第1章緒論
汽車產業的發展始終伴隨著石油消耗和大氣環境污染的雙重危機。汽車的迅速普及，在改善居民生活的同時也產生了諸如能源、環保等方面的問題。石油資源短缺與日益增長的汽車保有量之間的矛盾日益加劇。汽車尾氣排放是造成環境污染和全球溫室氣體排放的主要來源之一，隨著汽車排放相關法規的日益嚴格，傳統汽車將無法滿足嚴格的環保要求，汽車工業轉型已是大勢所趨。
1.1新能源汽車的定義與分類
1.1.1新能源汽車的定義
新能源汽車的定義在中國有一個不斷變化的過程，在此過程中，中國新能源汽車的定義和包括的車輛類型逐漸由模糊變得清晰，同時也越來越科學規范。
根據《新能源汽車生產企業及產品準入管理規則》的主要政策，在2009年中國出現了“新能源汽車”的概念，包括混合動力汽車、純電動汽車(battery electric vehicle，BEV，包括太陽能汽車)、燃料電池電動汽車(fuel cell electric vehicle，FCEV)、氫發動機汽車、其他新能源(如高效儲能器、二甲醚)汽車等多個類別產品。當時新能源汽車的主要特征是采用非常規的車用燃料作為動力來源(或使用常規的車用燃料、采用新型車載動力裝置)，綜合車輛的動力控制和驅動方面的先進技術，形成的技術原理先進，具有新技術、新結構的汽車。
根據《節能與新能源汽車產業發展規劃(2012—2020年)》的主要政策，2012年依然沿用“新能源汽車”名詞，但分類僅包括插電式混合動力汽車、純電動汽車和燃料電池汽車，其主要特征是采用新型動力系統，完全或主要依靠新型能源驅動的汽車。
1.1.2新能源汽車的分類
就中國而言，新能源汽車是對“new energy vehicles”(NEV)的翻譯，在中國當代語境下，新能源汽車的分類主要是指“純電動汽車、混合動力汽車、燃料電池汽車”三種。美國對于“新能源汽車”的定義指的是“替代燃料汽車”(alternative fuel vehicle，AFV)，這一定義與中國的相比更加寬泛。基于1992年美國能源政策法案的定義，替代燃料包括生物柴油、天然氣、丙烷、電力、E85乙醇汽油、甲醇、煤基等。替代燃料汽車是一種設計為至少使用一種替代燃料驅動的專用、靈活燃料或雙燃料汽車。
1) 純電動汽車(BEV)
純電動汽車顧名思義就是純粹靠電能驅動(如鉛酸電池、鎳鎘電池、鎳氫電池或鋰離子電池)的車輛，而不需要其他能量(如汽油、柴油等)。它可以通過家用電源(普通插座)、專用充電樁或者特定的充電場所進行充電，以滿足日常的行駛需求。
2) 混合動力電動汽車
廣義上講，混合動力汽車(hybrid vehicle)是指車輛驅動系統由兩個或多個能同時運轉的單個驅動系統聯合組成的車輛，車輛的行駛功率依據實際的車輛行駛狀態由單個驅動系統單獨或共同提供。
通常所說的混合動力汽車，一般是指油電混合動力汽車(hybrid electric vehicle,HEV)，即采用傳統的內燃機(柴油機或汽油機)和電機作為動力源。
3) 燃料電池汽車(FCEV)
燃料電池汽車是利用氫氣等燃料和空氣中的氧在催化劑的作用下在燃料電池中經電化學反應產生電能，并作為主要動力源驅動的汽車。燃料電池汽車也是電動汽車的一種，結構基本類似，只不過多了一個燃料電池和氫氣罐。
純燃料電池車只有燃料電池一個動力源，汽車的所有功率負荷都由燃料電池承擔。燃料電池汽車多采用混合驅動形式，在燃料電池的基礎上，增加了一組電池或超級電容作為另一個動力源。
4) 其他新能源汽車
其他新能源汽車包括使用高效儲能器(如超級電容、飛輪等)和非常規的車用燃料(如乙醇、甲醇、二甲醚、氫氣等)作為動力來源的汽車。
目前在我國，新能源汽車主要是指插電式混合動力汽車、純電動汽車和燃料電池汽車。
1.2我國發展新能源汽車的意義
1.2.1緩解石油短缺
發展新能源汽車是減少我國對國外石油依賴，解決快速增長的能源需求與石油資源終將枯竭（見圖11）矛盾的必由之路。近年來，我國汽車市場發展迅速，已成為全球第二大汽車市場。截止到2016年底，我國機動車保有量達2.5億輛，其中汽車1.7億輛； 2016年的汽車產銷量雙雙突破2400萬輛，石油年消耗量高達3億t。2016年，我國人均GDP已達8000美元，消費結構升級是必然趨勢，加之我國正處于工業化、城市化和機動化的重要階段，汽車需求的快速增長難以避免。我國每千人汽車擁有量為38輛，與139輛的世界平均水平存在很大差距，汽車消費市場還有相當大的發展空間。預計到2020年，我國汽車保有量將達到3億輛，如果全部使用石化能源，石油消耗量將達到5億t/年，進口量超過58%(國際紅線是60%)，油氣資源形勢嚴峻，再加上我國目前尚無保障石油進口通道的有效措施(馬六甲海峽)，能源安全將是我國經濟發展的重大隱患。因此，大力發展新能源汽車是緩解我國石油短缺、降低石油對外依存度的重要措施。
圖11夕陽下的油田
1.2.2降低環境污染
新能源汽車不燃燒汽油和柴油，所使用的鋰電池是國際公認的環保電池。加之與傳統汽車相比，電動車在起動時沒有污染，具有極好的環保性能。就效率而言，傳統汽車的能源轉化效率只有17％，電動車的效率是90％，即使考慮燃煤發電的效率損失，電動車的總效率也大于30％，約為傳統汽車的2倍，節能效果十分明顯。特別是近年來，環境污染日益嚴重（見圖12），世界各國高度關注溫室氣體排放及氣候變化問題，我國雖然是發展中國家，人均溫室氣體排放量水平較低，但由于我國人口眾多，多年來國民經濟持續快速發展，能源消費量已居世界第二位，今后面臨的國際社會的壓力也將逐步增大。有調查顯示，全球大約25％的二氧化碳排放源于汽車尾氣。如果我國能在新能源汽車領域率先實現突破，將改變我國在氣候變化問題上的被動局面，并可為解決全球日益嚴重的能源環境問題作出貢獻。
圖12日益嚴重的環境污染
1.2.3促進電力系統改革，加快智能電網建設
傳統的電力系統，實際用電負荷的波動性與發電機組額定工況下所要求的用電負荷穩定性之間存在固有矛盾，如何處理電力系統的峰谷差一直是電網企業頭疼的問題。我國電力裝機已突破8億kW，并將繼續快速增長，但目前電站的年利用小時數僅為5000h，也就是說，許多機組是為了應對電力系統短時間的峰值負荷而建設的，如果措施得法，建設6億kW的裝機容量就夠用了。試想，如果政府大力提倡發展新能源汽車，各個城市的居民都去買電動車，晚上用低谷的低價電為電動車充電，白天高峰時還可以用較高的價格向電網賣電，這可起到削峰填谷的作用，那么峰谷差的問題就迎刃而解了。按照這樣的設想建起來的電網，將具有一定的自我調節能力，電力系統的發、輸、配、售、用以及調度等各個環節將形成有效的互動，成為一個智能化的有機整體，從而極大地提高電力系統的安全性和可靠性。可以預期，作為智能電網（見圖13）建設的重要組成部分，新能源汽車將帶來電力系統的一場革命。
圖13國家智能電網
1.3新能源汽車發展的現狀
1.3.1國外現狀
目前，引領新能源汽車發展的主要還是美國、日本以及歐洲的一些國家。這些國家的新能源汽車技術起步比我國要早很多，它們的發展也各有側重。
美國長期側重于降低石油依賴、確保新能源安全的戰略，將發展新能源汽車作為交通領域實現根本上擺脫石油依賴的重要措施，并以法律法規的形式確定了新能源汽車的戰略地位。早在克林頓時期，美國就提出了以提高燃油經濟性為目標的計劃，混合動力是當時主要的技術解決方案。到了布什時期，變為追求零排放和零石油依賴，技術解決方案主要是氫燃料電池汽車，后來還有一個計劃，想用10年的時間實現20%的石油替代和節約，主要措施是生物質燃料。國際金融危機以后，奧巴馬政府將大力發展電動汽車作為實施新能源戰略的重要內容，提出了總額40億美元的動力電池以及電動汽車研發和產業化的計劃，產品上選擇了以插電式混合動力電動車為重點。
日本長期堅持確保能源安全和提高產業競爭力的雙重戰略，通過制定國家目標引導新能源汽車產業的發展，同時高度重視技術創新。2006年，日本提出了新的國家能源戰略，目標是到2030年交通領域對石油的依賴從100%降到80%。為配合新能源戰略的實施，日本提出了下一代汽車燃料計劃，明確提出改善和提高汽車燃油經濟性標準，推進生物質燃料的應用，促進電動汽車和燃料電池汽車的應用等。近年來，日本又將大力發展電動汽車作為低碳革命的重要內容，并且計劃到2020年普及以電動汽車為主體的下一代汽車。目前，日本正全面發展三類電動汽車，其混合動力電動汽車的全球銷量*； 在純電驅動汽車方面，日本的產品規劃和產業化推進步伐也是*快的。另外，日本燃料電池產品的研發和產業化推進也領先于其他國家。
相對于美國和日本，歐洲更加側重于溫室氣體減排戰略。滿足日益嚴格的二氧化碳排放限制要求已經成為歐洲對新能源汽車發展的主要驅動力。歐洲的新能源汽車發展在早期主要以生物質燃料、天然氣以及氫燃料為主，21世紀初曾經提出到2020年23%的石油替代目標。近期，歐洲則對電動汽車給予高度關注。例如德國2009年下半年發布的電動汽車計劃，高度重視純電驅動的電動汽車發展，以純電為重點，分別提出了2012年、2016年、2020年的產業化和市場化目標。
1.3.2國內現狀
我國發展新能源汽車，是應對節能減排重大挑戰的需要，同時也是汽車產業跨越式發展和提升國際競爭力的需要。歐美日等國家，都把新能源汽車作為戰略制高點來考慮，國家投入大量人力物力來加強產業的發展。我國傳統汽車領域和國外相比還比較落后，但在新能源汽車方面，我們和發達國家是站在同一個起跑線上，若根據“彎道超車”的說法，我們有機會在新能源汽車領域與西方發達國家在一個平等的層面上創新。我國汽車工業長期來看，將以純電驅動作為技術轉型的主要戰略方向，重點突破電池、電機和電控技術，推進純電動汽車、插電式混合動力汽車的產業化，實現汽車工業的跨越式發展； 近期將以混合動力汽車為重點，大力推廣普及節能汽車，逐步提高我國汽車燃油經濟性水平。“十二五”期間我國將大力發展節能汽車，中度、重度混合動力乘用車保有量計劃超過100萬輛，但該數據占總體汽車保有量的比例依然較小； 并預計到2020年，純電動汽車和插電式混合動力汽車逐步實現產業化，市場保有量有望超過500萬輛。
從2001年開始，我國“863”項目共投入20億元研發經費，形成了以純電動、油電混合動力、燃料電池三條技術路線為“三縱”，以動力蓄電池、驅動電機、動力總成控制系統三種共性技術為“三橫”的電動汽車研發格局，共計有200多家整車及零部件企業、高校和科研院所，超過3000名科技人員直接參與了電動汽車研發的專項工作。到目前為止，共有超過160款各類電動汽車進入我國汽車產品公告，建成了30多個電動汽車國家重點實驗室等*別的技術創新平臺，已制定電動汽車相關標準40多項。
近幾年，我國陸續出臺了節能與新能源汽車示范推廣以及私人消費補貼的相關政策，并在不斷擴大試點范圍。在政策的支持下，我國新能源汽車消費市場開始啟動，電動汽車基礎設施建設也得到初步發展，部分城市已經形成了網絡雛形。隨著2009年“十城千輛”工程的實施，電動汽車能源供給基礎設施的潛在機會開始受到重視，國家電網公司、南方電網公司、普天海油公司等能源企業，圍繞國家新能源汽車發展戰略，強勢介入充電基礎設施建設，各示范城市和社會各界也*響應。我國充電基礎設施發展的目標是到2020年，建成集中充換電站1.2萬座，分散充電樁480萬個，滿足全國500萬輛電動汽車充電需求。
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