李小川　賀順木　張迪　邱剛　賀超　商冰潔

摘 要：在國家政策和全球趨勢的大背景下，我國電動汽車發(fā)展迅猛，市場份額已占全球市場份額的25.6%，產(chǎn)銷連續(xù)八年全球第一。該文介紹了中國電動汽車和充電站的發(fā)展現(xiàn)狀及電動汽車的三大關(guān)鍵技術(shù)，并統(tǒng)計了電動車電池的裝機量和電動汽車品牌的前十名市場占有率，并對未來電動汽車的發(fā)展提出了建議和展望。

關(guān)鍵詞：電動汽車 市場 三電 充電站 新能源

1 引言

全球能源危機與環(huán)境惡化促進了電動汽車的蓬勃發(fā)展，電動汽車具有高效、低耗、無污染的優(yōu)點，使其在市場上快速站穩(wěn)腳跟。幾十年來，我國大力推動電動汽車的發(fā)展：2001年“十五”“863計劃”啟動了電動汽車重大專項，并首次提出了“三縱三橫”的技術(shù)研發(fā)布局[1]；2009年在多個城市試點研究“十城千輛”項目；國內(nèi)電動汽車銷量在隨后的幾年里呈現(xiàn)爆炸式增長。2020年，《新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2021-2035）》由國務(wù)院發(fā)布，進一步指明了我國電動汽車發(fā)展的方向和目標(biāo)。在上述政策和措施的推動下，電動汽車的發(fā)展已趨于成熟并逐漸躋身于世界前列[2]。中國新能源汽車產(chǎn)量和銷量在2022年已分別達到705.8萬輛和688.7萬輛，同比分別增長96.9%和93.4%。

大力發(fā)展電動汽車對緩解環(huán)境污染、優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)、推動節(jié)能減排有著顯著的作用，有研究表明：燃油汽車每百公里的能耗為76.662kWh，每百公里CO2的排放量為14.955kg，而電動汽車每百公里的能耗為35.001kWh，每百公里CO2的排放量為8.692kg，能耗和污染都大幅降低。與此同時，電動汽車也對可再生能源的發(fā)展起到了促進作用，推動更快實現(xiàn)碳達峰、碳中和目標(biāo)。

2 電動汽車市場分析

2.1 市場細(xì)分

電動汽車是以電力為主要動力來源，以單獨的電動機或配合各種其他動力設(shè)備共同驅(qū)動以滿足各種規(guī)定的汽車，目前電動汽車多以高效率的二次動力或燃料電池作為動力來源，主要分為純電動汽車、混合動力電動汽車和燃料電池電動汽車三種不同的類型。

（1）純電動汽車：純電動汽車是一種以動力電池為能量來源，以運行安靜、平穩(wěn)、噪音小、零排放為特點的新能源汽車，電動機能量轉(zhuǎn)化效率比燃油發(fā)動機高得多，并能在制動和下坡過程中進行能量回收，大幅度降低了能源消耗。在我國，純電動汽車在所有電動汽車中占比最高，是目前以及未來主要研究與發(fā)展對象[3]。圖1為2016—2022年中國純電動汽車保有量與滲透率統(tǒng)計圖。

（2）混合動力汽車：混合動力汽車是利用兩種或多種不同類型的能量源及其相應(yīng)的驅(qū)動系統(tǒng)為車輛提供動力，每一種驅(qū)動系統(tǒng)既能共同工作，又能獨立運行?；旌蟿恿﹄妱悠嚥粌H可以減輕對環(huán)境的污染，還可以在電動和油動之間自動轉(zhuǎn)換，可以很好地緩解目前充電站相對不足、充電速度慢的問題[4]。

（3）燃料電池電動汽車：燃料電池電動汽車是采用車載蓄電池裝置產(chǎn)生動力的汽車，燃料電池通過在電解質(zhì)中的化學(xué)反應(yīng)來產(chǎn)生電能，其燃料源主要以氫氧燃料為主。燃料電池電動汽車具有效率高、續(xù)駛里程長、噪音小、環(huán)境友好的優(yōu)點，但我國在關(guān)鍵材料和核心技術(shù)上仍需突破[5]。

綜合考慮節(jié)能環(huán)保及電動汽車的發(fā)展趨勢，純電動車以上文提到的三款電動車為最佳發(fā)展類型，擁有數(shù)量及銷售數(shù)量均居全球前列，純電動汽車未來有望成為主要交通工具。表1是對我國電動汽車在2022年的產(chǎn)銷量及不同類型的趨勢進行統(tǒng)計。

2.2 關(guān)鍵技術(shù)

在電動汽車技術(shù)發(fā)展的過程中，“三電”系統(tǒng)是其中最為核心的部分，也是技術(shù)創(chuàng)新的核心。所謂“三電”系統(tǒng)，是指電驅(qū)系統(tǒng)、電池系統(tǒng)以及電控系統(tǒng)[6]。這三個系統(tǒng)構(gòu)成了電動汽車技術(shù)創(chuàng)新的基本框架，也是整個電動汽車發(fā)展歷程中最為關(guān)鍵、最核心的部分。

（1）電驅(qū)系統(tǒng)：通常情況下，電驅(qū)動系統(tǒng)由電動機、傳動機構(gòu)和變換器三個部分組成。其中，電機主要分為電動機與發(fā)電機兩種，目前這兩種都被廣大電動汽車所采納。但在驅(qū)動系統(tǒng)中，一般使用電動機，它是用來驅(qū)動機械運轉(zhuǎn)的一種動力裝置，主要功能是將電能轉(zhuǎn)化為機械能，為其供電并驅(qū)動電動汽車行駛。電動機主要由定子和轉(zhuǎn)子兩部分組成，有交流電動機和直流電動機兩種類型。電動汽車的驅(qū)動系統(tǒng)對它的性能要求更高，需要調(diào)整范圍大、反饋迅速、設(shè)計輕巧、運行高效、能量再利用、可靠性穩(wěn)定、安全保障、成本可持續(xù)降低等特點，還需要兼顧動力和經(jīng)濟需求。現(xiàn)在電動汽車上使用的電機以交流電機為主，最常見的是三相感應(yīng)式異步電機和永磁同步電機。

傳動機構(gòu)，也就是電動汽車行駛的部分，其目的是接收輸出扭矩和轉(zhuǎn)速從而使電動汽車前進，主要包括兩個部件，即減速器和差速器。減速器由高速軸承和不同齒數(shù)的齒輪組成，將小齒輪嚙合到大齒輪上，會在其帶動下形成一個往復(fù)運動的螺旋線，當(dāng)這個螺旋線移動時，它通過減速，把轉(zhuǎn)子間距離減小到原來所需數(shù)值。差速器是一種特殊結(jié)構(gòu)形式（可用于大扭矩、低速運行等場合），它在兩輪之間分配了左右兩個車輪旋轉(zhuǎn)時產(chǎn)生的離心力。這部分差速裝置起到了平衡左右輪差和離心力大小關(guān)系的作用，因為兩個車輪都要做圓周運動，轉(zhuǎn)速并不能完全一致地恒定不變。

變換器是使電壓、電流、波形等特性發(fā)生變化的器件，應(yīng)用在電動汽車上，主要包含逆變器和DC/DC變換器。其中，逆變器能將電池中的直流電能轉(zhuǎn)換成供電動汽車使用的交流電；而DC/DC轉(zhuǎn)換器則可以將動力電池的高電壓轉(zhuǎn)換成低電壓，從而供空調(diào)和其他設(shè)備使用。

（2）電池系統(tǒng)：作為“三電”的核心，動力電池在“三電”中的應(yīng)用最為復(fù)雜，造價也最為昂貴。由于比容量更高、充放電速度更快、續(xù)航時間更長，鋰離子電池在電動車動力電池中的應(yīng)用十分廣泛。動力電池因封裝形式不同，由大小不等的電芯組成，可分為三種形式：圓柱形、軟包形、方形；電芯以串聯(lián)和并聯(lián)的形式組成模組，模組再串聯(lián)整合成熱管理系統(tǒng)和電池管理系統(tǒng)等部件。

近年來，動力電池的裝車量也隨著電動車銷量的不斷攀升而迅速攀升。2021年后電動汽車產(chǎn)量持續(xù)擴張，帶動車企動力電池裝車速度提升，動力電池裝車量持續(xù)激增。

（3）電控系統(tǒng)：電動汽車電控系統(tǒng)主要包括三大部分：整車控制器、電機控制器和電池管理系統(tǒng)。

整車控制器用來接收駕駛員的各項操作指令，控制電動汽車各個電控子系統(tǒng)，并且協(xié)調(diào)、管理整車運行狀態(tài)，是與駕駛員交互的重要接口，通過診斷、分析整車及其各部件的狀況，從而控制子系統(tǒng)控制器，實現(xiàn)整車安全、高效的行駛。

電池管理系統(tǒng)負(fù)責(zé)采集監(jiān)測電池系統(tǒng)電壓、電流、溫度等數(shù)據(jù)，防止電池過充、過放，達到延長電池壽命的目的，是動力電池系統(tǒng)的“大腦”。

電機控制器是電動汽車特有的核心電力電子設(shè)備，以電能形式輸出車輛行駛過程中所需的能量，通過接收整車控制器發(fā)出的行車控制指令，控制電動機輸出指定的扭矩和轉(zhuǎn)速，進而驅(qū)動車輛行駛。

以三電系統(tǒng)為核心技術(shù)的市場競爭格局表明，目前在電動汽車市場上競爭優(yōu)勢最大的是FreddyPower和Tesla，而FreddyPower和Tesla在整個電動車驅(qū)動總成市場的占有率分別為25%和14%。在電控市場，F(xiàn)reddyPower和Tesla份額分別為30%和9%，匯川和日本電產(chǎn)緊隨其后，份額分別為7%和6%。電動車產(chǎn)品方面，F(xiàn)reddyPower、Tesla市場占有率分別為30%、9%，方正電機以7%、日本電產(chǎn)以6%緊隨其后。

2.3 市場預(yù)測

受空氣質(zhì)量改善、氣候變化減緩以及節(jié)能減排等諸多因素的影響，我國政府制定了零化石燃料的長期發(fā)展目標(biāo)。比亞迪2022年蟬聯(lián)全球新能源汽車銷量冠軍，全年累計銷售186.9萬輛，同比增長152.5%，全年銷量完成率156%，超額完成120萬輛的目標(biāo)，成為新能源汽車企業(yè)中少數(shù)幾家盈利的企業(yè)。

國務(wù)院出臺的政策明確提出：到2025年，我國新能源汽車新車銷量要達到新車銷售總量的20%，電動汽車產(chǎn)銷量在未來一段時期內(nèi)呈現(xiàn)持續(xù)增長的趨勢將成為必然。同時，針對新能源汽車的消費，各地政府也陸續(xù)出臺政策予以鼓勵。國家和地方有望在未來5年內(nèi)持續(xù)發(fā)揮作用，電動汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展政策體系正在逐步完善。預(yù)計電動汽車行業(yè)仍是未來15年的主流。其中，技術(shù)創(chuàng)新是電動汽車行業(yè)發(fā)展的主要障礙，如純電領(lǐng)域中動力電池、操作系統(tǒng)、充電樁等；發(fā)電側(cè)的可再生能源的發(fā)電和消納、電網(wǎng)側(cè)的穩(wěn)定運行、用戶側(cè)的充電調(diào)度等。

3 充電站研究

3.1 充電站市場

電動汽車充電基礎(chǔ)設(shè)施充電站對該區(qū)域電動汽車的發(fā)展造成了影響，充電站的數(shù)量、規(guī)模和選址都在一定區(qū)域內(nèi)。截至2022年底，國內(nèi)車樁比為2.5 ： 1。從總體上看，我國充電基礎(chǔ)設(shè)施在充電樁規(guī)模、車樁比等方面已達到世界領(lǐng)先水平，但充電基礎(chǔ)設(shè)施總量不足、密度不高、覆蓋面不夠、服務(wù)不完善等問題依然十分顯著，我國充電基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)仍面臨充電站建設(shè)存在以下弊端：數(shù)量不夠；施工成本較高；充電便利性不高，充電時間較長；油車占位及充電設(shè)施受損情況；充電站選址不合理[7]。

高速公路服務(wù)區(qū)在電動車充電中的重要性隨著長途旅行需求的增加而凸顯。目前，全國已建成各類高速公路服務(wù)區(qū)4289個，擁有充電設(shè)施的服務(wù)區(qū)占全部服務(wù)區(qū)的65%左右。而我國目前僅有約1.8萬個高速公路充電基礎(chǔ)設(shè)施，這一數(shù)字在全國公共充電基礎(chǔ)設(shè)施總量中僅占0.8%，嚴(yán)重不能適應(yīng)需要。而充電樁的布點主要是公共停車場、小區(qū)以及辦公區(qū)的停車場、加氣站等，其中人流量不多的地方卻有大量閑置充電樁，而像學(xué)校周邊、醫(yī)院等人流量大的地方，充電樁數(shù)量又不足，排隊充電問題突出，由此充電樁分布不均的問題則進一步凸顯出來。

3.2 充電站的發(fā)展趨勢

未來我國電動汽車將呈現(xiàn)不但增長的趨勢，作為充電基礎(chǔ)設(shè)施的充電站也必須跟得上電動汽車的發(fā)展，因此合理建設(shè)充電站及充電站的數(shù)量、技術(shù)的研發(fā)是未來的趨勢。

（1）加快充電樁（站）建設(shè)，提高服務(wù)能力：將充電樁（站）與新技術(shù)相結(jié)合，例如5G、人工智能、互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、智能交通服務(wù)、智慧能源設(shè)施，打造出集信息安全、隱私安全、便捷性、智能性于一體的創(chuàng)新充電站。充電樁（站）建設(shè)不僅僅是要彌補電動車輛發(fā)展中的短板，更可以作為推動出行領(lǐng)域乃至整個社會實現(xiàn)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的智慧樁（站）。目前車樁比已經(jīng)達到2.5﹕1，距離《電動汽車充電基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)展指南（2015-2020年）》提出的車樁比1﹕1的目標(biāo)還有不小的差距，充電樁市場還有很大的提升空間。

（2）布局合理，提高充電樁利用率：采用大功率快速充電，可滿足用戶長途旅行應(yīng)急狀態(tài)下的用電需求，提高車輛使用效率。同時，功率的提升也能使用戶減少充電時間，帶動單個充電樁充電電量的增加，從而提高運營商的經(jīng)濟效益。有序慢充主要是針對辦公場所和小區(qū)充電樁，通過調(diào)度用戶有序充電、削峰填谷、滿足充電需求，作為城市通勤用的交流慢充，充分滿足充電需求，在保證電網(wǎng)安全有效運行的前提下，維護充電系統(tǒng)與電網(wǎng)的協(xié)同發(fā)展。

4 結(jié)束語

本文從電動汽車和充電站兩個部分入手，分析了我國電動汽車和充電站的現(xiàn)狀及未來發(fā)展趨勢，并提出了發(fā)展電動汽車和建設(shè)充電站的可行性建議。

我國電動汽車保有量已達到世界領(lǐng)先水平，但其產(chǎn)業(yè)發(fā)展還不夠成熟，應(yīng)注意到在發(fā)展過程中，更應(yīng)充分利用國家的各項扶持政策，從技術(shù)上加大對電動汽車產(chǎn)業(yè)的投入，完善和提升電動汽車產(chǎn)業(yè)，為帶動國家經(jīng)濟進步，建立一套行之有效的電動車配套體系，這要求我國在發(fā)展過程中從而不斷完善產(chǎn)業(yè)鏈條。電動汽車產(chǎn)業(yè)是與國家經(jīng)濟發(fā)展密切相關(guān)的傳統(tǒng)汽車產(chǎn)業(yè)的擴展和延伸，所以在發(fā)展電動汽車產(chǎn)業(yè)的時候，更多的要明確自身的發(fā)展現(xiàn)狀和問題，這樣才能夯實后續(xù)發(fā)展電動汽車產(chǎn)業(yè)打下的基礎(chǔ)。

基金資助：萬州區(qū)科學(xué)技術(shù)項目“山地城市電動汽車關(guān)鍵技術(shù)研究與應(yīng)用”，項目編號：wzstc20220113。

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