第2章 廣東省純電動汽車技術發展研判與總體路線圖

2.1 國外純電動汽車技術現狀

純電動汽車的技術范圍包含動力電池及管理系統技術、電機及驅動系統技術、整車控制技術、電輔助技術、充電及配套設施技術和整車技術這幾個方面。從國際整體情況上看，各個國家重點從電池、電機、電控這三個方面來推進其純電動汽車技術發展。

在電池方面，比能量是一個非常重要的指標，電池比能量的提高取決于正極材料的突破，而正極材料主要包括鎳鈷錳酸鋰（三元材料）、磷酸鐵鋰、錳酸鋰材料等。國外的正極材料多選取三元材料和磷酸鐵鋰材料。其中2018年日本松下公司的圓柱形21700電池的三元鋰電芯能量密度可達322Wh/kg，電池模組（Pack）能量密度為186Wh/kg。2017年美國A123系統公司磷酸鐵鋰電池的能量密度為180Wh/kg。

在電機方面，早期歐美國家多使用交流異步電機，優點是電機成本低、結構簡單，但同時存在調速范圍小、轉矩特性不理想的問題，而日韓企業則多使用永磁同步電機。而中國具有稀土資源優勢，生產的主流電機是永磁同步電機，在技術方面和日韓接近，而相較于歐美國家的交流異步電機，則具有尺寸小、質量輕的優勢。

在電機控制器（簡稱電控）方面，歐美國家在電力電子器件及電機控制技術上具有強大優勢。美國IGBT和SiC器件技術處于世界領先水平，在電壓等級上占據優勢；歐洲則是產品線齊全，無論是集成功率模塊還是分立功率器件都具有領先實力；日本在功率集成電路方面不如歐美國家，但是在分立功率器件方面具有較大的優勢。中國由于起步較晚，與歐美和日本仍有較大差距。

此外，在整車集成方面，輕量化、續駛里程和車輛的安全性是主要的技術指標。美國純電動車型以特斯拉公司的Model S和Model X為代表，其中Model S在NEDC工況下的預估續駛里程為652km，Model X車型續駛里程可達560km。日產2019新款Leaf E-plus汽車，在歐洲NEDC工況下，62kWh的電池組在WLTP工況下的續駛里程為239mile（約等于385km），在EPA工況下的續駛里程為226mile（約等于363.7km）。歐洲德國大眾E-Golf汽車，在歐洲NEDC工況下，38.1kWh鋰離子電池組續駛里程為278km；寶馬i3快充款汽車，在歐洲NEDC工況下，42.2kWh電池組的續駛里程為340km。

2.2 國內純電動汽車技術現狀

我國純電動汽車的研究開始于20世紀60年代，90年代末期開始加速發展，真正全面進入產業化研發階段都在2010年以后。此后，我國的汽車企業聯合高校、研究院所開發動力電池和純電動汽車，并取得了豐富的成果。近5年來，我國電動汽車技術發展迅猛，在不少領域均達到了世界領先水平。

在電池方面，我國的進步較為明顯。磷酸鐵鋰電池得到了大規模的普及應用，單體電芯的比能量可以達到200Wh/kg，電池成組后的能量密度在140Wh/kg以上。近幾年三元材料得到了重視，裝車比例不斷上升，單體電芯的比能量超過了300Wh/kg，達到了國際先進水平。隨著技術的完善以及工藝水平的不斷提高，電芯的制造成本以及成組生產成本也不斷下降，為電動汽車的進一步推廣創造了條件。此外，在電池高倍率充電技術方面，早期的電池的充電倍率均在1C以下，近年來，我國的量產汽車電池系統可支持2C左右的充電倍率。以廣州市巨灣技研為代表的企業已研發出可穩定支持6C充電的動力電芯并進行了裝車測試，達到了國內領先、國際先進技術水平。

在電機方面，我國在國際上處于領先地位。從產品上看，基本覆蓋了200kW以下的新能源汽車車用電機動力的需求。驅動電機的功率密度、效率等技術水平與國際水平基本相當，峰值功率大多在2.8～3kW/kg。我國目前正在開發高轉速電機，并且得到了應用，最高的轉速能夠達到20000r/min的水平。

在電機控制器方面，我國車用電機控制器技術正在迅速追趕國外同類產品水平。我國電機控制器功率密度已經達到12kW/L以上，控制器效率達到98%以上。但是，對于電機驅動和電力電子總成方面，電機的轉速和控制器的功率密度依然要提升，電力電子的集成度仍然不高，核心的高功率電力電子器件仍存在受制于人的情況，同時電機控制器系統驗證、測試、標定方面的經驗積累仍然不夠。

2.3 廣東省純電動汽車技術現狀

廣東省已基本建立涵蓋全產業鏈的技術創新體系，形成以比亞迪、廣汽集團等為代表的行業龍頭企業和小鵬汽車等新興汽車企業格局，已基本形成涵蓋動力電池、驅動電機及控制系統、整車制造等關鍵環節的技術創新鏈條，在底盤和車身技術、驅動技術和能源技術等核心技術方面有較大突破，基本掌握純電動汽車的動力系統和車身結構設計與評價技術。

廣東省純電動汽車技術現狀主要表現在以下5個方面：

動力電池技術國內領先但與國外先進水平存在差距。廣東省擁有比亞迪、欣旺達、億緯鋰能、鵬輝新能源等一批高水平的動力電池廠，動力電池正負極、電解液、隔膜等關鍵材料均可以實現省內自產配套，綜合實力全國領先。但在高性能電池材料和鋰離子動力電池包、電池管理系統熱管理技術、電池標準體系、下一代鋰離子動力電池、電池梯次利用及回收技術、電池生產制造技術及裝備等領域，與日韓等先進國家相比處于跟跑階段。在電池生產和裝配工藝方面，廣東省目前正處在從單機自動化生產向電池系統整體自動化生產過渡階段；而發達國家早已實現了高效、全自動、人員非接觸式生產方式。盡管廣東省的電池單體及系統的產品生產技術在國內處于領先地位，然而，在動力電池工藝裝備的制漿技術及裝備、涂布技術、組裝生產線、制造過程在線檢測技術等單項技術，以及制造控制及管理系統一體化、制造執行系統（MES）制造全過程管理等方面，廣東省目前與國外先進水平仍有一定的差距。

電機、電控技術迅速追趕國際領先水平。廣東省內擁有大洋、英搏爾等一批電機、電控骨干企業，掌握了電磁設計技術和多目標高性能車用電機的極限設計與多領域精確分析以及系統集成仿真技術，實現了電機與變速器在機械、電磁、熱管理的高度一體化設計與應用，已具備量產功率7.5～130kW/L永磁同步電機驅動系統的能力，產品綜合技術指標居國內領先水平。廣東省已經具備了滿足純電動汽車要求的研發和制造能力，多家企業開發出了一系列驅動電機產品，在功率密度、轉速等指標上與國際先進水平基本相當，乘用車驅動電機產品峰值功率密度達4.6kW/kg以上，最高轉速提高至16000r/min以上；商用車驅動電機轉矩密度達到18N·m/kg以上，最高轉速達到3500r/min以上。在電機控制器方面，廣東省內企業基本掌握了電機控制器的軟硬件集成開發技術，車用電機控制器技術正在迅速追趕國外同類產品水平。

整車技術跟跑國際先進水平。廣東省擁有廣汽集團、比亞迪、小鵬汽車等十幾家競爭力較強的整車生產企業，“三電”技術和電制動、電轉向、電空調等具備一定基礎，但與特斯拉等國際領先水平相比，廣東省整車企業在核心技術和產品方面并不具備突出優勢。

充電基礎設施技術國內領先。廣東省如奧特迅、長園深瑞、科士達、易事特等眾多下游企業初步掌握了電動汽車充換電設施高效能量變換、充換電過程控制、有序充電、仿真、計量、安全經濟性評估等核心技術，開發了滿足交流慢充、直流快充、電池更換等不同應用需求的充換電設備和系統。多家企業開發了超過20kW的高效充電電源模塊，峰值效率超過96.4%，在國內處于領先水平，并已開發出行業體積最小的充電樁系統。在大功率充電方面，多家企業開發了行業內首創的柔性充電堆產品，矩陣式群控群充，可接入交流380V配電網或直掛接入10kV電網，填補國內空白。

關鍵技術仍存在薄弱環節。在動力電池方面，廣東省在安全性、比能量、一致性、循環壽命、系統集成等性能指標上處于國內領先。巨灣技研等企業在快充電池領域取得了國內矚目的突破，但在單體比能量等核心指標上與日韓等發達國家仍有較大差距，在高電壓/高容量正極材料、高容量負極材料和高壓電解液等基礎材料方面的研發不足，產品性能與國內外先進地區仍有較大差距，競爭力有待提高。在核心零部件方面，比亞迪和大洋電機雖然基本掌握先進驅動電機設計及開發關鍵技術，實現了與整車的產業化配套，但在電機系統集成、電控功率模塊及集成、機電耦合系統、電動空調等關鍵產品方面仍存在自主研發水平不高、核心技術受制于人的困境，特別是高功率碳化硅電力電子器件，長期被英飛凌和三菱壟斷，產業發展亟待突破。在整車制造方面，廣東省內重要車企已突破一系列整車制造的核心技術，但在整車設計、動力總成、智能制造裝備、輕量化技術等關鍵共性技術研究方面仍較薄弱。

2.4 純電動汽車技術與產業發展趨勢研判

總體而言，新能源汽車的發展將順應國家號召的“電動化、智能化、網聯化、共享化”趨勢。電動化代表著以高安全動力電池、新型電力電子器件和高效率電驅動等以電能作為能源供給，電動機作為動力引擎，動力總成電氣化的技術趨勢；智能化代表著以車載傳感器、控制器、執行器等裝置為基礎，實現車輛對復雜環境感知、智能決策、協同控制等功能的技術趨勢；網聯化代表著以車聯網為基礎，實現人、車、路、云一體化協同控制的技術趨勢；共享化代表著以新能源汽車為載體，構建和推廣共享出行開放運營平臺的技術趨勢。純電動汽車的發展趨勢呈現出電池系統高能化與安全化、動力系統高效化與集成化、控制系統網聯化與智能化、電子設備線控化與集成化、充電快速便捷化與服務智能化、整車輕量化、整車制造智能化、混合動力節能化的特點。技術與產業發展趨勢具體闡述如下。

電池系統高能化與安全化。一是高比能動力電池技術：提升現有磷酸鐵鋰電池和三元材料鋰電池比能量，發展鋰硫電池、鋰空氣電池以及固態電池等新型動力電池，在新型鋰離子動力電池上采用高電壓/高容量正負極材料、超薄銅箔和高壓電解液，在電池成本和比能量方面形成明顯優勢，大幅提升純電動汽車的經濟性和使用便利性。二是高性能電池管理技術：開發具有全面的過充、過放、過電流、高低溫保護、高效熱管理、故障診斷及安全防護、電池均衡及剩余電量估計、電池生命周期內的健康狀況評估等技術集成的電池管理系統，提升動力電池監測與安全保護能力，延長電池的使用壽命。三是一體化電池包設計技術：研發電池包冷卻系統與電池包一體化設計技術、電池包與車身結構一體化設計技術以及電池包冷卻系統與車身冷卻系統一體化設計技術，極大限度地提升電池包的安全性。

動力系統高效化與集成化。一是高效率驅動電機技術：乘用車驅動電機重點提高有效比功率，商用車驅動電機重點提高有效比轉矩，開發拓寬轉速范圍、改善轉矩密度的混合勵磁型驅動電機，進一步提高電機的材料利用率。二是輪轂電機技術：輪轂電機采用分布式驅動，電機變速傳動一體化，有效提升整車的操控性能、動力性能和整車效率，節省大量空間，是未來動力系統發展的主要方向之一。

控制系統網聯化與智能化。一是車內網聯和車路協同技術：隨著短程通信、5G通信等網聯技術的發展，控制系統網聯化發展趨勢日益明顯，研發車內網聯和車路協同技術，并廣泛應用于純電動汽車，提高網聯化水平。二是智能控制系統技術：隨著精密傳感技術、新一代域控制器技術的逐步成熟，控制系統將具有更強的駕駛輔助能力，以及入侵檢測能力，從而實現整車控制智能化，整車安全性進一步提升。

電子設備線控化與集成化。一是先進的底盤線控技術：發展線控轉向、制動等技術，采用線控系統取代傳統的液壓和機械系統，提升整車操控的可靠性和安全性。二是電輔助集成技術：開發集成制動助力系統、ABS（Antilock Brake System，制動防抱死系統）、ESP（Electronic Stability Program，車身電子穩定系統）、EPB（Electrical Park Brake，電子駐車制動系統）的制動能量回收系統（Braking Energy Recovery System, BERS）、48V輔助能源系統、電動空調與電池冷卻集成以及節能型低壓熱泵空調技術，顯著提升純電動汽車的整車效率，降低能耗。

充電快速便捷化與服務智能化。一是大功率充電技術：充電時間長是制約純電動汽車發展的關鍵因素，發展大功率充電技術，縮短充電時間將成為行業共識。業界現已實現2C的充電倍率，未來將研發超過5C充電倍率的大功率充電技術，縮短每百公里充電時間至5min以內。二是充電智能化：根據電池特點及用戶需求，優化充電電流配置策略，全過程實現可變電流充電，在保障電池避免過充過放的前提下，達到延長電池的使用壽命和節能的目的。三是全網充電均衡控制技術：可根據用戶的實際用車需求，合理安排充電優先級，智能選擇每個充電節點的充電功率，在保證用戶使用的前提下，合理分配充電資源，減少因電動汽車充電對電網造成的負面影響。

整車輕量化。一是輕量化材料技術：研究全鋁客車骨架、全鋁合金乘用車車身工藝，提高鋁合金、鎂合金以及碳纖維復合材料等在汽車中的應用比例，并提高鋁合金懸架、鎂鋁合金輪輞等零部件在電動汽車中的應用，整車輕量化材料用量大幅增加。二是結構的創新設計技術：開展集結構強度、剛度、耐撞性、NVH性能和耐久性優化在內的多學科和多目標優化于一體的輕量化設計技術研發，實現結構-材料-性能-成本一體化設計。三是輕量化先進工藝技術：研發并推廣金屬冷沖壓、熱成形技術、半固態成形技術、輥壓成形技術、復合材料在線混合成形技術、激光拼焊技術等實現結構輕量化的先進制造工藝技術，打造明顯的技術和成本優勢。

整車制造智能化。發展智能制造技術，隨著物聯網、大數據分析、自動物流調度、智能綜合管控平臺iMES等智能化技術發展，純電動汽車將融合多種智能化技術，實現汽車制造由小批量生產逐步向大批量、柔性化、數字化精益制造、智能化綠色制造模式轉化，實現從設計、生產、物流到服務的全過程智能化，將構建一批智能制造企業，實現精準管控和環境友好制造及大規模定制生產。

混合動力節能化。優化總成結構，減少傳動能量損耗，提高機電耦合系統節油率；研發先進的燃燒技術，提升執行器響應性和優化控制水平，全面提高混合動力發動機技術先進性，實現能耗大幅下降。

2.5 發展愿景與目標

純電動汽車當前發展較快，關鍵技術和性能指標持續提升，未來純電動汽車技術將得到不斷優化，并呈現出整車輕量化與低成本化的發展趨勢。一是整車輕量化，主要體現為輕量化材料的廣泛應用和結構的創新設計，未來輕量化材料車身、關鍵零部件將在純電動汽車上獲得更加廣泛的應用。同時，新型的動力電池包等關鍵零部件機械機構設計與車身結構設計實現一體優化，顯著提升整車輕量化水平。二是低成本化，主要體現為動力電池等關鍵零部件研發與制造成本大幅降低，高電壓/高容量正負極材料和高壓電解液的新型鋰離子電池將得到廣泛應用，在電池成本和能量密度方面具有明顯優勢，能夠大幅提升純電動汽車的經濟性。高效率動力系統逐步應用，輪轂電機采用分布式驅動和一體化集成，可有效提升整車效率，降低整車運行成本。三是充電機配套基礎設施智能化、標準化、高效化，主要體現在智能電網建設逐步推進、大功率充電和無線充電技術的發展不斷提高充電效率、充電標準體系與政策逐步完善。

2.5.1 發展愿景

通過10～15年的發展，純電動汽車實現高經濟性、安全性、舒適性以及使用便捷性，并得到大規模普及應用，保障能源安全，保護大氣環境，保證經濟綠色、可持續發展，推動“創新、協調、綠色、開放、共享”社會的建設。

廣東省純電動汽車的長期發展愿景如下：

掌握核心關鍵技術。全面掌握純電動汽車整車、關鍵零部件、充電基礎設施、廢舊電池回收綜合利用等核心關鍵技術，打破廣東省汽車產業發展的技術壁壘，提升科技創新能力和產品技術水平，達到國際一流水平。

完善研發體系建設。在廣東省內建成電池、電機、整車控制、網聯與大數據測試等方面的大型技術創新、檢測評價公共服務平臺體系，打造廣東省內自主研發優勢。

帶動產業協同發展。助力建成專業化的產業園區，進一步擴充產能，形成產業鏈集聚，充分利用汽車龍頭企業帶動廣東省產業鏈上下游的協同發展；建成具有國際較強競爭力的、國際一流水平的完整的產業體系，形成具有國際影響力的整車、關鍵零部件企業品牌。

2.5.2 發展目標

廣東省應發揮優勢，補齊短板，力爭通過“三步走”，實現純電動汽車產業強省的建設目標。

到2025年，掌握一批重點領域關鍵核心技術，整車、動力電池等優勢領域競爭力進一步增強，純電動汽車成本與傳統燃油汽車大體相當。基本形成覆蓋重點領域的研發體系，具備關鍵核心技術的自主研發能力。

到2030年，動力電池、驅動電機、整車控制等關鍵核心技術處于國際領先水平，純電動汽車制造和使用成本整體上低于燃油汽車。形成覆蓋全產業鏈的技術創新體系，創新能力顯著增強，技術研發水平達到國際領先。

到2035年，重點領域和關鍵環節取得重大突破，純電動汽車較燃油汽車具有技術和成本優勢，并成為主流。建成全球領先的技術體系，創新能力大幅提升，全球純電動汽車產業創新高地地位更加鞏固。

2.6 純電動汽車技術發展總體路線圖

結合廣東省純電動汽車技術現狀，突破關鍵技術，健全創新體系，全面提升研發、制造能力，建立產業鏈競爭優勢，總體技術創新路線如圖2-1所示。