第2章 广东省纯电动汽车技术发展研判与总体路线图

2.1 国外纯电动汽车技术现状

纯电动汽车的技术范围包含动力电池及管理系统技术、电机及驱动系统技术、整车控制技术、电辅助技术、充电及配套设施技术和整车技术这几个方面。从国际整体情况上看，各个国家重点从电池、电机、电控这三个方面来推进其纯电动汽车技术发展。

在电池方面，比能量是一个非常重要的指标，电池比能量的提高取决于正极材料的突破，而正极材料主要包括镍钴锰酸锂（三元材料）、磷酸铁锂、锰酸锂材料等。国外的正极材料多选取三元材料和磷酸铁锂材料。其中2018年日本松下公司的圆柱形21700电池的三元锂电芯能量密度可达322Wh/kg，电池模组（Pack）能量密度为186Wh/kg。2017年美国A123系统公司磷酸铁锂电池的能量密度为180Wh/kg。

在电机方面，早期欧美国家多使用交流异步电机，优点是电机成本低、结构简单，但同时存在调速范围小、转矩特性不理想的问题，而日韩企业则多使用永磁同步电机。而中国具有稀土资源优势，生产的主流电机是永磁同步电机，在技术方面和日韩接近，而相较于欧美国家的交流异步电机，则具有尺寸小、质量轻的优势。

在电机控制器（简称电控）方面，欧美国家在电力电子器件及电机控制技术上具有强大优势。美国IGBT和SiC器件技术处于世界领先水平，在电压等级上占据优势；欧洲则是产品线齐全，无论是集成功率模块还是分立功率器件都具有领先实力；日本在功率集成电路方面不如欧美国家，但是在分立功率器件方面具有较大的优势。中国由于起步较晚，与欧美和日本仍有较大差距。

此外，在整车集成方面，轻量化、续驶里程和车辆的安全性是主要的技术指标。美国纯电动车型以特斯拉公司的Model S和Model X为代表，其中Model S在NEDC工况下的预估续驶里程为652km，Model X车型续驶里程可达560km。日产2019新款Leaf E-plus汽车，在欧洲NEDC工况下，62kWh的电池组在WLTP工况下的续驶里程为239mile（约等于385km），在EPA工况下的续驶里程为226mile（约等于363.7km）。欧洲德国大众E-Golf汽车，在欧洲NEDC工况下，38.1kWh锂离子电池组续驶里程为278km；宝马i3快充款汽车，在欧洲NEDC工况下，42.2kWh电池组的续驶里程为340km。

2.2 国内纯电动汽车技术现状

我国纯电动汽车的研究开始于20世纪60年代，90年代末期开始加速发展，真正全面进入产业化研发阶段都在2010年以后。此后，我国的汽车企业联合高校、研究院所开发动力电池和纯电动汽车，并取得了丰富的成果。近5年来，我国电动汽车技术发展迅猛，在不少领域均达到了世界领先水平。

在电池方面，我国的进步较为明显。磷酸铁锂电池得到了大规模的普及应用，单体电芯的比能量可以达到200Wh/kg，电池成组后的能量密度在140Wh/kg以上。近几年三元材料得到了重视，装车比例不断上升，单体电芯的比能量超过了300Wh/kg，达到了国际先进水平。随着技术的完善以及工艺水平的不断提高，电芯的制造成本以及成组生产成本也不断下降，为电动汽车的进一步推广创造了条件。此外，在电池高倍率充电技术方面，早期的电池的充电倍率均在1C以下，近年来，我国的量产汽车电池系统可支持2C左右的充电倍率。以广州市巨湾技研为代表的企业已研发出可稳定支持6C充电的动力电芯并进行了装车测试，达到了国内领先、国际先进技术水平。

在电机方面，我国在国际上处于领先地位。从产品上看，基本覆盖了200kW以下的新能源汽车车用电机动力的需求。驱动电机的功率密度、效率等技术水平与国际水平基本相当，峰值功率大多在2.8～3kW/kg。我国目前正在开发高转速电机，并且得到了应用，最高的转速能够达到20000r/min的水平。

在电机控制器方面，我国车用电机控制器技术正在迅速追赶国外同类产品水平。我国电机控制器功率密度已经达到12kW/L以上，控制器效率达到98%以上。但是，对于电机驱动和电力电子总成方面，电机的转速和控制器的功率密度依然要提升，电力电子的集成度仍然不高，核心的高功率电力电子器件仍存在受制于人的情况，同时电机控制器系统验证、测试、标定方面的经验积累仍然不够。

2.3 广东省纯电动汽车技术现状

广东省已基本建立涵盖全产业链的技术创新体系，形成以比亚迪、广汽集团等为代表的行业龙头企业和小鹏汽车等新兴汽车企业格局，已基本形成涵盖动力电池、驱动电机及控制系统、整车制造等关键环节的技术创新链条，在底盘和车身技术、驱动技术和能源技术等核心技术方面有较大突破，基本掌握纯电动汽车的动力系统和车身结构设计与评价技术。

广东省纯电动汽车技术现状主要表现在以下5个方面：

动力电池技术国内领先但与国外先进水平存在差距。广东省拥有比亚迪、欣旺达、亿纬锂能、鹏辉新能源等一批高水平的动力电池厂，动力电池正负极、电解液、隔膜等关键材料均可以实现省内自产配套，综合实力全国领先。但在高性能电池材料和锂离子动力电池包、电池管理系统热管理技术、电池标准体系、下一代锂离子动力电池、电池梯次利用及回收技术、电池生产制造技术及装备等领域，与日韩等先进国家相比处于跟跑阶段。在电池生产和装配工艺方面，广东省目前正处在从单机自动化生产向电池系统整体自动化生产过渡阶段；而发达国家早已实现了高效、全自动、人员非接触式生产方式。尽管广东省的电池单体及系统的产品生产技术在国内处于领先地位，然而，在动力电池工艺装备的制浆技术及装备、涂布技术、组装生产线、制造过程在线检测技术等单项技术，以及制造控制及管理系统一体化、制造执行系统（MES）制造全过程管理等方面，广东省目前与国外先进水平仍有一定的差距。

电机、电控技术迅速追赶国际领先水平。广东省内拥有大洋、英搏尔等一批电机、电控骨干企业，掌握了电磁设计技术和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技术，实现了电机与变速器在机械、电磁、热管理的高度一体化设计与应用，已具备量产功率7.5～130kW/L永磁同步电机驱动系统的能力，产品综合技术指标居国内领先水平。广东省已经具备了满足纯电动汽车要求的研发和制造能力，多家企业开发出了一系列驱动电机产品，在功率密度、转速等指标上与国际先进水平基本相当，乘用车驱动电机产品峰值功率密度达4.6kW/kg以上，最高转速提高至16000r/min以上；商用车驱动电机转矩密度达到18N·m/kg以上，最高转速达到3500r/min以上。在电机控制器方面，广东省内企业基本掌握了电机控制器的软硬件集成开发技术，车用电机控制器技术正在迅速追赶国外同类产品水平。

整车技术跟跑国际先进水平。广东省拥有广汽集团、比亚迪、小鹏汽车等十几家竞争力较强的整车生产企业，“三电”技术和电制动、电转向、电空调等具备一定基础，但与特斯拉等国际领先水平相比，广东省整车企业在核心技术和产品方面并不具备突出优势。

充电基础设施技术国内领先。广东省如奥特迅、长园深瑞、科士达、易事特等众多下游企业初步掌握了电动汽车充换电设施高效能量变换、充换电过程控制、有序充电、仿真、计量、安全经济性评估等核心技术，开发了满足交流慢充、直流快充、电池更换等不同应用需求的充换电设备和系统。多家企业开发了超过20kW的高效充电电源模块，峰值效率超过96.4%，在国内处于领先水平，并已开发出行业体积最小的充电桩系统。在大功率充电方面，多家企业开发了行业内首创的柔性充电堆产品，矩阵式群控群充，可接入交流380V配电网或直挂接入10kV电网，填补国内空白。

关键技术仍存在薄弱环节。在动力电池方面，广东省在安全性、比能量、一致性、循环寿命、系统集成等性能指标上处于国内领先。巨湾技研等企业在快充电池领域取得了国内瞩目的突破，但在单体比能量等核心指标上与日韩等发达国家仍有较大差距，在高电压/高容量正极材料、高容量负极材料和高压电解液等基础材料方面的研发不足，产品性能与国内外先进地区仍有较大差距，竞争力有待提高。在核心零部件方面，比亚迪和大洋电机虽然基本掌握先进驱动电机设计及开发关键技术，实现了与整车的产业化配套，但在电机系统集成、电控功率模块及集成、机电耦合系统、电动空调等关键产品方面仍存在自主研发水平不高、核心技术受制于人的困境，特别是高功率碳化硅电力电子器件，长期被英飞凌和三菱垄断，产业发展亟待突破。在整车制造方面，广东省内重要车企已突破一系列整车制造的核心技术，但在整车设计、动力总成、智能制造装备、轻量化技术等关键共性技术研究方面仍较薄弱。

2.4 纯电动汽车技术与产业发展趋势研判

总体而言，新能源汽车的发展将顺应国家号召的“电动化、智能化、网联化、共享化”趋势。电动化代表着以高安全动力电池、新型电力电子器件和高效率电驱动等以电能作为能源供给，电动机作为动力引擎，动力总成电气化的技术趋势；智能化代表着以车载传感器、控制器、执行器等装置为基础，实现车辆对复杂环境感知、智能决策、协同控制等功能的技术趋势；网联化代表着以车联网为基础，实现人、车、路、云一体化协同控制的技术趋势；共享化代表着以新能源汽车为载体，构建和推广共享出行开放运营平台的技术趋势。纯电动汽车的发展趋势呈现出电池系统高能化与安全化、动力系统高效化与集成化、控制系统网联化与智能化、电子设备线控化与集成化、充电快速便捷化与服务智能化、整车轻量化、整车制造智能化、混合动力节能化的特点。技术与产业发展趋势具体阐述如下。

电池系统高能化与安全化。一是高比能动力电池技术：提升现有磷酸铁锂电池和三元材料锂电池比能量，发展锂硫电池、锂空气电池以及固态电池等新型动力电池，在新型锂离子动力电池上采用高电压/高容量正负极材料、超薄铜箔和高压电解液，在电池成本和比能量方面形成明显优势，大幅提升纯电动汽车的经济性和使用便利性。二是高性能电池管理技术：开发具有全面的过充、过放、过电流、高低温保护、高效热管理、故障诊断及安全防护、电池均衡及剩余电量估计、电池生命周期内的健康状况评估等技术集成的电池管理系统，提升动力电池监测与安全保护能力，延长电池的使用寿命。三是一体化电池包设计技术：研发电池包冷却系统与电池包一体化设计技术、电池包与车身结构一体化设计技术以及电池包冷却系统与车身冷却系统一体化设计技术，极大限度地提升电池包的安全性。

动力系统高效化与集成化。一是高效率驱动电机技术：乘用车驱动电机重点提高有效比功率，商用车驱动电机重点提高有效比转矩，开发拓宽转速范围、改善转矩密度的混合励磁型驱动电机，进一步提高电机的材料利用率。二是轮毂电机技术：轮毂电机采用分布式驱动，电机变速传动一体化，有效提升整车的操控性能、动力性能和整车效率，节省大量空间，是未来动力系统发展的主要方向之一。

控制系统网联化与智能化。一是车内网联和车路协同技术：随着短程通信、5G通信等网联技术的发展，控制系统网联化发展趋势日益明显，研发车内网联和车路协同技术，并广泛应用于纯电动汽车，提高网联化水平。二是智能控制系统技术：随着精密传感技术、新一代域控制器技术的逐步成熟，控制系统将具有更强的驾驶辅助能力，以及入侵检测能力，从而实现整车控制智能化，整车安全性进一步提升。

电子设备线控化与集成化。一是先进的底盘线控技术：发展线控转向、制动等技术，采用线控系统取代传统的液压和机械系统，提升整车操控的可靠性和安全性。二是电辅助集成技术：开发集成制动助力系统、ABS（Antilock Brake System，制动防抱死系统）、ESP（Electronic Stability Program，车身电子稳定系统）、EPB（Electrical Park Brake，电子驻车制动系统）的制动能量回收系统（Braking Energy Recovery System, BERS）、48V辅助能源系统、电动空调与电池冷却集成以及节能型低压热泵空调技术，显著提升纯电动汽车的整车效率，降低能耗。

充电快速便捷化与服务智能化。一是大功率充电技术：充电时间长是制约纯电动汽车发展的关键因素，发展大功率充电技术，缩短充电时间将成为行业共识。业界现已实现2C的充电倍率，未来将研发超过5C充电倍率的大功率充电技术，缩短每百公里充电时间至5min以内。二是充电智能化：根据电池特点及用户需求，优化充电电流配置策略，全过程实现可变电流充电，在保障电池避免过充过放的前提下，达到延长电池的使用寿命和节能的目的。三是全网充电均衡控制技术：可根据用户的实际用车需求，合理安排充电优先级，智能选择每个充电节点的充电功率，在保证用户使用的前提下，合理分配充电资源，减少因电动汽车充电对电网造成的负面影响。

整车轻量化。一是轻量化材料技术：研究全铝客车骨架、全铝合金乘用车车身工艺，提高铝合金、镁合金以及碳纤维复合材料等在汽车中的应用比例，并提高铝合金悬架、镁铝合金轮辋等零部件在电动汽车中的应用，整车轻量化材料用量大幅增加。二是结构的创新设计技术：开展集结构强度、刚度、耐撞性、NVH性能和耐久性优化在内的多学科和多目标优化于一体的轻量化设计技术研发，实现结构-材料-性能-成本一体化设计。三是轻量化先进工艺技术：研发并推广金属冷冲压、热成形技术、半固态成形技术、辊压成形技术、复合材料在线混合成形技术、激光拼焊技术等实现结构轻量化的先进制造工艺技术，打造明显的技术和成本优势。

整车制造智能化。发展智能制造技术，随着物联网、大数据分析、自动物流调度、智能综合管控平台iMES等智能化技术发展，纯电动汽车将融合多种智能化技术，实现汽车制造由小批量生产逐步向大批量、柔性化、数字化精益制造、智能化绿色制造模式转化，实现从设计、生产、物流到服务的全过程智能化，将构建一批智能制造企业，实现精准管控和环境友好制造及大规模定制生产。

混合动力节能化。优化总成结构，减少传动能量损耗，提高机电耦合系统节油率；研发先进的燃烧技术，提升执行器响应性和优化控制水平，全面提高混合动力发动机技术先进性，实现能耗大幅下降。

2.5 发展愿景与目标

纯电动汽车当前发展较快，关键技术和性能指标持续提升，未来纯电动汽车技术将得到不断优化，并呈现出整车轻量化与低成本化的发展趋势。一是整车轻量化，主要体现为轻量化材料的广泛应用和结构的创新设计，未来轻量化材料车身、关键零部件将在纯电动汽车上获得更加广泛的应用。同时，新型的动力电池包等关键零部件机械机构设计与车身结构设计实现一体优化，显著提升整车轻量化水平。二是低成本化，主要体现为动力电池等关键零部件研发与制造成本大幅降低，高电压/高容量正负极材料和高压电解液的新型锂离子电池将得到广泛应用，在电池成本和能量密度方面具有明显优势，能够大幅提升纯电动汽车的经济性。高效率动力系统逐步应用，轮毂电机采用分布式驱动和一体化集成，可有效提升整车效率，降低整车运行成本。三是充电机配套基础设施智能化、标准化、高效化，主要体现在智能电网建设逐步推进、大功率充电和无线充电技术的发展不断提高充电效率、充电标准体系与政策逐步完善。

2.5.1 发展愿景

通过10～15年的发展，纯电动汽车实现高经济性、安全性、舒适性以及使用便捷性，并得到大规模普及应用，保障能源安全，保护大气环境，保证经济绿色、可持续发展，推动“创新、协调、绿色、开放、共享”社会的建设。

广东省纯电动汽车的长期发展愿景如下：

掌握核心关键技术。全面掌握纯电动汽车整车、关键零部件、充电基础设施、废旧电池回收综合利用等核心关键技术，打破广东省汽车产业发展的技术壁垒，提升科技创新能力和产品技术水平，达到国际一流水平。

完善研发体系建设。在广东省内建成电池、电机、整车控制、网联与大数据测试等方面的大型技术创新、检测评价公共服务平台体系，打造广东省内自主研发优势。

带动产业协同发展。助力建成专业化的产业园区，进一步扩充产能，形成产业链集聚，充分利用汽车龙头企业带动广东省产业链上下游的协同发展；建成具有国际较强竞争力的、国际一流水平的完整的产业体系，形成具有国际影响力的整车、关键零部件企业品牌。

2.5.2 发展目标

广东省应发挥优势，补齐短板，力争通过“三步走”，实现纯电动汽车产业强省的建设目标。

到2025年，掌握一批重点领域关键核心技术，整车、动力电池等优势领域竞争力进一步增强，纯电动汽车成本与传统燃油汽车大体相当。基本形成覆盖重点领域的研发体系，具备关键核心技术的自主研发能力。

到2030年，动力电池、驱动电机、整车控制等关键核心技术处于国际领先水平，纯电动汽车制造和使用成本整体上低于燃油汽车。形成覆盖全产业链的技术创新体系，创新能力显著增强，技术研发水平达到国际领先。

到2035年，重点领域和关键环节取得重大突破，纯电动汽车较燃油汽车具有技术和成本优势，并成为主流。建成全球领先的技术体系，创新能力大幅提升，全球纯电动汽车产业创新高地地位更加巩固。

2.6 纯电动汽车技术发展总体路线图

结合广东省纯电动汽车技术现状，突破关键技术，健全创新体系，全面提升研发、制造能力，建立产业链竞争优势，总体技术创新路线如图2-1所示。