世界新能源汽車技術路線圖

1、世界新能源汽車技術路線圖由于石油儲量日趨緊缺和燃油車輛有害排放物成為城市空氣的主要污染源,發(fā)展清潔、高效、可持續(xù)發(fā)展的新能源汽車技術，開發(fā)汽車清潔代用燃料，并實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，成為當前世界汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展的最大焦點。廣義上來講，用比較清潔替的代燃料和電能為發(fā)動機提供動力的汽車均可稱為新能源汽車。按能源動力類型劃分，主要可分為兩大類：一類被統(tǒng)稱為電動汽車，包括蓄電池電動汽車或稱純電動汽車（BEV）、混合動力汽車（HEV）和燃料電池汽車（FCEV）；一類是以天然氣和液化石油氣、醇類、醚類、植物油等為燃料的各類代用燃料汽車。按汽車構造和啟動原理方面劃分，主要可分為熱機型動力系統(tǒng)、熱機電力混合動力系統(tǒng)和電力型動

2、力系統(tǒng)三種。1總體發(fā)展綜述11跨國公司期待新能源汽車突破2008年是全球汽車市場面臨嚴峻考驗的一年，席卷全球的金融危機使得全球經(jīng)濟陷入衰退，實體經(jīng)濟受到牽連、消費不振，導致汽車產(chǎn)業(yè)深陷困境。不僅美國、西歐、日本這樣的成熟市場汽車銷量大幅下滑，即使是中國、印度、俄羅斯等近幾年持續(xù)高速增長的市場，也深受打擊。2009年初，在密歇根州底特律市開幕的世界三大車展之一的北美國際汽車展上，眾多跨國公司推出的新能源汽車成為車展的展示舞臺，期待以此來提振行業(yè)。在美國，推動新能源汽車發(fā)展是奧巴馬政府能源政策的重要組成部分。美國政府在2009年4月宣布購買1.76萬輛美國三大汽車廠商制造的、包括新能源汽車在內的節(jié)

3、能車輛。按照政府規(guī)劃，到2015年，美國要有100萬輛充電式混合動力車上路。為鼓勵消費，政府規(guī)定，購買充電式混合動力車的車主可享受7500美元的稅收抵扣。此外，政府還投入4億美元支持充電站等基礎設施建設，并設立20億美元政府資助項目以扶持新一代電動汽車所需的電池組及其部件的研發(fā)。美國汽車廠商和一些科研機構也在采取行動，爭取在新能源汽車及其電池組的研發(fā)和生產(chǎn)方面有所突破。通用汽車公司生產(chǎn)的充電式混合動力車Volt計劃于明年上市。美國能源部下屬的國家實驗室以及電池制造業(yè)聯(lián)盟設立了研發(fā)和制造中心，為充電式混合動力車提供高性能的鋰電池組。汽車城底特律所在的密歇根州，正在通過稅收優(yōu)惠等手段吸引電池廠商前

4、來落戶。4月份道氏化學、韓國LG等4家電池制造商宣布在密歇根州總額達17億美元的投資計劃，相應獲得了總額5.4億美元的稅收優(yōu)惠。資料來源：美國能源信息部EIA圖12000-2008年美國各類新能源汽車銷量（千輛）日本企業(yè)同樣也成為開發(fā)和展示低燃耗車的主力之一。在2009年初的底特律車展上，豐田汽車首次公開了混合動力汽車普銳斯新款與高檔車雷克薩斯的混合動力、電動車試制品本田將展示混合動力車Insight。注警陽為氏愎吃律比占詁乜憩電助甲曙資料來源：JAMA圖21997-2006年日本各類新能源汽車保有量（千輛）1.2新能源汽車解決方案多樣化新能源汽車的種類繁多，從純電動汽車、混合動力汽車、燃料電

5、池汽車，到天然氣汽車、液化石油氣汽車、甲醇汽車、乙醇汽車、二甲醚汽車等各類代用燃料汽車，每個國家都在選擇自己的新能源汽車發(fā)展路徑，呈現(xiàn)多樣化發(fā)展態(tài)勢。20世紀90年代中期，美國克林頓政府制訂發(fā)展電動車的新一代汽車伙伴（PNGV）計劃”，集中研究電池驅動的純電動汽車。但由于純電動汽車一次充電后的續(xù)駛里程短，充電時間長，降低電池造價困難，在技術上也難以解決處理廢舊電池二次污染、回收困難的問題，商業(yè)化進展緩慢。因此，布什政府執(zhí)政后，不再積極鼓勵發(fā)展純電動汽車，重新提出自由汽車（自由燃料）FreedomCAR計劃，實際上是放棄了純電動汽車研究而更多的轉向燃料電池汽車技術研發(fā)。這一時期，美國在氫燃料電池

6、汽車領域取得了一定的進展，其技術研發(fā)確實在世界處于先進水平。但是燃料電池汽車仍然有一系列技術瓶頸有待突破，成本與基礎設施建設等問題尚未解決，產(chǎn)業(yè)化進程緩慢。因此，近幾年美國政府在研發(fā)領域的投入重點開始轉向純電動汽車、混合動力汽車和某些代用燃料汽車。2007年9月，美國能源部斥資2150萬美元資助11個旨在提高輕型汽車發(fā)動機能效的研發(fā)項目，包括提高乙醇發(fā)動機燃料能效、研制先進潤滑系統(tǒng)、研發(fā)高效和清潔內燃發(fā)動機3個領域；加上來自工業(yè)界的匹配研發(fā)資金，其總經(jīng)費接近4300萬美元。2007年11月，美國能源部再斥資2000萬美元增強對插入式混合電動汽車（PHEV）研發(fā)，其中與美國先進電池聯(lián)盟（USAB

7、C）對5個PHEV電池研發(fā)項目合作投資1720萬美元，并為密歇根大學提供近200萬美元PHEV研究經(jīng)費;加上USABC的匹配資金，項目總投入達到3800萬美元。2009年7月，美國能源部宣布250億美元先進汽車技術貸款項目的首批撥發(fā)情況，向福特、日產(chǎn)和特斯拉發(fā)放80億美元低息貸款，支持混合動力汽車、插電式混合動力汽車和柴油車的發(fā)展。歐洲是在汽車節(jié)能環(huán)保技術方面執(zhí)行柴油技術戰(zhàn)略最早、最徹底、最成功的地區(qū)，清潔柴油機技術快速發(fā)展。在新能源汽車研發(fā)和制造領域中，歐洲較崇尚完美零污染的純電動汽車。其中最為成功和著名的就是電動標致106車型，這種以鎳鎘電池為動力的純電動汽車經(jīng)過十余年的發(fā)展，已經(jīng)在歐洲各

8、國，尤其是在政府部門當中，擁有大量的用戶。但是鎳鎘電池還存在一定技術局限性，壽命、性能、續(xù)駛里程等都有待進一步發(fā)展，純電動汽車的大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化進程尚未完全成熟。對于燃料電池汽車，歐洲國家認為燃料電池裝備復雜，現(xiàn)階段在保證質量前提下的裝備體積和質量較大，只能在大型行駛路線較為固定的公共汽車上進行應用。在這一領域，歐洲企業(yè)尚未進行產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)，較多還在示范運營、技術研發(fā)。例如歐盟組織的歐洲城市清潔交通（CUTE）和生態(tài)城市交通系統(tǒng)（EcologicalCityTransportSystem，ECTS）兩個燃料電池公共汽車示范項目以及歐共體提出的進行車用蓄電池、燃料電池先進動力系統(tǒng)技術開發(fā)“明日汽車”計

9、劃。目前，歐洲企業(yè)在現(xiàn)實利益的驅動下較多選擇了混合動力汽車開發(fā)和生產(chǎn)。2008年3月，瑞典工業(yè)部、環(huán)境部聯(lián)合投入6200萬瑞典克朗（約合1000萬美元）支持瑞典相關機構與薩伯轎車、沃爾沃轎車、大瀑布電力公司（Vattenfall）、ETC公司等聯(lián)合開發(fā)可直接連接電源充電的下一代混合動力環(huán)保汽車。日本是最早開始發(fā)展電動汽車的國家之一。其汽車企業(yè)在產(chǎn)業(yè)發(fā)展上的主導性較強，承擔大部分的研發(fā)經(jīng)費，對市場信號非常敏感，研發(fā)重點集中在能迅速獲得市場成效的項目上。因此，日本汽車企業(yè)從較早就將新能源汽車技術研發(fā)與生產(chǎn)重點放在現(xiàn)階段解決環(huán)保和能源問題最為切實可行的、也是能最快能出業(yè)績的混合動力汽車上。目前，日本

10、已經(jīng)在普及混合動力系統(tǒng)的低燃耗、低排放和改進行駛性能方面走在了世界前列，在全球混合動力汽車市場上占據(jù)主導地位。典型案例是，豐田的普銳斯和本田的Insight最早投放市場，逐漸取得經(jīng)濟效益，并成為其他汽車企業(yè)群起而效之的典范。不過日本也并未放棄氫能、生物燃料等其他新能源汽車領域的技術研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化。例如2007年6月日本經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)省制定將氫氣、生物燃料等新能源作為燃料的下一代汽車普及計劃。1.3各類新能源汽車技術不斷發(fā)展經(jīng)過多年討論和探索，目前國際上對于汽車能源和動力轉型形成了比較一致的看法：各種高新技術特別是新型動力電池技術的進步給純電動汽車帶來新的發(fā)展機遇;混合動力作為新型汽車能源動力技術共性平

11、臺繼承了先進內燃機技術，結合了高效潔凈的電力驅動方式，既充分利用現(xiàn)有燃料基礎設施，又能包容各種代用燃料，已成為新型動力系統(tǒng)汽車產(chǎn)業(yè)化的典型代表；燃料電池作為一種新興能量轉換裝置，盡管目前還存在很多需要克服的技術障礙，但其作為新一代汽車能源動力系統(tǒng)的遠期解決方案仍然被看好，各種資助和示范驗證正在進行；代用燃料汽車可以燃用天然氣、液化石油氣、生物柴油、合成燃料、醇類燃料、醚類等多種清潔替代能源，成為解決石油資源短缺的重要途徑。資料來源：羅蘭貝格，中國汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展在當前金融危機下的機遇與挑戰(zhàn)圖3新能源汽車發(fā)展路線圖各類新能源汽車技術都在不斷發(fā)展。電動汽車搓術的壷點和優(yōu)光慕項発辛2苴亞力室站十內鼬艸理

12、址律搟呈妁m27試出博疑改卮.雄剤3*丿李油門dSSM、悴幟穴少劇播、髙Iff胞動刖舉P高雜雜雄七停於展衲御諭譴州鬥徑室億襪顯灼400tnr尷燒過程憂化口嶺甚露陽満気荷推審大以螺晡小邙朝.犀少卑押、可變的窒氣，應期，題*Ut離雜電池ja料電泄車的光股準麼閉A電力推進資料來源：羅蘭貝格，中國汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展在當前金融危機下的機遇與挑戰(zhàn)圖4電動汽車技術的重點和優(yōu)先事項在車用動力電池領域，混合動力和純電動車用動力電池負責儲存并為電動機提供電能，其性能、成本和安全性很大程度上決定著混合動力汽車和純電動汽車的發(fā)展進程。從當前的技術水平以及發(fā)展趨勢來看，鉛酸電池的技術最為成熟，但比能量低、自放電率高、循環(huán)壽命

13、低，始終無法成為理想的車用電池，正逐漸被其他新型電池所替代；鎳鎘電池具有大電流放電能力強、比能量高、維護簡單等優(yōu)點，但記憶效應嚴重、使用壽命較短、過度充電易發(fā)生爆炸、且易污染環(huán)境，在車用電池的運用上已基本被淘汰；超級電容器續(xù)航時間短暫，只能作為改善汽車性能和支持動力系統(tǒng)的輔助設備，無法成為汽車主動力源；鎳鋅電池擁有很好的兼容性，但壽命短、鋅電極不穩(wěn)定，在汽車用動力電池領域的研發(fā)呈現(xiàn)消退之勢；鎳氫電池是目前應用最為廣泛的車用動力電池，由于其技術成熟度和成本上的優(yōu)勢，在短期內仍將是混合動力汽車的首選動力；鋰離子電池具有無記憶性、低自放電率、高比能量、高比功率、環(huán)保等諸多優(yōu)點，應用前景較好，一旦成本

14、問題得到解決，將取代鉛酸電池和鎳金屬電池成為純電動汽車和插電式混合動力汽車的主要動力選擇。在車用驅動電機領域，最早在電動汽車中應用的直流電動機具有起步加速牽引力大、控制系統(tǒng)較簡單、控制性能好等優(yōu)點，但直流電機轉速不高，其車輛在過載能力、轉速范圍、功率體積比、功率重量比、系統(tǒng)效率、使用維護性等方面都受到限制，逐漸不再應用在新研制的電動汽車上。交流感應電動機質量輕、功率覆蓋面寬廣、轉速高、冷卻自由度高、對環(huán)境適應性好、價格便宜、維修方便，控制性能可與直流電機性能相媲美，是目前美國電動汽車驅動系統(tǒng)的主流產(chǎn)品，但仍然存在驅動電路復雜、效率及功率密度偏低、調速性能較差、控制系統(tǒng)成本過高等缺點。永磁無刷電

15、動機結構靈活、設計自由度大、性能較好，適合成為電動汽車高效、高密度、寬調速牽引驅動，已經(jīng)在混合動力轎車上進行較多應用，但是受永磁材料工藝影響和限制較大，而且控制系統(tǒng)復雜，造價很高；開關磁阻電動機（SwitchedReluctaneeDrive,SRD）調速系統(tǒng)兼具直流、交流兩類調速系統(tǒng)的優(yōu)點，結構簡單、維護修理容易、可靠性好、轉速和效率高、調速范圍寬、控制靈活，如果其轉矩波動大、噪聲大、需要位置檢測器、結構復雜性較大等技術瓶頸得到突破，將更適合電動汽車動力性能要求，被視為最具潛力的電動車電氣驅動系統(tǒng)。還有各類動力電池和驅動電機的電子控制技術，向集成化、全數(shù)字化和智能化方向發(fā)展。2.純電動汽車發(fā)

16、展動態(tài)純電動汽車是最早出現(xiàn)的電動汽車，指以車載電源（充電蓄電池）作為儲能方式，用電動機為動力來驅動車輪行駛的動力系統(tǒng)。純電動動力的最大優(yōu)點主要是其蓄電池能存儲電能這就決定了其動能的來源可以很廣泛，例如可以利用水力、風力、核能等發(fā)電來給蓄電池充電。此外，還可以利用電力系統(tǒng)的低谷期給蓄電池充電，從而提高電網(wǎng)的效能，避免浪費。隨著技術瓶頸的陸續(xù)攻克，純電動汽車的產(chǎn)業(yè)化進程不斷加快。2.2.1純電動汽車關鍵技術2.1.1鋰離子動力電池技術研發(fā)進一步發(fā)展在混合動力汽車和純電動汽車上，動力電池負責儲存并為電動機提供電能，其容量（能量密度）決定了汽車的續(xù)航能力。目前動力電池的類型主要有鉛酸電池、鎳鎘電池、鎳

17、鋅電池、鎳氫電池、鋰離子電池和超級電容器等，目前在純電動汽車方面使用和研發(fā)較多的是鉛酸電池和鋰離子電池。鉛酸蓄電池的應用歷史最長，技術最為成熟，是成本、售價最低廉的蓄電池，已實現(xiàn)大批量生產(chǎn)。其中閥控式密封鉛酸蓄電池（VRLA）度成為重要的車用動力電池，應用在眾多歐美汽車公司開發(fā)的純電動車和油電混合車上，例如通用在20世紀80年代和90年代分別開發(fā)出的土星和EVI電動汽車等。但是，鉛酸電池的比能量較低，續(xù)航時間短，自放電率高，循環(huán)壽命低；其主要原料鉛的重量大，而且在生產(chǎn)和回收過程中可能產(chǎn)生重金屬的環(huán)境污染。所以，目前鉛酸電池主要用于汽車啟動時的點火裝置，以及電動自行車等小型設備。車用鋰離子動力電

18、池是在一次性鋰電池基礎上發(fā)展起來的，是目前純電動車用電池研發(fā)的主要方向。鋰離子電池的諸多優(yōu)點使之成為繼鎳氫電池之后最受研發(fā)機構和汽車廠商青睞的潛力車載電池。根據(jù)鋰離子電池所用電解質材料不同，鋰離子電池可以分為液態(tài)鋰離子電池和聚合物鋰離子電池兩大類，前者使用的是液體電解質，而后者則以固體聚合物電解質來代替。根據(jù)正極材料的差異，鋰離子動力鋰電池主要包括鈷酸鋰電池、鎳酸鋰電池、錳酸鋰電池、磷酸鐵鋰電池等，正極是含鋰金屬化合物（LiCoO2、LiFeP04、LiMn2O4等），負極是碳素材料。早期研發(fā)的鈷酸鋰和鎳酸鋰電池由于含鈷和鎳，成本較高，而且還存在穩(wěn)定性不好等缺點的制約，發(fā)展遇到瓶頸。新近研發(fā)的

19、錳酸鋰電池和磷酸鐵鋰電池技術有了較大進展，解決了不穩(wěn)定、易爆炸的安全問題，得以在眾多電動汽車進行應用。例如2009年6月開始量產(chǎn)的三菱iMiEV電動車、2009年夏季上市的梅賽德斯-奔馳S400BlueHybrid混合動力車都使用鋰離子電池作為其動力系統(tǒng)。其他國際上主流汽車公司，如福特、日產(chǎn)、雪佛蘭等,也都計劃于20092010年推出基于鋰離子電池的電動汽車。雖然目前鋰離子電池在電池管理系統(tǒng)、電池組應用技術、安全性能、高額成本等方面還存在一定局限，需要繼續(xù)進一步發(fā)展。但從當前各類車用動力電池性能比較、技術水平及其發(fā)展趨勢來看，鋰離子動力電池應用前景更好，若其電池成本等問題可以解決，將逐漸取代鉛

20、酸電池和鎳金屬電池，成為純電動汽車和插電式混合動力汽車的主要動力選擇。難好產(chǎn)業(yè)化易難程度和環(huán)保好差程度尚未產(chǎn)業(yè)化性能好環(huán)保，但價格高昂目前車用電池的產(chǎn)業(yè)化熱點，性能好r環(huán)保，價楮和安全性有待進一步提升-嚨合動力車應用壘溪的電僉池類型，性能較好，但價格高，音污染性呈雇謀-易差B刖愜但比能循環(huán)成本星早應用作車用電池仍有使用量較低、自放電率高壽命低、不環(huán)保壽命短性能不適應于車用電池污染嚴重已基本被淘沐-資料來源:上縛科學技術情報硏究所由丁舊車用電圖5車用動力電池的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展趨勢2.1.2車用驅動電機技術發(fā)展應用在電動汽車上的電動機主要有直流電動機、交流感應電動機、永磁無刷電動機和開關磁阻電動機四類（

21、表1）。直流電動機在電動汽車中應用最早，具有起步加速牽引力大、控制系統(tǒng)較簡單、控制性能好等優(yōu)點，但其缺點是有機械換向器和機械式電刷，電機運轉不能太高，過載能力、轉速范圍、功率體積比、功率重量比、系統(tǒng)效率、使用維護性等方面都受到限制，在目前新研制的電動汽車上已基本不再采用。永磁無刷電動機性能較好，較多應用于混合動力汽車上。目前在純電動汽車上，應用較多的車用驅動電機是交流感應電動機和開關磁阻電動機。交流感應電動機是目前歐美國家電動汽車驅動系統(tǒng)的主流產(chǎn)品，功率覆蓋面寬廣，轉速可高達12000-15000r/min；可采用空氣冷卻或液體冷卻方式，冷卻自由度高；對環(huán)境的適應性較好，能夠實現(xiàn)再生反饋制動；

22、與同樣功率的直流電動機相比較，質量減輕一半左右，價格便宜，維修方便。其缺點是驅動電路復雜、效率及功率密度偏低，控制系統(tǒng)成本過高，其造價遠遠高于交流感應電動機本身，而且調速性能較差。開關磁阻電動機是一種新型的電動機。具有很多明顯特點：結構比其它任何一種電動機都要簡單，維護修理更容易；可靠性好，轉速可達15000r/min,效率達到85%-93%；調速范圍寬，控制靈活，而且可以在很廣的范圍內保持高效率。其缺點是轉矩波動大、噪聲大、需要位置檢測器、結構復雜性較大等，在應用上還受到一定限制，如何從電機設計和控制策略兩方面加以改進是現(xiàn)在的研究熱點。從四種電動機的性能和發(fā)展趨勢比較來看，雖然目前永磁無刷電

23、動機的性能最佳，但開關磁阻電動機最具潛力，一旦攻克其技術瓶頸，以及形成批量生產(chǎn)后迅速降低價格成本，將得到更大發(fā)展。表1現(xiàn)代電動汽車驅動電動機的基本性能比較項目直流電動機交流感應電動機永磁無刷電動機開關磁阻電動機功率密度低中高較咼峰值效率（）負荷效率（）轉速范圍（）可靠性一般好優(yōu)秀好結構堅固性差好一般優(yōu)秀電機尺寸大中小小電動機質量重中輕輕電動機成本（美元）控制操作性能最好好好好控制器成本低高高一般綜合評價差一般（堅固）優(yōu)（咼效）較優(yōu)資料來源：閆大偉陳世元.電動汽車驅動電機性能比較.汽車電器，2004年第2期在電動汽車上，電動機、傳動系統(tǒng)和制動系統(tǒng)緊密聯(lián)系在一起工作，逐漸發(fā)展成為將這三種系統(tǒng)融為一

24、體的輪轂電機技術，又稱為車輪內裝式電機技術。采用這項技術的驅動系統(tǒng)布置非常靈活，可以使電動汽車按照二個前輪驅動、二個后輪驅動或四輪驅動等方式來進行驅動的多種組合，并省略了傳統(tǒng)汽車所需的機械式操縱換檔裝置、離合器、變速器、傳動軸和機械差速器等，使得驅動系統(tǒng)和整車結構更加簡潔、有效利用空間增加、傳動效率提高。與內燃機汽車和單電機集中驅動電動汽車相比，輪轂電機技術具有很大優(yōu)勢，是現(xiàn)階段先進電動汽車技術研究的熱點之一，目前已經(jīng)在電動自行車上獲得較成功應用，在汽車領域也已有不少研究所和公司進行了專項研究，并開始應用到實際產(chǎn)品中。其中日本對這項技術的研究起步較早，處于世界領先地位。日本慶應義塾大學清水浩教

25、授領導的電動汽車研究小組在過去10年中，研制的IZA、ECO、KAZ等電動汽車均采用輪轂電機驅動技術；其中后輪驅動電動汽車ECO采用永磁無刷直流電機，額定功率6.8kW，峰值功率可達20kW。日本普利司通公司和豐田公司曾在2003年東京汽車展上分別推出動力阻尼型車輪內裝式電機系統(tǒng)和燃料電池概念車FINEN，應用的就是輪轂驅動技術。美國通用汽車高級技術研發(fā)中心將其自行研制的輪轂電機技術應用到雪弗蘭s-10皮卡車中，給車輪增加的重量只有約15kg，卻可產(chǎn)生約25kW的功率，產(chǎn)生的扭矩比普通的雪弗蘭s-10四缸皮卡車高60%，加速性能也有所提高。法國TM4公司設計的一體化電動輪，將輪轂電機技術結合到

26、外轉子永磁無刷直流電動機中，額定功率18.5kW,額定轉矩950r/min,額定工況下的平均效率可達96.3%,峰值功率達80kW,峰值扭矩60,m最高轉速1385r/min。從各種驅動技術的特點及發(fā)展趨勢來看,采用輪轂電機技術的電機被視為電動汽車的最終驅動形式。隨著電池技術、動力控制系統(tǒng)和整車能源管理系統(tǒng)等相關技術研發(fā)的不斷深入,電動機性能的不斷提高,輪轂電機技術將在電動汽車上取得更大成功。213車用電機控制技術集成化、全數(shù)字化和智能化發(fā)展按照電機的不同類別,車用電機控制技術可分為異步電機控制技術、永磁同步電機控制技術和開關磁阻電動機控制技術。異步電機控制技術發(fā)展較成熟,具有相對優(yōu)勢,主要有

27、矢量控制技術、直接轉矩控制技術和最大功率控制技術三種。（1）矢量控制技術是比較成熟并常用的異步電機控制技術,基于坐標變換的技術,將電機的定、轉子電壓、電流、磁勢、磁鏈瞬時值所產(chǎn)生的效應用空間矢量來表示,以轉子磁鏈矢量為參考坐標,通過三相到兩相的坐標變換,實現(xiàn)定子電流轉矩分量和勵磁分量的解耦,進行獨立控制和調節(jié),使其異步電機具有和直流電動機一樣優(yōu)良的轉矩、轉速調節(jié)特性。其中轉子磁場定向的矢量控制是20年來實際應用最為普遍、最為成熟的高性能交流調速系統(tǒng)技術,動態(tài)性能好,調速范圍寬,但是控制性能仍然受到電機參數(shù)變化的較大影響。（2）直接轉矩控制技術摒棄了矢量控制中解耦的思想,將轉子磁通定向更換為定子

28、磁通定向,通過控制定子磁鏈的幅值及其矢量相對于轉子磁鏈的夾角,從而達到控制轉矩的目的,具有控制手段直接、結構簡單高效、控制性能優(yōu)良、動態(tài)響應迅速等特點,非常適合應用于車用控制。其缺點是具有轉矩脈動和低速性能差。消除或減少轉矩脈動、提高調速范圍、加快動態(tài)響應是這一技術改進的主要內容,也是其與矢量控制技術競爭的關鍵。目前已有將現(xiàn)有的直接轉矩控制技術和矢量控制技術相結合,取長補短,構成性能更優(yōu)越的控制系統(tǒng)。（3）最大功率控制技術可以改進常規(guī)矢量控制異步電機在低負荷區(qū)內效率低、功率因數(shù)低、與驅動裝置不匹配的問題,在整個運行范圍的每一個工作點都能使系統(tǒng)效率最大,是一種很有前途值得關注的控制技術。其缺點是

29、控制中磁通減弱,轉矩響應變慢,而且控制裝置比較復雜,成本太高,實用價值較低。永磁同步電機控制技術是永磁同步電機在高速運作時采用弱磁控制技術,使電機保持較寬的恒功率范圍,滿足電動車負載要求；在低速運作時采用矢量控制技術,包括氣隙磁場定向、轉子磁鏈定向、定子磁鏈定向等。其中車用中小容量電機常采用轉子磁鏈定向矢量控制技術,是異步電機轉子磁鏈定向矢量控制的推廣。開關磁阻電動機控制技術是開關磁阻電動機在低速運行時采用斬波控制,輸出恒轉矩特性；高速運行時采用相角控制,通過調節(jié)導通角來調整輸出轉矩和轉速。但是這種控制技術還存在利用率低、運行可靠性低等缺點。目前,車用電機控制技術向集成化、全數(shù)字化和智能化方向

30、發(fā)展。（1）集成化包括車用電機與燃油發(fā)動機或變速箱的集成,和電動汽車驅動控制器的開關器件、電路、控制、傳感器、電源和無源器件集成到標準模塊中構成電力電子組件。前者可以減小整個系統(tǒng)的重量和體積,有效地降低系統(tǒng)制造成本；后者可以較好地解決不同工藝電路之間的組合和高電壓隔離等問題,具有較高的集成度,也可以有效減小體積和重量,但目前還存在分布參數(shù)、電磁兼容、傳熱等具有較高難度的技術問題，而且還不能有效地降低成本。（2）全數(shù)字化是在微電子學及計算機技術的逐步發(fā)展，高速、高集成度、低成本的微機專用芯片以及數(shù)字信號處理（DSP）等廣泛應用下實現(xiàn)的，包括驅動控制的數(shù)字化、驅動到數(shù)控系統(tǒng)接口的數(shù)字化以及測量單元

31、數(shù)字化，使改變控制策略、修正控制參數(shù)和模型更加簡單易行，提高控制系統(tǒng)的可靠性和實用性，并具有保護、故障監(jiān)視、自診斷等其它功能，完善車輛的整體運行狀況。（3）非線性智能控制技術在車用電機控制領域的應用，包括變結構控制、模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡、自適應控制、專家系統(tǒng)、遺傳算法等，使系統(tǒng)結構更加簡單、響應更加迅速、抗干擾力加強、穩(wěn)定性增加，以此大大提高整個系統(tǒng)的綜合性能。2.2純電動汽車產(chǎn)業(yè)化進程加快在純電動汽車的第一個發(fā)展階段，全世界有9個大型汽車廠10種純電動汽車投入小規(guī)模生產(chǎn)（表2）。如通用汽車開發(fā)的純蓄電池電動汽車EV1最高時速可達128千米/小時，從靜止加速到千米/小時只需9秒，一次充電可行駛1

32、44千米，其后通用IMPACT電動車一次充電續(xù)駛里程達到190千米；還有福特汽車公司和通用電氣公司聯(lián)合開發(fā)EXE-1、EXE-II電動汽車；豐田公司生產(chǎn)的RAV4電動汽車由鉛酸電池改為鎳氫電池，單次充電可行駛200千米，零售價4.2萬美元/輛，其中電池成本占整車成本的40%；日產(chǎn)汽車公司1998年在日本和美國銷售的ALTRA電動車采用鋰電池，循環(huán)壽命長，可反復使用1200次，續(xù)駛里程124千米；1997年法國雷諾公司推出裝備鋰電池的標致106電動汽車；大眾汽車公司在第18屆國際電動汽車展會上推出的電動汽車能量來自300公斤的充電電池，在12秒內可從0加速到100千米/小時，最高車速140千米/

33、小時。關注第二代純電動汽車技術研發(fā)的，有Heuliez、三菱、富士重工、通用等汽車企業(yè)，以及屬于電力系統(tǒng)的法國電力公司、東京電力公司，以及東芝、日立、東洋電機、三洋電機、旭化成、NEC等機電跨國公司。目前，純電動汽車在美、日、歐等國家和地區(qū)得到了一定程度上的商業(yè)化應用，歐洲地區(qū)已有1萬輛純電動汽車，美國也陸續(xù)從中國批量進口純電動汽車進行運營嘗試。豐田、日產(chǎn)、富士重工、三菱、通用、福特也在推進批量生產(chǎn)計劃。從大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化角度來看，第二代純電動汽車還存在著技術、運行經(jīng)濟、基礎設施配套、政府政策支持等方面的瓶頸，在轎車領域的發(fā)展還沒有達到預期目的，大部分產(chǎn)品集中于短途低速、城區(qū)公共交通及旅游區(qū)交通等

34、領域。表2國外主要純電動乘用車型技術對比與發(fā)展計劃企業(yè)合作者車型上市時間/上市計劃一次充電續(xù)駛里程（km）最咼車速km/h充電時間企業(yè)發(fā)展計劃本田本田年月從充到年前產(chǎn)量已超過輛企業(yè)合作者車型上市時間/上市計劃一次充電續(xù)駛里程（km）最咼車速km/h充電時間企業(yè)發(fā)展計劃豐田豐田年上市，年停產(chǎn)完全充電年前產(chǎn)量已超過輛豐田、松下投資合作開發(fā)鋰離子電池組電動概念車上市充滿年前后在小型車領域發(fā)展通用通用汽車年底上市，年被迫停產(chǎn)（鉛酸電池）（鎳氫電池）無電子限速器分鐘充到與美國電力研究協(xié)會及多家電力企業(yè)合作，以保證譯電服務雪佛蘭年量產(chǎn)雪佛蘭純電動車系列，將現(xiàn)在型鋰電池組的體積和成本縮減，直至電池發(fā)展到能夠

35、滿足純電動汽車商業(yè)化的要求。日產(chǎn)與公司合資成立S量產(chǎn)鋰離子電池電動概念車年生產(chǎn)日產(chǎn)汽車將于年批量生產(chǎn)純電動汽車，并投放日本和歐洲市場；同時雷諾日產(chǎn)簽署以色列電動汽車項目富士與東京電力公斯巴魯年投產(chǎn)分鐘充到年左右在小型純電動車領域企業(yè)合作者車型上市時間/上市計劃一次充電續(xù)駛里程(km)最咼車速km/h充電時間企業(yè)發(fā)展計劃重工司合作開發(fā)鋰離子電池組0分鐘完成充電發(fā)展年產(chǎn)輛菱投資湯淺電池，開發(fā)鋰離子動力電池純電動年量產(chǎn)分鐘充到,小時充滿年前后實現(xiàn)純電動汽車年產(chǎn)輛；年年中將純電動汽車投放日本市場，約年歐洲上市；同時向法國提供電動汽車及電池技術，幫助解決用電時蓄電池過熱問題福特與全美汽車工人聯(lián)合會開發(fā)業(yè)

36、界領先的新型操作方法框架年上市計劃生產(chǎn)一款純電動車型，該車型將與福特?？怂管囆凸灿蒙a(chǎn)平臺。戴姆勒與德國能源公司開展電動汽車充電設施建設的合作項目年前后計劃在年在以色列和丹麥銷售電動車企業(yè)合作者車型上市時間/上市計劃一次充電續(xù)駛里程（km）最咼車速km/h充電時間企業(yè)發(fā)展計劃大眾在以鋰電池驅動的電動汽車領域與中國電池和汽車生產(chǎn)商比亞迪合作研發(fā)中，暫無里產(chǎn)計劃寶馬電動實驗車年底輛試運行研發(fā)中，從上實施運行實驗資料來源：上海科學技術情報研究所（ISTIS）分析整理3混合動力汽車發(fā)展動態(tài)根據(jù)國際電子技術委員會的定義，混合動力電動汽車是一種能夠根據(jù)特定的運行要求，從兩種或兩種以上能量源、能量儲存器或轉

37、化器中獲取驅動力的汽車，在運行中至少有一種能量儲存器或轉化器直接驅動汽車，并且至少有一種能量源、能量儲存器或轉化器能夠傳遞電能。目前發(fā)展較快的混合動力汽車，一般使用熱機-電力混合型動力系統(tǒng)，采用傳統(tǒng)發(fā)動機和高效二次電池（包括大容量電容器、飛輪儲能器），兼容機、電兩方面的工作特性的動力系統(tǒng)。即以汽油機為主動力，輔助以電動機和一系列能量回收、儲存設備，將汽車制動過程中浪費的能量收集起來，轉化為電能驅動汽車，從而達到節(jié)省能源、減少排放的效果。與其他類型電動汽車相比，混合動力的改造成本相對低，只需改造目前的加油站，不必重新投資建設新的燃料供應站。但是，混合動力汽車依然要搭載汽油發(fā)動機，只不過是比傳統(tǒng)發(fā)

38、動機節(jié)能環(huán)保；而且，混合動力汽車雖然在低速擁堵的城市路況中節(jié)油效果可達44%，但在高速行駛中的節(jié)油效果卻較弱。雖然與純電動汽車和燃料電池汽車等其它新能源汽車相比，混合動力汽車在節(jié)能和環(huán)保方面還存在一定局限，被視為階段性的新能源汽車產(chǎn)品，但在目前發(fā)展階段下，混合動力已經(jīng)憑借其日臻完善的技術，取得了較為迅速的產(chǎn)業(yè)化進程，獲得了一定的商業(yè)化成果。3.1混合動力汽車關鍵技術混合動力汽車進入實用化，需要具備高比能量和高比功率的能量存儲裝置，低成本、高效率的功率電子設備和燃料經(jīng)濟性高、排放低的發(fā)動機。這一領域的關鍵技術與純電動汽車相似，也是動力電池、驅動電機和各類電子控制技術。3.1.1鎳氫電池廣泛應用于

39、混合動力汽車領域如本文上一節(jié)純電動汽車關鍵技術所述，鎳氫電池是目前應用最為廣泛的車用動力電池主要應用在混合動力汽車領域。鎳氫(Ni/MH)電池具有良好的耐過充、過放能力，不存在重金屬污染問題，而且在工作過程中不會出現(xiàn)電解液增減現(xiàn)象，可以實現(xiàn)密封設計、免維護。與鉛酸電池和鎳鎘電池相比，鎳氫電池具有較高的比能量、比功率及循環(huán)壽命。其缺點是電池具有的記憶效應較差，而且隨著充放電循環(huán)的進行，貯氫合金逐漸失去催化能力，電池內壓會逐漸升高，影響到電池的使用。此外，鎳金屬昂貴的價格，也導致成本較高。在關鍵材料上，鎳氫電池主要由正極、負極、隔膜和電解質構成，正極為鎳電極(Ni(0H)2)；負極一般采用金屬氫化

40、物(MH)；電解質主要為液體，主要成份是氫氧化鉀(KOH)。目前鎳氫電池的研究重點主要在正、負極材料上，其技術研發(fā)相比較成熟，如表3。表3鎳氫電池關鍵材料及技術關鍵材料主要材料說明負極材料ab5型稀土鎳系貯氫制備方法(貯氫合合金、AB2冶煉法：主要的制備方法，過程簡單，但原料價格較高，合成材料均勻金MH)型Laves相性不夠好、比表面積小，需多次熔煉；貯氫合金化學法：原料為廉價的無機鹽或礦石，合成的材料均勻性好、比表面積大，但工藝尚不成熟。其他材料除了AB5和AB2型貯氫合金材料外，還包括AB型鈦系貯氫合金、A2B型鎂基貯氫合金、釩基固溶體合金、LaNi3和CaNi3合金等正極材料Ni（OH）

41、2（鎳電極）電解質KOH技術發(fā)展歷程：袋式或有極板盒式鎳電極大電流放電性能差，活性物質利用率低，導電性能差III燒結式鎳電極導電性好，放電電壓穩(wěn)定，但孔隙率只有80%，電機容量不大III泡沫式鎳電極質量輕，孔隙率高（大于95%）,活性物質填充量大一般采用KOH水溶液，有時還會加入少量NaOH和LiOH作為電解液資料來源：上?？茖W技術情報研究所（ISTIS）分析整理目前許多歐美國家和日本企業(yè)都在研制車用鎳氫電池，并已實現(xiàn)了批量生產(chǎn)和使用，是混合動力汽車研制中應用最多的車載電池類型。美國的Ovonic公司、日本的松下、豐田、本田、東北電力、湯淺、古河、三洋、新神戶電機等均推出了鎳氫電池驅動的電動汽

42、車，德國的Varta公司、法國的SAFT公司和韓國的現(xiàn)代汽車公司也研制出電動車用鎳氫動力電池并裝車運行。最典型的代表即目前混合動力汽車量產(chǎn)規(guī)模最大的豐田普銳斯。豐田與松下合資成立的PEVE公司是目前世界最大的鎳氫動力電池制造商。2009年2月，豐田還宣布將其與松下電器合資的松下電動車能源公司（PanasonicEVEnergy）原計劃2010年啟動的混合動力車鎳氫充電電池項目提前到2009年。3.1.2永磁無刷電動機應用同樣如前所述，在混合動力汽車領域應用較多的是永磁無刷電動機。永磁無刷電動機采用圓柱形徑向磁場結構或盤式軸向磁場結構，具有較高的功率密度和效率以及寬廣的調速范圍。按照磁鋼在電機中

43、的安放方式，永磁無刷電動機可分為內置式永磁無刷電機和表貼式永磁無刷電機，在電動汽車領域進行應用的主要是前一種類的內置式永磁同步電機，也稱為混合式永磁磁阻電機。內置式永磁同步電機在永磁轉矩的基礎上迭加了磁阻轉矩，以此來提高電機的過載能力和功率密度，而且易于弱磁調速，擴大恒功率范圍運行。這種電動機的結構靈活、設計自由度大，在目前幾類車用電動機中是性能最好的，適合成為電動汽車高效、高密度、寬調速牽引驅動，已經(jīng)引起了各大汽車公司的關注，特別是獲得日本汽車公司的青睞，在混合動力轎車上進行較多應用。如本田Insight、Civic電動汽車，豐田Prius、Crown、EstimaEV電動汽車，日產(chǎn)IeSS

44、a電動I汽車等。美國汽車公司也在新車型設計中將永磁無刷電機作為主要采用的驅動電機，如美國UQM公司為美國軍方機動車輛配套生產(chǎn)的30100kW系列驅動電機就是采用的永磁無刷電動機。但是，永磁無刷電動機受到永磁材料工藝的影響和限制。在受到振動、高溫和過載電流作用時，永磁材料的導磁性能可能會下降或發(fā)生退磁現(xiàn)象，將降低永磁電動機的性能，嚴重時還會損壞電動機。而且，永磁無刷電動機在恒功率模式下的控制系統(tǒng)復雜，造價很高。313電子元器件推動混合動力汽車發(fā)展混合動力汽車需要大量應用于發(fā)動機控制、電池管理、再生制動、電動轉向以及其它系統(tǒng)的電子元器件。目前一部混合動力汽車所用的電子元器件占汽車基本成本的比例為4

45、7%而傳統(tǒng)汽車中的電子元器件只占汽車基本成本的15%。其中最核心的是絕緣柵雙極晶體管(IGBT)和二極管，對于牽引驅動、電動機控制和發(fā)電機具有非常重要的作用。隨著混合動力汽車市場規(guī)模的擴大，各類應用在混合動力汽車上的電子元器件銷售也不斷增長。圖6是BusinessCommunications公司對于各類混合動力汽車用電子元器件市場規(guī)模的預測。2010200520042003引纂無極變彖電動轉向、制動童動機、裳電機、集成功率器件電池、超電容、引攣控制器件資料來源：BusinessCommunications公司圖6混合動力汽車用電子元器件市場規(guī)模（單位：百萬美元）目前，混合動力汽車是現(xiàn)階段解決環(huán)

46、保和能源問題最為切實可行的新能源汽車方案，首要難題是降低成本。除了動力電池、電機驅動系統(tǒng)之外，各類電子元器件市場規(guī)模擴大、價格降低，亦是混合動力汽車在電子控制系統(tǒng)領域降低成本、推動銷售的重要方式之一。混合動力汽車市場不斷擴大由于在對新能源汽車發(fā)展路線的選擇上存在差異，因此較早進行混合動力技術研發(fā)并實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)的是日本汽車企業(yè)，特別是豐田與本田，占據(jù)了全球混合動力領域技術研發(fā)和銷售市場的主導優(yōu)勢。豐田普銳斯自1997年上市以來一直占據(jù)全球混合動力汽車市場較大份額，再加上其Highlander、雷克薩斯RX等混合動力產(chǎn)品，截至2009年1月底在全球累計銷量已超過170萬輛。2009年3月，豐田與

47、法國電力公司（ElectricitedeFrance,EDF）合作，在法國斯特拉斯堡實施使用充電基礎設施的插電式混合動力車（PHV）公路試驗，這種系統(tǒng)將增加普銳斯的動力蓄電池搭載量，并配置充電裝置，可以在家庭中進行充電，使得只使用電機就能增加車輛的實際行駛里程，進一步提高燃油經(jīng)濟性與排放性能。按照豐田的規(guī)劃，豐田在2012年之前還將推出10款新型混合動力車，不僅要在小型車平臺上普遍采用混合動力系統(tǒng)，還準備逐步推向包括SUV在內的幾乎所有車型；進一步削減成本，將目前造價38萬元的混合動力系統(tǒng)成本縮減至1/4；推出第三代普銳斯，將其產(chǎn)量在原有基礎上提高70%，使總產(chǎn)量達到48萬輛。除了豐田之外，本

48、田汽車公司在混合動力汽車市場也占據(jù)一定地位，憑借Insight、思域、雅閣等混合動力產(chǎn)品位居美國混合動力汽車銷量第2位。2008年，本田宣布將擴大混合動力車型的產(chǎn)品線，預計四款混合動力車型的年銷售量將達到50萬輛。為了增強混合動力車型的產(chǎn)能，本田在日本鈴鹿工廠增設混合動力系統(tǒng)電動馬達的新生產(chǎn)線，將在單位時間內的生產(chǎn)數(shù)量提高一倍以上，2008年年底投產(chǎn)，其年產(chǎn)能預計將達到25萬輛。近幾年，歐美國家政府及其汽車企業(yè)也在利益驅動下重新審視混合動力技術市場前景，調整自己的技術路線。美國參議院財政委員會在2007年通過能源促進和投資法案2007（EnergyAdvancementandInvestmen

49、tActof2007），增加了對混合動力汽車的稅收優(yōu)惠激勵措施。美國能源部與三大汽車公司簽定合同，進行為期5年的混合動力汽車研制開發(fā)工作。2008年3月，瑞典工業(yè)部、環(huán)境部投入6200萬瑞典克朗（約合1000萬美元），支持瑞典相關機構與薩伯轎車、沃爾沃轎車、大瀑布電力、ETC公司等聯(lián)合開發(fā)下一代混合動力環(huán)保汽車（可直接連接電源充電）。眾多歐美汽車企業(yè)相繼推出其混合動力產(chǎn)品，與日本汽車廠商搶占市場份額。例如法國PSA集團先后推出了貝靈格型和XSARA型混合動力汽車；2008年9月，德國史古德利集團（ScuderiGroup）與德國的馬勒公司、舍弗勒公司，瑞典的CargineEngineering

50、公司，美國的ConvergentScienee公司、蓋茨（Gates）公司合作，研發(fā)空氣燃油混合動力（Air-Hybrid）發(fā)動機；同時，克萊斯勒將混合動力技術研發(fā)應用于道奇公羊皮卡上，預計將在2010年推出相應產(chǎn)品。表4世界主要汽車廠商已上市及擬上市的混合動力汽車企業(yè)名稱混合動力汽車產(chǎn)品品牌年份企業(yè)名稱混合動力汽車產(chǎn)品品牌年份豐田汽車普銳斯轎車一代普銳斯轎車二代陸地巡洋艦雷克薩斯雷克薩斯雷克薩斯雷克薩斯雷克薩斯下一代普銳斯凱美瑞混合動力版年以后本田汽車兩座轎車轎車雅閣混合動力汽車三菱汽車無階梯公共汽車現(xiàn)代汽車混合動力福特汽車混合動力汽車多功能越野車通用汽車雪佛蘭-皮卡多功能運動型轎車通用商務

51、車雪佛蘭吉姆希雪佛蘭雪佛蘭雪佛蘭企業(yè)名稱混合動力汽車產(chǎn)品品牌年份雪佛蘭戴姆勒克萊斯勒重型卡車梅賽德斯-奔馳級道奇運動多功能車馬自達保時捷卡宴保時捷保時捷資料來源：上?？茖W技術情報研究所（ISTIS）分析整理專家認為，雖然是由電動機和內燃機結合使用的過渡車型，但作為一種既沒有破壞現(xiàn)有汽車制造產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)、銷售、服務基本格局，同時符合環(huán)保與節(jié)能主題的“綠色”車輛，混合動力還將持續(xù)在全球備受重視，預計還有40-50年的市場周期。2008年8月，印度調查公司RNCOS混合動力車全球市場預測報告GoarCararor預測ao20102008-2015年全球混合動力汽車的年均增長率（CAGR）將達到12%。此

52、外，根據(jù)日本野村總研（Nomura）預測（圖7）,全球混合動力車銷售到2012年會增至219萬輛，年復合增長率達33.31%；與混合動力汽車相關的零部件銷售額將從2007年的28.3億美元增長到2012年的70億美元，年復合增長率將近20%?？梢源_信，未來幾年混合動力汽車的市場分額還將不斷增長，成為新能源汽車發(fā)展的最主要推動力。資料來源：現(xiàn)代汽車公司、日本野村總研（Nomura）,上?？茖W技術情報研究所（ISTIS）分析整理圖7全球混合動力汽車銷售現(xiàn)狀及預測4燃料電池汽車發(fā)展動態(tài)燃料電池是一種高效、環(huán)境友好的發(fā)電裝置，它可以直接將貯存在燃料與氧化劑中的化學能轉化為電能。燃料電池汽車被認為是新能

53、源汽車的終極解決方案。世界上第一輪燃料電池汽車研發(fā)高潮在2000年左右，眾多發(fā)達國家汽車企業(yè)紛紛投入巨資，組成聯(lián)盟，進行燃料電池車的相關研究、試驗與生產(chǎn)。奔馳、通用、豐田等都認為，到2004年燃料電池車將能批量生產(chǎn)，實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。然而，這一預期很快在諸多技術瓶頸難題下以失敗告終，國際社會將對于燃料電池汽車未來產(chǎn)業(yè)化的預測節(jié)點推到了2015之后。目前行業(yè)內對于燃料電池汽車的技術研發(fā)已經(jīng)進入第二階段。與2000年之前各國投入造車和示范運營不同，這一階段的研究重點重新轉向應用基礎研究，例如研究氫能本身的技術問題、制氫和儲氫技術、高效的氫能轉換技術，以及車用燃料電池環(huán)境適應性與降低貴金屬擔量影響電池壽命

54、和成本等辦法。4.1燃料電池汽車關鍵技術燃料電池汽車的關鍵技術有兩大類，一類是燃料系統(tǒng)關鍵技術，包括燃料電池制取、車載存儲、氫氣供給等技術；另一類是燃料電池汽車開發(fā)中的關鍵技術，包括燃料電池技術、驅動電機技術、電子控制技術等。燃料電池汽車的驅動電機技術、電子控制技術與純電動汽車、混合動力汽車該領域的技術相同，這里不再復述。4.1.1燃料系統(tǒng)關鍵技術燃料系統(tǒng)關鍵技術包括氫燃料制取技術、車載存儲技術及供給的基礎設施建設。按照氫氣供給方式的不同，燃料電池的制取可分為兩種。第一種制取方式非常簡單，直接使用純氫，與空氣一起供給電池組，能量轉換過程的副產(chǎn)品是水，能量利用率高，排放污染小。但是其氫燃料供給的

55、基礎設施建設是很大問題。目前可考慮到的利用商業(yè)手段制造、儲存、運送和分配氫氣的可行方案有：用大規(guī)模天然氣制取設備集中制取，在加氣站與集中制取地之間用運輸車運輸液態(tài)氫，或用氫氣管道進行連接；從化工冶煉廠制取氫，利用管路連通工廠和加氣站；在加氣站利用小規(guī)模的天然氣制取設備或水電解原理生產(chǎn)氫氣。此外，生產(chǎn)氫氣的方法還包括生物技術、煤炭、城市固體廢棄物，利用非峰值水利、風力、太陽能或核能電解制取等。第二種方式是以甲醇和汽油作為車載液體燃料，利用重整裝置技術制取氫氣，再供給燃料電池。汽油轉化氫的燃料電池系統(tǒng)具有可靠性高、成本低和性能好、排放低等優(yōu)點，雖然與甲醇重整制取氫相比系統(tǒng)較復雜、效率也比較低，但氫

56、含量為甲醇的2倍。而且，從基礎設施投資觀點出發(fā)，汽油燃料在每個加油站都能得到，不需額外增加基礎設施、燃料制造和設施分布投資，具有較高的使用價值。目前美國已有研制從汽油中提取氫的新型燃料電池，其燃料效率比內燃機提高1倍，污染只有內燃機的5%。因此，汽油燃料電池系統(tǒng)開發(fā)起步時間雖晚，但能夠極大地促進燃料電池商品化的進程。這種方式還涉及到氫燃料車載存儲技術。氫的能量密度很低，常態(tài)是氣態(tài)，若要使氫燃料電池汽車的續(xù)駛里程與現(xiàn)有汽車相同，氫氣可采用高壓壓縮、超冷液化、金屬氫化物、活性炭吸附和碳納米技術幾種方式隨車儲存。4.1.2燃料電池技術燃料電池是燃料電池汽車的動力源，對燃料電池的基本要求是：高比能量和

57、比功率；安全性好且成本低；對環(huán)境無危害，可回收性好。迄今已經(jīng)研發(fā)的多種類型燃料電池中，以質子交換膜作為電解質的質子交換膜燃料電池被認為是最適合于汽車的燃料電池。壽命與成本，是第二輪燃料電池技術研發(fā)與應用基礎研究中的關鍵問題，也是制約燃料電池汽車商業(yè)應用的主要障礙。首先是燃料電池的壽命問題，根據(jù)專家測算，其電堆動態(tài)壽命必須能達到5000小時以上。其次是成本問題?，F(xiàn)在國際上每輛氫源燃料電池汽車的成本，一般在100萬美元到200萬美元之間，造價非常昂貴。而作為核心部件的燃料電池，也占據(jù)著燃料電池汽車成本的最大比重。根據(jù)美國能源部測算，目前氫燃料電池的生產(chǎn)成本約為500美元/千瓦。專家估計，只有當燃料

58、電池的生產(chǎn)成本降至50美元/千瓦的水平時才能為消費者所接受。也就是說，當一臺80千瓦車用燃料電池的成本降到目前汽油發(fā)動機的價格（約合3500美元）時，才能創(chuàng)造較大市場效益。降低成本的主要方法是關鍵零部件的批量生產(chǎn)，以及在研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化過程中盡量減少昂貴的催化劑，使用低鉑擔量電極組件，或尋找新的價格較低的非貴金屬催化劑。就技術層面而言，美國在燃料電池技術的研究開發(fā)方面始終處于世界領先地位，日本、歐洲緊隨其后。鑒于目前氫氣在生產(chǎn)和儲存等方面仍存在技術障礙，氫氣管道和加氫站等基礎設施建設還需巨額資金投入，以及成本舉高不下等問題，氫燃料電池汽車在未來10-20年出成果可能性較少。燃料電池汽車產(chǎn)業(yè)化路漫漫

59、氫動力是汽車界公認的最有希望的新能源汽車“終極目標”，除了成本價格高外，它幾乎是傳統(tǒng)能源汽車最理想的替代者。各國政府和世界各大汽車生產(chǎn)商都積極推進燃料電池的產(chǎn)業(yè)化。特別是在2000年左右，興起第一輪燃料電池汽車研發(fā)高潮。眾多發(fā)達國家汽車企業(yè)投入巨資，組成聯(lián)盟，進行燃料電池車的相關研究、試驗與生產(chǎn)。其中推進示范項目是各國促進燃料電池汽車發(fā)展的一個重要手段。世界各國已有10多個燃料電池汽車開發(fā)展示項目，比較有代表性的示范項目有芝加哥-溫哥華-巴拉德項目、美國加州燃料電池合作計劃、歐洲燃料電池巴士項目、歐盟燃料電池巴士示范項目、歐洲電動汽車城市運輸系統(tǒng)（ELCIDIS）計劃、日本氫能及燃料電池示范項

60、目（JHFC）等。其中加州燃料電動車示范項目和日本氫能及燃料電池示范項目取得較顯著效果。奔馳、通用、豐田等曾認為，到2004年燃料電池車將能批量生產(chǎn)，實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。然而，這一預期很快以失敗告終。2003年7月，最早將燃料電池汽車投入商業(yè)運營之一的日本豐田汽車公司，召回了其出租的6輛燃料電池汽車，并宣布推遲另外6輛燃料電池汽車的租賃。其原因是儲存氫燃料的高壓氫氣罐在加注氫氣時出現(xiàn)了泄漏。而其他燃料電池汽車的試運行，也在諸多技術瓶頸下陷入困境。許多企業(yè)停滯了對于燃料電池汽車研制和產(chǎn)業(yè)化嘗試。國際社會將對于燃料電池汽車未來產(chǎn)業(yè)化的預測節(jié)點推到了2015之后，第二次試運行高潮則出現(xiàn)在2010年左右。目前