新能源汽車的技術(shù)原理與應(yīng)用

自2002年加入聯(lián)合國汽車工業(yè)以來，汽車工業(yè)在中國得到了迅速發(fā)展，石油產(chǎn)量比去年快速增長，尤其是交通運輸行業(yè)對石油產(chǎn)品的需求。據(jù)統(tǒng)計公報顯示,中國2012年末全國民用汽車保有量達12089萬輛,國內(nèi)市場對石油的需求量可想而知。一方面,世界原油供應(yīng)緊張,石油價格近年來持續(xù)上漲,而我國石油資源短缺,嚴重依賴進口;另一方面,能源的大量消耗給生態(tài)環(huán)境帶來巨大壓力,不僅空氣污染越來越嚴重,二氧化碳的大量排放更是加劇了溫室效應(yīng)。那么,在石油緊缺和環(huán)境污染的制約下,新能源汽車必將是汽車產(chǎn)業(yè)最終的發(fā)展方向。目前新能源汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展日益受到世界各國政府的高度重視,并且把發(fā)展新能源汽車作為提高產(chǎn)業(yè)競爭能力、保持經(jīng)濟社會可持續(xù)發(fā)展的重大戰(zhàn)略舉措?？梢?作為我國未來的戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè),新能源汽車在我國將具有良好的發(fā)展前景。光明和跳躍混合動力汽車美國計劃在新能源汽車技術(shù)領(lǐng)域投入巨資,加強對電池和電機的研發(fā);日本為實現(xiàn)新能源電池成本下降一半的目標,計劃在今后五年中,每年投入2億美元開發(fā)電動汽車的車用電池;歐盟出臺的“歐洲經(jīng)濟復興計劃”提出“綠色汽車”的倡議,重點資助高效節(jié)能汽車的研發(fā),特別是在電動汽車領(lǐng)域的研發(fā);德國提出“國家氧能與燃料電池創(chuàng)新計劃”和“國家純電動車發(fā)展計劃”,預計到2020年將推廣100萬輛電動汽車,到2030年將進一步提高至500萬輛,到2050年燃料電池驅(qū)動的城市交通將占主導地位……目前,世界主要發(fā)展的新能源汽車有混合動力汽車、純電動汽車和燃料電動汽車。全球混合動力車銷量最大的國家和地區(qū)依次是美國、歐洲和日本,它們在新能源汽車技術(shù)方面處于領(lǐng)先地位。在技術(shù)研發(fā)方面,采用的都是政府、企業(yè)、研究機構(gòu)相結(jié)合的研發(fā)體系?；诒緡胤A賦差異,政府有的放矢地制定了新能源汽車發(fā)展路線。日本主要走的是混合動力汽車技術(shù)路線,在該領(lǐng)域名列世界前茅,并且研發(fā)出能夠大規(guī)模應(yīng)用的油-電混合動力技術(shù)。美國研發(fā)的重點是氧燃料電池汽車和可充電式混合動力汽車,并開始大規(guī)模推廣乙醇燃料汽車。歐洲在混合動力技術(shù)、純電動汽車技術(shù)和氫燃料汽車方面進行了全方位研發(fā),但以氫燃料汽車研發(fā)為主,包括氫燃料電池汽車和氫內(nèi)燃機汽車,同時在生物柴油汽車產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用領(lǐng)域居世界領(lǐng)先地位。我國新能源汽車發(fā)展現(xiàn)狀2001年,我國啟動“863”計劃電動汽車重大專項,加大了對新能源汽車的研發(fā)投入。2010年10月,國務(wù)院正式發(fā)布《關(guān)于加快培育發(fā)展戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的決定》,將新能源汽車產(chǎn)業(yè)作為戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)之一進行重點培育發(fā)展,著力突破動力電池、驅(qū)動電機和電子控制領(lǐng)域關(guān)鍵核心技術(shù),推進插電式混合動力汽車、純動力汽車推廣應(yīng)用和產(chǎn)業(yè)化,標志著發(fā)展新能源汽車已上升至國家戰(zhàn)略層面。2012年3月3日,我國又發(fā)布了以自主創(chuàng)新、重點突破、協(xié)調(diào)發(fā)展為指導原則,以純電力驅(qū)動為技術(shù)轉(zhuǎn)型戰(zhàn)略,以“三縱三橫”為研發(fā)布局的“十二五”專項規(guī)劃。同年的統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明,我國石油進口量已經(jīng)高達國內(nèi)總需求量的58%,交通擁堵和環(huán)境污染也開始在二三線城市中蔓延。因此發(fā)展新能源汽車已經(jīng)足夠上升到國家戰(zhàn)略高度,是改善國民生活的重要戰(zhàn)略措施。2012年底,包括江淮第五代純電動轎車平臺技術(shù)開發(fā)項目、東風小型純電動轎車技術(shù)開發(fā)項目、北京牌全新平臺純電動轎車技術(shù)開發(fā)項目等25個純電動車項目通過由財政部、工業(yè)和信息化部、科技部聯(lián)合發(fā)文組織的新能源汽車產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新工程項目審批,一批企業(yè)開始在國家的推動下重點發(fā)展新能源汽車項目。預計到2015年,我國企業(yè)可以形成以純電動驅(qū)動為主的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu),在整車、關(guān)鍵零部件、公眾平臺等29個技術(shù)創(chuàng)新方向上取得技術(shù)突破,在電機、電池等核心部件領(lǐng)域形成5家以上骨干企業(yè),并且產(chǎn)業(yè)集中度達到60%,掌握部分核心技術(shù)并申請3000例以上核心專利。同時將由政府牽頭在30個以上城市進行規(guī)?；痉锻茝V,并在至少5個城市進行商業(yè)化試點應(yīng)用。為新能源汽車的規(guī)?；彤a(chǎn)業(yè)化鋪平道路。廣東省新能源汽車技術(shù)創(chuàng)新體系現(xiàn)狀廣東省是國內(nèi)最早開展電動汽車技術(shù)研發(fā)、參與國家電動汽車重大科技項目的省份之一,目前在電動汽車整車、動力系統(tǒng)總成以及動力電池及其管理系統(tǒng)、驅(qū)動電機等關(guān)鍵零部件方面的技術(shù)居全國領(lǐng)先地位。其中,動力電池技術(shù)的專利申請量位居全國首位,實驗室小批量試制電池能量密度可達150kw/kg,循環(huán)次數(shù)2000次以上;永磁同步電機技術(shù)發(fā)展迅速,已具備量產(chǎn)功率7.5至130kw永磁同步電機驅(qū)動系統(tǒng)的能力,產(chǎn)品綜合技術(shù)指標居國內(nèi)領(lǐng)先水平;擁有國家電動汽車試驗示范區(qū)、國家汽車質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心(廣東)、電動車輛國家工程實驗室(電驅(qū)動實驗室)以及一批省級工程實驗室、工程中心、重點實驗室等創(chuàng)新平臺和公共測試平臺,初步形成了一個多層次、多領(lǐng)域的技術(shù)創(chuàng)新體系。據(jù)初步統(tǒng)計,2011年廣東省新能源汽車產(chǎn)業(yè)總產(chǎn)值47.2億元,產(chǎn)業(yè)規(guī)模居全國前列。電動汽車產(chǎn)能超過2萬輛,各類新能源汽車產(chǎn)銷量近7000輛;動力電池產(chǎn)量居全國首位,鋰離子動力電池產(chǎn)能超過7億安時/年,動力電池正負極、電解液、隔膜等關(guān)鍵材料實現(xiàn)國產(chǎn)化;各類電動汽車驅(qū)動電機年產(chǎn)能超過2.5萬臺套,可基本滿足新能源汽車大規(guī)模生產(chǎn)需要。目前,廣東省新能源汽車產(chǎn)業(yè)已涵蓋了整車生產(chǎn)、三大電(電池、電機、電控)、三小電(電動空調(diào)、電動助力轉(zhuǎn)向、電動助力制動)以及電池關(guān)鍵材料等領(lǐng)域,基本形成了完備的新能源汽車產(chǎn)業(yè)鏈。整車方面,截止至2011年底,全省有24款電動汽車進入國家《節(jié)能與新能源汽車示范推廣應(yīng)用工程推薦車型目錄》,相關(guān)車型已批量生產(chǎn)并投放市場;關(guān)鍵零部件方面,鋰離子電池產(chǎn)業(yè)鏈較為完整,擁有一批在國內(nèi)有較強競爭力的動力電池和電池正負極、隔膜、電解液等關(guān)鍵材料生產(chǎn)企業(yè),電動汽車電機研發(fā)與產(chǎn)業(yè)化方面居國內(nèi)前列。荊棘和荊棘新能源汽車的發(fā)展并不容易，主要存在四個方面的問題新能源汽車核心技術(shù)攻關(guān)雖然我國新能源汽車已有多年的發(fā)展歷史,但總體上我國新能源汽車的技術(shù)水平和研發(fā)能力仍然偏低,與發(fā)達國家相比還存在一定的距離。一方面,多數(shù)國內(nèi)汽車制造商并沒有真正掌握新能源的核心技術(shù),其掌握的技術(shù)仍是初級水平。當然,新能源汽車的很多關(guān)鍵技術(shù),目前在世界范圍內(nèi)還都是技術(shù)難點,其技術(shù)研發(fā)仍是一個長期的過程。目前我國技術(shù)攻關(guān)的重點是電池技術(shù)、動力總成系統(tǒng)和電控系統(tǒng)。另一方面,新能源汽車核心零部件技術(shù),包括整車控制技術(shù)、電機驅(qū)動系統(tǒng)技術(shù)、電池系統(tǒng)技術(shù)、動力耦合技術(shù)等,而我國的汽車企業(yè)在這些技術(shù)上還未取得突破性進展,國產(chǎn)的零部件與國外進口的相比,在性能上差距較大,電機驅(qū)動系統(tǒng)效率低下,并且電池充電時間長,使用壽命較短。企業(yè)資金使用技術(shù)的統(tǒng)一標準是指導一流企業(yè)做標準、,二流企業(yè)做品牌、,三流企業(yè)做產(chǎn)品。技術(shù)標準的威力,有目共睹?？芍^誰掌握標準,誰就擁有主動權(quán)。沒有統(tǒng)一的標準,企業(yè)投入資金研發(fā)新能源技術(shù)就會缺乏具體的指導而無所適從。目前我國尚未建立系統(tǒng)的新能源汽車技術(shù)標準,僅僅出臺了關(guān)于新能源汽車的測試、性能、安全穩(wěn)定等相關(guān)方面的規(guī)定,其他方面如核心零部件的標準、電池的壽命、動力耦合技術(shù)的具體標準都亟待建立和進一步完善?；A(chǔ)設(shè)施建設(shè)成本較高在推廣使用新能源汽車前,要建設(shè)足夠的充電基礎(chǔ)設(shè)施、氫燃料補給基礎(chǔ)設(shè)施等,如果沒有完備的基礎(chǔ)設(shè)施,將會大大阻礙新能源汽車的推廣?；A(chǔ)設(shè)施的建設(shè)都需要投入大量的資金和土地資源,建設(shè)充電站的一次性投入較大,回收期較長。而從當前我國新能源汽車產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)來看,相關(guān)充電站、充電樁的選址和建設(shè)基本由政府確定和籌資完成。要想在全國建成新能源汽車基礎(chǔ)設(shè)施網(wǎng)絡(luò),光靠政府的財政資金是不夠的,還需要其他社會資本和企業(yè)的共同建設(shè)。新能源汽車市場面臨消費者的反避難一方面,中國的消費者對新能源汽車的接受程度遠不如歐美國家的消費者。節(jié)能減排的汽車消費觀念僅是口號而已,雖的確吸引了眾多觀眾,社會反響也很熱烈,可真正購買新能源汽車的人卻少之又少。有數(shù)據(jù)顯示,中國汽車用戶對節(jié)能與新能源車的認可度達到44%,但在實際購車過程中,高達65.1%的用戶仍首選汽油發(fā)動機車型。另一方面,盡管有政策的大力支持,但其市場推廣依然舉步維艱。新能源汽車的產(chǎn)業(yè)化和規(guī)?；蕾囅M市場,如何增強消費者的購買力度以擴大消費市場是非常值得重視的問題。如果群眾運動是順暢的，就會發(fā)生新能源汽車的快速發(fā)展需要政府、企業(yè)和市場三個方面的共同努力。針對我國新能源汽車的發(fā)展狀況,可以采取以下措施。一完善相關(guān)創(chuàng)新、保障企業(yè)的政策支持,為新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供保障加強新能源汽車基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè),將大大增強新能源汽車的推廣力度;保障知識產(chǎn)權(quán)可以帶給相關(guān)企業(yè)和個人的收益是保障人才積極創(chuàng)新、保障企業(yè)將創(chuàng)新成果轉(zhuǎn)化為先進生產(chǎn)力、保障新能源汽車行業(yè)核心競爭力不斷提升,是新能源汽車行業(yè)競爭力培育的基本保障;在配套政策方面,可以實行綜合的稅收、財政、政府采購等配套政策體系,例如對新能源汽車生產(chǎn)企業(yè)的信貸支持和稅收減免;大力推動新能源汽車政府采購,制定新能源汽車最低采購比例;對替代燃料和基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)提供直接投入、稅收減免和信貸支持等。二中小企業(yè)創(chuàng)新機制和行業(yè)標準的建設(shè)是影響新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展的又一重要因素我們可以通過官方媒體和特殊優(yōu)惠對新能源汽車相關(guān)產(chǎn)品進行推廣,加快消費者接受新型消費品的速度和使用新能源汽車的愿望;我們需要解決資金、政策和人才等多方面的限制及其創(chuàng)新團隊管理、創(chuàng)新成果轉(zhuǎn)化和創(chuàng)新型人才培養(yǎng)機制均存在的問題;同時企業(yè)競爭策略需要轉(zhuǎn)向加強合作以加快國內(nèi)新能源汽車行業(yè)的發(fā)展速度和發(fā)展質(zhì)量。需要強調(diào)的是,對新能源汽車企業(yè)來講,市場競爭能力相對國外同行存在明顯不足,因此國內(nèi)企業(yè)相互幫扶、加強合作才能在日益激烈的市場競爭中生存和發(fā)展;最重要的是,新能源汽車企業(yè)需要參與行業(yè)標準的制定。從CPU、PDF文件等科技成果的盈利模式來看,行業(yè)標準對于一個企業(yè)能否獲得高質(zhì)量的利潤至關(guān)重要。尤其是在勞動力成本日益提高的當代中國,減少固定勞動力的投入、控制資源消耗和環(huán)境污染都是新能源汽車產(chǎn)業(yè)獲得持久發(fā)展的必然要求。三縱向整合和橫向一體化是市場發(fā)展的關(guān)鍵一環(huán)對于新能源汽車行