新能源汽车关键技术及发展路线图研究
一、新能源汽车产业链
新能源汽车是采用非常规的车用燃料作为动力来源(或使用常规的车用燃料、采用新型车载动力装置),综合车辆的动力控制和驱动方面的先进技术,形成的技术原理先进、具有新技术、新结构的汽车。
表1: 按国际技术规范的新能源汽车分类序号 名    称  基本特征
1 先进的柴油车
基于传统石油燃料的节能环保汽车  混合动力车
2 压缩天然气(CNG)汽车
基于天然气和石油伴生品的燃气汽车  液化天然气(LPG)汽车
3 煤制油(CTL)汽车
基于化石燃料的替代燃料汽车  天然气(GTL)汽车
二甲醚(DME)汽车
4 燃料乙醇汽车
生物燃料汽车  生物柴油汽车
5 燃料电池汽车
电池驱动汽车  纯电动汽车
表2:中国对新能源汽车的分类
分类  名      称  特      征
1 混合动力汽车  装有两个以上动力源,动力源可以多样化。当前一般指具有内燃机,再加上蓄电池的汽车。
2 纯电动汽车 以车载电源为动力,用电机驱动车轮行驶。
3 燃料电池电动汽车  将氢和氧的化学能通过电机反应直接转化成电能。
4 氢发动机汽车  内燃机系统类似于传统汽车,其内燃机直接燃烧氢,而不使用其他燃料。
5 其他新能源汽车  其他非传统的、可以提供动力源(如高效储能器、二甲醚)的汽车。
(一)主要新能源汽车的技术特征及优、缺点
表3:主要新能源汽车的技术特征及发展现状 动力类型 驱动方式 工作原理 发展现状
混合动力车 内燃机+电
机驱动(普
通混动)
动力以内燃机为主,无外接电源,
电机在汽车启动时单独工作,加
速、上坡时辅助内燃机工作。
技术已较为成熟,具备产业
化条件,是当前各国发展的
主流新能源车新
内燃机+电
机驱动(插
电式混动)
外接电源为电池充电,电池电量
充足时单独驱动汽车行驶,然后
启动内燃机进入HEV工作模式。
纯电动车 电机驱动 依赖自身携带的储能电池为动力
来源,储能电池依靠外接电源充
电。
目前在大型客车领域应用
较多,轿车领域技术尚不成汽车结构图
熟,但代表了新能源汽车的
中长期发展方向。
燃料电池车 电机驱动 依靠自身携带的氢、甲醇、天然
气等燃料,通过电极反应放电,
驱动车辆行驶。
世界性课题,技术最不成
熟,制造工艺复杂,成本极
高,但却又是新能源汽车的
远期解决方案。
表4:主要新能源汽车的优缺点比较
类    型 优    点 缺    点
纯电动车
结构简单
电源来源多样化
使用过程零排放
续驶历程短
依赖充电设施
成本较高
混合动力车 能有效降低能量消耗
能有效降低排放
结构比较复杂、技术难度大
对传统车技术依赖性强
燃料电池车 使用可再生氢能源
使用过程零排放
结构简单、排放低
燃料电池技术突破
需要氢气制备、储存和加氢设
施成本高
代用燃料汽车
主要使用可再生能源
在代用燃料充足的地区易于推广
燃料来源受资源和技术限制
(二)新能源汽车的产业链结构
新能源汽车产业链的基础上进行延伸,形成了一条全新的产业链条。上游主要增加了电池、电机、电控系统、专用自动变速器等部件,下游充
电设施、电池回收等产业也在新能源汽车的带动下获得了快速发展。
上游的电池、电机、变速器和电控系统作为新能源汽车产业链中最关键、最核心的环节,占据了整个产业价值链的高端部分。在新能源汽车的成本构成中,电力驱动系统(包括动力电池系统和电机驱动系统)的占比是最高的。
图1: 新能源汽车产业链结构图
二、世界新能源汽车技术的发展路径
(一)全球公认的新能源汽车发展路径
新能源汽车作为“下一代汽车”的主要解决方案,按照目前技术实现的难易程度、产业化的可能性等要素排列,可分为近期、中期和远期解决方案。其中,混合动力汽车与纯电动汽车分别属于近期和中期解决方案范畴。
图2:国际上公认的新能源汽车发展路径
(二)主要汽车强国新能源汽车技术发展路径
日本企业商业化起步最早,目前在混合动力领域技术最为成熟,同时纯电动领域亦取得较大进展;美国企业由于市场消费习惯等影响前期投入力度偏弱,目前加速追赶,混合动力和纯电动并驾齐驱;欧洲企业更注重传统汽车技术的改进,同时进行了较丰富的新能源技术储备,目前主要在部分豪华车型上应用了混合动力技术,纯电动和插电式混合动力车型仍更多处于技术储备阶段。
表5: 主要国家和地区新能源汽车的主攻路径 国家或地区  技  术  路  径
美国      通用公司:全面推动氢燃料电池、混合动力、生物燃料、柴油机、天然气等新型汽车的开发。
福特公司:全面推动混合动力、插电式混合动力、乙醇燃料、清洁柴油、氢气内燃机、燃料电池汽车的
开发。
日本      研发技术多样化,在混合动力汽车领域处于领先地位。
欧洲      选择性开展新能源汽车研究,主攻柴油机、生物燃料、氢燃料市场化工作,尤其在清洁柴油乘用车方面的技术处于世界领先地位。
三、我国新能源汽车技术发展路径及关键技术
(一)技术发展现状
目前,中国在动力电池、电机和电控等新能源汽车核心领域均取得了相当大的突破。在电池材料(如正极材料、隔膜、电解质)、动力电池、电机、动力总成控制等产业已可以满足国内新能源汽车中低端领域需求,但是在高端领域与国际先进水平相比还存在一定的差距。
1、驱动电机技术
电机作为新能源汽车动力转化装置,是新能源汽车的心脏,其发展趋势基本可以归纳为永磁化、数字化和集成化。日本的电机产业化水平较高。近年来美、欧开发的电机汽车多采用交流感应电机,日本则多采用永磁电机。国内车用驱动电机系统还存在较多差距与不足。
表8:电机核心技术及产业现状
核心技术 现          状
电机本体 材料技术及工艺 永磁电机制造材料主要为稀土永磁材料和硅钢材料,国内这两种材料的加工工艺和性能仍与国外存在一定差距。主要生产厂商包括:横店东磁、武汉钢铁集团、上海宝钢集团等
电机控制器 电力电子器件生产技术
IGBT长期被国外垄断,2009年底比亚迪宣布主研
发的IGBT芯片顺利组装成IGBT模块,并成功开
始新能源汽车台架测试
控制保护策略设计
控制策略设计是电机控制器的软件核心,这部分
都由各控制器厂商设计,国内主要控制器厂商包
括:上海电驱动、上海大郡、湖南南车、深圳比
亚迪和中山大洋等
可靠性设计
对零部件可靠性与使用寿命考核办法不明确,可
靠性和环境适应性的研究考核不足
2、电控系统
电控系统主要包括电池管理系统、电机控制系统、能量回馈系统、电动助力转向系统等环节,是新能源汽车的神经中枢。该技术壁垒较高,核