引言：
我国大力推动新能源汽车产业起源于2009年对新能源车的探索和验证，认定新能源汽车是未来汽车技术的唯一发展方向，至今我国已出台一系列政策及补贴大规模扶持新能源汽车产业。随着我国的经济与工业水平不断地向前发展，我国对于化石能源的需求量和消耗量越来越大，虽然现阶段在经济建设与工业发展方面取得了一定的发展成果，但石油储量问题、能源安全问题、“碳达峰”和“碳中和”战略，以及汽车行业技术发展等问题仍然存在，这都是我们迟早要去面对和解决的重要课题，所以发展新能源行业迫在眉睫。目前，国内的《新能源汽车产业发展规划（2021-2035年）》中提出“到2025年，我国新能源汽车市场竞争力明显增强，动力电池、驱动电机、车用操作系统等关键技术取得重大突破，安全水平全面提升。纯电动乘用车新车平均电耗降至12.0千瓦时/百公里，新能源汽车新车销售量达到汽车新车销售总量的20%左右，高度自动驾驶汽车实现限定区域和特定场景商业化应用，充换电服务便利性显著提高。”规划中主要提及了我国新能源汽车产业未来将在关键技术、市场占有率等多方面并重发展。由此可见，新能源汽车产业已成为我国生态保护与经济科技发展的重要抓手。因此，对新能源汽车行业的研究具有重要的现实意义，本文是关于新能源汽车行业研究系列的第一篇，主要包括大力发展新能源汽车的原因分析，介绍新能源汽车的起源、现状以及类别。
石油是远古海洋或湖泊中的生物尸体经过漫长的演化形成，数量是有限的属于不可再生能源。美国《油气杂志》（OGJ）于2022年12月5日发布《全球油气储量报告》，据OGJ估算，2022年，全球石油储量增长1.3%，为2406.9亿吨，储采比降至52.1；天然气储量增长2.2%，为211万亿立方米。石油储量前5强仍是委内瑞拉、沙特阿拉伯、伊朗、加拿大和伊拉克。《报告》还提到，2022年全球石油产量约46.18亿吨，同比增长3.7%。
英国石油公司公司于2023年1月30日发布的《BP世界能源展望》中指出，俄乌冲突对全球能源系统有深远影响，各国对于不可再生资源关注度高度增加。同时，现状能源情况需进一步降低化石能源的占比以及重要性，提高可再生能源占比以及终端能源电气化程度，加快能源转型。根据《中国矿产资源报告（2022）》，受益于大力度的勘探开发活动，截至2021年底，中国石油储量37亿吨，同比增长1.9%，仍保持全球第13位；天然气储量7.2万亿立方米，增长3.5%，保持第8位。根据2022年6月28日英国石油公司发布的《世界能源统计年鉴2022》中显示，石油、天然气和煤炭等化石能源消费均强劲增长，但供应增长慢于需求增长，导致供需关系趋紧，价格普遍大幅上涨。根据美国《油气杂志》（OGJ）于2022年12月5日发布《全球油气储量报告》，2022年石油储量为2406.9亿吨，同比增长1.3%；2022年全球石油产量约46.18亿吨，同比增长3.7%。假定未来每年石油探明每年增加1.3%，每年需求量保持不变的情况下，现有的石油资源将在100年内耗尽。2023年3月27日，国家高端智库中国石油集团经济技术研究院《2022年国内外油气行业发展报告》在北京发布，《报告》指出，2023年全球石油需求将达到1.016亿桶/日（约为50.59亿吨/年），现有需求量已经大于石油开采量，全球急需能源转型，降低石油依赖度。表1.2020-2022年我国原油产量及进口情况
数据来源：《全球油气储量报告》《2022年国内外油气行业发展报告》我国的资源富煤贫油少气，煤炭过剩意味着中国的电力生产不受制约。随着经济的快速发展，国内开采的原油难以满足国内需求。2022年我国原油消耗量为7.19亿吨，其中我国生产量为2.05亿吨，占消耗量为28.47%，原油的进口依赖量为71.53%。表2.2020-2022年我国原油产量及进口情况
数据来源：国家统计局
由近三年我国原油相关数据可得，我国原油产量正在稳定逐年增加；近两年原油进口规模稳定下降。但受地缘政治等多方面影响，原油进口金额大幅上涨，显著增加了进口能源成本。大力发展新能源汽车产业，有利于降低每年原油需求量，减少原油进口量与成本，有利于改善我国能源情况。大力发展新能源汽车产业有利于实现“碳中和”和“碳达峰”
传统燃油车在行驶过程中会排放大量二氧化碳，纯电动汽车则依靠电力驱动。汽车的能源由一次能源的石油，变成二次能源的电力。而电力结构正在逐步优化为以清洁可再生能源为主，实际的碳排放量将显著降低。根据生态环境部发布《中国移动源环境管理年报（2022年）》提出：要推广节能低碳型交通工具。加快发展新能源和清洁能源车船，推广智能交通，推进铁路电气化改造，推动加氢站建设，促进船舶靠港使用岸电常态化。加快构建便利高效、适度超前的充换电网络体系。提高燃油车船能效标准，健全交通运输装备能效标识制度，加快淘汰高耗能高排放老旧车船。2021年，全国新能源汽车产销量分别为354.5万辆和352.1万辆，其中纯电动汽车产销量分别为294.2万辆和291.6万辆；插电式混合动力汽车产销量分别为60.1万辆和60.3万辆。全国新能源汽车保有量达784万辆，占汽车总量的2.6%，比2020年增加292万辆，增长59.2%。其中，纯电动汽车保有量640万辆，占新能源汽车总量的81.6%。新能源汽车销量首次超过300万辆，截至2022年底，全国新能源汽车保有量达1310万辆，占汽车总量的4.10%，扣除报废注销量比2021年增加526万辆，增长67.13%。其中，纯电动汽车保有量1045万辆，占新能源汽车总量的79.78%，呈持续高速增长趋势。图1 2017-2021年全国新能源汽车产销量及增速
数据来源：《中国移动源环境管理年报（2022年）》
自改革开放以来，随着我国的经济与工业水平不断地向前发展，我国成为了世界上增长最快的经济体。在工业的高速发展和城镇化进程中，我国也成为了世界上最大的温室气体排放国，排放量约占全球温室气体排放总量的四分之一。地球大气中主要的温室气体包括水汽、二氧化碳、氧化亚氮、氟利昂、甲烷等。其中，关于二氧化碳，2023年3月2日国际能源署发布《2022碳排放》报告。报告显示2022年全球能源消耗和工业过程产生的二氧化碳排放量增长了0.9%，即3.21亿吨，达到368亿吨的历史新高。2021至2022年间，中国与能源相关的排放量相对持平，减少了0.2%，即0.23亿吨，总量约为121亿吨。下表3是对城市主要交通出行方式能耗和污染物的测算，从表中可以看出，私家车以及出租车耗能以及所产出的污染物占据极大比列。表3.城市主要交通出行方式能耗和污染物测算
数据来源于《城市零碳交通白皮书2022》
由此可见，优化私家车及出租车车型结构，可以显著降低运输领域碳排放量。假设到2030年纯电动汽车占汽车保有量的10%，那么电动汽车的替换将使整个汽车行业的二氧化碳排放量减少9%，汽车业的二氧化碳排放量的减少将导致我国二氧化碳整体排放量减少1.5%。综上，发展新能源汽车有助于“碳达峰”和“碳中和”战略实现。我国汽车工业起步较晚，无论是发动机还是变速箱技术的研发都大幅落后于国外企业，尤其是变速箱，其关键专利掌握在国外车企手中。中国自主品牌长期被它压制，发展艰难。因此，要实现汽车工业的“弯道超车”，就必须开辟新的赛道。目前新能源汽车时代完美避开了变速箱等工艺问题，各国重回同一起跑线。我国在新能源汽车上有着先天优势，中国是世界上最大的新能源汽车生产国、消费国，也是世界上规模最大、出口量最大的汽车出口国。把握好本次新能源汽车产业的发展机遇，对于我国来说至关重要，中国于2022年出口了新能源汽车67.9万辆，同比增长120%。新能源汽车产业上，我国有机会比老牌车厂做得更好，实现工艺与市场赶超。在包括电动机和传统内燃机在内的以旋转的方式来进行输出的设备上，都可以使用一个公式：功率=扭矩×转速。在同等功率的水平下，扭矩决定了一台车的加速性能。电动机最大的特点就是在起步的时候就可以输出接近最大的输出扭矩。而超过额定功率后扭矩还会衰减。而传统内燃机的扭矩是随着扭矩线性增大的，起步时转速低，进气量低，相应的扭矩就低。即使使用涡轮增压技术，也与电动车的0-100km加速差距明显。因为没有燃油发动机，电动机的噪音和振动远小于传统汽油机，电动车的噪声主要来自于胎噪和风噪，在NVH的控制上比传统燃油车简单很多。因为电动机不需要燃烧，所以不需要氧气，同理在高原上也没有动力衰减，适用于多种环境。因为没有复杂的机械结构和发动机，纯电动汽车的保养费用与传统汽车相比很低。电价相对于油价也便宜很多。以特斯拉model3为例，55kwh续航400KM，按照平均电价以0.8元每度计算，那么平均下来仅需0.11元/KM。而现在小排量汽车平均6.5的油耗计算，每公里需要4到5毛每公里。从这个角度来看，新能源车的资费优势明显。
（1）美国重视发展插电式混合动力汽车和燃料电池汽车，引领高端电动汽车市场美国从20世纪90年代开始进行电动汽车研发，以通用、福特和克莱斯勒三大汽车公司为主力，联合开发电动汽车的关键零部件。美国电动汽车发展以能源安全为首要任务，强调充电型电动车发展。2012年，美国已经在插入式混合动力车与燃料电池汽车领域取得了丰硕成果，并拥有了这两个领域全球22%的专利。2016年7月，美国联邦政府发布了《关于加快普及电动汽车的计划》，宣布将通过政府与私营部门合作，推广电动汽车和加强充电基础设施建设，以应对气候变化、增加清洁能源使用并减少对石油的依赖。不同国家电动汽车的发展状况差别较大。2019年德国超过挪威成为欧洲最大的电动汽车市场，销量为10.7万辆，增长61%。挪威环保意识较强，是电动汽车推广力度最大、优惠政策最多的欧洲国家，尽管挪威占欧洲汽车市场份额只有1%，但却是全球电动汽车人均保有量最高的国家，新车销售中56.2%为电动车。2019年，挪威电动汽车销量为8万辆，增长9%，居欧洲国家第二位，汽车市场渗透率达到44.1%，居欧洲国家首位。同年欧洲电动汽车销量靠前的国家还有英国销售7万辆，增长30%；法国销售6.8万辆，增长29%；荷兰销售6.7万辆，增长166%；瑞典销售4.3万辆，增长56%。日本是世界上最早发展电动汽车的国家。20世纪70年代日本就开始研制电动汽车，在混动技术、燃料电池和电机电控等方面有着深厚的技术积累，其混合动力汽车具有油耗低、小排量和高性能等特征。从市场销量上看，日本电动汽车销量靠前的都是混合动力车型。混合动力汽车占日本乘用车市场近40%的市场份额。日本政府高度重视能源安全，大力推动汽车企业发展节能技术。1979年，日本颁布《节能法》，强制要求汽车制造企业达到政府规定的燃料效率指标。在此背景下，日本油电混合动力汽车迅速发展，至今在国际市场销量领先。据统计，日本丰田普锐斯销量达到100万辆，远超过其它同类品牌。如今日本国内混动车市场占有率达到11％。可以说，在混合动力技术研发应用方面，日本走在世界前列，有效促进日本汽车产业油耗水平大幅提升。日本全新的汽车油耗管理办法将在2020年开始实施，要求国内车企油耗加权平均值必须在4.9L/100km以下。对此，日本车企主要根据车辆不同质量段，针对性地发展不同技术。从发展趋势来看，日本近期仍将以传统动力系统升级挖潜、普及怠速启停、制动能量回收、轻量化等技术，远期则转向混合动力与插电式混合动力技术。本世纪初，面对资源和生态环境压力不断增加的重大挑战，中国坚持资源节约和环境保护的基本国家政策，积极改变经济发展模式，不断加大节能力度。中国出台了有关能源发展的相关文件，"十二五"、"十三五"、"十四五"规划、《能源生产和消费革命战略》、《能源发展战略行动计划》等纲领性文件，以及专向文件如《可再生能源发展“十三五”规划》和《能源技术革命创新行动计划》。在国际能源发展新趋势、能源供需格局新变化的大背景下，以习近平同志为核心的党中央高瞻远瞩，坚持绿色可持续发展理念，大力推进生态文明建设，提出“能源革命”的战略思想，为我国能源发展指明了方向，明确了目标，推动能源事业取得新进展。中国的能源生产逐渐从弱角色转变为强角色，生产率和水平大幅提高，中国已成为世界领先的能源生产国，基本上形成了以煤炭、石油、天然气和可再生能源为主要动力来源的生产体系，并在能源生产中发挥了强大的保障作用。2020年，我国能源生产总量达到37.7亿t标准煤，与1949年相比增长163.24倍，年均增长达到7.6%。随着中国能源总产量的不断增长和能源使用方式的加快改革，能源结构持续得到优化和改善，清洁、低碳发展的步伐也加快了，生产结构逐渐向清洁化转变。由于中国能源资源的“多煤、少油、缺气”性质，原煤在总发电量中的份额较高，但目前原煤的份额波动并下降，2020年降至至少59.8%，比上年下降0.9个百分点；天然气、水电、核能、风能和其他清洁能源占总能源消耗的24.3%，增加了1.0个百分点。中国新能源汽车的发展主要由我国政策驱动。国家一直以来在开发新能源汽车方面更加积极、主动和系统地推进发展。然而，财政补贴并不是中国新能源汽车行业的长期解决方案，为了避免新能源汽车的断层，启动了双积分政策，不仅对新能源汽车生产，而且对其燃料消耗水平提出了严格要求。在2020年，国务院制定并出台了《新能源汽车产业发展计划》，报告称，自2015年以来，电动汽车连续五年在生产、销售和所有权方面排名世界第一，该行业已进入交叉发展和重叠整合的新阶段。此外，2020年12月31日，包括财政部和工业和信息化部在内的四个部门发布了《关于进一步改进新能源汽车推广和应用财政补贴政策的通知》，规定2021年新能源汽车补贴标准将比2020年标准降低20%。为推动公共交通等领域电动化，城市公共交通、道路客运、出租（包含网约车）、环卫车辆、城市物流和配送车辆、邮政快递车辆、民航车辆以及党政机关公务领域符合要求的车辆，这些车辆的补贴标准在2020年的基础上必须减少10%。为了加快公共交通行业的转型和现代化步伐，各地区可以继续补贴购买新能源公交车。我国新能源汽车发展政策体系逐步建立。我国陆续出台了一系列新能源汽车产业发展的政策法规，为我国新能源汽车的推广和应用提供了良好的政策环境。我国新能源汽车的技术水平已经接近世界先进水平。到“十二五”末期，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，已具备规模化推广的能力。在一些关键技术方面，如动力电池、驱动电机等关键部件已经实现了国产化，部分关键零部件技术水平与国外先进水平差距在3年以内，具有较强的自主研发能力。在商用车方面，开发出了全铝车身、轻量化底盘、高强度车身等多项新材料和新技术，具有较强的市场竞争力。在新能源客车方面，开发出了纯电动城市客车、城市公交等多个系列产品，在动力电池、整车控制、充电模式、换电技术等方面取得了重大进展在燃料电池汽车领域，以燃料电池轿车和客车动力系统技术平台为基础，已经开发出了3款燃料电池客车、5款燃料电池乘用车，已经具备了百辆级燃料电池汽车动力系统平台与整车生产能力。试验车辆先后在北京奥运会、上海世博会、SDI新加坡青奥会、美国加州等活动和区域进行了范运行。中国已基本掌握了磷酸铁锂、锰酸锂、三元材料前驱体、石墨负极材料、钛酸锂负极材料、电解液和PP/PE隔膜、电池单体研发及制造等核心技术，技术水平与国外水平基本相当;动力电池正极材料、负极材料、电解液和隔膜实现了国产化，并且开始进入国际动力电池生产企业供应体系;比如正极材料企业杉杉、负极材料生产企业贝特瑞已经为LG、三星SDI等动力电池生产企业供货。电池单体能量密度持续显著提高，磷酸铁锂电池单体的能量密度从2007年的90Wh/kg提高到2019年的180Wh/kg以上，三元材料混合锰酸锂材料的电池单体的能量密度达到200Wh/kg以上，圆柱形电池的比能量达到220Wh/kg，与国际水平基本同步。在驱动电机领域，中国基本掌握了先进的电磁设计技术、多目标高性能车用电机的极限设计与多领域精确分析以及系统集成仿真的技术。在产品层面上，该公司已经完成了一系列的驱动电机产品，其峰值功率密度达到了（2.8～3.0)kW/kg，接近国际先进水平，功率范围涵盖了乘用车与大型商用车的需求。而且，驱动电机效率与国际先进水平基本相当。在电机控制器方面，中国基本掌握了电机控制器的软硬件集成开发技术，电机控制器的功率密度达到(5～8)kW/L;基本掌握了转速位置传感器、膜电容、电流传感器等电器元件的关键技术并实现国产化。中国在汽车燃料电池领域，已经初步形成了一个拥有自主知识产权的汽车燃料电池技术平台，并在关键材料、组件和电堆等关键技术上取得了较好的成绩。车用燃料电池双极板电堆的功率密度已达2．0kW/L，掌握了－20℃低温启动技术，燃料电池轿车道路工况运行寿命超过2000h。在燃料电池动力系统技术上，解决了车辆用燃料电池动力系统的集成、控制和适配等问题，最终建立起了燃料电池系统、动力电池、DC/DC变换器、驱动电机、储氢与供氢系统等关键零部件的配套与研发体系，从而在综合技术上取得了突破性进展，总体技术接近国际先进水平。
新能源汽车是指采用非常规的车用燃料作为动力来源（或使用常规的车用燃料、采用新型车载动力装置），综合车辆的动力控制和驱动方面的先进技术，形成的技术原理先进、具有新技术、新结构的汽车。
新能源汽车主要包括五大类型：纯电动汽车（BEV，包括太阳能汽车）、混合动力电动汽车（HEV）、燃料电池电动汽车（FCEV）、氢发动机汽车（HPV）、增程式电动汽车（EREV）。其他新能源汽车类型包括机械能（如超级电容器、飞轮、压缩空气等高效储能器）汽车等与非常规的车用燃料指除汽油、柴油之外的燃料，如天然气（NG）、液化石油气（LPG）、乙醇汽油（EG）、甲醇、二甲醚。从新能源汽车的发展来看，新能源汽车电池分类主要从两方面分类，一是电池材料，二是电池封装形状。按电池材料，可以分为铅酸电池、镍氢电池和锂电池。按封装形状，可以分为圆柱形电池、方形电池和软包电池。在所有电池技术中，铅酸电池的发展历史最长久。铅酸电池，由铅及其氧化物制成作为电极材料，硫酸溶液作为电解液，这是现在大部分电瓶车的动力源，低成本是其最大的优势。但它有两大缺点；一是比能量低，所占的质量和体积太大，且一次充电行驶里程较短；另一个是使用寿命短，使用成本过高。在过去的十来年里，关于铅酸蓄电池的研究和发展主要集中在混合动力电动汽车的应用上。镍氢电池，是二十世纪九十年代发展起来的一种新型绿色电池，具有高能量、长寿命、无污染等特点。镍氢电池相比铅酸电池有不小的提升，并且电解液不可燃、安全性有保障，制造工艺成熟。但是镍氢电池充电效率一般、无法使用高压快充，因此从锂电池广泛应用之后，镍氢电池在汽车上也有被完全取代的趋势。锂电池，正是现阶段新能源车的主流选择、是如今电动汽车上使用得最多的动力电池技术，锂的化合物（锰酸锂，磷酸铁锂等）作为电极材料，石墨作为负极材料，其优势在于重量轻、储能大、无污染、无记忆效应、使用寿命长。在同体积重量情况下，锂电池的蓄电能力是镍氢电池的1.6倍，并且人类只开发利用了其理论电量的20%～30%，开发前景非常光明。不过无论任何类型，所有锂电池组都会面临低温导致无法启动等缺点。圆柱形电池在日常生活中较为常见，特斯拉就是使用的这种电池外形，它的生产工艺非常成熟，性能也比较稳定。而特斯拉之所以选择这种电池外形，主要是因为它在打包的时候，电池与电池之间会留下一些孔隙，而这些孔隙可以很好地为电池提供散热空间，有效避免电池出现过热情况。不过这种电池因为使用金属外壳，所以重量比较大，而且单个电池的能量密度也不是很高。方形电池也很是常见，电动摩托车上大部分也是用的这种电池，这种电池的一大特点就是重量轻，能量密度高，供电能力非常强劲。而在电动汽车上，它除了以上优点外，还有一大好处就是能够根据不同的车实现定制，且安全性非常不错。而这种电池的缺点就是标准难以统一，每个车的电池型号都不太一样，这容易引起市场混乱。软包电池最常见的就是我们手机中的电池了，因为只有一层铝塑膜作为封装材料，所以这种电池的重量算是几种电池中最轻的一种了，而且能量密度也不低，从手机这么一小块电池就能待机好几天就能看出来了。不过也因为采用了铝塑膜作为封装材料，其安全性较差，保护措施也较弱。新能源汽车作为未来汽车产业的发展方向之一，具有重要的战略意义。随着环境保护和能源安全的需求日益增强，新能源汽车的市场需求也会不断增长。未来新能源汽车将会向更高效、更环保、更智能的方向发展，特别是在技术创新和产业链上的进一步完善和提高。同时，新能源汽车产业的发展也将有助于我国经济的可持续发展和能源结构调整，推动中国汽车产业向高质量发展。通过发展新能源汽车，我国可以降低对传统石油的依赖，提高能源的利用效率，减少环境污染，加快转型升级，促进经济持续发展。但随着科技的进步和环保意识的增强，新能源汽车行业将面临更多的发展机遇和挑战。未来，随着电池技术的进步和成本的降低，纯电动汽车的市场份额将逐步提高，同时，混合动力汽车和燃料电池汽车等其他新能源汽车种类也将逐渐成熟。然而，新能源汽车行业仍面临着制造成本高、续航里程短等问题。因此，政府和企业需要共同努力，推动新能源汽车行业的快速发展，提高技术水平和市场竞争力，为未来可持续发展打下坚实基础。
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