2011年7月13日，國家科技部發(fā)布了《國家“十二五”科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃》，明確提出“十二五”期間，全面實施“純電驅(qū)動”技術(shù)轉(zhuǎn)型戰(zhàn)略，實施新能源汽車科技產(chǎn)業(yè)化工程。重點推進(jìn)關(guān)鍵零部件技術(shù)（電池-電機(jī)-電控）、整車集成技術(shù)（混合動力-純電驅(qū)動-下一代純電驅(qū)動）和公共平臺技術(shù)（技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)法規(guī)-基礎(chǔ)設(shè)施-測試評價技術(shù)）的研究與攻關(guān)。

   全面實施“純電驅(qū)動”技術(shù)轉(zhuǎn)型戰(zhàn)略，即從國家戰(zhàn)略上講，純電動汽車作為我國新能源汽車發(fā)展主攻方向的技術(shù)路線已日漸明確，過去所謂“發(fā)展混合動力汽車、純電動汽車、燃料電池汽車”多種技術(shù)路線似乎可以畫上句號了。“十二五”期間，大型客車生產(chǎn)廠家新能源汽車的研究與攻關(guān)重心也要跟隨國家戰(zhàn)略轉(zhuǎn)型而轉(zhuǎn)型，即將“純電驅(qū)動”大客車研發(fā)放到十分重要的地位。本文將對“純電驅(qū)動”大客車研發(fā)的難點進(jìn)行分析，其意圖是，尋找最佳解決途徑。

   1 汽車研發(fā)的所面臨的基本問題

   一是汽車做功所需動力供給問題，要求動力供給持續(xù)、穩(wěn)定、高效、環(huán)保；二是驅(qū)動系統(tǒng)能適合車輛的快、慢、起、,停、加速、減速動態(tài)的運動變化，要求安全、可靠；三是動力供給與驅(qū)動系統(tǒng)之間功率傳遞的匹配問題，要求合理且經(jīng)濟(jì)。

   傳動汽車的研發(fā)的背景是，石油類的能源是充足的，“純電驅(qū)動”公交大客車研發(fā)背景基于當(dāng)前石油類的能源不再是充足的，而是相對有限的了，但是電類能源是充足的。傳動汽車研發(fā)與新能源汽車研發(fā)所面臨的基本問題是相同的，不過傳動汽車技術(shù)已經(jīng)較為成熟，但仍在繼續(xù)完善之中，可是新能源汽車技術(shù)目前沒有成熟。 

    
   2 純電動大客車產(chǎn)業(yè)化工程從攻關(guān)的技術(shù)上分為3個層面：

   2.1 關(guān)鍵零部件技術(shù)（電池-電機(jī)-電控）；
   2.2 整車集成技術(shù)（混合動力-純電驅(qū)動-下一代純電驅(qū)動）；
   2.3 公共平臺技術(shù)（技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)法規(guī)-基礎(chǔ)設(shè)施-測試評價技術(shù)）。

   從社會大分工上講，大型客車生產(chǎn)廠家研究與攻關(guān)的重心是整車集成技術(shù)，學(xué)習(xí)和了解關(guān)鍵零部件技術(shù)（電池-電機(jī)-電控）的發(fā)展是前提，積極參與公共平臺技術(shù)（技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)法規(guī)-基礎(chǔ)設(shè)施-測試評價技術(shù)）的研究也是必須的。

   3 當(dāng)前關(guān)鍵零部件技術(shù)（電池-電機(jī)-電控）的發(fā)展現(xiàn)狀

   3.1 眾所周知，電池是純電動大客車研發(fā)中瓶頸中的瓶頸

   目前純電動大客車所采用的是大功率、動力型的鋰系列電池。所謂瓶頸說的主要理由有三個：

   3.1.1當(dāng)前電池技術(shù)壁壘較大。因此，從鋰電池電解液的生產(chǎn)、正負(fù)極材料的生產(chǎn)到隔膜材料的生產(chǎn)，再到電源管理器件的生產(chǎn)，都有相對多工藝的問題，很難以保證電池的質(zhì)量、安全以及使用壽命能滿足大客車的使用工況。

   3.1.2 鋰電池的電解液主要成分是六氟磷酸鋰。據(jù)文獻(xiàn)報道，它的污染性比干電池的污染性要高出若干倍。如何處理和循環(huán)利用是一大難題。

   2.1.3 電池包里單體電池一致性同樣是一道難題。鋰電池單體的標(biāo)稱電壓只有3伏。而純電動大客車車用的電壓目前基本是有兩種形式，一種是300多伏，另一種500多伏。3伏的單體電池必須經(jīng)過多路的串聯(lián)（并聯(lián)）成組以后才能用于車用。由電池廠家要求電池包在規(guī)格、型號上能統(tǒng)一，便入標(biāo)準(zhǔn)化，大客車廠家要求電池比能量大、比功率高，而體積小，便入車體結(jié)構(gòu)設(shè)計和布置。如此眾多的單體電池在高頻繁的充、放電工況下，要保持單體電池一致性，同樣是一道難題。

   4 純電動大客車驅(qū)動系統(tǒng)性能要求很高

   20 世紀(jì)90 年代前，變頻調(diào)速器沒有出來，無軌電車一般都用直流電機(jī)調(diào)速電機(jī)，以適合車輛的快、慢,起、,停、加減速。而現(xiàn)在純電動大客車運行工況相當(dāng)復(fù)雜，要求能夠頻繁地啟動、停車、加速、減速，相對與以前的無軌電車的應(yīng)用不同了。因此，對驅(qū)動系統(tǒng)的要求很高?；疽笫牵冸妱哟罂蛙囼?qū)動系統(tǒng)要有較好的動力特性，驅(qū)動電機(jī)要體積小、質(zhì)量輕、效率高，不僅具有高的轉(zhuǎn)速、較寬的調(diào)速范圍，而且足要有夠大的起動轉(zhuǎn)矩，同時要具有動態(tài)制動能力強(qiáng)、能量反饋性能好、使用壽命長的特點。具體地說：

   4.1電動機(jī)應(yīng)具有加速性能好。即瞬時功率大，過載能力強(qiáng)（過載系數(shù)應(yīng)為2～3）；

   4.2電機(jī)裝在大客車上的空間較小。在高溫、雷雨等壞天氣及頻繁振動等地惡劣工作條件下，應(yīng)具有較高的抗干擾能力；

   4.3 電動機(jī)應(yīng)具有寬廣的調(diào)速范圍。包括恒轉(zhuǎn)矩區(qū)和恒功率區(qū)。在恒轉(zhuǎn)矩區(qū)時，要求低速運行時具有大轉(zhuǎn)矩，以滿足起動和爬坡的要求；在恒功率區(qū)時，要求低轉(zhuǎn)矩時具有高的速度，以滿足汽車在平坦的路面能夠高速行駛的要求；

   4.4 電動機(jī)應(yīng)能夠在汽車減速時實現(xiàn)再生制動。要將能量回收并反饋回蓄電池，使得電動汽車具有最佳能量的利用率。

   5 目前純電動大客車可才采用的驅(qū)動系統(tǒng)方案較多。其技術(shù)含量較高，學(xué)習(xí)曲線復(fù)雜，實施起來，組織難度較大。

   5.1 直流電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)，其有成本低、易于平滑調(diào)速、控制器簡單、控制相對成熟等優(yōu)點。

   直流電機(jī)可以用作電動機(jī)，也可以用作發(fā)電機(jī)。在起動、加速和恒速運行時，電機(jī)處于電動狀態(tài)，實現(xiàn)電能到機(jī)械能的變換，驅(qū)動車輛前進(jìn)。當(dāng)電動汽車減速或制動時，要求直流電機(jī)處在發(fā)電制動狀態(tài)，即處于再生制動狀態(tài)，給蓄電池充電，實現(xiàn)機(jī)械能到電能的轉(zhuǎn)換。但由于直流電機(jī)在運行過程中需要電刷和機(jī)械換向器換向，效率和轉(zhuǎn)速均低于交流感應(yīng)電機(jī)。

   5.2  20 世紀(jì)90 年代后，交流電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)的研制和開發(fā)有了新的突破。

   相比直流電機(jī)，交流電機(jī)體積小、質(zhì)量輕、效率高、調(diào)速范圍寬、可靠性高、價格便宜、維修簡單方便，在電動汽車上得到了廣泛應(yīng)用，感應(yīng)交流電機(jī)在電動汽車上應(yīng)用時，完成車輛的起動、加速和恒速運行，當(dāng)電動汽車減速或制動時，電機(jī)處在發(fā)電制動狀態(tài)，給電池充電，實現(xiàn)機(jī)械能到電能的轉(zhuǎn)換。

   5.3 永磁電機(jī)在大電流負(fù)載時可導(dǎo)致材料磁性能下降，恒功率控制困難。

   永磁電機(jī)有永磁直流電機(jī)和永磁交流同步電機(jī)兩大類。永磁電機(jī)具有高的“功率/質(zhì)量”比，比其它類型的電機(jī)有更高的效率和轉(zhuǎn)矩，而且極限轉(zhuǎn)速和制動性能優(yōu)于其它類型的電機(jī)。但是永磁材料受溫度影響大，高溫區(qū)易去磁。電動汽車車用永磁電機(jī)主要是永磁無刷的。

   5.4開關(guān)磁阻電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)目前用于純電動大客車不多見

   它是由磁阻電機(jī)和開關(guān)電路控制器組成的機(jī)電一體化，磁阻電機(jī)轉(zhuǎn)子上無繞組，適合用于頻繁正反轉(zhuǎn)及沖擊的負(fù)載。功率電路采用的功率開關(guān)元件較少，電路較簡單。功率元件與電機(jī)繞組串聯(lián)，不易發(fā)生短路，因此，成本較低工作可靠，控制電路也較簡單，可實現(xiàn)寬調(diào)速、低速大轉(zhuǎn)矩和制動能量反饋等特性。系統(tǒng)效率高，起動轉(zhuǎn)矩大，電流小。

   5.5整車集成技術(shù)涉及較多的學(xué)科，綜合性較強(qiáng)

   整車集成技術(shù)對電動大客車制造廠家而言是必須要掌握的。大致要這樣幾個方面：

   5.5.1 純電動大客車整車綜合技術(shù)指標(biāo)的研究。整車可靠性、耐久性優(yōu)良，最高車速≥70km/h，0~50km/h加速時間≤6s，50~80km/h加速時間≤8s，最大爬坡度≥20%；能量消耗率10～11.5kWh/100km，一次續(xù)駛350km以上，城市工況制動能量回收率達(dá)到10%以上；加速行駛車外噪聲低于70dB（A）；

   5.5.2新材料和成組應(yīng)用技術(shù)新突破。相對磷酸鐵鋰動力電池而言，要實現(xiàn)快速充電，3-4小時可充電80%；

   5.5.3 整車網(wǎng)絡(luò)化控制理論及仿真研究，要實現(xiàn)純電動大客車網(wǎng)絡(luò)化控制；
   5.5.4 開發(fā)整車控制器，實現(xiàn)整車智能控制及故障診斷；
   5.5.5  移動通訊技術(shù)與發(fā)整車控制器的連接與應(yīng)用。

   6 實施“純電驅(qū)動”技術(shù)轉(zhuǎn)型戰(zhàn)略已有的條件

   6.1電池產(chǎn)業(yè)已經(jīng)具備支持實施轉(zhuǎn)型戰(zhàn)略的能力

   清華大學(xué)教授，汽車工程系主任，國家863《節(jié)能與新能源汽車》重大項目專家組組長歐陽明高報告，2010年鋰電池的成本已經(jīng)下降到4塊錢以內(nèi)，比能量大于每公斤80瓦/時。中國鋰電池的產(chǎn)能已經(jīng)接近一百億瓦/時，按大概每輛車20個千瓦/時算，大概是50萬臺的能力。按照這個說法，國家全面實施“純電驅(qū)動”技術(shù)轉(zhuǎn)型戰(zhàn)略是有國內(nèi)電池產(chǎn)業(yè)作基礎(chǔ)的。

   6.2經(jīng)過十多年不同技術(shù)路線的嘗試，主流客車廠家認(rèn)識在統(tǒng)一，“純電驅(qū)動”優(yōu)于混合驅(qū)動技術(shù)。
目前電動公交車種類繁多。一類是混合動力電動公交客車，有串聯(lián)的、并聯(lián)的、混聯(lián)組、插電式的；第二類是純電驅(qū)動，有增程式的、電池+電容式的、純電池的。在今年7月20～22日舉辦的2011第二屆中國(昆明)新能源公交客車大賽上，共有20家主流客車企業(yè)的25輛客車參賽。結(jié)果表明，以純電驅(qū)動的增程式電動客車性能優(yōu)于各種混合動力客車。按照這個結(jié)果說明，實施“純電驅(qū)動”技術(shù)轉(zhuǎn)型戰(zhàn)略是建立客車廠家十多年實踐的基礎(chǔ)之上。

   7 解決途徑探討

   7..1 “發(fā)展新能源公交車要堅持多種技術(shù)路線，讓市場選擇”這一觀點是有害的。

   發(fā)展新能源汽車前10年，我國采取多種技術(shù)路線是對的。這是因為前期沒有人實踐經(jīng)過，必須摸著石頭過河，不能人為的去規(guī)定某一種技術(shù)路線。而今天理應(yīng)對10多年的實踐進(jìn)行總結(jié)，如何發(fā)展發(fā)展新能源公交車，即技術(shù)路線必須統(tǒng)一。

   發(fā)展“純電驅(qū)動”公交車的技術(shù)路線要定下來了。由于新能源公交車自身的技術(shù)瓶頸無法在短期里得到較為成熟的解決，其采購資金主要來源還是國家的財政，公交企業(yè)不宜像采購傳統(tǒng)公交那樣，進(jìn)行所謂的“市場選擇”。

   7.2動力電池產(chǎn)能有了保障，但性能瓶頸的解決有待時日。

   目前動力電池不僅在材料、比能量、比功率、壽命、價格上與國際差距較大，而且在高溫、低溫狀況下，問題時有發(fā)生；還有一個問題，現(xiàn)在新能源公交車上配備動力電池的體積太大（重量太重），對公交車而言，浪費了較多有效載客容量，如果算綜合的經(jīng)濟(jì)賬，是不太經(jīng)濟(jì)的。所以說，發(fā)展增程式電動公交車作為當(dāng)前“純電驅(qū)動”的技術(shù)路線是穩(wěn)妥的。

   7..3 純電池式的“純電驅(qū)動”是下一代純電驅(qū)動汽車的提法是科學(xué)的。

   這一觀點，尤其對“純電驅(qū)動”公交大客車研發(fā)具有十分重要的指導(dǎo)意義。作為“純電驅(qū)動”公交大客車的研發(fā)，基本路線是：

   一是要認(rèn)識到：由于目前動力電池在材料、比能量、比功率、壽命、價格上與國際差距較大，加之，在高溫、低溫狀況下，問題時有發(fā)生，這些難題不是客車企業(yè)能解決的，

   二是要認(rèn)識到：“純電驅(qū)動”公交大客車必須要有充電的基礎(chǔ)設(shè)施作支撐。即使電池的性能完全解決了，作支撐的基礎(chǔ)設(shè)施的布局和建設(shè)，作為公交大客車的研發(fā)者是發(fā)揮不了太大的作用的。

基于以上兩點，“純電驅(qū)動”公交大客車的研發(fā)，近期的重點是：

   （1）發(fā)展增程式純電動公交車，以適應(yīng)當(dāng)前社會環(huán)境的現(xiàn)實，繞過當(dāng)前“換電模式”與“充電模式”之爭，促進(jìn)動力電池產(chǎn)業(yè)的進(jìn)步。

   （2）同時積極開展全電池式“純電驅(qū)動”公交大客車的研發(fā)，以促進(jìn)當(dāng)前社會環(huán)境的改進(jìn)，即拉動基礎(chǔ)設(shè)施的布局和建設(shè)。

   8 “純電驅(qū)動”公交大客車研發(fā)的歷程

   第一步，研發(fā)無軌電車。肯定是純電驅(qū)動型的，但非車載電池提供動力，這一階段，汽車級的動力電池，沒有產(chǎn)生；

   第二步，研發(fā)有輔源的無軌電車，肯定是純電驅(qū)動型的，且部分實現(xiàn)了有部分動力源由車載動力電池提供，這一階段，汽車級的動力電池的發(fā)展處于初級期；

   第三步，研發(fā)增程式純電動公交車，肯定是純電驅(qū)動型的，且實現(xiàn)全部由車載的動力電池提供動力源，但是在車輛行進(jìn)中，要由配備的較小功率的發(fā)電機(jī)不斷地給車載動力電池充電，這一階段，汽車級的動力電池的發(fā)展處于成長期；

   第四步，研發(fā)全電池的純電驅(qū)動公交車，即實現(xiàn)全部由車載動力電池提供動力源，車上不在配備較小功率的發(fā)電機(jī)了，這一階段，汽車級的動力電池的發(fā)展已處于成熟期了。