第1章 电动汽车动力系统概述

1.1 电动汽车发展背景及现状

1.1.1 电动汽车发展背景

1.中国汽车产销量快速增长

随着中国经济的发展及居民收入的持续稳定增长，人们的汽车需求量呈现加速增长态势。中国汽车工业协会发布的数据显示，2009年，我国汽车产量为1379.1万辆、销量为1364.5万辆。2009年以来，中国汽车年产销量继续保持大幅增长态势。2017年，中国汽车产量高达2902万辆、销量高达2888万辆。2001—2020年，中国汽车产销量及同比增长率如图1-1所示。2001—2020年，中国汽车产量和销量的年平均增长率分别高达14.25%和14.13%。国家统计局发布的数据显示，截至2020年年底，中国汽车保有量达27338.56万辆。

2018年以来，受部分地区机动车限购限行、新能源汽车补贴退坡及整体经济贸易环境变化的影响，中国汽车产销量出现了结构性下降。2019年部分国家千人汽车拥有量如图1-2所示。随着居民消费结构逐步升级、城乡道路建设日益完善及中西部地区经济发展速度的加快，中国汽车市场将继续保持稳定增长态势。

2.实现交通能源结构调整和环境可持续发展是汽车产业发展的巨大挑战

高速发展的汽车产业给人们的生活带来了快捷与便利，带动了周边产业的发展、增加了就业岗位，但是也给石油供应和环境保护带来了挑战。石油是现代经济社会发展的“血液”，是事关国计民生的战略性资源。中国人均石油资源相对匮乏，是世界第二大石油消费国和第一大石油进口国。2013年中国超越美国，成为全球第一大石油进口国，对外依存度达57.40%；2020年，中国石油对外依存度达73.00%。2017年中国各行业石油消费占比如图1-3所示。由图1-3可知，交通运输业是第一大石油消费行业，2017年，其石油消费占比为57.70%，其中道路交通领域的石油消费占交通运输业石油消费总量的83.00%[1]。在汽车保有量持续快速增长的情况下，我国仍处于能源需求（特别是石油需求）的快速增长期，石油资源的短缺和能源对外依存度的提高，使国家能源和经济面临的风险增大。因此，只有在能源约束下实现汽车消费结构和汽车动力系统变革，才能从根本上解决汽车消费量增长和石油资源供给紧张之间的矛盾。

在城市大气中，一氧化碳的82%、氮氧化物的48%、碳氢化合物的 58%和可吸入颗粒物的8%来自汽车尾气。此外，汽车排放的大量二氧化碳加剧了温室效应，汽车噪声是城市环境噪声污染的主要来源之一。在2009年的哥本哈根世界气候大会上，中国向世界做出承诺，到2020年中国单位国内生产总值二氧化碳排放比2005年下降40%～50%；2020年9月22日，国家主席习近平在第七十五届联合国大会一般性辩论上发布重要讲话，指出中国二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值，努力争取2060年前实现碳中和；2020年12月12日，国家主席习近平在气候雄心峰会上进一步提出中国提高国家自主贡献力度的新举措，到2030年，中国单位国内生产总值二氧化碳排放将比2005年下降65%以上，非化石能源资源占一次能源消费比重将达到25%左右。国际汽车制造商协会发布的数据显示，全球二氧化碳排放中超过15%来自道路交通领域[2]。我国交通方面的碳排放仍处于快速增长阶段，2018年直接碳排放为9.8亿吨，占比约为10%，是继电热、工业之后的第三大碳排放源[3][4]。通过优化汽车动力系统减少汽车消费环节的碳排放，是推动交通产业绿色转型、助力碳中和目标实现、促进环境可持续发展的关键。

3.转型是汽车产业亟待解决的问题

交通能源动力系统的变革一直处于技术革命和经济转型的核心位置。煤和蒸汽机引起了18世纪的工业革命，推动产生了工业经济和工业文明；20世纪，石油和内燃机促进了美国的经济腾飞，将人类带入了基于石油经济体系的物质繁荣场景；进入21世纪，以混合动力和替代燃料为代表的各种新型汽车动力系统技术的迅猛发展为中国交通能源动力系统的转型提供了宝贵的战略机遇期[5]。当前，全球汽车产业格局正发生重大变革，世界汽车制造和研发格局也不断发生重大调整，发达国家均将发展新能源汽车作为实施新能源战略、巩固和提高本国汽车产业全球竞争力的重要途径。作为全球最大的汽车生产和消费市场，解决汽车消费需求快速扩张与资源、环境及城市发展之间日益突出的矛盾，成为中国汽车产业发展的重要课题。在能源和环境两大约束下，实现汽车产业转型和跨越式发展已成为中国汽车产业亟待解决的问题[6]。

4.新一轮科技革命驱动汽车产业重构

当前，全球新一轮科技革命和产业变革蓬勃兴起，汽车与能源、交通、通信等领域的相关技术加速融合，电动化、网联化、智能化成为汽车产业的发展潮流和趋势。能源、互联和智能三大革命驱动汽车产业重构，依托动力电池与管理系统、驱动电机与电力电子、网联化与智能化三大新核心技术，新能源汽车融汇新能源、互联网、大数据、人工智能等多种变革性技术，带动充换电设备设施、氢能生产/储运及加氢、智能路网/通信设施升级，推动汽车从单纯的交通工具向移动智能终端、储能/供能单元和数字空间转变，推动形成智能制造、共享出行、智能交通等新产业链条，促进能源消费结构优化、交通体系和城市运行智能化水平提高，实现汽车产业重构。三大革命驱动汽车产业重构如图1-4所示。

能源、互联和智能三大革命为全球汽车产业转型发展指明了方向，并成为促进世界经济持续增长的重要引擎[7]。