作者：崔胜民
出版社：人民邮电出版社有限公司
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新能源汽车概论试读：
前言
石油短缺、环境污染、气候变暖是全球汽车行业面临的共同挑战，新能源汽车已经成为汽车工业的发展趋势，一些国家已经提出了停售燃油汽车的时间表。我国是一个石油短缺的国家，石油对外依存度逐年增加，已经接近70%。为此，我国多次出台政策，鼓励发展新能源汽车，已经取得较好成效。2018年，我国新能源汽车销量突破100万辆，居世界第一。随着新能源汽车的快速发展，汽车类专业学生也迫切需要掌握新能源汽车的基础理论、基本知识和基本技能。
全书共5章：第1章介绍了新能源汽车的定义与分类、常见标识、基本参数、双积分制和发展规划；第2章介绍了纯电动汽车，包括纯电动汽车的组成与原理、电驱动系统与布置形式、电池系统、驱动电机系统、整车控制器、高压系统、低压系统等。其中电池系统主要介绍了电动汽车使用的各种锂电池和未来发展的新体系电池，驱动电机系统主要介绍了电动汽车使用的感应异步电机、永磁同步电机、开关磁阻电机和轮毂电机；第3章介绍了混合动力电动汽车，包括混合动力电动汽车的分类与构型、串联式混合动力电动汽车、并联式混合动力电动汽车、混联式混合动力电动汽车、增程式电动汽车、混合动力电动汽车动力耦合器等；第4章介绍了燃料电池电动汽车，包括燃料电池电动汽车的类型、结构和工作原理，各种常见燃料电池，氢气的储存方法和制备方法等；第5章介绍了电动汽车充电，包括车载充电机、非车载充电机、电动汽车充电方法、电动汽车充电方式、充电设施运营模式、充电基础设施发展目标等。书中涉及的专业术语，部分使用英文缩写形式，具体解释可参考附录。
本课程的教学时数为48学时，各章的参考教学课时见下面的课时分配表。
由于编者水平有限，书中难免存在不妥之处，希望广大读者批评指正。编者2019年5月第1章 新能源汽车基础知识【教学目标】
通过对本章的学习，学生能够掌握新能源汽车的定义与分类，了解新能源汽车常见标识，熟悉新能源汽车基本参数，了解新能源汽车双积分制和新能源汽车的发展规划。【教学要求】知识要点能力要求新能源汽车的定掌握什么是新能源汽车，新能源汽车包括哪义与分类些类型新能源汽车常见了解新能源汽车的车牌、铭牌、识别代码、标识仪表盘常见图标和常见英文缩写新能源汽车基本掌握新能源汽车的质量参数、电池基本参参数数、电机基本参数和性能参数新能源汽车双积了解汽车双积分制的定义、意义和计算方法分制新能源汽车发展了解动力电池、驱动电机及电动汽车的发展规划规划【导入案例】
汽车的发明极大地缩短了人与人之间的空间距离，方便了人类的生活。汽车已经成为当今社会的重要交通工具。但随着汽车保有量的大幅度增加，也带来了资源消耗过度、空气污染和气候变暖等负面问题，而新能源汽车是解决这些问题的最好产品之一。
新能源汽车近几年得到快速发展，受到人们的喜爱，销量剧增。2018年，我国新能源汽车销量突破100万辆，如图1-1所示。图1-1 我国新能源汽车销量快速增长
什么是新能源汽车？它都包含哪些类型？未来发展前景是怎样的？通过对本章的学习，读者可以得到答案。1.1 新能源汽车的定义与分类1.1.1 新能源汽车的定义
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，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，形成的具有新技术、新结构的汽车，如图1-2所示。图1-2 新能源汽车
非常规的车用燃料指除汽油、柴油、天然气（NG）、液化石油气（LPG）、乙醇汽油（EG）、甲醇等之外的燃料。因此，人们熟知的天然气汽车、液化石油气汽车、甲醇汽车等，都不属于新能源汽车，而属于节能汽车。1.1.2 新能源汽车的分类
新能源汽车主要包括纯电动汽车、混合动力电动汽车和燃料电池电动汽车，其中混合动力电动汽车又分为插电式混合动力电动汽车和非插电式混合动力电动汽车，如图1-3所示。我国把非插电式混合动力电动汽车划分到节能汽车系列中。图1-3 新能源汽车的分类
1. 纯电动汽车
纯电动汽车（BEV）是指驱动能量完全由电能提供的、由电机驱动的汽车，如图1-4所示。电机的驱动电能来源于车载可充电储能系统或其他能量储存装置。纯电动汽车是一种绿色环保的交通运输工具，采用可再生电能替代燃油。图1-4 纯电动汽车的定义
北汽新能源EU5是一款紧凑型纯电动汽车，其最大续航里程为400～500km；动力方面，搭载峰值功率为160kW、峰值转矩为300N·m的永磁同步电机，最高速度为155km/h，如图1-5所示。图1-5 北汽新能源EU5
2. 混合动力电动汽车
混合动力电动汽车（HEV）是指能够至少从两类车载储存的能量（可消耗的燃料、可再充电能/能量储存装置）中获得动力的汽车。混合动力电动汽车是内燃机汽车向纯电动汽车发展过程中的过渡车型，目前技术相对成熟。
比亚迪秦是一款插电式混合动力电动汽车，如图1-6所示。在动力配置方面，比亚迪秦配备了1.5TI涡轮增压发动机+永磁同步电机的组合类型，1.5TI涡轮增压发动机的峰值功率为113kW，峰值转矩为240N·m；永磁同步电机的峰值功率为110kW，峰值转矩为250N·m；发动机和电机的最大综合功率为217kW，最大综合转矩为479N·m。用于储能的电池位于车辆尾箱位置。该电池组能量达到13kW·h，标称电压为506V，类型为磷酸铁锂电池。最高车速为185km/h，0～100km/h的加速时间为5.9s；保证强劲动力的同时，油耗仅为1.6L/100km；纯电续航里程为70km。图1-6 比亚迪秦插电式混合动力电动汽车
3. 燃料电池电动汽车
燃料电池电动汽车（FCEV）是以燃料电池作为动力源或主动力源的汽车，通过氢气和氧气的化学作用产生的电能驱动车辆行驶。与传统汽车相比，燃料电池电动汽车增加了燃料电池和氢气罐，其电能来自于氢气燃烧，工作时只要加氢气就可以，不需要外部补充电能。
奔驰GLCF-CELL燃料电池电动汽车如图1-7所示，它搭载了总能量为13.5kW·h的电池组，NEDC工况下的纯电续航里程为51km。加上氢燃料动力系统之后，这款车型的NEDC续航里程可提升至478km。该车型电机峰值功率达到155kW，峰值转矩达到365N·m，最高行驶车速可达到160km/h。插电混动系统配备了7.4kW功率充电器，可在1.5h内将电池电量从10%充至100%。图1-7 奔驰GLCF-CELL燃料电池电动汽车
纯电动汽车、混合动力电动汽车和燃料电池电动汽车比较见表1-1。表1-1 三种电动汽车比较
目前，国内新能源汽车主要以纯电动汽车和插电式混合动力电动汽车为主。2018年，新能源汽车的销量为125.6万辆，比2017年同期增长61.7%。其中纯电动汽车的销量为98.4万辆，占78.3%；插电式混合动力电动汽车的销量为27.1万辆，占21.6%；燃料电池电动汽车的销量为1 527辆，占0.1%。1.2 新能源汽车常见标识1.2.1 新能源汽车车牌
为更好地区分辨识新能源汽车，实施差异化交通管理，我国启用了新能源汽车专用牌照。新能源汽车牌照分为小型新能源汽车牌照和大型新能源汽车牌照。新能源汽车牌照的外廓尺寸为480mm×140mm，其中小型新能源汽车牌照为渐变绿色，大型新能源汽车牌照为黄绿双拼色，中文字（汉字）、数字和字母颜色为黑色；牌照号码为6位数；纯电动的车型用“D”，非纯电动的车型用“F”，如图1-8所示。图1-8 新能源汽车牌照1.2.2 新能源汽车铭牌
新能源汽车铭牌是标明车辆基本特征的标牌，通过铭牌，可以了解新能源汽车的主要信息。新能源汽车类型不同，其铭牌内容会有差异。下面主要介绍纯电动汽车铭牌和混合动力电动汽车铭牌。
1. 纯电动汽车铭牌
纯电动汽车铭牌主要包括车辆品牌、整车型号、驱动电机型号、驱动电机峰值功率、动力电池系统额定电压、动力电池系统额定容量、最大允许总质量、乘坐人数、车辆识别代码、制造年月、制造国及厂名等，如图1-9所示。图1-9 纯电动汽车铭牌
2. 混合动力电动汽车铭牌
混合动力电动汽车铭牌除标注纯电动汽车铭牌的内容外，还要标注发动机型号、发动机最大净功率、发动机排量等，如图1-10所示。图1-10 混合动力电动汽车铭牌1.2.3 新能源汽车识别代码
新能源汽车识别代码（VIN）还没有统一标准，可以参考燃油汽车识别代码。
车辆识别代码可由3部分组成，第1部分是世界制造厂识别代号（WMI）；第2部分是车辆说明部分（VDS）；第3部分是车辆指示部分（VIS），如图1-11所示。图1-11 车辆识别代码
第1部分世界制造厂识别代号（WMI）按照GB 16737规定，由3位数字或字母组成，该代号必须经过申请、批准和备案后方能使用。
常见的我国汽车制造厂商识别代码（WMI）见表1-2。表1-2 常见的我国汽车制造厂商识别代码
第2部分车辆说明部分代号（VDS）按GB 16737规定，由6位数组成，可以充分反映一种车辆类型的基本特征，新能源汽车的VDS码目前是非强制要求，以下以电动公交车为例进行说明，如图1-12所示。图1-12 新能源汽车的VDS码
第④位字码代表新能源汽车种类，见表1-3。表1-3 新能源汽车种类代码
第⑤位字码代表新能源汽车功率，见表1-4。表1-4 新能源汽车功率代码
第⑥位字码代表车身长度，见表1-5。表1-5 新能源汽车车身长度代码
第⑦位字码代表最大乘员数，见表1-6。表1-6 新能源汽车最大乘员数代码
第⑧位字码代表新能源汽车最大总质量，见表1-7。表1-7 新能源汽车最大总质量代码
第⑨位字码代表检验位，用以核对车辆识别代码记录的准确性。
车辆指示部分（VIS）由8位字码组成，其中第10位字码表示年份。年份代码见表1-8。表1-8 年份与代码对应表
特别提示：这里介绍的新能源汽车识别代码仅供参考，最终以国家标准或企业标准为准。1.2.4 新能源汽车仪表盘常见图标
新能源汽车仪表盘上的图标根据功能分为指示、警示、故障图标。新能源汽车仪表盘常见图标见表1-9。表1-9 新能源汽车仪表盘常见图标1.2.5 新能源汽车常见的英文缩写
新能源汽车有很多常用英文缩写，初学者如果不了解其含义，会有很多不便。新能源汽车常见的英文缩写，见表1-10。表1-10 新能源汽车常见的英文缩写1.3 新能源汽车基本参数1.3.1 质量参数
电动汽车质量参数主要包括整车整备质量、电动汽车总质量、电动汽车装载质量和电池质量等。
1. 整车整备质量
整车整备质量是指电动汽车完全装备的质量，包括整车装备完好的空车质量，电池、润滑油、冷却液、随车工具、备用轮胎及备品等的质量，但不包括货物、驾驶员、乘客及行李的质量。
2. 电动汽车总质量
电动汽车总质量是指汽车装备齐全，并按规定装满乘客（包括驾驶员）、货物时的质量。
3. 电动汽车装载质量
电动汽车装载质量是指汽车满载时所能装载的货物和人员的总质量，即电动汽车总质量与整车整备质量之差。
4. 电池质量
纯电动汽车电能消耗量与整备质量和电池质量密切相关，整备质量和电池质量越小，电能消耗量越少。平均整备质量和动力电池质量如图1-13所示。车辆整备质量的变化与动力电池质量变化几乎完全同步。图1-13 纯电动汽车平均整备质量和动力电池质量1.3.2 电池基本参数
电池基本参数有电压、电池容量、电池能量、能量密度、功率密度、电池放电倍率、荷电状态、寿命等。
1. 电压
电压分为开路电压、工作电压、充电终止电压、放电终止电压。（1）开路电压。开路电压是指电池外部不接任何负载或电源，测量电池正负极之间的电位差，即电池的开路电压。（2）工作电压。工作电压与开路电压相对应，即电池外接上负载或电源，有电流流过电池，测量所得的正负极之间的电位差。
由于电池内阻的存在，放电状态时（外接负载）的工作电压低于开路电压，充电时（外接电源）的工作电压高于开路电压。（3）充电终止电压。可充电电池充足电时，极板上的活性物质已达到饱和状态，再继续充电，电池的电压也不会上升，此时的电压称为充电终止电压。（4）放电终止电压。放电终止电压是指蓄电池放电时允许的最低电压。放电终止电压和放电率有关。
2. 电池容量
电池容量是指完全充电的蓄电池在规定条件下所释放的总的电量，单位为A·h或kA·h，它等于放电电流与放电时间的乘积。1A·h就是电池能在1A的电流下使用1h，16A·h就是电池能在1A的电流下使用16h。
3. 电池能量
电池能量是指在一定放电制度下电池所能输出的电能，单位为W·h或kW·h，它等于电压与电池容量的乘积。
例如：标识为3.7V/10A·h的电池，其能量为37W·h。如果把4节这样的电池串联起来，就组成了一个电压是14.8V、容量为10A·h的电池组，虽然没有提高电池容量，但总能量为148W·h，提高了4倍。
4. 能量密度
能量密度是指单位体积或单位质量的蓄电池所释放的电能，用W·h/L、W·h/kg来表示。
如果是单位体积，即体积能量密度（W·h/L），直接简称为能量密度；如果是单位质量，就是质量能量密度（W·h/kg），也叫比能量。
例如：一节锂电池质量为300g，额定电压为3.7V，容量为10A·h，则其比能量为123W·h/kg。
在新能源汽车国家补贴政策中，纯电动汽车所搭载的电池比能量被列入了考核范围，2018年低于105W·h/kg的车型将无法获得任何补贴，105（含）～120W·h/kg的车型按0.6倍补贴，120（含）～140W·h/kg的车型按1倍补贴，140（含）～160W·h/kg的车型按1.1倍补贴，160W·h/kg及以上的车型按1.2倍补贴。2017年电池平均比能量逐渐增加，如图1-14所示。图1-14 电池平均比能量
5. 功率密度
电池功率是指电池在一定放电制度下，单位时间内所输出能量的大小，单位为W或kW。功率密度是指单位质量（也叫比功率）或单位体积电池输出的功率，单位为W/kg或W/L。
比功率是评价电池是否满足电动汽车加速性能的重要指标。
比能量和比功率究竟有什么区别？举个形象的例子：比能量高的动力电池就像龟兔赛跑里的乌龟，耐力好，可以长时间工作，保证汽车续航里程长；比功率高的动力电池就像龟兔赛跑里的兔子，速度快，可以提供很高的瞬间电流，保证汽车加速性能好。
6. 电池放电倍率
放电倍率是指在规定时间内放出其额定容量时所需要的电流值，它在数值上等于电池额定容量的倍数。即：充放电电流（A）/额定容量（A·h），其单位一般为C，如0.5C、1C、5C等。
例如，对于容量为24A·h的电池来说，用48A放电，其放电倍率为2C，反过来讲，2C放电，放电电流为48A，0.5h放电完毕；用12A充电，其充电倍率为0.5C，反过来讲，0.5C充电，充电电流为12A，2h充电完毕。
电池的充放电倍率，决定了可以以多快的速度，将一定的能量存储到电池里面，或者以多快的速度，将电池里面的能量释放出来。
7. 荷电状态
荷电状态（SOC）也叫剩余电量，代表电池放电后剩余容量与其完全充电状态的容量的比值。其取值范围为0～1，当SOC=0时表示电池放电完全；当SOC=1时表示电池完全充满。电池管理系统（BMS）就是主要通过管理SOC并进行估算来保证电池高效工作的，所以它是电池管理的核心。
8. 寿命
电池的寿命分为循环寿命和日历寿命。循环寿命是指电池可以循环充放电的次数，即在理想的温度和湿度条件下，以额定的充放电电流进行充放电，计算电池容量衰减到80%时所经历的循环次数。
日历寿命是指电池在使用环境条件下，经过特定的使用工况，达到寿命终止条件（容量衰减到80%）的时间跨度。日历寿命是与具体的使用要求紧密结合的，通常需要规定具体的使用工况、环境条件、存储间隔等。
循环寿命是一个理论上的参数，而日历寿命更具有实际意义。但日历寿命的测算复杂，耗时长，所以一般电池厂家只给出循环寿命的数据。1.3.3 电机基本参数
电机基本参数有额定功率、峰值功率、额定转速、最高工作转速、额定转矩、峰值转矩、堵转转矩、额定电压、额定电流、额定频率。（1）额定功率。额定功率是指电机额定运行条件下轴端输出的机械功率（W）。（2）峰值功率。峰值功率是指在规定的时间内电机运行的最大输出功率（W）。（3）额定转速。额定转速是指电机额定运行（额定电压、额定功率）条件下电机的最低转速（r/min）。（4）最高工作转速。最高工作转速是指在额定电压时电机带负载运行所能达到的最高转速（r/min）。（5）额定转矩。额定转矩是指电机在额定功率和额定转速下的输出转矩（N·m）。（6）峰值转矩。峰值转矩是指电机在规定的持续时间内允许输出的峰值转矩（N·m）。（7）堵转转矩。堵转转矩是指转子在所有角位堵住时所产生的最小转矩（N·m）。（8）额定电压。额定电压是指电机正常工作的电压（V）。（9）额定电流。额定电流是指电机额定运行条件下电枢绕组（或定子绕组）的线电流（A）。（10）额定频率。额定频率是指电机额定运行条件下电枢（或定子侧）的频率（Hz）。1.3.4 新能源汽车性能参数
电动汽车性能参数主要有最高车速、加速能力、坡道起步能力、爬坡车速、续航里程、能量消耗率、放电能量、再生能量、动力系效率和总功率。
1. 最高车速
电动汽车最高车速包括最高车速（1km）和30min最高车速。（1）最高车速（1km）。最高车速（1km）是指电动汽车能够往返各持续行驶1km以上距离的最高平均车速。（2）30min最高车速。30min最高车速是指电动汽车能够持续行驶30min以上的最高平均车速，其值应不低于80km/h。
2. 加速能力
加速能力是指电动汽车从速度u加速到u所需要的最短时间。012～50km/h和50～80km/h的加速性能，其加速时间应分别不超过10s和15s。
3. 坡道起步能力
坡道起步能力是指电动汽车在坡道上能够启动且1min内向上行驶至少10m的最大坡度。车辆通过4%坡度的爬坡车速不低于60km/h；车辆通过12%坡度的爬坡车速不低于30km/h；车辆最大爬坡度不低于20%。
4. 爬坡车速
爬坡车速是指电动汽车在给定坡度的坡道上能够持续行驶1km以上的最高平均车速。
5. 续航里程
续航里程是指电动汽车在动力蓄电池完全充电状态下，以一定的行驶工况，能连续行驶的最大距离。
作为普通消费者，纯电动汽车的续航里程是大家最为关注的核心技术指标，其数值大小直接决定了消费者的日常使用体验。工况法下平均续航里程逐渐增加，如图1-15所示。图1-15 纯电动汽车平均续航里程
6. 能量消耗率
能量消耗率是指电动汽车经过规定的试验循环后，对动力蓄电池重新充电至试验前的容量，从电网上得到的电能除以行驶里程所得的值（W·h/km）。
常用平均百千米电耗来评价能量消耗的大小。
在新能源汽车国家补贴政策中，对百千米电耗这一指标进行了限定。根据车辆整备质量的不同，达到不同标准百千米电耗的车型，2018年可以分别获得0.5倍、1倍和1.1倍标准补贴。纯电动汽车平均百千米电耗如图1-16所示。图1-16 纯电动汽车平均百千米电耗
7. 放电能量（整车）
放电能量是指电动汽车行驶中，由储能装置释放的电能（W·h）。
8. 再生能量
再生能量是指行驶中的电动汽车用再生制动回收的电能（W·h）。
再生制动是指电动汽车滑行、减速或下坡时，将车辆行驶过程中的动能及势能转化或部分转化为车载可充电储能系统的能量存储起来的制动过程。
9. 动力系效率
动力系效率是指在纯电动情况下，从动力系输出的机械能除以输入动力系的电能所得的值。
10. 总功率
总功率是指混合动力电动汽车在联合驱动模式下可输出的峰值功率。
试读结束[说明：试读内容隐藏了图片]