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在政策导向阶段，我国新能源汽车推广取得了骄人成绩，增长势头依然强劲。但随着补贴金额的逐年退坡，产业发展转入市场导向阶段时，我国新能源汽车产业尤其是乘用车产业如何应对市场开放格局下外资品牌的强势冲击，如何保持我国自主品牌新能源汽车的市场活力并参与到国际竞争中去，是不可忽视的问题。 第1章 纯电动汽车发展的历史沿革 纯电动汽车在电动汽车中发展时间最长。自19世纪90年代美国人制造出世界上第一辆纯电动汽车以来，20世纪初第一次达到生产高峰，占领了40%的汽车市场。后来由于电子启动器的发明以及纯电动汽车动力性差的原因，在30年代中期结束了早期的纯电动汽车生产而进入燃油汽车的黄金时期。 1974年～1975年和1979年～1982年欧美两次能源危机推动纯电动汽车的研制重新进入高峰。这一阶段汽车电力电子学尚未建立，既没有完善的科学理论做指导，更缺乏高科技含量的汽车电力电子装置可供采用。 特别是，当时仅有铅酸蓄电池可供使用，然而铅酸蓄电池体积大、质量重，能量密度小、功率密度低，充电时间长，每次充足电后续驶里程较短，再加上电力传动系统的制造成本过高等因素困扰，1997年以后绝大多数公司对纯电动汽车的研发基本处于停滞状态。 第二代纯电动汽车的出现，是以汽车电力电子学的最新发展为基础的，其技术亮点包括高能量密度锂离子蓄电池、锂离子电容器等的发明，以及乘用车电动化技术的开发和利用等。虽然，纯电动汽车离真正商业化还有一定的距离，但与第一代纯电动汽车相比，它已经在充电时间、续驶里程、动力性、快速充放电能力等方面取得了可喜的进展。 与传统内燃机汽车及混合动力汽车、氢燃料汽车相比，第二代纯电动汽车也显示出了一定的优势：控制精确度高于混合动力车，风阻系数可降至0.19，整车质量大大低于燃料电池车，CO2排放量低于同级别汽油车，使用过程的能耗费用低于汽油车。当然还存在技术瓶颈和若干问题。 第2章 全球电动汽车市场现状及趋势 近年来，全球电动汽车市场正以更快的速度成长，电动汽车产销量均有明显提升。2014年全球市场共销售353 522 辆电动汽车，同比增长56.78%；其中，电动乘用车323 864辆，占比91. 61% (电动乘用车指“双80”车，即最高时速80 km/h 以上，同时一次充电续航里程80 km以上)；电动客车及电动专用车29 658 辆，占比8. 39%。
美国、欧盟、中国、日本仍然在全球电动汽车市场中位居前列。美国的通用、福特、特斯拉公司，日本的丰田、日产及本田公司，欧洲的宝马、奔驰、雪铁龙公司等都在电动汽车的研制与开发上呈现出很强的实力。 从全球主要汽车生产厂家的销量和发展计划来看，目前，“低排放”汽车(主要指混合动力汽车) 经过长时间的发展，技术最为成熟，已进入快速增长期，其销量、增幅和占比都远远高于其他车型；随着动力电池性能的提升及充电基础设施建设的完善，“零排放”汽车(主要指纯电动汽车) 也逐渐走上产业化的道路，特别是小型的纯电动汽车更是发展迅速；燃料电池汽车在技术和经济方面仍存在诸多瓶颈，其大规模推广还存在相当的距离。 目前，世界主要国家政府都制定了电动汽车中长期发展战略规划，预计电动汽车市场会在未来10年内持续增长，成为拉动经济发展的新的增长点。 第3章 纯电动汽车发展的主要特点 3.1、充电基础设施正在不断建设 从国内发展情况来看，我国充电设施建设主要参与者包括国家电网公司、南方电网公司、普天海油、中石化、比亚迪等企业。近几年来，我国已经投产了一定数量的充电站与充电桩，充电方式有快充、慢充、换电池等多种，先期的工作为后续建设提供了宝贵经验。 目前，国家电网公司、南方电网公司、普天海油、中石化等企业已经与多数地方政府签订了战略合作协议，制定了较为明确的建设目标和计划，充电站建设开始呈现加速发展的势头。 3.2、电池技术不断提高 2014年，全球电动汽车锂离子电池产能井喷，产量高达7000MWh（兆瓦时），同比增长约54%。据统计全球十大电池生产 3.3、生产成本不断降低 在新的新能源汽车补贴政策预期之下，投资人涌向动力电池产业，隔膜六氟磷酸锂等对外依存度曾高达80%的关键锂电材料生产技术获得重大突破，价格明显下降。动力电池成本占新能源汽车将近一半。 锂电池降价后，新能源汽车产业化成本制约因素大大弱化。美国电动汽车联盟近日公布了一份关于电动车现状分析及未来展望的报告，该机构在报告中预测称，随着电动车制造成本的快速降低，其成本竞争力将很快超越内燃机汽车。 通过对汽车的购买、维护、使用、燃料以及政府税率优惠等多方面因素进行分析，美国电动汽车联盟认为，同内燃机汽车相比，混动车(HEV)及插电式混动车(PHEV)目前已经具备成本竞争力。而到2024年，内燃机汽车的购置成本预计将全面高于混动车及纯电动车。 第4章 电动汽车技术发展趋势简析 从车型来看，现在新能源汽车按我们国家的界定，主要就是纯电动和插电式混合动力，还有燃料电池汽车。 目前，主要还是在纯电动和插电式混合动力这一块，特别是纯电动汽车的量最大。燃料电池汽车现在从全球看处于产业化的初期，也就是产品的市场导入阶段，主要的销量是在日本、美国，实际上主要是丰田的销量。 主要畅销的车型中，纯电动的还是占多数，特别是特斯拉，现在还是全球的销售冠军。中国也有九款车进入到全球畅销车型前20名的行列，在市场化方面确实处于领先的位置。 总的技术趋势，新能源汽车有两个方面。一是新能源本身的一些技术发展，这个大的趋势大家都很清楚，无非重点核心还是在动力电池方面，如何提升能量密度，如何提升续驶里程，包括降低成本。但是我们也从另外的层面看一下整个汽车产业的趋势，也是新能源汽车发展的一个大趋势，主要有三个方面：轻量化、智能化、低碳化。 4.1轻量化 每减重1%，带来的节能效果还是非常显著的。特别是对新能源汽车来讲，因为现在电池的能量密度还比较低，整个车重还是比较重，对新能源汽车来讲更需要轻量化。与此同时，轻量化带来的不光是技术上的进步和革新，更重要的是它会带来一些对我们传统制造加工工艺，包括生产模式的重大变革。 比如说像宝马 所以现在碳纤维这种新型轻量化的材料未来在电动车上可能会首先进行普及和应用。另外，像特斯拉也在铝合金的材料运用上也做了大量的工作。 4.2智能化 这两年非常热，甚至某种程度上来讲现在有一种超过新能源的热度，无论从传统车来讲，还是和电动车的结合来讲，都是一个新的发展热点。 对于电动车来讲，更有应用的优势，因为本身电控的水平程度比较高。按照国际上大家共识的发展前景来看，日本和欧洲目前的预计，实现全自动的驾驶大概在2025-2030年的阶段，也就是十年左右的阶段，这也是需要大家来关注的重要方向。 4.3低碳化 这里讲的低碳化实际上是一个全生物周期的概念，我们现在发展电动车在社会上还是有不同的声音，包括对电动车到底减不减排还有质疑，主要因为电力的结构，煤电将近70%的比例，如果电动车的能耗不能控制在合理的程度，确实会存在不减排的状况。 从未来的角度来看，必须要引入可再生能源，真正实现生物周期的低排放和零排放。这不光是我们所关注的，这些年国际上对这块也投入了很大精力，特别像欧洲、美国、日本在这方面都做了很多试验验证的工作，积极推动新能源汽车和可再生能源的融合，这个未来也是我们重要的发展方向。 非常重要的环节是，如果说新能源汽车和可再生能源，包括智能电网的融合，它不光是解决了环保效益的问题，更重要的一点，它还能带来在经济性方面的收益，特别是电池的梯次利用。 如果能够实现动力电池的梯次利用，对新能源汽车降低成本，能够快速地普及会发生非常重要的推动作用。 第5章 我国新能源汽车技术发展趋势 分车型来看，我们现在主要还是以纯电动汽车为主。纯电动汽车里，商用车和乘用车的数量相当，这也是我们与国外不太一样的地方。在全球看，国外的重点还是在乘用车。我们对去年市场上销售前10名的也做了一下统计，目前销量的冠军还是插电式的，比亚迪˙ 具体来看技术的进展情况。对于纯电动乘用车来讲，整车全新结构适应电动车特点的专用的电动化底盘的开发，包括全新结构的整车开发，这是一个非常重要的标志。因为前期基本上都是改装车，都是在原有燃油车的基础上进行改装，所以很多性能得不到优化。 对标国际来看，我们认为，国内的技术水平与国外的产品有两三年的差距，也就是半代产品的差距。
从能耗和动力性能上来看，这是显性的指标，日产的LEAF是一款代表性的车型，这款车的车重将近1.5吨，它的能耗百公里是在11.4度的水平。看看我们现在的一些产品，在能耗水平上还是有欠缺，比如说上汽的150，车重比人家的轻了将近400公斤，但是电耗比人家的略高一点。说明国内的整个性能的优化，低能耗方面还要继续下工夫。所以目前新能源汽车补贴政策里也在酝酿，除了对纯电动乘用车子有续驶里程的要求之外，要增加对能耗的一些要求。 动力方面，加速的时间和国外也有比较大的差距。这两个指标是大家能看到的，显性的指标，实际上内在的一些指标，包括我们的可靠性，还有整个车辆操控的品质、舒适性等方面的性能，这都是我们直观看不到的，但是这些方面正是我们差距更大的方面。 新能源客车方面，在技术上我们还是处于领先的地位，市场应用规模在全球也是最大的，而且这个领域也是创新最活跃的，各种技术方案层出不穷，在各地都得到了规模化的实际应用。
这里也对各种方案作了汇总，主要的技术方案现在有这么几种，包括长续驶里程、慢充方案，也包括短续驶里程、快充的方案，比如说钛酸锂的方案，还有换电的方案，也包括在线充电，利用超级电容的方案，还有增程式的方案以及插电式混合动力的方案。 各地可以根据自己实际情况有针对性选择，这些方案从经济性的角度来看，长续驶里程、慢充的方案和换电的方案，成本比较高，大家在选择的时候，对经济性要做深入的分析。 在充电机、电动空调方面，我们也研制开发出了相应的产品。特别是空调，大家都很清楚，空调制冷、制热对电动车的能耗影响非常大，对续驶里程的影响也非常大。 我们现在主要应用的在加热方面，还是CTV的方式。但是我们这几年，从学会角度也在推动高效的热泵空调技术研发。目前，我们的样机也出来了，这两年重点解决产业化的问题。 目前我们的技术状况，我们从冷启动方面可以实现零下20度的冷启动，但是国外都是零下30度以上的水平。我们的寿命3000小时，国外至少在5000小时以上。 功率密度，我们现在达到2000瓦/升，功率密度是2000瓦，重量的比功率是1000瓦，能量效率60%，特别是铂的分担量是0.6克/千瓦，对我们自己来讲，降的幅度还是比较大的，但是对比国际来讲，我们确实还有挺大的差距。现在日本做到了0.2克/千瓦的水平，未来的目标是0.1克/千瓦。所以铂用量的降低，直接影响到燃料电池成本的下降。
从整车上来看，我们开始从轿车到客车的开发，也进行了小规模的试验。但是现在整车企业的参与度还不高，在这方面的投入也严重不足。我国的轿车和客车与国外比较，车辆的效率、续驶里程、成本、耐久性、加氢的时间、低温启动的性能等方面，我们全方位地落后，这确实需要行业重视起来。 在纯电动和插电式方面，主要还是在关键核心技术方面落后于国外。比如说纯电动汽车，批量化的生产工艺、质量控制和可靠性紧密相关的方面，我们还是欠缺的。在成本控制方面，我们现在还需要进一步提升。 耐久性方面，我们考核做得还不够充分。举个例子，现在客车的耐久性只能是3000小时，国外已经做到1万小时以上的水平。 从发展趋势上来看，大家看到这个图还是比较令人震撼的，这是国际能源署IEA的预测。从2020年开始，传统汽柴油汽车的市场份额开始进入到下降的通道，新能源汽车，包括普通的混合动力汽车在未来应该说是市场份额持续扩大的趋势。
右上角的这张表是我们的技术路线图课题组对未来形成的预测和判断，中国新能源汽车年销量的目标，2020年预计在200万辆的规模，到2025年是500万辆，到2030年是千万辆的市场销售规模。 这是分阶段的技术发展目标和路径。从整车来看，主要的工作是降重量、降能耗、提高续驶里程，这是主线。对于插电式混合动力，最主要是降低油耗，这个油耗与以前提的油耗不太一样。 以前提的都是综合油耗，把电耗和油耗折算在一起，现在提出来下一步要重点考核混动模式下的油耗，要真正检验插电式混合动力汽车的混合动力系统的技术水平，我们相应地提出了这样一些油耗指标的要求。 第6章 国外纯电动汽车发展现状 6.1、美国电动汽车发展现状 市场状况：美国是全球规模最大的电动汽车市场，2014年电动乘用车的销量达到119 710辆，较2013年增加22.7%。目前，插电式混合动力汽车是美国电动汽车市场销量和增幅最大的产品。 技术研发：美国电动汽车发展以通用、福特和克莱斯勒三大汽车公司为主导，利用三大汽车公司雄厚的技术开发力量和先进制造条件，通过汽车、机电、电子、控制和材料等行业的分工合作，开发出电动汽车的各种总成和技术单元。 1991 年，美国三大汽车公司达成协议，成立“先进电池联合体”，共同致力于纯电动汽车的研究。但经过13年的探索，蓄电池技术还是未能获得关键性突破，以通用为代表的汽车厂商不再积极鼓励发展纯电动汽车，转向了对燃料电池车的研究。 20世纪90年代中期，美国克林顿政府曾制订了发展电动车的“新一代汽车伙伴(PNGV)计划”，集中研究电池驱动的纯电动汽车。但鉴于当时蓄电池技术还未能获得关键性突破，纯电动汽车一次充电后的续驶里程短，充电时间长，降低电池造价困难，在技术上也难以解决处理废旧电池二次污染、回收困难的问题，而且电池价格昂贵，商业化进展缓慢。 2009 年奥巴马上台后又转向了率先实现混合动力车商业化、燃料电池车作为远期目标的电动汽车发展战略。在国家战略的引导下，美国各类电动汽车技术成果颇丰，先后提出了针对纯电动汽车与混合动力汽车的四大类标准，并形成了世界上最完善的燃料电池汽车标准体系。 截至2012年，在混合动力汽车、燃料电池汽车等电动汽车关键技术领域，美国获得授权专利数量占据了全球专利总数的22%。 美国加州经过对环保车辆13年的探索实践，表示不再积极鼓励发展纯电动汽车，而转向了燃料电池汽车。EV1、Chrysler EPIC等相继停产，通用曾经也宣布不再继续加大对纯电动汽车研究的投入，只是对已经在路上使用的电动汽车进行维护。不过美国国家实验室还在继续进行纯电动汽车先进驱动系统、先进电池及其管理系统等的深入研究。 2002年，美国能源部批准经费l500万美元，用于“工业研究、开发和演示使用电池的电动汽车”的费用，包括使用效率和动力储存、供电质量等。小型、低速、特种用途的纯电动汽车不断发展。 6.2、欧洲电动汽车发展现状 市场状况：步入21世纪后，电动汽车行业在欧洲迅速发展。在一些起步较晚的国家，如荷兰、挪威等，电动汽车发展尤其迅猛，电动汽车保有量持续增加。 据欧洲汽车制造商协会(ACEA)数据显示，2014年欧盟28个成员国加上自由贸易联盟国家电动车销量达到97,791辆，同比增长50.3%，挪威、英国等国家甚至实现成倍增长。 技术研发：与美国相比，欧洲更崇尚纯电动汽车。1990年，欧洲“城市电动车”协会成立，旨在帮助各城市进行电动汽车可行性研究、安装必要设备和指导其运营。至今在欧共体组织内已有60座城市参与，帮助各城市进行电动汽车可行性的研究和安装必要的设备，并指导城市的电动汽车运营。 其中最为成功和著名的就是电动标致 1995年底，欧洲第1 批电动汽车实现批量生产，1996年到2000年间，欧洲电动汽车从5，890辆增长到16，255 辆，其中法国、瑞士和德国处于前列。 进入21世纪后，欧洲电动汽车产业快速发展，到2014年底欧盟各国电动汽车保有量均大幅增长。欧洲的汽车企业也纷纷在传统内燃机汽车的技术优势的基础上推出了自己的插电式混合动力和纯电动汽车品牌，如雷诺推出的雷诺 虽然纯电动汽车在欧洲取得了一定的发展，但由于没能成功地解决续航里程短的问题，商业化进程相对缓慢，因而部分企业也开始致力于其他清洁能源车的开发和产业化。从销量上看，近年来，混合动力车型在欧洲的销量大幅增长，2013 年仅丰田公司一家企业的混合动力车型就在欧洲销售了15. 7 万辆。 法国政府、法国电力公司、标致-雪铁龙汽车公司和雷诺汽车公司签属协议，共同承担开发和推广电动汽车，共同合资组建了电动汽车的电池公司——萨夫特（SAFT）公司承担电动汽车的高能电池的研究和开发，以及电池的租赁和维修等工作。但它终究还是没有能成功地解决一次充电后的续驶里程短的问题，因此也没有进行更大规模的扩张，而是更多地转向清洁柴油车的产业化。 目前，还有一些机构继续在做纯电动汽车的研究开发，例如体现法国政府意向的法国重要的国营企业，法国电力公司与达索集团签约了纯电动汽车的合作开发项目。追随法国进行理论研究和产品开发的是比利时，主要集中在高等院校之中，例如布鲁塞尔和列日（Liege）大学。 但是比利时没有自己的汽车工业，没有很多的企业投资，只有有限的政府资助，缺乏实际运用效果。此外还有意大利着重两轮纯电动车的研发和运营，瑞士则侧重研究超级电容器，尤其是电动城市轻轨方面的研究。 6.3、日本电动汽车发展现状 市场状况：日本是全球范围内最早开始发展电动汽车的国家之一，也是世界上首个实现混合动力汽车量产的国家，在实现混合动力系统的低燃耗、低排放和改进行驶性能方面稳居世界领先地位。 2013年，在日本全部新车330万辆的市场上，销量位居前几名的车型都是混合动力产品。电动汽车占日本国内新车销量的比例为17.7%，同比增长1.5%。 技术研发：一直以来，日本政府特别重视电动汽车的研究和开发。早在1965年，日本政府就将电动车研发正式列入国家项目，并随后成立了日本电动汽车协会。 日本从70年代开始开发纯电动车，许多汽车企业都陆续进行了一些产品发布与销售运行，但坚持下来进行研发和销售的只有大发和铃木两家。到了90年代之后，由于环境等问题，一些大汽车企业重新开始研发第二代纯电动车，丰田、本田、日产等陆续进行了一些产品发布与销售运行。 1996年，丰田公司成功研制出燃料电池汽车样车，并于1997年开始混合动力汽车普锐斯的批量生产。 1999年本田首款混合动力汽车INSIGHT上市，随后2001 年推出CIVIC混合动力，这两款混合动力在全球电动汽车市场上占有较大份额。日产公司由于具有在锂离子电池方面的优势，其主要研发方向集中于纯电动汽车方面，并于1997 年推出了全球第一辆锂离子电池电动汽车Prairie Joy。 然而由于技术与价格等方面的原因，在新能源汽车研发战略中，更多的日本汽车企业选择了混合动力汽车作为重点发展方向，坚持纯电动汽车蓄电池技术研发的重点落在三菱重工、富士重工等动力装备类企业。 纯电动汽车的产品开发向小型化发展，单人和2人车型成为主力车型，车辆技术、零部件技术、充电设施技术都已相对成熟。截止到2002年，日本纯电动汽车的保有量为2696台。目前，日本电动车辆协会、汽车协会、汽车电子协会等部门已经初步建立了一些纯电动汽车共同利用系统，进行实用化试运行和试运营。 从国外电动汽车发展历程来看，各国政府采取的技术路线不同，在产业化方面除经济扶持、政策优惠和法规强制外，还通过示范运营、加强基础设施建设、优惠租赁、政府采购、节能环保宣传等手段保证生产、研发、销售等各环节协调发展。同时，各国扶持电动汽车产业的政策都根据不同经济阶段的实际需求而动态调整，使产业发展顺利由政府推动过渡到市场推动，为我国电动汽车发展提供了宝贵的经验。 第7章 我国纯电动汽车发展现状 7.1 我国电动汽车市场现状 中国作为全球第二大电动汽车市场，近年来在中国政府的强力推动下，电动汽车的产量和销量均实现了巨大的飞跃。2014年电动汽车累计生产8. 39万辆，同比增长近4倍。 总体来说，目前我国电动汽车销量的增长以小型车为主，我国本土涉足电动汽车领域的企业逐渐增多，包括北汽新能源、比亚迪、东风日产等，市场上可供选择的车型也开始丰富。 7.2 我国电动汽车技术研发现状 “十五”和“十一五”期间，我国从维护能源安全、改善大气环境、提高汽车工业竞争力及实现我国工业的跨越式发展的战略高度出发，先后启动了“863”计划、“电动汽车重大科技专项”、“节能与电动汽车重大项目”等，投入科技经费近20亿元，形成了以纯电动、油电混合动力、燃料电池3 条技术路线为“三纵”，以多能源动力总成控制系统、驱动电机及其控制系统、电力蓄电池及其管理系统3种共性技术为“三横”的电动汽车研发格局，共计200多家整车及零部件企业、高校和科研院所参与了电动汽车专项研发。 2012年7月，国务院发布的《节能与电动汽车产业发展规划》中指出以纯电驱动为电动汽车产业发展和汽车工业转型的主要战略取向，当前工作重点是纯电动汽车和插电式混合动力汽车的产业化建设。 在此方针的指导下，我国电动汽车技术经过“三纵三横、整车牵头”和“三纵三横、动力系统技术平台为核心”两阶段攻关，继续取得重大突破，逐步形成了整车零部件企业协同研发、标准检测平台和应用示范为支撑载体的研发创新体系，并取得了丰硕的成果。 如锂离子动力电池和燃料电池系统性能与耐久性稳步提升，成本大幅下降；车用电机系统性能取得较大进展，产业化能力大幅提升；高密度永磁电机功率密度达2.68 kW/kg，系统最高效率达到94%以上。 国内汽车企业也纷纷增加对电动汽车及相关零部件的研发投入。2008年，比亚迪一款型号为F3DM的电动汽车获准批量生产和销售，标志着我国电动汽车产业正式进入产业化阶段。2012年，我国累计发布60多项电动汽车相关标准，涉及电动汽车及动力电池安全、能耗消耗量测量、充电接口及通信协议等多个领域，为实现电动汽车规模产业化，尤其是纯电驱动汽车销量达到同类车型总销量1% 左右的重要门槛提供了重要的科技支撑。 7.3 我国电动汽车技术发展现状与趋势 我国纯电动汽车的研究开始于20世纪60年代，到了90年代掀起了一股电动汽车热，部分高校、汽车研究所以及生产企业联合开发充电电池和纯电动汽车，并取得了一些成果。 2006年开始实施的国家中长期科技规划对电动汽车研发战略也大体相同，按照项目规定进程，纯动力电动汽车功能样车已经实现，纯电动轿车和纯电动客车在国家质检中心的型式认证试验中，各项指标均满足有关国家标准和企业标准的规定，关键零部件高功率镍氢电池、锂离子电池性能有了较大提高。 因此，虽然在传统汽车的开发上，我国与世界先进水平相比有30年以上的差距，但在纯电动汽车技术开发上的差距并不大，几乎站在同一起跑线上，而且关键零部件技术平台相同，有专家认为研发水平最大差距不超过5年。甚至在某些领域，如锌-空气电池和锂电池研究方面，已经达到世界领先水平。 总体来说，我国的电机驱动技术与国际先进水平已基本持平，但是电池能量管理系统与锂离子电池在能量密度方面的差距限制了我国电动汽车产品的续航里程，抑制了消费者的购车热情。我国政府已出台促进锂离子电池技术发展的相关政策。可以预计未来5 年内，锂离子电池产业会有持续大规模的投入并得到较快的发展。 第8章 国内外纯电动汽车关键技术对比分析 在新能源汽车的发展战略规划中，各个国家、地区和世界各大汽车公司都依据自己的评估作了不同的选择，对纯电动汽车的研究采用了不同的策略。从当前整体情况看，重视混合动力汽车和燃料电池汽车技术的国家与企业较多，选择重点研发与产业化纯电动汽车的较少。 本文通过分析总结电动汽车四大关键技术，包括电池及管理技术、电机及其控制技术、整车控制技术、整车轻量化技术。在过去的十几年里我国在纯电动、混合动力及燃料电池汽车，电池、电机及其管理控制技术开发，整车控制与集成等关键技术均取得了较大改进与突破。现就目前国内电动汽车关键技术中电池及其管理技术、电机及其控制技术谈谈自己的些许理解。 8.1、动力电池方面 电池是电动汽车的动力源泉，也是一直制约电动汽车发展的关键因素。车用电池的主要性能指标包括比能量、能量密度、比功率、循环寿命和成本等。要使电动汽车能与燃油汽车相竞争，关键是要开发出比能量高、比功率大、使用寿命长的高效电池。我国动力电池技术与国外具有一定差距 8.1.1 纯电动汽车电池简介 到目前为止，电动汽车用电池经过了3代的发展，已取得了突破性的进展。第1 代是铅酸电池，第2 代是碱性电池，第3 代是以燃料电池为主的电池。燃料电池直接将燃料的化学能转变为电能，能量转变效率高，是普通内燃机热效率的2～3 倍，比能量和比功率都高，并且可以控制反应过程，能量转化过程可以连续进行，因此是理想的汽车用电池，但目前还处于研制阶段。 8.1.2 电池类型分析 电动汽车电池可以分为两大类，即蓄电池和燃料电池。蓄电池适用于纯电动汽车，可以归类为铅酸蓄电池、镍基电池（镍一氢及镍一金属氢化物电池、镍一福及镍一锌电池）电动汽车电池、钠电池（钠一硫电池和钠一氯化镍电池）、二次锂电池、空气电池等类型。
而燃料电池专用于燃料电池电动汽车，可以分为碱性燃料电池(AFC)、磷酸燃料电池(PAFC)、熔融碳酸盐燃料电池(MCFC )、固体氧化物燃料电池(SOFC)、质子交换膜燃料电池(PEMFC )、直接甲醇燃料电池(DMFC )等类型。 8.1.3 蓄电池 蓄电池是将化学能直接转化成电能的一种装置，是按可再充电设计的电池，通过可逆的化学反应实现再充电，通常是指铅酸蓄电池，它是电池中的一种，属于二次电池。 它的工作原理：充电时利用外部的电能使内部活性物质再生，把电能储存为化学能，需要放电时再次把化学能转换为电能输出，比如生活中常用的手机电池等。它用填满海绵状铅的铅基板栅（又称格子体）作负极，填满二氧化铅的铅基板栅作正极，并用密度1.26--1.33g/ml的稀硫酸作电解质。 电池在放电时，金属铅是负极，发生氧化反应，生成硫酸铅；二氧化铅是正极，发生还原反应，生成硫酸铅。电池在用直流电充电时，两极分别生成单质铅和二氧化铅。移去电源后，它又恢复到放电前的状态，组成化学电池。 铅蓄电池是能反复充电、放电，它的单体电压是2V，电池是由一个或多个单体构成的电池组，简称蓄电池，最常见的是6V、12V蓄电池，其它还有2V、4V、8V、24V蓄电池。如汽车上用的蓄电池（俗称电瓶）是6个铅蓄电池串联成12V的电池组。 8.1.4特斯拉电池技术 特斯拉电动车选取松下的NCA系列18650锂电池串并能量包作为动力源。每台特斯拉Model S使用约8000节松下生产的18650电池。特斯拉坚持不使用大容量电池单元，而是使用了松下生产的小容量的18650电池。公司认为这样不仅成本低，而且安全性好，一旦电池单元出现热失控，因为容量小，不容易影响到周围的电池单元。 特斯拉的电池由松下旗下的三洋提供，是镍钴铝（NCA）体系，全球的量产新能源汽车只有特斯拉采用该种体系。镍钴铝酸锂（NCA）比镍钴锰酸锂(NCM)、磷酸铁锂等具有更高的能量密度，但高温稳定性能较差，容易引起电池安全问题，因而对于制造技术有着更高的要求。 8.1.5 比亚迪铁电池技术特点 绿色环保-零污染：该电池不含任何重金属与稀有金属(镍氢电池需稀有金属)，无毒(SGS认证通过)，零污染、零排放，符合规定，为绝对的绿色环保电池。而铅酸电池在生产过程中有重金属污染，在使用过程中有酸雾排放，在回收过程中若处理不当，仍将对环境造成二次污染。而铁电池因其绿色环保性能被列入了“十五”期间的“863”国家高科技发展计划，成为国家重点支持和鼓励发展的项目。 长寿命：比亚迪铁电池在循环充放电4000次之后，容量保持率仍超过75%，而同质量的铅酸电池是“新半年、旧半年、维护维护又半年”，最多也就1—1.5年时间。但是，铁电池在同样条件下使用，寿命将超过十年，在叉车生命周期内无需更换电池。综合考虑，性能价格比将为铅酸电池的4倍以上。
高安全：比亚迪磷酸铁锂电池解决了钴酸锂和锰酸锂的安全隐患问题，能经受严酷的环境考验，无论针刺、火烧、挤压、碰撞等均不会产生爆炸，是新能源车辆动力电池的首选。 高效率：比亚迪铁电池充电效率高达98%，并可进行100%DOD放电，而传统的铅酸电池充电效率仅为60%左右，放电效率也不超过70%，随着使用时间的增长，铅酸电池的充放电效率下降速度很快，铁电池的充放电效率与次数的曲线平缓，因此在工业车辆行业，同等吨位的叉车，铅酸电池叉车的容量必须要配备比铁电池叉车容量大很多的电池。 可大功率充放电：铁电池可以进行2C大倍率充电和5C大倍率放电，就充电时间而言，比亚迪铁电池叉车彻底解决了目前行业中电瓶叉车充电时间过长的问题（传统的铅酸电池则需要8～12 小时），最快可1小时充满。 适合高低温工作环境：铁电池电热峰值可达350℃～500℃（锰酸锂和钴酸锂只在200℃左右），工作温度范围宽广(-20℃～+60℃)，所以即使在冷库中也可以正常放电，解决目前铅酸电池叉车在冷库中工作时间短的问题。 免维护：亚迪铁电池采用全封闭包装设计，无需进行任何的维护，传统的铅酸电池则需要经常添加电解液进行维护，如果维护不当还会大大影响电池的寿命。目前来说铁电池的成本较铅酸电池而言要高一些，但在叉车使用过程中，铁电池的高效率和长寿命优势，可以为客户节省一笔不菲的使用费用和电池更换费用，所以铁电池叉车将会被越来越多重视长远效益、具有前瞻性的客户所接受。而且节能环保已成为一项全民工程，绿色环保的铁电池叉车必将会引领行业在变革中更健康地发展。 8.1.6 三元电池向高镍方向发展 我国目前三元电池厂商主要生产的是 NCM333 和 NCM523 电池，NCM622已经进入部分企业的材料供应链，处于研发阶段的NCM811 也有望于近期开始应用。电池单体能量密度将从200Wh/kg 向 250-300Wh/kg 迈进。国际方面，NCM622 已经开始应用（宝马i3），NCM811开始小范围适用。 国际上 Tesla 和松下共同研发的 21700 电池单体容量为3-4.8Ah，质量为 60-65g，能量密度为 300Wh/kg，并且已经应用在Model 3 车型上。而国内在乘用车领域还没有 21700 电池应用的案例，但一些企业开始布局。
深圳比克电池预计 21700 电池单体容量可达到 6Ah 的；天鹏电源 21700 电池单体能量密度为200-240Wh/kg；亿纬锂能 21700 电池单体容量为 4Ah，能量密度为 215 Wh/kg 并计划在 2019 年推出 260Wh/kg 的产品；远东福斯特 21700 电池规划单体容量为 5Ah 以上；力神发布的 21700 电池单体容量为 2-5Ah，能量密度为 210-260Wh/kg。 8.1.7 锂离子电池技术 当前，制约电动汽车尤其是PHEV 和EV 车型发展的核心问题在于续航里程偏短、车体偏重，存在安全隐患，并且价格居高不下，尽管这些问题短期可通过降低整车性能要求(如缩短行驶距离、延长充电时间)来解决，然而长期来看必须从提高电池能量密度、提升电池安全性能和降低电池成本等电池技术层面进行根本性突破。 其中，提升电池体系的能量密度以增长续航里程，目前已成为各大汽车厂商和动力锂电池制造商共同努力方向。目前装车应用最广泛的基于磷酸铁锂和锰酸锂正极的锂离子动力电池，其单体电池的能量密度只有130 Wh /kg；组合成电池组后，电池系统的能量密度不到90 Wh /kg[11]。为推动我国动力锂离子电池产业技术突破，工信部和科技部提出了近期的规划目标。 电动汽车动力电池的主要性能指标是能量密度、功率密度和循环寿命等，现代电动汽车对车用电池有如下要求： (l)高能量密度(W•h/kg)及功率密度(W/kg) (2)长的循环寿命 (3)充电方便、迅速 (4)低的制造成本 (5)低的内阻及自放电率 (6)不污染环境 (7)能在较宽的环境温度范围内工作 (8)少维护或免维护 (9)使用安全 (10)适应大批量生产的要求 目前三元锂电池与磷酸铁锂电池凭借着多种性能因素在动力电池选择上占据优势。特别是磷酸铁锂电池，它具有磷氧共价键结构，使得氧原子不会被释放出来，因此具有较高的热稳定性（电热峰值350℃—550℃）和安全性以及便宜的价格备受青睐。
由于电动汽车的车载能量有限，其行驶里程远远达不到内燃机汽车的水平，能量管理系统的目的就是要最大限度地利用有限的车载能量，增加行驶里程。能量管理系统的功能是实现:优化系统的能量分配，预测电动汽车电源的剩余能量，再生制动时合理地调整再生能量。能量管理系统如同电动汽车的大脑，同时具有功能多、灵活性好、适应性强的特点，它能智能地利用有限的车载能量。 目前电池管理技术正朝着集成化、自动化、智能化管理的方向运行，其充电监控、SOC估算、SOH预测及热管理技术也随着计算机技术及通讯技术的发展不断取得进步，综合多种控制策略管理方法也将成为未来电池管理的发展方向。 8.1.8我国电动汽车电池现状分析及发展对策 我国电池的进步较为明显。磷酸铁锂的电池得到了大规模的普及应用，能量密度从2007年的90瓦时/公斤提高到目前140瓦时/公斤。三元材料这近几年得到了重视，也开始批量化地上车，能量密度能够得到180瓦时/公斤，与国际单体的水平基本上同步。 我们有专门的电池的技术路线图的专题组，我们现在提的目标是到2020年单体比能量达到300瓦时/公斤，2025年达到400瓦时/公斤，到2030年达到500瓦时/公斤。我们目前的最好水平是180瓦时/公斤，到2020年要达到300瓦时/公斤，这个挑战非常大。
对于成本，单体成本到2020年要降到1元/瓦时，系统的成本要降到1.3元/瓦时，2025年单体的成本要降到0.8元/瓦时，系统的成本要降到1元/瓦时。到2030年，单体的成本要降到0.6元/瓦时，系统的成本要降到0.8元/瓦时。 寿命方面，要从目前轿车和客车分别3000小时、5000小时要提高到5000-10000小时(2020年)。成本要有显著的下降。 电池的系统价格从2007年的5元/瓦时下降到了3元/瓦时。功率型的电池，比功率最高达到了3000瓦/公斤。另外，钛酸锂的电池也解决了气胀等一系列的技术问题，也得到了实际的应用。
8.2、电机和电驱动系统方面 8.2.1、驱动电机的基本组成和工作原理 驱动电动机的作用是将电源的电能转化为机械能，通过传动装置或直接驱动车轮工作的一种装置。目前电动汽车上广泛采用直流串激电动机，这种电机具有"软"的机械特性，与汽车的行驶特性非常相符，功率较小、效率较低，维护保养工作量大，随着电机技术和电机控制技术的发展，势必逐渐被直流无刷电动机（BCDM）、开关磁阻电动机（SRM）和交流异步电动机所取代。
三相异步电动机的结构，由定子、转子和其它附件组成。电机磁路的一部分，并在其上放置定子绕组。定子铁心一般由0.35～0.5毫米厚表面具有绝缘层的硅钢片冲制、叠压而成，在铁心的内圆冲有均匀分布的槽，用以嵌放定子绕组。电动机的效率和功率因数较高，但绕组嵌线和绝缘都较困难。 一般用于小型低压电机中可嵌放成型绕组，一般用于大型、中型低压电机。所谓成型绕组即绕组可事先经过绝缘处理后再放入槽内。开口型槽，用以嵌放成型绕组，绝缘方法方便，主要用在高压电机中。定子绕组是电动机的电路部分，通入三相交流电，产生旋转磁场。由三个在空间互隔120°电角度、对称排列的结构完全相同绕组连接而成，这些绕组的各个线圈按一定规律分别嵌放在定子各槽内。对地绝缘：定子绕组整体与定子铁芯间的绝缘，相间绝缘，各相定子绕组间的绝缘，匝间绝缘，每相定子绕组各线匝间的绝缘。 作为电机磁路的一部分以及在铁芯槽内放置转子绕组。所用材料与定子一样，由0.5毫米厚的硅钢片冲制、叠压而成，硅钢片外圆冲有均匀分布的孔，用来安置转子绕组。通常用定子铁芯冲落后的硅钢片内圆来冲制转子铁心。一般小型异步电动机的转子铁芯直接压装在转轴上，大、中型异步电动机(转子直径在300～400毫米以上)的转子铁芯则借助与转子支架压在转轴上。 三相异步电动机的转子绕组切割定子旋转磁场产生感应电动势及电流，并形成电磁转矩而使电动机旋转。分为鼠笼式转子（如图2.1所示）和绕线式转子（如图2.2所示）。转子绕组由插入转子槽中的多根导条和两个环行的端环组成。若去掉转子铁芯，整个绕组的外形像一个鼠笼，故称笼型绕组。小型笼型电动机采用铸铝转子绕组，对于100KW以上的电动机采用铜条和铜端环焊接而成。绕线转子绕组与定子绕组相似，也是一个对称的三相绕组，一般接成星形，三个出线头接到转轴的三个集流环上，再通过电刷与外电路联接。 电动机是把电能转换成机械能的一种设备。它是利用通电线圈(也就是定子绕组)产生旋转磁场并作用于转子鼠笼式式闭合铝框形成磁电动力旋转扭矩。电动机按使用电源不同分为直流电动机和交流电动机，电力系统中的电动机大部分是交流电机，可以是同步电机或者是异步电机定子磁场转速与转子旋转转速不保持同步速。电动机主要由定子与转子组成，通电导线在磁场中受力运动的方向跟电流方向和磁感线磁场方向方向有关。电动机工作原理是通电导体在磁场中受力的作用，使电动机转动。 电机是电动汽车动力的发起点。要求： （1）电机要频繁的启动/停止、加速/减速 （2）低速或爬坡时要求高转矩 （3）高速行驶时要求低转矩，并且变速范围大以及交款的转速范围和转矩范围内都要有较高效率 （4）工作可靠性高 （5）稳态精度高 （6）动态性能好且工作环境要求不苛刻。 目前运用于电动汽车上的电机主要包括直流电机、交流电机、永磁电机、开关磁阻电机。其性能参数对比如下： 对比可知，永磁同步电机，具有高效率、高控制精度、高转矩密度、良好的转矩平稳性，且体积小、质量轻、运行可靠（兼具无刷直流电机的运行特性）、调速范围宽、机械特性适应性高，足以满足电汽车运行需求。目前已在多款纯电动车上使用，正受到国内外汽车界的高度重视，是最具竞争力的驱动电机之一。 8.2.2、我国车用驱动电机技术处于国际领先地位 目前，我们从电机方面来讲，从产品上看，我们基本覆盖了200千瓦以下的新能源汽车车用电机动力的需求。驱动电机的功率密度、效率这些技术水平与国际水平基本相当，峰值功率大多在2.8-3000瓦/公斤。我们现在也正在开发高转速电机，而且也得到了应用，最高的转速现在能够达到12000转的水平。
对于电机和电力电子总成方面，电机的转速和控制器的功率密度依然要提升，电力电子的集成度现在还不高。电池和管理系统也涉及到一致性、可靠性的问题，包括集成的问题。整车电控这方面，我们在整个验证、测试、标定方面的经验积累还不够，我们还有很多技术工作需要去做。 我国乘用车驱动电机产品功率密度已经达到 3.3-3.6kW/kg（峰值功率/有效质量），最高转速提高至 12800rpm 以上；商用车驱动电机转矩密度达到 18Nm/kg 以上，最高转速达到 3500rpm 以上。 在乘用车方面，如下图所示，我国驱动电机产品的功率密度已经达到 3.8 kW/kg（峰值功率/有效质量），转矩密度为 7.1Nm/kg，与宝马i3 的驱动电机技术指标处于同一水平。 我国车用电驱动系统发展目标：十三五重点研发计划对于驱动电机的发展目标为：乘用车电机功率密度 4kW/kg，商用车电机转矩密度做到 20Nm/kg，继续保持国际领先水平。
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