我国新能源汽车的发展是从科技部支持重大科技项目攻关开始，从“九五”期间的全国清洁汽车行动就已布局，历经“十五”期间“三纵三横”和试点示范，“十一五”期间《节能与新能源汽车重大专项》和“十城千辆”示范应用工程，“十二五”期间“纯电驱动技术转型战略”和《新能源汽车产业技术创新工程》，进入“十三五”的《国家重大研发计划-新能源汽车重点专项》、《中国制造2025节能与新能源汽车发展技术路线图》等重大科技专项和示范工程的创新扶持与推广应用，取得了举世瞩目的成就。截至目前，我国已形成纯电动汽车为主，插电式混合动力汽车为补充，燃料电池汽车示范应用的发展态势。我国新能源汽车产销量已连续四年位居全球第一，保有量约占全球一半左右。2019年，新能源汽车销量达126万辆。在新能源汽车零部件领域，已经涌现出了宁德时代、比亚迪等与国际动力电池企业并驾齐驱的行业龙头，以新能源汽车为主的产业链上下游上市企业已经超过50家，市值规模超过2万亿美元。
当前，我国新能源汽车产业快速发展，可供消费者选择的车型逐渐丰富，从A00级到A级、B级、C级应有尽有。纯电动汽车产品持续迭代升级加快，续驶里程、可靠性、安全性、动力性水平不断提高，经济性和综合效益水平持续优化。自主品牌车企电控、电驱、电池“三电”技术日臻成熟，骨干车企“三电”技术合作、产能布局步伐加快。插电式混合动力汽车近五年技术进步极快，专用零部件技术自主研发实现了重大突破，动力总成高度集成化、模块化技术迭代加快，从P0到P4创新了一大批新的构型，形成了中国的自主专利技术群，插电式混合动力大规模产业化步伐加快。
经过近20年汽车行业的拼搏、政府推动以及全社会的共同努力，无论是从整车的市场应用端，还是从核心零部件技术的突破以及自主供应链的完善，我国新能源汽车产业已经真正地实现了技术和产业化双突破。但是，随着我国汽车产业的对外股比放开，特斯拉等国际造车新势力在华的布局，以及宝马、丰田、大众等国际巨头的电动化转型，我国新能源汽车全产业链将会面临新一轮激烈竞争，甚至是生死的考验，2020年上半年在“新冠”疫情下，全球新能源汽车销售大涨，而我国新能源汽车销售猛跌，究其主要原因一方面是补贴政策迅速退坡，另一方面是产品竞争力的问题。我们唯有继续以时不我待的精神，加快新能源汽车核心关键技术持续攻关、全产业链聚焦成本优化，尽快提升自主品牌新能源汽车产业国际竞争力，这样才能加快制造强国、汽车强国创新的步伐，加速我国汽车产业转型升级。

技术研发进展
动力电池技术性能已达国际先进水平
2020年1-9月，我国动力电池装车量累计34.2GWh。其中，排名前十的动力电池企业装机总量约为31.8GWh，占整体的92.8%。其中三元电池装车量累计23.6GWh,占总装车量69.0%；磷酸铁锂电池装车量累计10.4GWh,占总装车量30.3%；按单体封装方式分，装机量最大的是方形电池，其次是圆柱形电池，再次为软包电池。方形电池以宁德时代、比亚迪、天津力神为代表企业；圆柱形电池以比克、亿纬锂能为代表企业；软包电池以孚能科技、万向123为代表企业。
三元锂电池单体能量密度在200-260Wh/kg，成组后系统能量密度达到160-200Wh/kg；磷酸铁锂电池单体能量密度在170-185Wh/kg，成组后系统能量密度可以达到140Wh/kg。循环寿命方面，在系统容量衰减到80%的前提下，三元锂电池循环寿命在1500次以上，磷酸铁锂电池循环寿命在3000次以上。成本方面，电池系统价格已经下降到（1.0±0.2）元/Wh。相对于国际前三的松下、LG、三星等电池企业，我国动力电池的主要技术和性能指标已经处于领先地位。
电驱动系统关键性能显著提高，可与国外先进指标持平
乘用车用电驱动系统一体化、轻量化水平已与国际接轨。国内企业开发出的集成驱动电机、电机控制器和高速减速器的“三合一”电驱动总成，总成峰值功率涵盖120-150kW，驱动电机输出转矩270-320N·m，减速器速比达到10-12，电驱动系统总成输出转矩2800-3500N·m，总成输出转速1200-1500rpm，总成质量80-90kg。在小型纯电动乘用车用驱动电机及其控制系统方面，开发了集成电机控制器和驱动电机的“二合一”电驱动总成，功率范围涵盖33-55kW，峰值转矩125-170N·m，电机转速9000rpm。
轮毂电机技术不断成熟，初步具备商用车轮毂电机总成批量化技术。国内主要产学研机构联合开发的峰值功率为65kW的轮毂电机总成，电机输出转矩达到640N·m，轮毂电机质量为31kg，采用拼块式定子铁芯、超短端部绕线工艺、复合水冷等关键技术，转矩密度达到20.6N·m/kg，功率密度达到2.1kW/kg，与国外技术水平相当。此外，由国内企业所研发的商用车用轮毂电机驱动桥总成SM500-3，其电机的最高转速为500r/min，传动效率比轮边驱动能够提升15%。
电机控制器的研发与集成设计不断缩小与国际先进水平的差距。国内企业牵头公关并完成了功率部件直焊互连集成设计与焊接工艺验证，实现了膜电容器端子与IGBT模块直流端子、IGBT模块交流端子与三相铜排的直接键合与集成，确保高温、振动等复杂环境下电机控制器的可靠性，提升了电机控制器的功率密度水平。该公司采用的双面焊接单面散热IGBT功率模块，研制了功率密度达到18~20kW/L的80kW逆变器样机，集成水平与博世、大陆等国外公司的同类型产品相当。
但客观来看，国内企业在电驱动系统大批量生产的一致性和产品可靠性方面与国外仍有一定的差距，在控制系统上游的功率器件、半导体材料等方面，国内仍不具备完全自主能力。这正是我们下一步技术攻关的主要方向。
充电基础设施网络布局快速完善，充电桩技术正朝高功率、智能化与互动化方向发展
充电基础设施快速布局，标准体系国际先进。截止2020年9月，我国公共类充电桩保有量约60.6万台，同比增长30.0%，其中交流充电桩约35.0万台、直流充电桩约25.5万台、交直流一体充电桩约488台。直流充电功率模块全面实现国产化，单位成本过去5年下降幅度达到90%。标准层面，国内正积极加快充电及运营互联互通、充电设施安全等核心标准的编制修订工作，已基本完成充电设施、充电接口、充电站建设运行、充电服务等相关标准，但仍存在新老标准切换以及政策措施不完善等问题。
充电桩技术正朝高功率、柔性化、智能化方向发展。目前，我国直流大功率充电设施研发已有一定技术积累，正处于关键标准制定及规模化示范运行阶段，正在推进360千瓦乘用车大功率快充试点；我国主导推动的下一代充电技术接口方案Chaoji接口方案已经被日本采纳，目前中国、日本以及其他国际专家正在紧密合作，推动Chaoji方案在IEC的国际标准立项和制定工作。柔性充电堆技术受到关注，处于研发示范阶段；充电智能化、便捷化方面也有所突破，率先在国际上推出即插即充、群充群控等创新充电模式，车桩一体和车位一体等新模式取得新突破；以电池储能、V2G、微电网为主，车网互动示范项目取得新进展，电动汽车作为可调节资源参与华北辅助服务市场交易试点取得良好成效。无线充电技术也有较大发展，部分企业的无线充电技术传输距离达20cm，效率达90%。
此外，换电技术具有大幅度降低充电等候时间、延长电池循环寿命、提升电池充电安全性、减少电网冲击的优势，北汽新能源、蔚来汽车等企业正在深入推进和示范推广车电分离模式，将来有望成为引领某些细分领域的能源补充解决方案。

存在的不足
动力电池方面
动力电池安全。高比能动力电池的应用，也会带来安全和寿命问题，尤其是采用高镍（Ni80及以上）材料的动力电池热失控及热扩散是亟待开展技术攻关的关键难点。动力电池安全是新能源汽车产业健康发展的最大制约因素，应考虑从以下几个方面提高动力电池安全性：加强顶层设计，建立完备的标准体系，引导产业健康有序发展；积极研发更安全的动力电池单体技术和整车级的电池系统安全防护技术；建立新能源汽车整车企业和动力电池单体企业融合的应急响应体系。
制造和工艺水平。国内动力电池企业众多，除部分企业具备较高的自动化生产技术、工艺装备和质量控制水平外，多数企业的高端制造能力欠缺，未形成完整的自动化生产线及生产数据的交互与共享，电池产品一致性和合格率亟待提升。此外，由于制造和工艺水平的差异，技术规格尚难统一，在动力电池回收领域无法实现自动化拆解，严重影响动力电池梯次利用和再生利用企业的参与积极性。这方面的工作，仍需行业加强重视、形成有效的解决方案。

固态电池的研发与产业化。日本丰田汽车通过降低固态电池内电阻的技术，将全固态电池的能量输出密度(按照体积)提高至约2.5kW/L。同时，已成功将能量密度提高至400Wh/L，比2010年左右生产的锂离子(Li-ion)电池的能量密度高一倍。韩国现代正通过南阳研发中心(NamyangR&DCenter)旗下的电池研发团队进行固态电池的研发，目前已取得一定的技术水平，预计2025年可实现固态电池量产。德国大众汽车通过投资控股电池技术公司－QuantumScape，使其拥有的200多项固态电池技术专利转为商用，并计划在2025年前建立固态电池生产线。（见图1）

我国当前固态电池研究仍处实验室阶段，部分科研机构着力攻关固体电解质材料技术。国内在推进固态锂电池开发的企业包括宁德时代、赣锋锂业、国珈星际、力神、江苏清陶能源、台湾辉能、国轩高科等。在固体电解质材料方面，近两年，江西赣锋锂业通过中科院宁波材料所的专利授权及持续合作研发，已经掌握了生产高性能固体电解质粉体材料及柔性固态电解质膜的技术。另外，中科院物理所、中科院青岛所等在有机以及无机固体电解质方面也具备了一定的研发和生产能力。但是，面对国际汽车巨头的集中投入与攻关，我国在固态电池的研发和产业化进程亟需加快，以抢占下一代车用动力电池的产业风口。
电驱动系统方面
车用驱动电机智能化、深度集成化设计能力不足。当前中国对于车用电机实时运行状态、故障实时诊断、振动噪声、电磁兼容等仍缺乏系统的理论支撑，影响了中国车用电机产业竞争力持续提升。中国软件水平参差不齐，软件架构研发缓慢，网络安全较为缺失。
驱动电机系统的关键零部件与新材料开发与制造工艺仍有差距。中国在新型电超导与热超导材料、漆包线成型与加工性、扁导线制造工艺方面有待进步，在高速轴承及高速变速器的设计与制造能力不足。第三代宽禁带半导体器件方面，在芯片电流密度、外延材料及生长工艺、模块可靠性设计与封装等方面仍与国外存在差距。
电驱动总成的部分核心零部件自主能力不足。在乘用车电驱动集成一体化方面，中国有多个三合一电驱动总成样机推出并开展应用，然而机-电、电-电的集成度、性能（功率密度和转速）、可靠性仍需要进一步提高，同时缺少可靠性高的后桥电驱动总成产品及控制芯片。
电驱动系统产业化制造工艺与装备水平不足。中国在高端试验、高速试验和关键生产设备、检验设备的水平上相对落后，基本依赖进口；批量化与“智能”产业化技术，高端工艺与装备技术与国际先进水平尚存差距，自动产线的自主装备能力欠缺。
充换电基础设施方面
私人领域充电短板突出。近年来，针对新建小区，停车位需100%预留充电桩建设安装条件的要求逐步得到落实,但对于占比最大的存量小区，如何解决充电桩建设安装条件尚缺乏明确政策指导，同时还存在固定车位不足、物业认识和配合不够等突出阻碍，已成为制约新能源汽车产业规模持续增长的关键瓶颈。
公共领域充电速度和体验与用户需求仍有明显差距。受限于当前电池寿命和安全性能，当前主流快充技术仅能保证1C左右最大充电倍率，充电时间仍需要1-2小时，充电速度与加油存在显著差距，尤其不能满足长途出行和高强度运营的要求，是制约电动汽车普及的一大关键瓶颈。换电技术虽然适合出租、重卡等高运营强度领域并率先实现应用，但也面临电池标准不统一、成本比快充高出一倍以上等问题，实际推广也面临一定障碍。加上目前充电站普遍规模较小，多数充电站服务配套设施尚不健全，部分设备故障率较高和运维检修水平不足等问题较为突出，导致用户体验不佳。
能源和电力资源利用粗放，与能源互联网融合创新的巨大潜力未能有效释放。目前的充电解决方案仅仅把新能源汽车当做普通的用电设备，不能够充分释放电动汽车巨大的储能潜力。尤其是对于规模最大的私人专用充电桩，目前的无序充电模式对电力容量的利用率严重偏低，而且与居民用电负荷高峰重合度高达85%，长远来看这一对电力资源粗放低效的发展模式将难以为继。亟需要加快推动电动汽车与能源互联网的融合发展，加快智能有序充电和V2G等智能化新型充电模式的推广应用，释放电动汽车作为分布式储能的巨大能源潜力，尽早实现“新能源车充新能源电”。

重点攻关方向
动力电池方面
动力电池向高能量密度、高循环寿命方向发展。动力电池的高能量密度是纯电动汽车能否扩大推广应用的关键因素。仅仅从高比能量出发，在研有望量产的高镍三元正极和碳硅负极锂离子电池仅实现了300Wh/kg，循环寿命还有待于进一步提升，实现产业化还需要解决设备更新、生产工艺调试等问题。从循环寿命来看，目前磷酸铁锂的循环性能达到了2020年的指标，但磷酸铁锂材料的比能量继续优化的解决方案未见明晰方向。
固态电池成研发热点，未来成为车用动力电池的可能性较高。固态电池使用难燃的固态电解质取代有机溶剂型电解液，可以从根本上改善电池的热稳定性等安全问题，并让电池变得更薄、更小，具有安全性高、能量密度高、正极材料选择范围宽等优点，使固态电池成为最具产业前景的新体系电池。然而，如何开发出高容量的全固态锂电池的单体与模块方面仍面临着不小的困难，尤其是大规模产业化技术亟待攻克。
电池快充技术依然是电池企业研发热点。快充技术是动力电池核心技术之一，具备快充功能的电动汽车在一定程度上能够缓解用户里程焦虑，因此能够实现快充的电池也是企业研发的热点。2018年，宁德时代在快充领域开发出能量密度190Wh/kg，15分钟可以充满的快充三元锂电池，主要应用于乘用车领域。同时，其开发的磷酸铁锂快充电芯成组后可以实现最高5.2C的高倍率快充，12分钟内可完成纯电动客车100%充电。
电驱动系统
在驱动电机方面，以不断提高材料利用率、不断提升电机与整车工况效率匹配及提升电机品质和降低成本为主要方向。同时需要加大关注低重稀土永磁材料、耐电晕耐高温绝缘材料、高强度高热导耐高温绝缘骨架、直接油冷电极材料的兼容性、高导磁低损耗材料替代应用问题。
电驱动一体化总成是乘用车领域的明确产品发展方向。我国起步与国外基本同步，目前需要加快自主高速减速器及其轴承、齿轮等配套关键零部件开发，并强化电机和减速器的深度集成。
电机控制器需进一步提高功率密度和效率。双面焊接与单面/双面冷却是电机控制器主流封装工艺技术，我国IGBT功率模块封装、控制器系统级工程化集成能力提升很快，但在电力电子晶圆和芯片以及相关集成电路等方面的材料、技术、工艺和产品有待加强。在SiC芯片和模块方面，高温高可靠性封装技术是SiC模块封装的主流，全SiC控制器具有高温、高效和高频优势，国外已经在加快SiC器件在汽车中的应用，我国从2018年开始将逐步加快应用探索及验证。
充换电基础设施方面
我国充电基础设施主要朝“智慧慢充桩+大功率快充站”的充电网络体系方向发展。交流桩仍是新能源汽车最主要的充电方式，智慧充电系统可通过有序充电和调整功率实现错峰充电，在电力不扩容的情况下实现“一车一桩”的电力配置，因此引入智慧充电系统有望破解电网负荷不足问题。此外，直流快充站可满足临时性、应急性充电需求，大功率充电是其关键支撑技术，可实现“充电10~15分钟、续驶300公里”，从而提升充电便利性。
研究无线快慢充技术，研制超高比功率、高性能双向充放电设备和实用化的无线充电装备成为未来无线充电的发展目标。开展无线充电系统监测平台研究与开发，建立关键参数检测平台、线圈系统规格与性能检测平台、电源系统规格与性能检测平台、车载充电机规格与性能检测平台、电磁兼容性检测平台，从而推动无线充电技术的推广与应用。
换电技术方面，特定场景率先突破以及同步完善标准体系是现阶段主要任务。国内部分企业已布局电池租赁业务，用户只需支付充电费用，从而降低了购车成本。若电池标准得以完善，车电分离的换电模式将有望成为未来的重要发展方向。尤其换电技术作为充电技术的重要补充，在重卡等充电技术尚不能满足要求的领域，有望实现率先突破，加速我国车辆全面电动化的进程。
“十三五”已经接近尾声，“十四五”即将开启，汽车产业电动化转型已经成为全球的共同目标。我国新能源汽车产业应该抓住最近十年建立起来的产业优势、市场优势、供应链优势和人才优势，除了在动力电池、电驱动系统和充换电基础设施等核心关键领域，要加强技术突破和产业化攻关以外，全行业也要在产品智能化、工艺精细化和零部件节能环保等重点领域深耕细作，尤其是全行业要聚焦成本优化、全面提升产品竞争力，为提升我国新能源汽车产业在全球的竞争能力持续奋斗。

注：本文首发于《汽车纵横》杂志2020年11月刊