發(fā)展新能源汽車、推進(jìn)新能源汽車產(chǎn)業(yè)化，對解決傳統(tǒng)燃油汽車高污染、高耗能、高排放問題具有重要意義。以新能源汽車為研究對象，從新能源汽車發(fā)展背景、整車和三電系統(tǒng)綜合分析了中國新能源汽車目前的產(chǎn)業(yè)與技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀；提出了中國新能源汽車目前存在基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)尚不完善、電池回收利用率低、基礎(chǔ)器件關(guān)鍵技術(shù)未掌握等問題，探討了新能源汽車技術(shù)與產(chǎn)業(yè)未來的發(fā)展方向和規(guī)劃。

在當(dāng)前環(huán)境污染和溫室效應(yīng)的背景下，新能源汽車由于其環(huán)保與節(jié)能的特點，受到了發(fā)達(dá)工業(yè)國家的廣泛重視。中國作為世界上首批將新能源汽車作為戰(zhàn)略發(fā)展產(chǎn)業(yè)的國家之一，已經(jīng)成功引領(lǐng)了世界新能源發(fā)展的潮流。如圖1所示，自2015年起，中國新能源汽車銷量連續(xù)7年位居世界第一，新能源汽車的產(chǎn)量也從2013年的1.8萬輛躍升至2022年的近700萬輛。隨著國內(nèi)新能源汽車的技術(shù)不斷發(fā)展，新能源汽車產(chǎn)業(yè)擴張不斷加速，配套產(chǎn)業(yè)逐步完善，規(guī)模持續(xù)擴大，綜合競爭力明顯地提升。

圖1 2013—2022年中國新能源汽車銷量

01新能源汽車發(fā)展背景

隨著能源危機愈演愈烈，新能源取代傳統(tǒng)化石燃料已經(jīng)成為了一種不可避免的趨勢。在2021年全國兩會中，中國首次將“碳達(dá)峰、碳中和”寫入政府工作報告中，明確指出中國要在2030年前達(dá)到二氧化碳排放峰值，力爭在2060年前實現(xiàn)碳中和，實現(xiàn)全球碳排放承諾。但是目前中國仍處于工業(yè)化進(jìn)程中，資源能源消耗總量和碳排放總量仍處高位，綠色低碳的工業(yè)生產(chǎn)結(jié)構(gòu)尚未有效形成，迫切需要對能源結(jié)構(gòu)、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)進(jìn)行改造與轉(zhuǎn)型。而新能源汽車作為低碳環(huán)保的重要產(chǎn)品，對于中國汽車產(chǎn)業(yè)的轉(zhuǎn)型升級、實現(xiàn)高質(zhì)量發(fā)展，具有重要的指導(dǎo)意義和重要的推動作用。

01 -環(huán)境保護(hù)

節(jié)能與環(huán)保是當(dāng)今時代主題，節(jié)能減排和綠色可持續(xù)發(fā)展已成為當(dāng)今社會發(fā)展的方向。隨著人類工業(yè)化進(jìn)程的推進(jìn)，對能源的需求也越來越大，能源的過度消耗帶來的資源枯竭和環(huán)境問題日益突出，能源問題已成為制約經(jīng)濟(jì)增長和社會發(fā)展的重要因素?，F(xiàn)階段，社會汽車保有量大，且大多數(shù)汽車仍在使用傳統(tǒng)化石燃料，消耗了大量資源的同時也增加了碳排放。2021年全球各領(lǐng)域資源消耗與排放情況如圖2所示。據(jù)統(tǒng)計，汽車1年消耗的石油資源占據(jù)全球石油消耗總量的25.5%，公路汽車碳排放占交通領(lǐng)域碳排放總量的80%以上。解決汽車產(chǎn)業(yè)高資源消耗與高碳排放問題、發(fā)展新能源汽車、推進(jìn)新型清潔能源與可再生能源的普及，在當(dāng)今節(jié)能與環(huán)保的時代背景下極為重要。

圖22021年全球各領(lǐng)域資源消耗與排放狀況

02 -產(chǎn)業(yè)升級

中國正處于“后工業(yè)時代”的大發(fā)展階段，大多數(shù)產(chǎn)業(yè)都在向著節(jié)能減排的方向邁進(jìn)，對材料和能源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提出了更高的要求。但是，從能源結(jié)構(gòu)來看，中國依然是全球第一大煤炭生產(chǎn)國、第二大石油消耗國，對傳統(tǒng)化石燃料依賴性依然很高，工業(yè)仍存在高消耗、高排放的問題，迫切需要產(chǎn)業(yè)革新。打破資源環(huán)境瓶頸的約束在于轉(zhuǎn)變發(fā)展模式，汽車產(chǎn)業(yè)作為中國國民經(jīng)濟(jì)支柱產(chǎn)業(yè)之一，是調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的主戰(zhàn)場。促使汽車工業(yè)向電氣化的方向轉(zhuǎn)型升級，是有效降低碳排放、減少化石燃料依賴度，逐步實現(xiàn)碳中和及碳達(dá)峰的重要舉措。新能源汽車作為中國七大戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)之一，已成為汽車工業(yè)轉(zhuǎn)型升級的重要推動者，是中國汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要動力。

02新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀

01 -整體產(chǎn)業(yè)概述

在政府補貼與政策扶持的驅(qū)動下，中國新能源汽車銷量連年增長，連續(xù)7年保持世界銷量第一。隨著新能源汽車產(chǎn)業(yè)的不斷完善，政府新能源補貼不斷下降，國家工業(yè)和信息化部更是宣布在2023年1月1日起將取消對新能源汽車的補貼。新能源補貼不斷退坡，在一定程度上對中國產(chǎn)業(yè)造成了消極影響，例如2019年中國新能源汽車銷量增長率首次轉(zhuǎn)為負(fù)數(shù)，直接引發(fā)了市場對新能源汽車“確定性”增長的擔(dān)憂，并傳導(dǎo)至二級市場。但隨后1年，中國新能源汽車銷量再度實現(xiàn)增長便徹底消除了這種擔(dān)憂，也表明新能源汽車產(chǎn)業(yè)已經(jīng)由補貼驅(qū)動轉(zhuǎn)為市場驅(qū)動，進(jìn)入了相對穩(wěn)定的發(fā)展階段。

目前中國新能源汽車產(chǎn)業(yè)主要圍繞著“三縱三橫”政策發(fā)展，即以純電動汽車、燃料電池汽車、插電式混合動力汽車為主要發(fā)展對象，以動力電池與管理系統(tǒng)、驅(qū)動電機與電力電子、網(wǎng)聯(lián)化與智能化技術(shù)為關(guān)鍵研究技術(shù)，提高中國汽車產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新能力，不斷完善中國新能源汽車產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)。新能源汽車整體產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和一般的汽車產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)相比要更加復(fù)雜，擁有數(shù)百個相關(guān)產(chǎn)業(yè)，其主要是在傳統(tǒng)汽車行業(yè)的基礎(chǔ)上擴展延伸出來的，從而誕生了一種新式的龐大產(chǎn)業(yè)鏈，如圖3所示。新能源汽車產(chǎn)業(yè)鏈上游包括各類礦石以及稀土等材料生產(chǎn)企業(yè)，而中游產(chǎn)業(yè)鏈包括新能源汽車的核心零件加工以及整車部分，包括電控系統(tǒng)、電機系統(tǒng)以及動力電池等，下游產(chǎn)業(yè)鏈則包括各類新能源汽車等。

圖3 新能源汽車產(chǎn)業(yè)鏈

02 -關(guān)鍵零部件產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀

中國新能源汽車生產(chǎn)能夠?qū)崿F(xiàn)完全國產(chǎn)化，與其關(guān)鍵零部件產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的不斷完善與發(fā)展密不可分。新能源汽車技術(shù)的核心是電驅(qū)、電控和電池技術(shù)，只有突破這3大領(lǐng)域關(guān)鍵部件的技術(shù)關(guān)卡，才能生產(chǎn)具有核心競爭力的產(chǎn)品，實現(xiàn)新能源汽車的完全國產(chǎn)化。

在動力電池產(chǎn)業(yè)，中國在世界電池市場中占據(jù)主流地位，單是寧德時代就占據(jù)了全球動力電池55.6%的市場份額。目前中國市場上主要為鋰電池與燃料電池動力系統(tǒng)，其中鋰電池占據(jù)主要地位。鋰電池具備高能量密度、高安全性等特點，發(fā)展起步較早，產(chǎn)業(yè)已經(jīng)較為成熟，已經(jīng)形成了規(guī)范化、規(guī)模化的產(chǎn)業(yè)集群。鋰電池主要包括鈷酸鋰、錳酸鋰、三元鋰以及磷酸鐵鋰等種類，其中三元鋰和磷酸鐵鋰分別憑靠能量密度高以及正極材料穩(wěn)定性好、循環(huán)壽命高等特點占據(jù)了主要市場，并廣泛應(yīng)用于比亞迪、蔚來等多款車型。經(jīng)過長時間發(fā)展，中國動力電池產(chǎn)業(yè)水平明顯提升、電池成本逐漸下降，電池能量密度明顯提升。目前中國三元鋰電池主流產(chǎn)品能量密度已經(jīng)達(dá)到250W·h/kg，遠(yuǎn)超行業(yè)要求的210W·h/kg，但磷酸鐵鋰電池目前大多數(shù)產(chǎn)品集中在160W·h/kg，距離行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)180W·h/kg仍有一段距離。

在電驅(qū)和電控產(chǎn)業(yè)，隨著中國新能源汽車各個產(chǎn)業(yè)鏈的推進(jìn)發(fā)展，電驅(qū)及電控系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)逐漸成熟，開始由分立化向集成化、一體化發(fā)展。電驅(qū)及電控系統(tǒng)上流產(chǎn)業(yè)主要有功率轉(zhuǎn)換芯片、傳感器和控制軟件等。據(jù)統(tǒng)計，2022年上半年中國乘用車電機控制器裝機量已達(dá)231.6萬套，預(yù)計市場規(guī)模為80億元左右。目前中國電控及電驅(qū)產(chǎn)業(yè)主要由以比亞迪為代表的整車生產(chǎn)商、博格華納等外國強勢企業(yè)以及近幾年內(nèi)崛起的上海電驅(qū)動、匯川技術(shù)等國內(nèi)自主企業(yè)組成。國內(nèi)由于芯片等基礎(chǔ)器件的技術(shù)瓶頸，與國外企業(yè)還存在一定的差距，2021年就因為芯片短缺導(dǎo)致國內(nèi)近150萬輛汽車的生產(chǎn)需求無法被滿足。但隨著芯片國產(chǎn)化的趨勢以及政府、企業(yè)等各界的努力，芯片生產(chǎn)技術(shù)有望突破，相信屆時新能源汽車會再次迎來發(fā)展熱潮。

03-基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)展現(xiàn)狀

新能源汽車充電設(shè)施和加油站的功能一致，但在中國目前其規(guī)模與數(shù)量遠(yuǎn)低于加油站。中國電動汽車充電基礎(chǔ)設(shè)施促進(jìn)聯(lián)盟最新數(shù)據(jù)顯示，截至2022年7月，全國充電設(shè)施累計達(dá)到398.0萬臺，各省市充電設(shè)施分布數(shù)目如圖4所示，全國71.7%的充電樁分布在廣東省、上海市、江蘇省、浙江省、北京市、湖北省、山東省、安徽省、河南省、福建省等10個地區(qū)，7月全國充電總電量約21.9億度。雖然中國充電基礎(chǔ)設(shè)施數(shù)量逐年增長，在全國范圍內(nèi)不斷普及擴張。但是，中國充電設(shè)施目前依然無法滿足國內(nèi)新能源汽車巨大的保有量，再加上新能源汽車銷量連年增長，目前的基礎(chǔ)充電設(shè)施遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。此外中國電動汽車基礎(chǔ)設(shè)施存在分布不均衡的缺點，廣東省、北京市等發(fā)達(dá)地區(qū)充電設(shè)施保有量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于國內(nèi)發(fā)展相對滯后的區(qū)域。目前充電設(shè)施按照配電形式可分為直流充電樁和交流充電樁。直流充電樁與交流電網(wǎng)連接，采用三相四線的形式輸入交流電壓，輸出可調(diào)直流電，可以提供較大的輸出電壓和輸出電流，滿足高功率的充電要求，所以直流充電樁又被稱為“快充”；交流充電樁直接與交流電網(wǎng)連接輸出交流電，功率一般較小，充電速度相對較慢。

圖4 2022年國內(nèi)各地區(qū)充電設(shè)施

03新能源汽車技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

近年來，中國對新能源汽車行業(yè)的重視程度不斷提升，新能源汽車已經(jīng)進(jìn)入了發(fā)展中的關(guān)鍵時刻，相關(guān)技術(shù)越來越成熟。新能源汽車發(fā)展關(guān)鍵技術(shù)如圖5所示，主要包括整車技術(shù)、動力電池技術(shù)、電驅(qū)動系統(tǒng)技術(shù)、智能控制技術(shù)和燃料電池技術(shù)。每種技術(shù)部分目前都位于世界前列，并且還存在一定的發(fā)展空間。

圖5 新能源汽車關(guān)鍵技術(shù)

01-整車技術(shù)

就整車技術(shù)而言，整車質(zhì)量對車輛續(xù)航里程和行駛制動等整車性能有非常大的影響。電動化、智能化、網(wǎng)聯(lián)化的需求發(fā)展使得汽車質(zhì)量有所提升，這對于車體及車體部件輕量化的要求越來越高，同時這也促使新能源汽車輕量化也變得更加迫切。在新能源汽車輕量化關(guān)鍵技術(shù)當(dāng)中，車身輕量化和三電系統(tǒng)輕量化已經(jīng)逐漸成為高校和企業(yè)關(guān)注的核心問題。

新能源汽車車身輕量化的技術(shù)路徑目前主要包括4個方面，即輕量化結(jié)構(gòu)設(shè)計、車身剛度提升、高強度鋼應(yīng)用及先進(jìn)成形工藝應(yīng)用。隨著技術(shù)進(jìn)步，車身輕量化結(jié)構(gòu)設(shè)計的仿真優(yōu)化手段得到了快速提升，近些年安全功能評估（secure function evaluation，SFE）、多學(xué)科設(shè)計優(yōu)化（multidisciplinary design optimization，MDO）等多學(xué)科優(yōu)化設(shè)計的應(yīng)用逐漸增多。從整車的碰撞性能以及成本等多方面角度來看，鋼鋁混合車身的應(yīng)用逐步成為主流，例如特斯拉Model3、寶馬ix3等，其車身用材比例如圖6所示。

圖6 鋼鋁混合車身用材比例示意

純電動汽車三電系統(tǒng)包括電池、電機和電控。其中三電系統(tǒng)質(zhì)量占整車質(zhì)量的25％~40％，是整車質(zhì)量最大的系統(tǒng)。三電系統(tǒng)輕量化技術(shù)研究一般是從集成化設(shè)計、電池殼體輕質(zhì)材料應(yīng)用、電機殼體輕質(zhì)材料應(yīng)用等方面開展。最終目標(biāo)是實現(xiàn)車身、底盤和三電系統(tǒng)的一體化和集成化設(shè)計。對于電池系統(tǒng)而言，動力電池包殼體的承載和性能要求較低。需要滿足的要求有高強度、高硬度、低密度和低成本等。但是隨著續(xù)駛里程的增加，動力電池的數(shù)量會逐漸增加，這導(dǎo)致了電池包整體的質(zhì)量逐漸增加。因此，為了進(jìn)一步提升電動汽車的行駛里程，減小電池系統(tǒng)對車輛動態(tài)性能和加速性能的影響，對電池外殼進(jìn)行輕量化設(shè)計是至關(guān)重要的。Pan等提出了一種新能源汽車電池包外殼在負(fù)載條件下輕量化設(shè)計方案，該方案通過建立非線性有限元電池組外殼模型并開展模態(tài)實驗進(jìn)行驗證。最后通過碰撞和擠壓模擬實驗驗證了該方案優(yōu)化的外殼模型具有10.41%的輕量化增益。

02-動力電池技術(shù)

新能源汽車是汽車工業(yè)發(fā)展的重要方向之一，基于電化學(xué)儲能的動力電池作為新能源汽車的核心部件之一，對于新能源汽車的性能、安全性和壽命有很大影響。在電動汽車領(lǐng)域，鋰離子電池技術(shù)的先進(jìn)性和在新興市場的應(yīng)用，已成為全球范圍內(nèi)的研發(fā)熱點，因此鋰離子電池勢必將在電動汽車和新能源領(lǐng)域占據(jù)重要地位。

動力電池技術(shù)日新月異，在動力電池續(xù)航里程、壽命以及電池安全方面，國內(nèi)外都取得了一定的突破。在續(xù)航里程方面，東風(fēng)公司自主研發(fā)的新款電池具有超長續(xù)航的能力。該電池的能量密度突破了230W·h/kg，續(xù)航里程突破1000km。2022年舉辦的國軒高科第11屆科技大會中指出，中國將能夠量產(chǎn)360W·h/kg能量密度的三元半固態(tài)電池。在電池壽命方面，Aiken等實驗發(fā)現(xiàn)將雙氟磺酰亞胺鋰（LiFSI）作為電解質(zhì)鹽的電芯，可以有效減緩電池在極端工況下的容量衰減問題。該團(tuán)隊還指出，在特定使用工況下，新型電池的使用壽命高達(dá)100年之久。在電池安全方面，針對動力電池的研究也逐漸受到各大高校的重視，以“電池安全”為關(guān)鍵詞在知網(wǎng)平臺檢索發(fā)現(xiàn)，2019年有關(guān)電池安全的文章僅有99篇，到了2022年，有關(guān)電池安全的文章已經(jīng)上升到了139篇，增長了40%。從高校論文也可以看出中國在“熱失控”“高溫預(yù)警”等有關(guān)電池安全方面取得的重大突破。

中國在鋰離子動力電池專利數(shù)量方面取得較大優(yōu)勢。圖7展示了2000—2021年鋰離子動力電池專利分布，全球共計申請相關(guān)專利19801件，其中中國大陸地區(qū)專利申請就高達(dá)15501件，全球其他地區(qū)專利申請4300件。比亞迪和寧德時代等中國公司，早在2003年就已經(jīng)開始在鋰離子動力電池領(lǐng)域投入大量的研發(fā)力量，布局大批的專利，極大地推動了鋰離子動力電池技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。同時，2009年以后，全球相關(guān)專利的申請量呈現(xiàn)出爆發(fā)式增長，這與新能源汽車的大力發(fā)展息息相關(guān)，由于電動汽車發(fā)展，各大廠商都加大了對動力電池的研發(fā)力度，加快了相關(guān)領(lǐng)域的專利布局，鋰離子電池技術(shù)的發(fā)展也由萌芽期逐漸進(jìn)入了成長期。然而，動力電池受溫度影響很大，如何確保動力電池在低溫行駛過程中電化學(xué)性能不受影響是亟待解決的關(guān)鍵難題。賴玉軍等從專利研發(fā)布局的角度針對動力電池低溫加熱技術(shù)進(jìn)行了現(xiàn)狀分析，目前低溫加熱技術(shù)已成為動力電池?zé)峁芾淼暮诵募夹g(shù)。其中，動力電池低溫內(nèi)部加熱技術(shù)專利申請量在2002—2021年僅占低溫加熱技術(shù)專利申請量的14.8%。但是由于內(nèi)部加熱技術(shù)的加熱效率和安全性均優(yōu)于外部加熱技術(shù)，其專利申請量比重逐年上升。因此可以看出動力電池低溫內(nèi)部加熱技術(shù)將是未來動力電池低溫加熱技術(shù)的主要發(fā)展方向。

圖7鋰離子動力電池專利申請量國家（地區(qū)）分布

目前國內(nèi)動力電池技術(shù)發(fā)展較快企業(yè)的有蜂巢能源和比亞迪汽車等。為提升電池能量密度及安全性能，蜂巢能源短刀電池采用疊片工藝。通過極片熱復(fù)合與多片疊加融合技術(shù)在效率方面實現(xiàn)了極大的突破。對比傳統(tǒng)疊片路線，每億瓦時 （GW·h）投資成本節(jié)省30%，單位占地節(jié)省40%以上。同時，疊片法相比卷繞法，在循環(huán)使用后膨脹力預(yù)計低40%以上，電池壽命提升10%。比亞迪的代表產(chǎn)品短刀電池是將電芯做成“刀片”狀的細(xì)長形狀，長度可以根據(jù)電池包的尺寸進(jìn)行定制。刀片電池在裝配時可以直接跳過“模組”這一層級，從而直接裝配成電池包，該設(shè)計可以在空間利用率上提升50%。刀片電池能量密度可達(dá)到180W·h/kg，比有模電池組提升大約9%。雖然中國新能源汽車的動力電池發(fā)展已經(jīng)逐步完善，但是如表1和圖8所示的由于電池爆炸而造成電池?zé)崾Э睾突馂?zāi)事故的問題依然存在。如何進(jìn)一步提高動力電池的安全問題顯得尤為重要。

表1 近年部分電動汽車起火事故

圖8 近年部分電動汽車起火事故照片

03-電驅(qū)動系統(tǒng)技術(shù)

當(dāng)前新能源汽車的主要動力部件是電機、減速器和電機控制器相互連接而成的三合一電驅(qū)動總成。由于電機高速運轉(zhuǎn)而形成的巨大噪聲越來越成為新能源汽車的噪聲、震動與聲振粗糙度（noise vibrate and harshness，NVH）性能研究的關(guān)注的重點問題。同濟(jì)大學(xué)張友國等對車用電機的NVH性能提出了更高的要求，研究分析了三合一電驅(qū)動總成噪聲源和傳遞路徑，揭示了電機控制器蓋板模態(tài)頻率及剛度和電驅(qū)動總成噪聲的關(guān)聯(lián)性，并且建立電控蓋板的模態(tài)優(yōu)化求解模型，得到最優(yōu)的拓?fù)湫螒B(tài)。為了改善NVH性能，通過在電控蓋板結(jié)構(gòu)上增加環(huán)向筋和徑向筋來提升模態(tài)頻率和剛度。研究結(jié)果表明經(jīng)過“加筋”優(yōu)化后，電機的NVH性能得到了極大的改善。Wang等針對車用永磁同步電機的轉(zhuǎn)子開槽優(yōu)化問題，提供了一個新的NVH優(yōu)化方法。通過永磁同步電機徑向電磁力的理論公式，對6極36槽的車用永磁同步電機的徑向力的空間階和頻率特性進(jìn)行分析，并通過實驗驗證了理論仿真的準(zhǔn)確性，為快速定位NVH的根本問題位置提供了全新思路，提高了NVH的優(yōu)化效率。在電機控制器方面，唐琳等針對300V直流高壓電池的永磁同步電機控制器（permanent magnet synchronous motor，PMSM）進(jìn)行研究，提出了新能源PMSM電機控制器的整體框架，低壓通信電路以及隔離電路方面的設(shè)計。張友國等對新能源汽車電機控制器的蓋板進(jìn)行了優(yōu)化和降噪處理，文章通過建立蓋板相關(guān)模型，并對其進(jìn)行模態(tài)拓補形態(tài)優(yōu)化，通過增加電控蓋板環(huán)向筋及和安裝孔連接的徑向筋減弱蓋板的共振和受迫振動，從而降低電機驅(qū)動過程中的噪音。

現(xiàn)代信號處理方法和人工智能技術(shù)被廣泛應(yīng)用于電機故障診斷，然而在強噪聲干擾情況下如何精確識別電機故障類型仍是一個挑戰(zhàn)。近年來，深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)故障診斷和預(yù)測方面被廣泛研究應(yīng)用。然而在強噪聲干擾情況下如何精確識別電機故障類型仍是一個挑戰(zhàn)，針對該問題，汪文龍等提出了基于多尺度信號調(diào)節(jié)自編碼器的永磁電機故障診斷研究，通過采集電機的震動信號并通過小波分析分解得到信號的多尺度特征，隨后根據(jù)多尺度特征對應(yīng)的精度進(jìn)行原信號的調(diào)節(jié)和重構(gòu)，再將調(diào)節(jié)信號輸入自編碼器中，最終提升電機故障類型識別的精度。相比于傳統(tǒng)方法，該方法具有良好的抗噪性和穩(wěn)定性。

04-智能控制系統(tǒng)技術(shù)

現(xiàn)階段新能源汽車整車控制系統(tǒng)需要利用人工智能技術(shù)、監(jiān)控設(shè)備、全球定位系統(tǒng)、視覺計算和大數(shù)據(jù)等多種技術(shù)設(shè)備進(jìn)行協(xié)同來實現(xiàn)整車控制。新能源汽車整車控制系統(tǒng)的研發(fā)階段主要包括虛擬仿真、硬件仿真、臺架測試和三高實驗。通過科學(xué)分析和實驗測試保證新能源汽車整車控制系統(tǒng)能將動力表現(xiàn)、能源消耗和安全可靠綜合調(diào)整進(jìn)而實現(xiàn)性能最大程度的發(fā)掘。相較于傳統(tǒng)汽車，新能源汽車具有更高的電氣化水平，其電子電氣架構(gòu)也更復(fù)雜，可能發(fā)生故障的問題點也越來越多，故障出現(xiàn)后其診斷也變得愈加困難。因此，薛云鴻等提出了一種統(tǒng)一故障診斷系統(tǒng)，從制定協(xié)議規(guī)范、軟件實現(xiàn)、診斷測試及實車測試4個角度著手，提高了控制系統(tǒng)的兼容性和安全性。

在智能控制系統(tǒng)中，電池管理系統(tǒng)（battery management system，BMS）對于維持動力電池的健康狀態(tài)和安全性起著至關(guān)重要的作用。在大多數(shù)情況下，控制器可以執(zhí)行各種控制，例如過充、過流和短路保護(hù)。由于每個電池組都具有不同的特性，因此還需要使用一系列不同類型的技術(shù)以支持特定車型的電池管理系統(tǒng)。在電池控制系統(tǒng)中，荷電狀態(tài)（state of charge，SOC）的估計是電池管理系統(tǒng)狀態(tài)估計模塊的核心。

除了BMS技術(shù)的發(fā)展，新能源汽車的能量管理系統(tǒng)控制優(yōu)化精度問題也逐步得到改善。能量管理系統(tǒng)具有從電動汽車各子系統(tǒng)采集運行數(shù)據(jù)，控制完成電池的充電、顯示蓄電池的SOC、預(yù)測剩余行駛里程、監(jiān)控電池的狀態(tài)、調(diào)節(jié)車內(nèi)溫度、調(diào)節(jié)車燈亮度以及回收再生制動能量為蓄電池充電等功能。徐毓辰等研究了混合動力電動汽車能量管理策略，分別基于模糊Q學(xué)習(xí)的能量管理策略、深度強化學(xué)習(xí)的能量管理策略、深度確定性策略梯度的能力管理策略3個角度入手，探討了提升混合動力汽車的能量利用效率的措施。

05-燃料電池技術(shù)

國家發(fā)展改革委員會、國家能源局聯(lián)合印發(fā)《氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展中長期規(guī)劃（2021—2035）年》是中國首個氫能產(chǎn)業(yè)的中長期規(guī)劃。2022年上半年中國氫燃料電池汽車市場高速增長，6月產(chǎn)銷數(shù)據(jù)再創(chuàng)年內(nèi)新高。單月實現(xiàn)產(chǎn)量527輛，銷量455輛，在2021年6月高基數(shù)下，同比依然增長18.7%、67.3%，環(huán)比更是大漲117%、342%，2022年全年氫燃料電池汽車銷量共計3367輛，相比去年1586輛增長112.8%。

隨著氫燃料然電池技術(shù)不斷發(fā)展，車用燃料電池系統(tǒng)耐久性始終是制約燃料電池汽車商業(yè)化發(fā)展瓶頸之一。燃料電池系統(tǒng)耐久性是指燃料電池部件的使用壽命，通常指其在整個使用壽命期間，電池壽命約占整個使用壽命的80%。王亞雄等立足車用燃料電池系統(tǒng)電控技術(shù)分析了不同的運行工況和運行參數(shù)波動對燃料電池性能衰退的影響，并結(jié)合基于模型的燃料電池系統(tǒng)控制方法可更好地實現(xiàn)溫度、濕度、壓力等運行參數(shù)的管控，保證燃料電池處于合適工作條件，延長使用壽命。

目前中國燃料電池汽車電堆額定功率以50~70kW為主，而國外應(yīng)用在燃料電池汽車上的電堆功率已超過100kW，中國燃料電池汽車的電堆功率等級普遍低于國際同類燃料電池汽車電堆功率等級。國內(nèi)大部分廠家生產(chǎn)的電堆，其性能指標(biāo)雖然基本達(dá)到了國家燃料電池汽車技術(shù)路線圖在2020年所設(shè)定的目標(biāo)值，即功率密度≥3.0kW/L、使用壽命≥5000h、電堆功率≥70kW等參數(shù)，但是相比于國外還存在一定的差距。

同時，目前燃料電池汽車售價仍高居不下。影響燃料電池汽車售價遠(yuǎn)高于其他電動汽車的主要原因之一是中國的電堆制造工藝不完善，電堆研發(fā)制造大約占整車成本的40%以上，遠(yuǎn)高于其他組件。造成電堆成本較高的主要原因是由于電堆中的催化劑所含有貴金屬Pt較高。同時，電堆的核心組件膜電極制備工藝缺陷較多，使得催化劑得不到較好的利用。在燃料電池電堆成本中膜電極和雙極板是電堆的兩大核心部件，決定了電堆的性能和成本。關(guān)鍵部件方面，膜電極是最為核心的部件，占據(jù)整個電堆超過60%的成本。目前，中國在降低Pt用量方面取得了顯著突破，國際先進(jìn)水平Pt載量已經(jīng)降至0.125~0.15g/kW，距離美國能源部的目標(biāo)0.1g/kW已經(jīng)不遠(yuǎn)，性能方面要求膜電極的功率密度達(dá)到300mW/[email protected]，并且催化劑的質(zhì)量活性在循環(huán)3萬次后損失不超過40%。因此，未來進(jìn)一步提高Pt的利用率，降低催化劑中Pt載量是最為重要的關(guān)鍵技術(shù)問題。

圖9 2022年中國公共充電基礎(chǔ)設(shè)施

04新能源汽車未來發(fā)展趨勢

01-產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)

新能源汽車充電基礎(chǔ)設(shè)施包括充電樁、充電站和換電站等，這是推廣應(yīng)用電動汽車的基本保障。中國2022年充電基礎(chǔ)設(shè)施呈上升趨勢，直到2022年7月已經(jīng)達(dá)到157.5萬臺（圖9）。但是，大多數(shù)充電站建設(shè)均在中國中部、北部和沿海等地區(qū)，中國西北、西南地區(qū)和鄉(xiāng)村的充電樁基礎(chǔ)設(shè)施極不完善，當(dāng)?shù)匦履茉椿A(chǔ)設(shè)施建設(shè)發(fā)展緩慢，這種情況降低了西北、西南地區(qū)和農(nóng)村用戶購買新能源汽車的欲望，減緩了中國新能源汽車的發(fā)展。

目前，鄉(xiāng)村地區(qū)的新能源基礎(chǔ)設(shè)施面臨許多困難、設(shè)施不完善，農(nóng)村地區(qū)新能源汽車基礎(chǔ)設(shè)施遭到破壞，新能源汽車充電樁建設(shè)陷入困境，缺乏資金和技術(shù)支持是阻礙鄉(xiāng)村新能源汽車發(fā)展的關(guān)鍵問題。針對上述情況，2022年5月16日，工業(yè)和信息化部聯(lián)合商務(wù)部、農(nóng)業(yè)農(nóng)村部、國家能源局發(fā)布的《關(guān)于開展2022新能源汽車下鄉(xiāng)活動的通知》，要求改善新能源汽車使用環(huán)境，推動農(nóng)村充換電基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)。通過完善鄉(xiāng)村產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)引導(dǎo)農(nóng)村居民綠色出行，促進(jìn)鄉(xiāng)村全面振興，主力實現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)。

02-加強“四化”發(fā)展

新能源汽車“新四化”指的是智能化、電動化、網(wǎng)聯(lián)化、共享化。在智能化方面，隨著科技的不斷發(fā)展，對于整車制造、模塊化平臺的建設(shè)都有了很高的技術(shù)發(fā)展，在基礎(chǔ)設(shè)施方面5G通信、北斗導(dǎo)航已經(jīng)位于世界前列，為智能化汽車的發(fā)展提供了堅實的基礎(chǔ)保障，大數(shù)據(jù)平臺的搭建以及越來越多的優(yōu)秀算法應(yīng)用在新能源汽車的故障診斷上，無疑使汽車更加智能化。

電動化是指新能源動力系統(tǒng)領(lǐng)域以電動化為基礎(chǔ)，以互聯(lián)化為紐帶實現(xiàn)大數(shù)據(jù)的收集，逐漸達(dá)到智能化出行。智能化的快速發(fā)展也推動了電動化技術(shù)革新。車用電子產(chǎn)品數(shù)量的提高和精密儀器的廣泛使用大力推動了智能化的發(fā)展。同時，由于智能化的高速發(fā)展，傳統(tǒng)汽車的電子電氣系統(tǒng)又不能滿足于未來智能出行的需求。因此智能化和電動化會相互推動相互促進(jìn)。崔久萍等立足于國內(nèi)外研究成果，針對新能源汽車智能化發(fā)展趨勢進(jìn)行了論述。論述指出，隨著人工智能技術(shù)的不斷發(fā)展，未來會有越來越多的先進(jìn)技術(shù)與傳統(tǒng)汽車產(chǎn)業(yè)相融合，汽車產(chǎn)業(yè)會向更好的方向發(fā)展。同時，企業(yè)的發(fā)展也會更加符合綠色發(fā)展的口號，在讓出行更加便利的同時也會讓出行變得更加環(huán)保。

新能源汽車網(wǎng)聯(lián)化指的是車聯(lián)網(wǎng)布局，即利用車載無線通信設(shè)備和云端平臺實現(xiàn)車輛與車輛、環(huán)境與車輛之間的動態(tài)信息交流，提高交通運行效率。目前中國對于車聯(lián)網(wǎng)的布局為推進(jìn)以數(shù)據(jù)為紐帶的“人-車-路-云”高效協(xié)同?；谄嚫兄?、交通管控、城市管理等信息，構(gòu)建“人-車-路-云”多層數(shù)據(jù)融合與計算處理平臺，開展特定場景、區(qū)域及道路的示范應(yīng)用。除此之外，新能源汽車的共享化是未來汽車的發(fā)展另一大趨勢。但目前新能源汽車共享市場并不大，共享模式很難形成規(guī)模效應(yīng)，而且市場還在不斷細(xì)分。未來形成以特斯拉為代表的新能源汽車共享市場會非常巨大。同時，隨著中國“移動互聯(lián)網(wǎng)+”共享經(jīng)濟(jì)的興起，“互聯(lián)網(wǎng)+”汽車已經(jīng)從概念走向?qū)嵺`。汽車租賃作為“互聯(lián)網(wǎng)+”汽車出行最后一公里領(lǐng)域，具有十分廣闊的市場前景。因此，汽車共享將成為未來新的汽車消費增長點。

但是隨著新能源汽車的“新四化”的快速發(fā)展，越來越多的法律問題暴露出來，尤其是涉及到無人駕駛的安全問題，無人駕駛汽車技術(shù)由于其“自動”地切斷了駕駛員和事故之間的關(guān)系，導(dǎo)致中國目前還沒有明確的法律條文對其進(jìn)行規(guī)定，同時“滴滴打車”“共享汽車”“網(wǎng)約車”相關(guān)平臺的管理制度也有待完善，這些平臺往往掌握大量的用戶數(shù)據(jù)，但是卻缺少相應(yīng)的監(jiān)管措施，時常導(dǎo)致用戶數(shù)據(jù)外泄的情況，想要讓中國新能源汽車發(fā)展得更加健康，相關(guān)的法律法規(guī)問題必須得到重視和完善。

03-突破關(guān)鍵技術(shù)封鎖

新能源汽車行業(yè)持久健康的發(fā)展關(guān)鍵要素就是突破國外的技術(shù)封鎖，其中車用芯片已經(jīng)成為阻礙新能源汽車發(fā)展的關(guān)鍵難題。工業(yè)和信息化部近期指出，中國汽車芯片供應(yīng)短缺正在逐步緩解，下一步也會加強供需對接，在過去的工作基礎(chǔ)上，搭建汽車在線供需對接平臺，暢通芯片產(chǎn)供信息渠道，完善產(chǎn)業(yè)鏈上下游合作機制。未來，汽車芯片行業(yè)的發(fā)展趨勢仍然是向著高能效、低能耗方向進(jìn)行。汽車芯片技術(shù)存在較強的技術(shù)壁壘，意味著汽車芯片制造并不是單一的企業(yè)可以完成，政策幫助也成為不可或缺的一環(huán)。隨著政府對芯片制造研發(fā)提供越來越多的優(yōu)惠政策，使得相關(guān)企業(yè)也加大了汽車芯片的開發(fā)力度。未來汽車芯片行業(yè)的蓬勃發(fā)展將會不斷完善中國的新能源汽車芯片產(chǎn)業(yè)鏈，推動中國新能源汽車產(chǎn)業(yè)進(jìn)入高質(zhì)量快速發(fā)展的新階段。

新能源汽車當(dāng)前發(fā)展面臨著諸多挑戰(zhàn)。一是新能源汽車區(qū)域發(fā)展不平衡，目前的主要市場集中在東部和中部，西部和北部的市場潛力尚未得到充分挖掘。二是新能源商用車發(fā)展緩慢。截至2022年，新能源商用車全年滲透率為10.2%，與新能源乘用車27.6%的滲透率相比仍有差距。三是新能源汽車高速發(fā)展的同時，充電基礎(chǔ)設(shè)施和加氫網(wǎng)絡(luò)等基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)仍相對滯后。四是電池安全技術(shù)有待新突破。近幾年，隨著新能源汽車大力推廣，新能源汽車火災(zāi)事故層出不窮，這嚴(yán)重打擊了新能源汽車用戶的消費信心。

05結(jié)論

中國新能源汽車產(chǎn)業(yè)已建立了良好的產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)，占據(jù)了全球較大的市場份額。作為中國七大新興產(chǎn)業(yè)之一的新能源汽車產(chǎn)業(yè)，受到了國家的高度重視，中國政府已經(jīng)出臺了一系列優(yōu)惠政策推動我國新能源汽車發(fā)展。新能源汽車產(chǎn)業(yè)作為戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)，具有很強的輻射帶動能力，許多城市紛紛出臺政策，加快對新能源汽車產(chǎn)業(yè)的投資和培育。除了政策扶持之外，科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，使得與新能源汽車相關(guān)的新技術(shù)、新工藝、新方法的研發(fā)和應(yīng)用也大量出現(xiàn)。在多方努力下，新能源汽車的產(chǎn)業(yè)鏈也越加完善，除了加強了產(chǎn)業(yè)鏈韌性以外，從宏觀上也為新能源汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展奠定了堅實的基礎(chǔ)。未來中國的新能源汽車的發(fā)展趨勢將會進(jìn)一步向好的方向發(fā)展，相關(guān)的建設(shè)工作也會取得更佳的成效。

本文作者：洪吉超、梁峰偉、楊京松、李克瑞

作者簡介：洪吉超，北京科技大學(xué)機械工程學(xué)院，北京科技大學(xué)順德創(chuàng)新學(xué)院，副教授，研究方向為新能源汽車動力系統(tǒng)集成與智能安全控制。