【正文】 耗 的 62%以上。 混合動力 作為新型汽車能源動力 技術(shù) 共性平臺 繼承了 先進(jìn) 內(nèi)燃機(jī)技術(shù)，結(jié)合高效潔凈的電力驅(qū)動方式， 既 充分 利用現(xiàn)有燃料基礎(chǔ)設(shè)施， 又能包容各種 代用燃料 ，現(xiàn)已成為新型動力汽車產(chǎn)業(yè)化的里程碑 。 各國 政府 積極推動節(jié)能與新能源 汽車技術(shù) 的 發(fā)展 汽車工業(yè)在推動國家經(jīng)濟(jì)發(fā)展和保障國家能源安全方面具有重要 作用 ，各國政府都對汽車 節(jié)能與新能源 技術(shù)發(fā)展給予了高度的重視。 在各種研發(fā)計劃和鼓勵政策的推動下，節(jié)能與新能源汽車在國外得到快速發(fā)展，其中混合動力汽車最有代表性。據(jù)國際能源機(jī)構(gòu)（ IEA） 2021 年統(tǒng)計，全球能源科技研發(fā)公共資金中約 12％投入到燃料電池研發(fā)。據(jù)不完全統(tǒng)計，目前全世界約有 40 家知名的大型汽車制造公司生產(chǎn)燃?xì)馄嚕?全 球 的燃?xì)馄?總量 已超過 1200 萬輛，其中天然氣汽車在 60 多個國家得到了廣泛推廣應(yīng)用， 超過 6000 座天然氣加氣站在實際運(yùn)行。2021 年，我國汽車產(chǎn)量和銷量均超過 570 萬輛，分別居世界第 3 位和第 2 位，汽車保有量達(dá)到 3000 多萬輛。 2021 年我國進(jìn)口石油及其產(chǎn)品超過 億噸，石油對外依存度 42%。到 2021 年每桶原油的價格多次上升到 60 美元以上，是 2021 年價格的 倍，最高曾達(dá)到 70 美元。 2021 年 3 月國內(nèi)汽油批發(fā)價格又上漲300 元。此外， 我國已經(jīng)成為世界上第二大 CO2排放國，由此產(chǎn)生的國際政治和5 經(jīng)濟(jì)爭端將會愈演愈烈。目前國際上新能源汽車尚未形成新興工業(yè)體系，而我國汽車普及率低，在汽車動力系統(tǒng)選擇和新能源汽車研發(fā)與產(chǎn)業(yè)化方面，具有更大的自由度，是實現(xiàn)能源和技術(shù)轉(zhuǎn)型及跨越發(fā)展的重大戰(zhàn)略機(jī)遇。我國城市模式以大城市群為主要特點，汽車燃料基礎(chǔ) 設(shè)施 容易 集中 建設(shè) ，有利于 實現(xiàn)交通能源系統(tǒng)的轉(zhuǎn)型 。在新形勢下，黨中央和國務(wù)院 高度重視能源和環(huán)境問題，并在我國國民經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展第十一個五年規(guī)劃的建議中明確提出必須加快轉(zhuǎn)變經(jīng)濟(jì)增長方式，要把節(jié)約資源作為基本國策，保護(hù)生態(tài)環(huán)境，加快建設(shè)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展與人口、資源 和 環(huán)境的協(xié)調(diào)發(fā)展。與電動汽車密切相關(guān)的“低能耗與新能源汽車”被列入 68 項優(yōu)先主題，“氫能及燃料電池技術(shù)”被列入 27 項前沿技術(shù)?！痹凇豆?jié)能中長期專項規(guī)劃》及相應(yīng)的十大重點節(jié)能工程中，強(qiáng)調(diào)要“發(fā)展混合動力汽車、燃?xì)馄嚒⒋碱惾剂掀?、燃料電池汽車、太陽能汽車等清潔汽車”。鼓勵開發(fā)使用節(jié)能環(huán)保和新型燃料汽車。 新世紀(jì)，世界汽車工業(yè)正面臨著動力系統(tǒng)轉(zhuǎn)型的重大轉(zhuǎn)折期，由于 傳統(tǒng)汽車強(qiáng)國 實施這一重大轉(zhuǎn)折將要承受 較 大的沉沒成本，整個汽車產(chǎn)業(yè)也具有巨大的慣性。 “清潔汽 車行動”在天然氣汽車和液化石油氣汽車產(chǎn)品研發(fā)和示范運(yùn)行方面，取得了重要的進(jìn)展。 “ 十五 ” 電動汽車重大科技專項 和“清潔汽車行動”重大攻關(guān)項目 取得 了重要 進(jìn)展， 成果得到評審專家和社會的充分肯定，但也同時指出我們的成果 與國際先進(jìn)的發(fā)展水平相比，仍存在一定的差距，還需作不懈的努力，進(jìn)一步加大研究、開發(fā)和產(chǎn)業(yè)化的力度。 2021 年 11 月，豐田公司已在中國生產(chǎn)和銷售 Prius 混合動力轎車，通用也與上汽集團(tuán)合作在 2021 年 啟動 為期 2 年的燃料電池9 汽車商業(yè)化示范運(yùn)行項目。 據(jù) 初步 測算， “十一五”期間，我國 燃?xì)馄嚨?市場 將超過 100 萬輛 ； 巴基斯坦、印度、孟加拉國等周邊國家 天然氣資源豐富 ， 也為我們提供了 數(shù) 百 億美元 的市場潛力。重點是市政特殊用車、固定線路的公交車、公務(wù)車隊用車和私人用車等領(lǐng)域。按照豐田公司的計劃， 2021 年豐田公司的混合動力汽車銷售量占整個銷售量的 10%，達(dá)到 100 萬輛。 目前，混合動力汽車技術(shù)發(fā)展表現(xiàn)為： ? 轎車混合動力系統(tǒng)的模塊化愈加明顯，逐步推進(jìn)汽車動力的電氣化。通過換用不同的發(fā)電機(jī)組即 APU，是從汽、柴油內(nèi)燃機(jī)到氣體燃料發(fā)動機(jī)各種不同的能源動力轉(zhuǎn)化裝置，形成 油 — 電、氣 — 電、電— 電 等 各種不同混合動力系統(tǒng)，促進(jìn)動力系統(tǒng)的平穩(wěn)過渡與轉(zhuǎn)型。 燃料電池汽車 商業(yè)化的路線圖逐步明確。美國計劃到 2021 年將車用燃料電池發(fā)動機(jī)的當(dāng)量 成本 (按照 50 萬臺生產(chǎn)量計算 )降到每千瓦 35 美元，與內(nèi)燃機(jī)相當(dāng)；日本的成本目標(biāo)則是在 2020 年～ 2030 年之間降到每千瓦 5000 日元（約合 50 美元）。為此需要研究滿足壽命與性能要求的廉價替代材料（如超低 Pt 擔(dān)量的電極、大于 120 度高溫低濕度膜等）與改進(jìn)關(guān)鍵部件的制備工藝，并逐步建立批量生產(chǎn)線。 到 2021 年實現(xiàn)高性價比的鎳氫動力電池產(chǎn)業(yè)化和商品化， 實現(xiàn)高安全性和長壽命的鋰離子動力電池批量化生產(chǎn)。 經(jīng)過四年攻關(guān)，我國電動汽車研發(fā)能力由弱變強(qiáng)，三類電動汽車14 分別完成了功能樣車、性能樣車和產(chǎn)品樣車試制。開發(fā) 了 5 個系列的鎳氫動力電池產(chǎn)品、 2 個系列的鋰離子動力電池產(chǎn)品、 2 個系列的超級電容器產(chǎn)品；研制了 3 個系列的純電動和燃料電池轎車用驅(qū)動電機(jī)產(chǎn)品， 3 個系列的客車用驅(qū)動電機(jī)產(chǎn)品；研制了 3 個系列的混合動力客車用主電機(jī)產(chǎn)品， 3 個系列的混合動力轎車用 ISG 電機(jī)， 2 個系列的混合動力轎車用主電機(jī)產(chǎn)品；研制電動汽車用 DC/DC 產(chǎn)品 2 個。 （ 2）我國電動汽車技術(shù)與國外相比仍存在較大差距 15 “十五”電動汽車重大科技專項取得的進(jìn)展，是電動汽車走向產(chǎn)業(yè)化的第一步，但與國際先進(jìn)的電動汽車發(fā)展水平相比，仍存在較大的差距，還需作不懈的努力。 3 代用燃料汽車國內(nèi)外技術(shù)現(xiàn)狀及趨勢 （ 1） 國內(nèi)外代用燃料汽車技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢 目前，應(yīng)用最廣泛的汽車代用燃料是天然氣（ CNG/LNG）和液化石油 氣（ LPG）。稀燃閉環(huán)控制的燃?xì)獍l(fā)動機(jī)正在成為國外燃?xì)馄囶I(lǐng)域研發(fā)的熱點，康明斯和戴姆勒 克萊斯勒公司分別推出了稀燃帶氧化催化轉(zhuǎn)化器的 CNG發(fā)動機(jī)產(chǎn)品，該類發(fā)動機(jī)的排放達(dá)到歐 III限值以上要求。目前全球有近萬輛的 LNG 汽車在投入運(yùn)行。 初步建立起我國燃?xì)馄嚠a(chǎn)業(yè)化的技術(shù)平臺， 制定 了燃?xì)馄?及加氣站 的部分標(biāo)準(zhǔn)，并初步形成了燃?xì)馄囮P(guān)鍵零部件的測試評價能力 ，取得了一批重要的科技成果。 “ 九五 ” “十五”國家攻關(guān)項目的帶動下，國內(nèi)燃?xì)馄囌w技術(shù)水平得到快速提升。因此，在已有工作基礎(chǔ)上進(jìn)一步加強(qiáng)對 燃?xì)獍l(fā)動機(jī)的研究開發(fā)和產(chǎn)業(yè)化，對我國燃?xì)馄嚠a(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展具有重要的意義。 （ 2） 國內(nèi)外新型液體燃料汽車技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢 近年來國 際上探求車用氣體燃料的同時，新型液體燃料的研究也異?；钴S，目前被廣泛關(guān)注的燃料有二甲醚（ DME）、煤制合成油、 生物柴油 和甲醇等。 在 VOLVO 城市公交車上，獲得了良好的動力性能，降低了 排放。我國山東、陜西、四川、內(nèi)蒙古、新疆、上海等地已建成或正在建設(shè) 一批規(guī)模不等的二甲醚制造基地。到 2021 年止，計劃以非石油的替代燃料替代總進(jìn)口石油燃料的 10% 。 我國生物柴油的研究與開發(fā)雖起步較晚，但發(fā)展速度很快，“ 十五 ” 清潔汽車 攻關(guān) 項 目也 已 將開展生物柴油的實用化研究列入計劃。近年來美國、德國、日本等陸續(xù)成功地完成了日處理 150600 噸煤的大型工業(yè)性試驗，有的已完成了建設(shè)商業(yè)化工廠的研究和初步設(shè)計。 4 專利分析 檢索 和分析了 1985 年 ~2021 年 間在我國申請的與電動汽車（ 純電動汽車整車、混合動力汽車整車、燃料電池汽車整車、動力電池和燃料電池 ）、代用燃料汽車（ 天然氣汽車、液化石油氣汽車、醇醚汽車、氫內(nèi)燃機(jī)汽 車）等節(jié)能與新能源汽車 相關(guān)的專利 。 （ 1）純電動汽 車的專利特點 1）整車專利較少，國外很少申報整車專利，相關(guān)專利都是國內(nèi)近年申報的，主要集中在低地板電動公交車。在涉及電動制動的4 項專利中有 2 項為國外單位申 請，國外及國內(nèi)在電動制動領(lǐng)域的研究剛開始。 在混合動力汽車發(fā)動機(jī)和電機(jī)間的功率分配、不同工況之間的瞬態(tài)控制、以及動力總成之間的耦合裝置，如電機(jī)和變速箱集成一體化方面的專利申請很少，在“十一五”期間國內(nèi)可在這方面做大量的工作，進(jìn)行創(chuàng)新。 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 CAN 功率分配 HEV及總成 及控制 能量回收 制動控制 耦合裝置 國內(nèi)申請 國外申請 22 01020304050整車控制 局域網(wǎng) 儲氫罐 能量回饋國內(nèi)申請國外申請 圖 2－ 3 燃料電池汽車專利申請書數(shù)量及分布 （ 4）動力電池專利特點 鋰電池、鎳氫電池的年申請趨勢均呈增長趨勢；鋰離子電池方面，國外申請量明顯高于國內(nèi) 申請量，鎳氫電池方面國外申請人的申請量略低于國內(nèi)申請人的申請量，國外申請人主要是日本的研究機(jī)構(gòu)和企業(yè)；鋰離子電池在電極和材料以及制造方面的申請基本呈現(xiàn)增長趨勢，而鎳氫電池在電極和材料以及制造方面的申請在近幾年有下降趨勢；電池管理系統(tǒng)的專利申請呈現(xiàn)增長的趨勢。在電動汽車專項設(shè)立后的幾年中，本部分專利的申請量均呈上升趨勢。比如，包括永磁電動機(jī)的電力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。 02468102021 2021 2021 2021 2021國內(nèi)國外 圖 26 電機(jī)及其控制系統(tǒng)和 DC/DC 變換 代用燃料汽車專利分析 檢索 和分析了 1985 年 ~2021 年 間在我國申請的與天然氣汽車、液化石油氣（ LPG）汽車、醇醚汽車、氫內(nèi)燃機(jī)汽車等代用燃料汽車 相關(guān)的專利 。 01020304050607080天然氣汽車 L P G 汽車 甲醇汽車 氫汽車 二甲醚汽車國內(nèi)國外 圖 27 清潔燃料汽車的專利分布 （ 1） 天然氣汽車 的專利特點 整車的專利少； 部件專利主要集中在 發(fā)動機(jī)零部件和燃料供氣系統(tǒng)方面。在發(fā)動機(jī)整機(jī) 方面，國外和國內(nèi)申請 專利數(shù) 相當(dāng)，分別占總數(shù)的 %和%；發(fā)動機(jī)零部件方面的專利主要是國內(nèi)申請，占總數(shù)的 %。 05101520251985~1997 1998~2021 2021~2021 2021~2021天然氣汽車L P G 汽車甲醇汽車氫氣汽車二甲醚汽車 圖 2－ 12 清潔燃料汽車專利年分布趨勢 專利分析 結(jié)論 通過對上述數(shù)據(jù)的分析，可以看到，在 節(jié)能與新能源汽車 整車方面，專利申請量不大，并且申請人主要集中于國內(nèi)的院所和企 業(yè)；而電池方面申請量比較大，且國外申請人的申請量高于國內(nèi)申請，尤其28 是日本的一些研究機(jī)構(gòu)和企業(yè)在我國申請了大量的電池專利，其原因可能在于國外在動力電池和燃料電池方面的研究開始比較早，而且電池方面容易產(chǎn)生專利。 2） 采取緊隨策略，有效運(yùn)用專利信息數(shù)據(jù)，探索企業(yè)發(fā)展空間，定位企業(yè)知識產(chǎn)權(quán)競爭優(yōu)勢，確定企業(yè)在市場中的生產(chǎn)經(jīng)營方向。 3） 深入分析競爭對手專利技術(shù)信息，汲取國外先進(jìn)企業(yè)在知識產(chǎn)權(quán)領(lǐng)域的先進(jìn)經(jīng)驗， 調(diào)查 競爭對手的研發(fā)動向以及潛在侵權(quán)對象。 4） 靈活運(yùn)用專利申請、保護(hù)、實施策略，實現(xiàn)知識產(chǎn)權(quán)的最大29 價值。 30 三 、項目發(fā)展戰(zhàn)略 1 指導(dǎo)思想 遵循汽車工業(yè)發(fā)展和科技項目研發(fā)的規(guī)律，在 “ 十五 ” 電動汽車重大 科技 專項 和“十五”清潔汽車行動研發(fā) 成果的基礎(chǔ) 上 ，通過“ 繼承發(fā)展，自主創(chuàng)新，優(yōu)化管理，重點跨越 ”，以市場為導(dǎo)向，重點突破關(guān)鍵瓶頸技術(shù)，推動節(jié)能與新能源汽車 整車和關(guān)鍵零部件的 研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化，提升我國汽車 工業(yè)核 心競爭能力，為保障能源安全、控制環(huán)境污染，實現(xiàn)汽車工業(yè)可持續(xù)發(fā)展提供有力技術(shù)支撐 。 重點跨越： 以核心技術(shù)、共性平臺技術(shù)的突破為重點，通過國家項目 的帶動， 實現(xiàn)燃料電池汽車綜合技術(shù)與示范運(yùn)營的跨越，混合動力汽車核心技術(shù)與產(chǎn)業(yè)規(guī)模的突破，純電動汽車關(guān)鍵技術(shù)與市場應(yīng)用的拓展，關(guān)鍵零部件工程化 、 產(chǎn)業(yè)化和供應(yīng)商角色的轉(zhuǎn)化。 深入研究燃料電池發(fā)動機(jī)等關(guān)鍵技術(shù)，掌握動力系統(tǒng)技術(shù)平臺核心技術(shù)，形成自主開發(fā)體系和完整的技術(shù)鏈和產(chǎn)品鏈 ，逐步降低整車成本，整車綜合技術(shù)指標(biāo)達(dá)到國際先進(jìn)水平。提高整車可靠性、環(huán)境適應(yīng)性和舒適性，降低整車成本，綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)達(dá)到國際先進(jìn)水 平。進(jìn)一步降低成本，32 完善批量化生產(chǎn)工藝，擴(kuò)大產(chǎn)業(yè)規(guī)模和應(yīng)用范圍，實現(xiàn)較大批量的商品銷售。提高燃料電池發(fā)動機(jī)、動力電池、驅(qū)動電機(jī)和代用燃料發(fā)動機(jī)等關(guān)鍵零部件的綜合性能，提高安全性、環(huán)境適應(yīng)性、可靠性和使用壽命，綜合技術(shù)指標(biāo)達(dá)到國際先進(jìn)水平。進(jìn)一步提高整車和關(guān)鍵零部件的性能指標(biāo)和安全性、環(huán)境適應(yīng)性、可靠性、耐久性，降低成本。形成整車、動力系統(tǒng)技術(shù)平臺和關(guān)鍵零部件的研發(fā)體系，促進(jìn)整車和零部 件產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟的形成和關(guān)鍵零部件的行業(yè)培育。 串聯(lián)式混合動力系統(tǒng)集成共性關(guān)鍵技術(shù)。 – 電磁兼容： 電磁兼容電磁環(huán)境測 試與分析技術(shù)，主干擾源、敏感元件及傳遞途徑識別與機(jī)理研究，電磁兼容設(shè)計與預(yù)測技術(shù)研究，系統(tǒng)抗干擾技術(shù)研究。 研制各具技術(shù)特征的 燃料電池汽車動力系統(tǒng)技術(shù)平臺，向不同示范樣車產(chǎn)品輻射。 C 相對濕度： 10% 90% 海拔高度：≤ 1000m 可靠性 平均故障間隔里程（ km） ≥ 2021 ≥ 2021 耐久性 使用壽命（萬公里） ≥ 15 ≥ 15