一篇文章让小白了解新能源汽车（上）
本文将分享以纯电动为主的新能源家用汽车的相关知识，包括该类新能源汽车的发展简、产业链、重点技术介绍。然后，也会穿插讲解混动汽车，
在下集，我将会分享市面上部分主流的新能源汽车厂家的介绍、品牌特点及发展，包括一些新能源的购车建议等。
什么是新能源汽车？
百度百科的解释：新能源汽车是指采用非常规的车用燃料作为动力来源（或使用常规的车用燃料、采用新型车载动力装置），综合车辆的动力控制和驱动方面的先进技术，形成的技术原理先进、具有新技术、新结构的汽车。新能源汽车包括四大类型混合动力电动汽车（HEV）、纯电动汽车（BEV，包括太阳能汽车）、燃料电池电动汽车（FCEV）、其他新能源（如超级电容器、飞轮等高效储能器）汽车等。非常规的车用燃料指除汽油、柴油之外的燃料。
字太多了，直接上图讨论算了：
主流新能源汽车驱动方式
燃料电池汽车主要有：甲醇燃料汽车
其他新能源汽车：氢能源汽车（丰田的技术世界领先）
丰田氢能源汽车
鉴于目前的主流市场实际情况，现在先探讨：纯电动汽车、插电式混合动力汽车、增程式混合动力汽车，这三种模式的新能源汽车，有时候会分别简称：纯电、插电混动/插电油电混合、增程混动/增程式油电混合。
三者最典型的特点：
纯电：只用电，没有燃油发动机
插电混动：可油可电，有燃油发动机
增程混动：只用电，有燃油发动机
吐槽：之前还有宣传能“烧水”就能跑的汽车品牌，还获得了不少关注和补贴扶持，我也是醉了，爱迪生在世也不敢这么玩。
一、纯电汽车发展史
诞生：1839年，英格兰人罗伯特·安德森制造出人类历史上第一辆电动三轮汽车（比1886年奔驰申请专利的全球第一台燃油机汽车的诞生早了47年）。
初春：19世纪末，20世纪初，蒸汽汽车在和电动汽车、燃油汽车的竞争中，快速消退，电动车因为技术稳定性和便利性，一度占据发展优势。
寒冬：20世纪20年代起，内燃机技术进步迅速，石油采炼水平提高，电动汽车在竞争中迅速衰落，30年代中后期，基本退出民用市场。
复苏：20世纪70年代起，中东石油危机爆发导致油价暴涨+燃油汽车造成了严重的环境问题，纯电汽车重新引起关注，美国通用、德国奔驰、日本丰田成为电动汽车复苏研发的主要推动力。
崛起：20世纪90年代起至2010年，美、日、德、法、中等陆续在国家层面出台各种政策扶持和发展电动汽车，至此，电动汽车开始在大国国家层面的竞争中全面崛起。
向荣：2010年至今，随着“三电”系统和配套设施、人机交互等技术的飞速发展，电动车终将取代燃油车，已经逐步达成共识，电动车进入了全面发展的阶段。
第一台电动汽车
敲黑板：
1、电动车比燃油车更早出现。
2、目前电动车主力研发国：美国、中国、德国、法国、日本。
3、中国电动汽车的发展的“天降猛男”：万钢。2000年，在德国留学和奥迪工作多年的万钢回到中国，被中国科技部聘任为国家863计划电动汽车重大专项首席科学家、总体组组长。他确立了“三纵三横” (燃料电池汽车、混合动力汽车、纯电动汽车三种整车技术为“三纵”，多能源动力总成系统、驱动电机、动力电池三种关键技术为“三横”）的中国电动汽车研发布局。
4、不管是蒸汽汽车还是纯电汽车，都是英国先发起。天时地利人不和，自己作死，所谓的“贵族精英”为了保护“马车文化”，以保护行人的名义，针对机动车搞了个“红旗法案”，扼杀了汽车产业在英国的发展。法案规定：每一辆在道路上行驶的机动车，必须由3个人驾驶;当车辆行进期间，其中1个驾驶员需在车辆前方60码(约55米)外引导车辆，还需手持红色旗帜警告车辆附近骑士与马车，如有必要需警示车辆停止行进，同时协助对向的马车与机车在狭窄的道路会车。
二、混合动力汽车发展史
插电式混动和增程式混动，包括现在的轻混都属于混动体系，就一起讲。
诞生：1900年，第一台串联式混合动力Lohner-Porscge混动汽车在德国诞生，使用两个前轮轮毂电机驱动车辆行驶，传动系统的设计师是：23岁的费迪南德·保时捷。对，就是大家现在所知道的保时捷的创始人。直到今天，轮毂电机现在还大都出现在电动超跑或者概念车型之上，不得不佩服，一百多年前的天才：费迪南德，在汽车发展史上的影响力究竟有多大。1916年，世界第一台插电式混动汽车在美国诞生。
静默：20世纪20年代-60年代，成本高售价高的混动汽车被燃油车死死碾压，和电动车一样，进入静默期。
复苏：60年代，石油带来的空气污染日益严重。1966年，美国国会通过一项议案，提倡开发和使用低油耗及纯电动车型，美国通用作为新能源急先锋代表，推出了多款概念车，一时间风光无限。混动技术开始复苏。70年代初，日本、德国也开始重新启动混动汽车的研发及推广，以丰田、奥迪、奔驰、宝马为代表。
崛起：90年代末至今。1997年丰田普锐斯上市，是混合动力时代最具代表性的产品，标致着混合动力开始大规模进入市场，后续，本田、通用也推出了相对应的成熟产品，低油耗、高续航、低排放就成为了混动车型的代名词。
繁荣：如今，各大车企都推出了混动车型，混动车型也充当着较长时间内取代燃油车，最终过渡到纯电车的最重要的中间角色。
敲黑板：
1、混动车按照功能分类：混动（又分48V轻混MHEV和混动HEV）、插电混动（PHEV）、非插电混动、增程式混动汽车简单说下相同点和区别。
按照动力输入输出模式分类
（1）在混动领域：48V轻混是欧洲绕开日系车混动的无奈之举的产物，同样48V轻混和油电混动都是过渡产品，最终插电混动是混动行业绝对的主流，增程式混动（虽然某些品牌口口说自己是电动车，但是你烧油又烧电，不就是混动么）只能是偏小众的产品。
（2）比亚迪为代表的国产主机厂，用插电混动，改变了混动市场日系一家独大的格局，并且引领了新的混合技术趋势：纯电模式100km+；实现多种工控智能混动（低速用电、中速油电、高速用油）；馈电省油（馈电4.5L/百公里以下）；快充。插电混动价格，可以加速纯燃油车的淘汰，未来可期。如果要买油电混动，记得首选最新的技术平台，油改电的车型建议直接放弃。新的技术平台：比亚迪DM-i/DM-p、奇瑞DHT、长城DHT、长安iDD。
混动市场路线
（4）插电混动最大的一些技术挑战：
变速箱的可靠性：现在的插电混动车型，主要是用e-CVT变速箱，CVT虽然平顺性好，但是承受的最大扭矩偏小,稳定性略差。现在的插电混动车企，都在宣称自己的产品加速快，扭矩大，一方面整体系统切换的平顺性还没做到很好，另外也没有理性引导用户CVT的使用。插电混动变速箱的后期可靠性一直是难题，希望新技术能改进
EV受限：机动车辆高压系统故障，最常发生在纯电模式下。
结构强度：插电混动因为加了大电池，比一般的燃油车都要重，如何强化车身结构，零配件的耐久性，还需要得到进一步的验证。
2、按发动机与电动机的连接形式分类
按发动机与电动机的连接形式分类
二、新能源汽车产业链
在传统汽车产业链中，处于下游的整车厂，往往需掌握发动机、底盘和变速箱等核心技术，否则会非常被动。
传统汽车产业链构造
在新能源汽车产业链中，核心零部件的研发与车企逐渐分离，下游的整车厂可以外采电池、电控和电机，同时部分智能化硬件与辅助驾驶芯片也可以与其他企业合作开发，降低了整车厂进入的门槛，给予了企业更大的发展空间。同时，具备研发核心能力的整车厂，还可以剥离部分产品（比如电池、电控等）独立运营，寻求大规模的市场营收。充电桩、换电站等服务于新能源汽车后市场的产业也将在产业链中占据愈加重要的地位。
新能源汽车产业链
新能源汽车产业链上中下游部分企业
在这一次新能源汽车发展的浪潮之中，产业链会进一步重构，跟不上发展要求的企业会被快速淘汰，同时也会诞生出一批新的具备足够竞争力的企业。目前，我国手里拿的牌是很不错的。
三、新能源汽车部分核心技术
1、“三电”系统
电动、插电混动、增程式混动都有纯电行驶的功能，都会涉及到“三电”。
在这里，为了方便理解，我就按照电动汽车的“三电”进行分享。
电动汽车三电系统指的是：电池、电机、电控，也有一种说法是：电池、电驱、电控
在这里，姑且我们就把电机和电驱都当成一样的分享。
电动汽车“三电”
“三电”系统重要么？
重要！
如果按照燃油车的功能来简单定义“三电”：
电池：油箱+石油
电机（电驱）：发动机
电控：变速箱
而且，“三电”成本占据了电动成本的大部分：
“三电”占据的成本
“三电”系统为基础，可以组合成出更多新能源可能
“三电”系统组合更多可能
我们再详细看看“三电”里面包含的细分组成部分：
“三电”系统分解
“三电”之：电池
占据“三电”成本接近50%的电池很大程度决定了车子能跑多远
锂电池充放电原理
也很大程度决定了，你的车是不是“移动炸弹”。
汽车动力电池的模块
从材料上来说，目前汽车动力电池
锂电池是主流，钠电池是新贵
乘用车锂电池分类
形形色色的锂电池，我们主要根据正极材料分类（不懂正极的就看看五号电池，凸起的部分就是正极），负极材料大体类似。
三元锂电池：正极采用镍钴锰酸锂或者镍钴铝酸锂，特斯拉领头，保时捷、奥迪、奔驰、宝马、蔚来、理想、威马、小鹏（高端车系）采用，一度占据市场和资本的最前沿风口
磷酸铁锂：以磷酸铁锂为正极材料的锂离子电池，比亚迪的“刀片电池”以一己之力颠覆三元锂电池的市场风向和地位，成功站稳脚跟，并且持续引导市场发力（30W以下市场）
四元电池：正极采用镍、钴、锰、铝，LG化学主推，特斯拉最新款的Model Y预计搭载，也是国内蜂巢能源研究方向之一
锂电池是高投入的产业，目前全球四大天王是：宁德时代、松下电池、LG能源、比亚迪
锂电池全球市场份额
宁德时代的策略：大客户战略，坚定拥抱中国市场，中国市场好，宁德时代就会好
LG化学的策略：都是朋友，全球二十个知名汽车品牌，有18个和LG化学有合作
松下电池：大客户战略，深度捆绑特斯拉。特斯拉现在将部分电池需求开始转移LG化学和宁德时代，松下电池比较尴尬，“我本将心向明月，奈何明月照沟渠”。
比亚迪：崇尚技术，“刀片电池”逆天改命，电池计划从自用到外供。
国内也有一些不错的其他的锂电池厂家，比如国轩高科
敲黑板：
（1）刀片电池本质上也是锂电池。“刀片电池”安全还是“三元锂电池”安全？这个单从材质上说是前者安全。但是！客观来说，动力电池是一个庞大的复杂的系统，材料只是其中很重要的一部分，但绝对不是全部，如果整个电池的保护设计足够好，两个都安全，如果电池保护设计不行，两个都不安全。所以大家还是理性一点。
（3）目前一体式电池是趋势之一，也就是如同手机一样，电池于机身相对结合为一体，汽车电池这么做主要还是为了加强车身的整体结构，也节约成本。
（3）目前动力锂电池我们被“卡脖子”的核心技术：前端设备，掌握在日本和欧美；隔膜（性能优异的隔膜对提高电池的综合性能具有重要的用途），尤其是高端湿法工艺，掌握在日本手里；铝塑膜（软包电池的核心材料，铝塑膜的生产技术难度远高于隔膜、正极、负极、电解液，是锂离子电池包行业内三大高技术之一），掌握在日本和美国。
我们要看到优势，也要看清差距。
锂电池材料组成
动力锂电池成本构成
钠电池：
钠离子这玩意，基础研究始于20世纪70年代，发展中遇到了较多问题，国内最早是中科院在2010年成立了机构研发，后续加入的有交大、宁德时代。海外主要是英国（Faradion）、美国（Natron Energy）、日本（丰田）
钠离子全球研究
为什么是钠离子？
便宜！量大！安全！稳定！快！
目前来看，相对于锂电池，优势：便宜（便宜30-40%），安全稳定，充电快（充电15分钟电量可达80%），特别是在高寒地区高功率应用场景
为啥不开干？
目前还绕不开的缺点：能量密度低，配套技术瓶颈大
目前厂家还在技术攻坚，按照宁德时代的发布会上宣传的，2023年可以形成供应链。
宁德时代提到的第一代钠电池
“三电”之：电机
电机，相当于传统汽车的“发动机”。
电机这玩意，我们很小就已经接触了，看过“四驱兄弟”动画片的人，应该对里面车子的“马达”，印象深刻，这也是电机。
电机的种类很多，网上有大神按照原理整理了一版，我分享给大家看看
电机的分类和功能
太复杂了，我们简单一点，看下目前4大类和我们本次分享有关的
四大类电机
老年人代步车，基本上都是直流电机，高端一点的会用永磁电机；
国内系新能源车企，大部分是永磁电机，占据到95%以上
特斯拉在海外的部分车型会用感应电机（交流异步电机的一种），国内车型逐步用永磁同步
开关磁阻电机以结构简单、坚固耐用、成本低廉以及耐高温等优点而备受瞩目，在高速电机领域（木材、五金、玻璃、石材、PVC、航空、船舶、汽车等行业生产加工设备的配套产品。）的应用比较广泛。
永磁电机和感应电机（交流异步电机）的区别？
最大区别：产生磁场的方式不同（励磁方式不同）
永磁同步电机构造
永磁同步电机：定子线圈是绕组线圈结构，转子是永磁体，当转子线圈中的电流变化产生旋转磁场时，永磁转子便会跟随磁场一同运动
感应电机（交流异步电机）
感应电机（交流异步电机）：没有永磁体，它的转子和定子都是靠通电（交流通过逆变器转直流）且转子的转速总是略低于同步转速，形成相对差，产生磁场。
开关磁阻电动机：利用磁阻最小原理，也就是磁通总是沿磁阻最小的路径闭合，利用齿极间的吸引力拉动转子旋转。
其他对比：
永磁电机需要用到钕铁硼这类的稀土，国内稀土丰富，国内成本可控，并且永磁电机非常高的功率密度和扭矩密度，而且能耗更低；交流异步电机不需要钕铁硼这类稀土，成本十分低廉，工艺简单、运行可靠、维修方便，但是相同情况下需要占用空间较大。
开关磁阻电机，目前噪音大，振动大的技术问题，还需要突破，所以目前在新能源汽车领域应用比较少。
在电机领域，国内一般有两类厂家，一类是具备相完整的产业链研发和制造主机厂自供，比如比亚迪、特斯拉、蔚来，一类是第三方的配套厂，比如：上海电驱动、汇川技术、方正电机、华域电动、日本电产等。
新能源汽车电机市场份额
敲黑板：
（1）电机目前国产化水平满足基本的使用问题不大。但是距离国际先进水平，还有很大差距，比如：耐电晕电磁线、绝缘材料、高速轴承、硅钢片等基本依赖进口，且永磁体和硅钢片等利用率比国外低10%左右，轮毂电机国内除了比亚迪有相对比较前沿的研究，其他企业还仍旧落后。
（2）电机未来的趋势是：高功率、高集成、高效率、低能耗、小型化，电机+减速器+电机控制器的三合一电驱系统或将成为未来的标配。
三合一电机
（3）不同驱动模式，电机的配置也会逐步标准化
各驱动模式
“三电”之：电控
定义：电机、电控系统作为传统发动机(变速箱)功能的替代，其性能直接决定了电动汽车的爬坡、加速、最高速度等主要性能指标。同时，新能源汽车电机、电控系统面临的工况相对复杂：需要能够频繁起停、加减速，低速/爬坡时要求高转矩，高速行驶时要求低转矩，具有大变速范围；混合动力车还需要处理电机启动、电机发电、制动能量回馈等特殊功能。
各车型电控系统
新能源汽车电控系统可分为主控制器与辅助控制器：
（1）主控制器：控制汽车的驱动电机，即通过接收整车控制器与制动踏板、油门踏板、换挡机构等控制机构传送的控制信息，对驱动电机的电动机转矩、转速与转向进行控制，并可对动力电池的电压、电流输出进行相应控制。
（2）辅助控制器：控制汽车的助力转向泵电机、空调电机、BSG（利用皮带传动兼顾启动和发电的一体机）电机。
新能源汽车电控系统主要由逆变器、驱动器、电源模块、控制器、保护模块、散热系统信号检测模块等组件组成，其中，逆变器、驱动器与控制器为电控系统的核心部件：
（1）逆变器：对驱动电机电流进行控制，主要由IGBT（绝缘栅双极型晶体管）功率模块组成。
（2）启动模块：将微控制器对电机的控制信号转换为驱动功率逆变器的驱动信号，并实现功率信号和控制信号的隔离。
（3）控制器：主要包括微处理器及其最小系统，是对电机电流、电压等状态的监测电路、保护电路及控制器、电池管理系统等外部控制单元数据交互的通信电路。控制软件根据不同类型电机的特点实现相应的控制算法。
电池是基础能源与动力来源，驱动电机则将此车载能源转化为行驶动力，而电控系统控制整个车辆的运行与动力输出。在车辆行驶过程中，逆变器接收电池输送的直流电电能，并将其逆变为三相交流电给汽车驱动电机提供电源，而控制器接收驱动电机转速、转矩等信号反馈至仪表，当出现加速或制动行为指令时，控制器通过控制变频器频率的升降，从而达到加速或减速的目的。
电控系统组成部分
从电控系统在新能源汽车整车各功能的应用，如下图
电控系统在新能源汽车应用简图
电控系统核心技术：IGBT功率模块
IGBT的全称是Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管的意思。多在直流电压为500伏或以上的变流系统中使用。充电：交流转换成电池需要的直流电；行驶：直流转换交流供给交流电机，同时在这一转换过程中，IGBT芯片还需要实时调控全车电压，起着变压器的作用。另外，IGBT也是新能源车中核心的功率控制器件，它可以根据油门输入大小以及车辆的状态调节整车输出功率。还有，要想做到智能控制车载空调系统，也离不开IGBT芯片的作用。
IGBT结构简图
新能源汽车电控系统对IGBT功率模块的需求与传统内燃机汽车相比，新能源汽车工况较为复杂，导致其电控系统的内部环境较恶劣，内部温升极高。因此，汽车级IGBT功率模块的工作温度范围需达到-40-125°C。IGBT功率模块作为电控系统的主功率变换元器件，长期处于高负荷运转，其内部芯片温度可达50-80°C。目前，在汽车工业领域，IGBT功率模块需通过热循环、热冲击、功率循环等一系列试验及设计验证以保证模块的可靠性与散热性。
IGBT指标要求
IGBT在电控系统中的成本占比也是最高的，占据40%以上：
IGBT占电控系统的价值比
上下游产业链来分，国内的IGBT产业链部分重点的企业大致如下：
产业链企业情况
上游主要是电子元器件供应商，中游新能源汽车电控系统集成商及下游新能源汽车主机厂组成，下游是主机厂。
必须很清醒的知道：
（1）中国IGBT市场80%以上依赖进口，仍由英飞凌、ABB、三菱、东芝、富士等国际供应商主导。同时，IGBT行业市场集中度较高，全球Top5供应商市场份额达到总量的70以上%。目前，国内能掌握全产业链的是中车和比亚迪。
国内新能源汽车IGBT产业链
（2）电控系统软件层面，我们在应用层面是做的很好的，这也是我们的优势。但是在支撑的技术层面，尤其是电控系统研发中，大型计算机软件与仿真技术、操作系统等也是我国欠缺的方面，这些技术近乎为零。
（3）发展趋势：电控结构功能高杜集成化、电控系统高效率。
电控集成化
驱动电机控制器与转向助力泵电机控制器、气泵电机控制器、车载DC/DC控制器、车载充电器等多合一电控系统产品，及电空调、电除霜、电加热等高压配电集成产品已开始在电动乘用车与商用车中投入应用。
电控系统高效率化
新能源汽车电控系统效率优化技术包括载频动态调整技术、过调制技术与双面散热技术，上述技术对提升汽车的续航里程，至关重要。
2、汽车芯片
新能源汽车芯片重要么？
举个例子吧：现在的新能源汽车，以小鹏P7为例子，需要1700颗芯片。更高端的可能需要突破2000颗。
汽车芯片按照功能分类的话，主要可以分为四大类：负责算力的功能芯片；负责功率转换的功率芯片；传感器芯片；其他芯片，如储存器芯片。互联芯片每一大类又可以细分为不同的品类。
汽车芯片细分应用
汽车芯片要求高么？
我们看看和其他芯片的对比：
汽车芯片和其他芯片的对比
再看看汽车芯片的更具体的要求：
各部分汽车芯片级别要求
消费级的芯片主要考量：性能、功耗、成本，制程从28nm到5nm。
汽车级的芯片主要考虑：稳定、安全、耐久，制程从130nm到45nm。
所以，汽车芯片从开发到大规模量产的周期远比消费级要长，和主机厂黏性也越强。
汽车芯片从开发到量产
我们目前在汽车芯片领域有优势么？
首先，看下产业链
汽车芯片产业链
然后，我们再看下市场份额（2019年）
2019年全球汽车芯片市场份额
我们再看看占到汽车芯片35%以上的MCU芯片的占比。
微控制器（Micro-controller Unit，简称MCU）(SingleChipMicrocomputer)，是指随着大规模集成电路的出现及其发展，将计算机的CPU、RAM、ROM、定时数器和多种I/O接口集成在一片芯片上，形成芯片级的计算机，为不同的应用场合做不同组合控制。汽车中比如单独控制后视镜、空调、灯光等的芯片都属于MCU芯片。
2020年汽车MCU市场份额
2020年车规级MCU市场占有率，瑞萨电子（30%）、恩智浦（26%）、英飞凌（14%）、赛普拉斯（9%）（被英飞凌收购）、德州仪器（7%），微芯科技（7%）和意法半导体（5%）抢占98%的市场，剩下的其他厂商共占2%。
所以，这就是我们在汽车芯片这块90%依赖进口的原因。
“缺芯少魂”的现象，在汽车领域，依旧存在。
3、其他技术：
专用空调：目前电动汽车标定的续驶里程是不含空调的，但在具体使用过程中，一打开空调，续驶里程就下降很多。空调能耗太大，很多用户不敢使用空调，影响电动汽车的驾乘舒适性。据他介绍，空调制冷、制热会使续驶里程降低三分之一，甚至更多。
轻量化：电动汽车车重每降低10％，续驶里程将增加6％。电动汽车“减重”可有效降低能耗。据了解，目前电动汽车轻量化的主要技术发展方向有三个：材料轻量化、结构轻量化和连接轻量化。
写在上集的最后：
我国的体制优势之一就是可以“集中力量办大事”，创造了很多奇迹：基建奇迹、高铁奇迹、5G奇迹……同样，在新能源汽车领域，经过20年的发展，也取得了惊人的成就，未来可期。我们有机会弯道超车，重构美日德等欧美强国主导了百年的汽车领市场。
我们在应用层做的很不错，但是在最基础的底层研究，比如核心的材料、加工工艺、软件系统等方面，差距是非常明显的，我们还是需要有很清醒的认知，弯道超车之路，任重道远。
期待，在国家大力发展“专精特新”的战略下，涌现出更多“天降猛男”，一个个把我们卡脖子的问题解决。
下集：一篇文章让小白了解新能源汽车（下），我将会分享市面上部分主流的新能源汽车厂家的介绍、品牌特点及发展，包括一些新能源的购车建议等。
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