接柳林县委办2011年12月2日转王宁书记关于“专用电力汽车的情况分析报告”的批示要求，我局组织人员对纯电动汽车发展情况进行了调查，并走访了获得“一种电动车驱动与能量回收系统”专利的山西财经大学周兰生教授，现将有关情况汇报如下。
一、纯电动汽车工作原理
传统内燃机汽车的结构为：发动机、底盘、电气设备、车身四部分，发动机通过内燃机燃烧汽油或柴油产生动力来驱动汽车行驶。为了解决石油储量日趋紧缺和燃油车辆有害排放物对空气的污染，人类用清洁替代燃料和电能为发动机提供动力。一种办法是以天然气和液化石油气、醇类、醚类、植物油等燃料代替石油燃料，代表是甲醇汽车；另一种办法是用蓄电池全部或部分代替发动机为汽车提供动力，因此电动汽车与传统汽车差别较大，传统汽车是由发动机气缸的往复运动驱动车辆行驶，而电动汽车是由电机旋转驱动电机。电动汽车的组成包括：电力驱动及控制系统、驱动力传动等机械系统、完成既定任务的工作装置等。电力驱动及控制系统是电动汽车的核心，也是区别于内燃机汽车的最大不同点。电力驱动及控制系统由驱动电动机、电源和电动机的调速控制装置等组成。电动汽车的其他装置基本与内燃机汽车相同。因此，电动汽车的电动机相当于传统汽车的发动机，蓄电池相当于原来的油箱。
二、纯电动汽车关键技术发展状况
（一）车用电池技术研发情况
在混合动力汽车和纯电动汽车上，动力电池负责储存并为电动机提供电能，其容量（能量密度）决定了汽车的续航能力。目前动力电池的类型主要有铅酸电池、镍镉电池、镍锌电池、镍氢电池、锂离子电池和超级电容器等，目前在纯电动汽车方面使用和研发较多的是铅酸电池和锂离子电池。
铅酸蓄电池的应用历史最长，技术最为成熟，是成本、售价最低廉的蓄电池，已实现大批量生产。其中阀控式密封铅酸蓄电池（VRLA）一度成为重要的车用动力电池，应用在众多欧美汽车公司开发的纯电动车和油电混合车上，例如通用在20世纪80年代和90年代分别开发出的土星和EVI电动汽车上等。但是，铅酸电池的能量较低，续航时间短，自放电率高，循环寿命低，其主要原料铅的重量大，而且在生产和回收过程中可能产生重金属的环境污染。所以，目前铅酸电池主要用于汽车启动时的点火装置，以及电动自行车等小型设备。
车用锂离子动力电池是在一次性锂电池基础上发展起来的，是目前纯电动车用电池研发的主要方向。新近研发的锰酸锂电池和磷酸铁锂电池技术有了较大进展，解决了不稳定、易爆炸的安全问题，得以在众多电动汽车进行应用。例如2009年6月开始量产的三菱iMiEV电动车、2009年夏季上市的梅赛德斯—奔驰S400 Blue Hybrid混合动力车都使用锂离子电池作为其动力系统。其他国际主流汽车公司，如福特、日产、雪佛兰等，也都计划于2009～2010年推出基于锂离子电池的电动汽车。虽然目前锂离子电池在电池管理系统、电池组应用技术、安全性能、高额成本等方面还存在一定局限，需要继续进一步发展，但从当前各类车用动力电池性能比较、技术水平及其发展趋势来看，锂离子动力电池应用前景更好，若其电池成本等问题可以解决，将逐渐取代铅酸电池和镍金属电池，成为纯电动汽车和插电式混合动力汽车的主要动力选择。
（二）车用驱动电机技术发展
应用在电动汽车上的电动机主要有直流电动机、交流感应电动机、永磁无刷电动机和开关磁阻电动机四类。直流电动机在电动汽车中应用最早，具有起步加速牵引力大、控制系统较简单、控制性能好等优点，但其缺点是有机械换向器和机械式电刷，电机运转不能太快，过载能力、转速范围、功率体积比、功率重量比、系统效率、使用维护性等方面都受到限制，在目前新研制的电动汽车上已基本不再采用。
永磁无刷电动机性能较好，较多应用于混合动力汽车上。目前在纯电动汽车上，应用较多的车用驱动电机是交流感应电动机和开关磁阻电动机。
交流感应电动机是目前欧美国家电动汽车驱动系统的主流产品，功率覆盖面宽广，转速可高达12000～15000转/分钟；可采用空气冷却或液体冷却方式，冷却自由度高；对环境的适应性较好，能够实现再生反馈制动；与同样功率的直流电动机相比较，质量减轻一半左右，价格便宜，维修方便。其缺点是驱动电路复杂、效率及功率密度偏低，控制系统成本过高，其造价远远高于交流感应电动机本身，而且调速性能较差。
开关磁阻电动机是一种新型的电动机。具有很多明显特点：结构比其他任何一种电动机都要简单，维护修理更容易；可靠性好，转速可达15000转/分钟，效率达到85%～93%；调速范围宽，控制灵活，而且可以在很广的范围内保持高效率。其缺点是转矩波动大、噪声大、需要位置检测器、结构复杂等，在应用上还受到一定限制，如何从电机设计和控制策略两方面加以改进是现在的研究热点。从四种电动机的性能和发展趋势比较来看，虽然目前永磁无刷电动机的性能最佳，但开关磁阻电动机最具潜力，一旦攻克其技术瓶颈，以及形成批量生产后迅速降低价格成本，将得到更大发展。以下是四种电动汽车驱动电动机的基本性能比较：
在电动汽车上，电动机、传动系统和制动系统紧密联系在一起工作，逐渐发展成为将这三种系统融为一体的轮毂电机技术，又称为车轮内装式电机技术。采用这项技术的驱动系统布置非常灵活，可以使电动汽车形成二个前轮驱动、二个后轮驱动或四轮驱动多种组合，并省略了传统汽车所需的机械式操纵换挡装置、离合器、变速器、传动轴和机械差速器等，使得驱动系统和整车结构更加简洁、有效利用空间增加、传动效率提高。目前轮毂电机技术已经在电动自行车上获得较成功应用，在汽车领域也已有不少研究所和公司进行了专项研究，并开始应用到实际产品中。其中日本对这项技术的研究起步较早，处于世界领先地位。日本庆应义塾大学清水浩教授领导的电动汽车研究小组在过去10年中，研制的IZA、ECO、KAZ等电动汽车均采用轮毂电机驱动技术；其中后轮驱动电动汽车ECO采用永磁无刷直流电机，额定功率6.8千瓦，峰值功率可达20千瓦。日本普利司通公司和丰田公司曾在2003年东京汽车展上分别推出动力阻尼型车轮内装式电机系统和燃料电池概念车FINE-N，应用的就是轮毂驱动技术。美国通用汽车高级技术研发中心将其自行研制的轮毂电机技术应用到雪弗兰s-10皮卡车中，给车轮增加的重量只有约15kg，却可产生约25千瓦的功率，产生的扭矩比普通的雪弗兰s-10四缸皮卡车高60%，加速性能也有所提高。法国TM4公司设计的一体化电动轮，将轮毂电机技术结合到外转子永磁无刷直流电动机中，额定功率18.5千瓦，额定转矩950转/分钟，额定工况下的平均效率可达96.3%，峰值功率达80千瓦，峰值扭矩670牛米，最高转速1385转/分钟。从各种驱动技术的特点及发展趋势来看，采用轮毂电机技术的电机被视为电动汽车的最终驱动形式。随着电池技术、动力控制系统和整车能源管理系统等相关技术研发的不断深入，电动机性能不断提高，轮毂电机技术将在电动汽车上取得更大成功。
（三）车用电机控制技术集成化、全数字化和智能化发展
按照电机的不同类别，车用电机控制技术可分为异步电机控制技术、永磁同步电机控制技术和开关磁阻电动机控制技术。
异步电机控制技术发展较成熟，具有相对优势，主要有矢量控制技术、直接转矩控制技术和最大功率控制技术三种。
（1）矢量控制技术是比较成熟并常用的异步电机控制技术，基于坐标变换的技术，将电机的定转子电压、电流、磁势、磁链瞬时值所产生的效应用空间矢量来表示，以转子磁链矢量为参考坐标，通过三相到两相的坐标变换，实现定子电流转矩分量和励磁分量的解耦，进行独立控制和调节，使其异步电机具·远9·
有和直流电动机一样优良的转矩、转速调节特性。其中转子磁场定向的矢量控制是20年来实际应用最为普遍、最为成熟的高性能交流调速系统技术，动态性能好，调速范围宽，但是控制性能仍然受到电机参数变化的较大影响。
（2）直接转矩控制技术摒弃了矢量控制中解耦的思想，将转子磁通定向更换为定子磁通定向，通过控制定子磁链的幅值及其矢量相对于转子磁链的夹角，从而达到控制转矩的目的，具有控制手段直接、结构简单高效、控制性能优良、动态响应迅速等特点，非常适合应用于车用控制。其缺点是具有转矩脉动和低速性能差。消除或减少转矩脉动、提高调速范围、加快动态响应是这一技术改进的主要内容，也是其与矢量控制技术竞争的关键。目前已有将现有的直接转矩控制技术和矢量控制技术相结合，取长补短，构成性能更优越的控制系统。
（3）最大功率控制技术可以改进常规矢量控制异步电机在低负荷区内效率低、功率因数低、与驱动装置不匹配的问题，在整个运行范围的每一个工作点都能使系统效率最大，是一种很有前途、值得关注的控制技术。其缺点是控制中磁通减弱，转矩响应变慢，而且控制装置比较复杂，成本太高，实用价值较低。
永磁同步电机控制技术是永磁同步电机在高速运作时采用弱磁控制技术，使电机保持较宽的恒功率范围，满足电动车负载要求，在低速运作时采用矢量控制技术，包括气隙磁场定向、转子磁链定向、定子磁链定向等。其中车用中小容量电机常采用转子磁链定向矢量控制技术，是异步电机转子磁链定向矢量控制的推广。
开关磁阻电动机控制技术是开关磁阻电动机在低速运行时采用斩波控制，输出恒转矩特性；高速运行时采用相角控制，通过调节导通角来调整输出转矩和转速。但是这种控制技术还存在利用率低、运行可靠性低等缺点。
目前，车用电机控制技术向集成化、全数字化和智能化方向发展。
（1）集成化包括车用电机与燃油发动机或变速箱的集成，和电动汽车驱动控制器的开关器件、电路、控制、传感器、电源和无源器件集成到标准模块中构成电力电子组件。前者可以减小整个系统的重量和体积，有效地降低系统制造成本；后者可以较好地解决不同工艺电路之间的组合和高电压隔离等问题，具有较高的集成度，也可以有效减小体积和重量，但目前还存在分布参数、电磁兼容、传热等具有较高难度的技术问题，而且还不能有效地降低成本。
（2）全数字化是在微电子学及计算机技术的逐步发展，高速、高集成度、低成本的微机专用芯片以及数字信号处理（DSP）等广泛应用下实现的，包括驱动控制的数字化、驱动到数控系统接口的数字化以及测量单元数字化，使改变控制策略、修正控制参数和模型更加简单易行，提高控制系统的可靠性和实用性，并具有保护、故障监视、自诊断等其他功能，完善车辆的整体运行状况。
（3）非线性智能控制技术在车用电机控制领域的应用，包括变结构控制、模糊控制、神经网络、自适应控制、专家系统、遗传算法等，使系统结构更加简单、响应更加迅速、抗干扰力加强、稳定性增加，以此大大提高整个系统的综合性能。
三、纯电动汽车的发展状况
（一）发达国家与主要汽车集团的电动汽车现状
国外著名汽车公司都十分重视研究开发电动汽车，世界发达国家不惜投入巨资进行研究开发，并制定了相关的政策、法规来推动电动汽车的发展。美国目前正在大力研制和推广使用燃料电池电动汽车和纯电动汽车，政府能源部与通用、福特和戴克三大汽车制造商联合开发燃料电池电动汽车。现在，美国已有7个州加入了零排放计划，到规定年限后这些地区销售的汽车必须为零排放，即只能为纯电动汽车和燃料电池电动汽车。以美国蓝鸟客车公司、英国FRZAERNASH公司、日本丰田、日本本田为代表的电动客车和轿车已经上市，英国已有数万辆电动汽车在使用；法国是世界上推广应用纯电动汽车最成功的国家之一，成立了电动汽车推广应用国家部际协调委员会，巴黎和拉罗舍尔已经建立了比较完善的纯电动汽车充电站网基础设施，制定了优惠的支持和激励使用电动汽车的政策，且已经初步形成了纯电动汽车运行体系。在近年的国际性大型运动会上，电动汽车也成为各国展示其科技实力和环保意识的工具之一。亚特兰大奥运会使用了美国蓝鸟客车公司生产的纯电动客车作为公务和电视转播车，悉尼奥运会购买了英国FRAZER-NASH公司的近400辆电动客车作为运动员接送车辆。混合动力电动汽车领域，日本丰田公司开发的Prius和本田公司开发的Insight两种混合动力电动汽车已开始批量投放市场。丰田公司的Prius销售已在2006年累计突破150万辆，并于2005年底在我国长春一汽进行了组装生产和销售。日产公司也于2003年推出Tino混合动力汽车，在日本国内市场上销售了100多辆。欧洲各大汽车厂商争先恐后地推出了本公司研制的混合动力电动汽车，甚至德国的博世（BOSCH）等著名的零部件公司也积极与大汽车公司联手开发混合动力电动汽车技术。美国已有近20个城市试验使用混合动力电动公交车，瑞典、法国、德国、意大利、比利时等国计划在9个欧洲城市开通混合动力电动公共汽车线路。燃料电池电动汽车崭露头角，国外企业界纷纷组成强大的跨国联盟，以期达到优势互补的目的。如日本丰田与美国通用公司，日本东芝公司与美国国际燃料电池公司，德国宝马公司与西门子公司，雷诺汽车公司与意大利De Nora公司分别组成联盟并投资数亿美元开发燃料电池电动汽车。其中，以加拿大的巴拉德、美国的福特、德国的戴姆勒—克莱斯勒联（XCELLSIS）最具代表性，该联盟投资10亿加元开发生产电动汽车用燃料电池动力系统。在燃料电池电动汽车的研发热潮中，几乎所有的国外大型企业集团全部介入，投入的总额超过百亿美元。但是，由于燃料电池的成本和寿命问题，使得这一项目目前进展缓慢。在燃料电池电动汽车的示范运行方面，世界各国也都不约而同地把注意力集中在大客车上，如欧盟的CUTE示范项目、UNDP/GEF燃料电池商业化示范项目、美国加州的CAHFC示范项目和日本的JHFC计划等。与此同时，部分国家政府为促进电动汽车的发展，通过财税手段调整汽车发展结构。美、日等国政府对于电动车产品给予10%的鼓励性补贴，荷兰政府的补贴更是高达30%。并对传统汽车开征燃料税，如欧洲部分国家燃料税高达200%～300%，最低的美国也有34%。
（二）中国电动汽车现状
中国电动汽车虽然没有欧美等国家起步早，但国家从维护能源安全、改善大气环境、提高汽车工业竞争力、实现我国汽车工业的跨越式发展的战略高度考虑，从“八五”开始到现在，电动汽车研究一直是国家计划项目，在2001年设立了“电动汽车重大科技专项”。通过组织企业、高等院校和科研机构，集中各方面力量进行联合攻关，现正处于研发势头强劲阶段，部分技术已经赶上甚至超过世界先进水平。“电动汽车重大科技专项”实施以来，已成功开发出燃料电池汽车样车，累计运行数千公里；混合动力客车已在武汉等地公交线路上试验运行超过百万公里；纯电动汽车已通过国家有关认证试验。
四、山西财经大学周兰生教授的“一种电动车驱动与能量回收系统”概况
山西财经大学周兰生教授的专利“一种电动车驱动与能量回收系统”，在纯电动汽车的基础上改进，原理是：同时在一台纯电动汽车上装有两组电池，一组电池向驱动轮供电，另一组接受车载发电机充电，两组电池可自动相互切换，而车载发电机在车子运行中通过车轮惯性将动力传入发电机发电充入电池、周而复始。
五、应用“一种电动车驱动与能量回收系统”技术发展纯电动汽车的建议
以上资料显示和分析可以看出纯电动汽车是我国未来汽车业发展的方向。“一种电动车驱动与能量回收系统”专利技术理论上克服了对电力资源的依赖，增加了纯电动汽车的续航里程，具有节能环保、低碳等优点，但经过走访专利权人周兰生教授，我们得知该技术的实际运用还需要经过一个关键的由理论到实践的中试阶段，其核心是将专利技术经过专业操作组装在样车上，然后试车、检测，各项技术指标达到国家相关要求即可。周教授介绍，目前该专利技术的可行性报告正在编写之中，预计中试阶段的试验厂区要求比较简单，费用约在500万～1000万元之间，建议县政府责成县属某企业承担中试。
纯电动汽车以目前情况看，大部分都是大型汽车生产集团组建研发团队，投巨资进行开发。大专院校的科研成果转化为产品的实例唯有湖北随州筹备建立中的汽车园区，详细情况有待进一步了解考察。
（高瑞荣刘国斌闫军锋刘翠翠）
