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李 扬
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    新能源乘用车技术发展现状和趋势

    作者:姚占辉 周玮 方海峰 出版时间:2015年08月
    摘要:

    当前,新能源汽车技术变革日新月异,一方面现有的新能源汽车产品通过不断改良、创新,技术水平大幅提升,另一方面,新材料、新技术在新能源汽车上应用速度加快,推动新类型产品不断问世。本文首先介绍了新能源汽车的基本类型,并总结了当前主流新能源汽车产品的技术特征;然后介绍了国际新能源汽车总体技术发展态势,及我国新能源汽车技术水平和差距;最后,结合国家政策导向和主要企业技术战略,展望了新能源汽车的技术发展趋势。

    一 车辆类型及基本技术特征分析

    (一)新能源汽车分类及基本技术要求

    按照国务院颁布的《节能与新能源汽车产业发展规划(2012~2020年)》(国发〔2012〕22号),新能源汽车是指采用新型动力系统,完全或主要依靠新型能源驱动的汽车,主要包括纯电动汽车、插电式混合动力汽车及燃料电池汽车。节能汽车是指以内燃机为主要动力系统,综合工况燃料消耗量优于下一阶段目标值的汽车,包括符合条件的非插电式混合动力汽车,其不属于新能源汽车定义范畴。一般将纯电动汽车、插电式混合动力汽车、燃料电池汽车及非插电式混合动力汽车统称为电动汽车。本文主要论述纯电动汽车和插电式混合动力汽车两种新能源汽车产品技术发展现状和趋势。

    图1 电动汽车分类

    1.纯电动汽车

    纯电动汽车(Battery Electrical Vehicle,BEV,也称EV),其动力系统主要由动力蓄电池、驱动电机组成,从电网取电(或更换蓄电池)获得电力,并通过动力蓄电池向驱动电机提供电能驱动汽车。纯电动汽车以车载电源为动力,电机作为驱动系统,省去了油箱、发动机、变速器、冷却系统和排气系统,动力系统的布局大大简化,具有零排放、振动噪声小、能效高等特点。典型的纯电动汽车结构如图2所示。

    图2 典型纯电动汽车结构

    在技术要求上,纯电动汽车除了要满足传统汽车应符合的相关技术标准外,还应符合纯电动汽车专用技术标准。《纯电动乘用车技术条件》(GB/T 28382-2012)在动力性能、续驶里程、安全性等方面规定了纯电动汽车的基本要求。在动力性能方面,按照GB/T 18385规定的试验方法,30分钟最高车速应不低于80km/h,0km/h~50km/h和50km/h~80km/h加速时间应分别不超过10s和15s,车辆最大爬坡度不低于20%。在续驶里程方面,按照GB/T 18386测量工况法续驶里程,其值应大于80km。在安全性方面,制动性能需满足GB/T 18384的要求,成员保护需满足GB 11511和GB 20071的要求,这方面与传统汽车的要求基本一致,但纯电动汽车还需满足GB/T 18384对纯电动汽车的特殊安全规定,包括:车载储能装置的特殊要求、电驱动系统特殊危险方面的功能安全和故障防护的要求、人员触电的防护要求,以及在车辆设计时应考虑车辆起步、车速低于20km/h时能够给车外人员发出适当的提示性声响。

    2.插电式混合动力汽车

    插电式混合动力汽车(Plug-in Hybrid Electric Vehicle,Plug-in HEV)是指可以使用电源(例如220V电源)对车载电池充电的混合动力汽车,同时这种混合动力汽车能够单独依靠电池行驶较长距离,在需要时仍然可以像普通混合动力汽车一样工作。此外,还有一种类别产品,叫做增程式混合动力,其驱动系统的动力全部来源于动力电池,在一定行驶里程以内可完全只依靠电池所储备的电力来驱动,当电池的电力耗尽时,增程器(发动机)通过车载发电机发电来为电池充电,从而为车辆提供动力。

    图3 典型插电式混合动力汽车动力系统基本结构

    在《插电式混合动力电动乘用车技术条件(征求意见稿)》中,对插电式混合动力汽车的燃料经济性、动力性、安全性、可靠性等做了明确要求。在燃料经济性方面,按照GB/T 19753进行插电式混合动力乘用车燃料消耗量测试,其燃料消耗量(不含电能转化的燃料消耗量)应小于GB 27999中对应目标值的60%,按照GB/T 19755的方法进行排放试验,其结果应满足GB 18352的要求。在纯电动续驶里程方面,纯电动模式下工况法续驶里程应不小于50km;在车辆可靠性方面,规定整个可靠性试验过程中,整车控制器及总线系统、发动机及控制器、动力蓄电池及管理系统、电机及电机控制器、车载充电系统等系统和设备不应出现危及人身安全、引起主要总成报废、对周围环境造成严重危害的故障(致命故障);也不应出现影响行车安全、引起主要零部件和总成严重损坏或用易损备件和随车工具不能在短时间内排除的故障(严重故障)。在安全性方面,特殊安全应满足GB/T 18384、GB/T 19751等方面的规定。

    (二)新能源汽车技术应用特征

    新能源汽车是传统汽车的延伸,其技术水平离不开传统汽车的技术基础,但由于新能源汽车在动力系统上进行了变革,导致新能源汽车呈现了特有的技术属性,整车及动力电池、驱动电机等关键零部件都呈现了新的技术特征。

    1.整车技术应用特征

    (1)纯电动乘用车。与传统汽车相比,纯电动乘用车动力系统变化较大,锂离子动力电池、永磁同