文章來(lái)源：中國(guó)電動(dòng)汽車百人會(huì)；作者：歐陽(yáng)明高

我國(guó)新能源汽車技術(shù)路線經(jīng)歷了四個(gè)發(fā)展階段，2003年-2005 年：國(guó)家中長(zhǎng)期科技發(fā)展規(guī)劃確立了節(jié)能與新能源汽車戰(zhàn)略（低能耗與新能源汽車）；2009年-2012年：科技部與工信部發(fā)展規(guī)劃確立了“純電驅(qū)動(dòng)”技術(shù)轉(zhuǎn)型戰(zhàn)略；2014年：發(fā)展新能源汽車受到中央領(lǐng)導(dǎo)核心的重視，習(xí)近平總書記親自確立了發(fā)展新能源汽車的汽車強(qiáng)國(guó)戰(zhàn)略，開啟了中國(guó)新能源汽車產(chǎn)業(yè)化新階段；2018年11月：全國(guó)政協(xié)召開“促進(jìn)新能源汽車產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展”雙周座談會(huì)，一些委員建議研究制定面向2035年新能源汽車發(fā)展戰(zhàn)略規(guī)劃，盡快明確分類別、分地區(qū)的禁售燃油車時(shí)間表，穩(wěn)定產(chǎn)業(yè)發(fā)展預(yù)期，開啟了新一輪戰(zhàn)略討論的序幕。

中國(guó)科學(xué)院院士、中國(guó)電動(dòng)汽車百人會(huì)執(zhí)行副理事長(zhǎng)歐陽(yáng)明高以親歷者身份回顧和展望了中國(guó)新能源汽車技術(shù)路線的探索、實(shí)踐與創(chuàng)新過(guò)程，希望能夠?qū)π履茉雌�車下一步發(fā)展戰(zhàn)略的制定提供參考。本文是從作者即將由科學(xué)出版社出版的專著《汽車動(dòng)力系統(tǒng)學(xué)——電控發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)、動(dòng)力電池系統(tǒng)、燃料電池系統(tǒng)、混合動(dòng)力系統(tǒng)》第一章：節(jié)能與新能源動(dòng)力系統(tǒng)概論部分內(nèi)容改寫而成。力圖用盡可能通俗的語(yǔ)言，厘清與發(fā)展戰(zhàn)略和技術(shù)路線相關(guān)的發(fā)展理念、技術(shù)概念、論證邏輯、演變脈絡(luò)等，以便相關(guān)討論能夠在相互理解的思維方式和話語(yǔ)體系中順利展開，促進(jìn)我國(guó)新能源汽車更好更快發(fā)展，早日實(shí)現(xiàn)汽車強(qiáng)國(guó)目標(biāo)。

全球新能源汽車發(fā)展演變歷程

1. 新能源汽車動(dòng)力系統(tǒng)技術(shù)概念與發(fā)展歷程簡(jiǎn)介

純電動(dòng)是一種結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單的動(dòng)力系統(tǒng)，其復(fù)雜性主要體現(xiàn)在動(dòng)力電池上。早在卡爾·本茨發(fā)明內(nèi)燃機(jī)汽車的半個(gè)世紀(jì)之前，人類就開始探索以蓄電池為能源裝置的純電動(dòng)汽車。1900年，純電動(dòng)汽車曾經(jīng)占據(jù)了美國(guó)汽車保有量的三分之一。但是由于動(dòng)力電池技術(shù)的瓶頸約束，純電動(dòng)汽車逐步淡出汽車市場(chǎng)，走過(guò)了艱難的歷程。鋰離子電池的發(fā)明與技術(shù)快速進(jìn)步（如圖1所示）重新改寫了純電動(dòng)汽車的歷史。2008年，僅有五年歷史的特斯拉汽車公司開始交付搭載鋰離子電池的純電動(dòng)跑車Roadster，并在同年發(fā)布了純電動(dòng)轎車Model S。Roadster與Model S媲美豪華燃油汽車的性能表現(xiàn)，推動(dòng)了傳統(tǒng)汽車巨頭們?cè)陔妱?dòng)汽車賽道競(jìng)爭(zhēng)的加速；同樣是在2008年，中國(guó)在北京奧運(yùn)會(huì)期間頗具規(guī)模地示范運(yùn)行純電動(dòng)汽車也吸引了全世界目光的聚焦。2008年鋰離子動(dòng)力電池在汽車上市產(chǎn)品中應(yīng)用，使純電動(dòng)汽車真正成為日益成熟的主流汽車產(chǎn)品，并不斷擴(kuò)大車型應(yīng)用范圍和市場(chǎng)份額。當(dāng)然，鋰離子動(dòng)力電池的動(dòng)力性、耐久性和安全性還并不理想，需要持續(xù)改進(jìn)提高，尤其是安全性更是重中之重。當(dāng)前，動(dòng)力電池的科技創(chuàng)新活躍、技術(shù)突破加速，以動(dòng)力蓄電池為核心的純電動(dòng)力系統(tǒng)潛力巨大、前景廣闊。

圖1 鋰離子電池的發(fā)展歷史

混合動(dòng)力系統(tǒng)發(fā)明于19世紀(jì)末，興起則始于一百年后的20世紀(jì)末。1899年，在汽車工業(yè)起步之初，保時(shí)捷公司創(chuàng)始人費(fèi)迪南德·保時(shí)捷制造了第一輛油電混合動(dòng)力汽車Lohner - Porsche。1997年豐田公司量產(chǎn)型混合動(dòng)力汽車Prius的問世，開啟了現(xiàn)代混合動(dòng)力汽車時(shí)代。世界各大汽車公司不斷將混合動(dòng)力車型投入量產(chǎn)，混合動(dòng)力的浪潮持續(xù)升溫。2008年，比亞迪在中國(guó)開始銷售可以外接充電的混合動(dòng)力轎車F3DM，這是全世界第一款量產(chǎn)的插電式（可以充電的）混合動(dòng)力汽車。相比純電動(dòng)系統(tǒng)，現(xiàn)代內(nèi)燃機(jī)混合動(dòng)力發(fā)展百花齊放、種類繁多。一般而言，混合動(dòng)力分為常規(guī)混合動(dòng)力和可以外接充電的混合動(dòng)力，常常簡(jiǎn)稱為插電式混合動(dòng)力。有別于常規(guī)混合動(dòng)力汽車單一的能量來(lái)源，插電式混合動(dòng)力汽車的能量來(lái)源包括了燃油與電網(wǎng)。插電式混合動(dòng)力汽車外接充電后優(yōu)先使用電能（電量下降階段），當(dāng)電池電量低于設(shè)定值后則進(jìn)入常規(guī)混合動(dòng)力模式（電量維持階段）。根據(jù)內(nèi)燃機(jī)在電量下降階段的工作方式的不同（取決于電池的容量和功率）分為混合型和純電型兩種類型。如果在電量下降階段，由于電池功率不足，內(nèi)燃機(jī)隨時(shí)啟動(dòng)工作，直接輸出驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩或者帶動(dòng)發(fā)電機(jī)給驅(qū)動(dòng)電機(jī)供電，稱為“混合型”插電式混合動(dòng)力(blend PHEV)；如果在電量下降階段內(nèi)燃機(jī)不啟動(dòng)，車輛為純電動(dòng)，則稱為“純電型”插電式混合動(dòng)力(all electric range, AER PHEV)。根據(jù)在電量維持階段車輛能否達(dá)到全性能（取決于內(nèi)燃機(jī)功率的大�。�，“純電型”插電式混合動(dòng)力又可分為城市型和全性能型兩種。全性能型的代表車型是通用Volt，城市型的代表車型是寶馬的i3。這是從外在功能劃分，如果從內(nèi)部結(jié)構(gòu)劃分，則有并聯(lián)、串聯(lián)和混聯(lián)三大類（以及許多小類）：（1）并聯(lián)是指電機(jī)和發(fā)動(dòng)機(jī)并行給車輛提供驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩。（2）串聯(lián)是相對(duì)并聯(lián)而言，指為車輛提供驅(qū)動(dòng)力的機(jī)械通路是電機(jī)-變速器-車輪一條串聯(lián)通道。電功率流動(dòng)的電路結(jié)構(gòu)其實(shí)是發(fā)電機(jī)組和電池組并聯(lián)給電機(jī)供電。內(nèi)燃發(fā)電機(jī)組的工作模式一般有兩種：發(fā)電直驅(qū)模式，或稱為負(fù)載跟隨模式。另一種是發(fā)電機(jī)組根據(jù)設(shè)定的電池電量值自動(dòng)啟停。內(nèi)燃發(fā)電機(jī)組發(fā)電直接供應(yīng)給電動(dòng)機(jī)的發(fā)電直驅(qū)模式早在半個(gè)世紀(jì)前就已經(jīng)廣泛應(yīng)用于鐵路電力傳動(dòng)內(nèi)燃機(jī)車，以形成良好的牽引特性，俗稱“牛馬特性”——低速是牛，高速是馬。在汽車混合動(dòng)力中，發(fā)電直驅(qū)模式可以提高效率但排放會(huì)變差。（3）混聯(lián)是串聯(lián)+并聯(lián)，可以是同時(shí)的串并聯(lián)，如功率分流，也可以是分時(shí)的串并聯(lián)。外在功能和內(nèi)在結(jié)構(gòu)兩方面結(jié)合起來(lái)，有很多種組合，如圖2所示，例如，純電型插電式混合動(dòng)力采用串聯(lián)、并聯(lián)或者混聯(lián)結(jié)構(gòu)的車型都有。其中，采用串聯(lián)構(gòu)型的在我國(guó)稱為增程式電動(dòng)汽車（根據(jù)國(guó)標(biāo)GB19596-2017定義）�；旌蟿�(dòng)力概念復(fù)雜，常常造成混淆，詳細(xì)分析可參考即將出版的《汽車動(dòng)力系統(tǒng)學(xué)》第5章內(nèi)容。

圖2 多種類型的混合動(dòng)力汽車

燃料電池的基本原理由英國(guó)物理學(xué)家William Grove發(fā)明于1839年。1992年加拿大巴拉德公司研制了88kW的汽車用質(zhì)子交換膜燃料電池系統(tǒng)，開啟了燃料電池用作汽車動(dòng)力的新階段。氫能燃料電池系統(tǒng)是一種將燃料化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的能量轉(zhuǎn)換裝置，從這個(gè)角度上來(lái)說(shuō)，燃料電池系統(tǒng)更加接近內(nèi)燃機(jī)�；蛘邷�(zhǔn)確的說(shuō)是與內(nèi)燃發(fā)電機(jī)組功能相同，本質(zhì)上是一個(gè)發(fā)電機(jī)。在燃料電池發(fā)展早期階段，燃料電池往往與驅(qū)動(dòng)電機(jī)做成一個(gè)總成去替代內(nèi)燃機(jī)，其功能與一臺(tái)內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)完全相同。因此，帶驅(qū)動(dòng)電機(jī)的燃料電池系統(tǒng)就稱為燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)�，F(xiàn)在還有很多轎車公司仍然采用這種燃料電池與驅(qū)動(dòng)電機(jī)一體化結(jié)構(gòu)，便于轎車布置。同時(shí)，由于燃料電池系統(tǒng)包括了燃料電池組（或稱燃料電池電堆）這一與動(dòng)力電池相似的部分和空氣、燃料、冷卻系統(tǒng)等與內(nèi)燃機(jī)相似的部分，燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)這個(gè)概念也經(jīng)常用于指不包括驅(qū)動(dòng)電機(jī)的燃料電池系統(tǒng)（這一概念在國(guó)內(nèi)比較通用），如圖3所示是車用燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)的典型代表之一——本田公司開發(fā)的最新一代轎車用燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)。在2000年之前，一系列燃料電池概念車的出現(xiàn)預(yù)示著燃料電池汽車完成了原理驗(yàn)證，其中較有代表性的車型有戴姆勒-奔馳NECAR1/2/3系列燃料電池概念車，通用的“自主魔力”燃料電池概念車等。早期的燃料電池汽車采用了純?nèi)剂想姵貏?dòng)力系統(tǒng)，但是燃料電池不具備吸收制動(dòng)能量的能力，同時(shí)也不適應(yīng)劇烈波動(dòng)的車輛負(fù)載，使得采用純?nèi)剂想姵貏?dòng)力系統(tǒng)的汽車性能表現(xiàn)不佳。針對(duì)以上問題，中國(guó)在國(guó)際上最早探索了燃料電池與動(dòng)力電池的深度混合動(dòng)力系統(tǒng)，并推動(dòng)形成了國(guó)際主流的燃料電池汽車動(dòng)力系統(tǒng)技術(shù)路線�，F(xiàn)在車用燃料電池動(dòng)力系統(tǒng)均采用燃料電池與動(dòng)力電池的電-電混合動(dòng)力，與內(nèi)燃機(jī)混合動(dòng)力中的串聯(lián)式混合動(dòng)力相同，只不過(guò)內(nèi)燃發(fā)電機(jī)組改成了燃料電池系統(tǒng)。在2000年之后，燃料電池汽車進(jìn)入了示范驗(yàn)證階段。中國(guó)在2008北京奧運(yùn)會(huì)首次開展燃料電池汽車示范運(yùn)行并建立了首座加氫站。豐田公司在2015年開始銷售未來(lái)(Mirai)燃料電池轎車標(biāo)志著燃料電池轎車進(jìn)入商業(yè)化階段。2016年為中國(guó)燃料電池商業(yè)化元年。目前，中國(guó)燃料電池商用車產(chǎn)業(yè)化處于世界前列。

圖3 本田公司最新一代燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)

2. 國(guó)際典型新能源汽車研發(fā)思路與發(fā)展演變歷程

從總體發(fā)展歷程來(lái)看，新能源汽車動(dòng)力系統(tǒng)技術(shù)路線經(jīng)歷了幾起幾落，多元化探索階段，現(xiàn)在已經(jīng)逐步步入正軌。在中國(guó)新能源汽車市場(chǎng)化迅猛發(fā)展的帶動(dòng)下，全球汽車動(dòng)力電氣化技術(shù)轉(zhuǎn)型趨勢(shì)已經(jīng)不可逆轉(zhuǎn)。美國(guó)、日本、德國(guó)等老牌汽車強(qiáng)國(guó)正在進(jìn)入汽車動(dòng)力系統(tǒng)電動(dòng)化轉(zhuǎn)型發(fā)展加速期。從統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)可以看出，從2016年開始，奔馳、寶馬等國(guó)際汽車巨頭都在大幅度的急劇轉(zhuǎn)型。新興造車企業(yè)、信息行業(yè)和能源行業(yè)等也加入到新能源汽車產(chǎn)業(yè)競(jìng)爭(zhēng)的大潮中，從各自的視角詮釋了不同的發(fā)展模式。同時(shí)，又在相互競(jìng)爭(zhēng)中相互學(xué)習(xí)并逐步相互融合。

從典型新能源汽車企業(yè)的發(fā)展戰(zhàn)略來(lái)看，特斯拉公司的模式是高端切入，自上而下，以電動(dòng)化為主體，逐步融合智能化和網(wǎng)聯(lián)化。其從豪華純電動(dòng)跑車入門（Roadster），發(fā)展高端大型純電動(dòng)轎車（Model S）和SUV（Model X），依靠強(qiáng)大的品牌效應(yīng)和影響力逐步下探緊湊型轎車市場(chǎng)，推出Model3這一標(biāo)桿產(chǎn)品。從技術(shù)演進(jìn)看，從電動(dòng)化率先向智能化方向發(fā)展，特斯拉公司大膽推出了自動(dòng)駕駛技術(shù)。該模式是新興造車企業(yè)尤其是從互聯(lián)網(wǎng)行業(yè)進(jìn)入新能源汽車行業(yè)所采用的一種典型技術(shù)路線，即純電動(dòng)戰(zhàn)略——電動(dòng)化、智能化、網(wǎng)聯(lián)化。日本豐田公司是國(guó)際上全面開展新能源汽車技術(shù)研發(fā)的傳統(tǒng)汽車大公司之一，其混合動(dòng)力和燃料電池等新能源汽車核心技術(shù)全球領(lǐng)先。豐田新能源汽車發(fā)展的技術(shù)路線核心是發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)優(yōu)先戰(zhàn)略——內(nèi)燃機(jī)、混合動(dòng)力發(fā)動(dòng)機(jī)、燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)。該技術(shù)路線可以描述為：從先進(jìn)燃油汽車、高效混合動(dòng)力汽車到氫能燃料電池汽車的技術(shù)路線。具體的新能源動(dòng)力系統(tǒng)研發(fā)思路是：以混合動(dòng)力系統(tǒng)為基礎(chǔ)平臺(tái)，在該平臺(tái)基礎(chǔ)上分別發(fā)展插電式混合動(dòng)力系統(tǒng)、純電動(dòng)動(dòng)力系統(tǒng)和燃料電池動(dòng)力系統(tǒng)。其核心理念如圖4左所示。2018年豐田展示的新思路如圖4右所示，從中可以看出豐田技術(shù)路線的演化，即以核心部件為基礎(chǔ)平臺(tái)，混合動(dòng)力和插電式混合動(dòng)力、純電動(dòng)、燃料電池并行發(fā)展并增加了智能網(wǎng)聯(lián)技術(shù)。在新能源汽車市場(chǎng)推廣與交通應(yīng)用適用性方面，豐田的思路演變?nèi)鐖D5所示。其基本思路是：純電動(dòng)乘用車主要用于城市通勤，中遠(yuǎn)距離的個(gè)人出行主要由常規(guī)混合和插電式混合動(dòng)力車承擔(dān)，而對(duì)于長(zhǎng)途重載運(yùn)輸場(chǎng)合，燃料電池動(dòng)力系統(tǒng)是卡車和公路客車的最佳選擇。圖5中右圖與左圖相比，主要變化是純電動(dòng)汽車的應(yīng)用范圍大幅擴(kuò)展。從兩家企業(yè)的技術(shù)路線的比較看，主觀上都是盡可能揚(yáng)長(zhǎng)避短，獲取競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，但同時(shí)遵循技術(shù)演變與突破的客觀規(guī)律。這對(duì)我國(guó)新能源汽車技術(shù)路線的選擇提供了很好的借鑒。

圖4 豐田新能源汽車技術(shù)路線的演變

圖5 豐田新能源汽車應(yīng)用思路的發(fā)展演變

（文 / 歐陽(yáng)明高，

百人會(huì)《中國(guó)新能源汽車技術(shù)路線的回顧與展望》報(bào)告）
 

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