汽车关键技术（1）混合动力电动汽车

对中度混合动力方面：突破混合动力电动汽车关键技术，深化发动机控制技术研究，解决动力源工作状态切换和动态协调控制，以及能源优化管理，掌握整车故障诊断技术，进一步提高整车的可靠性、耐久性、性价比，开发出高性价比、具有市场竞争力、可大规模产业化的混合动力电动汽车系列产品。

对深度混合动力方面：突破混合动力系统构型技术，能量管理协调控制技术，开发深度混合动力新构型；开发出高性价比、可大规模批量生产的深度混合动力轿车和商用车产品。

对插电式混合动力电动汽车方面：掌握插电式混合动力构型及专用发动机系统研发技术；突破高效机电耦合技术、轻量化、热管理、故障诊断、容错控制与电磁兼容技术、电安全技术；开发出高性价比、可满足大规模商业化示范需求的插电式混合动力轿车和商用车系列产品。1.“三纵”的关键技术（2）纯电动汽车

以小型纯电动汽车关键技术研发作为纯电动汽车产业化突破口，开发纯电动小型轿车系列产品（包括增程式），并实现大规模商业化示范；开发公共服务领域纯电动商用车并大规模商业示范推广；加强插电式混合动力电动汽车研发力度，开发系列化插电式混合动力轿车和商用车系列产品。

纯电动商用车方面，重点研究整车NVH、轻量化、热管理、故障诊断、容错控制与电磁兼容及电安全技术。（3）燃料电池汽车

面向高端前沿技术突破需求，基于高功率密度、长寿命、高可靠性的燃料电池发动机突破新型氢-电-结构耦合安全性等关键技术，攻克适应氢能源供给的新型全电气化技术，底盘驱动系统平台技术，研制出达到国际先进水平的燃料电池电动轿车和客车，并进行示范考核；掌握车载供氢系统技术，实现关键部件的自主开发，掌握下一代燃料电池电动汽车动力系统平台技术，研制下一代燃料电池电动轿车和客车产品，并进行运行考核。为了加速推进新能源汽车产业市场化进程，科技部已经启动了“十三五”电动汽车科技规划的制定。“十三五”电动汽车科技规划将紧跟电动汽车产业和新能源新材料等新型经济发展，把握关键重点，在下一代电机电控系统、新能源汽车的智能化技术和安全等重点领域开展技术攻关。（1）电机

面向混合动力大规模产业化需求，开发混合动力发动机／电机总成（发动机+ISG/BSG）和机电耦合传动总成（电机+变速器），形成系列化产品和市场竞争力，为混合动力电动汽车大规模产业化提供技术支撑。2.“三横”的关键技术（2）电控系统

重点开发混合动力专用发动机先进控制算法（满足国Ⅳ以上排放法规）、混合动力系统先进实时控制网络协议、多部件间的转矩耦合和动态协调控制算法，研制高性能的混合动力系统（整车）控制器，满足混合动力电动汽车大规模产业化技术需求。（3）动力电池

以动力电池模块为核心，实现我国以能量型锂离子动力电池为重点的车用动力电池大规模产业化突破。重点研究新型锂离子动力电池；研究新型锂离子动力电池设计、性能预测、安全评价及安全性新技术。新体系动力电池方面，重点研究金属空气电池、多电子反应电池和自由基聚合物电池等，并通过实验技术验证，建立动力电池创新发展技术研发体系。二、新能源汽车关键技术发展趋势1.新能源汽车动力电池发展趋势（1）新能源汽车动力电池发展概况

混合动力电动汽车有汽油发动机作为动力来源，更强调加速性能和爬坡能力，因此更注重电池的比功率（要求高达800～1200W·h/kg）；插电式混合动力电动汽车和纯电动汽车完全以电池作为动力，更强调充电后的续驶能力，因而更关注电池的比能量（要求达到100～160W·h/kg）。由于各自性能、材料、成本等存在显著差异，因此不同类型动力电池的使用前景不同。目前技术最成熟的是镍氢动力电池，但商业化最成功的是锂离子电池，燃料电池则被广泛视作远期目标。（2）锂离子动力电池技术发展趋势

当前正在使用和开发的锂电池正极材料主要包括钴酸锂、镍钴酸锂、镍锰钴三元材料，尖晶石型的锰酸锂，橄榄石型的磷酸铁锂等。根据正极材料分类，锂离子动力电池发展路线主要有三条：改性锰酸锂、三元材料和磷酸铁锂。目前钴酸锂依然是小型锂电领域正极材料的主力，主要用于传统3C[Computer（计算机）、Communication（通信）和ConsumerElectronic（消费电子产品）]领域等；三元材料和锰酸锂主要用于电动工具、电动自行车和电动汽车等领域，在日本与韩国，其作为动力电池的技术较成熟；磷酸铁锂主要应用于我国的动力电池领域，还用于基站和数据中心储能、家庭储能、风光电储能等领域。知识拓展

锂电池产品技术的发展趋势1.钴酸锂将逐渐被三元材料替代2.锰酸锂占比将上升3.磷酸铁锂仍存较大技术提高空间2.我国充电设施建设发展趋势

截至2021年2月，全国共有30个省份出台了充电配套设施相关政策的规划。地方相应国家号召，各地推出的各项与电动汽车充电配套设施相关的政策与补贴，将充电配套设施的发展从地方向中央推进。

根据《电动汽车充电基础设施发展指南（2015—2020年）》规划，2014～2020年我国充电设施发展趋势如图1-11所示。（1）新能源汽车对驱动电机的要求

电动汽车对于电机驱动系统的要求可以归纳为：低速大转矩，该要求来源于爬坡和汽车起动初始加速度的要求；宽恒功率区，电动汽车电机驱动系统要求恒功率区是恒转矩区的3～10倍，该要求来源于汽车高速行驶和高速超车的动力要求；电机驱动系统效率达到80%及以上的区域要大于50%，该要求来源于电动汽车要求全工作范围高效；高功率密度，该要求来源于整车空间和高效节能的要求，在严酷的运行环境下，通常电动汽车电机驱动系统要求工作环境温度为-40～105℃，最高振动加速度大于10g；高可靠性，通常电动汽车电机驱动系统的寿命为20万公里以上；低成本，美国FCVT计划提出将电机驱动系统的成本降到每千瓦8～12美元。2.我国充电设施建设发展趋势（2）新能源汽车车用驱动电机发展趋势

新型永磁无刷电机如图1-12所示，是目前最有前景的电机之一图1-12新型永磁无刷电机新型永磁无刷电机包括：

①混合励磁电机②双定子永磁电机③记忆电机④磁性齿轮永磁无刷复合电机⑤非晶电机第三节新能源汽车的发展现状和前景一、全球新能源汽车市场发展现状分析1.全球销量呈上涨趋势，市场步入加速发展阶段

根据MarkLines数据显示，2020年全球新能源汽车销量达到289.0万辆，同比增长44.3%，与全球整体汽车市场双位数下滑的趋势大相径庭（图1-13）。图1-13新能源车销量及增速

在欧盟的促进下，欧盟各成员国强化新能源汽车现金补贴或者税收减免的相关政策发布，整体支持力度进一步加大，显著刺激电动车的需求，助力欧洲新能源市场迎来快速发展期。根据MarkLines数据显示，在欧洲各国的多项政策促进下，叠加在汽车工业发展层面的丰富经验和雄厚技术，2020年欧洲以41.9%的市占率超越中国，开始反超中国成为全球第一大新能源汽车市场。2021年1～7月，欧洲新能源汽车累计销售104.9万辆，同比增长112.0%，政策推动下延续高增长态势。2.政策持续推动欧盟发力新能源，欧洲实现对中国市场的反超知识拓展

能源短缺促使汽车新能源发展二、我国新能源汽车发展现状分析

2020年，我国新能源汽车销量达136.7万辆，同比增长10.9%。目前我国的新能源汽车仍以电动汽车为主，特别是纯电动汽车（图1-14）。图1-142018-2020年我国新能源汽车月度销量

近年来，随着我国新能源汽车的普及以及国家和各省份对新能源汽车的政策激励，外加北上广深等超一线城市对传统燃油车的号牌管制，促进了我国新能源汽车的发展，我国新能源汽车的渗透率也由2015年的1.4%提升至2020年的5.4%。1.我国新能源汽车渗透率逐年提升1232.国家层面目标明确促进新能源汽车渗透率的提升43.各省市确立明确的目标促进新能源汽车渗透率的提升4.“北上广深”限制燃油车号牌促进新能源汽车渗透率提升5.新能源汽车使用过程更为实惠010305060402三、新能源汽车的发展趋势分析1.突破电池技术是关键

作为动力源，现在还没有任何一种电池能与石油相提并论，动力电池已成为限制电动汽车发展的瓶颈。2.驱动电动机呈多样化发展

美国倾向于采用交流感应电动机，其主要优点是结构简单、可靠，质量较小，但控制技术较复杂。日本多采用永磁无刷直流电动机，优点是效率高、启动转矩大、质量较小，但成本高，且有高温退磁、抗震性较差等缺点。德国、英国等大力开发开关磁阻电动机，优点是结构简单、可靠，成本低，缺点是质量较大，易于产生噪声。3.超微型发展趋势

纯电动汽车向超微型发展，受续驶里程的影响，这种汽车降低了对动力