车辆行业的发展前景和技术趋势
Vehicle industry development prospects and technical trend
Abstract：Under the external pressure of increasingly serious energy and environment and the internal requirements of traditional automobiles transformation and upgrading, auto industry is faced severe challenge. New energy vehicle is an inevitable trend of auto industry development in the future. This paper introduces the current situation of the development of new energy vehicles and the development trend.
Key words：Electric vehicle;Status;Development trend
1 引言
汽车自上个世纪末诞生以来，已经走过了风风雨雨的一百多年。从卡尔.本茨造出的第一辆三轮汽车以每小时18公里的速度，跑到现在，竟然诞生了从速度为零到加速到100公里丰田发展史/小时只需要三秒钟多一点的超级跑车。这一百年，汽车发展的速度是如此惊人！同时，汽车工业也造就了多位巨人，他们一手创建了通用、福特、丰田、本田这样一些在各国经济中举足轻重的著名公司。 总的说来，汽车发展史可能分为蒸汽机发明前、蒸汽汽车的问世、大量流水生产汽车开始等三个阶段。
随着全球能源危机的不断加深，大气污染的日益严重以及全球气温上升的危害加剧，使得全球大量汽车的使用带来影响急剧突出。世界汽车技术将进入新的时代，低能耗汽车时代已经到来［1］。目前，世界各国汽车行业普遍认识到节能减排是未来汽车主攻方向，一方面要求在传统汽车上关键技术上突破，一方面要求大力发展新能源汽车。笔者认为新能源带来的技术变革将是汽车行业的发展的一个至高点［2］。
2 国内外汽车发展现状
目前，国内外对于新型能源汽车方面的研究主要在电动汽车和混合动力汽车。
2.1 中国汽车发展现状分析
进入21 世纪以来，中国汽车行业虽然仍存在产业结构不合理、自主开发能力薄弱等问题，但整个行业高速发展，产业集中度不断提高，产品技术水平明显提升，已经成为世界汽车生产及消费大国。根据中国汽车工业协会的统计数据, 2001 年中国汽车的产销量仅为200余万辆，但在2006 年产销量已双双突破700万辆，全年生产728万辆；2008 年在经受全球金融危机影响下的中国汽车工业仍保持了增长，全年汽车生产930 万辆；2009 年，在全球汽车市场不景气的背景下，我国汽车行业一枝独秀，汽车产量为1,379万辆。2009 年中国已经成为世界第一汽车生产大国，同时中国汽车消费量占全球总消费量比例已达12%。2010年，中国汽车行业继续保持较快的增长势头，汽车产销双双超过1800万辆，蝉联第一。
然而，就现阶段来说，新能源汽车在中国发展了不久，新能源技术还没有实质性的突破，还处于起步阶段。与日本，欧美国家相比还有很大的距离。
近十余年来，我国电动汽车行业仅用了不到20亿元的中央财政投入（仅相当于丰田公司年度开发投入的1/20），不仅显著提升了产业技术水平，大大缩短了与日美欧等国间的差距，而且培育了一批有较强创新能力的企业和科研院所，夯实了实现未来产业自主发展的基础。
总结我国新能源汽车行业实现创新驱动产业发展的经验如下：
注重政府支持初期的研发体系规划与布局与国外新能源汽车行业发展的情况相类似，我国新能源汽车行业也是依靠政府系统研发支持起步的。但与国外汽车行业的整体结构不同，我国汽车行业创新资源较为分散，组织创新资源进行研发的难度较大。为此，我国政府在通过863计划系统支持新能源汽车行业研发的前期，不仅加强了对研发体系的系统规划，而且尝试利用科技计划的大规模投入，引导行业创新资源的合理布局，取得了较好效果，这是我国新能源汽车行业发展的主要经验之一［3］。
在电动汽车重大科技专项启动初期，根据当时我国主导产品为汽车的工业企业数量较多，一直保持在100家以上，行业科研资源散落在北京、上海、长春、武汉、重庆等许多城市的企业、科研机构和大学内，各单位间缺少有效合作的现状，在技术开发中，863计划确立并坚持了“三纵三横”的研发布局［4］。其中燃料电池轿车布局在上海，依托上海燃料电池汽车动力系统有限公司、同济大学和上汽集团；燃料电池大客车布局在北京，依托清华大学和京华客车厂等；混合动力轿车布局在武汉，主要依托东风电动汽车公司开发，后奇瑞和长安公司也加入；混合动力大客车布局在武汉和长春，主要由一汽集团和东风电动汽车公
司利用各自的底盘技术进行开发；纯电动汽车布局在北京和天津，客车由北京理工科凌电动车辆有限公司、轿车由天津清源动力有限公司研发。通过科技计划在“十五”和“十一五”期间的持续支持，逐步使各参研单位聚拢围绕“三纵三横”组织研发，从而使各单位的研发目标与我国政府支持电动汽车行业科研攻关的目标相一致，有效整合利用了分散的研发资源。
目前，我国在传导供电领域已经建立了一套标准体系详细情况如表1［5-12］
分类 | 标准名称 |
汽车行业标准 | 电动汽车传导式充电接口 |
电动汽车电池管理系统与非车载充电机之间的通信协议 | |
国家标准 | 电动车辆传导充电系统 |
电动汽车传导充电用插头、插座、车辆耦合器和车辆插孔通用要求 | |
电动汽车充电站通用要求 | |
电动汽车传导式充电接口 | |
电动汽车传导充电 充电连接装置 | |
电动汽车电池管理系统与非车载充电机之间的通信协议 | |
2.2 国外汽车发展现状分析
在发展电动汽车的过程中，世界汽车企业特别是著名的国际企业无疑扮演着重要的角,不愧为“急先锋”，它们以市场为导向、以技术为依托，积极推动了电动汽车的发展。
丰田公司是世界一流的汽车生产企业，又是日本乃至世界上最早生产电动汽车的企业。1996年9月，丰田在日本市场上推出了“RAV4”型电动汽车,它装备的是镍一金属复合电池。
福特汽车公司从60年代起就着手开发电动汽车,至今公司已获得了上百万公里的顾客使用经验,奠定了福特电动汽车进一步发展的牢固基础。经验表明,电动汽车的质量与耐用性是必须要解决的基本问题。为此,年福特的电动汽车设计工程师们根据使用经验,重新定义了市场与顾客对电动汽车的需求,建立了顾客档案,从中出顾客心中电动汽车的质量、驾驶环境等的真正含义,然后从技术上寻求解决方案。目前,福特电动汽车的动力系统实验已超过480万km全加速/全减速实验也已经进行了48万,并正考虑使用镍一金属复合电池以提高电动汽车的续驶里程。
通用汽车公司在电动汽车的发展过程中,主要解决了下列有关战略决策问题:为顾客在购买之
前提供时间和经验展示,在现有条件下,为保障生产规模的经济性和销售的经济性而进行先行基础工作。通用汽车公司与其零售商一起合作,他们的顾问小组已深人到国内几个州(通用拟订的首批电动汽车目标市场)之中,对电动汽车的宣传、销售、培训、售后服务等环节进行协作。
目前，世界上汽车技术法规和标准体系有几十种最具有代表性的是欧洲、美国和日本3个体系，详细情况见表2［13-15］。相应的标准化工作组织主要有国际标准化组织（ISO）、国际电工委员会（ICE）、日本电动车辆协会、美国汽车工程师学会和欧洲标准化委员会等这些组织目前已制定电动汽车相关标准共163项。其中整车相关标准项占69项（占42%）、电池相关标准51项占（占31%）电机相关标准6项、基础设施相关标准31项、其他标准共6项。这
些标准具有以下特点
整车标准较为齐全 涵盖了电动汽车的术语技术条件性能试验和安全等诸多方面。
电池系统标准所占比重较大涵盖了动力电池的定义、规格要求、性能试验、电池安全等。
车用驱动电机标准共6项，仅对车用电机进行了总体定义和试验方法规定没有针对不同车用电机的专项标准多数参照工业电机标准。
表2 国外传到充电标准
地区 | 欧洲 | 日本 | 北美 |
标准代号 | IEC61851 IEC62196 | JEVS G105 | SAEJ1772 |
尽管传导充电操作简便易行， 但是充电方式存在固有缺陷：常规充电等待时间长，快速充电对电池寿命有影响， 因此电池更换也是各国电动汽车供电的应用方向之一。美国 Better Place 公司开发出世界上第一套电池自动更换系统， 整个工作主要由安装在自动轨道上的两个电池升降自控设备完成：首先，一个升降设备负责将汽车底部耗尽的电池移除；然后， 另一个放置充满电的电池的电池升降设备就将满电电池插入汽车；最后，自动轨道系统将这块从汽车中移除的空电池送回电池存储库中进行再充电，以备下次其他电动车使用。 Better Place 已经在以列特拉维夫、 丹麦哥本哈根以及加拿大多伦多开放了包括换
电站在内的体验中心，至 2011 年末，Better Place 的电池换电站将遍布全球四大洲，这其中包括美国、欧洲、澳大利亚及中国［16］。
3 国内外汽车发展趋势
新能源汽车产业也存在成本过高、 基础设施不完善、扶持政策缺位、相关标准不统一及核心技术空心化等问题。根据目前新能源汽车的发展状况， 新能源汽车主要有以下发展趋势。
3.1突破电磁技术是关键
作为动力源， 现在还没有任何一种电池能与石油相提并论，动力电池已成为限制电动汽车发展的瓶颈。因此，研究和开发环境友好、成本低廉、性能优良的动力电池，是大量推广使用电动汽车的前提。
3.2驱动电机呈多样化发展
美国倾向于采用交流感应电机， 其主要优点是结构简单、可靠且质量较小，但控制技术较
复杂。 日本多采用永磁无刷直流电机，优点是效率高、起动转矩大且质量较小，但成本高，且有高温退磁和抗震性较差等缺点。 德国和英国等大力开发开关磁阻电机，优点是结构简单、可靠且成本低，缺点是质量较大，易产生噪声［17］。
3.3向超微型发展
由于受续驶里程的影响， 纯电动汽车向超微型发展。 这种汽车降低了对动力性和续驶里程的要求，充电展。 这种汽车降低了对动力性和续驶里程的要求，充电内使用。
3.4燃料电池汽车成为竞争的焦点
燃料电池汽车在成本和整体性能上， 特别是续驶里程和补充燃料时间上明显优于其他电池的电动汽车，并且燃料电池所用的燃料来源广泛、又可再生，并可实现无污染、零排放等环保标准。 因此，燃料电池汽车已成为世界各大汽车公司 21 世纪激烈竞争的焦点。燃料电池及氢动力发动机车型被看作是新能源汽车最终的解决方案。
3.5 电池供电技术
就技术成熟度而言， 目前比较成熟的电动汽车供电技术为传导充电和换电，无线供电次之。
对于传导充电， 我国已经制订出台了一系列标准，充电设备供应商资源比较充足，只需要在城市规划建设中作到合理布局就可以满足使用需要，常规充电使用的墙体充电插座投资费用不高， 但是提供的电功率有限， 适合用于家庭独立停车库和小区停车位充电使用。
电池更换模式催生出电池租赁业务，电池的充电、维修、保养、更换和回收服务都由专业的电池租赁公司提供，有利于电池性能的保持和废旧电池的回收， 同时可以消除快速充电对电池的劣化损害；另外，回收的电池可以集中到晚上充电，从而对电网起到调峰作用，有利于电网用电电力平衡，可谓一举两得。尽管存在上述优点，由于电池标准化、模块化任务尚未完成，电池安装位置不统一，电池更换目前在我国还不可能大规模地应用推广，只能针对特定车辆或特定品牌车辆使用。
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