新能源汽車發(fā)展與前景分析*

陳麗雅 ， 陳敏敏

（汕尾職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣東 汕尾 516600）

1886 年，第一輛以汽油為燃油的三輪汽車誕生了，標(biāo)志著人類生活方式開始發(fā)生巨大變化，并由此進(jìn)入了汽車工業(yè)迅猛發(fā)展的時(shí)代。由于汽車工業(yè)高速發(fā)展，對石油資源的需求劇增，由此而產(chǎn)生的全球能源緊張問題日趨嚴(yán)峻。而石油資源的過度開發(fā)利用導(dǎo)致了大量二氧化碳的排放，“地球之肺”正承受著前所未有的負(fù)擔(dān)。從能源安全跟環(huán)境保護(hù)的角度來看，發(fā)展新能源汽車不僅必要而且迫切[1]。

1 新能源汽車的分類

工信部《新能源汽車生產(chǎn)企業(yè)及產(chǎn)品準(zhǔn)入管理規(guī)定》[2]中對新能源汽車的定義進(jìn)行了說明，指出新能源汽車包括插電式混合動力（含增程式）汽車、純電動汽車和燃料電池汽車等。而燃料電池汽車雖然也是近年發(fā)展起來的新能源汽車，但是由于制氫技術(shù)、加氫站建設(shè)等原因，應(yīng)用還不是很廣泛，目前市場上主流的兩類新能源汽車是混動汽車與純電動汽車。

1.1 燃料電池汽車

燃料電池汽車指的是通過電化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生電力，并以此來驅(qū)動行駛的汽車[3]。氫燃料電池能量密度大，轉(zhuǎn)化效率高，主要原理是讓氫跟氧發(fā)生化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生水，氫燃料電池的反應(yīng)過程沒有產(chǎn)生污染物，影響它發(fā)展的主要問題在于氫的制取及存儲。我國現(xiàn)有的制氫技術(shù)主要是化石能源制取及電解水[4]制取等，采用化石能源制取會產(chǎn)生大量的二氧化碳，這種方式雖成本較低，但是對環(huán)境的污染比較大，且要消耗大量的石油資源，在某種程度上并不能真正符合“清潔能源”的標(biāo)準(zhǔn)；另外，制氫催化劑跟交換膜的成本問題也制約了氫燃料電池的發(fā)展。雖然長遠(yuǎn)來看，燃料電池汽車是有發(fā)展?jié)摿Φ?，但是短期而言沒有體現(xiàn)出太大的優(yōu)勢。

1.2 混合動力汽車（HEV）

混合動力汽車是指可以由單一的電力作為驅(qū)動或者由電力跟燃油混合驅(qū)動的汽車。混合動力汽車中，插電式混動目前在新能源汽車市場占比大，根據(jù)動力系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)的不同，可以細(xì)分為三種：串聯(lián)式、并聯(lián)式及混聯(lián)式。串聯(lián)式混動是由單一的電動機(jī)來驅(qū)動的，電動機(jī)的電力來源有蓄電池跟發(fā)動機(jī)的動力轉(zhuǎn)化，在汽車需要充足動力的工況下，蓄電池跟發(fā)動機(jī)能同時(shí)為電動機(jī)提供電力以驅(qū)動車輛，而在車輛不需要充足動力的工況下，如輕載行駛，發(fā)動機(jī)產(chǎn)生的多余能量則能通過發(fā)電機(jī)反過來為蓄電池充電。并聯(lián)式混動的應(yīng)用就更為常見，它最大的特點(diǎn)就是有兩套獨(dú)立的動力系統(tǒng)，發(fā)動機(jī)跟電動機(jī)既可以單獨(dú)驅(qū)動，也可以共同驅(qū)動車輛?；炻?lián)式混動對技術(shù)的要求是最高的，因?yàn)樗C合了前兩者的優(yōu)點(diǎn)，能夠靈活地根據(jù)實(shí)際行駛工況選擇不同的工作模式，在一些車型上已經(jīng)有比較典型的應(yīng)用，比如豐田的雷凌跟卡羅拉，就采用了混聯(lián)式混合動力技術(shù)。

1.3 純電動汽車（EV）

純電動汽車指的是搭載電池并由電池提供全部驅(qū)動動力的汽車，是最清潔、綠色的新能源汽車，因?yàn)樗鼘?shí)現(xiàn)了零排放。在車載電池上，目前應(yīng)用最為廣泛的有磷酸鐵鋰電池和三元鋰電池。三元鋰電池的能量密度最高，能達(dá)到300 Wh/kg，而磷酸鐵鋰電池目前最高也能達(dá)到160 Wh/kg。磷酸鐵鋰電池由于耐高溫性能好、價(jià)格較低而廣受市場青睞，但是低溫充放電表現(xiàn)不佳。而三元鋰電池，由于耐低溫性能好，能夠保證低溫情況下汽車的續(xù)航里程，具有很大的市場潛力，但由于它對制造技術(shù)要求較高、價(jià)格貴，主要應(yīng)用在高端電動車型，如特斯拉的model S 采用的就是此類電池。國內(nèi)這兩種電池的主要制造商有比亞迪、寧德時(shí)代等[5]。

2 我國新能源汽車發(fā)展現(xiàn)狀

近年來，我國大力倡導(dǎo)發(fā)展新能源，2020 年11月2 日，國務(wù)院辦公廳印發(fā)的《新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2021—2035 年）》[6]指出，要實(shí)現(xiàn)我國從汽車大國走向汽車強(qiáng)國，必須大力發(fā)展新能源汽車。工業(yè)和信息化部數(shù)據(jù)顯示，2020 年，我國汽車銷量達(dá)到兩千五百多萬輛，總銷量排在了全球首位，其中單是新能源汽車的銷量就達(dá)到一百三十六萬多輛[7]。這主要是由于2010 年之后，國家試行新能源補(bǔ)貼政策，在這一階段，國內(nèi)新能源汽車市場在政策的激勵(lì)下得到了較大發(fā)展，而后雖然政策補(bǔ)貼力度減小，但新能源汽車的總體銷售勢頭仍是上升的。在新能源汽車企業(yè)方面，作為擁有IT、汽車及新能源三大產(chǎn)業(yè)群的比亞迪股份有限公司不僅在國內(nèi)有九大生產(chǎn)基地，還擁有龐大的國內(nèi)市場，除了致力于研發(fā)新能源汽車，比亞迪還為解決城市交通擁堵提出了新的方案——云軌技術(shù)。擁有完全自主知識產(chǎn)權(quán)的比亞迪云軌，被譽(yù)為“空中小火車”，它搭載了全球領(lǐng)先的鐵電池技術(shù)，能夠在零下40 ℃的低溫與80 ℃的高溫下工作。此外，比亞迪汽車還積極開拓海外市場，2019 年已經(jīng)向英國等十幾個(gè)國家交付了電動大巴[8]。而作為后起之秀的福建寧德時(shí)代新能源科技股份有限公司于2011 年成立，如今已經(jīng)成為國內(nèi)率先具備國際競爭力的動力電池制造商之一。2021 年8 月，上海市與寧德時(shí)代簽署合作框架協(xié)議，雙方未來在推動新能源領(lǐng)域基礎(chǔ)創(chuàng)新、城市動力交通、碳中和等方面將達(dá)成新的戰(zhàn)略合作[9]。隨著國家對新能源板塊的布局?jǐn)U大，近年來，新能源汽車的新勢力如小鵬汽車、蔚來汽車等也如雨后春筍，在國內(nèi)市場嶄露頭角。2021 年小米宣布進(jìn)軍電動汽車產(chǎn)業(yè)，之后有不少互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)也紛紛加入了新能源汽車的大潮中。隨著我國對汽車產(chǎn)業(yè)擴(kuò)大開放的深入，特別是2018年取消專用車、新能源汽車外資股比限制后，美國電動汽車的制造巨頭——特斯拉宣布在中國建廠，此后在新能源外資企業(yè)大步進(jìn)入國門的巨大壓力之下，國內(nèi)新能源汽車市場開始了新一輪的轉(zhuǎn)型升級革命。

3 主要瓶頸

3.1 新能源汽車的續(xù)航里程問題

這主要表現(xiàn)為純電動汽車?yán)m(xù)航里程不足。以一輛100 km 消耗6.7 L 燃油的傳統(tǒng)燃油汽車為例，在其油箱（假設(shè)油箱為50 L）加滿油情況下，忽略路況等條件，理論上可以行駛746 km。對比當(dāng)前市場主流的電動汽車品牌特斯拉，以其旗下純電動車型Model 3 標(biāo)準(zhǔn)續(xù)航升級版（國產(chǎn)）為例，工信部給出的純電續(xù)航里程為445 km，實(shí)測續(xù)航在380 km 左右，而由于電動汽車電池受氣候及行駛速度等因素的影響，在冬季以及高速行駛時(shí)續(xù)航相對會少點(diǎn)。對于車主而言，純電動汽車跑長途不僅有里程上的焦慮，還有充電不便的擔(dān)憂。相比起城市、高速服務(wù)區(qū)隨處可見的加油站，高速充電樁的數(shù)量并不是太多，有些高速服務(wù)區(qū)甚至還沒有充電樁。2021 年9 月，國務(wù)院交通運(yùn)輸部新聞發(fā)言人孫文劍在介紹加快推動交通運(yùn)輸領(lǐng)域新型基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)情況時(shí)就表示，交通部在落實(shí)綠色出行的“續(xù)航工程”項(xiàng)目上，目前已完成在高速公路服務(wù)區(qū)新增充電樁439 個(gè)，保有量達(dá)到了10 836 個(gè)，新配置充電樁服務(wù)區(qū)95 個(gè)，配置充電樁服務(wù)區(qū)達(dá)到了2 318 個(gè)[10]。雖然在數(shù)量上看有所增多，但是從比亞迪最新公布的數(shù)據(jù)來看，2021 年9 月新能源車銷售額就達(dá)到了70 022 輛，同比增長276.4%。所以已經(jīng)建設(shè)的高速充電樁對我國龐大的新能源汽車車主來說是杯水車薪，而電動汽車充電慢充大約需要6 h ～8 h，高速充電樁快充1 輛車也至少需要1 h ～2 h。對絕大多數(shù)電動汽車車主來說，出行最擔(dān)心的就是高速路上沒電拋錨。續(xù)航里程上的表現(xiàn)差強(qiáng)人意加上充電不便，是電動汽車相較傳統(tǒng)燃油汽車而言，難以行穩(wěn)致遠(yuǎn)的原因之一。

3.2 新能源汽車的能量損耗問題

這主要體現(xiàn)在混合動力汽車的能量損耗上。串聯(lián)式混合動力汽車是全部由電力來驅(qū)動車輪行駛的，燃料燃燒后產(chǎn)生的能量要通過發(fā)動機(jī)到發(fā)電機(jī)，然后到電動機(jī)，逐級傳遞，最后才到車輪；并聯(lián)式混合動力汽車在行駛過程中則有三種驅(qū)動模式，可以實(shí)現(xiàn)純電動、純油動或者油電混合驅(qū)動，這種應(yīng)用了三種模式來驅(qū)動的混動汽車在日常生活中較為常見；而混聯(lián)式汽車則綜合了前兩者的優(yōu)點(diǎn)，但它整體的結(jié)構(gòu)更為復(fù)雜，且對技術(shù)的要求相對較高。這幾種類型的混合動力汽車，雖然在一定程度上減少了油耗和排放，但從能量的角度來看，混動汽車動力系統(tǒng)越多、越復(fù)雜，在能量逐級傳輸過程中造成的損耗就越高。

3.3 新能源汽車的電池問題

主要體現(xiàn)為電動汽車的電池問題。電動汽車的電池問題主要集中在三個(gè)方面，一是電動汽車的電池安全性問題，二是動力電池的技術(shù)問題，三是電池的回收問題[11]。

在2010年第一輪新能源汽車補(bǔ)貼之后，國家調(diào)整了對電池能量密度的補(bǔ)貼政策。根據(jù)2019年國務(wù)院四部門聯(lián)合印發(fā)的《關(guān)于進(jìn)一步完善新能源汽車推廣應(yīng)用財(cái)政補(bǔ)貼政策的通知》[12]，要求進(jìn)行補(bǔ)貼的純電動乘用車動力電池系統(tǒng)的質(zhì)量能量密度不低于125 Wh/kg，此外，這次調(diào)整還提高了純電動汽車的整車能耗水平，設(shè)置調(diào)整系數(shù)的補(bǔ)貼門檻。為迎合不斷提高門檻的國家政策補(bǔ)貼，不少廠家盲目追求提高電池的密度，進(jìn)而提高電動汽車的續(xù)航里程，但由此也導(dǎo)致了電動汽車一系列自燃事件。這是由于電池比能量的提高，使得電池本身的不穩(wěn)定性增大，當(dāng)汽車在受到碰撞或者撞擊的時(shí)候電池更容易發(fā)生爆炸或者自燃[13]。這說明僅提高電池的能量密度而不對電池技術(shù)進(jìn)行精進(jìn)和突破，是難以解決電動汽車面臨的安全問題的。

2010 年國家實(shí)行新能源補(bǔ)貼政策后首批進(jìn)入市場的電動車，在近年來陸續(xù)進(jìn)入了“退役期”。通常情況下，電池的一系列充放電會使得電動汽車隨著使用年限的增長出現(xiàn)急劇掉電的現(xiàn)象，所以正常電動車在行駛了5～6 年后，就要更換新的電池。按照目前市場的情況來看，更換電池的價(jià)格大約是總車價(jià)的1/3到1/2，比能量越高的電池，更換的時(shí)候價(jià)格就越貴，而目前我國廠家對電池的維護(hù)保養(yǎng)也以更換為主。舊電池的“退役”也衍生了電池回收的問題，但是國內(nèi)汽車廠商至今還沒有形成真正完善的動力電池回收鏈條，電池的回收路徑主要是廠家回收，在廢舊電池的可持續(xù)利用來看是有待進(jìn)一步發(fā)展的。這也導(dǎo)致了電動汽車在使用了幾年后殘值過低，從而使得電動汽車二手車并沒有太大的市場熱情。

4 發(fā)展前景

4.1 主流方向

串聯(lián)式混動汽車的傳動系統(tǒng)布置比較簡單，雖然在一定程度上能夠節(jié)省燃油且沒有污染的排放，但由于能量傳遞損耗較大，并不是市場應(yīng)用的主流；并聯(lián)式混動雖然多了一個(gè)直接的動力源，能量傳遞效率較前者有所提高，但是該技術(shù)主要是靠發(fā)動機(jī)來進(jìn)行驅(qū)動，因此，仍無法達(dá)到減少排放的要求；混聯(lián)式混動機(jī)械傳動結(jié)構(gòu)是三者中最為復(fù)雜的，但它集前兩者優(yōu)點(diǎn)于一身，能夠靈活地根據(jù)不同的工況，使發(fā)動機(jī)與電動機(jī)在不同的行駛條件下工作，其高效節(jié)能的巨大優(yōu)勢，使其成為新能源汽車過渡發(fā)展的主流方向。

4.2 更輕量化[14]

相對內(nèi)燃機(jī)汽車而言，混合動力汽車能夠更大限度地實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排，更符合清潔、綠色的理念。但混合動力汽車動力系統(tǒng)復(fù)雜、體積龐大，在市場上出售價(jià)格比燃油汽車貴，且存在能量損耗的問題。長遠(yuǎn)而言，混合動力汽車目前作為新能源汽車發(fā)展的“過渡”，最終將會往體積更輕量、零排放的純電動汽車方向發(fā)展。

4.3 更智能化

隨著共享經(jīng)濟(jì)、智能網(wǎng)聯(lián)時(shí)代的到來，信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為新能源汽車的智能化提供了更多的實(shí)現(xiàn)方式。交互式App、車聯(lián)網(wǎng)平臺的開發(fā)，將推動新能源汽車與共享經(jīng)濟(jì)相連接，從而搭建起網(wǎng)絡(luò)平臺與車載終端通信的橋梁。新能源汽車往智能化方向發(fā)展，將為廣大用戶提供更好的體驗(yàn)。

4.4 更技術(shù)化

動力電池作為電動汽車的核心技術(shù)，是電動汽車整車的“心臟”，三元鋰電池雖是目前所有電池中能量密度最高、低溫性能最好的電池，但由于價(jià)格昂貴，就其日后的廣泛應(yīng)用而言，在制造技術(shù)和降低成本上還有發(fā)展的空間。此外，新能源汽車電池充電技術(shù)、電池的安全性技術(shù)等也有待進(jìn)一步研究與突破。

5 結(jié)語

隨著汽車技術(shù)的發(fā)展，新能源汽車正從以混合動力技術(shù)為主導(dǎo)慢慢過渡到以純電動為主導(dǎo)。相信未來更加綠色、清潔、高效的新能源汽車技術(shù)，一定能在推動汽車產(chǎn)業(yè)不斷前進(jìn)、助力節(jié)能減排的同時(shí)，為構(gòu)建人與自然和諧的生命共同體提供更多、更和諧的方案。