【正文】 展擁有自主知識產權的汽車發(fā)動機、汽車電子、關鍵總成及零部件。 節(jié)能與新能源汽車具有廣闊的 市場 前景 我國 “十五”期間 卓有成效地 實施了電動汽車重大專項，并已在―十一五 ‖規(guī)劃綱要 中明確提出繼續(xù)重點支持節(jié)能與新能源汽車的研發(fā)和產業(yè)化 ，引起 了 國內外的高度重視。 與此同時，混合動力商用車也得到了快速發(fā)展，特別是混合動力公交客車。 因此 減緩和消除工況循環(huán)下 性能的衰減、 提高 燃料 電池對 空氣中雜質的耐受力 、 改善低溫環(huán)境下 儲存和啟動等 內容 成為研究熱點。 在電動汽車專項執(zhí)行期間，共申請了 796 項國內外專利，其中發(fā)明專利 413 項，有效地提升了我國電動汽車這一核心產品和新 興產業(yè)的競爭力。德國寶馬公司就提出了 CNG→ LNG→ LH2（液化氫氣）的代用燃料發(fā)展戰(zhàn)略。 當前，國際上已成立了 IEA/AMF(International Energy Agency， Implementing Agreement： Alternative Motor Fuels)DME 聯(lián)合研究組織。 3）合成油 近 30 年開發(fā)的 煤 炭 直接液化工藝 有 德國 IGOR+工藝 ，美國氫煤19 法 (HCoal)工藝，日本 NEDOL 工藝 。 1990 年至 2021 年混合動力汽車相關專利共計 157 項，涉及 CAN網絡和總線、功率分配、混合動力車及總成結構及控制、能量回收及21 制動系統(tǒng)控制、瞬態(tài)控制、能量顯示、耦合 裝置等 7 大類。如原先使用發(fā)動機作為動力源的空調，助力轉向系統(tǒng)在用于電動車系統(tǒng)時需要改進，使用電機系統(tǒng)作為動力源；包含電機的驅動系統(tǒng)，電動車輪組件等高度集成，機電一體化的驅動組件是電動車電機系統(tǒng)專利申請的熱點之一。 我國面臨的機遇和采取的對策： 1） 尋找技術突破口，增強技術核心競爭實力是關鍵。 自主創(chuàng)新： 以整車產品為目標，加強系統(tǒng)核心技術的研究，突出企業(yè)創(chuàng)新主體作用，在官、產、學、研緊密結合的成功經驗上創(chuàng)新機制；加強關鍵零部件的開發(fā)，促進系列化、規(guī)模化產業(yè)鏈建設；加強基礎性共性技術的科 學研究，解決深層次技術難點。 完成天然氣、液化石油氣、二甲醚等代用燃料發(fā)動機 和整車 產品研究 開發(fā) ，進行 代用燃料加注站裝備的改進與開發(fā)，成為滿足國內市場需求的主導產品； 建設 代用燃料汽車示范運行工程，擴大代用燃料汽車種類和應用范圍，在典型地區(qū)建立城市間加氣站網絡，實現(xiàn)區(qū)域化推廣。 – 電動輔助系統(tǒng)：電動空調、電動助力轉向、電動助力制動系統(tǒng)匹配、控制和測試技術 。到 2021 年，燃料電池轎車達到千輛級批量生產 能力 的技術經濟指標 ，燃料電池客車達到百輛級生產能力 的技術經濟指標 ；燃料電池汽車商業(yè)化示范產品 獲得載客示范運營許可，并利用奧運會和世博會等重大活動實現(xiàn)燃料電池汽車的初期市場導入。 – 生產技術：試制試驗線建設，產品數(shù)據(jù)管理，檢測規(guī)范，工藝技術、檢測技術研究。 串聯(lián)式混合動力系統(tǒng)集成共性關鍵技術。進一步降低成本，32 完善批量化生產工藝，擴大產業(yè)規(guī)模和應用范圍，實現(xiàn)較大批量的商品銷售。 30 三 、項目發(fā)展戰(zhàn)略 1 指導思想 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 上 ，通過“ 繼承發(fā)展，自主創(chuàng)新，優(yōu)化管理，重點跨越 ”，以市場為導向，重點突破關鍵瓶頸技術，推動節(jié)能與新能源汽車 整車和關鍵零部件的 研發(fā)和產業(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)展提供有力技術支撐 。 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申請，尤其28 是日本的一些研究機構和企業(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生專利。比如，包括永磁電動機的電力轉向系統(tǒng)。在涉及電動制動的4 項專利中有 2 項為國外單位申 請，國外及國內在電動制動領域的研究剛開始。 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 項 目也 已 將開展生物柴油的實用化研究列入計劃。 （ 2） 國內外新型液體燃料汽車技術發(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，目前被廣泛關注的燃料有二甲醚（ DME）、煤制合成油、 生物柴油 和甲醇等。目前全球有近萬輛的 LNG 汽車在投入運行。開發(fā) 了 5 個系列的鎳氫動力電池產品、 2 個系列的鋰離子動力電池產品、 2 個系列的超級電容器產品；研制了 3 個系列的純電動和燃料電池轎車用驅動電機產品， 3 個系列的客車用驅動電機產品；研制了 3 個系列的混合動力客車用主電機產品， 3 個系列的混合動力轎車用 ISG 電機， 2 個系列的混合動力轎車用主電機產品；研制電動汽車用 DC/DC 產品 2 個。美國計劃到 2021 年將車用燃料電池發(fā)動機的當量 成本 (按照 50 萬臺生產量計算 )降到每千瓦 35 美元，與內燃機相當；日本的成本目標則是在 2020 年～ 2030 年之間降到每千瓦 5000 日元（約合 50 美元）。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%，達到 100 萬輛。 “ 十五 ” 電動汽車重大科技專項 和“清潔汽車行動”重大攻關項目 取得 了重要 進展， 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，進一步加大研究、開發(fā)和產業(yè)化的力度。”在《節(jié)能中長期專項規(guī)劃》及相應的十大重點節(jié)能工程中，強調要“發(fā)展混合動力汽車、燃氣汽車、醇類燃料汽車、燃料電池汽車、太陽能汽車等清潔汽車”。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)與產業(yè)化方面，具有更大的自由度，是實現(xiàn)能源和技術轉型及跨越發(fā)展的重大戰(zhàn)略機遇。 2021 年我國進口石油及其產品超過 億噸，石油對外依存度 42%。 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)美國能源部做出的長期估計： 2050 年全球的汽車保有量將增長到 35 億輛，其中發(fā)展中國家增長 15 倍。 燃料電池汽車的研究得到大量經費資助，并正在進行各種示范驗證。世界石油價格從2021 年以來，價格在 3 年時間內上漲 1 倍以 上。 基于 各種資源特點的 多種替代 燃料可以充分發(fā)揮我國地域遼闊和資源多樣性的優(yōu)勢，實現(xiàn)交通能源來源的多樣化。發(fā)揮骨干企業(yè)作用，提高自主品牌乘用車市場占有率。各跨國汽車集團已敏感地感覺到，新能源汽車有可能率先在中國形成巨大的市場， 并紛紛看好中國市場 。其中最具代表性的是在紐約投入示范運行的 OrionBusVI客車、 NovaBus 客車、日野 HIMR 客車以及 MAE 公司開發(fā)的低地板串聯(lián) 混合動力客車。 ? 燃料電池的成 本要大幅度降低 2021 年，美國能源部依據(jù)現(xiàn)有材料與工藝 水平 ，預測在批量生產條件下燃料電池系統(tǒng)的成本為 108 美元 /kW，到 2021 年達到的目13 標成本是 35 美元 /kW。到目前為止，我國已頒布純電動汽車國家標準 20 項，混合動力汽車國家標準 6 項，混合動力汽車測試方法、試驗規(guī)程報告 2項，動力電池標準報批稿 3 項；初步實現(xiàn)了電動汽車的人才聚集，建立了一支結構合理、年富力強的高水平攻關隊伍。 “ 九五 ” “十五” 期間國家科技部 等 13 個部委聯(lián)合 組織全國 16個 試點示范城市和相關企業(yè)、科研機構進行 燃氣汽車 專項技術攻關 和應用示范。有 10 個國家的政府部門、研究機構或公司 參加了這一研究計劃。這些新工藝反應條件相對溫和，工藝和技術路線更趨合理。在 7 大類中，混合動力車總成結構及控制和能量回收及制動系統(tǒng)控制占大多數(shù)，分別為 122 項和 12 項，占總申請數(shù)的 77%和 8%。各類適合電動車的動力總成，包括發(fā)動機＋ ISG，變速箱＋驅動電機，逆變器＋ DCDC等，這樣的高度集成的部件是優(yōu)化系統(tǒng)設計，提供系統(tǒng)性能，降低成本的關鍵技術。通過對專利技術信息的深入分析，國內企業(yè)可以根據(jù)自身的研發(fā)實力，在具體技術領域突破技術瓶頸，在全球范圍內取得市場先機，增強自身在國際市場上的核心競爭力 。 優(yōu)化管理： 繼承“十五”管理經驗， 貫徹科技部 863 計劃管理辦法，優(yōu)化管理結構，強化過程 的 管理和協(xié)調 ，進一步發(fā)揮課題承擔單位的積極性，激發(fā)科技人員創(chuàng)新的積極性 。 關鍵零部件產品：提高性能、降低成本，完成供應鏈體系建設。 – 熱管理技術： 熱管理一體化冷卻系統(tǒng)的優(yōu)化匹配、設計和布置技術，多散熱器的熱平衡優(yōu)化匹配技術，一體化控制策略與優(yōu)化，性能測試方法和冷卻系統(tǒng)的評價方法。 – 2021－ 2021 年， 通過 對十五期間完成的樣車進行可靠性耐久性試驗，驗證動力系統(tǒng)技術平臺性能。 – 舒適性：車內 車外噪聲特性分析和控制；主要噪聲源控制；振動舒適性控制；整車駕駛性評價技術。 35 四 、項目的主要研究內容、目標及具體指標 1 電動汽車 動力系統(tǒng)技術平臺 和 整車產品 燃料電池汽車 動力系統(tǒng)技術平臺和示范樣車 燃料電池汽車動力系統(tǒng)技術平臺 研究 開發(fā) 主要研究內容 研發(fā)燃料電池轎車和燃料電池城市客車動力系統(tǒng)技術平臺，包括： – 動力 系統(tǒng) 技術平臺 集成 ：技術平臺 總布置與優(yōu)化，懸架、轉向和制動系統(tǒng)等底盤總成的匹配優(yōu)化設計，動力系統(tǒng)關鍵部件的懸置技術。 針對不同 市場 的特定需求 ，建立純電動汽車動力系統(tǒng)技術平臺，進行整車總體技術方案優(yōu)化，進一步提高動力電池 和電機等系統(tǒng) 的性能，滿足產業(yè)化需求，整車綜合技術指標達到國際領先水平。專利技術的前瞻性研究十分重要，企業(yè)應不斷加強對技術發(fā)展的方向性與專利保護 的 導向性 進行研究 。 01234發(fā)動機 發(fā)動機零部件 燃燒系統(tǒng) 噴射系統(tǒng) 燃料和燃料供給系統(tǒng)國內國外 圖 2－ 12 二甲醚汽車專利主要技術領域的分布 在“十五”期間，天然氣汽車的專利申請量呈逐年上升的趨勢，而 LPG 汽車和甲醇汽車的專利申請量在 1998~2021 和 2021~2021 期間比較多，在 2021~2021 年度有所下降；二甲醚汽車專利申請數(shù)額比較均勻。如 ，豐田公司提出的電動機驅動控制裝置對電動車系統(tǒng)中24 電機系統(tǒng)的 ―逆變器輸入電壓最佳化 ‖裝置提出了詳細的 ―權利要求 ‖；美國等國對用于汽車輔助系統(tǒng)的電機系統(tǒng)也有多項專利。涉及電動助力轉向的專利中沒有應用于電動汽車的電動助力轉向專利。1998 年奧地利頒布了菜籽油為原料生產的生物柴油生產標準（ Cll90— Cll91）。但國產加氣站設備在可靠性、噪聲、能耗等方面與國外同類產品相比還有較大差距，還有進一步改進技術和提升性能的空間。 液化天然氣（ LNG）汽車的開發(fā)近期為國外汽車行業(yè)所重視。 在電動汽車用動力電池、驅動電機和燃料電池發(fā)動機等關鍵零部件技術、電子控制技術和系統(tǒng)集成技術上取得了較大進展，初步形成電動汽車關鍵零部件研發(fā)體系。同時，也制定了燃料電池的成本降低目標。豐田公司 Prius 轎車于 1997 年首次上市，截止到目前已累計銷售總11 量達 35 萬輛，占混合動力汽車銷售的 65％，其中有一半是在北美市場售出的。一些發(fā)達國家 制定了長期發(fā)展規(guī)劃和路線圖。國家在科技研究、技術改造、新技術產業(yè)化、政策環(huán)境等方面采取措 施，促進混合動力汽車的生產和使用。 我國面臨汽車技術變革的重大機遇 （ 1） 我國具有實 現(xiàn)交通能源動力系統(tǒng)轉型，實現(xiàn)節(jié)能與新能源汽車跨越式發(fā)展的后發(fā)優(yōu)勢。 2021 年至 2021 年 ,我國機動 車燃油消耗量年增長率分別為 3% 、 6% 、 11%和 14%，機動車燃油消耗總量由 2021 年的 5100 萬噸增長到 2021 年的 7000 萬噸，占石油消耗的 25%，隨著汽車保有量的繼續(xù)增加，汽車的 石油消耗將成為石油消耗增 長 的主要因素，影響到我國的石油供應安全。韓國政府從 2021 年 開始 將斥資 1449 億韓元（約合人民幣 億元），用于刺激國內市場對節(jié)能混合動力車的需求， 為每輛混合動力 汽車 購買者提供 2800 萬韓元的補貼。國際能源機構（ IEA）的統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明 ， 2021 全球57%的石油消費在交通領域 ， 預計到 2020 年交通用油占全球石油總消耗 的 62%以上。據(jù)國際能源機構（ 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)。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，最高曾達到 70 美元。我國城市模式以大城市群為主要特點，汽車燃料基礎 設施 容易 集中 建設 ，有利于 實現(xiàn)交通能源系統(tǒng)的轉型 。鼓勵開發(fā)使用