新能源汽车发展与前景分析*

2021-12-25陈丽雅陈敏敏

南方农机 2021年23期

陈丽雅，陈敏敏

（汕尾职业技术学院，广东汕尾 516600）

1886 年，第一辆以汽油为燃油的三轮汽车诞生了，标志着人类生活方式开始发生巨大变化，并由此进入了汽车工业迅猛发展的时代。由于汽车工业高速发展，对石油资源的需求剧增，由此而产生的全球能源紧张问题日趋严峻。而石油资源的过度开发利用导致了大量二氧化碳的排放，“地球之肺”正承受着前所未有的负担。从能源安全跟环境保护的角度来看，发展新能源汽车不仅必要而且迫切[1]。

1 新能源汽车的分类

工信部《新能源汽车生产企业及产品准入管理规定》[2]中对新能源汽车的定义进行了说明，指出新能源汽车包括插电式混合动力（含增程式）汽车、纯电动汽车和燃料电池汽车等。而燃料电池汽车虽然也是近年发展起来的新能源汽车，但是由于制氢技术、加氢站建设等原因，应用还不是很广泛，目前市场上主流的两类新能源汽车是混动汽车与纯电动汽车。

1.1 燃料电池汽车

燃料电池汽车指的是通过电化学反应产生电力，并以此来驱动行驶的汽车[3]。氢燃料电池能量密度大，转化效率高，主要原理是让氢跟氧发生化学反应产生水，氢燃料电池的反应过程没有产生污染物，影响它发展的主要问题在于氢的制取及存储。我国现有的制氢技术主要是化石能源制取及电解水[4]制取等，采用化石能源制取会产生大量的二氧化碳，这种方式虽成本较低，但是对环境的污染比较大，且要消耗大量的石油资源，在某种程度上并不能真正符合“清洁能源”的标准；另外，制氢催化剂跟交换膜的成本问题也制约了氢燃料电池的发展。虽然长远来看，燃料电池汽车是有发展潜力的，但是短期而言没有体现出太大的优势。

1.2 混合动力汽车（HEV）

混合动力汽车是指可以由单一的电力作为驱动或者由电力跟燃油混合驱动的汽车。混合动力汽车中，插电式混动目前在新能源汽车市场占比大，根据动力系统和结构的不同，可以细分为三种：串联式、并联式及混联式。串联式混动是由单一的电动机来驱动的，电动机的电力来源有蓄电池跟发动机的动力转化，在汽车需要充足动力的工况下，蓄电池跟发动机能同时为电动机提供电力以驱动车辆，而在车辆不需要充足动力的工况下，如轻载行驶，发动机产生的多余能量则能通过发电机反过来为蓄电池充电。并联式混动的应用就更为常见，它最大的特点就是有两套独立的动力系统，发动机跟电动机既可以单独驱动，也可以共同驱动车辆。混联式混动对技术的要求是最高的，因为它综合了前两者的优点，能够灵活地根据实际行驶工况选择不同的工作模式，在一些车型上已经有比较典型的应用，比如丰田的雷凌跟卡罗拉，就采用了混联式混合动力技术。

1.3 纯电动汽车（EV）

纯电动汽车指的是搭载电池并由电池提供全部驱动动力的汽车，是最清洁、绿色的新能源汽车，因为它实现了零排放。在车载电池上，目前应用最为广泛的有磷酸铁锂电池和三元锂电池。三元锂电池的能量密度最高，能达到300 Wh/kg，而磷酸铁锂电池目前最高也能达到160 Wh/kg。磷酸铁锂电池由于耐高温性能好、价格较低而广受市场青睐，但是低温充放电表现不佳。而三元锂电池，由于耐低温性能好，能够保证低温情况下汽车的续航里程，具有很大的市场潜力，但由于它对制造技术要求较高、价格贵，主要应用在高端电动车型，如特斯拉的model S 采用的就是此类电池。国内这两种电池的主要制造商有比亚迪、宁德时代等[5]。

2 我国新能源汽车发展现状

近年来，我国大力倡导发展新能源，2020 年11月2 日，国务院办公厅印发的《新能源汽车产业发展规划（2021—2035 年）》[6]指出，要实现我国从汽车大国走向汽车强国，必须大力发展新能源汽车。工业和信息化部数据显示，2020 年，我国汽车销量达到两千五百多万辆，总销量排在了全球首位，其中单是新能源汽车的销量就达到一百三十六万多辆[7]。这主要是由于2010 年之后，国家试行新能源补贴政策，在这一阶段，国内新能源汽车市场在政策的激励下得到了较大发展，而后虽然政策补贴力度减小，但新能源汽车的总体销售势头仍是上升的。在新能源汽车企业方面，作为拥有IT、汽车及新能源三大产业群的比亚迪股份有限公司不仅在国内有九大生产基地，还拥有庞大的国内市场，除了致力于研发新能源汽车，比亚迪还为解决城市交通拥堵提出了新的方案——云轨技术。拥有完全自主知识产权的比亚迪云轨，被誉为“空中小火车”，它搭载了全球领先的铁电池技术，能够在零下40 ℃的低温与80 ℃的高温下工作。此外，比亚迪汽车还积极开拓海外市场，2019 年已经向英国等十几个国家交付了电动大巴[8]。而作为后起之秀的福建宁德时代新能源科技股份有限公司于2011 年成立，如今已经成为国内率先具备国际竞争力的动力电池制造商之一。2021 年8 月，上海市与宁德时代签署合作框架协议，双方未来在推动新能源领域基础创新、城市动力交通、碳中和等方面将达成新的战略合作[9]。随着国家对新能源板块的布局扩大，近年来，新能源汽车的新势力如小鹏汽车、蔚来汽车等也如雨后春笋，在国内市场崭露头角。2021 年小米宣布进军电动汽车产业，之后有不少互联网企业也纷纷加入了新能源汽车的大潮中。随着我国对汽车产业扩大开放的深入，特别是2018年取消专用车、新能源汽车外资股比限制后，美国电动汽车的制造巨头——特斯拉宣布在中国建厂，此后在新能源外资企业大步进入国门的巨大压力之下，国内新能源汽车市场开始了新一轮的转型升级革命。

3 主要瓶颈

3.1 新能源汽车的续航里程问题

这主要表现为纯电动汽车续航里程不足。以一辆100 km 消耗6.7 L 燃油的传统燃油汽车为例，在其油箱（假设油箱为50 L）加满油情况下，忽略路况等条件，理论上可以行驶746 km。对比当前市场主流的电动汽车品牌特斯拉，以其旗下纯电动车型Model 3 标准续航升级版（国产）为例，工信部给出的纯电续航里程为445 km，实测续航在380 km 左右，而由于电动汽车电池受气候及行驶速度等因素的影响，在冬季以及高速行驶时续航相对会少点。对于车主而言，纯电动汽车跑长途不仅有里程上的焦虑，还有充电不便的担忧。相比起城市、高速服务区随处可见的加油站，高速充电桩的数量并不是太多，有些高速服务区甚至还没有充电桩。2021 年9 月，国务院交通运输部新闻发言人孙文剑在介绍加快推动交通运输领域新型基础设施建设情况时就表示，交通部在落实绿色出行的“续航工程”项目上，目前已完成在高速公路服务区新增充电桩439 个，保有量达到了10 836 个，新配置充电桩服务区95 个，配置充电桩服务区达到了2 318 个[10]。虽然在数量上看有所增多，但是从比亚迪最新公布的数据来看，2021 年9 月新能源车销售额就达到了70 022 辆，同比增长276.4%。所以已经建设的高速充电桩对我国庞大的新能源汽车车主来说是杯水车薪，而电动汽车充电慢充大约需要6 h ～8 h，高速充电桩快充1 辆车也至少需要1 h ～2 h。对绝大多数电动汽车车主来说，出行最担心的就是高速路上没电抛锚。续航里程上的表现差强人意加上充电不便，是电动汽车相较传统燃油汽车而言，难以行稳致远的原因之一。

3.2 新能源汽车的能量损耗问题

这主要体现在混合动力汽车的能量损耗上。串联式混合动力汽车是全部由电力来驱动车轮行驶的，燃料燃烧后产生的能量要通过发动机到发电机，然后到电动机，逐级传递，最后才到车轮；并联式混合动力汽车在行驶过程中则有三种驱动模式，可以实现纯电动、纯油动或者油电混合驱动，这种应用了三种模式来驱动的混动汽车在日常生活中较为常见；而混联式汽车则综合了前两者的优点，但它整体的结构更为复杂，且对技术的要求相对较高。这几种类型的混合动力汽车，虽然在一定程度上减少了油耗和排放，但从能量的角度来看，混动汽车动力系统越多、越复杂，在能量逐级传输过程中造成的损耗就越高。

3.3 新能源汽车的电池问题

主要体现为电动汽车的电池问题。电动汽车的电池问题主要集中在三个方面，一是电动汽车的电池安全性问题，二是动力电池的技术问题，三是电池的回收问题[11]。

在2010年第一轮新能源汽车补贴之后，国家调整了对电池能量密度的补贴政策。根据2019年国务院四部门联合印发的《关于进一步完善新能源汽车推广应用财政补贴政策的通知》[12]，要求进行补贴的纯电动乘用车动力电池系统的质量能量密度不低于125 Wh/kg，此外，这次调整还提高了纯电动汽车的整车能耗水平，设置调整系数的补贴门槛。为迎合不断提高门槛的国家政策补贴，不少厂家盲目追求提高电池的密度，进而提高电动汽车的续航里程，但由此也导致了电动汽车一系列自燃事件。这是由于电池比能量的提高，使得电池本身的不稳定性增大，当汽车在受到碰撞或者撞击的时候电池更容易发生爆炸或者自燃[13]。这说明仅提高电池的能量密度而不对电池技术进行精进和突破，是难以解决电动汽车面临的安全问题的。

2010 年国家实行新能源补贴政策后首批进入市场的电动车，在近年来陆续进入了“退役期”。通常情况下，电池的一系列充放电会使得电动汽车随着使用年限的增长出现急剧掉电的现象，所以正常电动车在行驶了5～6 年后，就要更换新的电池。按照目前市场的情况来看，更换电池的价格大约是总车价的1/3到1/2，比能量越高的电池，更换的时候价格就越贵，而目前我国厂家对电池的维护保养也以更换为主。旧电池的“退役”也衍生了电池回收的问题，但是国内汽车厂商至今还没有形成真正完善的动力电池回收链条，电池的回收路径主要是厂家回收，在废旧电池的可持续利用来看是有待进一步发展的。这也导致了电动汽车在使用了几年后残值过低，从而使得电动汽车二手车并没有太大的市场热情。

4 发展前景

4.1 主流方向

串联式混动汽车的传动系统布置比较简单，虽然在一定程度上能够节省燃油且没有污染的排放，但由于能量传递损耗较大，并不是市场应用的主流；并联式混动虽然多了一个直接的动力源，能量传递效率较前者有所提高，但是该技术主要是靠发动机来进行驱动，因此，仍无法达到减少排放的要求；混联式混动机械传动结构是三者中最为复杂的，但它集前两者优点于一身，能够灵活地根据不同的工况，使发动机与电动机在不同的行驶条件下工作，其高效节能的巨大优势，使其成为新能源汽车过渡发展的主流方向。