中國科學院院士、中國電動汽車百人會執行副理事長歐陽明高以親歷者身份回顧和展望了中國新能源汽車技術路線的探索、實踐與創新過程，希望能夠對新能源汽車下一步發展戰略的制定提供參考。本文是從作者即將由科學出版社出版的專著《汽車動力系統學——電控發動機系統、動力電池系統、燃料電池系統、混合動力系統》第一章：節能與新能源動力系統概論部分內容改寫而成。力圖用盡可能通俗的語言，厘清與發展戰略和技術路線相關的發展理念、技術概念、論證邏輯、演變脈絡等，以便相關討論能夠在相互理解的思維方式和話語體系中順利展開，促進我國新能源汽車更好更快發展，早日實現汽車強國目標。

　　中國新能源汽車技術戰略選擇與實施

　　1. 中國新能源汽車技術戰略選擇研究

　　2001年，經過部門領導、行業專家、公司代表的論證，基于對電動汽車在科技制高點的重要地位及中國汽車自主創新的共同認識，科技部啟動了《電動汽車重大專項》戰略規劃研究，這是中國新能源汽車技術戰略的始點。

　　為了探索中國節能與新能源汽車技術路徑，筆者及其團隊以車用能源系統為方向開展了長期基礎研究，先后完成了國家自然科學基金、科技部科技計劃項目(863、科技支撐、國際合作)，重點研究了汽車保有量與能源需求、燃料全生命周期能效與排放、車輛出行特征數據庫構建與利用等研究任務。取得了“基于復雜多變宏觀條件和車輛存活規律的中長期汽車保有量與能源需求分析模型”、“基于全生命周期物質流與能量流跟蹤的我國氫能流動圖譜”、“基于GPS的車輛出行特征與插電式混合動力汽車能耗評價”等成果。以基礎研究為支撐，參與了一系列國家戰略研究與科技規劃工作并代表中國參加了聯合國氣候變化專門委員會IPCC第5次評估報告交通領域分報告撰寫工作。

　　2003年，在《國家中長期科技規劃戰略研究》中筆者首次提出發展節能與新能源汽車的“過渡”和“轉型”并行互動的雙重戰略思路，如圖1所示，即優化現有的車用能源動力系統，發展節能汽車;同時，開發新一代車用能源動力系統，發展新能源汽車，最終實現可持續發展的汽車能源動力的目標。2005年，該思路的具體建議被吸收在國家中長期科學與技術發展規劃的優先主題-低能耗與新能源汽車和前沿技術-氫能與燃料電池中。

 

節能與新能源汽車發展雙重戰略

　　要實現以上雙重戰略，需要通過三條技術路徑，如圖2所示。

圖2 車用能源動力系統的三條基本路徑

　　第一條技術路徑是液體燃料發展路線。發展先進內燃機技術，從而發展混合動力和可外接充電的混合動力;第二條技術路徑是氣體燃料發展路線。從天然氣內燃機技術到燃料電池發動機，從燃氣混合動力發展到氫能燃料電池汽車;第三條技術路線是電能源技術路線。發展電池/電機驅動系統，從而發展包括增程式在內的融合可再生能源發電的純電動汽車。三條技術路線的能耗與排放比較(以家用中級轎車為例)見圖3，從中可以看出：從碳排放和能源消耗的角度看，純電動和燃料電池技術路線明顯優于內燃機和常規混合動力技術路線。而燃料電池和純電動技術路線的比較則取決于一次能源的來源。當一次能源為天然氣時，燃料電池汽車效率高于純電動汽車，而當一次能源為可再生能源時，純電動的效率顯著優于燃料電池汽車。而且，燃料電池汽車和純電動汽車的碳排放也大大低于內燃機汽車和常規混合動力汽車。只有基于可再生能源，才能實現近零碳排放。

(上圖)歐洲情景下各類轎車動力油井到車輪能量消耗與碳排放

(下圖)中國情景下各類轎車動力油井到車輪能量消耗與碳排放

圖3 三條技術路線的能耗與排放比較

　　以上三條技術路線中，純電動汽車動力系統相對是比較簡單的，混合動力系統更為復雜一些，燃料電池動力系統最為復雜。盡管其有很大差別，但這些動力系統具有共性核心技術，包括發動機、動力電池、電機驅動、和燃料電池發動機等，如圖4所示。因此，新能源汽車國家研發的核心目標就是建立新能源動力系統共性核心技術平臺，為企業開發各類產品提供技術支撐。

圖4 新能源汽車動力系統共性技術平臺

　　上述思路是節能與新能源汽車研發的基礎共性原則。但是，如何形成中國新能源汽車產業競爭優勢，還需要從中國國情和中國特色中探索中國新能源汽車獨特的產業化發展道路。

　　筆者針對中國交通構成情況開展了深入的研究，提出了中國交通體系的“點—線—面”模型。所謂“點”代表北京、上海等一線大城市，所謂“線”代表這些一線大城市之間相距200-300公里以上的線路，如京滬高速等，所謂“面”就是廣大的三四線城市、城鎮和中小農村。在“點”上，中國的新能源城市公交車在全球遙遙領先，到2017年底保有量已經達到26萬輛，當年市場份額超過70%，全球占比超過90%，交通部規劃目標是2020年公交車將基本實現電動化;在“線”上，我國高鐵的覆蓋里程和應用數量居世界第一位，截至2017年底，我國高速鐵路運營設計速度最高為350-380公里/小時，運營里程達2.5萬公里，約為世界高速鐵路運營總里程的2/3，2020年還將繼續增建2.3萬公里;在“面”上，中國的電動自行車和電動摩托車(包括兩輪車、三輪車)等小型個人電動交通工具的保有量居全球首位，截至2017年底，中國輕型電動車(電動兩輪、電動三輪)保有量已經超過2.5億輛，占全球90%以上。以上分析表明中國已經形成電氣化交通的總體特色和優勢。中國新能源汽車尤其是新能源乘用車的發展應當與中國電氣化交通體系相適應。以此為基礎，發展形成中國新能源汽車的總體競爭優勢。

　　在上述理念指導下，筆者提出了一系列戰略建議。2009年3月，筆者在全國“兩會”政協聯組會上向胡錦濤總書記匯報了新能源汽車的發展情況，胡錦濤總書記明確指出：新能源汽車代表了汽車工業的發展方向。筆者隨后在政協全體大會上發言：“抓住新能源汽車戰略機遇，促進我國交通能源轉型與汽車產業振興”，并提出三點建議：以鋰動力電池為重點，掌握自主核心技術;以小型純電動轎車為重點，推進自主品牌新能源汽車大規模商業化;以電動汽車標準法規為重點，建立自主產業政策體系。2009年8月，在《北戴河電動汽車戰略研討會》上，筆者代表國家863《節能與新能源汽車》重大項目總體專家組向中央領導匯報了我國純電動汽車發展的若干關鍵問題。認為在國際汽車業“轉移”與“轉型”的大背景下，電動汽車將成為中國汽車產業從大國向強國轉型的最佳選擇;在中國特色以煤為主的能源結構下，汽車動力系統電動化將是煤基能源交通應用的最佳方式;在能源可持續發展的前景下，汽車電動化將是新能源、可再生能源的最佳組合。并提出三點建議：在技術方面，動力電池的技術突破仍然需要國家給與科技專項支持，組織全行業產學研資源進行技術攻關;在產業方面：電動汽車仍然處于產業化的初期階段，需要政府給予科技和產業專項支持;在政策方面：需要國家對汽車產業的發展，尤其是純電動汽車領域有可能實現的超越，在產業政策規劃上給與支持。2009年9月筆者在國務院戰略性新興產業專家座談會發言中又建議：電動汽車可以按照動力電氣化水平分為兩大類：一類是電氣化程度較低，由內燃機提供絕大部分驅動功率的常規混合動力;另一類是動力電池容量較大、具有純電驅動功能的電動汽車，例如插電式電動汽車、純電動汽車、增程式電動汽車以及電-電混合燃料電池汽車等。從培育新興戰略產業的角度看，這類電氣化程度比較高的電動汽車是新能源汽車的發展方向和重中之重。要在堅持節能與新能源汽車“過渡與轉型”并行互動、共同發展的總體原則指導下，進一步確立汽車動力電氣化技術轉型戰略，重點發展電氣化程度高的電動汽車。建議在5-10年內實施“兩頭擠”的市場推進戰略，即在城市公共交通用車和私人小型乘用車上優先發展電動汽車，啟動大規模市場。然后滾動發展，逐步擠占中高檔乘用車這一市場空間。

　　2010年-2012年，國家863《節能與新能源汽車》總體專家組承擔了科技部“十二五”電動汽車科技發展規劃任務，進一步研究了“純電驅動”技術轉型戰略的具體思路和實施方案。2012年3月，科技部正式發布《電動汽車科技發展規劃》，明確提出：從培育戰略性新興產業的角度看，發展電氣化程度比較高的“純電驅動”電動汽車是新能源汽車的發展方向和重中之重(“純電驅動”電動汽車包括：純電動汽車、插電式混合動力汽車、增程式電動汽車以及電-電混合燃料電池電動汽車)。電動汽車科技發展“十二五”專項規劃目標定位是：全面推行“純電驅動”技術轉型戰略，通過科技創新支撐汽車產業新型動力系統自主開發。隨后工信部發布《節能與新能源汽車產業發展規劃2012-2020》，再次重申實施“純電驅動”技術轉型戰略。從近年來戰略實施的實踐看，所謂“純電驅動”技術轉型戰略就是在常規的混合動力和純電驅動動力系統之間選擇后者作為發展新能源汽車產業化率先推進的戰略突破口，率先實現純電驅動汽車，尤其是純電動和插電式混合動力汽車大規模產業化，帶動動力電池等核心技術發展，形成具有技術競爭力的動力電池產業，并以純電動力系統為基礎平臺，帶動燃料電池汽車和混合動力汽車的全面發展，形成我國節能與新能源汽車的總體競爭優勢。

　　2014年，在技術選擇的基礎上，新能源汽車發展戰略正式上升為國家戰略的政治選擇。這一年，習近平總書記發出號召：“發展新能源汽車是我國從汽車大國邁向汽車強國的必由之路”。這不僅正式確立了發展新能源汽車的國家戰略，而且把發展新能源汽車上升為汽車強國戰略。在此基礎上，中央各部委響應習近平總書記號召發布了一系列對新能源汽車的鼓勵政策，開啟了實施新能源汽車強國戰略，推進新能源汽車產業化的新階段。

　　2. 中國新能源汽車戰略實施與國家研發歷程

　　“十五”是我國新能源汽車打基礎的階段。“十五”《電動汽車》重大科技專項確立了“三縱三橫”矩陣式技術研發體系(“三縱”：燃料電池汽車、混合動力汽車、純電動汽車;“三橫”：電池、電機和電控)，如圖5所示。

圖5 “十五”國家《電動汽車》重大科技專項布局

　　“十一五”是我國新能源汽車從打基礎到示范考核的階段，開展了863《節能與新能源汽車》重大項目，如圖6所示。在2008年北京奧運會期間，參與重大項目的各個單位在科技部統一領導、總體專家組技術協調下，成功進行了北京奧運新能源汽車科技示范工程，共有500輛各類電動汽車(純電動、混合動力、燃料電池)投入示范運行。在此基礎上，“十一五”863《節能與新能源汽車》重大項目總體專家組又提出了“十城千輛”示范工程的初步建議，并經過科技部等五部委領導決策，于2009年正式啟動了“十城千輛”示范工程。

圖6 “十一五”863《節能與新能源汽車》重大項目布局

　　“十二五”是新能源汽車從示范考核進入產業化的關鍵階段。開展了“十二五”《電動汽車》重大專項。在研發布局上，以「三縱三橫」為基礎，進一步強化純電驅動技術轉型。「三縱」方面，純電動汽車、插電式混合動力汽車作為純電驅動汽車的基本類型歸為一個大類;燃料電池汽車作為純電驅動汽車的特殊類型繼續獨立作為一「縱」;混合動力汽車則主要為常規混合動力汽車。在「三橫」方面，電池包括動力電池和燃料電池;電機包括電機系統及其與發動機、變速箱總成一體化技術等;電控包括電轉向、電空調、電制動等在內的電動汽車電附件與電子控制系統技術。同時，為了適應從科技研發向產業化轉型的需求，增加了標準檢測、能源供給、集成示范等三大支撐平臺的開發，從而形成了以「三橫三縱三大平臺」為戰略重點的研發布局(圖7)。在組織實施上，根據「三縱」(混合動力、純電驅動、燃料電池)技術發展的不同階段，分別以「產業鏈」、「價值鏈」、「技術鏈」為紐帶，建立「三縱三鏈」技術創新聯盟開展研發活動。

圖7 “十二五”863《電動汽車》重大專項布局

　　“十三五”國家重點研發計劃《新能源汽車》重點專項是在新能源汽車進入產業化后，實施新能源汽車技術升級戰略的重大科技行動計劃。面對全球汽車智能化新趨勢，“十三五”國家重點研發計劃新能源汽車重點專項進一步將攻關目標升級為建立新能源智能化電動汽車技術平臺。技術上強調動力深度電氣化、車身底盤輕量化、整車智能網聯化。其中，三“電”核心技術的內涵進一步豐富，“電池”更加強調電池系統、“電機”更加強調電力電子、“電控”則更新為電動汽車智能化技術。同時，按照全創新鏈設計原則將新能源汽車重點專項的總體布局劃分為基礎科學問題、共性核心技術、動力系統技術、集成開發與示范等4個層次。每層有3個模塊：三大基礎科學問題;「三橫」共性核心技術;「三縱」動力系統技術;面向集成開發與示范的三大支撐平臺(圖8)。將上述12個模塊通過串并聯組合形成從基礎研究、重大共性關鍵技術攻關到應用示范的全鏈條貫穿的6個創新鏈條(動力電池與電池管理、電機驅動與電力電子、電動汽車智能化技術、燃料電池動力系統、插電/增程式混合動力系統和純電動力系統)，共部署39個重點任務。

圖8“十三五”國家重點研發計劃《新能源汽車》重點專項研發布局

　　在國家科技研發計劃的帶動下，中國新能源汽車研發與示范考核全面展開，形成了中國汽車工業歷史上規模空前的技術創新運動。

　　3. 中國新能源汽車技術戰略實施效果

　　經過幾個五年計劃的研發，中國新能源汽車技術取得重大突破。核心技術方面，以鋰離子電池為例，從2011年到2017年，7年間鋰離子電池比能量提升了近1倍，規模裝車應用的動力電池系統比能量接近160瓦時/公斤，單體比能量接近250瓦時/公斤;價格下降了1倍多，三元鋰離子電池單體價格達到1.2元/瓦時，磷酸鐵鋰單體價格達到0.7元/瓦時(接近與燃油車性價比競爭的平衡點);建成全球產業鏈最全、規模最大的動力電池產業，動力電池總體水平穩居世界前三位。系統集成技術方面，普通純電動乘用車平均續駛里程，從剛開始的150公里普遍提升到300公里以上，以比亞迪全新一代唐、上汽榮威MARVELX等車型為代表的國產新能源汽車技術和品質全面逼近國際頂級車型;純電驅動商用車總體技術水平在全球處于領先地位，產品規模出口。我國燃料電池汽車尤其是燃料電池商用車技術也取得重大進展，在燃料電池與動力電池混合動力系統集成技術等方面創造了中國技術特色與優勢。燃料電池汽車也正式開始商業化，2017年底燃料電池汽車保有量超過1千輛，加氫站12座。

　　2011年到2017年間，中國新能源汽車的年產量從不足5千輛發展到80萬輛，保有量從1萬輛提升到180萬輛，均占全球的50%以上，處于領先地位，如圖9所示。2018年產量超過了100萬輛。這是中國首次在全球率先成功大規模導入高科技民用大宗消費品。2017年國際著名咨詢公司羅蘭貝格發布第三方評價：從市場、行業、技術三個方面來看，中國新能源汽車總體發展指數排名全球第一。2018年，習近平總書記在兩院院士大會上指出：在著力引領產業向中高端邁進方面，新能源汽車與第三代核電“華龍一號”、掘進裝備等躋身世界前列。

圖9 中國新能源汽車市場化發展歷程