我國新能源汽車產(chǎn)品現(xiàn)狀與展望

張弛　陸基雄

摘 要：近年來，我國新能源汽車市場發(fā)展迅猛，本文對目前中國市場上主流的新能源汽車產(chǎn)品類型進行介紹，對其優(yōu)缺點進行分析。并對未來新能源汽車發(fā)展的幾個技術(shù)方向進行了展望。

關(guān)鍵詞：新能源汽車 純電動汽車 插電式混動汽車 增程式混動汽車

Current Status and Prospects of New Energy Vehicle Products in China

Zhang Chi Lu Jixiong

Abstract：In recent years， China's new energy vehicle market has developed rapidly. This article introduces the current mainstream new energy vehicle product types in the Chinese market， and analyzes their advantages and disadvantages. It also looked forward to several technical directions for the development of new energy vehicles in the future.

Key words：new energy vehicles， pure electric vehicles， plug-in hybrid vehicles， extended-range hybrid vehicles

1 引言

根據(jù)中汽協(xié)數(shù)據(jù)，2020年，中國國內(nèi)汽車產(chǎn)銷超過2520萬輛，連續(xù)12年蟬聯(lián)全球最大的汽車市場。數(shù)字雖然亮眼，但是“大而不強”的問題依舊存在。在發(fā)動機、底盤等傳統(tǒng)汽車關(guān)鍵技術(shù)領(lǐng)域，我們的核心競爭力還是不夠。為了讓我國的汽車工業(yè)“由大變強”，各方都在積極探索。而發(fā)展新能源汽車是目前各方都廣泛認可的一條路徑。一方面，在這個領(lǐng)域，我們和老牌汽車強國站在同一條起跑線上，因為新能源汽車根本不需要傳統(tǒng)內(nèi)燃發(fā)動機，所以有可能在關(guān)鍵技術(shù)領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)彎道超車或換道超車。[1]另一方面，我國傳統(tǒng)內(nèi)燃機汽車對燃料消耗的增加量也日漸增長，中國作為第一大石油進口國，石油安全因素也制約著傳統(tǒng)汽車工業(yè)的發(fā)展。

因此，我國政府在《中國制造2025》中，把新能源汽車被列為未來30年重點發(fā)展的領(lǐng)域之一。國家為此配套發(fā)布了一系列產(chǎn)業(yè)扶持政策。包括新能源專有牌照，免征購置稅，新能源汽車國家補貼和地方補貼。在這一系列政策的推動處理下，近幾年中國的新能源汽車市場蓬勃發(fā)展。根據(jù)中汽協(xié)數(shù)據(jù)，2020年全球銷售新能源汽車約312萬輛，同比增長40%。中國市場以新能源汽車銷量136萬輛連續(xù)6年位居全球第一。在銷量構(gòu)成中，純電動汽車銷售111.5萬輛，約占80%，插電式混動汽車銷售25.1萬輛，約占20%。[2]

本文對目前中國市場上主流的新能源汽車技術(shù)路線和產(chǎn)品進行介紹和分析，并對中國新能源汽車產(chǎn)業(yè)未來的發(fā)展進行討論。

2 新能源車的中國市場發(fā)展現(xiàn)狀

如前文所說，目前的中國新能源汽車市場，應(yīng)該說還是政策導(dǎo)向的市場，雖然技術(shù)路線有所區(qū)別，但是總體來說，只要符合國家新能源拍照和補貼的新能源車輛，都在市場上占有一定的份額。目前主要的技術(shù)路線有以下幾類：

2.1 插電混動

所謂插電混動，是使用傳統(tǒng)內(nèi)燃機和電動機同時作為車輛動力輸出，而且油箱和動力電池同時作為儲能裝置的一類混合動力車輛，如圖1。因為車輛可以外接電源對動力電池進行充電，所以稱為插電混動。這類車輛可以通過在單位和小區(qū)充電設(shè)施上進行充電，實現(xiàn)“短途用電、長途用油”。

在目前充電樁等公共設(shè)施配套還不完善，動力電池的續(xù)航里程仍是廣大車主焦慮點的情況下，大多數(shù)車企都選擇了插電式混動的汽車產(chǎn)品作為過渡的新能源汽車產(chǎn)品。對于產(chǎn)品技術(shù)方案來說，主要是以原有的傳統(tǒng)動力車輛為基礎(chǔ)，增加一套電力驅(qū)動的動力系統(tǒng)，和原有的動力系統(tǒng)做并聯(lián)，實現(xiàn)混動。插電式混動車輛的主要優(yōu)缺點如下：

主要優(yōu)點：

對于車輛用戶來說，插電式混動車輛在沒有電的情況下，仍然可以作為傳統(tǒng)車輛來使用，可以視為新能源車輛的過渡方案，使用環(huán)境已無限接近燃油車，使用體驗已無限接近純電動車。[2]

對于汽車企業(yè)來說，插電式混動是在原本的燃油車基礎(chǔ)上進行改動，所投入的成本較小，可投產(chǎn)的時間周期更短。因此很多車企都紛紛推出了自己的插電混動產(chǎn)品。

主要缺點：

由于插電混動車輛是在原車型的基礎(chǔ)上在增加了一套混合動力系統(tǒng)，包括電池和電機等，所以對比傳統(tǒng)車型，車重會顯著增加。例如途觀L的傳統(tǒng)車型的質(zhì)量為1700kg，增加一套電力驅(qū)動系統(tǒng)之后，插電混動車型的整車質(zhì)量1860kg，增重約200公斤。因此對于車輛行駛過程來說，增加了整體能量消耗。因此從長遠來說，插電式混動是從內(nèi)燃機向電動機轉(zhuǎn)換的中間產(chǎn)品，過渡方案。

市場上具有代表性的產(chǎn)品包括大眾公司的途觀L PHEV，帕薩特PHEV，福特公司的蒙迪歐 PHEV，豐田公司的凱美瑞雙擎等。

2.2 增程式電動

所謂增程式電動汽車，在技術(shù)路線上也叫做串聯(lián)式混動，它是在普通燃油車的基礎(chǔ)上，增加一個“增程器”。在增程器的作用下，車輛的發(fā)動機不直接驅(qū)動車輛，而是向電池充電，然后由電池驅(qū)動電機，再由電機驅(qū)動車輛，如圖2。

主要優(yōu)點：

增程式電動車的主要優(yōu)點包括三點：一是車輛的發(fā)動機會一直工作在最有效率的區(qū)間，會比較容易達到經(jīng)濟的油耗水平，二是車輛由電機直接驅(qū)動，在使用體驗上可以獲得電動車的使用體驗，即可以獲得恒定扭矩輸出，線性的加速，三是車輛仍然靠加注燃油，驅(qū)動內(nèi)燃機來產(chǎn)生能量，因此沒有純電動車的里程焦慮。

主要缺點：

增程式電動車的缺點同樣也很明顯，主要包括以下兩點：首先因為仍然是靠電動機驅(qū)動車輛，雖然在城市道路工況可以獲得較為經(jīng)濟的能耗，但是受限于電動機的工作原理，而且車重較重的原因，車輛在高速道路行駛時能耗表現(xiàn)較差。其次，因為車輛需要消耗燃油，依靠增程式電動車產(chǎn)品，還是無法擺脫對石油能源的依賴。

市場上比較典型的產(chǎn)品包括：通用公司的VELITE5，理想公司的理想One等。

2.3 純電動

所謂純電動車，是指使用動力電池作為儲能裝置，電動機作為動力輸出裝置的車輛，如圖3。這也是目前新能源汽車市場的主流。對于市場上的汽車產(chǎn)品來說，在純電動車的技術(shù)路線的選擇上，沒有本質(zhì)的不同。

主要優(yōu)點：

純電動汽車的優(yōu)勢，因為使用了電動機，可以直接解決內(nèi)燃機車輛的發(fā)動機噪音，抖動，排放問題。在使用成本上，用電成本通常只有用油成本的一半左右，如果考慮晚間谷時電量，成本還能進一步降低，同時對于優(yōu)化電力資源配置也有幫助。在后期的車輛使用保養(yǎng)方面，對比燃油車需要更換，清洗發(fā)動機相關(guān)零部件，電動車只需要定期檢查電池和電機等組件即可，非常便利。

主要缺點：

純電動汽車目前存在的主要問題續(xù)航里程短，主流的續(xù)航里程在500km左右，考慮到其他車載用電器的電耗和高速情況下電耗增加，實際情況中這樣的續(xù)航里程只能應(yīng)付日常的通勤。如果要應(yīng)對中長途的出行，那么旅途中的充電就無法避免了。這就引出了電動車使用的另一個問題，充電時間過長。雖然很多產(chǎn)品宣傳在快充模式下，可以1小時充滿70%或80%的電量，但是在實際車輛使用過程中，這樣的充電效率無疑還是會大大影響人們的出行體驗，而且如果頻繁地使用快充模式的話，也會對電池本身造成損害。如果在考慮到目前公共充電樁不樂觀的使用維護情況，旅途中的充電無疑顯得更加地困難。另一種慢充模式，主要是應(yīng)對車輛日間夜間長時間停放的場景，用8-10的小時的時間緩慢地將電池電量充滿，無法應(yīng)對旅途中充電的場景。

主要的代表產(chǎn)品有比亞迪的漢，秦EV，特斯拉的Model 3，Model Y，大眾集團的ID.3，ID.4

3 新能源車未來發(fā)展方向

3.1 電池技術(shù)的發(fā)展

眾所周知，新能源汽車目前最大問題就是里程焦慮。當前新能源汽車主流的續(xù)航里程大約在300～500km，這樣的續(xù)航里程雖然可以滿足大部分市內(nèi)交通出行的需求。但是對于中長途的旅行來說就會出現(xiàn)問題。提升車輛續(xù)航里程最直接的辦法，就是提高動力電池所儲存的能量，在動力電池體積不變的情況下，也就是提升動力電池電芯的能量密度，這也是國家政策所鼓勵的一個方向。

在新能源汽車的國家補貼中規(guī)定，新能源汽車所使用電池系統(tǒng)的能量密度必須達到某一個標準值，否則無法獲得國家補貼金額。而這個標準值也在每年水漲船高，從具體數(shù)值上來看，如果想要獲得100%的國家補貼金額，對于電池系統(tǒng)的能量密度要求，2018年是120Wh/kg，而到了2021年，提升到了160Wh/kg。此外在《中國制造2025》中，對于動力電池發(fā)展路線圖也做了要求：我國動力電池單體電芯能量密度2020年達到300 Wh/kg，2025年達到400Wh/kg，2030年達到500Wh/kg。

在這一系列政策的助推下，我們可以看到，市場主流車企的電池能量密度水平獲得了顯著提高，例如2018年上汽大眾朗逸純電動車型的電池系統(tǒng)能量密度，大約是105Wh/kg的水平，那么2021年即將面試的MEB車型，電池能量密度達到了175Wh/kg的水平。

目前學(xué)界和產(chǎn)業(yè)界對于電池能量密度的優(yōu)化，主要有以下幾個方向：

3.1.1 電池正極材料優(yōu)化

電池正極材料的一個優(yōu)化方向是使用高鎳材料，目前主流的三元鋰電池的正極材料組成主要是鎳、鈷、錳三種。通過調(diào)整這幾種材料的使用比例，可以改變電池的性能。例如，提高鎳的使用比例，可以提高電芯的能量密度。同時相應(yīng)地可以降低鈷的使用比例，因為鈷屬于高價貴金屬，使用比例降低后可以大大降低電池的成本。因此，我們可以看到目前市場上主流的NCM（鎳鈷錳）型三元鋰電池產(chǎn)品的材料比例（鎳鈷錳）從532/622過渡到目前主流的811。而且在未來，更進一步的無鈷高鎳三元材料將會是一個可行發(fā)展方向。

此外，使用新型的正極材料同樣是電池正極材料優(yōu)化的另一個方向，例如北京大學(xué)夏定國課題組[4]提出了一種具有Li2MnO3單層超結(jié)構(gòu)的O2型LiMO2富鋰材料Li1.25Co0.25Mn0.50O2，得到了高達400mAh/g的容量，平均電壓為3.4V，折算能量密度高達1360Wh/kg。同時，該材料還具有較高的首次效率和穩(wěn)定的電壓平臺，使富鋰錳基材料離實際應(yīng)用又推進了一大步。 目前國內(nèi)已經(jīng)有幾家企業(yè)宣稱可以量產(chǎn)富鋰錳基材料，但其性能還需要等待市場的最終檢驗。

3.1.2 電池負極材料優(yōu)化

目前應(yīng)用最廣的電池負極材料主要是石墨這種碳基材料，包括人造石墨，天然石墨等。但是碳材料的理論容量較低，未來如果需要進一步提升電池的能量密度，就需要考慮使用其他負極材料種類。目前可能的發(fā)展方向是碳-硅復(fù)合材料。從理論容量上來說，硅基材料的理論容量是碳基材料的十倍以上，而且硅物質(zhì)在自然界的儲量也比較豐富，價格較為低廉。目前在特斯拉的Model3使用的松下18650電池，在傳統(tǒng)石墨負極材料中加入了10%的硅，提升了電池的能量密度。未來如果通過硅納米化，碳/多孔硅復(fù)合材料，能夠克服多次充放電過程中，硅體積表面問題，那么硅基的負極材料會得到更廣泛的產(chǎn)業(yè)應(yīng)用。

3.1.3 電池整包的結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化

此外，對于電池整包的結(jié)構(gòu)設(shè)計進行優(yōu)化，使其零件結(jié)構(gòu)更加緊湊高效，也是目前很多企業(yè)所努力的發(fā)展方向。例如2020年，比亞迪公司公布的刀片電池技術(shù)，“刀片電池”其實是磷酸鐵鋰電池，又稱超級磷酸鐵鋰電池。之所以取名為“刀片電池”，主要是由于電芯的排布方式是像“刀片”一樣插入到電池包中，與傳統(tǒng)的動力電池電芯不同，刀片電池采用CTP（Cell to Pack）無模組直接集成為電池包技術(shù)，電芯直接構(gòu)成電池包。大大提高了電池包的空間利用率、提升電池包整體的能量密度。

例如固態(tài)電池技術(shù)

發(fā)展固態(tài)電池技術(shù)的主要工作就是開發(fā)高電導(dǎo)率的固態(tài)電解質(zhì)材料， 構(gòu)建良好的電解質(zhì)和電極固-固界面及正極內(nèi)部的離子導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)。

但是我們同樣也應(yīng)該意識到，近幾年對電池能量密度的一味追求，某些企業(yè)在未完全解決電極材料問題時，就快速推出高能量密度動力電池，引發(fā)了許多電動汽車燃燒爆炸事件，引起了社會廣泛關(guān)注，對電動汽車的發(fā)展造成了負面影響。

國家政府也充分意識到了這一問題，最近兩年的政策中也把電池的安全問題放在了比較重要的地位，比如去年發(fā)布的新國標GB《電動汽車用動力蓄電池安全要求》中就把電池的熱擴散作為一個國家標準要求所有的新能源汽車企業(yè)必須遵守執(zhí)行。其中規(guī)定，對電池系統(tǒng)新增熱擴散試驗;試驗要求，在電池系統(tǒng)發(fā)生熱擴散時，車輛需發(fā)出報警號，在信號發(fā)出后5 分鐘內(nèi)，不危及駕駛艙及乘員安全;試驗過程中，一般要求5 分鐘內(nèi)從電池包外觀察，不可產(chǎn)生明火。

在政策的指導(dǎo)下，我們也希望后續(xù)電池的發(fā)展不要片面追求能量密度，而是兼顧電池的綜合性能。

3.2 充電樁等公共設(shè)施的普及

根據(jù)中國電動汽車充電基礎(chǔ)設(shè)施促進聯(lián)盟發(fā)布2020年電動汽車充換電基礎(chǔ)設(shè)施運行情況，2020年全年，充電基礎(chǔ)設(shè)施增量為46.2萬臺，公共充電基礎(chǔ)設(shè)施增量同比增長12.4%，但隨車配建充電設(shè)施增量依然不高，同比下降24.3%。截至2020年12月，全國充電基礎(chǔ)設(shè)施累計數(shù)量為168.1萬臺，同比增加37.9%。

充電樁網(wǎng)絡(luò)建設(shè)是新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ)保障。根據(jù)中國電動汽車充電基礎(chǔ)設(shè)施促進聯(lián)盟聯(lián)盟年報統(tǒng)計，目前我們國家的充電樁車樁比由2015年的7.84：1提升至2020年的3：1，但是距離國家發(fā)改委在《電動汽車充電基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)展指南（2015-2020年）》所要求的到2020年底實現(xiàn)車樁比1：1的目標還有很大的差距，充電設(shè)施短缺已經(jīng)成為抑制新能源汽車發(fā)展的一個重要因素。

中國的充電樁建設(shè)模式是政府+企業(yè)共同合作進行充電樁建設(shè)，企業(yè)的充電樁建設(shè)以特斯拉為例。目前在國內(nèi)建立超過700座，5800個超級充電樁。后續(xù)還在不斷地進行充電樁的建設(shè)。政府方面，2020年3月，充電樁建設(shè)被列入“新基建”七大重點領(lǐng)域，根據(jù)財政部的信息數(shù)據(jù)，為了支持地方做好充電設(shè)施建設(shè)，中央財政從2014年起對地方開展充電設(shè)施建設(shè)給予獎勵性補助。截至目前，中央財政已經(jīng)安排獎勵資金45億元，包括各個地方政府也對充電樁安裝配套相關(guān)政策和補貼，目前已經(jīng)形成了中央和地方協(xié)同推進建設(shè)的格局。為了進一步提高充電樁的普及率，后續(xù)在城市老舊小區(qū)改造、基礎(chǔ)設(shè)施更新過程中，需要多方共同配合開展充電設(shè)施建設(shè)運營。一方面加強新型充電技術(shù)研發(fā)應(yīng)用，提高充電樁的充電功率，另一方面提高設(shè)施的共享程度，增加已建成充電樁的利用率，并通過財政補貼和政策激勵，調(diào)動各方建樁積極性。

3.3 其他新能源車輛產(chǎn)品

新能源汽車產(chǎn)品，除了電動汽車之外，還包括其他的新能源產(chǎn)品，同樣很具有發(fā)展?jié)摿?。其中最具代表性的就是氫能源汽車。萬鋼就曾經(jīng)表示表示，氫燃料電池汽車和純電動汽車同等重要、互不替代，建議國家把氫能納入國家的能源戰(zhàn)略體系[2]。與傳統(tǒng)的化石能源相比，氫能具有燃燒熱值高、發(fā)電效率高、清潔無污染、儲運便捷、來源廣泛、利用形式多、安全性能好等諸多優(yōu)點。氫能源汽車環(huán)境相容性良好、能量轉(zhuǎn)換效率高、噪音小、續(xù)航里程長、加注燃料時間短、無需充電，被視為最理想可替代傳統(tǒng)汽車的交通工具[5]

但是我國在氫能源的基礎(chǔ)設(shè)施方面，配套仍比較落后。管網(wǎng)運氫大概只有400公里左右，加氫站至2018年底只有23座，世界排名第一的日本則擁有96座。在整車制造方面，生產(chǎn)數(shù)量依然十分有限。截至2019年，中國氫能源汽車產(chǎn)業(yè)集群達到60家企業(yè)，但是氫能源汽車產(chǎn)量不足3000輛。北上廣深等大城市并未形成氫能源汽車產(chǎn)業(yè)集群，氫能源產(chǎn)業(yè)只是集聚于張家口、常熟等中小城市。

從氫能源汽車產(chǎn)品本身來說，它的使用的優(yōu)勢主要包括：氫氣的能量密度較高，相同質(zhì)量的氫氣，可以獲得比汽油更長的續(xù)航里程，此外氫氣的加注速度很快，基本和加油相類似。

氫能源汽車目前存在的主要問題有以下三點：一是目前的氫能源汽車的反應(yīng)裝置，會使用到貴金屬鉑，因此成本非常高。二是氫氣的加氫站目前布點還很少，氫氣的加注非常不方便。第三點，目前的氫能源汽車產(chǎn)品技術(shù)路線，都是將氫氣反應(yīng)產(chǎn)生的能量先轉(zhuǎn)換成電能，然后驅(qū)動電機，這個過程中包含兩次能量轉(zhuǎn)換，氫氣的化學(xué)能轉(zhuǎn)換為電能，電能轉(zhuǎn)換為機械能，中間會有能量損耗。

代表產(chǎn)品主要是豐田公司的Mirai 2氫燃料汽車，產(chǎn)品2020年發(fā)布上市，車輛裝載三個儲氫罐，攜帶氫氣為5.6KG，續(xù)航里程為850公里。但是反觀國內(nèi)市場，在氫能源車輛產(chǎn)品方面還是比較匱乏的，已知的有上汽大通FCV80燃料電池汽車、榮威950燃料電池轎車。

4 結(jié)語

在政策和資本的雙重推動下，近幾年我國的新能源汽車蓬勃發(fā)展。讓人欣喜和振奮的是，在新能源汽車產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域，我國企業(yè)逐漸在世界市場中占有一席之地，但是發(fā)展的道路從來不會一帆風順。在發(fā)展過程中，需要各家企業(yè)主體方注意把握技術(shù)方向，優(yōu)化資源投入;政府的產(chǎn)業(yè)政策做好引領(lǐng)和扶持作用;市場用戶對企業(yè)多一些寬容和耐心。在幾方的合力下，相信我國的新能源汽車產(chǎn)業(yè)定會做大做強，助力中國制造2025的戰(zhàn)略目標的實現(xiàn)。

參考文獻：

[1]中國新能源汽車發(fā)展得失 經(jīng)濟觀察報 林芝罘 2018.03.20.

[2]把握形勢 聚焦轉(zhuǎn)型 引領(lǐng)創(chuàng)新 記2020中國電動汽車百人會論壇 高馳 汽車與配件 2020.03.

[3]淺談增程式電動汽車的現(xiàn)狀及未來發(fā)展 熊雄 時代汽車 2020.01.

[4]高能量密度動力電池材料電化學(xué) 沈炎賓，陳立桅，科學(xué)通報 2020，vol.65.

[5]我國氫能源汽車業(yè)發(fā)展的主要方向 楊枝煌，楊南龍 開放導(dǎo)報 2020.02.