【文章內(nèi)容簡介】 方式（如圖）。串聯(lián)式的優(yōu)點(diǎn)是只用電能驅(qū)動可以實(shí)現(xiàn)“”排放，發(fā)動機(jī)運(yùn)行狀態(tài)能夠保持穩(wěn)定、高效、低污染；其缺點(diǎn)是電池組容量要求大，中小型車空間難以滿足，驅(qū)動電機(jī)對功率要求高，能量轉(zhuǎn)換次數(shù)多、損耗大、效率低，發(fā)動機(jī)發(fā)電機(jī)和電池組匹配度要求高。并聯(lián)式的優(yōu)點(diǎn)是基本為發(fā)動機(jī)驅(qū)動、總能源轉(zhuǎn)換效率高，發(fā)動機(jī)功率要求不高、成本較低，驅(qū)動電機(jī)體積較小、空間適應(yīng)性好；其缺點(diǎn)是動力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、空間布置和相關(guān)控制復(fù)雜，難以實(shí)現(xiàn)真正的“”排放?；炻?lián)式的優(yōu)點(diǎn)是有獨(dú)立電驅(qū)動模式實(shí)現(xiàn)“排放”，發(fā)動機(jī)要求功率小，提高燃油利用經(jīng)濟(jì)性，各動力總成的功率和體積小，有害氣體排放小，綜合能量轉(zhuǎn)化率高；其缺點(diǎn)是需要兩套驅(qū)動系統(tǒng)、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，需要配套多能源動力總成控制系統(tǒng)，空間布置困難、成本高。圖 混合動力車的動力架構(gòu)方式（）純電動汽車()純電動汽車的關(guān)鍵技術(shù)主要包括電池技術(shù)、充電技術(shù)、電機(jī)驅(qū)動及控制技術(shù)、電動汽車整車技術(shù)以及電池管理系統(tǒng)技術(shù)。11 / 43圖 整車控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)示意圖? 電池技術(shù)在蓄電池技術(shù)領(lǐng)域，具有重量輕、儲能大、功率大、無污染（也無二次污染）、壽命長、自放電系數(shù)小、溫度適應(yīng)范圍寬泛等優(yōu)點(diǎn)的鋰離子電池技術(shù)逐漸取代鉛和鎳氫電池，成為純電動汽車中的核心技術(shù)之一。我國在鋰離子電池方面的研究水平，有多項(xiàng)指標(biāo)超過了 提出的 年長期指標(biāo)所規(guī)定的目標(biāo)。超級電容具有充電快、無記憶充放電、充放電循環(huán)次數(shù)高、無二次污染等優(yōu)異特性，但有放電快的缺點(diǎn)；鋰離子電池具有儲電量大、儲存時間長的優(yōu)點(diǎn)，但充電時間比較長。取兩者之長，結(jié)合起來使用在電動汽車上，除了可以具有傳統(tǒng)純電動汽車的“電代油”和“零排放”主要優(yōu)點(diǎn)外，還具有一次充電行駛距離長（可達(dá) 公里）、速度快（可達(dá) 公里小時）、行使過程中能量回收效率高等優(yōu)點(diǎn)，代表了純電動汽車的最新發(fā)展方向之一。如富士重工和 聯(lián)合開發(fā)“鋰離子電容器”，能量密度達(dá) 瓦時千克，為先前電容器的 倍，達(dá)到了用于純電動汽車的實(shí)用水平。? 超快充電技術(shù)采用傳統(tǒng)的慢速充電法，純電動汽車充滿一次電要好幾個小時。這雖然能夠保證相對較長的續(xù)駛里程，但由于要安裝許多電池，增加了車輛的重量和成本，對電池一致性的要求也較高。現(xiàn)在，快速充電電池技術(shù)出現(xiàn)，具有壽命長（可充電 次以上）、沒有記憶性、可以大容量充電及放電等特點(diǎn)，在幾分鐘內(nèi)就可充 的電。? 電力驅(qū)動及其控制技術(shù)電動機(jī)與驅(qū)動系統(tǒng)是電動汽車的關(guān)鍵部件，驅(qū)動電機(jī)應(yīng)具有調(diào)速范圍寬、轉(zhuǎn)速高、啟動轉(zhuǎn)矩大、體積小、質(zhì)量輕、效率高且有動態(tài)制動強(qiáng)和能量回饋等待性。目前電動汽車用電動機(jī)主要有直流電動機(jī)、感應(yīng)電動機(jī)、永磁無刷電動機(jī)和開關(guān)磁阻電動機(jī)四類。? 電動汽車整車技術(shù)整車輕量化始終是汽車技術(shù)重要的研究內(nèi)容，純電動汽車由于布置了電池組，整車重量增加較多，輕量化問題更加突出。通常通過對整車實(shí)際使用工況和使用要求分析，對電池電壓、容量、驅(qū)動電機(jī)功率、轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩、整車性能等車輛宏觀參數(shù)總體優(yōu)化，合理選擇電池和電機(jī)參數(shù)；通過結(jié)構(gòu)優(yōu)化和集成化、模塊化優(yōu)化設(shè)計(jì)，減輕動力總成、車在能源系統(tǒng)的重量；此外，積極采用輕質(zhì)材料和利用技術(shù)對車身承載結(jié)構(gòu)件進(jìn)行有限元分析研究，用計(jì)算和試驗(yàn)結(jié)合的方式實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)最優(yōu)化。? 電池管理系統(tǒng)電池管理系統(tǒng)()管理的對象是電動汽車動力系統(tǒng)的電池，面對動力電池在電動汽車上工作時的苛刻的充放電狀況，防止過充電與過放充、避免深度放電、 和剩余行駛里程的預(yù)測。電池在大功率充放電時，電池組發(fā)熱，在電池箱內(nèi)形成一定的溫12 / 43度梯度，使得各個單體電池工作時的環(huán)境溫度不一致，將會削弱各單體電池間的均衡性，降低電池組的充放電能力。針對這樣的情況， 必須具備先進(jìn)的熱量管理能力，維持電池模塊間溫度的平衡，并控制電池的工作溫度在合理范圍內(nèi)。電動汽車的動力電池的高達(dá)數(shù)百伏的高壓電，可能危及生命及車輛安全，為了確保電動汽車高壓電安全， 需要實(shí)時監(jiān)控高壓電路的電氣狀態(tài)、通斷狀態(tài)及高壓電路的接通過程，在發(fā)現(xiàn)異常狀況后能立即通過狀態(tài)線輸出故障狀態(tài)并做出相應(yīng)的動作，在危險的情況下能自動切斷高壓電的輸出。 作為電動汽車的一個子系統(tǒng)，在監(jiān)控電池組的同時，通過總線，必須實(shí)時的將電池狀態(tài)告知車載動力總成系統(tǒng)和其他相關(guān)分系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)信息共享。 作為汽車電子部件，需要滿足十分嚴(yán)格的汽車電磁兼容性要求。（）燃料電池汽車()燃料電池汽車與其它類型汽車的最大差異在于動力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與工作原理。傳統(tǒng)汽車是將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為熱能，再轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的動力裝置。而燃料電池是一種原電池，借助于電化學(xué)過程，其內(nèi)部的燃料的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)換為電能。一般來說，燃料電池由多個平板狀疊在一起的電池組成，每個電池中間夾有高分子電解質(zhì)膜，從燃料電極供氫，空氣電極供氧。氫在燃料電極催化劑的作用下分解成氫離子和電子，氫離子通過電解質(zhì)膜移到空氣極，電子通過外部回路（負(fù)荷）流到空氣極。通過向燃料電極和空氣電極連續(xù)供給氫和氧，電極間形成電位差，持續(xù)向外部回路供電（見圖）。圖 燃料電池的工作原理一般而言技術(shù)的發(fā)展需要經(jīng)過個階段：第一階段為技術(shù)孕育期，這個階段企業(yè)進(jìn)入意愿低，專利申請數(shù)量和申請人數(shù)量均很少；第二階段為技術(shù)成長期，這一階段產(chǎn)業(yè)技術(shù)有突破或廠商對于市場價值有了認(rèn)知，競相投入發(fā)展，專利申請量與專利權(quán)人數(shù)急速上升；第三階段為技術(shù)成熟期，廠商投資于研發(fā)的資源不再擴(kuò)張，只剩少數(shù)繼續(xù)發(fā)展此類技術(shù)，且其他廠商進(jìn)入此市場意愿低，專利申請量與專利權(quán)人數(shù)成長逐漸減緩；第四階段為技術(shù)瓶頸期，產(chǎn)業(yè)技術(shù)研發(fā)遭遇瓶頸難以突破或此類產(chǎn)業(yè)已過于成熟，專利申請量與專利人數(shù)呈現(xiàn)負(fù)成長。從圖可以看出，年至年間，燃料電池汽車技術(shù)的專利數(shù)量持續(xù)增長，但申請13 / 43人開始減少，顯示有進(jìn)入第三階段技術(shù)成熟期的跡象，專利數(shù)量仍在高速增長，但專利申請人數(shù)量開始較少，反映競爭趨于激烈，市場進(jìn)入門檻提高。圖 燃料電池汽車技術(shù)生命周期圖? 燃料電池雖然燃料電池的工作原理和普通的電化學(xué)原電池和充電電池類似，但是后者是一個封閉系統(tǒng)，封裝后與外界只存在能量交換而沒有物質(zhì)交換，當(dāng)電池內(nèi)部的化學(xué)物質(zhì)耗盡或反應(yīng)條件發(fā)生變化時，系統(tǒng)就無法繼續(xù)輸出能源，而燃料電池是由外部的供氣系統(tǒng)供給的，只要保證物質(zhì)供應(yīng)的持續(xù)性，就可保證能量輸出的連續(xù)性，從這一來看燃料電池是開放的發(fā)電裝置。燃料電池存在不同類型，按照工作溫度可分為高（?以上）、中（? 300?C）、低（100? C以下）三類，按照燃料來源，分為直接式燃料電池（燃料直接使用氫氣），間接式燃料電池（提供其它烴類化合物轉(zhuǎn)化為氫或富含氫的混合氣后再供給）、再生燃料電池（燃料電池產(chǎn)生水再分解發(fā)電）等。目前主要按照電解質(zhì)進(jìn)行分類，正在開發(fā)以下類商用燃料電池，其主要特征比較如表所示，其中以質(zhì)子交換膜燃料電池為最有前途的汽車動力源。表 主要燃料電池特征比較電池類型 工作溫度（?）典型電解質(zhì) 優(yōu)點(diǎn) 缺點(diǎn) 效率（）堿性燃料電池 啟動快；室溫常壓下工作需要以純氧為氧化劑；成本高磷酸燃料電池 對不敏感 對敏感；工作溫度高；低于峰值功率輸出時性能下降固體氧化物燃料電池可以用空氣作氧化劑；可用天然氣或甲烷作燃料工作溫度高 〉熔融碳酸鹽燃料電池可以用空氣作氧化劑；可用天然氣或甲烷作燃料工作溫度高 〉質(zhì)子交換膜燃料電池全氟磺酸膜 壽命長；可以用空氣作氧化劑；工作溫度低；啟動迅速對敏感；反應(yīng)物需要加濕；成本高〉14 / 43據(jù)課題組調(diào)查統(tǒng)計(jì)得，國內(nèi)著名燃料電池企業(yè)武漢理工新能源公司、江蘇華源氫能公司、北京金能燃料電池公司、北京飛馳綠能電源公司、上海攀業(yè)氫能源科技公司分別僅公開相關(guān)專利件、件、件、件、件。上市公司如佛山塑料集團(tuán)股份有限公司、上海同濟(jì)科技實(shí)業(yè)股份有限公司分別公開相關(guān)專利僅件、件。香港上市的山東東岳集團(tuán)雖然突破了國外技術(shù)壁壘，在核心技術(shù)上取得了重大突破，但是公開的相關(guān)專利也很少。在燃料電池領(lǐng)域，我國僅有少數(shù)企業(yè)公開的專利接近或者超過件。例如，遼寧新源動力公司、上海燃料電池汽車動力系統(tǒng)公司、上海神力科技公司公開的相關(guān)專利分別為件、件、件。? 輔助能源系統(tǒng)輔助電池及其管理系統(tǒng)是混合型燃料電池汽車動力系統(tǒng)中的重要組成部分，在汽車起動、加速、爬坡等工況下，需要驅(qū)動功率大于燃料電池可以提供的功率時，釋放存儲的電能，從而降低燃料電池的峰值功率需求，使燃料電池工作在一個穩(wěn)定的工況下，而在汽車怠速、低速或減速等工況下，燃料電池功率大于驅(qū)動功率時，存儲動力系統(tǒng)富余的能量，或在回饋制動時，吸收存儲制動能量，從而提高整個動力系統(tǒng)的能量效率。目前應(yīng)用于電動汽車的動力電池主要有如鉛酸電池、鎳鎘電池、鎳氫電池和鋰離子電池等（見表）。為解決燃料電池商業(yè)化問題，一方面需進(jìn)一步完善電池，另一方面，從使用的角度，需優(yōu)化電池管理系統(tǒng)，優(yōu)化電池使用，充分發(fā)揮現(xiàn)有電池的性能，并提高壽命。表 各種電池性能比較鉛酸電池 鎳鎘電池 鎳氫電池 鋰離子電池商業(yè)化時間 年 年 年 年能量密度 差 中 良 優(yōu)功率密度 中 良 良 優(yōu)使用壽命 差 良 中 良經(jīng)濟(jì)性 優(yōu) 優(yōu) 良 中環(huán)保性 差 差 良 良技術(shù)成熟度 優(yōu) 優(yōu) 良 中優(yōu)點(diǎn) 技術(shù)成熟，價格低，安全性好可快速充電，價格低，循環(huán)壽命長可快速充電，高功率放電，循環(huán)壽命長能密度高，循環(huán)壽命長，環(huán)保性好缺點(diǎn) 不可快速充電，能量密度低，壽命短，污染環(huán)境能力密度低，污染環(huán)境高溫下性能差，充放電效率差價格高，安全性未完全了解決，高功率放電性能差? 驅(qū)動電機(jī)及控制系統(tǒng)驅(qū)動電機(jī)及控制系統(tǒng)是燃料電池汽車的心臟，它的功能是使電能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能，并通過傳統(tǒng)系統(tǒng)將能量傳遞到車輪驅(qū)動車輛行駛。其基本構(gòu)成為電機(jī)和控制器，電機(jī)由控制器控制，是一個將電能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能的裝置，控制器的作用是將動力源的電能轉(zhuǎn)變?yōu)檫m合于電機(jī)運(yùn)行的另一種形式的電能，所以控制器本質(zhì)上是一個電能變換控制裝置。目前燃料電池汽車驅(qū)動系統(tǒng)主要考慮以下問題：（）感應(yīng)電機(jī)的效率優(yōu)化控制；（）提高電驅(qū)動系統(tǒng)的魯棒穩(wěn)定性；（）無傳感器化。 新能源汽車產(chǎn)業(yè)鏈從全球范圍來看，混合動力汽車、純電動汽車、燃料電池汽車已初步形成了產(chǎn)業(yè)鏈，整車制造企業(yè)與關(guān)鍵零部件的電池廠商合作廣泛（如圖所示）。三類新能源汽車的產(chǎn)業(yè)鏈包括上游資源、核心零部件、整車、使用配套與設(shè)備四部分（圖）。15 / 43圖 汽車廠商與電池廠商協(xié)作狀況圖 新能源汽車產(chǎn)業(yè)鏈?zhǔn)疽鈭D（）混合動力汽車產(chǎn)業(yè)鏈分析整個混合動力汽車行業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈大致分為 個部分，即金屬原材料（電池材料）、汽車用動力電池、混合動力汽車企業(yè)。? 上游原材料碳酸鋰是生產(chǎn)二次鋰鹽和金屬鋰的基礎(chǔ)材料，廣泛應(yīng)用于電池、玻璃、陶瓷、鋁制品、潤滑劑、制冷劑及光電等新興應(yīng)用領(lǐng)域。從碳酸鋰的下游分布來看，電池行業(yè)的需求大致占 左右。碳酸鋰行業(yè)具有極高的資源門檻，因此全球的產(chǎn)能高度集中。目前世界上主要的碳酸鋰廠商主要有 家，智利的 ，產(chǎn)量 萬噸，德國的 和美國的 產(chǎn)量分別為 萬噸，合計(jì) 萬噸，占據(jù)全球產(chǎn)量的 以上。而國內(nèi)來看，目前上市公司中的中信國安和西藏礦業(yè) 年合計(jì)產(chǎn)量不超過 噸。16 / 43? 關(guān)鍵零部件電池及電池材料生產(chǎn)：目前磷酸鐵鋰電池材料的主要競爭廠商來自于美國的、和天津的斯特蘭。天津斯特蘭公司目前擁有年產(chǎn) 噸磷酸鐵鋰的生產(chǎn)能力，并計(jì)劃擴(kuò)產(chǎn)到 噸。? 整車制造混合動力汽車的關(guān)鍵技術(shù)在于車載動力蓄電池，車載動力蓄電池的成本占到全部成本的 ，比亞迪是同時具備車載電力蓄電池與整車生產(chǎn)能力的企業(yè)。（）純電動汽車產(chǎn)業(yè)鏈分析（圖）? 上游原材料國內(nèi)鋰電池材料（正極）供應(yīng)商主要有北京當(dāng)升、中信國安、湖南衫衫、湖南瑞祥、北大先行，無錫博節(jié)能、沈陽北泰集團(tuán)、西安榮華、美特、鎢業(yè)、博杰、深圳振華、河南思維、重慶普瑞格斯、天驕、恒力電源、新鄉(xiāng)創(chuàng)佳、浙江黃巖江口、冀州遠(yuǎn)新、鹽光科技、青島乾運(yùn)高科、廣州洪森、深圳源源、余姚金和、煙臺卓能、西安鐵虎能源新材料有限公司、新鄉(xiāng)華鑫能源材料股份有限公司。國內(nèi)鋰電池材料（負(fù)極）供應(yīng)商主要有杉杉、長沙海容、汕頭誠翔、湖南輝宇、青島大華、遠(yuǎn)東、弘光、紅頂、金卡本、瑞富特、華容、斯諾、湖南星光、余姚宏遠(yuǎn)、北京創(chuàng)亞、佛山三高。國內(nèi)鋰電池材料（電解液）供應(yīng)商主要有張家港國泰華榮化工新材料有限公司、東莞市杉杉電池材料有限公司、深圳宙邦化工有限公司、廣州天賜高新材料股份公司、汕頭金光高科有限公司、北京創(chuàng)亞恒業(yè)新材料科技有限公司、北京化學(xué)試劑廠、天津金牛電源材料有限責(zé)任公司、福祿（蘇州）新型材料有限公司（ 美資企業(yè)） 、河北香河昆侖、上海圖爾實(shí)業(yè)、珠海賽維等。? 關(guān)鍵零部件鋰離子動力電池廠商主要有深圳比亞迪，天空能源（洛陽），蘇州星恒，深圳雷天，河南環(huán)宇，青島澳柯瑪，武漢力興，天津力神，北京盟固利， 金能，北京中潤恒動，浙江興海，山西光宇，天津航力源，蘇州迪耐特，雙一力（天津）新能源，深圳興科特，江西美亞能源，天津藍(lán)天雙環(huán)，湖南海星高科，深圳德朗能電池等。? 整車制造純電動汽車制造廠商主要包括福田、一汽、江淮、吉利、大眾、長城、上汽、北汽、天津清源、奇瑞、比亞迪、眾泰、雙環(huán)、江蘇益茂等。17 / 43圖 純電動汽車產(chǎn)業(yè)鏈詳解（）燃料電池汽車產(chǎn)業(yè)鏈（圖）? 上游原材料目前我國燃料電池行業(yè)缺少成型的上游產(chǎn)業(yè)鏈，大部分關(guān)鍵材料和零部件都依賴進(jìn)口，具體說來，在燃料電池即電堆方面，主要就有質(zhì)子交換膜、催化劑、碳擴(kuò)散層材料和雙極板等等。比如隔膜，很多企業(yè)就需要向美國的杜邦公司購買。而國內(nèi)的貴研鉑業(yè)則主要提供金屬材料鉑。? 關(guān)鍵零部件上海神力科技有限公司、上海中科同力化工材料有限公司、大連新源動力股份有限公