電動汽車市場及與技術發展的關系分析

摘要：在全球能源危機和環境挑戰日益嚴峻的背景下，電動汽車作為一種高效、清潔的交通解決方案，正迎來蓬勃發展。我國積極響應全球趨勢，在政策和市場規模上均大力推動電動汽車產業。首先分析了我國電動汽車市場的現狀，包括純電動、混合動力和燃料電池汽車的市場份額，并闡述了技術進步對市場發展的驅動作用。隨后，深入剖析了電動汽車的核心技術，即“三電”系統（電驅、電池、電控），并對電池技術的發展進行了重點分析。研究表明，市場需求與技術進步相互促進，共同推動電動汽車產業發展。最后，探討了未來電動汽車發展趨勢，特別是充電基礎設施建設的重要性，并提出相關建議，旨在為行業發展提供參考。

關鍵詞：電動汽車；市場發展；三電系統；充電站；新能源

中圖分類號：U461" 收稿日期：2024-12-10

DOI：1019999/jcnki1004-0226202502002

1 前言

全球能源危機和環境問題推動了電動汽車的快速發展。我國在過去幾十年里積極推動電動汽車產業，從早期的“863計劃”到“十城千輛”示范項目，再到《新能源汽車產業發展規劃》等政策，支持力度不斷加大。2022年，我國新能源汽車產銷量分別達到7058萬輛和6887萬輛，同比大幅增長[1]。電動汽車不僅能顯著降低能源消耗和污染物排放，還有助于可再生能源的發展，推動碳達峰和碳中和目標的實現。與此同時，動力電池、電機和電控等關鍵技術的進步，也為電動汽車的性能提升和市場發展提供了重要支撐。

2 電動汽車市場細化分析

21 純電動汽車

純電動汽車（BEV）是當前電動汽車市場主力，以動力電池為唯一能量來源，電動機驅動，具有零排放、運行安靜等特點。其電動機能量轉化效率遠高于內燃機，并能實現能量回收，顯著降低能耗。例如，燃油車百公里能耗約76662 kW·h，而純電動汽車僅為35001 kW·h。截至2024年6月底，我國純電動汽車數量達1 8134萬輛，占新能源汽車總量的7335%；2023年末保有量為1 552萬輛，占新能源汽車總量的7604%[1]。2024年上半年新注冊登記純電動汽車4397萬輛，同比增長3941%，創歷史新高。2023年度新登記新能源汽車743萬輛，純電動汽車占據主導。動力電池方面，主流純電動汽車多采用鋰離子電池，能量密度可達200 W·h/kg以上，支持快充，部分車型30 min內可充至80%[2]。驅動電機效率高，主流永磁同步電機效率可達95%以上，最大功率超200 kW。2023年我國新能源汽車購買調查顯示，518%的受訪者已購買新能源汽車，118%計劃購買，335%仍在觀望，僅29%不計劃購買。387%的受訪者偏好21～40萬價位的新能源汽車，其次是41～60萬（371%）。整體來看，新能源汽車市場需求旺盛，中高端價位車型更受歡迎[3]。

22 混合動力汽車

混合動力汽車（HEV）采用兩種或多種不同類型的能量源及其相應的驅動系統，既可單獨工作，也可協同運行。常見的混合動力系統包括汽油發動機與電動機的組合，部分車型還配備了能量回收系統。混合動力汽車的優勢在于可以根據駕駛情況自動在電動和燃油模式之間切換，既能降低油耗，又能緩解充電設施不足的問題。在城市低速行駛時，車輛可以采用純電模式，實現零排放；而在高速行駛或需要較大動力時，則可啟用發動機驅動，保證車輛的動力性。混合動力車型為解決充電站不完善和里程焦慮問題提供了一種過渡方案，在充電基礎設施尚未完全普及的情況下，仍具有一定的市場需求。

23 燃料電池電動汽車

燃料電池電動汽車（FCEV）是一種采用車載燃料電池發電驅動的電動汽車。它通過氫氣和氧氣在燃料電池中的化學反應產生電力，排放物只有水，因此具有真正的零排放特性。燃料電池的能量轉化效率高，通常可達50%以上，續航里程較長，部分車型可達500 km以上。燃料電池電動汽車的優點還包括噪音小、運行平穩。雖然燃料電池電動汽車具有諸多優勢，但其發展仍面臨一些挑戰，如氫燃料基礎設施建設成本高、氫氣儲存和運輸難度大，以及燃料電池本身的關鍵材料和核心技術仍需突破 [4]。

3 市場需求反向驅動技術創新

31 消費者需求驅動技術研發方向

消費者需求是電動汽車技術創新的核心驅動力。制造商通過市場調研和用戶反饋，調整研發重點。續航焦慮促使電池技術不斷升級，從鎳鈷錳酸鋰到磷酸鐵鋰，再到固態電池，旨在提升能量密度。為滿足充電便利性，快充技術如800 V高壓平臺、大功率充電樁和無線充電等被大力研發。安全性是另一關注點，促使電池材料和結構優化，如磷酸鐵鋰和固態電池的應用，以及熱管理系統的改進。此外，成本敏感性推動電池成本降低，促使更經濟型電動汽車的推出，加速市場普及。

32 市場競爭加速技術迭代

除了消費者需求，市場競爭也是推動技術迭代的重要力量。在激烈的市場競爭中，電動汽車制造商為了脫穎而出，必須不斷推出更先進的技術和產品，并以此建立自己的競爭壁壘。例如，特斯拉憑借其先進的電池技術、自動駕駛技術和超級充電網絡，在電動汽車市場中占據領先地位。而我國電動汽車制造商，如比亞迪，則通過刀片電池技術、DM-i混動技術等在各自領域取得了顯著的成就。此外，蔚來汽車的換電技術、小鵬汽車的智能輔助駕駛系統等，也都是在市場競爭下涌現出來的創新技術。

4 當前電動汽車市場關鍵技術分析

41 電驅系統

電動汽車的電驅系統是核心動力，決定車輛性能和效率，由電機、傳動機構和變換器組成。

電機是核心部件，將電能轉化為機械能驅動車輛。當前主流電機類型包括永磁同步電機和交流感應異步電機。永磁同步電機以其高效、高功率密度和輕量化優勢被廣泛應用，如特斯拉Model S Plaid采用的永磁同步電機，峰值功率可達760 kW，最大扭矩達1 420 N·m，并在20%～80%負載區間保持92%以上的高效率，轉速范圍高達18 000 r/min。而交流感應異步電機則具有結構簡單、成本較低的特點，如比亞迪秦EV采用的電機，峰值功率160 kW，扭矩330 N·m。電機控制器根據駕駛指令，精確調節電機轉速和扭矩，實現平穩加速和能量回收。

傳動機構負責將電機的轉速和扭矩傳遞到車輪，主要包括減速器和差速器。減速器通過齒輪傳動，降低電機轉速并放大扭矩，如蔚來ES8的減速比為9∶1。電子差速器，如保時捷Taycan所采用的電子差速器通過控制電機輸出，實現精確的車輪轉速差控制，提升操控性。電動汽車無需復雜變速箱，僅需固定齒比減速器，提高了傳動效率。

變換器負責直流電和交流電的轉換，包括逆變器和DC-DC變換器。DC-DC變換器將高壓直流電轉換為低壓直流電，為車載設備供電，如小鵬P7的DC-DC變換器，效率為92%以上，輸出功率高達3 kW。電驅系統的高效和可靠性是電動汽車高性能和長續航的基礎，技術創新不斷提升其性能[5]。

42 電池系統

電動汽車的電池系統是儲能核心，直接決定車輛的續航和充電速度。電池系統包括電池單體（電芯）、電池模組、電池包以及電池管理系統（BMS）。

電池單體是基本單元，性能直接影響電池包。鋰離子電池是主流，根據封裝形式分為方形、軟包和圓柱形。寧德時代CTP技術的方形NCM811電池，能量密度達290 W·h/kg，軟包電池（LG Energy Solution）能量密度可達320 W·h/kg以上。圓柱形電池因成本和散熱優勢，仍用于部分車型，如早期特斯拉Model 3的2170電池。磷酸鐵鋰（LFP）電池以其成本和安全優勢，占住市場較大份額，如比亞迪刀片電池，能量密度180 W·h/kg。

電池模組由單體串并聯組成，影響電池包的性能、熱管理和安全性。

電池包是核心，包含電芯、模組、連接器、散熱系統、外殼和保護系統，設計需考慮能量、功率、安全、散熱和機械強度等。

電池管理系統（BMS）負責監控和管理電池，包括電壓、電流、溫度、電量、健康狀態等。BMS防止電池過充過放，平衡電芯差異，延長電池壽命，確保安全可靠運行， BMS還能預測電池剩余電量和可行駛里程，以及充放電歷史數據，電池技術的進步不斷提高其能量密度、充電速度和安全性能。

43 電控系統

電動汽車的電控系統是其智能核心，負責接收駕駛員指令，協調各子系統，實現車輛平穩、高效和安全運行。電控系統主要包括整車控制器（VCU）、電機控制器（MCU）和電池管理系統（BMS）。

VCU是系統的指揮中心，接收駕駛員指令和各子系統狀態信息，協調各系統協同工作，實現車輛平穩、高效和安全運行。例如，大眾ID4的VCU根據駕駛員加速踏板開度，發送加速指令，并協調電池系統提供電能。VCU功能復雜，包含驅動力分配、能量回收、扭矩控制、車輛穩定性控制、故障診斷和安全保護等。現代VCU采用高性能處理器和嵌入式操作系統，如英偉達DRIVE AGX平臺被高端電動汽車廣泛使用。

MCU是執行單元，根據VCU指令，控制電機的轉速、扭矩和方向，實現驅動和制動。電機控制器通過電力電子器件將直流電轉換為交流電，驅動電機運轉。如特斯拉Model Y的電機控制器，峰值電流達750 A，能精確控制電機轉速，并能快速響應駕駛指令。為提高控制精度和效率，MCU通常采用矢量控制算法和磁場定向控制技術。隨著SiC器件的應用，電機控制器的效率、功率密度和散熱能力顯著提升，如比亞迪漢的電機控制器就采用了SiC模塊。

BMS不僅負責監控電池的電壓、電流、溫度、電量和健康狀態，還負責控制電池的充放電過程，確保電池的安全可靠運行并延長電池的使用壽命。

5 電動汽車市場預測與展望

在全球環境問題日益嚴峻以及各國政府積極推動能源轉型的背景下，電動汽車市場正迎來前所未有的發展機遇。我國制定了零化石燃料的長期發展目標，并通過政策支持、基礎設施建設等多種手段，大力推動新能源汽車產業的發展。比亞迪在2022年蟬聯全球新能源汽車銷量冠軍，年銷量達到1869萬輛，同比增長1525%，這充分展現了我國新能源汽車市場的巨大潛力。政策層面，國務院明確提出到2025年，我國新能源汽車新車銷量要達到新車銷售總量的20%，這意味著未來幾年電動汽車的產銷量將呈現持續增長的態勢。

隨著電動汽車保有量的快速增長，充電基礎設施的建設變得至關重要。充電樁的不足不僅會限制電動汽車的普及，還會給用戶帶來充電焦慮。因此，加快充電樁的建設，提高充電樁的覆蓋率和充電效率，是未來電動汽車發展的重要保障。同時，還需要推動充電技術的創新，如發展無線充電、快速充電等技術，以提升用戶體驗。此外，充電樁的智能化和數字化也是未來的發展方向，通過智能化的充電管理系統，可以優化充電資源的分配，降低充電成本，提高充電效率。

6 結語

本文對我國電動汽車市場和充電站的發展現狀進行了分析，并探討了其未來趨勢。我國電動汽車保有量已居世界前列，但產業發展仍需完善。應充分利用國家政策，加大技術投入，完善產業鏈，建立高效的配套體系；發展電動汽車產業，需明確自身發展現狀和問題，才能為后續發展奠定基礎；電池技術的進步不斷提高其能量密度、充電速度和安全性能[5]。

參考文獻：

[1]2024年上半年新注冊登記新能源汽車增長近40%[EB/OL].（2024-08-11）[2024-12-10]https：//wwwbeijinggovcn/ywdt/zybwdt/202408/t20240811_3771344html

[2]楊燁電動汽車消費者行為分析及其對市場擴散的影響研究[D]北京：華北電力大學（北京），2022

[3]詹祥澎，楊軍，韓思寧，等考慮電動汽車可調度潛力的充電站兩階段市場投標策略[J]電力系統自動化，2021，45（10）：86-96

[4]何春麗新能源汽車市場需求與政策導向研究[D]成都：西南財經大學，2020

[5]張勇電動汽車充電服務供給與匹配研究[D]重慶：重慶大學，2015

作者簡介：

周小靜，女，1991年生，講師，研究方向為汽車技術服務。