第1章　概述

1.1　电动汽车的分类、运行特点及电能补给方式

1.1.1　电动汽车的分类

按照我国2009年7月1日正式实施的《新能源汽车生产企业及产品准入管理规则》，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，制成的技术原理先进，具有新技术、新结构的汽车。新能源汽车包括纯电动汽车、混合动力汽车、燃料电池电动汽车、氢发动机汽车等（图1-1）。

电动汽车是全部或部分由电能驱动电动机作为动力系统的汽车，按照目前技术的发展方向或车辆驱动原理，可划分为纯电动汽车、混合动力汽车和燃料电池电动汽车三种类型。

1.1.1.1　纯电动汽车

纯电动汽车是完全由可充电蓄电池（如铅酸蓄电池、镍镉蓄电池、镍氢蓄电池或锂离子蓄电池）提供动力源的汽车。纯电动汽车由底盘、车身、蓄电池组、电动机、控制器和辅助设施六部分组成。由于电动机具有良好的牵引特性，因此纯电动汽车的传动系统不需要离合器和变速器。车速控制由控制器通过调速系统改变电动机的转速即可实现。现在纯电动汽车技术发展已经相当成熟，国外发达国家和我国都有部分车型投入量产和商业化运营。纯电动汽车具有如下优点。

①减少对石油资源的依赖，实现能源利用的多元化。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。

②减少环境污染。纯电动汽车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，其他污染物也显著减少，由于发电厂大多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，烟尘集中排放，清除各种有害排放物较容易，已有了相关技术。

③能源转换效率高。纯电动汽车的能源效率超过汽油机汽车，特别是在城市运行，汽车走走停停，行驶速度不快，纯电动汽车更加适宜。原油经过粗炼，送至电厂发电，发出的电充入蓄电池，再由蓄电池驱动纯电动汽车，其能量利用效率比经过精炼变为汽油，再经汽油机驱动汽车高。

按我国现行电价和油价水平，纯电动汽车的运行费用低于传统汽车，具有较好的经济性。但是目前纯电动汽车还存在着续驶里程较短、蓄电池价格较高等缺点。

虽然纯电动汽车已有100多年的历史，但一直仅限于在某些特定范围内应用，市场规模较小。主要原因是由于各种类型的蓄电池普遍存在价格高、寿命短、外形尺寸和重量大、充电时间长等缺点。目前采用的铅酸蓄电池、镍氢蓄电池和锂离子电池，根据其实际装车时的循环寿命和市场价格，可估算出纯电动汽车从各种动力蓄电池上每取出1kW·h电能所必须付出的费用。

在估算纯电动汽车从各种动力蓄电池上每取出1kW·h电能所必须付出的费用时，假设蓄电池最高可充电的荷电状态（SOC）为0.9，放电SOC为0.2，即实际可用的蓄电池容量仅占总容量的70%。由电网供电价为0.5元/（kW·h），蓄电池的平均充放电效率为0.75，粗略计算中可知，从电网取电仅需0.5元/（kW·h），但充入蓄电池，再从蓄电池放电，铅酸蓄电池每提供1kW·h电能的价格为3.05元左右，其中2.38元为蓄电池折旧费，0.67元为电网供电费，而从镍氢蓄电池中每提供1kW·h电能的，费用为9.6元，锂离子电池为10.2元，即后两种先进的蓄电池供电成本是铅酸蓄电池的3倍多。

目前国内市场上用柴油机发电，价格大致为3元/（kW·h），若用汽油机发电，供电价格估计为4元/（kW·h），即从铅酸蓄电池提供电能的价格大致与柴油机发电价格相等，仅从取得能量的成本来考虑，采用铅酸蓄电池比汽油机驱动有一定的价格优势，但是由于铅酸蓄电池太过笨重，充电时间又长，因此只被广泛用于车速小于50km/h的各种场地车、高尔夫球车、垃圾车、叉车以及电动自行车上。实践证实铅酸蓄电池在这一低端产品市场上有较强的竞争力和实用性。

相对于铅酸蓄电池，镍氢蓄电池在能量体积密度方面提高了3倍，在比功率方面提高了10倍。镍氢蓄电池虽然具有较高的比能量和比功率、相对寿命较长等优点，但由于镍金属占其成本的60%，导致镍氢蓄电池价格居高不下。镍氢蓄电池并非是电动汽车的理想蓄电池，其可能只是一种过渡性的蓄电池。目前，镍氢蓄电池仍是近期和中期电动汽车使用的首选动力蓄电池，随着锂离子电池的大规模生产和成本的降低，镍氢蓄电池终将退出。

锂离子电池技术发展很快，近10年来，其比能量由100W·h/kg增加到180W·h/kg，比功率可达2000W/kg，循环寿命达1000次以上，工作温度范围达-40～55℃。近年，由于磷酸铁锂离子电池的研发有重大突破，又大大提高了锂离子电池的安全性。目前已有许多发达国家将锂离子电池作为电动汽车用动力蓄电池的主攻方向。预计到2020年后，锂离子电池的性价比有望达到可以和铅酸蓄电池竞争的水平，而成为未来电动汽车的主要动力蓄电池。

纯电动汽车的技术难度小于插电式混合动力汽车，目前国内即将上市的纯电动汽车的各项性能指标已经可以满足一般用户的需求，技术已经基本成熟。在低端市场，纯电动汽车的经济性优势十分明显。充电网络建设滞后影响了纯电动汽车使用的便利性，是目前制约纯电动汽车发展的最主要因素。随着充电网络建设的不断完善，纯电动汽车的发展速度会比较快，尤其在低端市场，纯电动汽车的份额会显著提高。但由于充电因素的制约，在高端市场普及难度很大。

1.1.1.2　混合动力汽车

由于完全由动力蓄电池驱动的纯电动汽车，其性价比长期以来都远远低于传统的内燃机汽车，难于与其竞争。自20世纪90年代以来，世界上各大汽车公司都着手开发混合动力汽车，日本丰田公司在1997年率先向市场推出“先驱者”（Prius）混合动力汽车，并在日本、美国和欧洲各国市场上均获得较大成功，累计产销量已超过60万辆。随后日本本田，美国福特、通用以及欧洲一些大公司，也纷纷向市场推出各种类型的混合动力汽车。

普通混合动力汽车是指那些采用常规燃料的，同时配以蓄电池、电动机来改善低速动力输出和燃油消耗的车型。混合动力汽车按照混合度（即电动机功率与发动机功率之比或使用电的比例与使用燃油的比例）的不同，又可以分为微混、轻混、中混、强混等。普通混合动力汽车的优点如下。

①采用混合动力后可按平均需用的功率来确定发动机的最大功率，此时处于油耗低、污染少的最优工况下工作。在需要大功率时（发动机功率不足），由蓄电池来补充；负荷少时，富余的功率可用于发电，给蓄电池充电，发动机可持续工作，蓄电池又可以不断被充电。

②因为有了蓄电池，可以十分方便地回收制动、下坡、怠速时的能量，并作为电能再次利用，从而减少能源的浪费。

③在繁华市区，可关停发动机，由蓄电池单独驱动，实现“零”排放。

④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。

缺点是长距离高速行驶基本不能省油，有两套动力，再加上两套动力的管理控制系统，结构复杂，技术较难，价格较高。

普通混合动力汽车利用发动机的富余功率给蓄电池充电，无需外接充电，虽然节能效果明显，但是没有从根本上摆脱交通运输对石油资源的耗用问题。因此，普通混合动力汽车是电动汽车发展过程中一段时期内的一种过渡性技术。

普通混合动力汽车在目前的新能源汽车中技术最成熟并已成功实现了商业化，由于不需要充电，因此普通混合动力汽车的使用便利性在新能源汽车中是最好的。目前普通混合动力汽车的综合成本要高于燃油汽车，在经济性方面的明显劣势会严重影响普通混合动力汽车的发展。

近几年发展起来的插电式混合动力汽车（plug-in hybrid vehicle，PHV）是一种新型的混合动力汽车。通过外接充电电源为蓄电池充电，充电后可仅凭充电蓄电池作为动力驱动电动汽车行驶。另外，在蓄电池的剩余电量用完后，并不是切换至发动机行驶模式，而是通过发动机带动发电机，利用由此产生的电力为蓄电池充电，继续用电动机驱动行驶。插电式混合动力汽车更接近于纯电动汽车，而且它在一定程度上解决了纯电动汽车续航里程短和需要及时充电的问题，即使行驶到没有充电设施的地方，也可以作为一般的混合动力汽车来使用。

插电式混合动力汽车的技术已经比较成熟，但是目前国内只有几家领先企业掌握了插电式混合动力汽车的核心技术，其他大部分汽车生产企业还处于研发阶段。插电式混合动力汽车使用的便利性不如燃油汽车，但优于纯电动汽车，基本达到了消费者可接受的范围。由于国家政策的倾斜，目前插电式混合动力汽车的综合成本已经低于燃油车。在国家补贴政策的强力支持下，近期插电式混合动力汽车很可能成为增长速度最快的新能源汽车。

1.1.1.3　燃料电池电动汽车

燃料电池电动汽车是指以氢气、甲醇等为燃料，通过化学反应产生电能，依靠电动机驱动的汽车。燃料电池电动汽车的工作原理是，作为燃料的氢在汽车搭载的燃料电池中，与大气中的氧发生化学反应，从而产生电能供给电动机运行，进而驱动汽车行驶。燃料电池的化学反应过程不会产生有害产物，因此燃料电池电动汽车是无污染汽车，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看，燃料电池技术是内燃机技术的最好替代，燃料电池电动汽车代表了电动汽车未来的发展方向。

现阶段，燃料电池的许多关键技术还处于研发试验阶段，此外，燃料电池的理想燃料——氢，在制备、供应、储运等方面还有着大量的技术与经济问题有待解决。因此，燃料电池电动汽车目前和今后一段时间尚不具备商业化的条件。

1.1.2　电动汽车的运行特点及电能补给方式

1.1.2.1　电动汽车的运行特点

（1）公交车　公交车用来满足公共交通的需要，由专职司机驾驶、维护，由城市公交公司或企业投资运营，且行驶路线固定，一般在首末站都建有大型停车场，夜间停运。因公交车停运造成的负面影响较大，要求一次充电至少应满足单程运行里程，紧急情况下应能实现电能的快速补充，公交车可利用停运时段充电。

（2）特殊园区用车　特殊园区用车指用于风景名胜、旅游景点、城市水源保护区等服务、观光等车辆。特殊园区用车服务目标明确，车辆相对集中，使用频繁，一次充电难以满足每日运行要求，内部建有集中停车场，特殊园区用车可利用停运时段充电。

（3）城市环卫、市区快递送收车辆　城市环卫、市区快递送收车辆是为了满足城市环境卫生、邮件送收要求而运营的车辆，如街道清扫车、垃圾清运车、道路清障车、冲洗车、洒水车、市区快递送收车等。此类车辆的运行线路固定，在所属单位或企业内都有自己的停车场，有停运时段。统计数据表明，此类车辆平均每车每日运行距离约为100km，一次充电基本满足单程运行里程，停运时段可充电。

（4）工程车　市政工程抢险车、建筑运输车等用于满足市政建设、抢险维修需要，所属单位或企业内有停车场，车辆用于为特定区域提供服务，要求随时待命、随时出动。一次充电基本满足往返运行里程，停运时段可充电。

（5）政府公务车、企业商务车、其他社会车辆　满足公务、商务出行需要，所属单位或企业内有停车场，一般夜间停运。车辆的行驶线路、里程一般能预估，特殊情况用车时线路和里程多变。一次充电基本满足往返运行里程，夜间停运可充电，同时应在其相应的出行范围内提供必要的快速补充电能设施。

（6）出租车　出租车运行线路和区域具有不确定性，具有很大的随机性。据统计，目前省会城市出租车每车每日的平均运行里程约为300km，一次充电续驶里程难以满足当日运行要求，且用电量变化大。根据其一次充电后的续驶里程，应在其相应的出行范围内提供必要的充电设施。出租车停运时间短，对充电时间要求高。

（7）私家车　满足个人出行需要，线路、里程一般能预先估计，车辆停放在家庭车库或小区停车场。夜间基本停运，可充分利用低谷时段充电。

1.1.2.2　电动汽车的电能补给方式

电动汽车的充电可以由地面的充电桩完成，地面充电桩的主要功能是有效地完成电动汽车蓄电池的电能补给。电动汽车的种类和运行特点决定了其能源补给方式。按照蓄电池是否与车体分离，可分为整车充电方式和蓄电池更换方式两种。

（1）整车充电方式　当车辆进行补充充电时，充电桩与充电车辆通过充电插头进行连接，蓄电池无需从车辆上卸下直接进行充电。优点是充电操作过程简单，不涉及蓄电池存储、蓄电池更换等过程。但车辆充电时间占用了车辆的运营时间，车辆利用率较低，不利于保持蓄电池组的均衡性以及延长蓄电池组的使用寿命。

（2）蓄电池更换方式　当车辆进行补充充电时，将需要充电的蓄电池从车辆上卸下，再给车辆安装已充满电的蓄电池，车辆即离开继续运营，对卸载下的蓄电池采用地面充电系统进行补充充电。采取蓄电池地面充电方式有利于提高车辆使用效率，提高蓄电池使用寿命，但对车辆及蓄电池更换设备提出了更高的要求。

由此可见，不同的电能补给方式有其自身的特点和适用范围。因此，在实际应用中，需要根据车辆的种类、数量和运行效率，以及蓄电池的数量、性能、系统配置成本以及管理等众多因素进行选择，并可将多种方案有机结合，实现电动汽车的最优运营。

根据以上分析，将电动汽车按照电能补给方式进行分类。

（1）适合采用整车充电方式的车辆　城市环卫车、市区快递送收车辆、工程车、政府公务用车、企业商用车、私家车。这些车辆可充分利用夜间停运时段进行充电，满足下一次的行驶里程需要。

（2）适合采用蓄电池更换充电方式的车辆　出租车、社会运营车辆。这些车辆需要及时快速补充电能，尽量增加运营时间，获得更大的经济效益。

（3）适合采用整车充电方式和蓄电池更换方式结合的车辆　公交车、特殊园区用车、社会运营车辆。既考虑这些车辆蓄电池的使用性能和寿命，又保证车辆运营时间，提高利用率。这些车辆在停运期间可采用整车充电方式，而在运营期间采用蓄电池更换方式。此外，车辆动力蓄电池的配备可根据车辆情况采取不同的方案，例如，对于数量大而且属于同一公司的车辆可以由车辆所属公司建立蓄电池存储间，而对于数量少且归属权相对分散的车辆可以由蓄电池配送中心配送蓄电池，减少一次性投资和更换成本。

（4）适合采用车载充电机充电的车辆（如私家车辆）　私家车辆由于使用时间较短，停运时一般停放在停车场或者地下车库内，此时可利用停车场提供的交流电源为车辆充电，由于一般私家车辆蓄电池容量较小，冲电功率也较小，充电机可配置在车上，因此可充分利用低谷电价阶段进行充电，以最大限度降低运行成本。