中國儲(chǔ)能網(wǎng)訊：我國新能源汽車技術(shù)路線經(jīng)歷了四個(gè)發(fā)展階段，2003年-2005 年：國家中長期科技發(fā)展規(guī)劃確立了節(jié)能與新能源汽車戰(zhàn)略（低能耗與新能源汽車）；2009年-2012年：科技部與工信部發(fā)展規(guī)劃確立了“純電驅(qū)動(dòng)”技術(shù)轉(zhuǎn)型戰(zhàn)略；2014年：發(fā)展新能源汽車受到中央領(lǐng)導(dǎo)核心的重視，習(xí)近平總書記親自確立了發(fā)展新能源汽車的汽車強(qiáng)國戰(zhàn)略，開啟了中國新能源汽車產(chǎn)業(yè)化新階段；2018年11月：全國政協(xié)召開“促進(jìn)新能源汽車產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展”雙周座談會(huì)，一些委員建議研究制定面向 2035年新能源汽車發(fā)展戰(zhàn)略規(guī)劃，盡快明確分類別、分地區(qū)的禁售燃油車時(shí)間表，穩(wěn)定產(chǎn)業(yè)發(fā)展預(yù)期，開啟了新一輪戰(zhàn)略討論的序幕。
中國科學(xué)院院士、中國電動(dòng)汽車百人會(huì)執(zhí)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(shù)路線的探索、實(shí)踐與創(chuàng)新過程，希望能夠?qū)π履茉雌囅乱徊桨l(fā)展戰(zhàn)略的制定提供參考。本文是從作者即將由科學(xué)出版社出版的專著《汽車動(dòng)力系統(tǒng)學(xué)——電控發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)、動(dòng)力電池系統(tǒng)、燃料電池系統(tǒng)、混合動(dòng)力系統(tǒng)》第一章：節(jié)能與新能源動(dòng)力系統(tǒng)概論部分內(nèi)容改寫而成。力圖用盡可能通俗的語言，厘清與發(fā)展戰(zhàn)略和技術(shù)路線相關(guān)的發(fā)展理念、技術(shù)概念、論證邏輯、演變脈絡(luò)等，以便相關(guān)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(jìn)我國新能源汽車更好更快發(fā)展，早日實(shí)現(xiàn)汽車強(qiáng)國目標(biāo)。
中國動(dòng)力電動(dòng)化發(fā)展前景預(yù)測(cè)與技術(shù)路線圖展望
1. 動(dòng)力電池與純電動(dòng)汽車
鋰離子動(dòng)力電池應(yīng)用于電動(dòng)汽車以來能量密度不斷提升。國際上主流動(dòng)力電池和新能源汽車企業(yè)的共同目標(biāo)是2020年前實(shí)現(xiàn)單體電池比能量達(dá)到300瓦時(shí)/公斤，使電動(dòng)汽車達(dá)到與燃油汽車大體相當(dāng)?shù)睦m(xù)駛里程。目前，國內(nèi)企業(yè)寧德時(shí)代等已經(jīng)成功開發(fā)出了300瓦時(shí)/公斤的大容量軟包型鋰離子電池產(chǎn)品，計(jì)劃2020年前在全球率先投放市場(chǎng)。從車用角度看，體積能量密度顯得更為重要，其它高比能量電池如鋰硫電池難以車用的主要原因是因?yàn)轶w積比能量低。而這方面鋰離子電池具有優(yōu)勢(shì)。正如國際著名電池專家Jeff Dahn所言：鋰離子電池很難在體積能量密度上被擊敗。從這個(gè)角度看，鋰離子電池具有成為動(dòng)力電池主流技術(shù)的潛質(zhì)和前景。但是高比能量鋰離子電池的安全性始終是一個(gè)瓶頸。解決這一難題一方面要靠熱-機(jī)-電系統(tǒng)技術(shù)抑制電池?zé)崾Э氐恼T發(fā)與蔓延；另一方面要從長計(jì)議，從改善電池本征安全性出發(fā)，發(fā)展新型固態(tài)電池技術(shù)。近年來國際上在無機(jī)硫化物固體電解質(zhì)方面取得重要突破。但受制于固/固界面穩(wěn)定性問題，固態(tài)電池發(fā)展可能要經(jīng)歷從液態(tài)→半固態(tài)→固液混合→固態(tài)，最后到全固態(tài)過渡的發(fā)展階段?；趯?duì)國內(nèi)動(dòng)力電池技術(shù)和產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)的分析，以及對(duì)標(biāo)國際動(dòng)力電池發(fā)展技術(shù)水平和目標(biāo)，“十三五”國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃《新能源汽車》總體專家組于2017年底提出我國動(dòng)力電池技術(shù)發(fā)展技術(shù)路線，如表1所示。
表1 動(dòng)力電池技術(shù)發(fā)展技術(shù)路線與目標(biāo)展望2017
面向2020年發(fā)展目標(biāo)，動(dòng)力電池技術(shù)發(fā)展重點(diǎn)是開發(fā)高鎳三元正極材料、硅碳負(fù)極材料和寬電壓窗口電解液。到2025年材料體系有望升級(jí)，采用更高比容量的富鋰材料，高容量的硅碳負(fù)極，逐步開始向固態(tài)電解質(zhì)轉(zhuǎn)型。到2030年，全固態(tài)電解質(zhì)預(yù)計(jì)有望實(shí)現(xiàn)大規(guī)模商業(yè)化?？紤]電池的循環(huán)利用價(jià)值，全球電池系統(tǒng)價(jià)格變化趨勢(shì)大致為：2020年為700-1000元/千瓦時(shí)，2025年為700-800元/千瓦時(shí)。對(duì)于磷酸鐵鋰電池等低成本鋰離子電池，上述價(jià)格目標(biāo)將提前實(shí)現(xiàn)。研究結(jié)果顯示，基于全生命周期成本計(jì)算，當(dāng)電池價(jià)格達(dá)到100美元左右時(shí)，純電動(dòng)汽車與燃油車相比將具備性價(jià)比優(yōu)勢(shì)。
除了電池核心技術(shù)之外，純電動(dòng)汽車的發(fā)展還取決于電動(dòng)汽車整個(gè)技術(shù)鏈。當(dāng)前，純電動(dòng)汽車使用存在的主要抱怨之一是實(shí)際續(xù)駛里程低于期望值。雖然平均標(biāo)稱續(xù)駛里程比5-6年前提高了一倍左右，但實(shí)際續(xù)駛里程對(duì)氣溫和駕駛風(fēng)格過于敏感。而靠增加電池加大續(xù)駛里程的做法又會(huì)導(dǎo)致車重增加和電池安全性風(fēng)險(xiǎn)上升以及性價(jià)比下降。這一外在表現(xiàn)的內(nèi)在實(shí)質(zhì)是整車集成技術(shù)水平偏低和充電基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)展滯后，具體體現(xiàn)在整車百公里電耗偏高和充電不方便。這些問題預(yù)計(jì)今后5-7年將逐步得到解決。
在整車電耗方面，2020-2025年之間，電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)將在高效化、小型化方面出現(xiàn)技術(shù)飛躍，以碳化硅為代表的新一代小型高效電力電子器件將普及應(yīng)用，推動(dòng)驅(qū)動(dòng)電機(jī)朝小型高速低成本方向發(fā)展，美國能源部發(fā)布的2025年規(guī)劃提出了極具挑戰(zhàn)性的目標(biāo)：電機(jī)比功率達(dá)到50千瓦/升，電機(jī)控制器比功率達(dá)到100千瓦/升。此外，新一代熱管理技術(shù)，如熱泵空調(diào)的普及應(yīng)用將進(jìn)一步提升純電動(dòng)汽車環(huán)境適應(yīng)性和能效，將使冬季低溫環(huán)境下續(xù)駛里程損失比現(xiàn)有車型降低2/3。在此基礎(chǔ)上，整車輕量化與能效綜合優(yōu)化技術(shù)將使百公里電耗進(jìn)一步降低，并大幅降低電耗波動(dòng)性和里程敏感性。日產(chǎn)凌風(fēng)車型在此方面已經(jīng)做出標(biāo)桿——家庭小型純電動(dòng)汽車NEDC標(biāo)準(zhǔn)工況測(cè)試百公里電耗接近10千瓦時(shí)。此外，電動(dòng)汽車智能化技術(shù)將大發(fā)展。OTA（空中下載技術(shù)）將普遍應(yīng)用，整車企業(yè)的車載控制平臺(tái)將對(duì)外，形成開放生態(tài)。直接面向終端客戶的車輛能耗等性能優(yōu)化APP軟件將極大滿足多元化客戶的個(gè)性化需求。
在充電方面，我國現(xiàn)有配電負(fù)荷與電壓制式非常適合小功率慢充，要充分發(fā)揮這一優(yōu)勢(shì)，盡快使現(xiàn)有電動(dòng)乘用車交流慢充樁做到每車必裝，成為主體供電模式。長遠(yuǎn)看，這一能量供給模式還能使大規(guī)模推廣使用的電動(dòng)汽車在分布式可再生能源互聯(lián)網(wǎng)中發(fā)揮重要作用。此外，應(yīng)急補(bǔ)電快充時(shí)間將縮短到10-15分鐘。這里，快速補(bǔ)電只用作輔助手段。這一定位是從電池、整車、基礎(chǔ)設(shè)施、電網(wǎng)以及可再生能源轉(zhuǎn)型等全方位綜合考慮得到的結(jié)論?，F(xiàn)有直流大功率快充和換電等對(duì)現(xiàn)有主流技術(shù)體系改動(dòng)太大，代價(jià)太高，與其定位不太符合，預(yù)計(jì)今后5-7年新一代快速補(bǔ)電技術(shù)將會(huì)出現(xiàn)。
與此同時(shí)，世界上最嚴(yán)排放法規(guī)國六標(biāo)準(zhǔn)將在國內(nèi)實(shí)施，傳統(tǒng)汽車技術(shù)將進(jìn)一步復(fù)雜化，導(dǎo)致成本上升，使新能源汽車與傳統(tǒng)燃油車相比的性價(jià)比拐點(diǎn)提前到來。據(jù)此，中國純電動(dòng)汽車的推廣進(jìn)程預(yù)測(cè)如圖1所示。相應(yīng)的電動(dòng)乘用車充電方式預(yù)測(cè)如圖2所示。
圖1 中國純電動(dòng)汽車的推廣進(jìn)程預(yù)測(cè)
圖2 電動(dòng)乘用車充電方式預(yù)測(cè)
2. 燃料電池與燃料電池汽車
根據(jù)奔馳、豐田、現(xiàn)代等在燃料電池領(lǐng)域具有技術(shù)優(yōu)勢(shì)的國際大公司預(yù)測(cè)分析，面向2025年鋰離子電池電動(dòng)汽車與氫燃料電池汽車的成本優(yōu)勢(shì)對(duì)比，燃料電池汽車在長途重載大型交通運(yùn)載工具中具有優(yōu)勢(shì)?？傮w而言，鋰離子電池動(dòng)力系統(tǒng)更適合取代汽油機(jī)，而燃料電池動(dòng)力系統(tǒng)更適合取代柴油機(jī)。在燃料電池早期發(fā)展階段，曾試圖發(fā)展純?nèi)剂想姵貏?dòng)力系統(tǒng)。但經(jīng)過多年探索，尤其是我國在2000年-2005年的研發(fā)貢獻(xiàn)，目前燃料電池與動(dòng)力電池的混合動(dòng)力已經(jīng)成為燃料電池動(dòng)力系統(tǒng)的主流技術(shù)路線。我國燃料電池汽車的產(chǎn)業(yè)化是以純電動(dòng)和插電式混合動(dòng)力為基礎(chǔ)平臺(tái)的。因此，商業(yè)化初期均采用了小功率燃料電池與動(dòng)力電池的深度混合動(dòng)力構(gòu)型，使成本降低，耐久性提高。從全球看，燃料電池汽車相比純電動(dòng)汽車的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程約晚10年左右。預(yù)計(jì)2020年將是燃料電池汽車技術(shù)在部分車型和局部市場(chǎng)率先突破，并取得競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)的關(guān)鍵年份。2025年前燃料電池汽車技術(shù)將逐步成熟，但還將面臨制氫、運(yùn)氫、加氫、儲(chǔ)氫等氫能技術(shù)效率偏低和成本偏高的問題。預(yù)測(cè)在2025年-2030年間將取得氫能技術(shù)新一輪突破，從而實(shí)現(xiàn)氫能與燃料電池技術(shù)的全面成熟以及在交通與能源領(lǐng)域大規(guī)模全方位市場(chǎng)滲透。中國燃料電池技術(shù)與國際先進(jìn)水平的差距主要表現(xiàn)在以膜電極為代表的基礎(chǔ)技術(shù)和以高速無油空壓機(jī)為代表的總成技術(shù)上。此外，與動(dòng)力電池相比，燃料電池的產(chǎn)業(yè)鏈還很薄弱。但是目前中國燃料電池產(chǎn)業(yè)化態(tài)勢(shì)全球最佳，已經(jīng)吸引了全球相關(guān)資源的深度參與和全面聚集，預(yù)計(jì)在今后5-10年有可能達(dá)到與目前中國鋰離子電池國際地位相當(dāng)?shù)乃健?
根據(jù)筆者等在《節(jié)能與新能源汽車技術(shù)路線圖2015-2020》研究中得到的初步結(jié)果。中國燃料電池系統(tǒng)發(fā)展將以2020年、2025年及2030年為三個(gè)關(guān)鍵時(shí)間節(jié)點(diǎn)：
2020年，燃料電池混合動(dòng)力系統(tǒng)進(jìn)入產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。在這一階段，燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)體積功率密度達(dá)到400W/L（乘用車），質(zhì)量功率密度達(dá)到450W/kg（乘用車）和300W/kg（商用車）；最低冷起動(dòng)溫度達(dá)到-30℃，滿足中國絕大部分地域冬天起動(dòng)需求；壽命達(dá)到5000小時(shí)（乘用車）和10000小時(shí)（商用車）。
2025年，通過提升燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)額定功率、功率密度、效率及環(huán)境適應(yīng)性，大幅提高燃料電池系統(tǒng)性能。燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)最高效率達(dá)到60%，體積功率密度達(dá)到600W/L（乘用車），質(zhì)量功率密度達(dá)到550W/kg（乘用車）和400W/kg（商用車）；最低冷起動(dòng)溫度進(jìn)一步降低至-40℃，完全覆蓋中國所有地域冬天起動(dòng)需求；壽命達(dá)到6000小時(shí)（乘用車）和20000小時(shí)（商用車）。燃料電池客車在北方寒冷地區(qū)技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)力超越純電動(dòng)客車。
2030年，氫能燃料電池技術(shù)在交通和能源領(lǐng)域大范圍推廣應(yīng)用。燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)最高效率達(dá)到不低于65%，體積功率密度達(dá)到850W/L，質(zhì)量功率密度達(dá)到650W/L；壽命達(dá)到8000小時(shí)（乘用車）和30000小時(shí)（商用車）。大功率燃料電池長途卡車將替代柴油卡車。
2018年，我們更新了2016年《節(jié)能與新能源技術(shù)路線圖》對(duì)我國氫能與燃料電池汽車階段性發(fā)展目標(biāo)的預(yù)測(cè)：2020年，實(shí)現(xiàn)氫能及燃料電池汽車規(guī)?；痉哆\(yùn)行和商用車產(chǎn)業(yè)化?；菊莆崭咝錃庵苽?、純化、儲(chǔ)運(yùn)和加氫站等關(guān)鍵技術(shù)；基本掌握低成本長壽命電催化劑技術(shù)、聚合物電解質(zhì)膜技術(shù)、低鉑載量多孔電極與膜電極技術(shù)、高一致性電堆及系統(tǒng)集成技術(shù)，突破關(guān)鍵材料、核心部件、系統(tǒng)集成等關(guān)鍵技術(shù)。示范車輛達(dá)到5000-10000輛。2025年，建成氫能燃料電池產(chǎn)業(yè)鏈，大幅降低燃料電池系統(tǒng)成本。以商用車為主實(shí)現(xiàn)氫能及燃料電池汽車技術(shù)的規(guī)模推廣應(yīng)用。累計(jì)應(yīng)用規(guī)模達(dá)到5-10萬輛。2030年，建立具有國際競(jìng)爭(zhēng)力的完備的燃料電池材料、部件、系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)鏈。氫能燃料電池汽車技術(shù)在性價(jià)比上取得突破。突破新一代氫能技術(shù)，氫氣來源主體為可再生能源。實(shí)現(xiàn)氫能及燃料電池汽車的大范圍大規(guī)模推廣應(yīng)用。燃料電池汽車?yán)塾?jì)規(guī)模達(dá)到百萬輛。同時(shí)，氫能燃料電池技術(shù)在各種交通工具和能源儲(chǔ)存及發(fā)電領(lǐng)域廣泛推廣應(yīng)用。
3. 內(nèi)燃機(jī)混合動(dòng)力汽車
發(fā)展混合動(dòng)力有兩條宏觀技術(shù)路徑：一是從內(nèi)燃機(jī)動(dòng)力往上發(fā)展，一條是從純電驅(qū)動(dòng)平臺(tái)往下兼容，如圖3所示。日本屬于前者，以常規(guī)混合動(dòng)力為特色；中國主要選擇了后者，以插電式混合動(dòng)力為特色。宏觀技術(shù)路徑往往對(duì)具體技術(shù)路線有很大影響。
圖3 各種類型混合動(dòng)力與燃油車和純電動(dòng)車的相互關(guān)系
為了研究混合動(dòng)力技術(shù)路線，筆者課題組先后測(cè)試了通用功率分流構(gòu)型純電型插電式混合動(dòng)力VOLT（通用稱為增程式電動(dòng)汽車）、本田分時(shí)串并聯(lián)式混合型插電式混合動(dòng)力I-MMD、日產(chǎn)串聯(lián)式常規(guī)混合動(dòng)力e-POWER，找到了各國和各大公司混合動(dòng)力技術(shù)路線的特點(diǎn)。日本汽車具有高效節(jié)能的傳統(tǒng)優(yōu)勢(shì)，這在混合動(dòng)力的開發(fā)中得到充分體現(xiàn)?；诎⑻亟鹚拱l(fā)動(dòng)機(jī)等高效內(nèi)燃機(jī)和可變電壓的電動(dòng)機(jī)外特性輸出控制以及先進(jìn)的機(jī)電耦合裝置等核心優(yōu)勢(shì)技術(shù)，日本引領(lǐng)了常規(guī)混合動(dòng)力的產(chǎn)業(yè)化潮流，尤其是深度混合動(dòng)力的世界領(lǐng)先者，先后有豐田的功率分流型、本田的串并聯(lián)型和日產(chǎn)的串聯(lián)型等混合動(dòng)力產(chǎn)業(yè)化標(biāo)桿技術(shù)和車型出現(xiàn)。其插電式混合動(dòng)力汽車也是基于常規(guī)深度混合動(dòng)力開發(fā)的，純電續(xù)駛里程短，這種構(gòu)型在電池成本較高的情況下具有成本優(yōu)勢(shì)。歐洲以德國為代表更加重視從微混合、輕混合到深混合、插電式混合動(dòng)力系統(tǒng)的系列化并在全系列車型主要采用并聯(lián)構(gòu)型，其中深度混合以驅(qū)動(dòng)電池安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)離合器和變速器之間的所謂P2構(gòu)型為主要特色。選用P2構(gòu)型的原因主要有：（1）高速公路不限速，需要多檔變速器，同時(shí)變速器技術(shù)成熟；（2）柴油轎車多，輸入扭矩大，也需要多檔變速器；（3）縱置后驅(qū)車型多，便于布置。美國以通用公司為代表直接進(jìn)入純電型插電式混合動(dòng)力階段，其插電式混合動(dòng)力系統(tǒng)構(gòu)型復(fù)雜，純電續(xù)駛里程較長，受到美國市場(chǎng)歡迎。中國新能源汽車產(chǎn)業(yè)化力推“純電驅(qū)動(dòng)”，常規(guī)混合動(dòng)力汽車受到抑制，插電式混合動(dòng)力汽車發(fā)展迅猛。在法規(guī)引導(dǎo)下，中國插電式混合動(dòng)力純電續(xù)駛里程長，均在50公里以上，故綜合油耗低，同時(shí)混合動(dòng)力構(gòu)型與控制可以更簡(jiǎn)單并且回避了在內(nèi)燃機(jī)性能方面的弱勢(shì)，形成了具有中國特色的插電式混合動(dòng)力發(fā)展技術(shù)路線。
在后補(bǔ)貼時(shí)代，中國混合動(dòng)力汽車該如何發(fā)展？這是一個(gè)需要回答的重要問題。
對(duì)于常規(guī)混合動(dòng)力汽車，其使用油耗與道路工況有很大關(guān)系。在擁堵的城市工況，由于車速較低且需要頻繁的加速和減速，使用串聯(lián)混合方式可以將發(fā)動(dòng)機(jī)與負(fù)載工況解耦，與傳統(tǒng)汽油車相比，混合動(dòng)力汽車的節(jié)油效果顯著。而高速公路工況相對(duì)穩(wěn)定且負(fù)荷率也相對(duì)更高，因此從節(jié)油角度，發(fā)動(dòng)機(jī)直驅(qū)或者并聯(lián)混合較好。豐田Prius功率分流式混合動(dòng)系統(tǒng)同時(shí)具有串聯(lián)和并聯(lián)功能，一直是常規(guī)混合動(dòng)力的國際標(biāo)桿。但隨著混合動(dòng)力技術(shù)的多元化發(fā)展，不同混合動(dòng)力系統(tǒng)構(gòu)型均能實(shí)現(xiàn)功率分流式混合動(dòng)力的高性能，如表2所示。日產(chǎn)的串聯(lián)式混合動(dòng)力NOTE e-POWER在能效和市場(chǎng)接受度上與豐田功率分流式混合動(dòng)力的激烈競(jìng)爭(zhēng)就是很好的例證。因此，中國發(fā)展常規(guī)混合動(dòng)力不一定要完全走功率分流的模式，全系列模塊化與構(gòu)型一體化的歐洲模式更值得我們學(xué)習(xí)。
對(duì)于混合型插電式混合動(dòng)力汽車，其與常規(guī)混合動(dòng)力不同，由于存在電量下降階段和電量保持階段兩個(gè)工作階段，且可以使用外部提供的電能驅(qū)動(dòng)車輛，因此其節(jié)能減排效果好于常規(guī)混合動(dòng)力汽車?；旌闲筒咫娛交旌蟿?dòng)力汽車的油耗計(jì)算比較復(fù)雜，包括電量下降階段油耗、電量維持階段混合動(dòng)力油耗、百公里綜合油耗（兩階段里程在百公里中占比加權(quán)油耗）、基于出行特征的統(tǒng)計(jì)平均油耗等多種油耗。其中，第四種油耗是最重要的使用油耗。在車輛每天行駛的里程中，電量下降階段里程的利用率越高，則車輛的使用油耗越低。近年來，中國插電式混合動(dòng)力技術(shù)進(jìn)步十分迅速，市場(chǎng)不斷擴(kuò)大。插電式混合動(dòng)力電量下降階段里程也正在從50公里逐步提高到70公里，甚至100公里。隨著插電式混合動(dòng)力電量下降階段里程的增加，則電池容量和功率也大幅提高。因此，電量下降階段發(fā)動(dòng)機(jī)沒有必要啟動(dòng)助力，從而實(shí)現(xiàn)純電動(dòng)。也即中國特色的插電式混合動(dòng)力不是混合型插電式，而是純電型插電式。
表2 典型混合動(dòng)力系統(tǒng)構(gòu)型特性比較
對(duì)于純電型插電式混合動(dòng)力汽車，其只有在電池電量維持階段才是混合動(dòng)力。因此它是節(jié)能減排效果最好的混合動(dòng)力汽車。以通用公司VOLT車型為例，其純電行駛里程為64公里，按照極端情況計(jì)算，如果每天出行都在64公里以內(nèi)而且每天可以充電，則使用油耗為0。按照出行特征統(tǒng)計(jì)規(guī)律，以平均行駛里程較長的美國出行特征計(jì)算的百公里油耗統(tǒng)計(jì)平均值為2.8升，而以平均行駛里程較短的中國出行特征計(jì)算的百公里油耗僅為統(tǒng)計(jì)平均值0.86升，與同級(jí)別燃油車相比可以省油90%左右。隨著動(dòng)力電池的技術(shù)進(jìn)步與成本降低，純電型插電式混合動(dòng)力將會(huì)成為具有中國特色和優(yōu)勢(shì)的乘用車主流車型。
由于當(dāng)前行業(yè)熱點(diǎn)——增程式電動(dòng)汽車實(shí)質(zhì)上是串聯(lián)構(gòu)型的純電型插電式混合動(dòng)力。因此，如何理解和發(fā)展純電型插電式混合動(dòng)力是當(dāng)下我國新能源汽車技術(shù)路線的關(guān)鍵問題之一。無論什么構(gòu)型的純電型插電式混合動(dòng)力，在電量下降階段都是純電動(dòng)。因此，問題的關(guān)鍵在于電量維持階段的混合動(dòng)力模式。而在不同的構(gòu)型中，并聯(lián)構(gòu)型的純電型插電式混合動(dòng)力相較于串聯(lián)構(gòu)型，具有成本、動(dòng)力性與經(jīng)濟(jì)性三方面的優(yōu)勢(shì)。首先，成本方面，串聯(lián)純電型需要兩個(gè)電機(jī)及驅(qū)動(dòng)減速器；并聯(lián)純電型則僅需一個(gè)電機(jī)并輔以變速器，而傳統(tǒng)的變速器又可以進(jìn)一步簡(jiǎn)化以降低成本。例如，將傳統(tǒng)的雙離合器變速器簡(jiǎn)化為單離合器加電機(jī)同步調(diào)速換擋。因此，在發(fā)動(dòng)機(jī)和驅(qū)動(dòng)電機(jī)功率相等的情況下，串聯(lián)純電型與并聯(lián)純電型的成本差取決于串聯(lián)系統(tǒng)發(fā)電機(jī)+驅(qū)動(dòng)減速器的成本與并聯(lián)系統(tǒng)變速器的成本之差。其次，動(dòng)力性方面，并聯(lián)純電型在混合動(dòng)力模式下驅(qū)動(dòng)功率是發(fā)動(dòng)機(jī)和驅(qū)動(dòng)電機(jī)功率之和，串聯(lián)純電型的驅(qū)動(dòng)功率則僅等于驅(qū)動(dòng)電機(jī)功率。再者，經(jīng)濟(jì)性方面，在驅(qū)動(dòng)電機(jī)與動(dòng)力電池相同的情況下，兩者的純電動(dòng)模式驅(qū)動(dòng)效率與制動(dòng)能量回饋效率沒有差別；而當(dāng)兩者處于混合動(dòng)力模式驅(qū)動(dòng)時(shí)，在高速公路行駛工況的負(fù)荷率較高、工況點(diǎn)較集中，兩者都可以采用高效的混合動(dòng)力專用發(fā)動(dòng)機(jī)，且將發(fā)動(dòng)機(jī)工作點(diǎn)保持在高效區(qū)，而串聯(lián)需要先由發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)電、再由電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)車輛；并聯(lián)則由發(fā)動(dòng)機(jī)直驅(qū)輔以電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，因此混合動(dòng)力模式下，并聯(lián)純電型的驅(qū)動(dòng)效率不低于串聯(lián)純電型。不僅如此，目前，以上汽為代表的中國插電式混合動(dòng)力企業(yè)正在探索的低成本并聯(lián)純電型插電式混合動(dòng)力[28]，其成本目標(biāo)是：購置與使用綜合成本與雙電機(jī)常規(guī)深度混合動(dòng)力基本相當(dāng)，但節(jié)能減排效果更好。從而可以與國外常規(guī)混合動(dòng)力的王牌——節(jié)油率40%以上的雙電機(jī)深度混合動(dòng)力進(jìn)行市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)，解決我國深度混合動(dòng)力長期落后于國外的老大難問題。因此，發(fā)展成本更優(yōu)、節(jié)能減排效果更好的低成本并聯(lián)結(jié)構(gòu)的純電型插電式混合動(dòng)力汽車是自主混合動(dòng)力應(yīng)對(duì)國際競(jìng)爭(zhēng)的一條獨(dú)具特色的創(chuàng)新技術(shù)路線。
混合動(dòng)力系統(tǒng)一個(gè)無法回避的核心技術(shù)是內(nèi)燃機(jī)技術(shù)?，F(xiàn)有轎車發(fā)動(dòng)機(jī)經(jīng)過多次技術(shù)革新已經(jīng)在節(jié)能減排方面具備很高水平。主要問題是我國內(nèi)燃機(jī)技術(shù)相對(duì)落后。隨著純電型插電式混合動(dòng)力的發(fā)展，發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行工況變化相對(duì)收窄，理論上降低了發(fā)動(dòng)機(jī)開發(fā)難度并更容易采用效率更高和燃料容忍度更大的新技術(shù)，例如旋轉(zhuǎn)式汪克爾發(fā)動(dòng)機(jī)、微型燃?xì)廨啓C(jī)、自由活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)等。但從國內(nèi)外多年來的研發(fā)歷程和筆者課題組的研究經(jīng)歷看，要想在性能、成本以及基礎(chǔ)設(shè)施配套便利性等全方位超越現(xiàn)有轎車發(fā)動(dòng)機(jī)難度很大。總之，混合動(dòng)力專用發(fā)動(dòng)機(jī)不宜定位為長線技術(shù)，但想短期獲得顛覆性突破又面臨重大技術(shù)挑戰(zhàn)。因此，當(dāng)前的主流技術(shù)路線仍然是在現(xiàn)有轎車發(fā)動(dòng)機(jī)基礎(chǔ)上進(jìn)行持續(xù)地、一點(diǎn)一滴地改進(jìn)。
混合動(dòng)力發(fā)展需要解決的另一個(gè)重要問題是如何實(shí)現(xiàn)從純?nèi)加蛣?dòng)力到混合動(dòng)力的平滑過渡和純電動(dòng)動(dòng)力與混合動(dòng)力的無縫連接。因此，模塊化與平臺(tái)化發(fā)展將是主要技術(shù)路徑。基于原有的動(dòng)力系統(tǒng)技術(shù)平臺(tái)，進(jìn)行關(guān)鍵子系統(tǒng)模塊化組合與替換，向具有更好適應(yīng)性和可行性的多種動(dòng)力系統(tǒng)不斷進(jìn)行技術(shù)推進(jìn)與更迭將是主要的技術(shù)路徑。如圖4所示，基于傳統(tǒng)內(nèi)燃動(dòng)力平臺(tái)，可以發(fā)展模塊化并聯(lián)式混合動(dòng)力系統(tǒng)，并逐步演變?yōu)椴⒙?lián)純電型插電式混合動(dòng)力系統(tǒng)。國內(nèi)一些骨干企業(yè)正在實(shí)踐這一技術(shù)路線?；诩冸妱?dòng)平臺(tái)，可通過添加傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)動(dòng)力源形成串聯(lián)純電型插電式混合動(dòng)力系統(tǒng)，即增程式電動(dòng)汽車（通常不是全性能型，而是城市型），進(jìn)一步可向下兼容串聯(lián)式混合動(dòng)力，進(jìn)而再通過動(dòng)力源的模塊化替換可以演變?yōu)槿剂想姵卮?lián)混合動(dòng)力系統(tǒng)。以日產(chǎn)的技術(shù)發(fā)展路線為例，日產(chǎn)以其純電動(dòng)汽車Leaf為平臺(tái)，增加發(fā)動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)等模塊后，研發(fā)出串聯(lián)混合動(dòng)力汽車NOTE e-POWER，進(jìn)而以燃料電池系統(tǒng)進(jìn)行動(dòng)力源模塊化替換，演變?yōu)榇?lián)燃料電池混合動(dòng)力汽車e-Bio Fuel Cell。
圖4 不同動(dòng)力平臺(tái)發(fā)展的技術(shù)路線
（文 / 歐陽明高，百人會(huì)《中國新能源汽車技術(shù)路線的回顧與展望》報(bào)告）
