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由于新能源汽车能量管理的核心是根据驾驶员的需求对动力系统进行能量管理与分配，通常能量管理的研究对象为具有多个动力源的新能源汽车，目前我国主要推行与发展的新能源汽车为纯电动汽车、插电式混合动力汽车与燃料电池电动汽车。纯电动汽车（Electric Vehicle，EV）由于仅有单一动力源，因此能量管理策略简单，大部分能量管理策略的研究对象均为插电式混合动力汽车（Plug-in Hybrid Electric Vehicle，PHEV）与燃料电池汽车（Fuel Cell Vehicle，FCV），本书也着重介绍插电式混合动力汽车与燃料电池汽车的发展现状。插电式混合动力汽车兼顾纯电动汽车与燃油汽车的优势，在各车企得到大力发展，已在新能源汽车市场占据重要的地位，而燃料电池汽车凭借零排放、氢燃料补充速度快的优势也成为国家重点发展推行的新能源汽车。
插电式混合动力汽车拥有发动机与电机两个动力源，相对于传统混合动力汽车（Hybrid Electric Vehicle，HEV）拥有更大的电池容量，可以通过外部电网对电池进行充电，具有相对于HEV更长的纯电动行驶里程和更低的油耗以及排放，因而得到政策的扶持，受到市场的欢迎。
混合动力技术兴起于日本，日本也是全球范围内最早发展混合动力汽车的国家之一，其混动技术储备处于市场领先地位，凭借HEV上的技术优势，PHEV开发也得以迅速推进。市场和政策方面，日本规划 2020 年实现新能源汽车销量 200 万辆，其中PHEV占比约 60％，达到 120 万辆；到 2030 年新能源汽车（PHEV、EV、FCV）新车销量占比预计达到 70％。比较有代表性的政策包括《低公害车开发普及行动计划》《JHFC示范工程（计划）》和《专项研究计划汽车产业战略 2014》等；代表车型主要有丰田Prius、三菱欧蓝德和本田雅阁等。
美国作为全球最重要的汽车产销市场之一，一直以来都十分重视政府对新能源汽车产业的扶持。2009 年联邦政府斥资 140 亿美元用以重振美国汽车工业，其中相当一部分资金用于动力电池等关键部件的研究；2010 年政府投资 60 亿美元资助电动汽车领域。联邦政府规划到 2020 年，电动车销量达到 80 万辆，混合动力车销量达到 120 万辆。为了促进国内汽车工业向新能源转型，联邦政府除了对新能源车企资助，对个人新车购置进行补贴之外，对碳积分达不到“零排放”标准的汽车生产和销售企业，也要进行处罚。比较有代表性的政策包括《PNGV计划》和《Feedom CAR计划》，代表车型主要有福特Fusion、克莱斯勒ESX3、通用Precept等。
欧洲作为汽车工业最为历史悠久的研发阵地，汽车技术在传统汽车领域一直处于领先地位。2004—2017 年，欧洲电动汽车（含EV、PHEV）销售量累计超过110 万辆。2015 年，德国公布其新能源汽车发展计划，规划到 2020 年电动车保有量（EV、PHEV）达到 100 万辆，到 2030 年电动车保有量达到 600 万辆。政策方面，荷兰、挪威、德国、英国、法国、西班牙、瑞典、爱尔兰、葡萄牙等国家在购买新能源汽车时都有不同程度的优惠和补贴政策，其中法国最高，购买PHEV可以享受3 000欧元左右的补偿金。欧洲PHEV代表车型有大众GOLF、沃尔沃S60L、宝马5 系、奔驰C350 等。
根据PHEV动力总成布置方式不同，通常分为 3 种类型：串联式PHEV（如吉普自由侠、克莱斯勒 200C等）、并联式PHEV（如比亚迪秦、奔驰GLE550 插电版等）、混联式PHEV（如丰田普锐斯插电版、上汽荣威 550 插混版等）。图 1.3 为国内外常见PHEV车型。当前，PHEV研发生产和消费主要集中在日本、美国、欧洲和中国。我国的PHEV发展势头一直很好，2018 年PHEV的交付量为 22 万辆，相比 2017 年增长了 118％。受到车市整体环境的影响，2019 年PHEV的交付量达到 20 万辆，相比 2018 年略有下降，但PHEV持续增长的趋势不会改变。
图1.3 国内外插电式混合动力汽车代表车型
关于新能源汽车尤其是电动汽车的发展政策倾向，我国一直以来以引导发展EV和PHEV为主。2020 年国务院发布《新能源汽车产业发展规划（2021—2035年）》，指出深化“三纵三横”研发布局：强化整车集成技术创新，以纯电动汽车、插电式混合动力（含增程式）汽车、燃料电池汽车为“三纵”，布局整车技术创新链；提升产业基础能力，以动力电池与管理系统、驱动电机与电力电子、网联化与智能化技术为“三横”，构建关键零部件技术供给体系。从“三纵三横”“十城千辆”到《免征车辆购置税的新能源汽车车型目录》，再到《中华人民共和国国民经济和社会发展第十三个五年规划纲要》以及《中国制造 2025》等，相关政策和扶持不断落地，我国PHEV产业一直高速发展。2018 年 4 月 1 日起正式实施的《乘用车企业平均燃料消耗量与新能源汽车积分并行管理方法》也开始对汽车企业提出新能源汽车积分比例要求，2018 至 2020 年积分比例分别为 8％、10％和 12％。PHEV方面，我国的自主品牌代表车型有长安逸动、传祺GA5、比亚迪秦、荣威E550 等。
此外，智能网联技术在PHEV上的推广应用也是当前的一个重要发展趋势。到 2020 年，全球销售的联网汽车数量将增长至 1.52 亿辆，约为 2015 年的 6 倍。对智能网联PHEV的研究，美国、日本以及欧盟等国家和地区在混合动力汽车和智能网联汽车上的研究起步较早，并在能量管理系统、车载通信技术和自动驾驶领域取得了突破性进展。2014 年谷歌在美国得克萨斯州首府奥斯汀市试验运行了改装的Lexus RX450h插电式混合动力无人车。2015 年发布的第 4 代普锐斯不仅具有部分自动驾驶功能还配备了ITS通信设备。另外，宝马X5 xDrive40e、奥迪A3 e-tron以及沃尔沃S60L插电式混动版都是具有部分自动驾驶功能的PHEV。
近年来，随着节能减排以及更为严苛的有关汽车法规排放要求的提出，车企将更多的发展目光转向燃料电池汽车技术的研究，由于汽车造型及构造等基本已达到成熟阶段，因此其整车的研究重点集中在燃料电池技术的研发上。日本、韩国、北美以及欧洲等国家和地区都已对燃料电池技术投入了大量研究，目前已经基本完成对燃料电池自身性能的开发，且一些核心技术也已取得突破性进展。燃料电池汽车也已陆续出现在市场上，如丰田推出的Mirai、本田推出的Clarity以及现代公司开发的NEXO等，如图 1.4 所示。因此随之而来的加氢站也在陆续建设中。
美国政府在 2006 年制订了国家燃料电池公共汽车的计划，开始对燃料电池进行研发。在政府的大力支持下，到 2011 年时美国研发的燃料电池汽车在实际道路运行的最长单车寿命已经超过 11 000 h。此外，燃料电池汽车在公共交通的应用也已经取得了较为瞩目的成果，在 2015 年燃料电池公交车的平均运行时间已经达到9 000 h。美国通用汽车公司在 2017 年推出的新一代 100 kW燃料电池发动机的铂金使用量已经缩减到和传统内燃机的铂金使用量相同；此外，美国能源部还计划在2020 年，100 kW的燃料电池的铂金使用量要低于 10 g。
图1.4 燃料电池汽车
欧洲在 2003 到 2010 年的燃料电池客车示范计划中指出，要在 10 个城市中示范运行戴姆勒公司生产的采用“蓄电池＋12 kW燃料电池”的燃料电池客车，行驶里程累计大于 130 万英里。2012 年，为进一步加快欧洲燃料电池汽车产业化速度，宝马汽车和丰田汽车达成合作事宜，丰田为宝马汽车提供燃料电池研发技术。2011—2017 年，欧洲 5 个城市示范运行第二代燃料电池汽车，2017 年奔驰汽车推出了世界上第一款可用于量产的插电式氢燃料电池汽车。
日本研究燃料电池技术的时间较早且技术处于世界领先水平，2014 年丰田推出的Miral燃料电池汽车有着优越的性价比，这款燃料电池汽车巡航里程可达650 km，利用加氢站补给氢气仅需要 3 min，基本达到传统燃油车加油速度；此外，Miral可实现在 10 s内完成百公里加速，加速性能优越。同年，本田汽车宣布其燃料电池堆的技术已经能够使燃料电池堆的功率密度达到 3 kW／ L。在随后的一年时间里，丰田公司相继公开了与燃料电池相关的专利 5 680 件，其中燃料电池组占 1 970件。随后，日本加大规模建设氢燃料的加氢站。
韩国在 2006 年对由自主研发的第一代燃料电池堆组装的 30 辆运动型多用途汽车（Sport Utility Vehicle，SUV）和 4 辆大客车进行示范运行，并根据试运行反馈的数据在 2009 到 2012 年成功研发出第二代燃料电池堆，燃料电池堆性能得到进一步的改进。在燃料电池的研发技术较为成熟后，韩国在 2013 年宣布开发小规模量产燃料电池汽车，此后韩国推出了第三代的燃料电池电堆技术并将其继续应用于SUV及客车。
我国早在“十五”总体布局时，科技部就将燃料电池汽车纳入“863”重大科技课题中。随后一系列推动燃料电池汽车发展的举措接踵而来，2014 年发布的《能源发展战略行动计划（2014—2020 年）》中指出要将氢的制取、取运，加氢站以及燃料电池作为重点的战略方向。2016 年颁布的《中国氢能产业基础设施发展蓝皮书》指出要对我国中长期加氢站和燃料电池汽车发展目标进行规划。在 2019 年发布的《国务院落实（政府工作报告）重点部门分工的意见》中明确指出要推动充电、加氢等设施建设，要进一步加快发展加氢站的建设。从前瞻产业研究院整理的燃料电池汽车的产量数据可以看出，在 2016 年中国的氢燃料电池汽车共有 629 辆，2017 年有 1 272 辆，2018 年氢燃料电池汽车的数量则有 1 527 辆，到 2019 年末氢燃料汽车达到2 340 辆。很明显，自 2016 年以来，氢燃料汽车的产量呈现出逐年快速上涨的趋势。随着政府对加氢站建设财政补贴力度的加大，可以预见在未来几年中氢燃料汽车的产量仍然会保持积极的快速增长趋势。
显然，尽管目前燃料电池汽车尚未在市场上推广与普及，但是不论从国际还是国内社会的发展趋势来看，燃料电池汽车的发展势不可当。然而燃料电池汽车获得市场认可还存在许多挑战，例如燃料电池的可靠性，加氢基础设施建设以及改善车载储氢容量和降低总成本，其中的技术难题也是近年来各汽车研发中心与高校所关注的研究热点。