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我国新能源汽车产业开始于2012年，到2020年新能源汽车的销量在汽车总销量中的占比增长至5%。根据国家发展规划，到2025年，我国新能源汽车销量占比将达到20%，也就是说，2021—2025年，新能源汽车渗透率的复合增长速度将达到32%，这也标志着我国新能源汽车行业将从萌芽期迈向成长期。
为推动新能源汽车产业更好地发展，国务院办公厅于2020年11月2日发布了《新能源汽车产业发展规划（2021—2035年）》（以下简称《规划》），从多个维度对新能源汽车未来15年的发展做出了规划，包括网联化智能化发展方向、新能源汽车渗透率以及公共领域电动化等。《规划》强调，到2025年，我国新能源汽车新车销售量在汽车新车销售总量中的占比将达到20%；到2035年，纯电动汽车销量在新车总销量中的占比将达到50%。
据此可以推算，2025年，我国新能源汽车销量大约为600万辆；2035年，我国新能源汽车销量大约为1750万辆。2021—2025年，我国新能源汽车的年均复合增长率预计为34.42%；2026—2035年，我国新能源汽车的年均复合增长率可能达到11.3%。
新能源汽车指的是用非常规的车用燃料作为动力来源，或者使用常规的车用燃料，但采用新型车载动力装置，利用先进的动力控制技术和驱动技术，拥有新技术、新结构的一种汽车。其中，非常规车用燃料指的是天然气、液化石油气、乙醇汽油、甲醇、二甲醚等除汽油、柴油之外的燃料。具体来看，新能源汽车主要包括纯电动汽车、混合动力汽车、燃料电池汽车三种类型，如表1-1所示。
表1-1 新能源汽车的主要类型
在新一轮科技革命与产业变革的带动下，能源、交通、信息通信等领域的新兴技术在汽车行业深入应用，促使整个行业呈现出电动化、智能化、网联化的发展趋势。新能源汽车集成了很多先进技术，包括新能源、新材料和互联网、大数据、人工智能等，功能越发多元化，不再只是单纯的交通工具，逐渐拥有移动智能终端、储能单元、数字空间等多种身份，带动能源、交通、信息通信基础设施改造升级，促进能源消费结构优化，提高整个交通体系的智能化水平。
《规划》明确提出要推动汽车实现电动化、网联化、智能化发展，尤其是网联化、智能化，强调赋予新能源汽车更多功能，推动新能源汽车从“从单纯交通工具向移动智能终端、储能单元和数字空间转变”。
现阶段，智能网联汽车的发展刚刚起步，自动驾驶技术只能在换道辅助、全自动泊车、抬头显示、远程控制等特定场景中应用。按照《规划》内容，从2025年开始，智能网联汽车将进入快速发展阶段，届时，自动驾驶的应用场景将不断拓展，高速公路自动驾驶、协同式队列行驶的自动驾驶、车群自组网通信、车车社交等有望成为现实。2035年之后，智能网联汽车将进入成熟期，真正实现车路协同。
在智能网联汽车的整个发展过程中，要解决几个核心技术难题，包括自动驾驶的芯片、自动驾驶软件L5研发升级、高精地图、5G通信协议等。智能网联的发展阶段如图1-1所示。
图1-1 智能网联的发展阶段
传统燃油车的结构是机械与液压相结合，电动汽车的结构更简单，核心部件是由动力电池组、电机和发动机管理系统组成的三电系统。电力控制的电机只需要简单改造就可以与电子控制单元相结合，满足自动驾驶技术控制车辆的要求。但纯机械结构的发电机很难被人工智能控制，可靠性、精准度、响应速度都无法满足自动驾驶要求。
为了解决这一问题，研发人员需要研制一款新的操控装置，其复杂程度远远高于电动汽车。另外，对于燃油车来说，发动机和变速箱等动力总成结构是其成本的主要来源；对于新能源汽车来说，三电系统电控电驱电池是其成本的主要来源。两相比较，新能源汽车的成本更容易控制。
到2025年，我国新能源汽车将在动力电池、驱动电机、车用操作系统等关键技术领域取得重大突破，全面提高车辆的安全水平，提高行业竞争力。具体到各项数据，即纯电动汽车的平均耗电量将降至12.0千瓦时/百公里，新能源汽车销量在汽车总销量中的占比将提高到20%左右，高等级的自动驾驶可以在特定的场景或区域实现，充电桩覆盖率大幅提升，人们可以享受到更加方便的充换电服务。
新能源汽车的渗透率达到20%，意味着整个行业从萌芽期进入成长期。根据中国汽车工业协会发布的数据，2019年我国新能源汽车产量及销量占比分别为4.9%和4.8%，2020年受新冠肺炎疫情及补贴政策变化的影响，新能源汽车的产销量出现了小幅度下降。根据中国汽车工程学会发布的《节能与新能源汽车技术路线图2.0》，到2030年，我国新能源汽车销量占比将达到30%～40%；到2035年，我国新能源汽车销量占比将超过50%。这意味着2021—2025年，我国新能源汽车渗透率将以32%的速度增长。如果能达到这一目标，就表示新能源汽车的发展从萌芽期进入成长期。
新能源汽车补充能源问题将得以解决，补能将变得更加便利。从2019年下半年开始，我国取消了很多对新能源汽车的补贴政策，导致新能源汽车的销量下降，整车销售价格偏高，再加上充电效率较低，自由停车位不足，电网配合扩容难度较大等因素，导致充电桩建设进度缓慢，无法解决纯电动汽车充电难题。针对这一问题，《规划》提出了“充换电服务便利性显著提高”这一目标，为新能源汽车补能体系建设指明了方向。
政府关于新能源汽车的税收优惠政策要尽快落地，同时要不断完善金融服务，为消费者购车提供支持。为了满足新能源汽车的充电需求，政府要加快充换电、加氢等基础设施布局，积极推进公共充电桩建设，建立统一开放的市场体系，加大对公共服务、共享出行等领域车辆运营的支持力度，围绕新能源汽车的停车、充电出台更多优惠政策。
《规划》明确提出：2021年起，在国家生态文明试验区、大气污染防治重点区域，如果要更换或者新增公交车、出租车、物流配送车辆等，新能源汽车的占比不能低于80%。为了鼓励国有企业大力发展新能源汽车，《规划》针对“如何将新能源汽车研发投入纳入国有企业考核体系”制定了具体办法，不断完善适用于智能网联汽车的政策法规，围绕“动力电池的回收与利用”出台了更多法律法规。
《规划》不断加大对公共服务、共享出行等领域车辆运营的支持力度，为新能源汽车停车、充电提供更多优惠，并延续《打赢蓝天保卫战三年行动计划》中的目标，规定“2021年起重点区域公共领域新能源汽车目标使用比例不低于80%”，为公共领域的电动化提供更多支持。
通过车电分离推动运营电动化。车电分离体系主要包括三部分，分别是整车、换电站和电池资产管理。车电分离体系的搭建需要产业链上的不同公司合作完成，例如，宁德时代与蔚来合作致力于电池资产管理，奥动新能源与北汽合作深耕换电市场。目前，车电分离体系主要分为两部分，一是车企，二是独立运营商，新兴车企主要在私家车领域深耕，北汽蓝谷和吉利汽车等独立运营商主要专注于运营车市场，对运营市场电动化产生了强有力的推动作用。
下面我们从碳排放、其他污染物排放、续航里程、加油/充电时间、购车成本、使用成本、安全性、政策支持力度等八个维度对燃油车和不同类型的新能源汽车进行对比分析。
纯电动车以电能为动力，燃料电池车以氢气为燃料，碳排放可以忽略不计；插电式混合动力车和增程式电动车采用电能与汽油混动，碳排放量居中；传统燃油车和LNG/CNG车以汽油与天然气为燃料，碳排放量较大；混合动力车以汽油为燃料，但相较于传统燃油车来说，汽油用量相对较少，碳排放量相对较低。
传统燃油车和混合动力车使用汽油、柴油，会排放二氧化碳、一氧化碳、碳氢化合物、氮氧化物、硫氧化物、铅化合物等有害气体；插电式混合动力车和增程式电动车使用电能与汽油或柴油混动，排放的污染物中等；LNG/CNG车以天然气为燃料，燃烧后只排放一氧化碳；纯电动车和燃料电池车除二氧化碳外不排放其他污染物。
传统燃油车加满油后的行驶里程为500～1000公里，因为沿途加油站比较多，在油箱发出警报后能够轻易找到加油站，续航问题比较小；插电式混合动力车在纯电模式下的行驶里程为50～120公里，燃油模式下的续航里程与燃油车相似；燃料电池车加满燃料后的行驶里程大约为1000公里，但加氢站数量稀少，在行驶过程中不方便加注氢燃料；纯电动车充满电后的行驶里程为400～600公里，但受行驶条件限制，实际行驶里程往往要小于这个数字。
传统燃油车和燃料电池车的加油时间只需要数分钟，纯电动车充电至少需要1小时，甚至长达十几个小时。
纯电动车补贴后的价格大约为20万元，至于燃料电池车，全球首款氢燃料电池车——丰田Mirai的售价大约为46万元。
在燃料费用方面，纯电动车每公里大约需要0.075元，燃料电池车与传统燃油车每公里大约需要0.6元；在维护成本方面，纯电动车无须配备离合器、变速箱等复杂传动机构，维护成本较低，燃料电池车配备的燃料电池堆造价高昂，需要使用铂金作为催化剂，维护成本较高。
传统燃油车的技术比较成熟，自燃事故发生率较低；纯电动车中三元锂电池热失控温度较低，容易发生自燃事故，磷酸铁锂电池热失控温度较高，相对比较安全；燃料电池车以氢气为燃料，虽然采取了多种措施防止储气罐爆炸，但氢逃逸问题依然无法解决，因此燃料电池车不适合在室内停车场停放，至于能否进入隧道，还有待研究讨论。
为了实现节能减排，政府不断提高传统燃油车的排放标准，甚至有部分省份出台了禁售传统燃油车的政策。而在新能源汽车领域，政府为纯电动车、燃料电池车发放补贴。
综上所述，纯电动车和燃料电池车各有优势与劣势。纯电动车的优势在于实现了二氧化碳零排放，而且结构简单，维护方便，使用成本较低；劣势在于续航里程短，充电时间长，驾驶体验不佳。另外，目前电动车使用的三元锂电池单体电池的能量密度达302Wh/kg，系统能量密度突破200Wh/kg，接近液态电池能量密度的极限，进一步提高会增加车辆自燃的风险。
燃料电池车的优点在于零污染、续航里程长、加注燃料的时间短，缺点在于相关技术不成熟，单车售价相对较高，加氢站建设成本高，国内加氢站数量较少，在行驶过程中不方便补充燃料，并且氢逃逸问题目前无法解决，存在燃爆风险，所以无法在室内停车场停放。
纯电动车和燃料电池车的优缺点在很大程度上决定了其未来的应用场景。纯电动车适合市内短途通勤，燃料电池车适合线路固定的长途运输。因此，纯电动车和燃料电池车不存在直接的竞争关系，未来，二者可能在新能源汽车市场上共同占据主导地位。
新能源汽车有三大核心技术，分别是整车控制器（Vehicle Control Unit，VCU）、电机控制器（Moter Control Unit，MCU）、电池管理系统（Battery Management System，BMS），对整个车辆的动力性、经济性、安全性、可靠性有着至关重要的影响。
作为整车控制决策的核心电子控制单元，VCU是新能源汽车的必备装置。VCU通过对油门踏板、挡位、刹车踏板等信号进行采集分析，对驾驶员的驾驶意图进行判断，对车辆的行驶信息进行监测，在对信息进行处理后，向车辆的动力系统、动力电池系统发出指令，对车辆的运行状态进行控制。具体来看，VCU有两大功能，一是整车系统故障诊断，二是存储功能。
VCU主要由外壳、硬件电路、底层软件和应用层软件组成，硬件电路、底层软件和应用层软件发挥着重要作用。
VCU硬件采用标准化的核心模块电路和VCU专用电路，前者主要由32位主处理器、电源、存储器、控制器局域网络（Controller Area Network，CAN）构成。其中，核心模块电路可以在MCU和BMS上移植应用，平台化硬件的可移植性与扩展性都比较好。
随着汽车级处理器技术不断发展，VCU芯片逐渐从16位向32位过渡，32位芯片逐渐成为主流。底层软件以AUTOSAR汽车软件开放式系统架构为标准，达到电子控制单元开发公共平台的目标，可以为新能源汽车提供不同的控制系统。模块化软件组件的主要目标是实现软件复用，可以提高软件质量，缩短软件的开发周期。在应用层，驾驶员转矩解析、换挡规律、模式切换、转矩分配和故障诊断策略是关键，会直接影响汽车的动力、运行的稳定性以及使用的经济性。
世界主流VCU供应商的技术参数如表1-2所示。
表1-2 世界主流VCU供应商的技术参数
电池包为新能源汽车提供源源不断的能量，驱动车辆行驶。电池包主体主要由金属材质的壳体包络构成，模块化的结构设计可以实现电芯集成，过热管理设计与仿真可以提高电池包热管理性能，电器部件及线束支持控制系统可以保障电池安全。BMS可以对电芯进行有效管理，开展整车通信，实现信息交换。
电池包主要由电芯、模块、电气系统、热管理系统、箱体和BMS组成，其中BMS的主要功能是提高电池的利用率，防止电池出现过度充放电现象，延长电池的使用寿命，对电池的运行状态进行实时监控。
在电池包的各个组成部件中，BMS属于核心零部件，由三大核心部分组成，分别是硬件电路、底层软件和应用层软件。其中，硬件电路主要由主板和从板组成，从板安装在模组内部，可以用来对单体电压、电流进行检测，使电压、电流达到均衡；主板的安装位置不限，主要用来对继电器进行控制，预测荷电状态值，实现电气伤害保护。
BMU（电池管理单元）硬件可以对电池的电压、温度进行测量，而且可以借助可靠性较高的数据传输通道向BCU（Battery Control Unit，电池组控制单元）模块传输数据与指令。BCU可以使用32位微处理器采集总电压，开展绝缘检测与状态监测，实现继电器驱动。
底层软件架构要符合AUTOSAR标准，通过模块化开发实现移植与扩展，促使开发效率不断提高。应用层软件主要由电池保护、电气伤害保护、故障诊断管理、热管理、继电器控制、从板控制、均衡控制、荷电状态（State of Charge，SOC）估计和通信管理等模块构成，具体架构如图1-2所示。
图1-2 底层软件架构
目前，国内外主流BMS供应商的技术参数如表1-3所示，可以从中窥见BMS的发展动态。
表1-3 国内外主流BMS供应商的技术参数
MCU是核心功率电子单元，可以接收VCU车辆行驶控制指令，对电动机进行控制，让电动机输出指定的扭矩和转速，为车辆行驶提供源源不断的动力。MCU还可以将电池的直流电转化为高压交流电，驱动电机输出机械能。
MCU主要包括外壳及冷却系统、功率电子单元、控制电路、底层软件和控制算法软件。
MCU硬件电路采用的是模块化、平台化设计，功率驱动部分采用的是多重诊断保护功能电路设计，功率回路部分采用的是汽车级IGBT模块并联技术、定制母线电容和集成母排设计，结构部分采用的是高防护等级、集成一体化液冷设计。
MCU底层软件以AUTOSAR开放式系统架构为标准，按照功能设计可以分为状态控制、矢量算法、需求转矩计算和诊断四个模块，其中矢量算法模块可以分为两部分，一是MTPA（最大转矩电流比）控制，二是弱磁控制。
目前，世界主流的MCU硬件供应商的技术参数如表1-4所示。
表1-4 世界主流的MCU硬件供应商的技术参数
目前，按照美国汽车工程师学会（Society of Automotive Engineers，SAE）的划分方法，自动驾驶可以分为L0～L5六个等级，其中L0代表人类驾驶，L1～L5代表自动驾驶的不同成熟度，具体分析如下。
L0级别：完全由驾驶员操作，汽车按照驾驶员的命令执行各种操作。
L1级别：可以辅助驾驶员执行各种驾驶任务。例如，很多车辆配置了自适应巡航系统、雷达等，可以辅助驾驶员控制车距，执行加减速等操作。
L2级别：可以自动完成一些驾驶任务，调整车辆行驶状态。例如，特斯拉不仅可以控制车辆加减速，而且可以控制方向盘。但在这个过程中，驾驶员需要观察周围的环境，随时进行操作，保证车辆安全。
L3级别：可以利用行车电脑控制车辆，支持车辆在特定的环境中独立驾驶，将驾驶人员的手脚解放出来，但驾驶人员不能休息或者睡觉。因为在行车电脑无法做出准确判断时，驾驶人员需要主动干预。
L4级别：车辆可以自主决策，根据实时更新的道路信息实现自动取车还车、自动编队巡航、自动避障等，无须驾驶人员干涉。
L5级别：L5级别的车辆可以做到完全自动驾驶，游刃有余地应对气候、环境、地理位置的变化，不需要驾驶人员做出任何干预，将驾驶人员彻底解放出来。如表1-5所示。
表1-5 自动驾驶等级及应用场景
在SAE的分级体系中，L0～L2为低等级的自动驾驶，L3～L5是高等级的自动驾驶。想要实现从L2到L3的跨越，关键就是要让系统取代驾驶员成为环境监控主体。高级自动驾驶有一个很重要的标志，就是自动驾驶系统能够自主探查并分析周围的环境状况，连续不断地获取周围的环境信息，并根据收集到的信息对驾驶环境的安全性进行判定。
因此，虽然自动驾驶汽车搭载的系统具备夜视、交通识别等功能，但无法作为环境监控主体。为了向L3迈进，L2自动驾驶系统需要在摄像头与雷达外添加高精度地图作为辅助。只有高精度地图、高精度雷达与智能摄像头相结合，三者互为补益，才能实现全场景超强感知，在极端环境下也能很好地对环境进行监控。
目前，市场上还没有出现L3级别的自动驾驶汽车，除了技术限制外，还有交通法规的限制。按照我国自动驾驶汽车发展的相关规划，到2025年，我国要实现L3级别的自动驾驶汽车的普及，L4级别自动驾驶汽车的规模化应用。这表示，继2021年开放L3级别自动驾驶的路权之后，我国将在2025年开放L4级别自动驾驶的路权。或许到2030年，L5级别的自动驾驶汽车就可以实现广泛应用。
随着信息技术不断发展，进入5G网络时代之后，信息传播速度大幅提升，将对生产、生活产生巨大的颠覆。自2019年发放5G牌照起，我国就进入了5G大规模商用阶段，开始向各行各业渗透。除推动通信技术变革外，5G技术的渗透应用将给新能源汽车产业带来重大影响，这种影响主要表现在以下三个方面，如图1-3所示。
图1-3 5G技术给新能源汽车产业带来的三大影响
（1）无人驾驶。进入5G时代之后，数据传输速度更快，精准度更高，可以帮助无人驾驶汽车在行驶过程中对复杂的路况做出准确判断，从而实现高级别的自动驾驶。过去，为了实现无人驾驶，研发人员主要聚焦两个问题，一是传感器的应用，二是外部信息的采集，但这两个问题的解决只能帮助车辆在一定范围内了解路况，而且要面临采集延时、信息精准度不高等问题。但在5G技术的支持下，研发人员可以建立一个完整的监控体系，提高汽车面对危险情况时的响应速度，利用大数据技术为汽车安全运行提供强有力的保障。
（2）随着5G技术在新能源汽车行业的深入应用，车联网系统将变得更加完善，车载导航也将变得更加精准。国家智能网联汽车质量监督检验中心曾开展过一系列5G高精度定位实验，结果表明在5G网络环境中，汽车导航定位的精准度可以达到1.5厘米左右，超乎想象。
（3）在5G网络环境下，人们可以享受到更加便捷的物联网服务，包括手机与汽车互联、汽车与家互联等。在物联网的支持下，汽车智能化、自动化的级别将不断升高，驾乘人员可以听音乐、上网、查找信息，甚至还能对车辆进行远程控制。
当然，5G给新能源汽车行业带来的影响还有很多。虽然目前5G技术还没有实现大规模商用，但它为新能源汽车的发展提供了新思路、新选择。