【文章內容簡介】 機各種不同的能源動力轉化裝置，形成 油 — 電、氣 — 電、電— 電 等 各種不同混合動力系統(tǒng)，促進動力系統(tǒng)的平穩(wěn)過渡與轉型。 （ 3）燃料電池汽車技術研究更加深入，并開始示范考核 燃料電池汽車的研發(fā)模式目前 均是在 政府主導下的產學研聯(lián)合進行 攻關，并積極開展全球范圍內的跨國合作。美國能源部聯(lián)合國防12 部、交通部、國家科學基金、 NASA 和商務部，與 8 個國家實驗室、 2所大學和 19 個公司簽署了研發(fā)合同，支持通用汽車 /Shell、戴克 /BP、福特 /BP、 AP/豐田 日產 BMW 和德士古 /現(xiàn)代等 5 個產業(yè)聯(lián)盟進行燃料電池汽車車隊和基礎設施示范。 2021 年，包括我國在內的“氫能經濟國際合作伙伴（ IPHE）” 成立，計劃從 2021 年開始連續(xù) 4 年總計投入 1 億美元支持“先進氫燃料電池”項目。 燃料電池汽車 商業(yè)化的路線圖逐步明確。美國能源部計劃 2021年有不少于 10 萬輛、 2020 年不少于 250 萬輛燃料電池汽車，交通部計劃 2021 年新增公交車 10%為燃料電池汽車；日本計劃 2021 年燃料電池轎車 5 萬輛， 2020 年 500 萬輛， 2030 年 1500 萬輛。隨著規(guī)模商業(yè)化路線圖的制定，車用燃料電池技術發(fā)展方向逐漸明確。同時，也制定了燃料電池的成本降低目標。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）。 目前，燃料電池汽車 樣車開發(fā)和示范 運行都已證明 其技術 可行性 ，但要 達到 實用化還面臨著很多的挑戰(zhàn)，主要 表現(xiàn)為 ： ? 燃料電池的 使用 壽命需要進一步提高 目前燃料電池汽車的使用壽命只有 2021～ 3000 小時，而 實用化的目標壽命應大于 5000 小時。 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。 ? 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。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 擔量的電極、大于 120 度高溫低濕度膜等）與改進關鍵部件的制備工藝，并逐步建立批量生產線。 ? 需要 解決氫源 和 基礎設施問題 結合本地資源情況， 選擇 合適的制 氫 途徑，進行加氫站的建設和示范。同時開展車載 儲氫材料和儲氫方法 研究 ， 提高整車 續(xù)駛里程。 （ 4）動力電池關鍵材料進一步深入 國際上正在深入開展車用 動力電池的關鍵材料研究 ,如：自放電更小的鎳氫電池正極材料、高功率型負極材料和集流體材料；高安全性和長壽命的鋰離子電池正、負極及電解質材料。 到 2021 年實現(xiàn)高性價比的鎳氫動力電池產業(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。 （ 5）大功率 DC/DC 變換器趨于集成化 利用當今最先進的電力電子和計算機控制等高新技術，開發(fā)體積小、重量輕、高效節(jié)能、高可靠性的大功率 DC/DC 變換器是目前的發(fā)展趨勢。研究開發(fā)的重點集中在低功耗軟開關主電路拓撲及其控制技術、大功率 DC/DC 變換器模塊化技術、變換器控制 的全數(shù)字化 和 變換器的電磁兼容性等方面。 2 國內 電動汽車 現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢 （ 1）我國電動汽車的發(fā)展具有較好的基礎 “十五”期間，我國電動汽車重大科技專項以開發(fā)燃料電池汽車、混合動力汽車、純電動汽車 3 種整車技術，多能源動力總成、驅動電機、動力電池系統(tǒng) 3 種共性技術為重點，采取整車牽頭、零部件配合、產學研相結合的模式，開展電動汽車及關鍵零部件的研究。 經過四年攻關，我國電動汽車研發(fā)能力由弱變強，三類電動汽車14 分別完成了功能樣車、性能樣車和產品樣車試制?；旌蟿恿ζ嚭图冸妱悠囃ㄟ^了國家標準規(guī)定的考核，已有 7 種車型進 入國家汽車產品公告程序，其中 4 種車型已獲得批準，具備了小批量生產能力。開發(fā)純電動客車產品 4 個，研制車輛共 40 臺；純電動轎車產品 2 個，研制原型車和示范車 25 臺；混合動力客車產品 2 個，研制原型車和示范車 32 臺，產品車 15 臺；混合動力轎車產品 4 個，研制原型車和示范車 25 臺；燃料電池客車車型 2 個，研制原型車和示范車 5 臺；燃料電池轎車車型 3 個，研制原型車和示范車 13 臺。 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。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。多能源控制系統(tǒng)研發(fā)單位與整車企業(yè)聯(lián)合開發(fā)整車多能源控制器，配置 16 種不同的整車。 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。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。 （ 2）我國電動汽車技術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展，是電動汽車走向產業(yè)化的第一步，但與國際先進的電動汽車發(fā)展水平相比，仍存在較大的差距，還需作不懈的努力。行業(yè)專家在總結十五電動汽車研發(fā)成果的基礎上，對今后發(fā)展提出了明確的建議： ? 加強對現(xiàn)有產品可 靠性、耐久性、成熟度的考核和分析，加強面向系列化、規(guī)格化、高度可靠耐久性的產品系統(tǒng)開發(fā)和低成本、高質量、大批量工藝流程和制造裝備開發(fā)。 ? 加強共性關鍵技術和基礎研究，解決深層次關鍵技術問題，優(yōu)化動力系統(tǒng)技術平臺、控制技術的系統(tǒng)設計，加強新材料、新技術、新系統(tǒng)的研究和應用。 ? 進一步完善技術標準和檢測能力，加強檢測方法和政策標準的研究，檢測流程優(yōu)化和檢測能力建設。 3 代用燃料汽車國內外技術現(xiàn)狀及趨勢 （ 1） 國內外代用燃料汽車技術發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢 目前，應用最廣泛的汽車代用燃料是天然氣（ CNG/LNG）和液化石油 氣（ LPG）。全球約有 40 家知名的大型汽車制造公司生產燃氣汽車，總保有量 已超過 1200 萬輛，加氣站 超過 6000 座。 除了主要用于公交和出租外，燃氣汽車在阿根廷和巴基斯坦等已逐步進入家庭，保有量已分別占 20%和 25%以上。 燃氣汽車相關技術研發(fā)工作不斷深入，加氣站裝備技術水平不斷提高。稀燃閉環(huán)控制的燃氣發(fā)動機正在成為國外燃氣汽車領域研發(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化器的 CNG發(fā)動機產品，該類發(fā)動機的排放達到歐 III限值以上要求。另外， CNG 燃料 具有低排放的特點，使其成為國外新開發(fā)的混合動力16 電動車的能源。與此同時，加氣站成套設備研究開發(fā)從標準站逐步向大排量子母站和小型站方向發(fā)展，燃氣汽車和加注站技術的研究與開發(fā)也在不斷深入，并取得了突破性的進展。 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。目前全球有近萬輛的 LNG 汽車在投入運行。國際上近期加快 LNG 發(fā)動機研究的另一方面原因是考慮到未來發(fā)展氫能源的需要。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。 “ 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。 初步建立起我國燃氣汽車產業(yè)化的技術平臺， 制定 了燃氣汽車 及加氣站 的部分標準，并初步形成了燃氣汽車關鍵零部件的測試評價能力 ，取得了一批重要的科技成果。在全社會的共同努力 下 ，“十五”期間我國燃氣汽車得到了 較快 的發(fā)展， 目前全國燃氣汽車 總保有量已近 30 萬輛，投入使用的加氣站 超過 500 座。 16 個清潔汽車行動重點推廣城市（地區(qū)）分別結合各自發(fā)展的實際，制定了地方性政策與管理辦法。一個適應燃氣汽車發(fā)展的政策、標準、法規(guī)體系在各示范城市正逐步形成。 “ 九五 ” “十五”國家攻關項目的帶動下，國內燃氣汽車整體技術水平得到快速提升。相當于國際上第二代燃氣汽車產品的電子閉環(huán)控制、燃氣供給加三元催化轉換等技術在我國燃氣汽車上得到普遍應用。目前，排放達到國 2 標準的燃氣汽車已經實現(xiàn)產業(yè)化，累計已有100 多個燃氣汽車新車型登錄國家機動車新產品公告；排放達到國 3標準、具有第三代多點電控噴射技術的單燃料燃氣汽車產品也已開發(fā)成功。但值得注意的是，目前國產大型公交車用燃氣發(fā)動機仍存在較多問題，如價格偏高、燃料消耗量高、可靠性差等，市場應用情況不17 盡人意。因此，在已有工作基礎上進一步加強對 燃氣發(fā)動機的研究開發(fā)和產業(yè)化，對我國燃氣汽車產業(yè)的健康發(fā)展具有重要的意義。針對燃氣汽車推廣過程中基礎裝備技術的“瓶頸”，國產高性能 CNG 加氣站成套設備的研制開發(fā)和產業(yè)化取得進展，經過技術攻關，成功地開發(fā)了撬裝式天然氣壓縮機、脫硫脫水裝置、控制系統(tǒng)及在線檢測系統(tǒng)、售氣機等站用成套設備。新一代燃氣加氣站關鍵設備除提供國內用戶市場外，還遠銷海外。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。 （ 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常活躍，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。 1） 二甲醚 二甲醚在 90 年代初被丹麥 Haldor Topsoe A/S 公司首次作為燃料應用于柴油機目前世界上許多國家已進入應用研究階段。 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。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。 在 VOLVO 城市公交車上，獲得了良好的動力性能，降低了 排放。奧地利 AVL 公司經過多年的研究，成功開發(fā)出了一套車用 DME 發(fā)動機共軌電控系統(tǒng)，并獲得了很好的試驗性能 。 日本通產省 (MITI)和運輸省 (MOT)共同組織日本 JFE、產業(yè)技術綜合研究所、 COOP 低公害車開發(fā)會社、交通公害研究所、五十鈴汽車公司和伊藤忠會社等分別研制了多種二甲醚卡車樣車和城市客車樣車，建立了數(shù)個二甲醚車用加氣站，計劃在政府18 支持下，近年內規(guī)?；茝V二甲醚汽車。 進入二十一世紀，二甲醚燃料的環(huán)保性和對國家能源安全的重要性已 引起我國政府有關部門的高度 重視。我國山東、陜西、四川、內蒙古、新疆、上海等地已建成或正在建設 一批規(guī)模不等的二甲醚制造基地。國家科技部、教育部、國家自然科學基金委、中科院和政府有關部委先后啟動了一批二甲醚制備技術、二甲醚發(fā)動機和汽車研發(fā)項目，西安交通大學、上海交通大學、吉林大學等單位開展了二甲醚汽車的研究工作，并在二甲醚發(fā)動機燃燒系統(tǒng)參數(shù)優(yōu)化、燃燒特性和二甲醚發(fā)動機超低排放等方面取得了令人矚目的成果。 2）生物柴油 從上世紀 60、 70 年代 開始， 許多國家都制訂了 生物柴油 研究開發(fā)計劃， 目前，發(fā)達國家用 于規(guī)模生產 生物柴油的原料有大豆（美國）、油菜籽（歐共體國家）和棕櫚 油（東南亞國家）。 1980 年美國制定了國家能源政策，明確提出以生物柴油替代石化柴油戰(zhàn)略。到 2021 年止，計劃以非石油的替代燃料替代總進口石油燃料的 10% 。另外，1996 年美國頒布了生物柴油生產草案及測試方法（ ASTM 法）。同年德國頒布了更為詳細的生物柴油的生產標準即 DIN51606 和測試方法。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）。 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。分別開發(fā)出以 榨油油腳 和 野生油果 為 原料 的 生物柴油 ，并開展了初步的 生物柴油 發(fā)動機評價試驗，取得了一些重要的研究成果。 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 。這些新工藝反應條件相對溫和，工藝和技術路線更趨合理。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，有的已完成了建設商業(yè)化工廠的研究和初步設計。 目前，煤制合成油在國內尚處于產業(yè)化準備階段，還沒有批量的油品 面市。在車輛技術、燃料儲運