凌天鈞

（上海汽車集團股份有限公司，上海 201804）

目前，節(jié)能與新能源汽車已經(jīng)成為中國乃至全球汽車工業(yè)的一個火熱的發(fā)展方向。發(fā)展節(jié)能與新能源汽車是全球節(jié)能減排的必然道路，也是全球汽車工業(yè)可持續(xù)發(fā)展的必然途徑。

1 中國節(jié)能和新能源汽車發(fā)展規(guī)劃

中國政府歷來重視節(jié)能與新能源汽車的發(fā)展，從 “十五”規(guī)劃、“十一五”規(guī)劃到現(xiàn)在的 “十二五”規(guī)劃，政府對節(jié)能與新能源汽車進行了大規(guī)模大范圍的支持、投入，制訂了短期、中期和長期的發(fā)展規(guī)劃。

1.1 電動汽車 “十五”規(guī)劃

在 “十五”規(guī)劃期間，確立了能源多樣化、驅(qū)動電氣化的新能源汽車發(fā)展方向，并以燃料電池汽車、混合動力汽車、純電動汽車3種車型為 “三縱”，以驅(qū)動電機、動力電池和電子電控技術(shù)為“三橫”的 “三縱三橫”研究開發(fā)布局?！叭v三橫”研究開發(fā)布局及其組織管理模型如圖1所示。

1.2 電動汽車 “十一五”規(guī)劃

在 “十一五”規(guī)劃期間，對燃料電池汽車做了兩個非常大的嘗試，一是2008年北京奧運會的示范運行；另一個是2010年上海世博會的示范運行。燃料電池汽車實現(xiàn)了綜合技術(shù)的跨越。

對于混合動力汽車，各大整車廠產(chǎn)品開發(fā)技術(shù)掌握得比較成熟，在掌握產(chǎn)品開發(fā)技術(shù)的配套上實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)規(guī)模的突破，都有了自己的混合動力汽車產(chǎn)品。

對于純電動汽車，各大整車廠都在積極開拓純電動汽車產(chǎn)品。純電動汽車技術(shù)滿足產(chǎn)業(yè)化需求，并將實現(xiàn)商業(yè)應(yīng)用的市場開拓。

在 “十一五”和 “十二五”規(guī)劃之間，國家還出臺了很多的計劃、目標(biāo)等，其中突出的是 “十城千輛”行動計劃和 “五城”計劃。

1.3 “十城千輛”行動計劃

“十城千輛”行動計劃，全稱十城千輛節(jié)能與新能源汽車示范運行計劃，是由科技部、財政部、發(fā)改委等部委在2009年初聯(lián)合啟動的。到2009年年中，示范運行城市增加到13個。2010年，示范城市已達到20個。

1）目標(biāo) 用3年左右的時間，每年發(fā)展10個城市，每個城市推出1000輛包括混合動力汽車、純電動汽車在內(nèi)的新能源汽車。

2）推廣 公交、出租、公務(wù)、市政、郵政等領(lǐng)域。

3）規(guī)模 力爭使全國新能源汽車的運營規(guī)模到2012年占汽車市場份額的10%。

1.4 “五城”計劃

2010年6月1日，財政部、科技部、工信部、國家發(fā)改委聯(lián)合出臺了 《關(guān)于開展私人購買新能源汽車補貼試點的通知》，確定在上海、長春、深圳、杭州、合肥等5個城市啟動私人購買新能源汽車補貼試點工作。

1.5 《節(jié)能與新能源汽車產(chǎn)業(yè)規(guī)劃》意見稿

雖然 《節(jié)能與新能源汽車產(chǎn)業(yè)規(guī)劃》（以下簡稱《規(guī)劃》）呼之欲出，但到目前為止，始終沒有正式出臺。不同意見爭論激烈。《規(guī)劃》意見稿的主要內(nèi)容如下。

1）《規(guī)劃》意見稿確定了電動汽車作為汽車產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型的重要戰(zhàn)略方向，我國將最終實現(xiàn)插電式混合動力汽車和純電動汽車的產(chǎn)業(yè)化，同時將加快研發(fā)燃料電池汽車技術(shù)。

2）《規(guī)劃》意見稿中對未來十年新能源汽車的產(chǎn)業(yè)布局設(shè)定了目標(biāo):到2020年，培育形成1～2家新能源汽車產(chǎn)銷規(guī)模超過100萬輛的汽車企業(yè)集團，3～5家新能源汽車產(chǎn)銷規(guī)模超過50萬輛的汽車企業(yè)集團。

3）《規(guī)劃》意見稿明確:到2020年，我國新能源汽車?yán)塾嫯a(chǎn)銷量要達到500萬輛，其中，中、重度混合動力乘用車占乘用車年產(chǎn)銷量的50%以上。而在制約電動車普及的成本方面，《規(guī)劃》目標(biāo)為:到2015年 （《規(guī)劃》中的中期目標(biāo)），動力電池系統(tǒng)能量密度達到120瓦時／公斤以上，成本降低至2元／瓦時；到2020年，動力電池系統(tǒng)能量密度達到200瓦時／公斤以上，成本降低至1.5元／瓦時。

4）《規(guī)劃》意見稿明確:從2011到2020年的10年間，中央財政將投入1000億元用于扶持新能源汽車產(chǎn)業(yè)。其中，500億元為節(jié)能與新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展專項資金，重點支持關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化，促進公共平臺等聯(lián)合開發(fā)機制；300億元用于支持新能源汽車示范推廣；200億元用于推廣以混合動力汽車為重點的節(jié)能汽車。另外100億元用于扶持核心汽車零部件業(yè)發(fā)展；50億元用于試點城市基礎(chǔ)設(shè)施項目建設(shè)。

5）《規(guī)劃》意見稿中還強制政府采購規(guī)?；?。各級政府及公共機構(gòu)，實行節(jié)能與新能源汽車強制性采購，逐步擴大采購規(guī)模，至2015年新能源汽車采購比例不得低于10%，節(jié)能汽車不得低于50%。

綜上所述，國家出臺各種各樣的規(guī)劃、計劃、目標(biāo)和目錄，都在圍繞支持和推動節(jié)能與新能源汽車的發(fā)展，如國家五部委:汽車產(chǎn)業(yè)十二五規(guī)劃；國家科技部:電動汽車十二五專項規(guī)劃；國家發(fā)改委:產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整指導(dǎo)目錄；工信部:節(jié)能與新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃。

所有這些規(guī)劃、目錄的出臺都是為了達到如下的目標(biāo):①2020年成為全球NEV第一大國；②確定了電動汽車作為汽車產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型的重要戰(zhàn)略方向；③10年間，中央財政將投入1000億元用于扶持新能源汽車產(chǎn)業(yè)。

2 節(jié)能和新能源汽車技術(shù)進展

2.1 混合動力汽車

典型混合動力轎車技術(shù)參數(shù)如表1所示。國際主要混合動力汽車匯總?cè)绫?所示。國際主要混合動力汽車典型技術(shù)方案如表3所示。

總的來說，從國內(nèi)外已商業(yè)化的車型看，微混可節(jié)油5%～10%；輕混可節(jié)油10%～25%；中混可節(jié)油25%～35%；全混可節(jié)油≥35%。

國外混合動力汽車技術(shù)日臻成熟，產(chǎn)品陸續(xù)進入市場，通過應(yīng)用提高了系統(tǒng)的實用化程度和產(chǎn)業(yè)化水平?；旌蟿恿ζ嚨募夹g(shù)優(yōu)勢已經(jīng)成為各國汽車公司的競爭優(yōu)勢，正在改變汽車行業(yè)的市場格局。

國外在混合動力汽車的應(yīng)用方面充分考慮到不同市場的需求、難易程度，以及綜合考慮產(chǎn)品的實用性、成本的可接受性。

表1 典型混合動力轎車技術(shù)參數(shù)

表2 國際主要混合動力汽車匯總表

2.2 純電動汽車

純電動汽車與傳統(tǒng)燃油車的比較見圖2。國際主要純電動汽車匯總?cè)绫?所示。從續(xù)駛里程及電機功率的角度考慮來看，國際主要純電動汽車的技術(shù)方案如表5所示。

純電動汽車關(guān)鍵技術(shù)——動力電池技術(shù)現(xiàn)狀:車用電池系統(tǒng)分類見表6，車用電池系統(tǒng)與產(chǎn)業(yè)化的差距見表7，各種電芯技術(shù)的功率／能量密度比較見表8（國外供應(yīng)商）和表9（國內(nèi)供應(yīng)商），國內(nèi)主要鋰電池生產(chǎn)企業(yè)狀況見表10。

總的來說，純電動汽車的發(fā)展受到世界各國的重視，各個主要汽車公司積極參與，在產(chǎn)品研發(fā)、示范和試用方面取得了很大進展。但因電池性能和成本不能完全滿足電動汽車發(fā)展市場化的需求，應(yīng)用范圍偏重于小型車輛和城市公交客車。

表3 國際主要混合動力汽車典型技術(shù)方案

純電動汽車的產(chǎn)業(yè)化推進，需要電池技術(shù)的進一步突破，需要綜合利用過渡技術(shù) （增程式、插電式混合等），需要充電設(shè)施不斷完善。

2.3 燃料電池汽車

國外燃料電池汽車技術(shù)現(xiàn)狀見表11。

2.3.1 燃料電池汽車示范運行現(xiàn)狀

2.3.1.1 國外 （2010年前的數(shù)據(jù)）

1）GM旗下的Equinox車型 （圖3）超過80000乘員乘坐；119輛車在4個國家示范運行；11000次加氫18000kg；示范運行了2個冬季；部分車輛已經(jīng)運行48000多公里，總共示范運行里程1930000多公里。

2）HONDA旗下的Clarity車型 （圖4）HONDA旗下的Clarity車型在北美和日本提供租賃服務(wù)。每月600美元的租賃價格還包括了日常維護和保險費用，相比國內(nèi)日租200元的車還要便宜1／3?？紤]到制造成本 （約一百萬美元），本田無疑是在賠本賺吆喝。在美國提供租賃服務(wù)的地區(qū)，氫氣價格和汽油價格相當(dāng)，每次充滿氫能夠行駛450 km以上。

2.3.1.2 國內(nèi)

表4 國際主要純電動汽車匯總表

表5 國際主要純電動汽車技術(shù)方案 （續(xù)駛里程及電機功率）

1）2008年北京奧運會示范運行 運營基地設(shè)在北京永豐產(chǎn)業(yè)基地的氫能華通加氫站內(nèi)；共20輛領(lǐng)馭燃料電池轎車，其中神力電堆17輛，新源電堆3輛；每輛車的運營里程都超過1000km。

表6 車用電池系統(tǒng)分類

2）2010年上海世博會示范運行 運營基地設(shè)在世博新能源汽車濟陽路基地內(nèi)；共40輛上海牌燃料電池轎車和6輛燃料電池客車；總共的運營里程達到115000km。

2.3.2 燃料電池汽車產(chǎn)業(yè)化待解決的問題

1）成本問題 采用貴金屬鉑Pt作為催化劑，目前用量1.3～1.5 g／kW； 目前國內(nèi)燃料電池堆成本達到約8000元／千瓦，以此估算，榮威燃料電池轎車使用的55 kW燃料電池系統(tǒng)成本將達到60多萬元。

表7 車用電池系統(tǒng)與產(chǎn)業(yè)化的差距

表8 國外供應(yīng)商各種電芯技術(shù)的功率／能量密度比較

表9 國內(nèi)供應(yīng)商各種電芯技術(shù)的功率／能量密度比較

表10 國內(nèi)主要鋰電池生產(chǎn)企業(yè)狀況

表11 國外燃料電池汽車技術(shù)現(xiàn)狀

2）耐久性問題 當(dāng)前國內(nèi)燃料電池系統(tǒng)壽命估計不足1000h，國際先進燃料電池壽命約2000h；而實現(xiàn)燃料電池產(chǎn)業(yè)化的目標(biāo)壽命需超過5000 h，尚存在差距。

3）可靠性問題 目前廣泛采用的全氟磺酸質(zhì)子交換膜，在不同環(huán)境下將易導(dǎo)致膜內(nèi)水的缺失或結(jié)冰，影響燃料電池性能。因此，冬、夏季極易導(dǎo)致燃料電池系統(tǒng)運行不穩(wěn)定。

4）安全性問題 燃料電池汽車不但有高電壓（＞300 V）動力線，而且還有高壓儲氫系統(tǒng) （高達70MPa），高壓電和氫安全問題比較突出。

5）基礎(chǔ)設(shè)施問題 加氫站的缺乏阻礙了燃料電池汽車產(chǎn)業(yè)化的進程。

2.3.3 燃料電池汽車技術(shù)最新進展

2.3.3.1 系統(tǒng)集成技術(shù)

主要目標(biāo)是使燃料電池汽車技術(shù)從系統(tǒng)實現(xiàn)功能集成水平很低到部分系統(tǒng)及零部件實現(xiàn)集成設(shè)計，最終實現(xiàn)各系統(tǒng)及零部件達到傳統(tǒng)車的集成水平。

2.3.3.2 燃料電池系統(tǒng)技術(shù)

志愿服務(wù)的資金來源大體上可以分為三個部分。第一是政府財政給予的支持。第二是民間捐贈方面的資金支持。第三是商業(yè)交易所得的資金。不管是政府財政資助、還是社會捐贈，抑或是商業(yè)交易，志愿服務(wù)這些資金的獲得都依賴于經(jīng)濟的蓬勃發(fā)展。發(fā)展才是硬道理，只有經(jīng)濟建設(shè)順利穩(wěn)健發(fā)展，政府、企業(yè)、個人才能創(chuàng)造更多的經(jīng)濟收益，志愿服務(wù)作為社會精神文明發(fā)展的有益補充才能分到更多的資金用于自身的發(fā)展。

1）貴重金屬催化劑、電極材料的設(shè)計和工藝目標(biāo)為每輛車小于10 g鉑金。目前每車鉑金需求與鉑金成本對照見表12。

2）低成本的膜材料。

3）低成本的雙極板材料:低鎳含量的不銹鋼；去除或者簡化極板的涂層。

2.3.3.3 車載高壓儲氫技術(shù)

1）儲氫壓力從35～70 MPa 從35 MPa加壓到70 MPa需要多消耗10%的能量，如圖5所示；從35 MPa到70MPa能增加55%的氫氣儲存量，如圖6所示。

表12 每車鉑金需求與鉑金成本對照表

2）從三型瓶到四型瓶的過渡 與三型瓶相比，四型瓶有如下特點:①同樣的容量，四型瓶自重要輕20%；②更好的可靠性和更長的疲勞壽命；③材料成本更低。

2.3.3.4 氫安全設(shè)計

2）過流保護 流量超過20倍額定流量時，溢流閥自動關(guān)閉。

3）隔離設(shè)計 氫瓶、燃料電池和氫氣管路與乘員艙隔離設(shè)計，防止泄漏的氫氣進入乘員艙。

4）氫報警系統(tǒng) 車輛內(nèi)部布置了＞4只氫傳感器，在線檢測車內(nèi)氫氣濃度，分級報警。達到1級報警時，系統(tǒng)關(guān)閉氫瓶閥門。每只傳感器具有自檢功能，當(dāng)傳感器工作異常時會發(fā)出故障信號并停止供氫。

5）碰撞安全 燃料電池汽車中安裝了檢測碰撞發(fā)生的慣性傳感器，當(dāng)發(fā)出碰撞時，通過控制系統(tǒng)可以立即關(guān)閉氫氣供應(yīng)。氫瓶布置在車輛后部車身縱梁保護范圍內(nèi)的相對安全位置，避免碰撞發(fā)生時直接破壞氫瓶。燃料電池轎車進行了實車碰撞試驗和碰撞CAE分析，驗證碰撞發(fā)生時的車輛氫安全性，并對氫系統(tǒng)的布置進行優(yōu)化。

6）零部件控制 關(guān)鍵零部件通過國家 （國際）權(quán)威認(rèn)證和測試。

7）遠(yuǎn)程監(jiān)控 燃料電池轎車、大巴車配備遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，可以將車輛的氫報警狀態(tài)實時傳送到運行基地，基地人員可以全局掌控車輛的氫安全狀態(tài)。

總的來說，國內(nèi)外汽車公司將發(fā)展燃料電池汽車作為重要戰(zhàn)略方向，并投入相當(dāng)大的人力、物力、財力進行攻關(guān)，取得了重要進展。在短中期內(nèi)，燃料電池汽車注重于示范運行，積累豐富的經(jīng)驗，以便推進燃料電池汽車的產(chǎn)業(yè)化。

3 新能源汽車基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)

3.1 充電站

3.1.1 電動汽車的分類

1）集團車輛 包括:公交部門使用的各種公共交通客車、小巴等；環(huán)衛(wèi)部門使用的街道清掃車、垃圾清運車、灑水車等；郵政部門使用的郵政配送車輛；電力供水等部門使用的電力工程車、工程搶修車等。特點:行駛特性有一定規(guī)律，有固定停車場所。

2）社會車輛 包括:公務(wù)車和出租車等。特點:隨機性較強，行駛半徑大。

3）私人車輛 特點:隨機性極大，行駛里程短，停駛時間長。

3.1.2 充電站運營模式

充電站運營模式主要分為以下3種:常規(guī)充電、快速充電和電池更換。電動汽車充電設(shè)施的模式選擇如表13所示。

表13 電動汽車充電設(shè)施的模式選擇

3.1.3 充電站主要設(shè)備

充電站主要設(shè)備如圖7所示。

2010年中國主要城市電動汽車充電站建設(shè)情況如表14所示。

表14 2010年中國主要城市電動汽車充電站建設(shè)情況

截至2010年，國內(nèi)41個重點城市已建成電動汽車充電站76座。

為推廣電動汽車進入市場，上海嘉定區(qū)計劃在2011年年內(nèi)建設(shè)770余根充電樁及4座充電站。到2012年，該區(qū)將實現(xiàn)電動汽車基礎(chǔ)設(shè)備全覆蓋，建成充電樁1.3萬個，充 （換）電站15座，加氫站2座以上。

到2012年，杭州計劃建成集中充電站4座、充（換）電站38座，充電樁3500套，以實現(xiàn)2012年底2萬輛私人用新能源汽車的目標(biāo)。

3.1.4 兩大電網(wǎng)公司的充電站規(guī)劃

1）國家電網(wǎng) 第1階段 （2010年）充電站主設(shè)備總投資規(guī)模將達到3億元，在27個網(wǎng)省公司建設(shè)75座充電站和6209個充電樁，初步建成電動汽車充電設(shè)施網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)；第2階段 （2011～2015年）投資140億元，電動汽車充電站規(guī)模達到4000座，同步大力推廣建設(shè)充電樁，初步形成電動汽車充電網(wǎng)絡(luò)；第3階段 （2016～2020年）投資180億元，電動汽車充電站達到10000座，同步全面開展充電樁配套建設(shè)，建成完整的電動汽車充電網(wǎng)絡(luò)。到2020年充電站主設(shè)備總投資將達到320億元。

2）南方電網(wǎng) 為滿足新能源汽車發(fā)展需要，南方電網(wǎng)將在深圳市建設(shè)各類新能源汽車充電站（樁）12750個，其中，公交快、慢速充電站各25個，公務(wù)車充電樁2500個，社會公共慢速充電樁10000個，社會公共快速充電站200個，建立新能源汽車示范運行管理信息化平臺。

3.2 加氫站

3.2.1 全球加氫站概況

截至2009年底，全球投入使用的加氫站超過150座，半數(shù)在北美。加利福尼亞州是北美氫能基礎(chǔ)建設(shè)的領(lǐng)導(dǎo)者，占有美國加氫站數(shù)量的半壁江山。全球及主要地區(qū)的加氫站情況如圖8所示。

3.2.2 國內(nèi)加氫站情況

中國現(xiàn)有3個加氫站，分別是北京加氫示范站、上海安亭加氫示范站和上海世博加氫站。

3.2.2.1 北京加氫示范站

位于北京中關(guān)村永豐高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)基地新能源交通示范園內(nèi)，是我國第一座固定車用加氫站。北京加氫示范站的運行，對2008北京 “綠色奧運、科技奧運”起到積極的推動作用。

3.2.2.2 上海安亭加氫站

屬于中國科技部國家 “863計劃”加氫站項目，是上海第一座加氫站。旨在推動中國燃料電池汽車的商業(yè)化進程。

3.2.2.3 上海世博加氫站

位于楊思路、濟陽路路口，是世博會一項重要的基礎(chǔ)配套工程。世博加氫站為世博會196輛氫燃料汽車提供清潔能源，實現(xiàn)世博園區(qū)內(nèi) “零排放”，日加氫規(guī)模達600多公斤。

上海世博加氫站設(shè)備如圖9所示。

1）氫氣長管拖車 世博加氫站共有2臺氫氣長管拖車，主要運輸來自液化空氣公司的氫氣。

2）卸氣柱 世博加氫站共有3臺卸氣柱，主要起連接作用，將長管拖車與加注壓縮機連接起來。

3）氫氣高壓儲罐 世博加氫站共有2套氫氣高壓儲罐系統(tǒng)，主要用于儲存高壓氫氣。

4）氫氣加注壓縮機 世博加氫站共有4臺氫氣加注壓縮機，均為美國PDC公司的產(chǎn)品，主要用作氫氣加壓。在世博示范運行中，為移動加氫站加氫時增壓，最高可以增壓到43.8MPa。

5）加氫機 世博加氫站共有4臺加氫機，如圖10所示。其中1～3號為國產(chǎn)舜華加氫機，加氫壓力為35MPa；4號為進口林德加氫機，加氫壓力為70MPa。

6）加氫機制冷單元 世博加氫站共有1臺加氫機制冷單元，主要為林德加氫機加氫前的氫氣制冷。制冷后的氫氣溫度可達-20℃。主要用于SAICGM燃料電池汽車加氫。

7）移動加氫站 世博加氫站共有2臺移動加氫站，主要為世博園區(qū)燃料電池觀光車加氫，加氫壓力為35MPa。

世博加氫站外供氫氣工藝流程如圖11所示。

4 結(jié)束語

對于節(jié)能與新能源汽車，爭論的方面很多。比如是近程還是遠(yuǎn)程運行、是純電還是混合動力、是充電還是換電、是鋰電池還是鉛酸電池。到底哪種更具有優(yōu)勢，目前尚無定論，企業(yè)、行業(yè)、專家、政府層面都各執(zhí)一詞。但是，我們不能等待爭論的結(jié)果，而要在實踐中尋求適合企業(yè)的發(fā)展方向，通過實踐去檢驗、通過技術(shù)提升去解決存在的問題，逐步完善和優(yōu)化。對新能源車要支持愛護，用務(wù)實心態(tài)來用心做事，老老實實做產(chǎn)品，認(rèn)認(rèn)真真做市場。