中國新能源汽車的研發及展望

歐陽明高

?

中國新能源汽車的研發及展望

歐陽明高

進入21世紀以來，中國汽車工業獲得飛躍發展，產業規模連續多年穩居世界第一，年產量已突破2000萬輛大關，并預計在2020年前超過3000萬輛。與此同時，汽車保有量也快速上升，已突破1.5億輛大關，并預計在2020年前達到2.5億輛左右。在汽車業成為國民經濟的支柱產業和國民富裕的重要標志的同時，中國也面臨著汽車產業大而不強，以及越來越嚴重的汽車尾氣污染和石油安全等重大問題。

汽車能源與環境問題也是21世紀全球汽車業共同面臨的巨大挑戰。全球低碳發展目標和日益嚴格的油耗法規客觀上要求盡快實現車輛能源動力系統的轉型升級。為此，引發了全球汽車動力系統技術變革：以汽車排放潔凈化、汽車燃料節約化、汽車能源多元化為主要特征的各種節能環保汽車迅猛發展，混合動力和純電動汽車實現了產業化，燃料電池汽車進入市場，動力電池和燃料電池等核心技術不斷突破和升級。預示著21世紀的前20年將是汽車能源動力系統轉型的戰略機遇期。從中長期看，為了達到2050年全球溫室氣體減排目標，全球能源結構也將發生重大調整，以化石能源為主的集中供應能源體系將轉變為以清潔、可再生能源為主、分布與集中供應相結合的能源網絡新模式。以插電式混合動力汽車、純電動汽車和燃料電池汽車為代表的新能源汽車，作為能源網絡中用能、儲能和回饋能源的終端，將成為世界經濟新體系中的重要組成部分，并從根本上解決空氣污染、能源安全、低碳發展等重大問題。

全球汽車能源動力系統技術變革為中國提供了歷史機遇。與此同時，中國還具有獨特的發展環境和優勢。中國交通體系結構呈現明顯的“點—線—面”特征：大城市和大城市群為“點”，聯接大城市的交通干道為“線”，廣大中小城鎮和農村區域為“面”。在“點”上，公交系統占主導，公交車輛電動化全球領先；在“線”上，鐵路占主導，高鐵電氣化全球領先；在“面”上，短途交通工具占主導，電動自行車全球領先。在這一交通體系中，中國乘用車主要集中在城區駕駛，具有短途出行為主的特征，加之中國道路交通建設與管理的體制優勢，在已有的交通電氣化基礎上，中國新能源電動汽車具有發展出全球領先優勢的巨大潛力。

中國政府高度重視新能源汽車發展，將其確立為國家戰略。中國節能與新能源汽車的發展經歷了“十五”以來的在國家科技計劃支持下的研發、示范與考核，近年來在國家政策的大力推動下，產業化與市場推廣形勢喜人，2015年年銷量已突破30萬輛，居世界第一位。本文對中國新能源汽車研發進展進行簡要總結與展望。

1　新能源汽車科技研發歷程

中國從“十五”開始對電動汽車技術進行大規模有組織的研究開發。“十五”期間是中國新能源汽車打基礎的階段，組織實施了國家“十五”電動汽車重大科技專項；“十一五”期間是中國新能源汽車從打基礎到示范考核的階段，組織實施了“十一五”“863計劃”節能與新能源汽車重大項目；“十二五”期間是中國新能源汽車從示范考核到產業化啟動階段，組織實施了“十二五”電動汽車重點專項。

1.1“十五”電動汽車重大專項

在中國汽車產業快速發展、傳統汽車技術落后、電動汽車與國外處于相近起跑線的背景下，為在世界汽車工業新一輪競爭中占領制高點、取得有利地位，提高中國汽車工業的國際競爭力，從而實現中國汽車工業跨越式發展，2001年，經國家科教領導小組批準，中國實施了國家電動汽車重大科技專項。電動汽車重大專項以汽車整車技術和關鍵零部件技術為開發重點，采取整車牽頭、零部件配合、產學研相結合的模式，根據整車產品特征屬性和關鍵核心系統共享屬性，建立了電動汽車“三縱三橫”的矩陣式研發布局。

“三縱”是指燃料電池汽車、混合動力汽車和純電動汽車3種整車。“三橫”是指動力電池、驅動電機、多能源動力總成電控等三大關鍵零部件系統。在“三縱三橫”研發布局中，整車項目單位對整車各個階段和總體目標的質量、進度和資金運用全部負責，實現了對總成、子系統和零部件研究課題的擇優組合、協調、指導、監控，從而構成了產業鏈縱向子聯盟；同時，為了使“橫向”能夠聯合和交流，培育3種整車共同的零部件基礎和產業鏈，分別成立電池、電機、電控3個專題組，負責協調零部件系統技術指標，建立評估和技術標準體系，同步進行安全性、可靠性協調開發等。

通過“十五”國家科研資金的投入，在國內形成了200多家企業、高校和科研院所，2000多名技術骨干組成的研發隊伍，培養了一批中青年技術骨干，建立了中國電動汽車產業發展急需的人才隊伍，推動出臺了26項國家標準；累計申請796項國內外專利。專項的實施，對于提升中國汽車工業的核心競爭力，實現重點跨越，發揮了重要作用，為電動汽車的產業化奠定了技術基礎。

1.2“十一五”節能與新能源汽車重大項目

隨著《國家中長期科學和技術發展規劃綱要（2006 —2020年）》的發布，與優先主題之一“低能耗與新能源汽車”和前沿技術之一“氫能及燃料電池技術”相呼應，“十一五”總體研發思路是：基于國家中長期科學和技術發展規劃交通與能源領域戰略研究成果，推進節能與新能源汽車并行互動與協調發展。一方面優化現有以內燃機為基礎的車用能源動力系統，發展節能汽車；另一方面開發新一代車用能源動力系統，發展新能源汽車。通過“過渡”與“轉型”的雙重戰略促進汽車動力電控化和電氣化雙重技術變革。研發總體布局在保持“三縱三橫”的基本框架下，在車型“三縱”方面的內涵相應有所擴展，將基于燃油的節能內燃機汽車和混合動力汽車，基于氣體燃料的燃氣汽車和氫燃料電池汽車以及基于電能的純電動車和增程式電動車綜合考慮。

“十一五”節能與新能源汽車重大項目，以“十五”電動汽車重大科技專項和清潔汽車科技行動計劃研發成果為基礎，以“建立技術平臺，突破關鍵技術，實現技術跨越”、“建立研發平臺，形成標準規范，營造創新環境”和“建立產品平臺，培育產業生態，促進產業發展”為三大核心目標，在關鍵零部件、動力系統、整車集成、測試平臺、示范推廣以及標準政策研究等方面安排課題270項，以整車集成為載體、動力系統為核心，重點突破關鍵零部件瓶頸技術，支撐產業化示范推廣。國內整車及零部件企業、研究機構、大學院校等432家單位14600名科技人員參與研發工作，構建了中國電動汽車產學研聯合研發創新體系。

通過5年國家科技計劃實施，攻克了一大批節能與新能源汽車關鍵技術，有各類新能源汽車350余款進入國家汽車公告目錄，在25個示范城市有超過19000輛自主研發的電動汽車產品示范應用；突破了一批代用燃料汽車關鍵技術，帶動形成國內140萬輛天然氣汽車應用規模；結合2008年北京奧運會和2010年上海世博會等國際大型活動的舉辦，成功開展了集中化、高強度的電動汽車示范運行，取得了良好的國際影響；制定電動汽車國家和行業標準59項，基本滿足電動汽車科技研發和產業化需求；建成15個國家重點實驗室和工程技術研究中心，形成電動汽車研發平臺48個；項目成果獲得國家科技進步獎二等獎10項，省部級科技進步獎一等獎22項；累計申請專利2011項，其中，發明專利1015項。

1.3“十二五”電動汽車重點專項

“十二五”期間，中國新能源汽車發展面臨更加緊迫的戰略需求，首先是作為國家戰略性新興產業之一，新能源汽車承載了汽車技術轉型需求，其次是國家汽車節能環保法規不斷嚴格帶來的產業升級換代需求。國家領導人在多次聽取專家意見的基礎上，以胡錦濤總書記2010年在兩院院士大會上的講話為起點、習近平總書記在2014年關于新能源汽車的講話為標志，電動汽車上升為國家戰略。

在此背景下，科技部制定了《電動汽車科技發展“十二五”專項規劃》，在“十一五”節能與新能源汽車研發成果基礎上，以全面實施“純電驅動”技術轉型為總體戰略，提出了技術平臺“一體化”、車型開發“兩頭擠”、產業推進“三步走”的技術發展路徑。在城市公共用車和私人小型轎車上優先發展“純電驅動”電動汽車，形成“兩頭擠”發展格局，啟動市場。然后滾動發展，逐步擠占中高檔轎車這一市場空間。項目的組織實施落實了國務院2010年“關于加快培育和發展戰略性新興產業的決定”精神，成為培育和發展新能源汽車戰略性新興產業的重大科技舉措。

在研發布局上，以“三縱三橫”為基礎，進一步強化純電驅動技術轉型，“三縱”方面，純電動汽車、增程式電動汽車和插電式混合動力汽車作為純電驅動汽車的基本類型歸為一個大類；燃料電池汽車作為純電驅動汽車的特殊類型繼續獨立作為一“縱”；混合動力汽車則主要為常規混合動力汽車。在“三橫”方面，電池包括動力電池和燃料電池；電機包括電機系統及其與發動機、變速箱總成一體化技術等；電控包括電轉向、電空調、電制動等在內的電動汽車電子控制系統技術。同時，為了適應從科技研發向示范推廣轉型的需求，增加了標準檢測、能源供給、集成示范等三大支撐平臺的研發，從而形成“三橫三縱三大平臺”戰略重點與任務布局。

在組織實施上，根據“三縱”（混合動力、純電驅動、燃料電池）技術發展的不同階段，分別以“產業鏈”、“價值鏈”、“技術鏈”為紐帶，建立“三縱三鏈”技術創新聯盟開展研發活動。專項部署的項目共61項，包括863項目18項、科技支撐計劃項目36項、國際合作項目3項、公益類項目4項。全國177家高校和科研院所參與。截至2015年，已經驗收的首批啟動項目完成新產品、新工藝及相關軟件開發500多項，發表科技論文1000多篇，申請國內發明專利1000多項。專項的實施全面帶動了關鍵零部件、整車和支撐平臺的全產業鏈發展，技術支撐了中國新能源汽車產業化在2015年躍居全球首位。

2　新能源汽車技術進展

經過3個五年計劃的科技攻關，中國掌握了新能源商用車的整車技術，實現了從混合動力向純電驅動的轉型；發展出了獨具特色的新能源乘用車純電驅動技術路線，實現了技術的跨越式發展；燃料電池汽車形成了自主研發能力，實現了與國際技術的基本同步；在關鍵零部件方面，鋰離子車用動力電池技術和電機驅動系統技術取得重大進展；在公共平臺技術方面，建立了新能源汽車標準體系和整車、電池、電機測試平臺。

2.1關鍵零部件技術

1）動力電池技術。至今為止，中國電動汽車動力電池研發經歷了3個階段。“十五”起步階段：主要研發鎳氫動力電池和錳酸鋰鋰離子動力電池；“十一五”發展階段：加大了磷酸鐵鋰電池研發，支撐了“十二五”電動汽車示范與產業化；“十二五”升級階段：重點支持三元材料動力電池的研發，電池比能量目標要求達到180（W·h）/kg。經過3個五年計劃，中國已基本掌握了電池材料、單體電池、電池系統、批量生產工藝等核心技術。中國已形成包括磷酸鐵鋰和錳酸鋰正極材料、三元材料前驅體、石墨負極材料、鈦酸鋰負極材料、電解液和PP/PE隔膜在內的完整電池材料技術體系，技術水平與國際基本同步。中國單體電池設計制造能力取得重要突破，電池能量密度顯著提高，如磷酸鐵鋰電池單體的能量密度從2007年的90（W·h）/kg提高到接近140（W·h）/kg，三元材料的電池單體的能量密度達到180（W·h）/kg，與國際水平基本保持同步；功率型電池比功率最高達到3000 W/kg，與國際先進水平相當。中國在電池系統集成技術和能力方面取得較大進展和突破，動力電池模塊的比能量最高達到140（W·h）/kg以上，鋰離子動力電池產業化技術水平已經具備支撐電動汽車開展大規模商業化運行的技術和產業條件。但是，中國在先進電池材料與機理等基礎研究方面，以及電池一致性和良品率等方面與國際領先水平相比還存在差距。

2）電機驅動技術。在驅動電機技術方面，采用車用電機多領域集成優化設計理念，解決了多目標高性能車用電機的極限設計、多物理場精確分析、控制策略、系統集成等技術難題。采用結構設計技術，實現了電機與變速器在機械、電磁、熱的高度一體化設計與應用。利用中國稀土資源優勢，逐步形成了車用永磁電機技術特色，中國多個電機企業突破高效、高功率密度車用永磁電機的設計與制造技術，研制出功率密度超過3 kW/kg的高速高密度永磁電機，在多款純電動轎車、插電式混合動力轎車上獲得了廣泛應用。中國商用車電機（特別是直驅電機）在轉矩指標、成本控制方面已經具備較強的國際競爭優勢。

在電機控制器技術方面，采用電力電子模塊集成技術，將汽車級IGBT模塊、長壽命膜電容與低電感復合母排高度集成、低熱阻散熱技術以及小型化電路板設計技術高度集成，降低了電機控制器的體積和重量，提高了系統集成度，實現了電力電子與信息處理技術的融合。中國典型電機控制器功率密度達到8 kW/L，控制器峰值效率超過97%，大于90%的高效率區超過50%。全速度范圍的轉矩控制精度提升至±2～3 N·m或±3%～5%。但是中國在芯片集成設計、電力電子系統集成等方面與國際領先水平還存在差距。

3）車用燃料電池技術。燃料電池系統技術鏈長，中國相關基礎薄弱。經過多年努力，中國在燃料電池電化學基礎材料器件和電堆方面取得了顯著的進步，近年來突破了耐久性強化的復合膜、高活性抗毒催化劑、高導電性碳紙、低鉑載量的電極組件、超薄金屬雙極板沖壓、防腐蝕、焊接和密封等關鍵技術；中國在“十二五”期間已基本突破了金屬雙極板電堆的設計技術，研制的樣堆功率密度突破2 kW/L的水平，為今后高功率密度發動機的研發奠定了基礎。研制的燃料電池催化劑、復合膜、碳紙、膜電極及雙極板樣品從性能指標上已經能夠滿足商業化需求，但是需要建立批量化生產線，大力開展測試評價并建立相關產業鏈，推動中國燃料電池技術趕上國際先進水平。

4）電動化附件技術。電空調：開發了無位置傳感器的變頻壓縮機電機控制技術、高效的一體化低噪聲電動空調技術、基于總線控制技術的電動空調高效控制技術，實現了空調與電池的集成熱管理。

電轉向：突破了轉向傳感器、EPS控制器、EHPS控制器、EPS與電動轎車匹配，EHPS與電動客車匹配等電控助力轉向系統關鍵技術。電控助力轉向系統-40～85℃范圍內正常工作，具有良好的高低溫穩定性。

電制動：在中國已有液壓和氣壓ABS系統自主技術的基礎上，通過集成化設計，成功地開發出能量回饋式液壓和氣壓制動系統，打破了國際壟斷，且在成本上有競爭優勢。實現了制動安全性、系統可靠性與壽命、制動舒適性與制動能量回收效率的綜合優化。回饋制動對能量經濟性的貢獻率達到20%以上。

2.2整車技術

1）純電動汽車技術。純電動汽車是中國新能源汽車的主要類型。經過3個五年計劃的努力，中國純電動乘用車技術取得重大進展，整體技術水平接近國際先進水平，續駛里程、可靠性、安全性不斷提高，能效持續優化，完全具備了商業化推廣條件。尤其是形成了中國特色小型純電動轎車技術特色。

純電動公交車整體技術水平達到國際先進。已建立起純電動客車設計理論與系統集成體系；在高效電驅動系統、整車輕量化、動力電源熱電集成和管理技術等方面取得了重大進展，通過關鍵部件通用化、總成配置模塊化、機電接口標準化建立了新能源客車的技術平臺，開發出低地板公交車專用電動化底盤，基于平臺開發的整車性能優異，12 m公交大客車實際運行百公里電耗在100 kW·h左右。

電動汽車充換電設施技術方面，建立了電動汽車充換電設施仿真平臺；研發了基于交流和直流能源供給模式的多種變換容量的充換電設備接口技術、充換電過程控制技術、電能計量技術、安全可靠性技術；研發了40 kW單口三相交流車載充電技術和450 kW直流非車載充電技術及產品；新型換電技術可以實現3 min內更換11箱電池。開發了無線充電系統樣機，開始在整車上進行示范。

2）插電式混合動力汽車技術。在乘用車方面，國內基本掌握了混合動力機電耦合、混合動力系統動態協調控制與能量管理系統等核心關鍵技術。形成了比亞迪秦為代表的P3后并聯式混合動力系統及在此基礎上發展出來的四驅混聯系統；上汽榮威550為代表的雙電機串并聯式混合動力系統，吉利和科力遠聯合研制的“CHS”為代表的雙行星排功率分流構型混合動力系統，基本打破了日本公司在國際上的技術壟斷。進入“十二五”以來，國內企業紛紛發力插電式/增程式汽車，推出了如比亞迪秦、上汽榮威550、廣汽傳祺等插電式混合動力車型。其中，比亞迪秦百公里加速時間達到5.9 s，百公里綜合油耗低至1.6 L，總體上達到國際先進水平。榮威550插電式車型實現了純電行駛里程58 km，百公里綜合油耗2.3 L（工況法測試），百公里加速時間10.2 s等先進性能指標。

商用車方面，國內基本掌握了混合動力整車控制、高功率電機系統、混合動力自動變速箱及控制、APU發電單元等關鍵技術，開發出具有完全自主知識產權的整車系統。具有中國技術特色的直驅混聯系統節油率達到40%。基于自主AMT技術的同軸并聯混合動力機電耦合系統構型混動模式下的節油率>30%。以車載發電裝置和儲能裝置共同驅動電機為特征的新型純電驅動客車動力系統形成了插電、增程、純電動、燃料電池等各種技術路線的一體化平臺，具有總成模塊化、能源多元化、車型系列化的技術特點和優勢。

3）燃料電池汽車技術。中國燃料電池轎車采用獨具特色的“電-電混合”動力系統平臺技術方案，具有“動力系統平臺整車適配、電-電混合能源動力控制、車載高壓儲氫系統、工業副產氫氣純化利用”的技術特征。進入“十二五”后，以上汽為代表的汽車集團制定了燃料電池汽車發展的5年規劃，開始投入大量資金研發燃料電池汽車，完成了第3代燃料電池轎車FCV的開發，在2011年必比登比賽中，上汽開發的FCV在燃料電池轎車組別中，名列第三名。

中國燃料電池城市客車在三大系統（燃料電池/蓄電池混合動力、電動化底盤、整車控制）和三大技術（燃料電池耐久性、氫電安全性、整車燃料經濟性）取得重要突破。基于國家標準公交循環的整車氫耗≤7.5 kg/100 km，達到國際先進水平。“十二五”期間，以宇通客車為代表的國內領先的新能源客車企業全面介入燃料電池客車研發，開發出獲得國家產品公告的燃料電池客車，并制定了“十三五”燃料電池客車商業化計劃。

中國已基本掌握35 MPa加氫站系統集成技術。加氫站三大關鍵設備：45 MPa大容積儲氫罐、35 MPa加氫機和45 MPa隔膜式壓縮機已實現國產化。在上海2010世博會上，規模化的副產氫氣提純、輸送以及由2輛移動車（移動加氫站）和2座固定加氫站構成的小型加氫網絡成功為世博園區內外196輛燃料電池觀光車、轎車和大巴提供高壓氫氣加注服務，安全性和可靠性得到檢驗。

3　新能源汽車示范考核與推廣應用

3.1新能源汽車示范推廣歷程

中國新能源汽車示范推廣經歷了3個階段。

第一階段（2003—2008年）：技術驗證與科技示范工程。2003—2007年，在“十五”電動汽車重大專項和“十一五”節能與新能源汽車重大項目支持下，開展了小規模的電動汽車示范運行和技術驗證，積累了大量的技術研發和升級的寶貴數據。在此基礎上，中華人民共和國發展和改革委員會于2007年11月正式公布實施《新能源汽車生產準入管理規則》及《車輛生產企業及產品公告》的管理規定。2008年開始，先后配合北京奧運會、上海世博會、深圳大運會等重大國際活動開展新能源汽車科技示范工程。其中，作為科技示范工程的起點和標志開展了全球最大規模的奧運會新能源汽車示范運行，共投入595輛節能與新能源汽車為奧運會提供服務，累計行駛371.4萬km，載客441.7萬人次。在奧運史上第一次實現了中心區零排放、周邊地區交通低排放，對中國新能源汽車產業化發揮了啟動作用。

第二階段（2009—2012年）：十城千輛示范推廣工程一期。2009年開始，中國加大了對新能源汽車示范推廣的投入力度，出臺了系列支持措施。2009年，中華人民共和國財政部、科學技術部、工業和信息化部、發展和改革委員會等4部門共同啟動組織實施“十城千輛”新能源汽車示范推廣工程。為鼓勵新能源汽車推廣應用積極性，2009和2010年，先后出臺公共服務領域和私人購買領域新能源汽車補貼政策。為提升新能源汽車產品性能及產業化水平，2012年9月，中華人民共和國財政部、工業和信息化部、科學技術部組織實施《新能源汽車產業技術創新工程》。2009—2012年，中國在25個試點城市開展的新能源汽車規模化示范運行，總共推廣新能源汽車2.7萬輛。

第三階段（2013—2015年）：十城千輛示范推廣工程二期。2013年開始，國家對新能源汽車的支持政策密集出臺，促成了新能源汽車大規模示范推廣。2013年，第二期示范推廣工程補貼政策出臺。2014年，國務院先后4次發布加快新能源汽車發展的政策措施。2014年5月，新能源汽車決策咨詢平臺——中國電動汽車百人會成立，研究聚焦新能源汽車產業化初期政策、技術與市場之間的復雜互動關系，整車開發、關鍵零部件供應和基礎設施建設之間的協調發展問題。在國務院領導和多部門多領域多行業共同努力下新能源汽車市場發展出現快速增長的良好勢頭。2015年中國新能源汽車銷量達到33萬輛，在新增汽車銷售中的占比首次突破1%，在2015全球銷售新能源汽車的占比超過50%，中國首次超過美國銷量居全球第一。中國成為全球最大的新能源汽車推廣應用區域，新能源汽車累積推廣接近50萬輛。截至2015年底，建成充電站3600座，充電樁48000個，初步形成了充換電服務網絡，智能網聯技術開始應用，有力支撐了新能源汽車推廣。

3.2關鍵零部件技術示范考核與產業化

中國新能源汽車示范推廣與產業高速發展源于關鍵零部件產品技術性能突破和產業鏈體系建設。占據新能源汽車保有量95%以上市場份額的中國品牌新能源汽車依靠的是基于自主核心技術的電池、電機和電控關鍵部件。而且，其中的高端產品已與德國寶馬等國際頂級廠商開發的車型配套。

1）動力電池。中國已建立起較為完整的鋰離子動力電池產業鏈，形成了珠江三角洲、長江三角洲、中原地區和北京-天津區域為主的四大動力電池產業化聚集區域。鋰離子動力電池正極材料、負極材料、電解液和隔膜已進入國際動力電池生產企業供應體系。磷酸鐵鋰電池產業成熟度和規模國際領先，采用三元正極材料的高比能量電池和鈦酸鋰負極材料的快充電池大規模商業化應用。在整車需求的帶動下，中國電動汽車用動力電池產業快速發展，2015年產量達到20 GW·h，涌現出比亞迪和寧德時代新能源等具有國際競爭力的動力電池生產商，其中，比亞迪建成全球最大的鋰離子動力電池生產基地，浙江微宏動力的車用鋰離子電池系統規模出口歐洲。中國車用鋰離子電池產業總體上處于國際前3甲。

2）電機驅動總成。中國的乘用車驅動電機系統和商用車驅動電機系統已形成規模化產業。乘用車驅動電機形成了系列化產品，并為國內多款乘用車配套，部分產品實現了批量出口；開發出了深混動力分流雙電機、并聯單電機和高速橋驅電機等重點產品，應用于混合動力和插電混合動力以及各類純電動車型。在商用車驅動電機系統產品方面，形成了65～200 kW的系列化電動客車用電機及其控制系統產品，分別應用于10.5～12 m插電式混合動力客車和12～13.7 m純電動客車；開發出了同軸混聯雙電機動力總成產品，應用于12 m插電式混合動力公交車。

基本形成電機驅動系統基礎零部件的完整產業鏈，包括硅鋼片、液冷鑄鋁殼體、永磁體等。中國也建立了“電動汽車電驅動系統全產業鏈技術創新戰略聯盟”和“中國IGBT技術創新與產業聯盟”，在高性能硅鋼、高性能磁鋼、車用功率模塊、車用膜電容器、旋轉變壓器、車用接插件以及車用DC/DC變換器等方面，形成了一大批典型產品，其指標和性能與國外同類產品相當。技術標準方面也取得快速進展，推動了中國電動汽車電驅動系統產業發展。

3.3新能源整車技術示范考核與產業化

伴隨著國家科技項目和推廣工程的實施，各龍頭企業加快了新能源客車產品開發，形成了混合動力客車、純電動客車、燃料電池客車等多種技術路線。2014年起，各種車型的產業化進程加速，2015年實現了新能源汽車產業化快速發展。2015年銷售各類新能源汽車33萬輛，有4家企業進入全球新能源汽車銷量前10名，比亞迪成為全球最大的新能源汽車生產商。中國新能源汽車，尤其是新能源商用車開始規模出口發達國家市場。

1）新能源商用車。新能源商用車從2013年開始產銷量快速增長，2015年產量超過17萬輛。其中，新能源客車產量超過12萬輛，占據全球總量的80%以上，居全球首位。新能源公交車是新能源客車推廣的先行者和主力軍。截至2015年新能源公交車保有量超過10萬輛，現在已經占到國內公交車保有量19%左右，在全球遙遙領先。新能源商用車國際競爭力取得重大突破，行業標桿企業新能源客車整車與總成開始規模出口。目前，各種混合動力客車產品成熟度較高，經過市場拉動作用，產品性能逐步提高，與國際對標水平（25 L/100 km）相比，中國混合動力大客車的油耗已經從2012年的局部相當（11款車型中2款達到25 L/100 km），改善到2014年全面超越的水平（最佳達到21 L/100 km），并發展出插電式混合動力產品系列，2015年技術領先企業的插電式混合動力客車的油耗水平已經降至19 L/100 km。純電動客車經歷了電池快換、大容量電池慢充、小容量電池多次快充的示范考核與技術選擇，已逐步形成主流技術和主流車型。隨著性能的不斷提升，電動客車逐步受到市場認可，運營效率已經從最初的60%提升至93%，運營成本下降到2元/km左右，基本可以與傳統燃油車競爭。

2）新能源乘用車。從2010年開始新能源乘用車產銷量逐年高速增長。2010年新能源乘用車產量僅為3773輛，2014年的產量增加到6.2萬輛，2015年，產量大幅上升到20.5萬輛。新能源乘用車在新增乘用車銷售中的占比首次突破1%，這是一個具有里程碑意義的數據，它表明新能源乘用車已經從示范推廣階段的產品導入期進入規模化推廣階段的產業成長期。分車型來看，純電動乘用車以微小型電動轎車為主，而且比例在逐年提高，2015年占比超過了85%，小型電動汽車性價比高，節能環保優勢明顯，有望成為中國電動國民車的戰略車型，同時具有形成國際競爭優勢的巨大潛力。中高級別新能源乘用車以插電式混合動力車為主，2015年銷量占比超過82%。尤其是以比亞迪唐為代表的插電式SUV受到市場歡迎，銷量直線上升。SUV的插電化正在成為重要的發展趨勢，這對進一步增強中國品牌SUV競爭優勢，同時解決SUV油耗和排放問題將發揮重要作用，有望成為中國品牌主流戰略車型。從插電式混合動力乘用車實際使用看，基于用車大數據分析統計發現，隨著充電基礎設施的改善，用電的比例在大幅上升，純電行駛里程已經占到總行駛里程的2/3以上，純電驅動的節能環保優勢正在顯現。

4　“十三五”新能源汽車研發展望

4.1“十三五”新能源汽車重點專項背景與目標

當前，中國汽車產業發展正面臨3個重大挑戰和歷史任務。第一，汽車產業由大到強轉型的挑戰。習近平總書記明確指出：“發展新能源汽車是我國由汽車大國邁向汽車強國的必由之路”；第二，汽車排氣污染治理的挑戰。大氣污染控制的國家行動計劃倒逼零排放汽車的發展；第三，汽車保有量快速上升帶來的能源安全和低碳發展的挑戰。2020年乘用車企業平均油耗降到百公里5 L的國家油耗法規，倒逼中國汽車新型能源動力的全面發展。

從全球范圍看，以動力電氣化、材料輕量化、車輛智能化三大科技為核心的新能源汽車技術大變革，正在深入發展，未來5～10年，將迎來全球汽車產業重組和技術轉型升級的重要戰略機遇期。

總體看，中國新能源汽車核心關鍵技術尚未徹底突破，例如新型高比能量、長壽命、高安全動力電池技術，第三代燃料電池膜電極技術，新一代電機驅動電力電子技術等；配套體系不夠完善，例如充電基礎設施的技術、規范和運營模式大大滯后于整車市場發展；產品性能還不能完全滿足市場需求，例如純電動轎車的性價比與燃油轎車相比還偏低。中國新能源汽車技術研發雖然起步不晚、速度不慢，但基礎不牢、體制不順，與國際領先水平相比仍有差距。作為一個完全開放的市場，技術競爭壓力越來越大，加快新能源汽車持續創新，推進中國汽車產業技術轉型升級，是中國科技發展的重大戰略需求。

“十三五”新能源汽車科技創新的總體目標是：落實《節能與新能源汽車產業發展規劃（2012—2020年）》；實施新能源汽車“純電驅動”技術轉型戰略；完善電動汽車“三縱三橫”技術體系和新能源汽車研發體系，升級新能源汽車動力系統技術平臺；抓住新能源、新材料、信息化科技帶來的新能源汽車新一輪技術變革機遇，超前研發下一代技術；到2020年，建立起完善的電動汽車動力系統科技體系和產業鏈，技術支撐新能源汽車戰略性新興產業又好又快發展。

4.2研發布局與重點任務

1）研發布局。“十三五”新能源汽車試點專項總體布局，按照全創新鏈設計原則分為4個層次：基礎科學問題、共性核心技術、動力系統技術、集成開發與示范。每層有3個模塊：三大基礎科學問題；“三橫”共性核心技術；“三縱”動力系統技術；面向集成開發與示范的三大支撐平臺。

將上述12個模塊通過串并聯組合形成從基礎研究、重大共性關鍵技術攻關到應用示范的全鏈條貫穿的6個創新鏈條（動力電池與電池管理、電機驅動與電力電子、電動汽車智能化技術、燃料電池動力系統、插電/增程式混合動力系統和純電動力系統），共部署39個任務。

2）重點任務與目標。動力電池與管理系統研究重點與目標：重點突破高比能量動力電池技術和電池管理系統、電池安全性等電池系統集成技術。2020年，量產化能量型動力電池單體比能量達到300（W·h）/kg，系統比能量大于210（W·h）/kg，壽命達到1500次，成本達到0.8元（/ W·h）；示范用新型能量型電池單體比能量達400（W·h）/kg，探索性能量型動力電池新體系單體比能量達到500（W·h）/kg；高功率長壽命型動力電池單體比功率達到1500 W/kg，循環壽命達到10000次。

電機驅動與動力電子研發重點與目標：開發功率密度超過4 kW/kg的高速、高效和輕量電機系統；電機驅動控制器比功率2020年達到17 kW/L，新一代車載電力電子變換器功率密度>30 kW/L。

電動汽車電控與智能化研究重點與目標：突破純電動汽車智能化平臺技術，電動汽車智能化水平達到SAE 3級（結構化道路的無人駕駛）。實現百輛級自動駕駛智能電動汽車、千輛級網聯化智能電動汽車示范運行。插電/增程式混合動力系統研究重點與目標：形成中國特色插電式電動汽車主流技術路線和處于世界領先地位主流車型；到2020年，插電式混合動力轎車百公里綜合油耗小于1.3 L，混合工況節油率大于45%；插電式混合動力客車（12 m）百公里油耗小于16 L。

燃料電池動力系統研究重點與目標：重點突破高功率密度、低成本的乘用車燃料電池發動機產業化技術和長壽命、高效率商用車燃料電池發動機產業化技術。到2020年，轎車燃料電池電堆體積功率密度超過3.1 kW/L，發動機最高效率達到55%；客車燃料電池發動機耐久性超過1萬h，最高效率達到60%。加速開展氫能的“儲—輸—運”體系研究和基礎設施建設，支撐燃料電池汽車的規模化示范和推廣應用。

純電動力系統研究重點與目標：全面提升純電動轎車底盤一體化、車身輕量化、整車智能化綜合技術水平。以集中驅動式電動轎車為重點，通過技術進步全面提升主流電動轎車性價比，A級車百公里電耗降低20%，達到12 kW·h（工況法測試），續駛250 km左右的小型純電動轎車，取消補貼后購置+使用綜合成本可以與燃油車競爭。同時研發高性能電動轎車技術：針對典型車型（車長≥4.5 m），同時實現百公里電耗≤10 kW·h（工況法測試）和續駛里程≥400 km（工況法測試）。重點加強充電基礎設施技術支撐能力，提高互聯互通水平，開展無線充電和V2G等前沿技術研發，實現推廣應用。

5　結論

經過3個五年計劃的艱苦努力，中國新能源汽車經歷了從打基礎、示范考核、到產業化啟動的發展進程，“三縱三橫”研發布局的內涵和外延不斷得到完善，“純電驅動”的技術轉型戰略得以確定，核心技術的突破帶動了產品性能的提升，中國已成為全球新能源汽車技術研發和產業化最活躍的區域之一，新能源汽車產業發展被李克強總理稱為中國“新經濟”在工業領域的標志性行業。隨著動力電氣化、材料輕量化、車輛智能化的新能源汽車技術大變革的深入，作為一個完全開放的市場，中國面臨的技術競爭壓力也越來越大。我們要盡最大努力抓住新能源、新材料、信息化科技帶來的新能源汽車新一輪技術變革機遇，實現新能源汽車動力系統全面升級，尤其是要加快實現動力電池革命性突破，以完善的科技體系支撐新能源汽車產業又好又快發展，最終實現中國汽車工業的技術強國夢。

【作者單位：清華大學汽車安全與節能國家重點實驗室】

（摘自《科技導報》2016年第6期）