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学习目标
1.理解并掌握新能源汽车的定义及种类。
2.理解并掌握新能源汽车发展的历史。
3.理解并掌握新能源汽车发展现状。
职业素养要求
1.严格执行汽车检修规范，养成严谨科学的工作态度。
2.养成总结训练结果的习惯，为下次训练积累经验。
3.养成团结协作的精神。
4.严格执行5S现场管理。
任务与思考
1.请查阅资料回答发展新能源汽车的背景知识有哪些。
2.请查阅资料简述新能源汽车的发展历史。
知识学习
石油短缺、环境污染、气候变暖是全球汽车产业面对的共同挑战，各国政府及产业界纷纷提出各自发展战略，积极应对，以保持其汽车产业的可持续发展，并提高未来的国际竞争力。
1.能源危机迫在眉睫
石油巨头英国石油公司（BP）发布的《世界能源统计年鉴2021》显示，2020年底全球石油探明储量较2019年减少了20亿桶，总量为1.732万亿桶。根据2020年的石油储产比，全球石油以现有的生产水平还可以生产50余年。石油输出国组织（欧佩克）拥有70.2%的全球储量，储量最高的国家是委内瑞拉（占全球储量的17.5%），紧随其后的是沙特阿拉伯（17.2%）和加拿大（9.7%）。
2000—2020年，美国、英国、伊拉克、中国和加拿大石油探明储量对比见表1-1。
表1-1 美国、英国、伊拉克、中国和加拿大石油探明储量
美国能源部预测，2025年以后，全球石油需求与常规石油供给之间将出现净缺口，2050年的供给缺口几乎相当于2000年石油总产量的两倍。世界汽车保有量预计到2030年将突破20亿辆，主要增量来自发展中国家，其中我国增速全球第一。汽车消费的快速增长导致石油消耗加速增长。我国机动车燃油消耗量约占全国总油耗的1/3，这使我国石油对外依存度逐年攀升。
目前我国汽车用汽柴油消费占全国汽柴油消费的比例达到55%，每年新增石油消费量的70%以上被新增汽车所消耗。我国经济持续快速发展，石油资源的需求激增，能源供需矛盾日益突出，对进口石油的依赖度不断提高。
2.汽车对环境的影响
燃油汽车在行驶过程中会产生大量有害气体，不但污染环境，还大大影响人类健康。汽车尾气排放的主要污染物为一氧化碳（CO）、碳氢化合物（HC）、氮氧化物（NO x ）、铅（Pb）、细微颗粒物及硫氧化合物等。这些一次污染物还会通过大气化学反应生成光化学烟雾、酸沉降等二次污染物。据统计，全球大气污染物有42%源于交通车辆产生的污染。随着城市机动车数量的快速增长，机动车尾气排放污染已成为城市大气污染的主要来源。一些大城市机动车尾气排放的污染物对多项大气污染指标的贡献率达到70%。机动车尾气排放污染对人体的健康已构成了严重威胁。
虽然现代科学技术的运用使得汽车发动机的废气排放量和工作噪声已经降得很低，但是由于城市街道上的车流过于密集，汽车排放的废气和发出的噪声对人类的生存环境还是造成了严重的影响。
2013年春季，浓浓雾霾遮蔽了我国中东部地区。环保部门的统计数据显示，从华北到黄淮、江南地区，都出现了不同程度的污染。尤其是北京、天津、石家庄等城市，由于低空地面的空气污染物久积不散，连续出现空气质量中度污染和严重污染，PM2.5、PM10、硫酸或硝酸盐等主要污染物徘徊在较高、超标准浓度水平，形成的雾霾天气严重影响了人们的身心健康和日常出行，引起了全社会的广泛关注。机动车是雾霾形成的重要因素之一，因此必须研究改善城市机动车排放污染的对策和措施。
降低和控制机动车排放污染的主要措施有以下方面。
1）不断完善和升级汽车油耗标准。 近年来，我国汽车行业相关油耗标准不断升级，随着汽车油耗标准法规水平升级，2020年生产的乘用车平均燃料消耗量降至4.5L/100km以下，商用车新车燃料消耗量接近国际水平。
2）不断完善和升级汽车排放标准。 要通过制定和实施汽车排放标准法规，逐步提高汽车排放技术水平，降低汽车尾气排放。2016年12月23日，环境保护部、国家质检总局发布《轻型汽车污染物排放限值及测量方法（中国第六阶段）》，自2020年7月1日起实施。2018年6月22日，环境保护部、国家质检总局发布《重型柴油车污染物排放限值及测量方法（中国第六阶段）》，自2019年7月1日起实施。2021年5月26日，生态环境部举行例行发布会通报，7月起，我国将全面实施重型柴油车国六排放标准，标志着我国汽车标准全面进入国六时代，基本实现与欧美发达国家接轨。与国五标准相比，重型车国六氮氧化物和颗粒物限值分别降低77%和67%。轻型汽油车单车碳氢化合物（HC）和氮氧化物（NO x ）国六排放限值较国一下降90%。
3）提高燃油品质。 燃油品质在很大程度上限制了机动车排放污染物的水平，推迟了汽车排放法规的实施，因此应尽快提高燃油品质。
4）积极开展先进节能减排技术的研发和创新。 汽车行业应大力发展混合动力技术、柴油机高压共轨、汽油机缸内直喷、均质燃烧及涡轮增压等高效内燃机技术和先进电子控制技术，以及先进传动系统技术（包括六档及以上机械变速器、双离合器式自动变速器、商用车自动控制机械变速器等）。开展高效控制碳氢化合物等污染物排放技术研究等，积极推进有关先进技术的应用。
5）大力发展节能与新能源汽车。 我国出台了《节能与新能源汽车产业发展规划（2012—2020年）》，基本建立了新能源汽车技术研发体系，积极推广示范运行，初步形成了节能与新能源汽车产业化能力，并取得了积极进展。
6）改善城市交通环境。 在城市中，即使是每辆机动车都达到国家规定的排放法规要求，也不能保证城市的交通污染就一定达到环保标准要求，这是由于大量机动车在一定时间、空间内的相对集中，从而造成城市的某一地区在排放污染物总量上超标。因此，从机动车管理的角度来考虑，需要疏导交通，提高机动车运行速度，改善机动车运行工况，降低机动车污染排放。
欧洲制定了旨在限制汽车污染物排放的欧V和欧VI标准。未来欧盟国家对本地生产及进口汽车污染物排放量的限制，特别是碳氢化合物和颗粒物排放量的限制将日益严格。
欧Ⅴ标准于2009年9月1日开始实施。根据这一标准，柴油轿车的碳氢化合物排放量应不超过180mg/100km，比欧Ⅳ标准规定的排放量减少了28%，颗粒物排放量则比欧Ⅳ标准规定的减少了80%，所有柴油轿车必须配备颗粒物滤网。柴油SUV执行欧V标准的时间是2012年9月。
相对于欧V标准，于2014年9月实施的欧VI标准更加严格。根据欧VI标准，柴油轿车的碳氢化合物排放量应不超过80mg/100km，与欧V标准相比，欧VI标准对人体健康的益处将增加60%～90%。
欧VI标准将分两个阶段实施。首先，针对全部批准的新车型实施，生效日期是2013年1月1日。之后，从2014年1月1日起，所有从2014年1月1日开始注册的货车和客车都必须装备欧VI认证发动机。欧VI标准规定的尾气排放中各成分的含量有显著降低，改变包括：所有的NO x 排放降低至0.46g/（kW·h），同欧V限值相比下降了75%；PM降低到0.01g/（kW·h），或是说同欧V相比下降了66%；推出了更低的排放限值；对所有运行70000km或7年的车辆的欧VI发动机有一个加强排放耐久性要求；对发动机的车载诊断系统（OBD）性能要求进一步提升；采用新的全世界范围内的“瞬态”和“稳态”测试循环，包括冷起动和正常运行温度时部件状态，测试状态的设计更接近车辆在真实环境中运行时部件的反应。
柴油面包车和7座以下客车实施欧V和欧VI标准的时间分别比轿车晚1年。2010年9月，轻型客车等实施欧V标准，氮氧化物排放量应不超过280mg/100km；2015年9月实施欧VI标准后，新款面包车的氮氧化物排放量应不超过125mg/100km。
3.气候变暖
能源的大量消耗带来温室气体排放问题。二氧化碳是全球最主要的温室气体，是造成气候变化的主要原因，而它主要来自化石燃料的燃烧。据科学家预测，未来50～100年人类将完全进入一个变暖的世界。由于人类活动的影响，温室气体和气溶胶的浓度增加过快，未来100年全球平均地表温度将上升1.4～5.8℃，到2050年我国平均气温将上升2.2℃。
越来越多的证据证明，人类活动是造成气候变暖的原因，而气候变暖又是由于大气中聚集了大量温室气体，其中主要是二氧化碳。交通领域二氧化碳排放成为关注重点。据国际能源署（International Energy Agency, IEA）估计，汽车二氧化碳总排量将从1990年的29亿t增加到2020年的60亿t，汽车对地球环境造成了巨大影响。
控制消费和节约能源是减少二氧化碳排放量的重要途径。仅在工业发达国家，人均能源的消费指数在1～3之间，这就表明，节约能源的余地是极大的。当然，还可以考虑保持适当的消费水平，同时用那些不会产生温室效应的替代品来取代会造成污染的能源。
为了减少汽车对全球气候变暖的影响，削减温室气体二氧化碳的排放，汽车应尽量采用小排量发动机和稀薄燃烧发动机，提高能源利用效率。为了减少汽车二氧化碳的排放量，汽车二氧化碳排放法规开始实施。2008年，欧盟要求轿车二氧化碳排放量降至140g/km，对于汽油车，对应油耗6L/100km以下；2012年，降至120g/km；2020年，降至100g/km。
我国采用一系列先进技术，包括电动汽车、天然气汽车和以天然气为燃料的内燃机技术，到2030年，我国汽车二氧化碳的排放总量有望降低45%。
在能源和环境保护的压力下，新能源汽车无疑将成为未来汽车的发展方向。大力推进传统汽车节能减排和新能源汽车产业化，成为我国汽车产业亟须解决的重大课题。
1.第一次发展机遇
1859年法国著名物理学家普兰特（Plante）发明了第一块铅酸蓄电池，这为以后电动汽车的实用化创造了必要的条件。1916年8月，世界第一辆油电混合动力电动汽车问世，这款双排座的轿车使用操纵杆代替加速踏板。1920年1月，第一辆充电式汽车问世。
1920年8月，经济型电动车风行天下。这种在1920年前后生产的电动车，体积小、质量轻，因此最大限度地发挥了电动机的功能。这种汽车的使用成本比燃油车更低。第一次世界大战之后，油价不断上涨，仅英国电动汽车的使用量便增加了8%，成了一种更经济实用的交通工具。
到了20世纪30年代末，这种以蓄电池为电源，用直流电动机产生驱动力的电动汽车逐渐消失了。其主要原因是当时的蓄电池性能较差，电动汽车的成本太高而续驶里程太短。在这一时期，由于大量油田的开发，廉价的石油降低了汽车的使用成本，加上内燃机技术及汽车底盘技术的不断提高，并采用流水线生产方式大规模批量制造，使内燃机汽车在市场竞争中占据了绝对的优势，电动汽车被无情地淘汰。
2.第二次发展机遇
20世纪70年代，全球能源危机和石油短缺使电动汽车重新获得生机，人们又想起了可不用石油资源的电动汽车。1968年12月，通用汽车公司推出斯特林混合动力发动机。
1968年，发展势头强劲的通用汽车公司把斯特林发动机与14个12V电池组合在一起。这款汽车引进了每小时48km的“盈亏平衡”速度新概念。由于斯特林发动机不断为汽车充电，因此电力不会耗尽，但是汽车的起动和关闭需要耗时20s以上。
1973年出现了好几款电动汽车，包括一款电动巴士和一种全木车身的轿车。然而，全木车身并没有风行天下，电池寿命的问题仍然困扰着大家。人们期待着汽车充电问题出现新的技术突破。
1975年11月，出现了带发电机拖车的豪华版电动汽车。Transformer 1型车是推向市场的第一款豪华版长途用电动车，不过它有一个吸引人的部分——一辆为长途旅行提供动力的汽油发电机小拖车。有了它，汽车能够以每小时80km的速度连续行驶1770km。
在电动汽车技术得到进一步发展以后，欧美、亚洲诸多国家开始研发和生产电动汽车，但是石油价格在20世纪70年代末开始下跌，在电动汽车还未成为商业化产品之前，能源危机和石油短缺问题已不再严重。因此，电动汽车遭遇冷落，电动汽车的发展又跌入低谷。
3.第三次发展机遇
20世纪80年代以来，随着汽车保有量的不断增加，内燃机汽车排放的有害气体对人类健康的影响日益突出，并且内燃机汽车需要消耗大量有限且不可再生的石油资源。
为了应对20世纪90年代初日益严重的废气问题，洛杉矶把目光投向了电动汽车。洛杉矶电动车提议拿出一份订购1万辆电动汽车的合同。奥迪公司推出一款“双动力”混合车，后轮电力驱动，前轮汽油驱动。有人提出更激进的思路，修建一套通过路面供电的系统，以便让这些在路上行驶的汽车始终处于充电状态。
1991年12月，宝马公司推出E1电动汽车。宝马公司于1991年在法兰克福车展上推出E1电动汽车。这辆电动概念车的外壳材料是可回收塑料，整车质量不到907kg，一次充电可行驶273km，最高时速达128km。
1994年，通用Impact EV1开始路测。两年后，它成为大型制造公司用现代化批量生产的方式推出的第一款电动汽车。
1997年出现混联式混合动力汽车，传奇车型丰田普锐斯诞生，如图1-1所示。三年后，它成为风靡全球的新能源汽车。同时，它先进的混联式混合动力系统，也在新能源汽车发展史上留下了浓重的一笔。2003年，采用镍氢电池组、搭载THS-Ⅱ系统、综合油耗5.1L的普锐斯二代从诞生开始就大获成功。
图1-1 丰田普锐斯
2008年11月，电动汽车迎来了新的春天。如今，菲斯科Karma、日产Denki Cube、雪佛兰Volt和特斯拉Roadster等车型纷纷加入未来充电汽车的行列。这些汽车都采用新的锂离子电池技术，准备把汽车的性能与活动范围推上一个新的境界。
2013年，比亚迪秦发布。这款续驶里程超过80km、搭载1.5T发动机的并联混合动力电动汽车，享受补贴后仅十几万元，新能源汽车正在走近普通消费者。
2015年，比亚迪e5纯电动汽车上市，采用最大功率为160kW的电动机，最大转矩310N·m，最高车速130km/h，搭载磷酸铁锂电池组，综合续驶里程可达305km。
1.国外新能源汽车现状
由于气候变暖、环境污染、能源危机等原因，新能源汽车的开发早已引起了全球汽车生产厂家的关注，一些著名的汽车公司转向研究和开发新能源汽车。各国政府也相继发布新能源汽车发展战略和国家计划，加大政策支持力度，增加研发投入，全力推进新能源汽车产业化。随着新能源汽车技术瓶颈突破的预期大大加快，新能源汽车产业进入了快速发展的新阶段。
（1）国外纯电动汽车的状况 国外纯电动汽车的主要应用在小型乘用车、大型公交车、市政与邮政等特殊用途车辆。纯电动汽车已经有100多年的历史，但由于传统铅酸电池的续驶里程等使用性能指标不能满足纯电动汽车的要求，纯电动汽车的研发处于停滞不前的状态。随着高性能锂离子电池和一体化电力驱动系统等技术的发展应用，纯电动汽车再次受到各国政府和企业的重视。纯电动汽车已在续驶里程、动力性、快充技术等方面取得了可喜的进展，已经进入实用化阶段。
目前，纯电动汽车的技术攻关重点集中在提高动力蓄电池性能、降低成本方面。与传统的汽车性能、成本比较，要满足产业化要求，纯电动汽车动力蓄电池的质量能量密度需大幅度提高，成本也需大幅度下降。
（2）国外混合动力汽车的状况 日本最早研发混合动力汽车，并最先实现了产业化。丰田普锐斯（Prius）于1997年10月底问世，是世界上最早实现批量生产的混合动力汽车，全球累计销量已超过200万辆。早期的普锐斯采用氢镍电池、串并联控制方式，百公里油耗3.4L。目前，普锐斯已推出第三代产品，采用锂电池作为动力蓄电池，其性能得到大幅度改善。自1997年丰田首先在日本推出普锐斯混合动力汽车以来，其他各大汽车厂家纷纷推出混合动力汽车产品，如本田Insight、通用Saturn VUE、福特Escape等。随着技术的成熟和生产规模的扩大，成本大幅下降。欧洲混合动力汽车技术起步较晚，采取与美国合作方式，共享混合动力总成技术，主要应用于采用传统技术油耗较高的车型上。
国际上，混合动力商用车也取得了快速发展，已开发了混合动力公交车、市政用车和军用车等。美国在混合动力公交客车的开发和应用上取得了一定的成果，目前已有多个车型在运行。欧洲客车和货车生产商已将目光聚焦在混合动力技术上。德国奔驰、瑞典沃尔沃和波兰索拉丽斯等公司相继开发了混合动力商用车。混合动力技术是由单一发动机驱动向纯电动驱动转移的必经环节。合理采用混合动力技术可以较明显地节油减碳，并将成本控制在一定范围内。因此，混合动力汽车已成为世界各国汽车公司产业化的重点。随着电池技术的逐步成熟，逐渐提高混合度以实现传统能源向电气化转化，是混合动力技术发展的方向。前期主要为单电机并联、双电机并联和双电机混联等方案，后期将向插电式方案发展，实现向纯电动方案过渡。在动力系统结构方面，混合动力汽车将向更高的集成度发展。根据车用能源的发展情况，有发动机与电机集成、传动系统与电机集成两种趋势，从而实现向电动化转型。
（3）国外燃料电池汽车的状况 氢燃料电池汽车是使用液态氢作为汽车的动力蓄电池能源，与大气中的氧发生化学反应，从而产生电能来起动电动机，进而驱动汽车。由于燃料电池汽车技术的战略意义十分重大，发达国家都在潜心致力于燃料电池汽车的研究，美国通用与日本丰田、美国国际燃料电池公司与日本东芝、德国奔驰与西门子、法国雷诺与意大利De Nora公司等纷纷组成强大的跨国联盟，优势互补，联合开发并推出了一系列的燃料电池汽车。
近年来，燃料电池出现模块化趋势，单个燃料电池模块的功率范围被界定在一定的范围之内，通过提高产品性能实现模块化组装，以满足不同车辆对燃料电池功率等级的要求。通过采用混合动力技术，优化蓄电池和燃料电池的能量分配，以有效提高燃料电池的寿命、降低系统成本。燃料电池汽车技术攻关的焦点是提高可靠性、耐久性。目前，美国能源部正在支持几种新型锂离子化学电池的探索性研究。方案涉及对锂合金、高电压正极材料、锂硫电池、锂金属电池、锂聚合物电池的研究等。据悉，美国政府还向有技术优势的汽车厂商提供超过250亿美元的贷款，并对该国电池工业提供了20多亿美元的补贴。
2.国内新能源汽车的现状
2012年7月9日，国务院正式发布了《节能与新能源汽车产业发展规划（2012—2020年）》（以下简称《规划》），明确以纯电动汽车为新能源汽车发展和汽车工业转型的主要战略取向，《规划》内容明确以纯电驱动为汽车产业未来的重要方向，也是解决汽车普及过程带来的能源与环境问题的根本性措施，具有战略性意义。
自2014年9月1日至2017年年底，我国对获得许可在中国境内销售（包括进口）的纯电动以及符合条件的插电式（含增程式）、混合动力、燃料电池三类新能源汽车，免征车辆购置税。2014年7月，国务院办公厅发布《关于加快新能源汽车推广应用的指导意见》（以下简称《指导意见》），部署进一步加快新能源汽车推广应用。《指导意见》从总体要求、充电设施建设、积极引导企业创新商业模式、推动公共服务领域推广应用、进一步完善政策体系、坚决破除地方保护、加快创新能力建设、进一步加强组织领导8个方面提出30条具体政策措施，促进新能源汽车产业转型升级。
《中国制造2025》提出，将节能与新能源汽车作为重点发展领域，继续支持电动汽车、燃料电池汽车发展，掌握汽车低碳化、信息化、智能化核心技术，提升动力电池、驱动电机、高效内燃机、先进变速器、轻量化材料、智能控制等核心技术的工程化和产业化能力，形成从关键零部件到整车的完成工业体系和创新体系，推动自主品牌节能与新能源汽车与国际先进水平接轨，为我国节能与新能源汽车产业发展指明了方向。
2020年我国新能源汽车产销量分别达到136.6万辆和136.7万辆，同比分别增长7.5%和10.9%，其中，纯电动汽车和插电式混合动力汽车产销表现均好于上年。2021年我国新能源汽车产量达354.5万辆，较2020年增加了217.9万辆，同比增长159.52%，销量达352.1万辆，较2020年增加了215.4万辆，同比增长157.57%。我国新能源汽车2022年预计实现产销550万辆、保有量1000万辆，2030年产量将达到1200万辆，对汽车总产量的贡献率超过24%。
3.新能源汽车的发展趋势
随着科学技术的发展，新能源汽车的主要发展趋势如下：
1）突破动力蓄电池技术是关键。 作为动力源，现在还没有任何一种电池能与石油相提并论，动力蓄电池已成为限制电动汽车发展的瓶颈。因此，研究和开发不污染环境、成本低廉、性能优良的动力蓄电池，是大量推广使用电动汽车的前提。
2）驱动电机呈多样化发展。 美国倾向于采用交流感应电动机，其主要优点是结构简单、可靠，质量较小，但控制技术较复杂。日本多采用永磁无刷直流电动机，优点是效率高、起动转矩大、质量较小，缺点是成本高，且有高温退磁、抗震性较差。德国、英国等大力开发开关磁阻电动机，优点是结构简单、可靠、成本低，缺点是质量较大，易产生噪声。
3）纯电动汽车向超微型发展。 由于受续驶里程的影响，纯电动汽车向超微型发展。超微型汽车降低了对动力性和续驶里程的要求，充电过程比较简单，车速不高，较适合于市内或社区内小范围使用。
4）采用混合动力汽车作为过渡产品。 混合动力汽车是内燃机汽车和纯电动汽车之间的过渡产品，既充分发挥现有内燃机技术优势，又尽可能发挥电机驱动无污染的优势。
5）燃料电池汽车成为竞争的焦点。 燃料电池汽车在成本和整体性能上，特别是续驶里程和补充燃料时间上明显优于其他电池的电动汽车，并且燃料电池所用的燃料来源广泛，又可再生，可实现无污染、零排放等环保标准。因此，燃料电池汽车已成为世界各大汽车公司21世纪激烈竞争的焦点。燃料电池及氢动力发动机车型被看作新能源汽车最终的解决方案。
6）开发新一代车用能源动力系统。 开发新一代车用能源动力系统，发展新能源汽车。重点发展各种液态代用燃料发动机及其混合动力汽车，并逐步过渡到发展采用生物燃料的混合动力汽车和可充电的混合动力汽车；进一步发展以天然气为主体的气体燃料基础设施，分步建设长期可持续利用的气体燃料供应网络；以天然气发动机为基础，发展各种燃气动力，尤其是天然气或氢气内燃机及其混合动力；发展新一代燃料电池发动机及其混合动力；大力推进动力蓄电池的技术进步，发展适合我国国情的纯电动汽车尤其是微型纯电动汽车；以城市公交车辆为重点，以点带面，稳步推进新能源汽车的示范与商业化。
7）政府的政策和资金支持加大。 政府对加快新能源汽车的发展起着至关重要的作用，政府要加大资金投入和政策引导，汽车企业要加大对新能源汽车研发力度；同时要加大示范运行范围和力度，为新能源汽车规模化、产业化发展做准备。