我国新能源汽车产品现状与展望

张弛　陆基雄

摘 要：近年来，我国新能源汽车市场发展迅猛，本文对目前中国市场上主流的新能源汽车产品类型进行介绍，对其优缺点进行分析。并对未来新能源汽车发展的几个技术方向进行了展望。

关键词：新能源汽车 纯电动汽车 插电式混动汽车 增程式混动汽车

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

根据中汽协数据，2020年，中国国内汽车产销超过2520万辆，连续12年蝉联全球最大的汽车市场。数字虽然亮眼，但是“大而不强”的问题依旧存在。在发动机、底盘等传统汽车关键技术领域，我们的核心竞争力还是不够。为了让我国的汽车工业“由大变强”，各方都在积极探索。而发展新能源汽车是目前各方都广泛认可的一条路径。一方面，在这个领域，我们和老牌汽车强国站在同一条起跑线上，因为新能源汽车根本不需要传统内燃发动机，所以有可能在关键技术领域实现弯道超车或换道超车。[1]另一方面，我国传统内燃机汽车对燃料消耗的增加量也日渐增长，中国作为第一大石油进口国，石油安全因素也制约着传统汽车工业的发展。

因此，我国政府在《中国制造2025》中，把新能源汽车被列为未来30年重点发展的领域之一。国家为此配套发布了一系列产业扶持政策。包括新能源专有牌照，免征购置税，新能源汽车国家补贴和地方补贴。在这一系列政策的推动处理下，近几年中国的新能源汽车市场蓬勃发展。根据中汽协数据，2020年全球销售新能源汽车约312万辆，同比增长40%。中国市场以新能源汽车销量136万辆连续6年位居全球第一。在销量构成中，纯电动汽车销售111.5万辆，约占80%，插电式混动汽车销售25.1万辆，约占20%。[2]

本文对目前中国市场上主流的新能源汽车技术路线和产品进行介绍和分析，并对中国新能源汽车产业未来的发展进行讨论。

2 新能源车的中国市场发展现状

如前文所说，目前的中国新能源汽车市场，应该说还是政策导向的市场，虽然技术路线有所区别，但是总体来说，只要符合国家新能源拍照和补贴的新能源车辆，都在市场上占有一定的份额。目前主要的技术路线有以下几类：

2.1 插电混动

所谓插电混动，是使用传统内燃机和电动机同时作为车辆动力输出，而且油箱和动力电池同时作为储能装置的一类混合动力车辆，如图1。因为车辆可以外接电源对动力电池进行充电，所以称为插电混动。这类车辆可以通过在单位和小区充电设施上进行充电，实现“短途用电、长途用油”。

在目前充电桩等公共设施配套还不完善，動力电池的续航里程仍是广大车主焦虑点的情况下，大多数车企都选择了插电式混动的汽车产品作为过渡的新能源汽车产品。对于产品技术方案来说，主要是以原有的传统动力车辆为基础，增加一套电力驱动的动力系统，和原有的动力系统做并联，实现混动。插电式混动车辆的主要优缺点如下：

主要优点：

对于车辆用户来说，插电式混动车辆在没有电的情况下，仍然可以作为传统车辆来使用，可以视为新能源车辆的过渡方案，使用环境已无限接近燃油车，使用体验已无限接近纯电动车。[2]

对于汽车企业来说，插电式混动是在原本的燃油车基础上进行改动，所投入的成本较小，可投产的时间周期更短。因此很多车企都纷纷推出了自己的插电混动产品。

主要缺点：

由于插电混动车辆是在原车型的基础上在增加了一套混合动力系统，包括电池和电机等，所以对比传统车型，车重会显著增加。例如途观L的传统车型的质量为1700kg，增加一套电力驱动系统之后，插电混动车型的整车质量1860kg，增重约200公斤。因此对于车辆行驶过程来说，增加了整体能量消耗。因此从长远来说，插电式混动是从内燃机向电动机转换的中间产品，过渡方案。

市场上具有代表性的产品包括大众公司的途观L PHEV，帕萨特PHEV，福特公司的蒙迪欧 PHEV，丰田公司的凯美瑞双擎等。

2.2 增程式电动

所谓增程式电动汽车，在技术路线上也叫做串联式混动，它是在普通燃油车的基础上，增加一个“增程器”。在增程器的作用下，车辆的发动机不直接驱动车辆，而是向电池充电，然后由电池驱动电机，再由电机驱动车辆，如图2。

主要优点：

增程式电动车的主要优点包括三点：一是车辆的发动机会一直工作在最有效率的区间，会比较容易达到经济的油耗水平，二是车辆由电机直接驱动，在使用体验上可以获得电动车的使用体验，即可以获得恒定扭矩输出，线性的加速，三是车辆仍然靠加注燃油，驱动内燃机来产生能量，因此没有纯电动车的里程焦虑。

主要缺点：

增程式电动车的缺点同样也很明显，主要包括以下两点：首先因为仍然是靠电动机驱动车辆，虽然在城市道路工况可以获得较为经济的能耗，但是受限于电动机的工作原理，而且车重较重的原因，车辆在高速道路行驶时能耗表现较差。其次，因为车辆需要消耗燃油，依靠增程式电动车产品，还是无法摆脱对石油能源的依赖。

市场上比较典型的产品包括：通用公司的VELITE5，理想公司的理想One等。

2.3 纯电动

所谓纯电动车，是指使用动力电池作为储能装置，电动机作为动力输出装置的车辆，如图3。这也是目前新能源汽车市场的主流。对于市场上的汽车产品来说，在纯电动车的技术路线的选择上，没有本质的不同。

主要优点：

纯电动汽车的优势，因为使用了电动机，可以直接解决内燃机车辆的发动机噪音，抖动，排放问题。在使用成本上，用电成本通常只有用油成本的一半左右，如果考虑晚间谷时电量，成本还能进一步降低，同时对于优化电力资源配置也有帮助。在后期的车辆使用保养方面，对比燃油车需要更换，清洗发动机相关零部件，电动车只需要定期检查电池和电机等组件即可，非常便利。

主要缺点：

纯电动汽车目前存在的主要问题续航里程短，主流的续航里程在500km左右，考虑到其他车载用电器的电耗和高速情况下电耗增加，实际情况中这样的续航里程只能应付日常的通勤。如果要应对中长途的出行，那么旅途中的充电就无法避免了。这就引出了电动车使用的另一个问题，充电时间过长。虽然很多产品宣传在快充模式下，可以1小时充满70%或80%的电量，但是在实际车辆使用过程中，这样的充电效率无疑还是会大大影响人们的出行体验，而且如果频繁地使用快充模式的话，也会对电池本身造成损害。如果在考虑到目前公共充电桩不乐观的使用维护情况，旅途中的充电无疑显得更加地困难。另一种慢充模式，主要是应对车辆日间夜间长时间停放的场景，用8-10的小时的时间缓慢地将电池电量充满，无法应对旅途中充电的场景。

主要的代表产品有比亚迪的汉，秦EV，特斯拉的Model 3，Model Y，大众集团的ID.3，ID.4

3 新能源车未来发展方向

3.1 电池技术的发展

众所周知，新能源汽车目前最大问题就是里程焦虑。当前新能源汽车主流的续航里程大约在300～500km，这样的续航里程虽然可以满足大部分市内交通出行的需求。但是对于中长途的旅行来说就会出现问题。提升车辆续航里程最直接的办法，就是提高动力电池所储存的能量，在动力电池体积不变的情况下，也就是提升动力电池电芯的能量密度，这也是国家政策所鼓励的一个方向。

在新能源汽车的国家补贴中规定，新能源汽车所使用电池系统的能量密度必须达到某一个标准值，否则无法获得国家补贴金额。而这个标准值也在每年水涨船高，从具体数值上来看，如果想要获得100%的国家补贴金额，对于电池系统的能量密度要求，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，对于动力电池发展路线图也做了要求：我国动力电池单体电芯能量密度2020年达到300 Wh/kg，2025年达到400Wh/kg，2030年达到500Wh/kg。

在这一系列政策的助推下，我们可以看到，市场主流车企的电池能量密度水平获得了显著提高，例如2018年上汽大众朗逸纯电动车型的电池系统能量密度，大约是105Wh/kg的水平，那么2021年即将面试的MEB车型，电池能量密度达到了175Wh/kg的水平。

目前学界和产业界对于电池能量密度的优化，主要有以下几个方向：

3.1.1 电池正极材料优化

电池正极材料的一个优化方向是使用高镍材料，目前主流的三元锂电池的正极材料组成主要是镍、钴、锰三种。通过调整这几种材料的使用比例，可以改变电池的性能。例如，提高镍的使用比例，可以提高电芯的能量密度。同时相应地可以降低钴的使用比例，因为钴属于高价贵金属，使用比例降低后可以大大降低电池的成本。因此，我们可以看到目前市场上主流的NCM（镍钴锰）型三元锂电池产品的材料比例（镍钴锰）从532/622过渡到目前主流的811。而且在未来，更进一步的无钴高镍三元材料将会是一个可行发展方向。

此外，使用新型的正极材料同样是电池正极材料优化的另一个方向，例如北京大学夏定国课题组[4]提出了一种具有Li2MnO3单层超结构的O2型LiMO2富锂材料Li1.25Co0.25Mn0.50O2，得到了高达400mAh/g的容量，平均电压为3.4V，折算能量密度高达1360Wh/kg。同时，该材料还具有较高的首次效率和稳定的电压平台，使富锂锰基材料离实际应用又推进了一大步。 目前国内已经有几家企业宣称可以量产富锂锰基材料，但其性能还需要等待市场的最终检验。

3.1.2 电池负极材料优化

目前应用最广的电池负极材料主要是石墨这种碳基材料，包括人造石墨，天然石墨等。但是碳材料的理论容量较低，未来如果需要进一步提升电池的能量密度，就需要考虑使用其他负极材料种类。目前可能的发展方向是碳-硅复合材料。从理论容量上来说，硅基材料的理论容量是碳基材料的十倍以上，而且硅物质在自然界的储量也比较丰富，价格较为低廉。目前在特斯拉的Model3使用的松下18650电池，在传统石墨负极材料中加入了10%的硅，提升了电池的能量密度。未来如果通过硅纳米化，碳/多孔硅复合材料，能够克服多次充放电过程中，硅体积表面问题，那么硅基的负极材料会得到更广泛的产业应用。

3.1.3 电池整包的结构设计优化

此外，对于电池整包的结构设计进行优化，使其零件结构更加紧凑高效，也是目前很多企业所努力的发展方向。例如2020年，比亚迪公司公布的刀片电池技术，“刀片电池”其实是磷酸铁锂电池，又称超级磷酸铁锂电池。之所以取名为“刀片电池”，主要是由于电芯的排布方式是像“刀片”一样插入到电池包中，与传统的动力电池电芯不同，刀片电池采用CTP（Cell to Pack）无模组直接集成为电池包技术，电芯直接构成电池包。大大提高了电池包的空间利用率、提升电池包整体的能量密度。

例如固态电池技术

发展固态电池技术的主要工作就是开发高电导率的固态电解质材料， 构建良好的电解质和电极固-固界面及正极内部的离子导电网络。

但是我们同样也应该意识到，近几年对电池能量密度的一味追求，某些企业在未完全解决电极材料问题时，就快速推出高能量密度动力电池，引发了许多电动汽车燃烧爆炸事件，引起了社会广泛关注，对电动汽车的发展造成了负面影响。

国家政府也充分意识到了这一问题，最近两年的政策中也把电池的安全问题放在了比较重要的地位，比如去年发布的新国标GB《电动汽车用动力蓄电池安全要求》中就把电池的热扩散作为一个国家标准要求所有的新能源汽车企业必须遵守执行。其中规定，对电池系统新增热扩散试验;试验要求，在电池系统发生热扩散时，车辆需发出报警号，在信号发出后5 分钟内，不危及驾驶舱及乘员安全;试验过程中，一般要求5 分钟内从电池包外观察，不可产生明火。

在政策的指导下，我们也希望后续电池的发展不要片面追求能量密度，而是兼顾电池的综合性能。

3.2 充电桩等公共设施的普及

根据中国电动汽车充电基础设施促进联盟发布2020年电动汽车充换电基础设施运行情况，2020年全年，充电基础设施增量为46.2万台，公共充电基础设施增量同比增长12.4%，但随车配建充电设施增量依然不高，同比下降24.3%。截至2020年12月，全国充电基础设施累计数量为168.1万台，同比增加37.9%。

充电桩网络建设是新能源汽车产业发展的基础保障。根据中国电动汽车充电基础设施促进联盟联盟年报统计，目前我们国家的充电桩车桩比由2015年的7.84：1提升至2020年的3：1，但是距离国家发改委在《电动汽车充电基础设施发展指南（2015-2020年）》所要求的到2020年底实现车桩比1：1的目标还有很大的差距，充电设施短缺已经成为抑制新能源汽车发展的一个重要因素。

中国的充电桩建设模式是政府+企业共同合作进行充电桩建设，企业的充电桩建设以特斯拉为例。目前在国内建立超过700座，5800个超级充电桩。后续还在不断地进行充电桩的建设。政府方面，2020年3月，充电桩建设被列入“新基建”七大重点领域，根据财政部的信息数据，为了支持地方做好充电设施建设，中央财政从2014年起对地方开展充电设施建设给予奖励性补助。截至目前，中央财政已经安排奖励资金45亿元，包括各个地方政府也对充电桩安装配套相关政策和补贴，目前已经形成了中央和地方协同推进建设的格局。为了进一步提高充电桩的普及率，后续在城市老旧小区改造、基础设施更新过程中，需要多方共同配合开展充电设施建设运营。一方面加强新型充电技术研发应用，提高充电桩的充电功率，另一方面提高设施的共享程度，增加已建成充电桩的利用率，并通过财政补贴和政策激励，调动各方建桩积极性。

3.3 其他新能源车辆产品

新能源汽车产品，除了电动汽车之外，还包括其他的新能源产品，同样很具有发展潜力。其中最具代表性的就是氢能源汽车。万钢就曾经表示表示，氢燃料电池汽车和纯电动汽车同等重要、互不替代，建议国家把氢能纳入国家的能源战略体系[2]。与传统的化石能源相比，氢能具有燃烧热值高、发电效率高、清洁无污染、储运便捷、来源广泛、利用形式多、安全性能好等诸多优点。氢能源汽车环境相容性良好、能量转换效率高、噪音小、续航里程长、加注燃料时间短、无需充电，被视为最理想可替代传统汽车的交通工具[5]

但是我国在氢能源的基础设施方面，配套仍比较落后。管网运氢大概只有400公里左右，加氢站至2018年底只有23座，世界排名第一的日本则拥有96座。在整车制造方面，生产数量依然十分有限。截至2019年，中国氢能源汽车产业集群达到60家企业，但是氢能源汽车产量不足3000辆。北上广深等大城市并未形成氢能源汽车产业集群，氢能源产业只是集聚于张家口、常熟等中小城市。

从氢能源汽车产品本身来说，它的使用的优势主要包括：氢气的能量密度较高，相同质量的氢气，可以获得比汽油更长的续航里程，此外氢气的加注速度很快，基本和加油相类似。

氢能源汽车目前存在的主要问题有以下三点：一是目前的氢能源汽车的反应装置，会使用到贵金属铂，因此成本非常高。二是氢气的加氢站目前布点还很少，氢气的加注非常不方便。第三点，目前的氢能源汽车产品技术路线，都是将氢气反应产生的能量先转换成电能，然后驱动电机，这个过程中包含两次能量转换，氢气的化学能转换为电能，电能转换为机械能，中间会有能量损耗。

代表产品主要是丰田公司的Mirai 2氢燃料汽车，产品2020年发布上市，车辆装载三个储氢罐，携带氢气为5.6KG，续航里程为850公里。但是反观国内市场，在氢能源车辆产品方面还是比较匮乏的，已知的有上汽大通FCV80燃料电池汽车、荣威950燃料电池轿车。

4 结语

在政策和资本的双重推动下，近几年我国的新能源汽车蓬勃发展。让人欣喜和振奋的是，在新能源汽车产业领域，我国企业逐渐在世界市场中占有一席之地，但是发展的道路從来不会一帆风顺。在发展过程中，需要各家企业主体方注意把握技术方向，优化资源投入;政府的产业政策做好引领和扶持作用;市场用户对企业多一些宽容和耐心。在几方的合力下，相信我国的新能源汽车产业定会做大做强，助力中国制造2025的战略目标的实现。

参考文献：

[1]中国新能源汽车发展得失 经济观察报 林芝罘 2018.03.20.

[2]把握形势 聚焦转型 引领创新 记2020中国电动汽车百人会论坛 高驰 汽车与配件 2020.03.

[3]浅谈增程式电动汽车的现状及未来发展 熊雄 时代汽车 2020.01.

[4]高能量密度动力电池材料电化学 沈炎宾，陈立桅，科学通报 2020，vol.65.

[5]我国氢能源汽车业发展的主要方向 杨枝煌，杨南龙 开放导报 2020.02.