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1、新能源汽车的现状与发展趋势摘要：在能源危机和环境污染问题的压力下，寻找替代石油的新能源车成了必然的选择。本文对新能源汽车包括混合动力汽车、纯电动汽车、燃料电池汽车等定义、分类及特点进行了总结，综述了各类新能源汽车最新技术进展及其性能，通过分析新能源汽车应用现状，指出纯电动汽车和燃料电池汽车推广应用需解决的问题，对各类新能源汽车的发展前景进行了展望。关键词： 混合动力汽车， 纯电动汽车，燃料电池，技术，现状，应用前景。1 前言1.1 寻求新动力源的背景随 着 世 界 能 源 危 机 和 环 保 问 题 日 益 突 出 ， 汽 车 工 业 面 临 着 严 峻 的 挑 战 。 一 方 面 ，石 油

2、资 源 短 缺 ， 汽 车 是 油 耗 大 户 ， 且 目 前 内 燃 机 的 热 效 率 较 低 ， 燃 料 燃 烧 产 生 的 热 能大 约 只 有 35%40%用 于 实 际 汽 车 行 驶 ， 节 节 攀 升 的 汽 车 保 有 量 加 剧 了 这 一 矛 盾 ； 另 一方 面 ， 汽 车 的 大 量 使 用 加 剧 了 环 境 污 染 ， 城 市 大 气 中 CO 的 82%、 NOx 的 48%、 HC 的58%和 微 粒 的 8%来 自 汽 车 尾 气 ， 此 外 ， 汽 车 排 放 的 大 量 CO2加 剧 了 温 室 效 应 ， 汽 车 噪声 是 环 境 噪 声 污 染 的

3、主 要 内 容 之 一 。 我 国 作 为 石 油 进 口 国 和 第 二 大 石 油 消 费 大 国 ， 污染 严 重 ， 世 行 认 定 的 20 个 污 染 最 严 重 的 城 市 有 16 个 在 中 国 。 国 内 汽 车 产 品 水 平 与 国外 差 距 很 大 ， 平 均 油 耗 高 出 10%30%， 排 放 约 为 1520 倍 ， 汽 车 工 业 面 临 的 压 力 更大 。 新 能 源 汽 车 生 产 企 业 及 产 品 准 入 管 理 规 则 已 于 2009 年 7 月 1 日 正 式 实 施 ， 规 则 强 调 说 明 ： 新 能 源 汽 车 是 指 采 用 非 常

4、 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 包 括 混 合 动 力 汽车 、 纯 电 动 汽 车 （ BEV， 包 括 太 阳 能 汽 车 ） 、 燃 料 电 池 电 动 汽 车 （ FCEV） 、 氢 发 动 机汽 车 、 其 他 新 能 源 （ 如 高 效 储 能 器 、 二 甲 醚 ） 汽 车 等 各

5、类 别 产 品 。1.2 我国发展新能源汽车的重要意义(1)发展新能源汽车是国民经济可持续发展的需要师文：新能源汽车的现状与发展趋势_1我国用于汽车能源的石油资源是有限的，在几十年后必然会出现枯竭，要大量依赖从国外进口石油。届时世界石油资源也会出现匮乏，各国对石油资源的竞争必将更加激烈，石油在国家安全方面的重要性日益上升。所以节制使用石油资源，发展新能源汽车将会促进我国能源结构的调整，有利于国民经济的可持续发展。（2）发展新能源汽车是控制城市污染的需要燃油汽车的尾气排放已给环境带来了破坏，世界各国都己认识到这一点，纷纷制定了相关严格的汽车排放标准，以求减少对环境的污染。因此寻求无污染或低污染的

6、 “绿色汽车”成为各国的基本国策，也是人类可持续发展的需要。（3）发展新能源汽车能够缩短我国汽车工业与世界先进汽车工业的差距。2 新能源汽车的主要种类及技术状况新 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 ，但 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 包 括 有 ： 混 合 动 力 汽 车 (HEV)、纯 电 动

7、汽 车 (BEV)、 燃 料 电 池 汽 车 (FCEV)、 氢 发 动 机 汽 车 以 及 燃 气 汽 车 、 醇 醚 汽 车 等等 。汽 车 对 新 能 源 的 基 本 要 求 ：（1） 能源要储量丰富我国汽车保有量预计2010年将达到3430万辆，汽车对能源的消耗巨大，作为汽车动力的能源必须储量丰富，才能保证汽车的可持续发展。（2）能源的能量密度要高能源的能量密度越高，汽车的燃料箱体积就越小，就会减轻汽车的自重。在同样的条件下，汽车的续驶里程就越长，并且动力性能越好。因此对汽车的能源要求密度越高越好。（3）能源的污染要小目前，大规模使用石油产品的汽车，已造成了环境的严重污染，各国政府都在

8、考虑制定更加严格的汽车尾气排放标准。因此新能源汽车必须要明显减少尾气排放的污染，甚至要达到零排放，才能被人们广泛接受。（4）经济性要好世界汽车工业竞争激烈，新能源汽车要广泛进入市场，必须在价格上占有一定的优师文：新能源汽车的现状与发展趋势_2势，这就要求车用能源售价低廉，并且使用费用低。（5）使用性能要好新能源汽车的能源必须使用储存方便，能够长距离运输，并且运输成本低廉，要有较高的运输安全性，不易燃烧、爆炸。2.1 混合动力汽车混 合 动 力 是 指 那 些 采 用 传 统 燃 料 的 ， 同 时 配 以 电 动 机 /发 动 机 来 改 善 低 速 动 力 输出 和 燃 油 消 耗 的 车

9、型 。 按 照 燃 料 种 类 的 不 同 ， 主 要 又 可 以 分 为 汽 油 混 合 动 力 和 柴 油 混合 动 力 两 种 。混 合 动 力 汽 车 的 优 点 ：（ 1） 采 用 混 合 动 力 后 可 按 平 均 需 用 的 功 率 来 确 定 内 燃 机 的 最 大 功 率 ， 此 时 处 于 油耗 低 、 污 染 少 的 最 优 工 况 下 工 作 。 需 要 大 功 率 内 燃 机 功 率 不 足 时 ， 由 电 池 来 补 充 ； 负荷 少 时 ， 富 余 的 功 率 可 发 电 给 电 池 充 电 ， 由 于 内 燃 机 可 持 续 工 作 ， 电 池 又 可 以 不

10、断 得到 充 电 ， 故 其 行 程 和 普 通 汽 车 一 样 。（ 2） 因 为 有 了 电 池 ， 可 以 十 分 方 便 地 回 收 制 动 时 、 下 坡 时 、 怠 速 时 的 能 量 。（ 3） 在 繁 华 市 区 ， 可 关 停 内 燃 机 ， 由 电 池 单 独 驱 动 ， 实 现 “零 ”排 放 。（ 4） 有 了 内 燃 机 可 以 十 分 方 便 地 解 决 耗 能 大 的 空 调 、 取 暖 、 除 霜 等 纯 电 动 汽 车 遇到 的 难 题 。（ 5） 可 以 利 用 现 有 的 加 油 站 加 油 ， 不 必 再 投 资 。（ 6） 可 让 电 池 保 持 在

11、良 好 的 工 作 状 态 ， 不 发 生 过 充 、 过 放 ， 延 长 其 使 用 寿 命 ， 降低 成 本 。混 合 动 力 汽 车 的 缺 点 :长 距 离 高 速 行 驶 基 本 不 能 省 油 。2.2 纯电动汽车电 动 汽 车 顾 名 思 义 就 是 主 要 采 用 电 力 驱 动 的 汽 车 ， 大 部 分 车 辆 直 接 采 用 电 机 驱 动 ，有 一 部 分 车 辆 把 电 动 机 装 在 发 动 机 舱 内 ， 也 有 一 部 分 直 接 以 车 轮 作 为 四 台 电 动 机 的 转子 ， 其 难 点 在 于 电 力 储 存 技 术 。纯 电 动 汽 车 的 优 点

12、:技 术 相 对 简 单 成 熟 ， 只 要 有 电 力 供 应 的 地 方 都 能 够 充 电 。纯 电 动 汽 车 的 缺 点 : 目 前 蓄 电 池 单 位 重 量 储 存 的 能 量 太 少 ， 还 因 电 动 车 的 电 池 较贵 ， 又 没 形 成 经 济 规 模 ， 故 购 买 价 格 较 贵 ， 至 于 使 用 成 本 ， 有 些 试 用 结 果 比 汽 车 贵 ，有 些 结 果 仅 为 汽 车 的 1 3， 这 主 要 取 决 于 电 池 的 寿 命 及 当 地 的 油 、 电 价 格 。师文：新能源汽车的现状与发展趋势_32.3 燃料电池汽车燃 料 电 池 汽 车 是 指

13、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 ， 而 不 是 经 过 燃 烧 ， 直 接 变 成电 能 的 。 燃 料 电 池 的 化 学 反 应 过 程 不 会 产 生 有 害 产 物 ， 因 此 燃 料 电 池 车 辆 是 无 污 染 汽车 ， 燃 料 电 池 的 能 量 转 换 效 率 比 内 燃 机 要 高 2 3 倍 ， 因 此 从 能 源 的 利 用 和 环 境 保 护方 面 ， 燃 料 电 池 汽 车 是 一 种 理 想 的

14、车 辆 。 单 个 的 燃 料 电 池 必 须 结 合 成 燃 料 电 池 组 ， 以 便 获 得 必 需 的 动 力 ， 满 足 车 辆 使 用 的要 求 。 燃 料 电 池 汽 车 具 有 以 下 优 点 ： （ 1） 零 排 放 或 近 似 零 排 放 ； （ 2） 减 少 了 机 油 泄 露 带 来 的 水 污 染 ；（ 3） 降 低 了 温 室 气 体 的 排 放 ； （ 4） 提 高 了 燃 油 经 济 性 ；（ 5） 提 高 了 发 动 机 燃 烧 效 率 ； （ 6） 运 行 平 稳 、 无 噪 声 。2.4 氢动力汽车氢 动 力 汽 车 是 一 种 真 正 实 现 零 排 放

15、 的 交 通 工 具 ， 排 放 出 的 是 纯 净 水 ， 其 具 有 无 污染 ， 零 排 放 ， 储 量 丰 富 等 优 势 ， 因 此 ， 氢 动 力 汽 车 是 传 统 汽 车 最 理 想 的 替 代 方 案 。氢 动 力 汽 车 的 优 点 ： 排 放 物 是 纯 水 ， 行 驶 时 不 产 生 任 何 污 染 物 。 氢 动 力 汽 车 缺 点 ： 氢 燃 料 电 池 成 本 过 高 ， 而 且 氢 燃 料 的 存 储 和 运 输 按 照 目 前 的 技术 条 件 来 说 非 常 困 难 ， 因 为 氢 分 子 非 常 小 ， 极 易 透 过 储 藏 装 置 的 外 壳 逃 逸

16、。 另 外 最 致命 的 问 题 ， 氢 气 的 提 取 需 要 通 过 电 解 水 或 者 利 用 天 然 气 ， 如 此 一 来 同 样 需 要 消 耗 大 量能 源 ， 除 非 使 用 核 电 来 提 取 ， 否 则 无 法 从 根 本 上 降 低 二 氧 化 碳 排 放 。2.5 燃气汽车燃 气 汽 车 是 指 用 压 缩 天 然 气 (CNG)、 液 化 石 油 气 (LPG)和 液 化 天 然 气 (LNG)作 为 燃料 的 汽 车 。 燃 气 汽 车 由 于 其 排 放 性 能 好 ， 可 调 正 汽 车 燃 料 结 构 ， 运 行 成 本 低 、 技 术 成熟 、 安 全 可

17、靠 ， 所 以 被 世 界 各 国 公 认 为 当 前 最 理 想 的 替 代 燃 料 汽 车 。2.6 生物乙醇汽车乙 醇 俗 称 酒 精 ， 通 俗 些 说 ， 使 用 乙 醇 为 燃 料 的 汽 车 ， 也 可 叫 酒 精 汽 车 。在 汽 车 上 使 用 乙 醇 ， 可 以 提 高 燃 料 的 辛 烷 值 ， 增 加 氧 含 量 ， 使 汽 车 缸 内 燃 烧 更 完全 ， 可 以 降 低 尾 气 的 害 物 的 排 放 。师文：新能源汽车的现状与发展趋势_4乙 醇 汽 车 的 燃 料 应 用 方 式 ： 一 、 掺 烧 ， 指 乙 醇 和 汽 油 掺 合 应 用 。 在 混 合 燃

18、料 中 ，乙 醇 和 容 积 比 例 以 “E”表 示 ， 如 乙 醇 占 10%， 15%， 则 用 E10， E15来 表 示 ， 目 前 ， 掺烧 占 乙 醇 汽 车 占 主 要 地 位 。 二 、 纯 烧 ， 即 单 烧 乙 醇 ， 可 用 E100%表 示 ， 目 前 应 用 并 不多 ， 属 于 试 行 阶 段 ； 三 、 变 性 燃 料 乙 醇 ， 指 乙 醇 脱 水 后 ， 再 添 加 变 性 剂 而 生 成 的 乙 醇 ，这 也 是 属 于 试 验 应 用 阶 步 ； 四 、 灵 活 燃 料 ， 指 燃 料 既 可 用 汽 油 ， 又 可 以 使 用 乙 醇 或 甲醇 与 汽

19、 油 比 例 混 合 的 燃 料 ， 还 可 以 用 氢 气 ， 并 随 时 可 以 切 换 。 如 福 特 ， 丰 田 汽 车 均 在试 验 灵 活 燃 料 汽 车 （ FFV） 。2.7 各种能源方案优缺点综合分析表类别 能源来源能源效率排放制造成本 使用成本 维护成本 补充燃料 功率重量行驶里程 配套设备 普通内燃机受限 低 差 一般 一般 一般 方便 大 轻 400 完善纯电池力一般 最高 无 高 最低 高 不方便 小 重 500 完善氢燃料电池 困难 高 无 高 最高 高 不方便 小 一般300 不完善 从 上 表 中 可 以 看 出 ， 纯 电 池 力 、 氢 燃 料 电 池 虽

20、然 具 有 较 优 的 新 能 源 特 征 ， 但 市 场竞 争 力 弱 ， 混 合 动 力 则 具 有 微 弱 的 优 势 。 因 此 ， 混 合 动 力 属 于 过 渡 方 案 ， 纯 电 池 力 属于 辅 助 方 案 ， 而 氢 燃 料 电 池 属 于 难 以 实 施 的 方 案 。 物 理 燃 料 电 池 则 兼 顾 了 新 能 源 特 征 、市 场 及 用 户 的 诸 多 优 点 ， 所 以 具 有 广 阔 的 开 发 前 景 。师文：新能源汽车的现状与发展趋势_53 新能源汽车的其他方案3.1 提高旧能源汽车的效率目 前 的 汽 柴 油 内 燃 机 热 效 率 小 于 30%， 如

21、 果 算 上 机 械 效 率 以 及 其 他 的 能 量 传 递 损失 ， 则 总 效 率 仅 占 燃 料 放 出 热 能 的 15%左 右 。 毫 无 疑 问 ， 如 果 能 够 提 高 热 机 的 效 率 ，则 可 在 一 定 程 度 上 缓 解 目 前 的 石 油 危 机 。3.2 空气动力汽车利 用 空 气 作 为 能 量 载 体 ， 使 用 空 气 压 缩 机 将 空 气 压 缩 到 30MP 以 上 ， 然 后 储 存 在储 气 罐 中 。 需 要 开 动 汽 车 时 将 压 缩 空 气 释 放 出 来 驱 动 启 动 马 达 行 驶 。 优 点 是 无 排 放 、维 护 少 ，

22、缺 点 是 需 要 电 源 、 空 气 压 力 （ 能 量 输 出 ） 随 着 行 驶 里 程 加 长 而 衰 减 、 高 压 气体 的 安 全 性 。3.3 飞轮储能汽车 利 用 飞 轮 的 惯 性 储 能 ， 储 存 非 满 负 载 时 发 动 机 的 余 能 以 及 车 辆 长 大 下 坡 、 减 速 行驶 时 的 能 量 ， 反 馈 到 一 个 发 电 机 上 发 电 ， 再 而 驱 动 或 加 速 飞 轮 旋 转 。 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

23、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 。 3.4 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 ，

24、 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 。 其 优 点 是 充 电 时 间短 、 功 率 密 度 大 、 容 量 大 、 使 用 寿 命 长 、 免 维 护 、 经 济 环 保 等 ， 缺 点 是 功 率 输 出 随 着行 驶 里 程 加 长 而 衰 减 ， 受 环 境 温 度 影 响 大 等 。4 新能源汽车发展主要障碍及其解决方案新能源汽车虽然可以有效减少市区有害气体的排放和烟雾浓度,同时也减少CO 2 的排放。许多国家和厂商都积极开发纯电动汽车( PEV) 、混

25、合动力电动汽车(HEV) (包括插电式混合动力电动汽车PHEV)和燃料电池汽车( FCV) 。但是诸多障碍和困难限制了新能源汽车的发展和普及,从全球范围来看, 一场打破约束、冲出困境的行动已经开展。师文：新能源汽车的现状与发展趋势_6（1）充电基础设施推广PEV和PHEV的主要困难就是缺少全面的电池充电基础设施。然而,目前全球许多厂商和政府已经启动了电动汽车基础设施项目,来评估建立充电基础设施的方法,并正着手进行实际应用。（2）氢燃料补给基础设施开发氢燃料补给设施是一个巨大工程。目前,为汽车研究提供支持的汽车用氢燃料补给站已基本建立。在补给站内储存氢燃料仍然是一个难题。（3）氢燃料的生产氢的生

26、产是一项重要的全球性业务。目前绝大多数氢的生产是采用蒸气甲烷重整法,这意味着该方法产生CO 2。其他生产方法包括煤(产生CO 2 )或生物质气化、高温水裂解和一些新兴技术,如利用阳光从水中分出氢的光解方法。用化石燃料发电,再用电使水分解的方法也产生CO 2 ,水解的效率只有大约 70% ,氢气压缩的效率大约为 90% ,在电动机输出阶段,燃料电池将燃料能量转化为直流电的效率最大为65% ,因此,电能输出到电动机输出的效率大约为41%。相比之下,直接向纯电动汽车的锂离子电池充电时, AC - DC 蓄电池的充电效率大约为89% ,电池效率为94% , DC - AC 转化效率为95% ,因此,最

27、终效率为79%。（4） 续驶里程充电电池的续航能力有限和充电时间较长一直是阻滞纯电动汽车普及的主要障碍，对许多消费者来说,在电动模式时, PEV 和PHEV行驶距离有限仍是个问题。尤其是PEV,它没有装载续驶里程较大的内燃机( ICE) ,再充电时也需要很长时间。尽管如此,戴姆勒克莱斯勒的研究指出大多数欧洲人每天行驶距离约50 km,而PEV的续驶里程是其2倍为97 km,对于这些消费者来说已足够。类似的雪佛兰Volt车每次再充电的续驶里程目标约为64 km,对于美国大约78%的上班族来说已足够。目前所选用制造商的23辆PEV的续驶里程,平均值为185 km,行驶里程范围64402 km。仅使

28、用电动模式的10 辆PHEV 平均续驶里程为68 km,行驶里程范围2697 km。（5） 成本目前HEV和PEV所使用的蓄电池组的价格依然昂贵,首批大规模销售的PEV和PHEV所需的研发成本将由消费者承担。通用汽车公司认为PHEV的电动续驶里程每增加16 km其成本将增加约1 500美元,但丰田的Prius续驶里程增加16 km的成本为5 000美元。（6）核心部件师文：新能源汽车的现状与发展趋势_7作为新能源汽车核心部件，电机及其控制系统的性能至关重要。在国内随着“十城千辆”新能源汽车示范工程的推进，国内一些车用电机产品已经进行小批量生产并通过装车考核，能够很好地满足整车需求。“5 结束语

29、发展新能源汽车是对百年来汽车动力技术最重要的变革，是对汽车工业长足发展的巨大驱动力，在发展和前进的道路上所遇到各种各样的困难在所难免，也不足为怪。对新能源汽车的研发，车企不仅面临着巨大的资金投入，还有很大的技术风险、大规模的业务重整、巨大的建设投资、服务体系的重建，更使企业困惑的是，价格不菲的新能源汽车的市场将会如何？消费者对新能源汽车除了费用偏高之外，对其技术的可靠性还存有诸多的疑虑，同时对维修保养费用是否昂贵、维修保养点是否普及、基础设施是否完善以及电源保障有无问题等也表示担忧。凡此种种，都会对新能源汽车发展带来不小的负面影响。但无论遇到什么样的困难和问题，我们都必须要想明白，都必须要看清

30、楚，这些困难是发展中的困难，这些问题是前进中的问题，发展新能源汽车是汽车工业发展的必由之路，还需要政策上的引擎、技术上的突破、成本上的降低、市场上的拓展，只要我们坚定信念，就一定能够克服各种困难和破解各种难题，就会抢占发展新能源汽车的先机，就会走在全球新能源汽车工业的前列，我国的新能源汽车工业就会不断地发展壮大，就会迎来美好的明天。师文：新能源汽车的现状与发展趋势_8参考文献1 黄安华:清洁汽车- 中国未来汽车发展的主流J.世界汽车，2005（5）:1214。2 国家发展和改革委员会.新能源汽车生产准入管理规则S.2007,72 号文件。3 杨妙梁.世界燃料电池车发展动向（三）J.汽车与配件， 2005，（5）：34-37。4 徐汉章, 罗慧超.混合动力技术进展及相关建议J.交通节能与环保,2007,1:15-17。5 陈全世,信继欣.中国电动车辆研究与开发M. 北京理工大学出版社, 2005。