图3 节能与新能源汽车“三纵三横”研发布局
课题组基于市场德尔菲法，通过对浙江新能源汽车厂商与产业链相关者、科研机构、政府部门、高等院校等对象发放调查问卷和专家座谈，对问卷和座谈结果进行整理、处理和分析，根据技术重要性排名选出以下8项关键技术的预期实现时间（见表3）。其中，共性技术包括四项，混合动力汽车技术两项，纯电动汽车技术、燃料电池汽车技术各一项。混合动力汽车、纯电动汽车、燃料电池汽车的结构差异（图4）和技术性能比较分析如以下图表（表4）所示。
表3 新能源汽车领域关键技术预期实现情况表
序号 1 2 3 4 5 6 7 8
技术编号 J11 J12 J21 J31 GJ1 GJ2 GJ3 GJ4
技术适用类别 混合动力汽车 混合动力汽车 纯电动汽车 燃料电池汽车 共性技术 共性技术 共性技术 共性技术
技术内容
混合动力汽车变速器及动力耦合系统 混合动力汽车发动机电控系统
纯电动汽车电池系统 代用燃料汽车发动机系统 整车与关键零部件标准 电动助力转向系统 动力总成控制系统 高功率蓄电系统关键技术
预期实现时间（年）
2015 2015 2014 2014 2012 2014 2014 2014
图4 混合动力汽车、纯电动汽车、燃料电池汽车的结构差异
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表4 混合动力汽车、纯电动汽车、燃料电池汽车的技术性能比较
名称 混合动力汽车
现状
优点
低排放、低能耗，节能在5%-50%之间
零排放、低能耗、噪音低，结构简单，节能在50%以上
零排放、低能耗、低噪音；能量转化率高；无需充电，无需化石燃料，氢气来源广泛；燃烧热力学效率最高。
缺点
成本高，比同类传统车型成本增加30%-40%。
市场前景
纯电动汽车
燃料电池汽车
很好，尤其是城市公交、出租、环卫、机场等公共服务领域。
成本比同类传统车型增加40% 很好，尤其是以日常-50%；续驶里程短；电池寿代步工具为主的微型命短；充电时间长。 电动汽车市场和公共
服务领域。
燃料电池制造成本高。氢的很好，目前尤其是在存储携带困难。加氢站等基城市公共服务领域。 础设施缺乏。适应性、可靠性和安全性有待提高。
以下针对三种新能源汽车技术进行详细分析。 （1）混合动力汽车（HEV） ? 电池技术
在混合动力汽车的核心即电池技术研发方面，我国已自主研制出容量为6Ah-100Ah的镍氢和锂离子动力电池系列产品，能量密度和功率密度接近国际水平，同时突破了安全技术瓶颈，在世界上首次规模应用于城市公交大客车；自主开发的200kW以下永磁无刷电机、交流异步电机和开关磁阻电机，电机重量比功率超过1300w/kg，电机系统最高效率达到93％；自主开发的燃料电池发动机技术先进，效率超过50%，成为世界上少数几个掌握车用百千瓦级燃料电池发动机研发、制造以及测试技术的国家之一。与此同时，混合动力汽车关键零部件的产业化全面跟进，生产配套能力显著增强。近来，力神、比亚迪、比克、万向等动力电池企业投入数十亿资金加快产业化建设，上海电驱动、大郡、湘潭电机、南车时代等电机企业加强与上下游企业合作，积极完善产业链建设。在未来2-3年内，预计将形成20亿Ah以上的动力电池和全系列驱动电机生产能力，能够满足100万辆混合动力及电动汽车的配套要求。
? 整车开发
在整车开发关键技术方面，我国混合动力汽车在系统集成、可靠性、节油性能等方面进步显著，不同技术方案可实现节油10%-40%。同时，各汽车企业对混合动力汽车的研发和产业化投入显著增强，产业化步伐不断加快。目前，国内汽车企业已将混合动力汽车作为未来主流竞争型产品在战略上高度重视，一汽、东风、上汽、长安、奇瑞、比亚迪等都已投入了大量的人力、物力，混合动力车型已完成样车开发，并有部分车型已经实现小批量上市。
? 动力架构
混合动力车的动力架构主要有串联、并联、混联三种方式（如图5）。串联式的优点是只用电能驱动可以实现“0”排放，发动机运行状态能够保持稳定、高效、低污染；其缺点是电池组容量要求大，中小型车空间难以满足，驱动电机对功率要求高，能量转换次数多、损耗大、效率低，发动机/发电机和电池组匹配度要求高。并联式的优点是基本为发动机驱动、总能源转换效率高，发动机功率要求不高、成本较低，驱动电机体积较小、空间适应性好；其缺点是动力系统结构复杂、空间布置和相关控制复杂，难以实现真正的“0”排放。混联式的优点是有独立电驱动模式实现“0排放”，发动机要求功率小，提高燃油
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利用经济性，各动力总成的功率和体积小，有害气体排放小，综合能量转化率高；其缺点是需要两套驱动系统、结构复杂，需要配套多能源动力总成控制系统，空间布置困难、成本高。
图5 混合动力车的动力架构方式
（2）纯电动汽车(BEV)
纯电动汽车的关键技术主要包括电池技术、充电技术、电机驱动及控制技术、电动汽车整车技术以及电池管理系统技术。
图6 整车控制系统网络结构示意图
? 电池技术
在蓄电池技术领域，具有重量轻、储能大、功率大、无污染（也无二次污染）、寿命长、自放电系数小、温度适应范围宽泛等优点的锂离子电池技术逐渐取代铅和镍氢电池，成为纯电动汽车中的核心技术之一。我国在锂离子电池方面的研究水平，有多项指标超过了 USABC 提出的 2010 年长期指标所规定的目标。超级电容具有充电快、无记忆充放电、充放电循环次数高、无二次污染等优异特性，但有放电快的缺点；锂离子电池具有储电量大、储存时间长的优点，但充电时间比较长。取两者之长，结合起来使用在电动汽车上，除了可以具有传统纯电动汽车的“电代油”和“零排放”主要优点外，还具有一次充电行驶距离长（可达 300 公里）、速度快（可达 100 公里/小时）、行使过程中能量回收效率高等优点，代表了纯电动汽车的最新发展方向之一。如富士重工和 NEC 联合开发“锂离子电容器”，能量密度达 30 瓦时/千克，为先前电容器的 4 倍，达到了用于纯电动汽车的实用水平。
? 超快充电技术
采用传统的慢速充电法，纯电动汽车充满一次电要好几个小时。这虽然能够保证相对较长的续驶里程，但由于要安装许多电池，增加了车辆的重量和成本，对电池一致性的要
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求也较高。现在，快速充电电池技术出现，具有寿命长（可充电 2000 次以上）、没有记忆性、可以大容量充电及放电等特点，在几分钟内就可充 70%-80%的电。
? 电力驱动及其控制技术
电动机与驱动系统是电动汽车的关键部件，驱动电机应具有调速范围宽、转速高、启动转矩大、体积小、质量轻、效率高且有动态制动强和能量回馈等待性。目前电动汽车用电动机主要有直流电动机、感应电动机、永磁无刷电动机和开关磁阻电动机四类。
? 电动汽车整车技术
整车轻量化始终是汽车技术重要的研究内容，纯电动汽车由于布置了电池组，整车重量增加较多，轻量化问题更加突出。通常通过对整车实际使用工况和使用要求分析，对电池电压、容量、驱动电机功率、转速和转矩、整车性能等车辆宏观参数总体优化，合理选择电池和电机参数；通过结构优化和集成化、模块化优化设计，减轻动力总成、车在能源系统的重量；此外，积极采用轻质材料和利用CAD技术对车身承载结构件进行有限元分析研究，用计算和试验结合的方式实现结构最优化。
? 电池管理系统
电池管理系统(BMS)管理的对象是电动汽车动力系统的电池，面对动力电池在电动汽车上工作时的苛刻的充放电状况，防止过充电与过放充、避免深度放电、SOC 和剩余行驶里程的预测。电池在大功率充放电时，电池组发热，在电池箱内形成一定的温度梯度，使得各个单体电池工作时的环境温度不一致，将会削弱各单体电池间的均衡性，降低电池组的充放电能力。针对这样的情况，BMS 必须具备先进的热量管理能力，维持电池模块间温度的平衡，并控制电池的工作温度在合理范围内。电动汽车的动力电池的高达数百伏的高压电，可能危及生命及车辆安全，为了确保电动汽车高压电安全，BMS 需要实时监控高压电路的电气状态、通断状态及高压电路的接通过程，在发现异常状况后能立即通过状态线输出故障状态并做出相应的动作，在危险的情况下能自动切断高压电的输出。BMS 作为电动汽车的一个子系统，在监控电池组的同时，通过总线，必须实时的将电池状态告知车载动力总成系统和其他相关分系统，实现信息共享。BMS 作为汽车电子部件，需要满足十分严格的汽车电磁兼容性要求。
（3）燃料电池汽车(FCEV)
燃料电池汽车与其它类型汽车的最大差异在于动力系统结构与工作原理。传统汽车是将化学能转化为热能，再转化为机械能的动力装置。而燃料电池是一种原电池，借助于电化学过程，其内部的燃料的化学能直接转换为电能。一般来说，燃料电池由多个平板状叠在一起的电池组成，每个电池中间夹有高分子电解质膜，从燃料电极供氢，空气电极供氧。氢在燃料电极催化剂的作用下分解成氢离子和电子，氢离子通过电解质膜移到空气极，电子通过外部回路（负荷）流到空气极。通过向燃料电极和空气电极连续供给氢和氧，电极间形成电位差，持续向外部回路供电（见图7）。
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图7 燃料电池的工作原理
一般而言技术的发展需要经过4个阶段：第一阶段为技术孕育期，这个阶段企业进入意愿低，专利申请数量和申请人数量均很少；第二阶段为技术成长期，这一阶段产业技术有突破或厂商对于市场价值有了认知，竞相投入发展，专利申请量与专利权人数急速上升；第三阶段为技术成熟期，厂商投资于研发的资源不再扩张，只剩少数继续发展此类技术，且其他厂商进入此市场意愿低，专利申请量与专利权人数成长逐渐减缓；第四阶段为技术瓶颈期，产业技术研发遭遇瓶颈难以突破或此类产业已过于成熟，专利申请量与专利人数呈现负成长。从图8可以看出，1990年至2005年间，燃料电池汽车技术的专利数量持续增长，但申请人开始减少，显示有进入第三阶段技术成熟期的迹象，专利数量仍在高速增长，但专利申请人数量开始较少，反映竞争趋于激烈，市场进入门槛提高。
图8 燃料电池汽车技术生命周期图
? 燃料电池
虽然燃料电池的工作原理和普通的电化学原电池和充电电池类似，但是后者是一个封闭系统，封装后与外界只存在能量交换而没有物质交换，当电池内部的化学物质耗尽或反应条件发生变化时，系统就无法继续输出能源，而燃料电池是由外部的供气系统供给的，
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