作者：李明
出版社：机械工业出版社
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现代车辆新能源与节能减排技术 第2版试读：
前言
现代交通运输工具，如汽车、城市轨道车辆等，为现代社会的发展和人类生活流动性需求做出了重大贡献。目前，城市轨道车辆多采用电力驱动，对环境影响不大，但汽车的大量使用对环境造成了巨大影响。全球范围内汽车的大规模应用，已经产生并正在继续引发严重的环境与人类生存问题。大气污染、全球变暖及石油资源的迅速消耗，成为当前人们关注的重点问题。
新能源与节能减排技术是目前国内外交通行业大力发展的新兴技术。随着动力电池、超级电容和燃料电池等新能源供电部件功率密度、能量密度及充放电效率等技术水平的提升，现代车辆已开始逐渐采用动力电池、超级电容和燃料电池等新能源材料作为车辆起动、加速、长距离运行和能量回收的替代能源。混合动力汽车、纯电动汽车、燃料电池汽车和混合动力有轨电车在欧洲、日本和中国已迅速发展为政府重点扶持的新兴产业。
本书针对现代交通行业新能源技术，分别讲解了新能源技术发展现状及节能减排技术，混合动力汽车、纯电动汽车、燃料电池汽车、混合动力有轨电车和燃料电池有轨电车的技术特征，以及动力电池、超级电容和燃料电池等新能源供电部件的基础知识及应用技术。全书共9章，第1章主要介绍现代交通新能源技术发展现状；第2章主要介绍混合动力汽车相关技术；第3章主要介绍纯电动汽车相关技术；第4章主要介绍燃料电池汽车相关技术；第5章主要介绍混合动力有轨电车相关技术；第6章主要介绍燃料电池有轨电车相关技术；第7章主要介绍动力电池基础知识及应用情况；第8章主要介绍超级电容基础知识及应用情况；第9章主要介绍燃料电池基础知识及应用情况。本书可为汽车、轨道交通、电动自行车、电动摩托车、动力电池、超级电容等行业的技术人员和维护人员提供参考，也可作为相关科研院所研究人员、高校师生等学习新能源车辆技术的入门教程或参考书。
本书由李明、刘楠任主编，李进、石俊杰、司志强和唐慧任副主编。此外，参与编写的还有邵蓉、汪星华、侯红学、蒋洁、刘斌、邵其方、解雪林、周德来、唐晨、陈倩倩、姚峰、裴春兴、王玮、郑勇、梁刚、韩璐、万翠英、李欣伟、杨耀华和彭涤曲。由于编者水平有限，书中难免有疏漏之处，欢迎广大读者指正，以便做进一步修改和补充。编者
第1章 现代交通新能源技术发展现状
1.1 现代交通运输队环境的影响
1.1.1 环境污染目前，大部分燃油类地面交通车辆依靠碳氢化合物类燃料的燃烧，来获得驱动能量。很多情况下，热力发动机内的碳氢化合物类燃料燃烧是非理想化的，即除生成二氧化碳（CO）和水（HO）外，22还含有一定量的一氧化碳（CO）、碳氢化合物（HC）、氮氧化物（NO）、铅（Pb）、细微颗粒物及硫化物等，这些生成物不仅污染x环境，对人体也是有危害的。此外，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。全球大气污染的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，机动车排放的尾气已成为城市大气污染的主要污染源。一些机动车排放的污染物对多项大气污染指标的贡献率已达70%。综上，必须研究改善城市机动车排放污染的对策和措施。
主要机动车排放污染物对环境的影响情况见表1-1-1。表1-1-1 主要机动车排放污染物对环境的影响情况（续）1.1.2 全球变暖
受人类活动的影响，温室气体和硫化物气溶胶的浓度增加过快，有科学家预测，未来100年全球平均地表温度将上升1.4～5.8℃。
全球变暖是“温室效应”的结果，而“温室效应”是由二氧化碳和其他温室气体（如大气中的甲烷）所引发的。这些气体吸收了由地面反射的日光波谱的红外辐射，使自身升温。地球温度升高会破坏生态系统，引发影响人类的许多自然灾害，加剧气候变化风险。
近几十年的观测表明，人类活动是造成气候变暖的主要原因之一。人类社会对能源的大量消耗带来了温室气体排放问题，而气候变暖正源于大气中聚集了二氧化碳等大量温室气体。二氧化碳是碳氢化合物和煤燃烧的产物，是全球最重要的温室气体，是造成气候变暖的主要原因。虽然二氧化碳可被植物吸收，并由海洋以化合成碳酸盐的方式收集，但这些自然同化过程是有限的，不可能同化所有已排放的二氧化碳，其结果是在大气中形成二氧化碳的累积。
交通领域的二氧化碳排放问题是我们关注的重点。据国际能源机构（International Ener-gy Agency，简称IEA）估计，城市机动车二氧化碳总排放量将从1990年的29亿吨增加到2020年的60亿吨。可见，机动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，人均能源消费指数为1～3不等，这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能源来取代那些会造成污染的能源。
为减少机动车对全球气候变暖的影响，削减二氧化碳的排放量，机动车应尽量采用小排量发动机和稀薄燃烧发动机，最大限度地提高能源利用效率。目前，各国已开始制定并实施城市机动车二氧化碳排放法规。2008年，欧盟要求小型汽车二氧化碳排放量不高于140g/km，对于汽油车，对应的油耗是6L/100km以下；2012年，不高于120g/km；2020年，不高于100g/km。如果我国大力推广一系列新能源技术，包括电动汽车技术、天然气汽车技术和以天然气为燃料的内燃机技术，到2030年，我国机动车的二氧化碳排放总量有可能降低45%。1.1.3 能源现状
石油是从地下采掘的矿物燃料，是活性物质分解后的产物，这些物质几百万年前被埋藏在稳定的地质层中。其变化过程大致如下：活性物质（主要是植物）死亡，并慢慢地被沉积物所覆盖。这些沉积物日积月累形成半固体层，且变态为岩石。活性物质就封存在一个密闭的空间内，在高压和高温作用下，缓慢地转化为碳氢化合物或煤等物质。
地球能源主要包括石油、天然气和煤炭等，而目前全球交通运输业的燃料绝大部分来自石油及其衍生品——汽油和柴油等。根据2017年《BP世界能源统计年鉴》发布的数据，2016年，全球探明石油储量增加了150亿桶（0.9%），总量达到1.707万亿桶，按照2016年产量水平，能满足全球50.6年的产量。全球石油用量增长强劲，增幅1.6%，日用量增加160万桶，连续第二年高于10年平均增速。
全球探明煤炭储量足够满足153年的全球产量，大约是石油和天然气储量的三倍。分地区而言，亚太地区拥有最多的探明储量（占总量的48.5%），其中我国的储量占全球总量的21.4%。3
截至2016年底，全球天然气探明储量为186.6万亿m，增加了1.23万亿m（0.6%）。与石油储量相似，这一储量也可保证多于50年的全球产量。
根据2017年《BP世界能源统计年鉴》发布的数据，我国占全球能源消费量的23%，全球能源消费增长量的27%，仍然是世界上最大的能源消费国。尽管煤炭仍是我国能源消费中的主要燃料（占比为62%），但是其产量下降了7.9%，创下自1981年开始追踪产量数据以来的最大年度降幅。预计到2020年，我国能源消费总量约为45.9亿吨标准煤，其中煤炭占一次能源比重降至58.2%，天然气比重升至8.9%，非化石能源比重升至15%。
石油的消耗量（对应的生产量）与发达国家和发展中国家的经济增长同步逐年增加。其中，随着某些人口大量聚居国家的迅速发展，石油消耗量很可能大幅增加，特别是在亚太地区。而石油消耗量激增，将导致污染物迅速扩散和二氧化碳排放量成正比增加。
石油在交通领域的消费逐年增长。国际能源机构（IEA）的统计数据表明，2001年全球57%的石油消费在交通领域（其中美国达到67%）。预计到2020年，交通用油将占全球石油总消耗量的62%以上。美国能源部预测，2020年后，全球石油需求与常规石油供给之间将出现净缺口，2050年的供需缺口几乎相当于2000年全球石油总产量的两倍。
我国是一个能源短缺的国家，已探明石油储量约160亿桶，约占全球储量的1.1%，但同时又是一个能源消费大国。我国的石油消耗量仅次于美国，位居世界第2位，石油消费年均增长率达6%以上。
目前全球汽车保有量约9亿辆，预计到2030年汽车保有量将突破20亿辆，主要增量来自发展中国家。我国汽车产量逐年增加，2009年我国共生产汽车1379万辆，居世界第1位，而且远远领先于排名第2位的日本（793.45万辆）。此后我国已连续数年成为世界第一汽车生产大国和第一新车销售市场。
我国汽车保有量也增加迅速，预计到2020年，全国汽车保有量将达1.75亿辆。在石油进口依存度持续上升的情况下，国际石油价格直接影响到我国的能源安全、经济安全乃至国家安全。
在交通领域，汽车消费的快速增长导致石油消耗量加速增长。我国机动车燃油消耗量约占全国总油耗的1/3，这也使我国的石油对外依存度每年都在攀升。有关资料显示，目前我国石油消耗的60%以上依赖进口，到2020年将增至76%。此外，汽车的汽油消耗量约占全国总消耗量的87%，柴油消耗量则占全国总消耗量的38%左右。从我国单车耗油量来看，单车平均耗油量的实际值约2.5吨，比美国高10%～25%，比日本高1倍以上。
1.2 新能源汽车发展现状与趋势
全球石油资源加速递减、大气污染和温室效应引发的全球变暖，已成为亟待解决的世界性难题。交通运输领域的石油消耗量已占到世界石油总消耗量的近60%，因此各种交通工具的“节能减排”成为解决这一难题的关键。相关领域的科研和工程人员正致力于清洁能源和提高能源利用效率的研究。从车辆自身出发，提高车辆的能量利用效率是降低能源消耗最直接有效的方法之一。近年来，混合动力技术已广泛应用于交通运输领域，采用相关技术的新能源汽车大有替代传统车辆的趋势。
新能源汽车被认为是向可再生运输转变的推动者。相比传统动力系统，混合动力系统减少，甚至避免了对石油、煤矿资源的消耗。混合动力系统的共同特性是动力系统中存在能量储存装置。而混合能量储存装置是将两个或多个能量储存装置组合在一起，以使每一个能量储存装置都能发挥优势。例如，动力电池和超级电容的组合方式，便可克服动力电池低比功率和超级电容低比能量的缺点，从而获得高比能量和高比功率。混合动力系统的另一个重要特性是具有回收制动能量的能力。制动时，混合动力系统将车辆的动能或势能转换为电能，并存储到储能装置中。通过优化能量管理策略，可以在保证车辆性能的情况下尽可能多地回收制动能量，进而提高能量利用率。目前，混合动力技术在新能源汽车领域应用越来越多，也越来越成熟。1.2.1 新能源汽车的种类
节能、低排放的新能源汽车又称清洁能源汽车，其包括的范围较广，一般可分为电动汽车、气体燃料汽车、生物燃料汽车和氢燃料汽车等。新能源汽车具有燃料利用率高、低排放或零排放等特点。新能源汽车的分类和产业链分别如图1-2-1和图1-2-2所示。图1-2-1 新能源汽车的分类图1-2-2 新能源汽车产业链（1）电动汽车
电动汽车包括纯电动汽车、混合动力汽车和燃料电池电动汽车。纯电动汽车指以动力电池为储能单元，以电动机为驱动系统的汽车。图1-2-3所示为一款新概念纯电动汽车。混合动力汽车指同时装备两种动力源——热动力源（由传统的汽油机或柴油机产生）与电动力源（动力电池与电动机）的汽车。燃料电池电动汽车指以燃料电池作为电源的电动汽车。（2）气体燃料汽车
气体燃料汽车指以可燃气体作为能源的汽车。根据可燃气体的形态不同，可分为3种：图1-2-3 新概念纯电动汽车压缩天然气（Compressed Natural Gas，CNG），主要成分为甲烷。液化天然气（Liquefied Natural Gas，LNG），甲烷经深度冷却液化。液化石油气（Liquefied Petroleum Gas，LPG），主要成分是丙烷和丁烷的混合物。
气体燃料汽车一般分3种，即专用气体燃料汽车、两用燃料汽车和双燃料汽车。
专用气体燃料汽车是以液化石油气、天然气或煤气等气体为发动机燃料的汽车，如天然气汽车、液化石油气汽车等，这种汽车可以充分发挥天然气理化性能特点，价格低、污染少，是最清洁的汽车。
两用燃料汽车具有两套相对独立的供给系统，一套供给天然气或液化石油气，另一套供给天然气或液化石油气之外的燃料，两套燃料供给系统可分别但不可共同向气缸供给燃料，如汽油/压缩天然气两用燃料汽车、汽油/液化石油气两用燃料汽车等。
双燃料汽车具有两套燃料供给系统，一套供给天然气或液化石油气，另一套供给天然气或液化石油气之外的燃料，两套燃料供给系统按预定的配比向气缸供给燃料，在气缸混合燃烧，如柴油-压缩天然气双燃料汽车、柴油-液化石油气双燃料汽车等。（3）生物燃料汽车
生物燃料汽车指使用燃用生物燃料或燃用掺有生物燃料的燃油的汽车。与传统汽车相比，生物燃料汽车结构上无重大改动，但排放总体较低，如乙醇燃料汽车和生物柴油汽车等。（4）氢燃料汽车
氢燃料汽车指以氢为主要能量的汽车。一般汽车使用汽油或柴油作为内燃机燃料，而氢燃料汽车则使用气体氢作为内燃机的燃料。
氢内燃机在汽车上的应用方式有以下3种：
1）纯氢内燃机。纯氢内燃机只产生NO排放，但中、高负荷时x存在爆燃问题，且NO生成量远大于汽油机，发动机功率受限且氢气x消耗量大，续驶里程短，这些问题均需要进一步研究解决。
2）氢/汽油两用燃料内燃机。可根据燃料的存储状况灵活选择汽油和氢进入纯汽油或纯氢内燃机模式。
3）氢-汽油双燃料内燃机。它可将少量氢气作为汽油添加剂混入空气中，氢气扩散速率大，能促进汽油的蒸发、雾化和与空气的混合。氢燃烧过程中产生活性自由基，能使汽油火焰传播速度明显加快，得到较高的热效率，并产生较低的排放。
除以上种类外，新能源汽车还包括利用太阳能、核能等其他能量形式的汽车。
1.2.1.1 纯电动汽车
纯电动汽车指完全由动力电池提供动力，用电动机驱动车轮的电动汽车，目前主要采用镍氢电池和锂电池作为储能部件。虽然纯电动汽车已有130多年的悠久历史，但由于多数蓄电池普遍存在价格高、寿命短、外形尺寸和重量大、充电时间长等严重缺点，一直仅限于某些特定范围的应用，市场较小。纯电动汽车在中、美、日、欧等国家和地区已得到商业化推广，目前世界上有近5万辆纯电动汽车在运行，主要应用在市政用车、公交车、公务用车和私人用车等领域。纯电动汽车的技术攻关重点集中在提高蓄电池性能、降低成本方面。纯电动汽车的优点如下：
1）无内燃机汽车工作时产生的废气，不产生排气污染，电动机的运转噪声也较内燃机小，同时可回收制动、下坡时的能量，能量利用效率高，对保护环境十分有益。
2）与内燃机汽车相比，纯电动汽车结构简单，运转、传动部件少，维修保养工作量小，能量转换效率高。
3）只要有电力供应的地方，纯电动车一般就可以通过家用电源或专业充电设备进行充电。同时，使用电力较燃油的成本更低。
4）纯电动汽车可在夜间利用电网的廉价“谷电”进行充电，起到平抑电网峰谷差的作用。
纯电动汽车的不足如下：
1）动力电池的性能指标还有待提升，生产一致性有待提高。
2）动力电池耐高、低温性能差，要求的运用维护措施较多，限制了推广应用。
3）与内燃机汽车相比价格较高，优势不明显。
4）很难利用现有加油站资源，基础设施建设成本较高。
随着高性能锂电池性价比的不断提升，未来5～10年内，市场可能会出现最高车速大于200km/h，续驶里程大于500km的高性能纯电动汽车。
1.2.1.2 混合动力汽车
混合动力汽车指由多于一种的能量转换器提供驱动动力的混合型电动汽车（一般为内燃机和蓄电池或超级电容）。混合动力汽车按混合方式不同，可分为串联式混合动力汽车（SHEV）、并联式混合动力汽车（PHEV）和混联式混合动力汽车（SPHEV）三种；按混合度（电动机功率与内燃机功率之比）的不同，又可分为微混合、轻度混合和全混合三种；按燃料种类的不同，又可分为汽油混合动力汽车和柴油混合动力汽车两种。目前，国内市场上混合动力汽车的主流是汽油混合动力，而国际市场上柴油混合动力车型发展也很快。
混合动力汽车最突出的优势是燃油经济性好，可按平均需用的功率确定内燃机的最大功率，使内燃机在油耗低、污染少的最优工况下工作，一般可比传统燃料汽车节约燃油30%～50%，并显著降低排放。
1.2.1.3 超级电容汽车/公交车
超级电容是利用双电层原理的电容器。在超级电容两极板电荷产生的电场作用下，电解液与电极间的界面上形成相反的电荷，以平衡电解液的内电场，正电荷与负电荷在两个不同相之间的接触面上，以正负电荷之间极短间隙排列在相反的位置上，该电荷分布层叫作双电层，因此电容量非常大。
以超级电容作为新能源汽车（图1-2-4）的供电电源，优点是充电时间短、功率密度大、容量大、使用寿命长、免维护、无记忆、环保程度高等，目前其运营成本仅为柴油车的1/3左右。但其缺陷是功率输出随行驶里程加长而衰减，只适合短程运行。因此，超级电容大部分用于公共交通领域，或作为纯电动汽车或燃料电池汽车的辅助电力系统。超级电容汽车的超级电容一般安装在底盘上，车辆进站后的上下客间隙，车顶充电设备自动升起，搭到充电站的电缆上，通过200～400A的充电电流完成充电，充电时间一般为20～30s。图1-2-4 超级电容公共汽车
1.2.1.4 燃料电池汽车
燃料电池汽车指以氢气等为燃料，通过化学反应产生电流，依靠电动机驱动的汽车。其蓄电池的能量是通过氢气和氧气的化学反应获得的，无需经过燃烧，因此能量转化效率比内燃机要高2～3倍。燃料电池的化学反应过程不会产生有害产物且噪声低，因此燃料电池汽车也属于无污染汽车。从能源利用和环境保护方面看，燃料电池汽车是一种理想车辆，代表着清洁汽车未来的发展方向，战略意义十分重大。
1.2.1.5 气体燃料汽车
气体燃料汽车包括天然气汽车和液化石油气汽车。（1）天然气汽车
天然气汽车指以天然气作为燃料的汽车。按照所使用天然气燃料状态的不同，天然气汽车可分为压缩天然气汽车（CNGV）和液化天然气汽车（LNGV）。
液化天然气指常压下、温度为-162℃的液体天然气，储存于车载绝热气瓶中。液化天然气燃点高、安全性能强，适于长途运输和储存。
压缩天然气指压缩到20.7～24.8MPa的天然气，储存在车载高压气瓶中。它是一种无色透明、无味、高热量、比空气轻的气体，主要成分是甲烷，由于组分简单，易于完全燃烧，加上燃料抗爆性好、不稀释润滑油，能够延长发动机的使用寿命。目前世界上使用较多的是压缩天然气汽车。
与同功率的传统燃油汽车相比，天然气汽车尾气中的碳氢（HC）排放量可减少90%，一氧化碳（CO）可减少约80%，二氧化碳（CO）可减少约15%，氮氧化物（NO）可下降40%，且没有含铅2x物质排出。在节能减排方面，天然气汽车的优势不言而喻。因此，大力推广天然气汽车，对于减少城市大气污染、改善空气质量、美化城市环境、提高居民生活水平作用重大。到2020年，预计全球将有6500万辆天然气汽车，占全球汽车保有量的8%。
天然气汽车与普通燃油汽车相比，在结构上主要增加了天然气供给系统。天然气供给系统由储气部件、供气部件、控制部件和燃料转换部件组成。天然气汽车具有低污染、低成本、安全性高的特点，但动力性能较差，不易携带，而且一旦大规模投入使用，就必须建立相应的加气站及为加气站输送天然气的管道，涉及城市建设规划、经费投入和环境安全等诸多因素，成本很高。
国内外已投入市场的天然气汽车有梅赛德斯-奔驰B170NGT（图1-2-5），通用CAPTⅣA，以及东风雪铁龙推出的新爱丽舍天然气双燃料汽车（图1-2-6）等。图1-2-5 梅赛德斯-奔驰B170NGT图1-2-6 新爱丽舍天然气双燃料汽车
随着材料技术及电子技术的不断发展，天然气的优势会进一步突显。从长远看，天然气将会成为最有前途的车用“低污染燃料”。我国天然气资源丰富，天然气汽车技术发展较快，在天然气资源丰富的地区，天然气汽车比较普及。因此，发展天然气汽车对解决环境问题和能源问题都具有十分重大的现实意义。（2）液化石油气汽车
以液化石油气为燃料的汽车称为液化石油气汽车。液化石油气汽车和天然气汽车结构类似，也是增加了一套燃气供给系统。液化石油气汽车与燃油汽车相比，具有污染少、经济性和安全性好等优点，逐渐受到各国的重视。为适应汽车能源变革的大趋势，很多汽车制造商都纷纷投资开发液化石油气汽车，并制订出各种优惠政策，推广使用液化石油气汽车。
国内外已投入市场的液化石油气汽车有澳大利亚霍顿汽车公司开发的汽油/液化石油气双燃料汽车，德国改装厂AC Schnitzer推出的GP3.10 GAS POWERED液化石油气版宝马3系轿跑车等。（3）气体燃料汽车技术的优缺点
气体燃料汽车的主要技术包括：
1）燃料的随车携储容器（铝基复合材料、碳纤维玻璃钢材料，重量为钢瓶的30%～50%），储运、加气站的设备与技术。
2）燃料供给系统与混合燃烧技术。
3）燃气喷射系统及闭环控制技术。
4）内燃机上广泛采用电控喷射技术、增压中冷技术、四气门技术、稀薄燃烧技术等，以减少功率损失（不大于10%）。
气体燃料汽车的优势：
1）压缩天然气（CNG）是天然气经20MPa的压力压缩而成的，是车用天然气燃料的主要储存方式。
2）CNG化学性质较稳定，辛烷值高，抗爆性能好。
3）自燃温度为680～750℃，远高于汽油的自燃温度（260～370℃），安全性较好。
4）减排效果较好，如CNG汽车的CO排放量比汽油车减少80%左右，HC排放减少90%以上，NO减少35%以上，是目前减排效果较好x的新能源汽车技术路线之一。
5）由于CNG的理化特性同汽油较接近，使用时不需要对原发动机做很大改动，即可转换成CNG汽油双燃料汽车。但其系统压力较大，对储气罐及管路阀门等的要求很高。
气体燃料汽车的缺点：
1）气瓶较重、气体燃料体积能量密度低（如20MPa压力下的CNG仅为汽油的30%左右），因此行驶里程较短，加速性能和动力性能较汽油车弱。
2）燃气供应容易受到其他用气领域的影响，一旦燃气总供求格局发生变化，将极大影响燃气汽车的使用和原料来源。
3）加气站和供应网络建设必须先行，且密度和覆盖率要求高于汽柴油加油站。此外，加气站投资规模较大，进口关键设备，如高性能天然气压缩机、脱硫及深度脱水装置等价格昂贵，商业模式不成熟。
1.2.1.6 生物燃料汽车
生物燃料汽车是以生物燃料为能源的汽车。生物燃料又称生态燃料，泛指从植物提取的、适用于内燃机的燃料，主要包括甲醇、乙醇、二甲醚和乙基叔丁基醚等。（1）甲醇燃料汽车
甲醇燃料汽车指利用甲醇燃料作为能源的汽车。甲醇作为燃料在汽车上的应用主要有掺烧和纯甲醇替代两种。掺烧指将甲醇以不同的比例（如M10、M15、M30等）掺入汽油中，作为发动机的燃料，一般称为甲醇汽油。纯甲醇替代指将高比例甲醇（如M85、M100）直接用作汽车燃料。
甲醇汽油通常按甲醇含量分为低醇、中醇和高醇3类：
1）低醇汽油。甲醇溶于汽油，按欧盟相关规定，可与汽油通用，甲醇可不标明。当甲醇含量超过3%时，应标明甲醇含量。由于甲醇在汽油中的溶解性与温度、含水量及基础汽油组成有关，为保证全溶，要适当添加助溶剂。
2）中醇汽油。甲醇含量高，必需添加助溶剂。在我国，使用低醇与中醇汽油时，发动机完全不用改型，可与汽油通用。
3）高醇汽油。除甲醇-汽油万能车外，发动机必须改动，需充分提高压缩比，以发挥甲醇的优点，降低甲醇消耗量，与汽油不能通用。
甲醇的特点如下：
1）原料来源广泛，可利天然气、劣质煤、焦炭、重油和木柴等原料制取，大型化技术完善，在油价高时竞争力较强。
2）可在汽油中以不同比例掺用，加油比充天然气更方便。
3）辛烷值高，可作为抗爆添加剂，因此甲醇汽车的动力性能与燃油汽车相差不多。
4）运行中尾气排放少，PM和NO较汽油、柴油机均大幅下降。x目前，福特和丰田等公司已成功开发甲醇100%到汽油100%可自由切换的灵活燃料汽车，并开始推广。
5）生产工艺简单、设备少、运输方便。
甲醇汽车是我国新能源汽车战略中的重要组成部分，属于醇醚类汽车的代表，甲醇燃料已被确定为今后20～30年的过渡性车用替代燃料。
国内已投入市场的生物燃料汽车有安凯公司的HFF6104GK39汽油/甲醇双燃料城市公交车（图1-2-7），上海华普汽车有限公司的海锋甲醇动力汽车（图1-2-8）等。但由于欠缺规范性，掺烧甲醇比例不规范也带来了一些负面效果。国家应加大投入，提高支持力度，规范生产标准，甲醇汽油国家标准一旦颁布，应能快速推动醇醚类汽车的发展。图1-2-7 HFF6104GK39汽油/甲醇双燃料城市公交车图1-2-8 海锋甲醇动力汽车（2）乙醇燃料汽车
乙醇汽车是以车用乙醇汽油作为主要燃料的汽车，俗称酒精汽车。燃料乙醇与一般的商品乙醇不同，它以玉米、小麦、薯类、高粱、甘蔗和甜菜等为原料，经发酵、蒸馏、脱水后，再添加变性剂变性的乙醇。车用乙醇汽油是把变性的燃料乙醇和组分汽油按一定比例混配形成的汽车燃料。
乙醇汽车的燃料应用方式有4种：
1）掺烧方式。即乙醇和汽油掺合应用，不需对内燃机及汽车主要部件进行较大技术改动，目前是乙醇汽车推广应用的主要方式。
2）纯烧方式。即将乙醇作为车用主要燃料（E85以上）。
3）变性燃料乙醇。指乙醇脱水后，再添加变性剂生成的乙醇，变性燃料乙醇汽车目前处于试验应用阶段。
4）灵活燃料。指既可使用汽油，又可使用乙醇、甲醇等与汽油比例混合的燃料，还可用氢气，并随时可以切换。
目前除掺烧方式外，其他三种仍处于试验阶段。按照我国2001年发布的标准，车用乙醇汽油是用90%的组分汽油与10%的燃料乙醇调和而成的。车用乙醇汽油的牌号可分为89号、92号和95号三个，与GB 17930—2016《车用汽油》的牌号相同。
汽车使用车用乙醇汽油，油耗变化不大，动力性能也基本不变，但尾气排放有较大改善：CO排放量下降30%以上，HC排放量下降10%以上。
我国从2003年开始已经停用以粮食为原料的乙醇项目。（3）二甲醚燃料汽车
二甲醚作为环保、清洁、安全的新型替代能源，已经得到国际社会的认可。二甲醚（DME）是一种储运较方便且污染小，可用于压燃式发动机的新燃料，其主要成分是丙烷和丁烷，燃烧时几乎不产生炭烟，颗粒排放也很低。它允许使用较高的废气再循环率（EGR），这可使NO排放大幅度降低。其原料广泛，可用煤、石油、天然气和x生物制取。
对柴油机来说，燃料的自燃温度和低温流动性最为重要，二甲醚的自燃温度比柴油低15℃，可在气缸内迅速与空气混合，滞燃期短，有利于发动机的冷起动，且可减少预混合燃烧量。二甲醚的汽化潜热大，约是柴油的两倍，其蒸发能降低混合气温度，进一步降低NO排放。因此，二甲醚是汽车发动机，特别是柴油发动机的理想替x代燃料。
由于二甲醚具有低沸点、高饱和蒸气压、低黏性、优良的压缩性、高十六烷值、含氧34.8%、较低热值等特点，燃用二甲醚的汽车可满足美国ULEV和欧Ⅲ排放法规。近年来，很多国家都十分看好二甲醚燃料汽车的市场前景和环保效益，纷纷开展了二甲醚燃料发动机与汽车的研发。在欧洲，沃尔沃公司研制出燃用二甲醚燃料的大客车样车用于示范；在日本，JFE、产业技术综合研究所、COOP低公害车开发会社、交通公害研究所、五十铃汽车公司和伊藤忠会社等，分别研制出多辆燃用二甲醚燃料的货车样车和城市客车样车，并计划在3～5年内小规模推广。
我国的相关研发工作与上述国家基本同步。2005年4月，在国家科技攻关项目支持下，上海交大与上汽集团、上海柴油机股份有限公司、上海华谊集团合作，成功开发出具有完全自主知识产权的D6114二甲醚燃料发动机和二甲醚城市客车。
然而，二甲醚汽车也存在一些不足。由于二甲醚黏度比柴油低，用于一般柴油机燃油系统时易泄漏，并恶化滑动部件的润滑效果，容易引起磨损。同时，其可压缩性随温度变化大，易导致循环供料量波动。目前的解决方法是加入适量的有助于增加黏度的添加剂，以保证准确的每循环喷射量。此外，二甲醚虽无腐蚀性，但会与弹性体材料发生反应，导致密封件损坏。此外，目前尚未解决批量合成技术及成本较高的难题。
1.2.1.7 太阳能汽车
太阳能汽车是利用太阳能电池将太阳能转换为电能驱动行驶的汽车。汽车行业多利用光伏发电技术，将太阳能转化为电能驱动汽车。目前以单晶硅电池为主，预计2020年可实现晶体硅电池和薄膜电池共同应用的格局，之后再进一步发展到多层复合砷化镓太阳能电池。当前我国太阳能光伏利用还处在初级阶段，电池成本较高，尚未突破汽车应用的关键技术。
按太阳总辐射量空间分布，可分为最丰富区、很丰富区、丰富区和一般地带4类地区。我国属于上述一、二、三类地区的国土面积占国土总面积96%以上，太阳能资源总量可达1.7万亿t标准煤，发电可利用量达22亿kW，预计成本1kW·h为2.6～4.1元。图1-2-9所示为一款新概念太阳能汽车。图1-2-9 太阳能汽车
太阳能汽车主要由太阳能电池组、自动阳光跟踪系统、驱动系统、控制器和机械系统等组成。（1）太阳能电池组
太阳能电池组是太阳能汽车的核心，由一定数量的单体电池串联或并联组成电池方阵。太阳能单体电池由半导体材料制成，当太阳光照射在半导体材料上时，半导体的电子-空穴对被激发，形成势垒，即P-N结。由于势垒的存在，在P型层产生的电子向N型层移动而带正电，在N型层产生的空穴向P型层移动而带负电，于是在半导体元件的两端产生P型层为正的电压，即形成了太阳能电池。
太阳能电池的电流强度与太阳光照射强度和太阳能电池面积成正比。车用太阳能电池将很多太阳能电池排列组合成太阳能电池板，以产生所需要的大电流和高电压。（2）向日自动跟踪器
太阳能电池能量的多少取决于太阳能电池板接收太阳辐射能量的多少，由于相对位置的不断变化，太阳电池板接收的太阳辐射能量也在不断变化。向日跟踪器的作用就是保持太阳电池板正对着太阳，最大限度地提高太阳能电池板接收太阳辐射能的能力。（3）控制器
控制器主要对太阳能电池组进行管理并对电动机进行控制，其作用与纯电动汽车控制系统相同。（4）驱动系统
太阳能汽车采用的驱动电动机主要有交流异步电动机、永磁电动机、直流电动机等，其驱动系统与纯电动汽车基本相同。（5）机械系统
机械系统主要包括车身系统、底盘系统和操纵系统等。车身系统应满足汽车的安全和外形尺寸要求。一般来说，太阳能汽车的外形设计要使行驶过程中的风阻尽量小，同时又要使太阳能电池板的面积尽量大。太阳能汽车要求底盘的强度和安全性达到最大，而且重量尽量轻。
太阳能汽车由太阳能电池板在向日自动跟踪器的控制下始终正对太阳，接收太阳光，并将其转换成电能，向电动机供电，再由电动机驱动汽车行驶，它实际上是一种电动汽车。
太阳能电池的能量较低，而且受天气的影响，在阴天、下雨时，其转换效率会降低，因此太阳能电池往往与蓄电池组共同组成太阳能混合动力系统。当光照强烈，电能充足时，由太阳能电池板将太阳能转换为电能后，通过充电器向蓄电池组充电，也可由太阳能电池板直接提供电能，通过电流变换器将电流输送到驱动电动机，驱动汽车行驶，其驱动模式相当于串联式混合动力汽车（SHEV）。一般采用智能控制系统来控制其运行。当光照较弱或阴天时，则靠蓄电池组对外供电。
太阳能汽车的特点如下：
1）节约能源。太阳的能量取之不尽、用之不竭，节能效果显著。
2）能源利用率高。太阳能汽车很少通过齿轮机构传递能量，可防止能量损耗，同时驱动电动机的能量利用率又非常高（可达98%），远高于内燃机汽车（一般为30%左右）。
3）减少环境污染。太阳能汽车不产生废气。
4）灵活、操控性好。与传统汽车不同，太阳能汽车由电池板、储电器和电动机组成，只要控制流入电动机的电流就可解决控制问题，全车主要有3个技术环节：将太阳光转化为电能、将电能储存起来、将电能最大程度地应用到动力上。
太阳能汽车代表了汽车发展的新水平，因此被人们称为“未来汽车”。但是，由于造价昂贵、动力受太阳照射时间限制及承载能力差等特点而无法普及。据有关专家推测，太阳能汽车走入现实生活，至少还需要30～50年时间。
1.2.1.8 空气动力汽车
空气动力汽车以空气作为能量载体，使用空气压缩机将空气压缩到30MPa以上，然后储存在储气罐中。需要起动汽车时，将压缩空气释放出来驱动气动马达。2002年在巴黎举行的国际汽车展上，展出了世界第一款使用高压空气驱动发动机的小型汽车cityCAT（图1-2-10）。空气动力汽车的主要部件包括储气罐、倍增器、气体发生器、气动马达、单向阀、安全阀（附温度传感器和压力传感器）、分压阀和控制仪表等。
2010年，法国MDI公司在日内瓦国际车展上展示了一辆空气动力汽车Airpod（图1-2-11），这是一款只能在城市行驶的汽车，采用压缩空气驱动，行驶过程完全实现零排放、零污染。车速低于35mile/h（1mile=1.61km）时，这种空气动力汽车完全依赖气罐工作，只排放出冷空气。车速增高时，一个小型常规燃料发动机会开始工作，加热气罐内的空气，使其加速释放，从而获得更高的速度。该车的续驶里程能达到20mile（32.19km），发动机起动后能再行驶数百英里，最高车速达96mile/h。图1-2-10 cityCAT空气动力汽车图1-2-11 Airpod空气动力汽车
2011年，零排放汽车公司（ZPM）将空气动力汽车投放美国市场，这种汽车通过压缩空气和一个小型常规发动机驱动，单车售价1.8万～2万美元，燃料效能达到100km/gal（1gal=3.79L），在低速行驶时可实现零排放。
空气动力汽车的优点是排放少、维护少，缺点是需要电源，空气压力（能量输出）随行驶里程增长而衰减，高压气体存在安全隐患。部分人认为，由于压缩空气本身就是高耗能，而空气压缩机本身是转换电能效率最低的机器之一，不如直接使用电能。因此，从能源利用角度看，空气动力汽车的产业化意义不大。1.2.2 国内新能源汽车发展现状
我国新能源汽车的发展是政府主导推动、市场驱动优化，政府提供863计划等科研项目，由科研机构和企业承担，初步形成了一个以政府、企业、研究机构、大学等共同参与的技术研发系统。日本、美国和欧洲的经验表明，建立政府、企业和研究机构（包括大学和研究所）等共同参与的技术研发体系，可赋予新能源汽车技术创新和产业发展以较高的效率。
近年来，我国自主研制的纯电动、混合动力和燃料电池三类新能源汽车整车产品相继问世，混合动力和纯电动客车实现了规模示范，纯电动汽车实现批量出口，燃料电池汽车研发进入世界先进行列。我国新能源汽车技术研发取得重大进展，基本掌握了电动汽车的核心技术，建立了具有自主知识产权的新能源汽车技术平台，构成了比较完整的关键零部件体系，部分汽车企业相继开发出具有自主知识产权的新能源汽车产品，实现了整车小批量生产能力和局部的商业化示范运行能力。
在国家密集出台扶持政策的基础上，我国新能源汽车呈现出加速发展的态势。国产新能源汽车如雨后春笋般涌现，如长安CV9混合动力汽车（图1-2-12）、杰勋混合动力汽车、奇瑞A5混合动力汽车、东方之子燃料电池汽车（图1-2-13）、海马H12电动汽车、华普海域甲醇动力汽车（图1-2-14）、吉利海尚混合动力汽车（图1-2-15）等。图1-2-12 CV9混合动力汽车图1-2-13 东方之子燃料电池汽车图1-2-14 华普海域甲醇汽车图1-2-15 海尚混合动力汽车
截至目前，我国新能源汽车试验示范已有十余年的历史，积累了很多有用的数据，同时也为产业化发展积累了经验。由于关键零部件核心技术仍需突破，新能源汽车产业化仍然面临诸多障碍。在新能源汽车领域，培育自主开发能力和创建自主品牌的难度相对于传统汽车领域要低很多。如果我国汽车产业能抓住新能源汽车的发展机遇，在产业化发展上实现突破，则完全有可能实现汽车产业的跨越式发展，提高我国汽车产业的整体竞争力。
我国主要汽车企业的新能源汽车产品及技术能力见表1-2-1。表1-2-1 我国主要汽车企业的新能源汽车产品及技术能力（续）
2016年底，国务院印发《“十三五”国家战略性新兴产业发展规划》，提出发展新能源汽车（尤其是动力电池、燃料电池）、汽车轻量化、智能驾驶等领域。本次十三五规划是在十二五的宏观大目标下的细化和延伸。其中，汽车产业方面主要对新能源汽车做了更加细致的规划，同时涉及到智能驾驶、轻量化等技术领域。新能源汽车规划主要做了三方面工作：①十二五规划已有领域做重点突出；②十二五规划中未涉及内容的补充；③各细分领域2020年的目标。其中，燃料电池汽车与电动汽车、动力电池并列，提及力度加大。新能源积分作为新增项目首度在十三五规划中被提及。同时，十三五规划对新能源汽车的各细分领域做出了2020年的阶段目标规划。其中，计划到2020年新能源汽车产销200万辆以上，相较2015年33万辆的产销量，年均复合增长率达43%。燃料电池汽车计划到2020年实现批量生产。动力电池计划到2020年技术水平与国际同步，与工信部发布的《汽车动力电池行业规范条件》中“锂离子动力电池单体企业年产能力不低于80亿W·h，系统企业年产能力不低于80000套或40亿W·h”形成组合拳，在准入门槛提高的背景下，动力电池行业资源或将向龙头企业靠拢。“十三五”新兴产业规划提出，在新能源汽车领域，将从六个方面重点发力：
①实现新能源汽车规模应用。
②全面提升电动汽车整车品质与性能。
③建设具有全球竞争力的动力电池产业链。
④完善动力电池研发体系，加快动力电池创新中心建设，突破高安全性、长寿命、高能量密度锂电池等技术瓶颈。
⑤系统推进燃料电池汽车研发与产业化。
⑥加速构建规范便捷的基础设施体系。1.2.3 汽车行业节能减排技术研究现状
1.2.3.1 替代能源与提效节油减排技术
在第17届世界石油大会上，欧盟提出了常规汽、柴油燃料与替代燃料排放温室气体CO的比较，见表1-2-2。甲醇和二甲醚是开发2中的清洁燃料，甲醇相对分子质量为32，含氧量为50%，所要求的空燃比低，只有6.4（汽油为14.8），其空燃混合气的热值与汽油的热值很接近（2656/2786）。二甲醚相对分子质量为46，含氧量为35%，空燃比为9，其空燃混合气的热值比柴油的热值高（3067/2911）。甲醇的辛烷值高达110左右，抗爆性好，二甲醚的十六烷值为60（比一般柴油高很多），这都能提高发动机的动力性能，降低排放和能耗。甲醇和二甲醚燃料的性质和燃烧性能也决定了它们比汽、柴油燃料更加清洁，排放指标优于汽、柴油。各种汽车燃料的常规和非常规排放量比较见表1-2-3和表1-2-4。
由表1-2-4可知，在无净化器情况下，二甲醚燃料的常规排放量基本可达欧Ⅲ标准，甲醇基本可达欧Ⅱ标准。而汽油中少量残留硫化物对尾气催化器有毒化作用，使催化剂寿命缩短。国际能源机构、美国甲醇研究院等对各种汽车燃料非常规排放（苯、二丁烯、甲醛等）的测试表明，二甲醚燃料的非常规排放量甚微，接近于氢；甲醇燃料排放中没有致癌度高的苯，总致癌度低。甲醇燃料的非常规排放物中会有微量未燃烧完全的甲醇存在，这是其他燃料所没有的，但其含量不会造成污染危害，甲醛的排放量低于柴油而高于汽油。由于甲醇燃料尾气排放物中NO含量已很低，催化器可暂不用三元催化剂，铂用x量可大大减少。
由此可见，即便使用甲醇掺烧汽油，也与已推行的乙醇汽油一样，可大大改善汽车的尾气排放，能起到一定的改善排放指标的作用。二甲醚燃料替代柴油在清洁燃料方面所起到的作用就更加明显。表1-2-2 常规燃料与替代燃料发动机技术的CO排放比较2注：1.FT柴油为费托法合成柴油，ETBE为乙基叔丁基醚，SI为点燃式发动机，FC为燃料电池，∗Hy-DI为柴油-电力混合车，Hy-SI为汽油-电力混合车，EPT为电力火车。（）指来自生物质能源。2.混合动力汽车采用由电池组、电动机和汽油发动机等部件组成的混合动力系统，车辆在起动、加速或爬坡时，汽油发动机与电动机同时工作；车辆处在低速、滑行或怠速状态时，则由电池组驱动电动机，而发动机则向电池组充电。这种汽车可节省汽油20%～40%。表1-2-3 各种汽车燃料常规排放量比较 （单位：g/km）注：数据来源为国际能源机构（IEA）等。表1-2-4 各种汽车燃料非常规排放量比较 （单位：g/km）注：数据来源为国际能源机构（IEA）等。
替代能源与常规能源的相对价格估算比较见表1-2-5。在欧盟，汽油、柴油税收为最终价格的70%以上，汽油平均每升税收大于0.7欧元，柴油大于0.4欧元。替代能源成本尚比常规汽、柴油高出许多，汽、柴油分销费用为0.08欧元，而30MPa的压缩氢为0.72欧元。但一些替代燃料，如液化石油气（LPG）、压缩天然气（CNG）、生物柴油等已走上市场，并享受减税优惠政策。通过比较可见，柴油、液化天然气、乙醇和生物柴油具有较低的CO排放性和较好的经济性。2表1-2-5 替代能源与常规能源的相对价格比较注：以欧盟每升柴油当量（10kW·h）为基准。
据欧盟规划，到2020年，欧盟替代燃料的普及替代率将达到23%，见表1-2-6。虽然生物燃料的成本目前是常规燃料的2～3倍，氢气更高，但从发展前途看，替代燃料的生产成本会因技术的进步而逐渐降低，因环保要求的严格而扩大应用范围，这是世界车用燃料发展的总趋势。欧盟将考虑把生物燃料、天然气和氢燃料电池作为首选的替代燃料。表1-2-6 欧盟替代燃料的普及替代率预测
为解决长期的燃料供应问题，开发利用生物燃料是切实可行的解决方案。纯的及调和的生物燃料产品已开始大量进入市场。生物燃料包括生物乙醇、生物柴油、ETBE、生物甲醇和生物二甲醚。
现代汽车从新结构的研制、新技术的应用、新材料的选择、新能源的开发利用等方面入手，在节能方面取得了卓有成效的进展。提高汽车的驱动效率是节油减排的主要途径。（1）汽车轻量化设计
一般车重减轻10%，可节油8%，效果明显。具体措施除从设计结构上改进外，还包括以塑料、铝合金等轻型材料代替钢铁材料。（2）陶瓷发动机
采用陶瓷中具有金属韧性且高温强度高的氮化硅、碳化硅和部分稳定性氧化锆（PSA）等精细陶瓷制成的发动机，不仅重量比金属发动机轻，还有活塞惯性和摩擦阻力小，缸体不需冷却等诸多优点，可使燃烧效率提高到50%，节油率可达20%～30%。目前陶瓷发动机实用化的主要障碍是陶瓷的脆性和由此导致的低可靠性。（3）稀薄燃烧法
通过高压缩比送入过量空气，不仅可使燃料充分燃烧，且在高压下不易发生爆燃，轴端效率可达40%，已接近柴油机水平，节油效果明显，各国都在采用。不足之处是NO排放量因空燃比的加大而增多，x普通的三元催化剂难以治理。据此，马自达、日产和丰田等公司都开发出适应稀薄燃烧的特殊三元催化剂，使NO的还原率由原来的5%x提高到50%、80%和90%，从而保证NO大幅下降，为稀薄燃烧的推x广创造了条件。（4）直喷燃烧法
首先用于汽油机，可节油25%～35%，其节油因素为：
①空燃比高达50，而汽油机在三元催化剂作用下的理论空燃比仅为14.7，采用稀薄燃烧后提高到22，空燃比的加大有利于完全燃烧。
②直喷发动机将空气和燃油直接喷入气缸内混合燃烧，在点火处混合气较浓有利点火，此后浓度逐步下降，形成超稀薄燃烧，并可分段控制空燃比。
③大量送入空气时进气门的开度加大，减小了通气阻力，也有利节能。（5）过量给风机的高性能化
可向发动机过量送入空气，可提高发动机动力性能并改善运行性能，有利于降低油耗和减少CO排放。2
1.2.3.2 新能源汽车与再生制动设计（1）制动能量回收对于新能源汽车的重要意义
有关研究表明，在存在较频繁的制动与起动的城市工况运行条件下，有效地回收制动能量，可使电动汽车的行驶里程延长10%～30%。制动能量回收要综合考虑车辆动力学特性、电机发电特性、超级电容与蓄电池充放电安全性、可靠性等多方面问题。
电动汽车和混合动力汽车最重要的特性之一是其显著回收制动能量的能力。在电动汽车和混合动力汽车中，电机可被控制作为发电机运行，从而将车辆的动能或重力势能转化为电能并储存在超级电容、蓄电池或飞轮等能量存储装置中，使能量得以再次利用。制动能量的回收对于频繁起停的城市公交车同样具有深远意义。
一般而言，当电动汽车或混合动力汽车减速、在公路上放松加速踏板巡航（有相关的算法判断）或踩下制动踏板停车时，再生制动系统启动。正常减速时，再生制动的力矩通常保持在最大负荷状态；电动汽车或混合动力汽车高速巡航时，其电机一般是在恒功率状态下运行，驱动转矩与驱动电机的转速或车速成反比。由此可见，研究电动汽车的制动模式也是非常重要的，电动汽车制动可分为以下三种模式：2
1）紧急制动。紧急制动对应于制动加速度大于2m/s的过程。出于安全性方面的考虑，紧急制动应以机械为主，电制动同时作用。在紧急制动时，可根据初始速度的不同，由车上ABS控制提供相应的机械制动力。
2）中轻度制动。中轻度制动对应于汽车在正常工况下的制动过程，可分为减速过程与停止过程。电制动负责减速过程，停止过程由机械制动完成。两种制动的切换点由电机发电特性确定。
3）汽车下长坡时的制动。汽车下长坡一般发生在盘山公路下缓坡时。在制动力要求不大时，可完全由电制动提供。其充电特点表现为回馈电流较小但充电时间较长。限制因素主要为蓄电池的最大可充电时间。
制动能量回收系统工作在城市工况下有较大意义，而城市工况车辆的最高车速不会太高，且紧急制动的概率较小，因此应将研究重点放在中轻度制动能量回收方向上。
一般地，恒功率下驱动电机的转速越高，再生制动的能力就越低。当踩下制动踏板时，驱动电机通常运行在低速状态。由于在低速时，电动汽车的动能不足以驱动电机提供能量来产生最大的制动力矩，再生制动能力也会随车速的降低而减小。
图1-2-16所示为电机再生制动和机械摩擦制动系统复合的制动系统，电机的再生制动力矩通常不能像传统燃油车中的制动系统一样提供足够的制动减速度。因此在电动汽车中，再生制动和机械摩擦制动通常共同存在（一般当再生制动达到最大制动能力但还不能满足制动要求时，机械摩擦制动才启动）。
在典型的市区中，制动能量最高可达总驱动能量的25%以上。在如纽约这样的大城市中，制动能量最高可达70%。研究表明，将1500kg车辆从100km/h车速制动到零车速，在几十米距离内约消耗0.16kW·h的能量。如果能量消耗在仅克服阻力（滚动阻力和空气阻力）而没有制动的惯性滑行中，则该车将行驶约2km。可见，当车辆在市区内以停车-起动形式行驶时，显著的能量消耗在频繁的制动上，导致大量的燃油消耗。因此，有效的再生制动能显著改善电动汽车和混合动力汽车的经济性。图1-2-16 再生制动和机械摩擦制动（2）制动能量回收系统的设计因素
设计制动能量回收系统时，应充分考虑以下设计因素：
1）满足制动的安全要求，符合驾驶人的制动习惯。
2）考虑驱动电机的发电工作特性和输出能力。
3）确保蓄电池组的安全性与可靠性。
由以上分析可得制动能量回收的约束条件：
1）根据蓄电池组温度、放电深度的不同，蓄电池可接受的最大充电电流。
2）蓄电池可接受的最大充电时间、温度，防止过充或失效。
3）能量回收停止时电机的转速及与此相对应的充电电流值。
试读结束[说明：试读内容隐藏了图片]