清洁能源汽车(2)

新源汽车研究综述

课程名称： 清洁能源技术：原理与应用 课程代码： PO903 姓名： 金荃

学号：

指导老师： 房建华 学院： 国际与公共事务学院

专业： 公共管理类（行政管理）

时间： 2015年12月

新能源汽车研究综述

【 摘要：】当今的中国，受到能源和环境的双重压力，汽车工业的发展开始朝向新能源汽车领域大步迈进。只是，中国新能源汽车发展的历程如何，中国新能源汽车的发展动力何在，新能源汽车发展的阻碍因素有哪些，非常值得进一步研究归纳，希望能对想要了解这一领域的人提供一定的帮助。

【关键词】新能源汽车 环境 政策 核心技术

1、新能源汽车介绍

1.1新能源汽车的概念

所谓的新能源汽车是指使用除了汽油和柴油常规燃料以外的其他车用燃料来作为动

力来源的汽车，或是使用常规车用燃料，可是运用新式的车载动力装置的汽车，综合车辆 动力控制和驱动等先进技术，具有全新的结构、采用不同于传统技术的汽车。新能源汽车 主要包含以下种类：燃气汽车、纯电动车、燃料电池电动汽车、混合动力汽车、太阳能汽 车、二甲醚汽车、生物燃料汽车等等。

1.2新能源汽车分类

1.21从专业角度分类 从专业角度分类，新能源汽车包括有：混合动力汽车(HEV)、纯电动汽车(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。

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。目前国内市场上，混合动力车辆的主流都是汽油混合动力，而国际市场上柴油混合动力车型发展也很快。

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。本身不排放污染大气的有害气体，即使按所耗电量换算为发电厂的排放，除硫和微粒外，其它污染物也显著减少，由于电厂大多建于远离人口密集的城市，对人类伤害较少，而且电厂是固定不动的，集中的排放，清除各种有害排放物较容易，也已有了相关技术。由于电力可以从多种一次能源获得，如煤、核能、水力、风力、光、热等，解除人们对石油资源日见枯竭的担心。电动汽车还可以充分利用晚间用电低谷时富余的电力充电，使发电设备日夜都能充分利用，大大提高其经济效益。

燃料电池汽车是指以氢气、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，直接变成电能或的。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车辆。

1.22从技术角度分类

（图片来源：电子发烧友网）

技术角度由简到繁分为纯电动、串联混合动力、并联混合动力及混联混合动力，具体如图1所示。其中P0表示BSG（Belt starter generator，带传动启停装置）系统，P1代表ISG（Integrated starter generator，启动机和发电机一体化装置）系统、电机处于发动机和离合器之间，P2中电机处于离合器和变速器输入端之间，P3表示电机处于变速器输出端或布置于后轴，P03表示P0和P3的组合。

从统计表中可以看出，各种结构在国内外乘用或商用车中均得到广泛应用，相对来说P2在欧洲比较流行，行星排结构在日系和美系车辆中占主导地位，P03等组合结构在四驱车辆中应用较为普遍、欧蓝德和标致3008均已实现量产。新能源车型选择应综合考虑结构复杂性、节油效果和成本增加，例如由通用、克莱斯勒和宝马联合开发的三行星排双模系统，尽管节油效果较好，但由于结构复杂且成本较高，近十年间的市场表现不尽如人意。

1.3新能源汽车三大核心技术

1.31 VCU

VCU是实现整车控制决策的核心电子控制单元，一般仅新能源汽车配备、传统燃油车无需该装置。VCU通过采集油门踏板、挡位、刹车踏板等信号来判断驾驶员的驾驶意图；通过监测车辆状态（车速、温度等）信息，由VCU判断处理后，向动力系统、动力电池系统发送车辆的运行状态控制指令，同时控制车载附件电力系统的工作模式；VCU具有整车系统故障诊断保护与存储功能。

下图为VCU的结构组成，共包括外壳、硬件电路、底层软件和应用层软件，硬件电路、底层软件和应用层软件是VCU的关键核心技术。

（图片来源：电子发烧友网）

1.32MCU

MCU是新能源汽车特有的核心功率电子单元，通过接收VCU的车辆行驶控制指令，控制电动机输出指定的扭矩和转速，驱动车辆行驶。实现把动力电池的直流电能转换为所需的高压交流电、并驱动电机本体输出机械能。同时，MCU具有电机系统故障诊断保护和存储功能。

MCU由外壳及冷却系统、功率电子单元、控制电路、底层软件和控制算法软件组成，具体结构如图所示。

（图片来源：电子发烧友网）

MCU硬件电路采用模块化、平台化设计理念（核心模块与VCU同平台），功率驱动部分采用多重诊断保护功能电路设计，功率回路部分采用汽车级IGBT模块并联技术、定制母线电容和集成母排设计；结构部分采用高防护等级、集成一体化液冷设计。

MCU关键技术方案包括：基于32位高性能双核主处理器；汽车级并联IGBT技术，定制薄膜母线电容及集成化功率回路设计，基于AutoSAR架构平台软件及先进SVPWM PMSM控制算法；高防护等级壳体及集成一体化水冷散热设计。

1.33

电池包是新能源汽车核心能量源，为整车提供驱动电能，它主要通过金属材质的壳体包络构成电池包主体。模块化的结构设计实现了电芯的集成，通过热管理设计与仿真优化电池包热管理性能，电器部件及线束实现了控制系统对电池的安全保护及连接路径；通过BMS实现对电芯的管理，以及与整车的通讯及信息交换。

电池包组成如图5所示，包括电芯、模块、电气系统、热管理系统、箱体和BMS。BMS能够提高电池的利用率，防止电池出现过充电和过放电，延长电池的使用寿命，监控电池的状态。

BMS是电池包最关键的零部件，与VCU类似，核心部分由硬件电路、底层软件和应用层软件组成。但BMS硬件由主板（BCU）和从板（BMU）两部分组成，从版安装于模组内部，用于检测单体电压、电流和均衡控制；主板安装位置比较灵活，用于继电器控制、荷电状态值（SOC）估计和电气伤害保护等。

BMU硬件部分完成电池单体电压和温度测量，并通过高可靠性的数据传输通道与BCU 模块进行指令及数据的双向传输。BCU 可选用基于汽车功能安全架构的32 位微处理器完成总电压采集、绝缘检测、继电器驱动及状态监测等功能。

底层软件架构符合AUTOSAR标准，模块化开发容易实现扩展和移植，提高开发效率。应用层软件是BMS的控制核心，包括电池保护、电气伤害保护、故障诊断管理、热管理、继电器控制、从板控制、均衡控制、SOC估计和通讯管理等模块，应用层软件架构如图6所示。

2、中国新能源汽车产业发展现状

2.1中国新能源汽车的发展现状

近年来，国内的新能源汽车推广取得了明显进展，2013-2015 年，39个城市群推广目标为33.6 万辆；2013 年，推广1.8 万辆，完成率5.3%，有35个城市群完成率在10% 以下，推广量在1000 辆以上的城市只有浙江、合肥、北京、深圳、郑州；2014 年，以《指导意见》为驱动力，示范推广工作大提速，推广6.14 万辆，累计推广7.96 万辆，完成率23.7%；到

12015 年4 月，累计推广10.6 万辆，完成率31.5%。

从行业整体来看，全球新能源汽车市场渗透明显加速；我国新能源汽车呈快速增长态势，新能源汽车产品线日趋丰富，截至2014 年底，新能源汽车生产厂家138 家，车型1268 款公告车型，累计生产12 万辆，其中，2014 年生产8.4 万辆，占总产量的71%。

从推广车辆用途看，私人领域41038 辆，占总数39%；公共领域65324 辆，占总数61%，公共领域以公交车和租赁用车为主。新能源汽车公共领域，公交车22779 辆，租赁用车21265 辆，出租车6139 辆，环卫车3200 辆， 公务车4990 辆， 企业通勤车3959 辆，邮政车681 辆，物流车1004 辆，旅游客车1206 辆，工程车21 辆，其他用途80 辆。

从各城市（区域）推广应用进展情况来看，截至2015 年4 月底，推广应用数量超过10000 辆的城市（区域）有3个，占推广总量的40.48%；推广应用数量在3000-10000 辆的城市（区1 数据来源于2015年随州专用汽车论坛

域）有7个，占推广总量的34.76%。 诚然，2015年，我国新能源汽车行业迎来了爆发式增长。“2015年，我国汽车业整体产销增速急剧下滑，但新能源汽车产销同比却实现了高速增长。据工信部统计，今年10月，中国新能源汽车产量突破5万辆，同比增长8倍，销售逾2万辆，销量增长3.1倍，呈现供需两旺、产销齐增的势头。工信部副部长预计，新能源汽车今年产量约为20万辆。2015年中国就将超越，成为全球第一大新能源汽车市场——全年的新能源汽车销量有望达到22万

2—25万辆。”

3中国新能源汽车产业发展的影响因素

3.1环境污染、能源危机下的刚性需求因素

随着汽车保有量的逐年上升，汽车给地球带来的能源紧张和大气污染等问题都越来越 明显地体现出来，全球也都意识到汽车带来的排放污染问题，从1992年联合国制定的《联合国气候变化框架公约》，到1997年的《京都议定书》，再到2011年的板的气候大会，2012年的哥本哈根会议，一直在呼吁各国减少排放，改变目前气候变暖的状况。这种讨论不仅影响政府的决策，还影响着消费者购买。

自从2001年开始，中国的石油消费量开始了快速增长。海关总署在2007年向外界公布，中国的原油进口总量已经达到了 1.63 亿吨，与上年相比增长了 12.4%；中国成品油进口已经达到了 3380 万吨的总数量，与上年相比下跌了 7.1%[3]；按照这个数据来计算，中国对国外石油的依存度仍然是将近50%。中国石油的储藏量非常有限，而中国的人口很多，需要的资源相应的也多，所以一旦需要过多的石油，我们只能是依靠进口。据有关资料显示，1996年，中国的石油消耗量在全世界排第三位，2003年，中国石油的进口量在全世界排第2 凤凰时报

二位，按照现在汽车数量的增长趋势来看，我国的石油进口量还会继续增大。在这种能源危机下，中国新能源汽车能够满足在能源危机情况下的刚性需求。

同时，消费者驾驶清洁能源汽车会被视为是一种负责。在中国当下较为严重的空气污染的情况下，中国国民对于清洁能源会有一种特殊的关注，因为在这种环境下，消费者驾驶清洁能源汽车会被视为一种爱护环境从我做起的典范。

3.2政府对于中国新能源汽车产业发展的支持政策

我国新能源汽车政策可分为以下三个阶段。

第一阶段：2001-2008 年，以重大科技专项为主《十五电动汽车重大科技专项》、《十一五节能与新能源汽车重大项目》，为迎接产业化的到来，提前布局了生产准入管理规则《新能源汽车生产准入管理规则》。第二阶段：2009-2013，以将新能源汽车列入战略性新兴产业、制定《节能与新能源汽车产业发展规划（2012-2020）》为标志，形成了国家新能源汽车战略，并初步形成了以财政补贴为主导的推广应用政策。第三阶段：2014 以来，以《国务院办公厅关于加快新能源汽车推广应用的指导意见》为指引，进入了新能源汽车政策密集制定发布期，政策体系日臻成熟。

近年来我国政府陆续颁布多项政策来扶持新能源汽车的发展。这无疑是一阵新能源汽车行业发展的东风。国务院公布《中国制造2025》，对2020年以及2025年两个时间节点分别提出了发展目标：到2020年，自主品牌纯电动和插电式新能源汽车年销量突破100万辆，在国内市场占70%以上；到2025年，与国际先进水平同步的新能源汽车年销量300万辆，在国内市场占80%以上。近期，国家“十三五”规划提出，将推广新能源汽车纳入计划，提高电动车产业化水平。“十三五”新能源汽车发展重点将围绕动力电池与电池管理、电机驱动与电力电子、电动汽车智能化、燃料电池动力系统、插电/增程式混合动力系统和纯电动力系统6个创新链部署。从2015年新能源汽车政策汇总中就可以明显感受到政策补贴对于新能源汽车行业发展的大力支持。

附表一

2015年国内新能源汽车政策汇总

从理性经济人的角度来分析，政策补贴的大力支持会使得更多的消费者对新能源汽车有认识、了解进而购买的兴趣。政策补贴的大力渲染下，更多的消费者对于新能源汽车比传统汽车造价贵这一劣势可以容忍甚至忽略，同时会新能源汽车的燃油经济性会被放大。因为虽然新能源汽车造价比燃油汽车贵，但是其燃料成本却低于传统燃油汽车的二分之一或者更多。

2.22企业主导的技术研发和产业化

作为新能源汽车产业的主角，汽车企业担负着核心技术的研发和产业化的重任。近年来，国内汽车企业纷纷涉足新能源汽车的研发与生产，参与新能源汽车的示范运行及其产业化进程。比亚迪、奇瑞、东风、长安、上海汽车、一汽集团等是主要的参与者，目前已经成功研发多款轿车、客车及客车底盘（见下表）。

在众多汽车企业中，最具代表性的是比亚迪和上汽。比亚迪本来是充电电池生产商，造汽车是“门外汉”。该公司2003 年进入汽车行业时，受到了多方质疑，但随着七年的不懈努力，比亚迪证明了自己的实力，通过在传统汽车领域的快速发展和在新能源汽车领域的突破获得了消费者与业界的一致认同。由于拥有国际上领先的电池技术，目前比亚迪在新能源汽车的研发上处于领先地位。比亚迪董事长王传福表示，发展新能源汽车的核心技术是动力电池，比亚迪的磷酸铁锂电池达到了低成本、高容量、高安全等要求，目前该技术已经申请了国家22 项专利已经申请了国家22 项专利。2008 年12 月15 日，全球首款不依赖专业充电站的新能源汽车———比亚迪F3DM双模电动车上市，这标志着比亚迪电动汽车项目的成功。比亚迪的这款电动汽车，搭载了先进的DM双模系统，可以使车辆在纯电动和混合动力两种模式之间自由切换。在纯电动的模式下，F3DM双模电动车实现了目前世界上最长的续航里程100 公里，最高时速可达150 公里／小时，一次充满油和电，总续航里程可达500 公里以上。掌握了电动汽车核心技术的比亚迪已经受到国际资本市场的注意和认可。另外一家是上海汽车。

基于对新能源汽车前瞻性的思考，上汽开始着重投入新能源研发、规划产品布局，至今已在新能源领域投入超过60亿。这在当时新能源汽车还没有“如日中天”的时候，似乎显得有些“疯狂”。但7年后，事实证明上汽当初的判断是正确的。目前为止，上汽已投入了大量精力，并形成了一定的技术积累和产品成果。

比起短期的市场回报，上汽更看重新能源核心技术的研发和产品的布局。上汽在2014年成立了前瞻技术部，主要围绕新能源、新材料、智能互联等跨界技术展开前瞻性研究，不难看出这几年来上汽对新能源技术的重视，有增无减。

表二来源于《中国新能源汽车发展现状及其问题》张晓宇等人著

4、中国新能源汽车发展存在的问题

4.1如何以可持续性的方式推广新能源汽车

就在大家共享新能源盛宴之时，业内也出现这样的共识，国内新能源市场发展并不平衡。主机厂和电池厂主要存在的问题是，成本降不下来，续航里程和技术细节达不到市场实际应用需求。新能源汽车市场能出现高速增长局面，是否是由国家政策催生出来的呢？

自12月日美联储调整以来，国际石油间隔猛跌，使得新能源的相比较于燃油具有很大的经济性的优势受到了挑战，这无疑在一定程度上打击了2015年来火爆的新能源汽车销售，但国家宏观通过一定手段控制并减轻由此带来的影响。只是，性能源汽车行业的发展不能紧紧靠着政策补贴来推广。财政部发布的《关于2016-2020年新能源汽车推广应用财政支持政策的通知》显示， 100-150km续航里程车型的补贴标准从2015年的 3.15万元/辆降低到2.5万元/辆，补贴额度降低20.63%；续航里程大于250km的产品补贴标准从5.4万元提升至

5.5万元，增幅仅为2%。与此同时，PHEV车型的补贴额度从2015年的3.15万元减少至3万元，降低了5%。其中2017-2018年，除燃料电池车外，其余车型补助标准在2016年基础上下降20%；2019-2020年补助标准在2016年基础上下降40%。新能源汽车的财政补贴将逐年递减。当前新能源汽车市场本身存在很多不成熟地方，包括充电技术、基础设施建设不匹配等问题。虽然政府给予很多政策支持，后续补贴退坡，如果政策不再刺激市场，在可预见的未来，新能源汽车将难有大的市场发展空间。

那么面临补贴退坡，新能源汽车企业究竟应该以什么样的方式在汽车市场推广新能源汽车呢？事实上这需要从上文中提及的新能源汽车市场发展的影响因素慢慢入手。

4.2自主品牌核心竞争力不足

销量称霸全球自然值得庆贺，但中国新能源汽车在“做大”的同时，是否真正“做强”了？面对日益增长的新能源汽车市场需求，中国汽车企手里的新能源技术能否跟得上？尤其对于中国自主品牌来说，是否有足够的新能源创新技术储备来跟国际领先的汽车巨头进行竞争？

就目前来说，自主品牌在新能源领域的研发实力、技术储备上，整体还没有进入国际一流行列。虽然目前市场上在售的新能源汽车品牌多达几十个，颇有百花齐放的态势，但是技术含量较高的插电式混合动力车型尽管需求旺盛，却仅有比亚迪秦和上汽荣威e550等少数几款车型，销量占比不足3成。而技术含量相对较低的低价纯电动车型则占据了7成多的市场份额。

尽管低价并不必然造成低质，但大多数纯电车型使用上的确存在很多问题。不少车企为了拿到政府补贴，在没有足够技术积累的情况下快速上马新能源汽车，直接用传统燃油车型进行“改造”，使得车辆存在安全隐患。以电池为例，由于绝大多数车型电池并未达到IP67标准，防尘防水能力弱，极易造成电池短路，影响使用安全。另外，由于缺乏有效的BMS电池管理系统，不少车型的实际续航里程与标定的续航里程存在很大差距，电池衰减问题也无法得到控制。中国从“十五”确定了电动汽车三纵三横的基本技术体系，目前主推纯电动公交车和小型电动车，在家用轿车市场推进插电式混合的应用。新能源汽车的核心技术是电池、电机和电控，电池性能与成本、电池管理系统和电机关键零部件，这些成为制约中国纯电动汽车推广的瓶颈。

据英国《金融时报》的调查显示，中国的电动汽车电池工艺水平远远落后于日本和韩国，“日本电池平均能量密度比中国平均水平要高出30%-40%，充电次数也是中国的几倍。”目前，后两者控制了全球70%的锂电池市场。同时，在车辆的动力总成上（即车辆上产生动力

并传递到路面的一系列零部件组件，广义上包括发动机、变速箱、驱动轴、差速器、离合器等），中国至今仍然没有自己的核心技术，包括上汽在内的国内汽车厂商只能通过与海外巨头合作、采用共享知识产权的方式研发自己的车型。

一系列技术上的缺憾，直接反应了到新能源汽车的实际使用中。有媒体报道显示，此前北京投入到出租车市场的纯电动汽车约为500辆，但目前尚在运营的仅有不到200辆。一方面，这种车型由于车价高而导致份子钱高；另一方面，每天2至3次、每次至少1小时的充电频率耽搁了运营时间。“他们比普通出租司机的工作时间更长，收入却更少。”在深圳，纯电动出租车也遇到了类似的问题。实际上，相比于特斯拉为代表的高技术车型，国内的电动汽车产业似乎再次陷入了中国制造“低质低价”的死循环。而对于普通消费者而言，前者的价格门槛太高了，同时也拿不到补贴。

4.3锂电池回收问题

随着政策利好以及各地推广工作的不断深入，新能源汽车的社会保有量将大幅度增加，大批动力锂电池将面临回收问题。中国汽车技术研究中心预测，到2020年，我国电动汽车

3动力电池累计报废量将达到12万至17万吨

随着动力电池大规模报废即将来临，电池回收再利用的工作也应该尽早布局和启动。动力锂电池的回收问题，已成为不得不面临的问题。今年9月，国家发改委和工信部联合发布《关于电动汽车动力蓄电池回收利用技术政策》，明确了汽车厂商将成为电动汽车废旧动力蓄电池回收利用的主体。

我国在报废动力电池回收领域的市场空间非常巨大，然而由于长期以来我国对回收责任主体的定位不清晰等原因的存在，制约了电池回收领域的商业价值的挖掘。面对政策利好以及更地推广的深入，新能源汽车的锂电池回收问题不得不未雨绸缪。

随着人们环保意识的增强以及国家补贴标准的出台，新能源汽车的价格在更接近普通消费者可承受的范围，新能源汽车的销售量大幅度提高。但中国新能源汽车的发展前景忧喜参半。在笔者个人看来，新能源汽车的发展对于中国的经济发展和环境治理有非同一般的作用。希望新能源汽车在中国能够尽可能地广泛普及。

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