重大项目立项建议书

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1、十一五863计划节能与新能源汽车重大项目立项建议书项目名称：节能与新能源汽车重大项目所属领域： 交通领域编报日期：20XX4月目 录一、项目提出的背景、意义和必要性11 立项背景11.1 交通能源与环境问题是21世纪全球面临的重大挑战11.2 各国政府积极推动节能与新能源汽车技术的发展21.3 我国面临能源和环境的严峻挑战31.4 我国面临汽车技术变革的重大机遇52 项目的意义和必要性52.1 发展节能与新能源汽车是我国国民经济可持续发展的战略需要62.2 发展节能与新能源汽车是提高汽车工业核心竞争力的迫切要求72.3 开发节能与新能源汽车产品是汽车技术不断发展的需求82.4 节能与新能源汽车

2、具有广阔的市场前景8二、项目相关领域的国外技术现状及趋势101 国外电动汽车技术现状及趋势102 国电动汽车现状和发展趋势133 代用燃料汽车国外技术现状及趋势154 专利分析194.1 电动汽车专利分析194.2 代用燃料汽车专利分析244.3 专利分析结论27三、项目发展战略301 指导思想302 总体目标303 研发布局32四、项目的主要研究容、目标及具体指标351 电动汽车动力系统技术平台和整车产品351.1 燃料电池汽车动力系统技术平台和示样车351.1.1 燃料电池汽车动力系统技术平台研究开发351.1.2 燃料电池汽车示样车开发和生产361.2 混合动力汽车动力系统技术平台和整车

3、产品381.2.1 混合动力汽车动力系统技术平台研究开发381.2.2 混合动力汽车产品开发和产业化401.3 纯电动汽车动力系统技术平台和整车产品431.3.1 纯电动汽车动力系统技术平台研究开发431.3.2 纯电动汽车产品开发和产业化442 代用燃料汽车462.1 燃气汽车产品开发与产业化462.2 煤基燃料及生物柴油汽车的应用研究473 关键零部件技术493.1 电动汽车关键零部件493.1.1 燃料电池发动机研发493.1.2 大功率DC/DC变换器研发和产业化513.1.3 动力电池及其管理系统包括超级电容器研发和产业化533.1.4 电机及其控制系统研发和产业化543.2 代用燃

4、料汽车关键零部件563.2.1 天然气发动机产品开发与产业化563.2.2 煤基燃料及氢燃料发动机产品开发574 共性基础技术584.1 燃料电池发动机关键材料与技术研究584.2 动力电池关键材料与技术研究594.3 电机及其驱动控制系统关键材料与部件研究604.4 车载储氢系统研发614.5 基础设施技术研究615 公共支撑平台655.1 节能与新能源汽车政策环境研究655.2 技术标准研究665.3 检测评价方法研究675.3.1 电动汽车检测评价方法研究675.3.1.1 整车测试方法研究675.3.1.2 燃料电池测试方法研究685.3.1.3 动力电池及超级电容器测试方法研究695

5、.3.1.4 电机测试方法研究715.3.2 代用燃料汽车公共测试平台建设725.4 知识产权与产业技术创新投资研究735.4.1 知识产权研究735.4.2 产业技术创新投资研究735.5 示运行和推广应用745.5.1 电动汽车示运行和推广应用745.5.2 代用燃料汽车示运行和推广应用755.6 信息数据库建设与咨询服务76五、项目拟采取的技术路线77六、项目年度任务安排781 项目总体安排782 动力系统技术平台、整车产品、关键部件和共性基础技术783 公共支撑平台建设78七、项目的技术、经济效益分析811 减少燃料消耗、优化交通能源结构812 减少排放、保护大气环境813 自主开发、

6、提升核心竞争能力824 带动相关产业发展,促进社会稳定和经济繁荣83八、项目的经费需求及来源84九、项目支撑条件及组织措施851 支撑条件852 组织措施86十、项目主要任务承担单位建议921 选择承担单位的基本原则922 主要课题承担单位建议及遴选程序92十一、其他需要说明的问题941 项目发展机遇942 项目实施过程中可能遇到的风险95附件一：建议在十一五科技计划其它领域安排的研究容9895 / 100一、项目提出的背景、意义和必要性1立项背景1.1交通能源与环境问题是21世纪全球面临的重大挑战目前世界汽车保有量约8亿辆,并以每年3000万辆的速度递增,预计到20XX全球汽车保有量将达到1

7、0亿辆。据美国能源部做出的长期估计：2050年全球的汽车保有量将增长到35亿辆,其中发展中国家增长15倍。国际能源机构IEA的统计数据表明,2003全球57%的石油消费在交通领域,预计到2020年交通用油占全球石油总消耗的62%以上。美国能源部研究预测,2020年以后,全球石油需求与常规石油供给之间将出现净缺口,2050年的供需缺口将达到500亿桶,几乎相当于20XX世界石油总产量的两倍。与此同时,交通能源消耗也是造成局部环境污染和全球温室气体排放的主要来源之一,交通能源转型势在必行。经过多年讨论和探索,国际上对于汽车能源和动力转型比较一致的看法是：各种高新技术特别是新型动力电池技术进步赋予了

8、纯电动汽车新的生命力和发展机遇。混合动力作为新型汽车能源动力技术共性平台继承了先进燃机技术,结合高效洁净的电力驱动方式,既充分利用现有燃料基础设施,又能包容各种代用燃料,现已成为新型动力汽车产业化的里程碑。燃料电池作为一种新兴能量转换装置,尽管目前还存在很多需要克服的技术障碍,但其作为新一代汽车能源动力系统的远期解决方案仍然被全球所看好。以传统燃机为动力的汽车,通过燃料供给系统和燃烧系统的局部改进,可以燃用天然气、液化石油气、生物柴油、合成燃料、醇类燃料、醚类等清洁替代能源,成为解决石油资源短缺的重要途径。从而与电动汽车一起,构成了应对21世纪能源挑战,从以石油为主的汽车燃料结构向车用能源多元

9、化转化的总体路线图。1.2 各国政府积极推动节能与新能源汽车技术的发展汽车工业在推动国家经济发展和保障国家能源安全方面具有重要作用,各国政府都对汽车节能与新能源技术发展给予了高度的重视。首先是实施大规模的政府企业合作伙伴项目,如美国的FreedomCAR计划、清洁城市计划、欧洲的CUTE项目、日本JHFC燃料电池汽车推广应用项目等。其次是通过各种政策鼓励节能与新能源汽车的推广和应用,例如美国在新的能源法案中对节能汽车的消费者给与一定的财税补贴,其中对纯电动汽车和燃料电池汽车减免4000美元、对混合动力汽车减免最高3000美元的所得税；日本政府对购买混合动力汽车和燃料电池汽车的用户给予2000美

10、元的补贴。国政府从20XX开始将斥资1449亿元约合人民币11.5亿元,用于刺激国市场对节能混合动力车的需求,为每辆混合动力汽车购买者提供2800万元的补贴。在各种研发计划和鼓励政策的推动下,节能与新能源汽车在国外得到快速发展,其中混合动力汽车最有代表性。从20XX开始,以美国和日本为主要市场的全球混合动力汽车保有量以年均70%的速度增加,3年增加了将近3倍。美国预测20XX,市场上的混合动力汽车车型将从现在的11种增加到50多种,销售量达到70多万辆,占美国汽车总销量的比例也将从20XX的1.3上升到4.2。燃料电池汽车的研究得到大量经费资助,并正在进行各种示验证。据国际能源机构IEA20X

11、X统计,全球能源科技研发公共资金中约12投入到燃料电池研发。美国20XX8月通过的能源立法法案将原FreedomCAR计划的20亿美元5年预算增加到38.7亿,并计划在未来十年投入总计123亿美元,作为研发、示、采购和免税补贴的费用；日本政府20042005两年的燃料电池技术研究经费总计超过6亿美元。目前全球投入商业化示运行的燃料电池汽车数量超过800辆,示项目包括美国的CaHFC Partnership、日本的JFHC项目、欧盟的CUTE项目和联合国/全球环境基金资助的6个燃料电池客车示项目等。在清洁替代燃料方面,世界上许多国家在技术研发、市场导入、政策激励等各方面开展了卓有成效的工作,取得

12、了显著的节能和环保效果。据不完全统计,目前全世界约有40家知名的大型汽车制造公司生产燃气汽车,全球的燃气汽车总量已超过1200万辆,其中天然气汽车在60多个国家得到了广泛推广应用,超过6000座天然气加气站在实际运行。在阿根廷、巴基斯坦、意大利、荷兰、印度等国家燃气汽车已逐步进入家庭,尤其在阿根廷和巴基斯坦等国燃气汽车保有量已占本国的汽车保有量的20%和25%以上,成为这些国家私家汽车的一个重要组成部分。为配合燃气汽车的推广应用,世界许多国家分别研究制订了一系列标准规,建立了完善的安全保障体系；此外,乙醇燃料在一些国家也得到大力的推广,生物柴油、合成燃料、二甲醚、甲醇等车用燃料的研究工作,也在

13、积极地推进过程之中。1.3 我国面临能源和环境的严峻挑战汽车工业已经成为我国经济发展的重要支柱产业之一,这一方面带动了国民经济的持续快速增长,同时也推动我国进入汽车社会。20XX,我国汽车产量和销量均超过570万辆,分别居世界第3位和第2位,汽车保有量达到3000多万辆。但与世界汽车大国相比仍有广阔的发展空间,20XX我国每千人汽车拥有汽车25辆,只有世界平均值的五分之一和美国的3%,相当于美国上世纪30年代的水平,据预测我国20XX的汽车保有量将比20XX翻一番,2020年将超过1.3亿辆,接近目前世界平均水平。在此进程中,我国面临来自能源安全、环境保护和气候变化等可持续发展方面的挑战。20

14、XX至20XX,我国机动车燃油消耗量年增长率分别为3% 、6% 、11%和14%,机动车燃油消耗总量由20XX的5100万吨增长到20XX的7000万吨,占石油消耗的25%,随着汽车保有量的继续增加,汽车的石油消耗将成为石油消耗增长的主要因素,影响到我国的石油供应安全。20XX我国进口石油及其产品超过1.3亿吨,石油对外依存度42%。2020年汽车将消耗石油总量的50%,石油对外依存度超过60,国家能源安全面临挑战。此外,受多种因素的影响,国际石油价格进入高油价时期。世界石油价格从20XX以来,价格在3年时间上涨1倍以上。到20XX每桶原油的价格多次上升到60美元以上,是20XX价格的2.5倍

15、,最高曾达到70美元。目前仍然保持在60美元以上。原油价格的上升,增加了炼油成本,导致我国车用燃料价格逐步上涨。20XX国成品油价格经历了3次调整,而20XX的调整更加频繁,至20XX8月,柴油批发价在4200-4400元/吨,而汽油批发价则在4500-4800元/吨,与20XX相比上涨15%左右。20XX3月国汽油批发价格又上涨300元。汽车工业的持续发展,还将面临油价持续攀升的严峻挑战。汽车所带来的空气污染和CO2排放问题也变得愈来愈严重。研究表明,汽车有害排放已经成为大中城市空气污染的重要来源,、等中心城市空气污染中,汽车排放分担率已超过60%。此外, 我国已经成为世界上第二大CO2排放

16、国,由此产生的国际政治和经济争端将会愈演愈烈。旨在减少温室气体排放的京都议定书于20XX2月16日正式生效,作为签约国,我国未来经济发展将面临控制CO2排放的巨大压力。这充分表明,我国所面临的能源安全与环境问题将来势更猛,影响更大,挑战更加严峻。1.4 我国面临汽车技术变革的重大机遇1我国具有实现交通能源动力系统转型,实现节能与新能源汽车跨越式发展的后发优势。目前国际上新能源汽车尚未形成新兴工业体系,而我国汽车普及率低,在汽车动力系统选择和新能源汽车研发与产业化方面,具有更大的自由度,是实现能源和技术转型及跨越发展的重大战略机遇。2我国资源和能源状况适合发展新能源交通动力系统。中国缺油、少气、

17、多煤,这一结构特点给交通能源可持续发展带来了严峻的挑战。基于各种资源特点的多种替代燃料可以充分发挥我国地域辽阔和资源多样性的优势,实现交通能源来源的多样化。我国城市模式以大城市群为主要特点,汽车燃料基础设施容易集中建设,有利于实现交通能源系统的转型。3我国具有发展电动汽车和代用燃料汽车的良好基础。基于对我国能源安全、环境保护和实现我国汽车工业跨越发展的战略考虑,九五和十五期间,科技部会同有关部委组织实施了清洁汽车行动和电动汽车重大科技专项,取得了重大阶段性成果。2项目的意义和必要性2.1发展节能与新能源汽车是我国国民经济可持续发展的战略需要随着我国经济的持续快速增长必将面临能源和环境问题的双重

18、压力,特别是能源问题已逐渐成为影响国家安全的重要因素。在新形势下,党中央和国务院高度重视能源和环境问题,并在我国国民经济和社会发展第十一个五年规划的建议中明确提出必须加快转变经济增长方式,要把节约资源作为基本国策,保护生态环境,加快建设资源节约型、环境友好型社会,促进经济发展与人口、资源和环境的协调发展。汽车工业作为我国国民经济的支柱产业,同时又是能源的主要消耗者和空气污染的重要来源。我国政府高度关注节能与新能源汽车研发和产业化.20XX国务院政府工作报告提出要鼓励和发展节能环保汽车,并要求企业坚持引进消化吸收和自主创新相结合,着力提高企业的核心竞争能力。20XX2月,国务院发布了国家中长期科

19、学和技术发展规划纲要20062020年。与电动汽车密切相关的低能耗与新能源汽车被列入68项优先主题,氢能及燃料电池技术被列入27项前沿技术。在国家发展与改革委员会发布的一系列政策中,多次强调要开展电动汽车的研究。在20XX发布的汽车产业发展政策中提出：汽车产业要结合国家能源结构调整战略和排放标准的要求,积极开展电动汽车、车用动力电池等新型动力的研究和产业化,重点发展混合动力汽车技术和轿车柴油发动机技术。国家在科技研究、技术改造、新技术产业化、政策环境等方面采取措施,促进混合动力汽车的生产和使用。在节能中长期专项规划及相应的十大重点节能工程中,强调要发展混合动力汽车、燃气汽车、醇类燃料汽车、燃料

20、电池汽车、太阳能汽车等清洁汽车。与科学技术部共同向社会公布的中国节能技术政策大纲中同样也强调要研究电动汽车等新型动力。 国民经济和社会发展第十一个五年规划纲要提出：增强汽车工业自主创新能力,加快发展拥有自主知识产权的汽车发动机、汽车电子、关键总成及零部件。发挥骨干企业作用,提高自主品牌乘用车市场占有率。鼓励开发使用节能环保和新型燃料汽车。由此可见,发展节能与新能源汽车已经成为我国中长期国民经济宏观战略发展规划的重要组成部分。2.2 发展节能与新能源汽车是提高汽车工业核心竞争力的迫切要求我国汽车工业经历了200120XX井喷式高速发展,汽车市场日益增大与成熟,汽车工业迅速成为我国支柱产业,已经成

21、为世界汽车生产大国。但从我国汽车工业的现状来看,虽然通过自行开发、技术引进、合资等多种方式,在产品的品种、先进性、产量和质量上都比过去有了大幅度的提高,但我国汽车工业至今仍缺乏自主开发和技术创新能力,在激烈的国际竞争中仍然处于被动地位,与发达国家相比,仍然算不上汽车技术强国。新世纪,世界汽车工业正面临着动力系统转型的重大转折期,由于传统汽车强国实施这一重大转折将要承受较大的沉没成本,整个汽车产业也具有巨大的惯性。然而,动力系统能源转型,对我国刚刚兴起的汽车工业来讲,是一个跨越发展的重大机遇。以电动汽车、代用燃料汽车为代表的节能与新能源汽车,是国际公认的汽车工业未来发展的方向大力发展节能与新能源

22、汽车已经迫在眉睫。通过十五专项的实施,电动汽车的研发对提升我国汽车工业核心竞争能力、实现我国汽车工业跨越式发展的重要作用,在全社会取得广泛共识。清洁汽车行动在天然气汽车和液化石油气汽车产品研发和示运行方面,取得了重要的进展。因此,充分利用已经形成的良好基础,加大节能与新能源汽车关键技术研发和产品开发力度,是应对世界汽车工业发展的激烈竞争重要措施,同时也是提高我国汽车工业核心竞争力、建设自主创新体系的迫切需求。2.3 开发节能与新能源汽车产品是汽车技术不断发展的需求从先进国家的经验来看,节能与新能源汽车的共性关键技术代表了未来汽车技术的发展走向。一些发达国家制定了长期发展规划和路线图。十五电动汽

23、车重大科技专项和清洁汽车行动重大攻关项目取得了重要进展,成果得到评审专家和社会的充分肯定,但也同时指出我们的成果与国际先进的发展水平相比,仍存在一定的差距,还需作不懈的努力,进一步加大研究、开发和产业化的力度。特别是在汽车产品方面的可靠性、安全性、耐久性、经济性、适用性等方面,还需大量的试验验证和市场考验；在共性关键技术和基础研究方面的动力系统技术平台优化、控制技术的系统设计、新材料、新技术、新系统的研究和应用需要进一步加强和深化；在技术标准的深入研究和制定、检测方法研究和检测能力建设、合理的优惠政策研究、知识产权的研究与分析、信息交流平台的建设等方面还需进一步加强和完善。2.4 节能与新能源

24、汽车具有广阔的市场前景我国十五期间卓有成效地实施了电动汽车重大专项,并已在十一五规划纲要中明确提出继续重点支持节能与新能源汽车的研发和产业化,引起了国外的高度重视。各跨国汽车集团已敏感地感觉到,新能源汽车有可能率先在中国形成巨大的市场,并纷纷看好中国市场。20XX11月,丰田公司已在中国生产和销售Prius混合动力轿车,通用也与上汽集团合作在20XX启动为期2年的燃料电池汽车商业化示运行项目。我国已经成为国际汽车厂商的新能源汽车技术的竞技场。我国一汽、东风、上汽、长安和奇瑞等大型汽车企业都制定了电动汽车产品发展规划。石油资源短缺、石油价格的持续攀升,同时也为清洁替代燃料汽车提供了更为广阔的市场

25、空间和迫切的市场需求。据初步测算,十一五期间,我国燃气汽车的市场将超过100万辆；巴基斯坦、印度、孟加拉国等周边国家天然气资源丰富,也为我们提供了数百亿美元的市场潜力。此外,柴油车的巨大市场潜力将拉动对生物柴油的巨大需求。二、项目相关领域的国外技术现状及趋势1 国外电动汽车技术现状及趋势国际电动汽车技术当前的发展状况主要表现为：纯电动汽车技术相对成熟,在特定区域推广应用,等待发展机遇；混合动力汽车技术渐趋完善,进入商业化推广阶段；燃料电池汽车技术处于新的突破前期,正在成为新的研发热点。1各种高新技术的应用赋予纯电动汽车新的生命力经历了长期发展,纯电动汽车技术日臻成熟,相关的技术检测标准体系已经

26、完善,并在美、日、欧等国家和地区得到商业化的推广应用。重点是市政特殊用车、固定线路的公交车、公务车队用车和私人用车等领域。各种高新技术开始在纯电动汽车上应用,赋予其新的生命力和发展机遇,主要技术包括：l 电动汽车动力系统集成优化技术不断取得进展,节能效果不断提高；l 高性能的锂离子电池、镍氢电池取代传统的铅酸电池；l 高效的一体化电力驱动系统取代传统的直流电机；l 电动辅助系统的广泛应用提高了整车能量利用效率和性能；l 网络系统的应用促进了电动汽车的模块化和智能化；l 轻量化技术和电器结构安全性技术在电动汽车上得到了系统的应用。2混合动力汽车已初步商业化目前已上市的混合动力轿车基本上由日本公司

27、生产销售,包括日本丰田公司Prius、本田公司Insight、Civic和日产公司Tino等。丰田公司Prius轿车于1997年首次上市,截止到目前已累计销售总量达35万辆,占混合动力汽车销售的65,其中有一半是在北美市场售出的。按照丰田公司的计划,20XX丰田公司的混合动力汽车销售量占整个销售量的10%,达到100万辆。世界各大汽车公司也开始大力发展混合动力轿车,福特、通用、戴克、大众、雪铁龙、雷诺和宝马等公司也在同步开展数十款混合动力汽车的开发,并即将推向市场。与此同时,混合动力商用车也得到了快速发展,特别是混合动力公交客车。其中最具代表性的是在纽约投入示运行的OrionBusVI客车、N

28、ovaBus客车、日野HIMR客车以及MAE公司开发的低地板串联混合动力客车。目前,混合动力汽车技术发展表现为：l 轿车混合动力系统的模块化愈加明显,逐步推进汽车动力的电气化。从只具备自动启停、怠速关机功能的微混合、以并联式混合动力发动机为主体的轻混合和以混联式为特征的强混合,随着电功率的比例逐步提高,混合程度不断提高,最终过渡到可充电式的串联式全混合方式。l 城市客车混合动力系统出现平台化趋势。发电机组+驱动电机+储能装置,构成了混合动力系统的基本技术平台。通过换用不同的发电机组即APU,是从汽、柴油燃机到气体燃料发动机各种不同的能源动力转化装置,形成油电、气电、电电等各种不同混合动力系统,

29、促进动力系统的平稳过渡与转型。3燃料电池汽车技术研究更加深入,并开始示考核燃料电池汽车的研发模式目前均是在政府主导下的产学研联合进行攻关,并积极开展全球围的跨国合作。美国能源部联合国防部、交通部、国家科学基金、NASA和商务部,与8个国家实验室、2所大学和19个公司签署了研发合同,支持通用汽车/Shell、戴克/BP、福特/BP、AP/丰田-日产-BMW和德士古/现代等5个产业联盟进行燃料电池汽车车队和基础设施示。20XX,包括我国在的氢能经济国际合作伙伴IPHE 成立,计划从20XX开始连续4年总计投入1亿美元支持先进氢燃料电池项目。燃料电池汽车商业化的路线图逐步明确。美国能源部计划20XX

30、有不少于10万辆、2020年不少于250万辆燃料电池汽车,交通部计划2015年新增公交车10%为燃料电池汽车；日本计划20XX燃料电池轿车5万辆,2020年500万辆,2030年1500万辆。随着规模商业化路线图的制定,车用燃料电池技术发展方向逐渐明确。同时,也制定了燃料电池的成本降低目标。美国计划到20XX将车用燃料电池发动机的当量成本降到每千瓦35美元,与燃机相当；日本的成本目标则是在2020年2030年之间降到每千瓦5000日元约合50美元。目前,燃料电池汽车样车开发和示运行都已证明其技术可行性,但要达到实用化还面临着很多的挑战,主要表现为：l 燃料电池的使用寿命需要进一步提高目前燃料电

31、池汽车的使用寿命只有20003000小时,而实用化的目标寿命应大于5000小时。因此减缓和消除工况循环下性能的衰减、提高燃料电池对空气中杂质的耐受力、改善低温环境下储存和启动等容成为研究热点。l 燃料电池的成本要大幅度降低20XX,美国能源部依据现有材料与工艺水平,预测在批量生产条件下燃料电池系统的成本为108美元/kW,到20XX达到的目标成本是35美元/kW。为此需要研究满足寿命与性能要求的廉价替代材料如超低Pt担量的电极、大于120度高温低湿度膜等与改进关键部件的制备工艺,并逐步建立批量生产线。l 需要解决氢源和基础设施问题结合本地资源情况,选择合适的制氢途径,进行加氢站的建设和示。同时

32、开展车载储氢材料和储氢方法研究,提高整车续驶里程。4动力电池关键材料进一步深入国际上正在深入开展车用动力电池的关键材料研究,如：自放电更小的镍氢电池正极材料、高功率型负极材料和集流体材料；高安全性和长寿命的锂离子电池正、负极及电解质材料。到20XX实现高性价比的镍氢动力电池产业化和商品化,实现高安全性和长寿命的锂离子动力电池批量化生产。5大功率DC/DC变换器趋于集成化利用当今最先进的电力电子和计算机控制等高新技术,开发体积小、重量轻、高效节能、高可靠性的大功率DC/DC变换器是目前的发展趋势。研究开发的重点集中在低功耗软开关主电路拓扑及其控制技术、大功率DC/DC变换器模块化技术、变换器控制

33、的全数字化和变换器的电磁兼容性等方面。2国电动汽车现状和发展趋势1我国电动汽车的发展具有较好的基础十五期间,我国电动汽车重大科技专项以开发燃料电池汽车、混合动力汽车、纯电动汽车3种整车技术,多能源动力总成、驱动电机、动力电池系统3种共性技术为重点,采取整车牵头、零部件配合、产学研相结合的模式,开展电动汽车及关键零部件的研究。经过四年攻关,我国电动汽车研发能力由弱变强,三类电动汽车分别完成了功能样车、性能样车和产品样车试制。混合动力汽车和纯电动汽车通过了国家标准规定的考核,已有7种车型进入国家汽车产品公告程序,其中4种车型已获得批准,具备了小批量生产能力。开发纯电动客车产品4个,研制车辆共40台

34、；纯电动轿车产品2个,研制原型车和示车25台；混合动力客车产品2个,研制原型车和示车32台,产品车15台；混合动力轿车产品4个,研制原型车和示车25台；燃料电池客车车型2个,研制原型车和示车5台；燃料电池轿车车型3个,研制原型车和示车13台。在电动汽车用动力电池、驱动电机和燃料电池发动机等关键零部件技术、电子控制技术和系统集成技术上取得了较大进展,初步形成电动汽车关键零部件研发体系。开发了5个系列的镍氢动力电池产品、2个系列的锂离子动力电池产品、2个系列的超级电容器产品；研制了3个系列的纯电动和燃料电池轿车用驱动电机产品,3个系列的客车用驱动电机产品；研制了3个系列的混合动力客车用主电机产品,

35、3个系列的混合动力轿车用ISG电机,2个系列的混合动力轿车用主电机产品；研制电动汽车用DC/DC产品2个。多能源控制系统研发单位与整车企业联合开发整车多能源控制器,配置16种不同的整车。在电动汽车专项执行期间,共申请了796项国外专利,其中发明专利413项,有效地提升了我国电动汽车这一核心产品和新兴产业的竞争力。到目前为止,我国已颁布纯电动汽车国家标准20项,混合动力汽车国家标准6项,混合动力汽车测试方法、试验规程报告2项,动力电池标准报批稿3项；初步实现了电动汽车的人才聚集,建立了一支结构合理、年富力强的高水平攻关队伍。2我国电动汽车技术与国外相比仍存在较大差距十五电动汽车重大科技专项取得的

36、进展,是电动汽车走向产业化的第一步,但与国际先进的电动汽车发展水平相比,仍存在较大的差距,还需作不懈的努力。行业专家在总结十五电动汽车研发成果的基础上,对今后发展提出了明确的建议：l 加强对现有产品可靠性、耐久性、成熟度的考核和分析,加强面向系列化、规格化、高度可靠耐久性的产品系统开发和低成本、高质量、大批量工艺流程和制造装备开发。l 加强共性关键技术和基础研究,解决深层次关键技术问题,优化动力系统技术平台、控制技术的系统设计,加强新材料、新技术、新系统的研究和应用。l 进一步完善技术标准和检测能力,加强检测方法和政策标准的研究,检测流程优化和检测能力建设。3代用燃料汽车国外技术现状及趋势1国

37、外代用燃料汽车技术发展现状与趋势目前,应用最广泛的汽车代用燃料是天然气CNG/LNG和液化石油气LPG。全球约有40家知名的大型汽车制造公司生产燃气汽车,总保有量已超过1200万辆,加气站超过6000座。除了主要用于公交和出租外,燃气汽车在阿根廷和巴基斯坦等已逐步进入家庭,保有量已分别占20%和25%以上。燃气汽车相关技术研发工作不断深入,加气站装备技术水平不断提高。稀燃闭环控制的燃气发动机正在成为国外燃气汽车领域研发的热点,康明斯和戴姆勒-克莱斯勒公司分别推出了稀燃带氧化催化转化器的CNG发动机产品,该类发动机的排放达到欧III限值以上要求。另外,CNG燃料具有低排放的特点,使其成为国外新开

38、发的混合动力电动车的能源。与此同时,加气站成套设备研究开发从标准站逐步向大排量子母站和小型站方向发展,燃气汽车和加注站技术的研究与开发也在不断深入,并取得了突破性的进展。液化天然气LNG汽车的开发近期为国外汽车行业所重视。目前全球有近万辆的LNG汽车在投入运行。国际上近期加快LNG发动机研究的另一方面原因是考虑到未来发展氢能源的需要。德国宝马公司就提出了CNGLNGLH2液化氢气的代用燃料发展战略。九五十五期间国家科技部等13个部委联合组织全国16个试点示城市和相关企业、科研机构进行燃气汽车专项技术攻关和应用示。初步建立起我国燃气汽车产业化的技术平台,制定了燃气汽车及加气站的部分标准,并初步形

39、成了燃气汽车关键零部件的测试评价能力,取得了一批重要的科技成果。在全社会的共同努力下,十五期间我国燃气汽车得到了较快的发展,目前全国燃气汽车总保有量已近30万辆,投入使用的加气站超过500座。16个清洁汽车行动重点推广城市地区分别结合各自发展的实际,制定了地方性政策与管理办法。一个适应燃气汽车发展的政策、标准、法规体系在各示城市正逐步形成。九五十五国家攻关项目的带动下,国燃气汽车整体技术水平得到快速提升。相当于国际上第二代燃气汽车产品的电子闭环控制、燃气供给加三元催化转换等技术在我国燃气汽车上得到普遍应用。目前,排放达到国2标准的燃气汽车已经实现产业化,累计已有100多个燃气汽车新车型登录国家

40、机动车新产品公告；排放达到国3标准、具有第三代多点电控喷射技术的单燃料燃气汽车产品也已开发成功。但值得注意的是,目前国产大型公交车用燃气发动机仍存在较多问题,如价格偏高、燃料消耗量高、可靠性差等,市场应用情况不尽人意。因此,在已有工作基础上进一步加强对燃气发动机的研究开发和产业化,对我国燃气汽车产业的健康发展具有重要的意义。针对燃气汽车推广过程中基础装备技术的瓶颈,国产高性能CNG加气站成套设备的研制开发和产业化取得进展,经过技术攻关,成功地开发了撬装式天然气压缩机、脱硫脱水装置、控制系统及在线检测系统、售气机等站用成套设备。新一代燃气加气站关键设备除提供国用户市场外,还远销海外。但国产加气站

41、设备在可靠性、噪声、能耗等方面与国外同类产品相比还有较大差距,还有进一步改进技术和提升性能的空间。2 国外新型液体燃料汽车技术发展现状与趋势近年来国际上探求车用气体燃料的同时,新型液体燃料的研究也异常活跃,目前被广泛关注的燃料有二甲醚DME、煤制合成油、生物柴油和甲醇等。 1二甲醚二甲醚在90年代初被丹麦Haldor Topsoe A/S公司首次作为燃料应用于柴油机目前世界上许多国家已进入应用研究阶段。当前,国际上已成立了IEA/AMFDME联合研究组织。有10个国家的政府部门、研究机构或公司参加了这一研究计划。在VOLVO城市公交车上,获得了良好的动力性能,降低了排放。奥地利AVL公司经过多

42、年的研究,成功开发出了一套车用DME发动机共轨电控系统,并获得了很好的试验性能。日本通产省和运输省共同组织日本JFE、产业技术综合研究所、COOP低公害车开发会社、交通公害研究所、五十铃汽车公司和伊藤忠会社等分别研制了多种二甲醚卡车样车和城市客车样车,建立了数个二甲醚车用加气站,计划在政府支持下,近年规模化推广二甲醚汽车。进入二十一世纪,二甲醚燃料的环保性和对国家能源安全的重要性已引起我国政府有关部门的高度重视。我国、XX、等地已建成或正在建设一批规模不等的二甲醚制造基地。国家科技部、教育部、国家自然科学基金委、中科院和政府有关部委先后启动了一批二甲醚制备技术、二甲醚发动机和汽车研发项目,交通

43、大学、交通大学、大学等单位开展了二甲醚汽车的研究工作,并在二甲醚发动机燃烧系统参数优化、燃烧特性和二甲醚发动机超低排放等方面取得了令人瞩目的成果。2生物柴油从上世纪60、70年代开始,许多国家都制订了生物柴油研究开发计划,目前,发达国家用于规模生产生物柴油的原料有大豆美国、油菜籽欧共体国家和棕榈油东南亚国家。1980年美国制定了国家能源政策,明确提出以生物柴油替代石化柴油战略。到20XX止,计划以非石油的替代燃料替代总进口石油燃料的10% 。另外,1996年美国颁布了生物柴油生产草案及测试方法ASTM法。同年德国颁布了更为详细的生物柴油的生产标准即DIN51606和测试方法。1998年奥地利颁

44、布了菜籽油为原料生产的生物柴油生产标准Cll90Cll91。我国生物柴油的研究与开发虽起步较晚,但发展速度很快,十五清洁汽车攻关项目也已将开展生物柴油的实用化研究列入计划。分别开发出以榨油油脚和野生油果为原料的生物柴油,并开展了初步的生物柴油发动机评价试验,取得了一些重要的研究成果。3合成油近30年开发的煤炭直接液化工艺有德国IGOR+工艺,美国氢煤法工艺,日本NEDOL工艺。这些新工艺反应条件相对温和,工艺和技术路线更趋合理。近年来美国、德国、日本等陆续成功地完成了日处理150-600吨煤的大型工业性试验,有的已完成了建设商业化工厂的研究和初步设计。目前,煤制合成油在国尚处于产业化准备阶段,

45、还没有批量的油品面市。在车辆技术、燃料储运与加注等基础设施方面,未见到国研究机构有进行CTL合成油的车辆适用性方面开展系统的研究工作。在汽车和发动机研究和技术开发方面,中科院煤化所和交通大学联合开展了发动机燃油煤制油的试验研究,表明发动机/汽车的燃油消耗率降低810,能够满足欧三发动机的使用要求。4专利分析检索和分析了1985年20XX间在我国申请的与电动汽车纯电动汽车整车、混合动力汽车整车、燃料电池汽车整车、动力电池和燃料电池、代用燃料汽车天然气汽车、液化石油气汽车、醇醚汽车、氢燃机汽车等节能与新能源汽车相关的专利。共检索到密切相关专利3580项,其中电动汽车相关专利3429项,代用燃料汽车

46、相关专利151项。结果表明目前节能与新能源汽车研发的重点集中在电动汽车及其关键零部件。4.1 电动汽车专利分析从1985年至20XX,对在中国申请的纯电动汽车整车、混合动力汽车整车、燃料电池汽车整车、动力电池和燃料电池等相关的专利进行了检索,共检索到密切相关专利3429项,其中纯电动汽车91项、混合动力汽车157项、燃料电池汽车157项、动力电池1327项、燃料电池1697项。1纯电动汽车的专利特点1整车专利较少,国外很少申报整车专利,相关专利都是国近年申报的,主要集中在低地板电动公交车。在整车控制方面国外申请了大量的专利,从数量上来看,国外申请的专利比我国多。2部件专利主要集中在控制电池的成

47、组应用及电动助力转向方面,在涉及电池组箱的专利中,多数集中在电池的管理及电池箱等方面,没有专利涉及电池组的整体应用,即电池箱作为具有保温、散热、防潮、绝缘、安全等功能的能量包使用。涉及电动助力转向的专利中没有应用于电动汽车的电动助力转向专利。在涉及电动制动的4项专利中有2项为国外单位申请,国外及国在电动制动领域的研究刚开始。图21 在中国申请的纯电动汽车专利数量及分布2混合动力汽车专利特点在十五期间,专利申请量稳步上升；其中国申请111项,占总申请数的70%,分布在高校和大型企业单位；国外公司申请数为46项,主要为日本企业,特别是丰田公司最多。1990年至20XX混合动力汽车相关专利共计157

48、项,涉及CAN网络和总线、功率分配、混合动力车及总成结构及控制、能量回收及制动系统控制、瞬态控制、能量显示、耦合装置等7大类。在7大类中,混合动力车总成结构及控制和能量回收及制动系统控制占大多数,分别为122项和12项,占总申请数的77%和8%。在混合动力汽车发动机和电机间的功率分配、不同工况之间的瞬态控制、以及动力总成之间的耦合装置,如电机和变速箱集成一体化方面的专利申请很少,在十一五期间国可在这方面做大量的工作,进行创新。 0102030405060708090CAN功率分配HEV及总成及控制能量回收制动控制耦合装置国内申请国外申请图22混合动力汽车专利申请数量及分布3燃料电池汽车专利特点

49、在十五期间,专利申请量呈现稳步增长趋势,国申请量占72%。燃料电池整车方面的技术主要侧重于燃料电池汽车动力系统的控制技术,包括总体 策略、电池管理系统、氢气供应系统等。在十一五期间,燃料电池汽车方面在动力系统技术平台集成与控制、试验设备和技术以及燃料电池汽车整车和关键零部件的测试技术上,尤其是可靠性和耐久性方面加强研究,以产生更多的专利。图23 燃料电池汽车专利申请书数量及分布4动力电池专利特点锂电池、镍氢电池的年申请趋势均呈增长趋势；锂离子电池方面,国外申请量明显高于国申请量,镍氢电池方面国外申请人的申请量略低于国申请人的申请量,国外申请人主要是日本的研究机构和企业；锂离子电池在电极和材料以

50、及制造方面的申请基本呈现增长趋势,而镍氢电池在电极和材料以及制造方面的申请在近几年有下降趋势；电池管理系统的专利申请呈现增长的趋势。图24 动力电池专利主要技术领域分布5燃料电池专利特点燃料电池的年申请量在20XX、20XX和20XX都较大,国申请量在20XX偏低,而日本申请量较大,并且比较稳定,其他国外申请人的申请量变化不明显；总体来说,国外申请人的申请量明显高于国申请人,尤其是日本的企业占据了国外申请量的大部分；申请的主要方面集中于MEA、双极板、电堆、系统部件、系统工艺和电控等方面。在十一五期间,燃料电池的研发机构应进一步对影响燃料电池产品产业化推进的关键技术和关键原材料进行研究开发,摸

51、索并定型批量化生产工艺,研制批量生产设备,力争获得突破,使之能够大幅降低成本和提高产品的适用性和可靠性,让中国的燃料电池产业化产品早日应用于市场。图25 燃料电池所涉及技术领域的逐年分析6电机及其控制系统和DC/DC变换器专利特点从专利申请的技术含量上看,中国专利申请中绝大部分属于实用新型专利申请,技术含量较低,外围专利占较大比重。在电动汽车专项设立后的几年中,本部分专利的申请量均呈上升趋势。国外技术专利与国专利相比较,还有以下特点需要关注：国专利大多针对整个系统或部件的结构形式进行保护。而国外的专利,不仅对整体结构、功能进行保护,特别注意对构成系统的关键结构、关键方法进行保护；国外专利对电动

52、汽车电机系统优化方面提出了众多的专利。如,丰田公司提出的电动机驱动控制装置对电动车系统中电机系统的逆变器输入电压最佳化装置提出了详细的权利要求；美国等国对用于汽车辅助系统的电机系统也有多项专利。比如,包括永磁电动机的电力转向系统。用于辅助系统的电机系统是电动车产品必备的。如原先使用发动机作为动力源的空调,助力转向系统在用于电动车系统时需要改进,使用电机系统作为动力源；包含电机的驱动系统,电动车轮组件等高度集成,机电一体化的驱动组件是电动车电机系统专利申请的热点之一。各类适合电动车的动力总成,包括发动机ISG,变速箱驱动电机,逆变器DCDC等,这样的高度集成的部件是优化系统设计,提供系统性能,降

53、低成本的关键技术。图2-6 电机及其控制系统和DC/DC变换4.2 代用燃料汽车专利分析检索和分析了1985年20XX间在我国申请的与天然气汽车、液化石油气LPG汽车、醇醚汽车、氢燃机汽车等代用燃料汽车相关的专利。共检索到密切相关专利151项,其中,与天然气汽车相关72项,与LPG汽车相关36项,与甲醇汽车相关18项,与氢燃机汽车相关14项,与二甲醚汽车相关11项。分析结果表明,我国的申请量高于国外公司；整车专利申请量少,零部件申请量多；零部件主要集中在发动机。专利数据分析表明,在代用燃料汽车整车方面,专利申请量不大,并且申请人主要集中于国的院所和企业；而发动机零部件方面申请量比较大。图2-7

54、清洁燃料汽车的专利分布1天然气汽车的专利特点整车的专利少；部件专利主要集中在发动机零部件和燃料供气系统方面。图2-8天然气汽车专利主要技术领域分布2LPG汽车专利特点主要集中在发动机的零部件方面,占总数的72.2%；整车和发动机专利很少。图2-9 LPG汽车专利主要技术领域分布3甲醇汽车专利特点相关专利18项全是国申请；主要集中在发动机整机,占总数的78%；零部件方面非常的少。图2-10甲醇汽车专利的主要技术领域分布4氢燃机汽车专利特点氢燃机汽车专利主要集中在燃机及其零部件方面。在发动机整机方面,国外和国申请专利数相当,分别占总数的21.4%和28.6%；发动机零部件方面的专利主要是国申请,占

55、总数的28.6%。 图2-11氢汽车专利主要技术领域分布5二甲醚汽车专利特点二甲醚汽车的申请专利共有11项,其中1项是国外申请。申请的项目涉及发动机、发动机零部件、燃料和燃料供给系统、喷射系统、燃烧系统等,各种专利申请数目分布比较均匀。 图212二甲醚汽车专利主要技术领域的分布在十五期间,天然气汽车的专利申请量呈逐年上升的趋势,而LPG汽车和甲醇汽车的专利申请量在19982001和20022003期间比较多,在200420XX度有所下降；二甲醚汽车专利申请数额比较均匀。 图212清洁燃料汽车专利年分布趋势4.3 专利分析结论通过对上述数据的分析,可以看到,在节能与新能源汽车整车方面,专利申请量

56、不大,并且申请人主要集中于国的院所和企业；而电池方面申请量比较大,且国外申请人的申请量高于国申请,尤其是日本的一些研究机构和企业在我国申请了大量的电池专利,其原因可能在于国外在动力电池和燃料电池方面的研究开始比较早,而且电池方面容易产生专利。通过分析,我们也看到,在任何一个方面,我国的研究院所和企业还都有可努力的方向。我国面临的机遇和采取的对策：1寻找技术突破口,增强技术核心竞争实力是关键。通过对专利技术信息的深入分析,国企业可以根据自身的研发实力,在具体技术领域突破技术瓶颈,在全球围取得市场先机,增强自身在国际市场上的核心竞争力。2采取紧随策略,有效运用专利信息数据,探索企业发展空间,定位企

57、业知识产权竞争优势,确定企业在市场中的生产经营方向。国外电动汽车技术起步较早,已经积累了较多的专利技术。面对这样的竞争格局,国企业应保持清醒的头脑,对具体技术领域的专利分布情况进行深入分析,在同一技术领域,国外专利技术的分布情况存在差异,可以了解国外专利技术优势所在,针对企业自身特点,寻找技术研发空间,也可以利用现用条件,对专利技术进行二次开发。建议国相关企业从基础专利入手,加大对二次专利的研发力度,努力寻找合适的研发空间,争取更多的技术创新成果,积累更多的专利技术。3深入分析竞争对手专利技术信息,汲取国外先进企业在知识产权领域的先进经验,调查竞争对手的研发动向以及潜在侵权对象。目前,在电动汽

58、车领域日本企业的技术优势尤其明显。日产、丰田、电装等企业都拥有较多的专利技术。建议相关国企业有必要针对具体竞争对手的专利申请状况进行深入分析,制订应对策略。4灵活运用专利申请、保护、实施策略,实现知识产权的最大价值。对于处于技术发展前端、创新难度较高的领域,根据企业自身的研发实力可以进行突破性技术研发,通过申请专利保护相应技术,形成一系列的专利技术壁垒。由于进入领域较早,创新难度大,其他企业进行模仿的难度也随之增大,前期进入该领域的企业将赢得宝贵的市场先机。专利技术的前瞻性研究十分重要,企业应不断加强对技术发展的方向性与专利保护的导向性进行研究。三、项目发展战略1指导思想遵循汽车工业发展和科技

59、项目研发的规律,在十五电动汽车重大科技专项和十五清洁汽车行动研发成果的基础上,通过继承发展,自主创新,优化管理,重点跨越,以市场为导向,重点突破关键瓶颈技术,推动节能与新能源汽车整车和关键零部件的研发和产业化,提升我国汽车工业核心竞争能力,为保障能源安全、控制环境污染,实现汽车工业可持续发展提供有力技术支撑。继承发展：遵循汽车产品开发和市场规律,巩固和发展十五的研发成果,明确十一五技术创新和产业化方向,完成电动汽车从初级产品向成熟产品的过渡,扩大代用燃料汽车的应用,促进传统汽车产业的技术进步,确保节能与新能源汽车事业的持续发展。自主创新：以整车产品为目标,加强系统核心技术的研究,突出企业创新主

60、体作用,在官、产、学、研紧密结合的成功经验上创新机制；加强关键零部件的开发,促进系列化、规模化产业链建设；加强基础性共性技术的科学研究,解决深层次技术难点。优化管理：继承十五管理经验,贯彻科技部863计划管理办法,优化管理结构,强化过程的管理和协调,进一步发挥课题承担单位的积极性,激发科技人员创新的积极性。重点跨越：以核心技术、共性平台技术的突破为重点,通过国家项目的带动,实现燃料电池汽车综合技术与示运营的跨越,混合动力汽车核心技术与产业规模的突破,纯电动汽车关键技术与市场应用的拓展,关键零部件工程化、产业化和供应商角色的转化。2总体目标突破共性基础技术瓶颈,建立电动汽车动力系统技术平台,形成

61、关键零部件产业体系,促进节能与新能源汽车的工程化和产业化。提高整车可靠性、耐久性、一致性、安全性、环境适应性,实现燃料电池汽车商业化示运行,混合动力汽车和纯电动汽车规模化市场销售,代用燃料汽车的大规模推广应用；促进节能与新能源汽车产业化政策、法规和相关标准的研究、制定；形成知识产权和数据库平台；完善相关测试技术,形成节能与新能源汽车技术开发体系；建立以企业为主体的产学研相结合的自主研发创新体系,把握交通能源动力系统转型的重大机遇,实现技术的跨越式发展,为我国汽车工业可持续发展奠定坚实的基础。燃料电池汽车：深入研究、示考核,实现综合技术的跨越。深入研究燃料电池发动机等关键技术,掌握动力系统技术平

62、台核心技术,形成自主开发体系和完整的技术链和产品链 ,逐步降低整车成本,整车综合技术指标达到国际先进水平。实现小批量试制,进行规模化示运行,提高整车安全性、可靠性、耐久性、环境适应性和舒适性,满足实际使用要求。混合动力汽车：优化系统、聚焦产品,实现产业规模的突破。进一步提高混合动力汽车燃料经济性,降低排放,实现整车和系统零部件的工程化设计、工艺和质量控制。提高整车可靠性、环境适应性和舒适性,降低整车成本,综合技术经济指标达到国际先进水平。建立和完善混合动力汽车的生产体系、供应链体系和市场营销体系,实现较大批量的商品销售。纯电动汽车：突出特色、开拓市场,实现商业应用的拓展。针对不同市场的特定需求

63、,建立纯电动汽车动力系统技术平台,进行整车总体技术方案优化,进一步提高动力电池和电机等系统的性能,满足产业化需求,整车综合技术指标达到国际领先水平。进一步降低成本,完善批量化生产工艺,扩大产业规模和应用围,实现较大批量的商品销售。代用燃料汽车：综合提升、完善设施,实现大规模推广应用。完成天然气、液化石油气、二甲醚等代用燃料发动机和整车产品研究开发,进行代用燃料加注站装备的改进与开发,成为满足国市场需求的主导产品；建设代用燃料汽车示运行工程,扩大代用燃料汽车种类和应用围,在典型地区建立城市间加气站网络,实现区域化推广。关键零部件产品：提高性能、降低成本,完成供应链体系建设。提高燃料电池发动机、动力电池、驱动电机和代用燃料发动机等关键零部件的综合性能,提高安全性、环境适应性、可靠性和使用寿命,综合技术指标达到国际先进水平。建立和完善生产体系、供应链体系和质量控制