1.1 新能源汽车概述

1.1.1 新能源汽车发展史

1.人力车和畜力车

在蒸汽机出现之前，人们的代步车辆大多为人力车和畜力车。

人力车有影视剧中常见的黄包车、农村运粮的独轮车等，是依靠人力的交通工具。

畜力车有马车（图1-1-1）、牛车、驴车等，在人类进入蒸汽机时代和电气化时代以前，大量的交通运输是靠着畜力（主要是马、牛、驴、骡等，狗拉雪橇也属于畜力范畴）牵引人造的交通工具来实现的。

2.蒸汽汽车

蒸汽机的出现，将人或动物做功方式改变为机械做功，引发了第一次工业革命。蒸汽机是将蒸汽的能量转换为机械能的往复式动力机械。

古希腊数学家希罗于公元1世纪发明的汽转球是蒸汽机的雏形。纽科门及其助手卡利在1705年发明了大气式蒸汽机，用于驱动独立的冷却液泵，被称为纽科门大气式蒸汽机。

瓦特运用科学理论，逐渐发现了这种蒸汽机的问题所在。1765—1790年，他进行了一系列发明，比如分离式冷凝器、在汽缸外设置绝热层、用油润滑活塞、行星齿轮机构、平行运动连杆机构、离心式调速器、节气阀、压力计等。他使蒸汽机的效率提高到原来纽科门机的3倍多并最终发明出工业用蒸汽机。蒸汽机曾推动了机械工业甚至社会的发展，并为汽轮机和内燃机的发展奠定了基础。

1769年，法国工程师居纽制造了世界上第一辆蒸汽驱动的三轮汽车，如图1-1-2所示。这辆汽车被命名为“卡布奥雷”，车长7.32m，高2.2m，车架上放置着一个梨形大锅炉，前轮直径1.28m，后轮直径1.50m，前进时靠前轮控制方向，每前进12～15min需停车加热15min，平均时速3.5～3.9km/h。

1801年，理查德·特理维西克制造了“伦敦蒸汽马车”，它是最早的蒸汽载人车辆之一，也是真正第一辆投入市场的蒸汽机车辆，最多能乘坐6人，最高时速27km/h。1804年，脱威迪克设计并制造了一辆蒸汽汽车，这辆汽车拉着10t重的货物在铁路上行驶了15.7km。

1825年，英国人哥尔斯瓦底·嘉内制造了一辆蒸汽公共汽车，有18座，车速为19km/h，开始了世界上最早的公共汽车运营。1834年，世界上最早的公共汽车运输公司——苏格兰蒸汽汽车运输公司成立了。当时，英国爱丁堡市内运营的蒸汽汽车前面坐着驾驶员，中部可容纳20～30名乘客，锅炉位于后部，配一名司炉员，蒸汽机气缸位于后轴前方的地板下，采用后轮驱动。然而，这些车少则重3～4t，多则10t，体积大、速度慢，常常轧坏未经铺设的路面引发各种事故。1865年英国议会通过了《机动车法案》，后被人嘲笑为《红旗法案》。它规定每辆在道路上行驶的机动车，必须由3个人驾驶，其中1人必须在车前面50m以外做引导，还要用红旗不断摇动为机动车开道，并且速度不能超过6.4km/h。这部法案直接扼杀了英国在当年成为汽车大国的机会，随后汽车工业在美国迅速崛起。1895年，整整耽搁30年后，红旗法案才被废除。

3.早期的电动汽车

1820年，丹麦物理学家、化学家汉斯·克里斯蒂安·奥斯特发现了电流的磁效应，由此开辟了物理学的新领域——电磁学。1831年10月17日，法拉第首次发现电磁感应现象，进而得到产生交流电的方法，使电力交通成为可能。

1834年，苏格兰人德文博特制造了一辆电动三轮车，比1885年德国人卡尔·本茨发明的汽油车早了近半个世纪。当时这辆电动三轮车采用的能源是不可充电的简单玻璃封装电池。

1873年，英国人罗伯特·戴维斯制作了世界上最初的可供试用的电动汽车。1881年，法国人特鲁夫将直流电动机和蓄电池用于私家车，具有里程碑意义。

1899年4月29日，比利时人卡米勒·热纳茨驾驶着一辆炮弹形状的电动车以105.88km/h的速度刷新了由汽油车保持的世界汽车最高车速记录，这也是汽车速度第一次突破100km/h，并且保持这个记录进入20世纪。

截至1912年，美国有34000辆电动汽车注册。贝克电气公司是美国最重要的电动汽车制造商。底特律电气公司生产的电动汽车最高时速可达40km/h，续驶里程可达129km。

1901—1920年，英国伦敦电动汽车公司生产了后轮轮毂电机驱动、四轮转向和装备充气轮胎的电动汽车。1916年8月，世界上第一辆油电混合动力汽车问世，这款车的外形结构与现代汽车很接近，使用操纵杆控制加速踏板。随着科学技术的发展，包括高速内燃机、汽车电起动等内燃机汽车关键技术的相继出现，以及由于经济的发展对长途客货运输的需求，电动汽车续驶里程短、充电时间长等缺陷更加明显。

1913年，福特公司开发了T型车，并在汽车发展史上首次实现了标准化大批量生产，使其价格从1909年的850美元降至1925年的260美元。大批量生产的内燃机汽车彻底结束了电动汽车的生命。到20世纪30年代，电动汽车几乎消失了。

4.内燃机汽车

内燃机汽车的发展离不开可燃混合气和内燃机的发明。

1794年，英国人斯垂特首次提出了把燃料和空气混合形成可燃混合气以供燃烧的设想。

1801年，法国人勒本发现了煤气机的原理。

1859年，法国人勒努瓦用煤气和空气混合气取代往复式蒸汽机的蒸汽，通过电火花点火爆燃，制成二冲程煤气内燃机，在法国和英国都制造了一小批。

1861年，法国人德·罗夏提出了等容燃烧的四冲程内燃机工作循环方式，于1862年1月16日被法国当局授予了专利。

1866年，德国工程师尼古拉斯·奥托成功地试制出动力史上具有划时代意义的立式四冲程内燃机。1876年，他又试制出第一台实用的活塞式四冲程煤气内燃机。这台单缸卧式功率为2.9kW的煤气机，压缩比为2.5，转速为250r/min。这就是闻名于世的奥托内燃机。奥托于1877年8月4日获得专利。

后来，人们一直将四冲程循环称为奥托循环。奥托以内燃机奠基人载入史册，其发明为汽车的诞生奠定了基础。曾与奥托共过事的德国人戴姆勒发明了燃烧汽油蒸气（炼制灯用煤油的副产品）的内燃机，1883年取得专利。他于1885年把这种内燃机装在了木制自行车上，翌年又装到了四轮马车上。1886年，德国人本茨制造了第一辆汽车（图1-1-3），这些自行推进的车辆，被后人称作汽车和摩托车的鼻祖。本茨和戴姆勒发明的都是汽油机，当时人们也尝试用其他燃油作为燃料。

1897年，德国人鲁道夫·狄塞尔成功地试制出了第一台柴油机，柴油机从设想变为现实经历了20年的时间。柴油机是动力工程方面又一项伟大的发明，它的出现不仅为柴油找到了用武之地，而且它省油、动力大，是汽车又一颗良好的“心脏”。鲁道夫·狄塞尔的发明改变了整个世界，人们为了纪念他，就把柴油机称作狄塞尔柴油机。

1924年，德国人汪克尔在海德堡建立了自己的公司，他花了大量的时间在那里研制转子发动机。1927年，对于气密性和润滑等一系列技术问题的攻克终于有了进展。1960年初，他在德国生产出第一辆装配了转子发动机的小跑车。当时业内人士认为转子发动机结构紧凑轻巧，运转宁静顺畅，也许会取代传统的活塞式发动机。转子发动机如图1-1-4所示。

一向对新技术情有独钟的马自达公司投巨资从汪克尔公司买下这项技术。由于这是一项高新技术，懂得这项技术的人寥寥无几，而且十分耗油，汽车界有人对这种发动机的市场前景产生了怀疑。马自达公司逐步克服了转子发动机的缺陷，成功地由试验性生产过渡到商业性生产，并将安装了转子发动机的RX-7型跑车打入美国市场，令人刮目相看。由于从生产装配到维护修理，转子发动机都与传统发动机大不一样，因此开发成本大，加上往复式活塞发动机在功率、重量、排放、油耗等方面都比过去有了显著提高，转子发动机与其相比并没有明显的优势，因此各大汽车企业都没有积极性去开发利用，唯有马自达一家苦苦支撑。

5.国外电动汽车的发展

在1990年的洛杉矶车展上，通用汽车公司展示了一款名叫Impact的电动概念车，Impact的重量仅有998kg，仅蓄电池就占了382kg。该车从静止状态加速到96km/h只需7.9s，在高速公路上以88km/h的速度可行驶200km，被认为是现代汽车工业史上的第一辆纯电动汽车。1996年通用汽车公司制造并开始销售EV1电动汽车。这是以现代化批量生产方式推出的第一款电动汽车。每次充电后最大续驶里程的理论值可达144km，最高行驶速度为128km/h，而且已经具有制动能量回收系统。

普锐斯（PRIUS）是丰田公司于1997年推出的世界上第一款大规模生产的混合动力汽车，随后在2001年销往40多个国家和地区。

自普锐斯之后，世界各大汽车公司和新生企业又重新拉开了新能源汽车研发的大幕，菲斯克Karma、日产Cube、雪佛兰Volt和特斯拉Roadster等车型纷纷加入新能源汽车行列。这些汽车都采用最新的锂离子电池技术，把新能源汽车的性能与活动范围都带到一个新的境界，已经逐渐被普通家庭用户接受并购买使用。新能源汽车又重新登上汽车世界的舞台中心。

日本在混合动力电动汽车技术领域领先世界。以丰田普锐斯（图1-1-5）为代表的日本混合动力电动汽车，在低污染汽车开发销售领域已经占据了领头地位。丰田公司宣布，从1997年全球首款量产的混合动力电动汽车普锐斯推出以来，截至2017年1月底，丰田在全球的混合动力电动汽车的累计销量已达到1004.9万辆。同时，日本还快速发展燃料电池汽车技术，丰田公司已成为当今燃料电池汽车市场上的重要企业。除丰田公司外，其他日本汽车企业也在开发新一代的新能源汽车，如本田Insight IMG混合动力电动汽车、日产Leaf和三菱i-MiEV纯电动汽车等。

2008年11月19日，宝马公司发布纯电动汽车MINI E，MINI E采用锂离子动力电池，续驶里程超过240km，最高车速为152km/h，从静止加速到100km/h的时间为8.5s。2013年MINI E已经完成了量产车型产品研发，并通过了多项碰撞测试。

宝马i3电动汽车于2014年9月在我国正式上市，提供纯电动和混动车型。充电方面，使用家庭220V电源充电，充满需要8h，而在宝马专用充电装置下充电，只需1h，充满电后可行驶130～160km。宝马i3电动汽车如图1-1-6所示。

2004年特斯拉公司开始研发特斯拉跑车。2011年，由特斯拉公司制造的全尺寸高性能纯电动轿车特斯拉Model S进入量产阶段，在2021年度全球销量达到2万辆。2016年特斯拉公司在美国发布Model 3。在2021年度特斯拉Model 3全球销量突破50万辆。特斯拉Model 3如图1-1-7所示。

6.国内电动汽车的发展

创立于1995年的比亚迪，总部位于深圳。2003年，比亚迪成为全球第二大充电电池生产商，同年收购了秦川汽车组建比亚迪汽车。短短一年内，比亚迪汽车的产品线由原来单一的福莱尔微型轿车，迅速扩充为包括A级燃油车、C级燃油轿车、锂离子电动汽车、混合动力汽车在内的全线产品。

凭借着比亚迪在电池领域的积累，电动汽车成为其在汽车领域发展的极大优势，比亚迪近些年在新能源车领域取得的成绩是显而易见的，新能源私人乘用车销量名列前茅，电动大巴等远销欧美市场。比亚迪纯电动汽车元EV360如图1-1-8所示。

北京新能源汽车股份有限公司成立于2009年，是世界500强企业北汽集团旗下的新能源公司，是国内纯电动乘用车产业规模大、产业链完整、市场销量大、用户覆盖面广、品牌影响力大的企业。公司现已形成立足我国、辐射全球的产业布局，是国内首个获得新能源汽车生产资质、首家进行混合所有制改造、首批践行国有控股企业员工持股的新能源汽车企业，成为制造型企业转型升级与国有企业改革创新的典范。

北汽新能源主要产品包括EU系列、EX系列、EC系列、EV系列及EH系列纯电动汽车、纯电动物流车等。经过4年多的发展积累，北汽新能源已掌握整车系统集成与匹配、整车控制系统、电驱动系统三大关键核心技术，旗下多款产品已投入市场或示范运营，图1-1-9所示为北汽新能源EU系列车型。

浙江吉利控股集团成立于1986年，最初是一家冰箱零部件制造商，后来转型为生产冰箱、冰柜、建筑和装饰材料以及摩托车。1997年，吉利进入汽车行业，将核心业务集中在汽车开发和生产上。吉利以不断的技术创新、人才开发、增强核心竞争力为核心，致力于可持续发展。

吉利一直在开发新能源、共享移动、车辆网络、自动驾驶、汽车微芯片、低轨道卫星和激光通信等尖端技术，为未来多维移动生态奠定了基础。

吉利新能源主要产品有帝豪GSe、帝豪新能源、帝豪GL新能源等，其中EV450、EV500、GSe等车型等多款产品已投入市场或示范运营，吉利帝豪GSe纯电动汽车如图1-1-10所示。

蔚来是立足全球的初创品牌，已在圣何塞、慕尼黑、伦敦、上海等13个城市设立了研发、设计、生产和商务机构，汇聚了数千名世界顶级的汽车硬件、软件和用户体验方面的行业人才。如今互联网思维在不断挑战传统行业，汽车行业也一样，吸引眼球的蔚来小鹏、理想等造车新势力正是在这样的背景下用新思维掀起一轮又一轮的革新运动。

蔚来将自己定义为从事高性能智能电动汽车研发的公司。它由顶尖互联网企业和企业家投资数亿美金创建，致力于成为一家有中国背景、全球化的汽车公司，拥有国际化团队、具有全球竞争力的汽车公司。其天生自带的互联网性质，Formula E（赛车运动，一般指电动方程式）中的好成绩，让蔚来持续获得关注，目前也已经有了量产车型。蔚来ES8纯电动汽车如图1-1-11所示。