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摘 要：根据国内外新能源汽车发展、知识产权研究和技术联盟发展现状，结合武汉新能源汽车生产实际，从整车、电池、电机及其控制、充电桩技术等几个方面，剖析新能源汽车产业发展的技术难题及制约因素，探讨武汉新能源汽车产业重点技术需求，通过对整车、电池、电机及电控技术国内外现状进行分类研究，并提出适合武汉地区及相关企业关键技术的发展方向，为武汉市新能源汽车制定战略决策提供总体思路和建议及理论依据。
关键词：新能源汽车；关键技术；技术现状；发展建议
中图分类号：U461.72 文献标识码：A 文章编号：1005-2550（2016）04-0071-07
Abstract： This paper introduced the development of new energy vehicles，research on intellectual property rights and development status of technology alliance at home and abroad. Combining with the actual production based on the vehicles， batteries， motors and theirs control， charging pile technology and the like， analyzing the Wuhan technical challenge for the development of new energy vehicles industry and constraints. In this paper，research on vehicles， batteries， motors and electric control technology in domestic and overseas status were classified， the suitable development direction of the key technologies of Wuhan area and related enterprises were proposed.As a result，the overall thinking，suggestions，and theoretical basis for the new energy automobile enterprise in Wuahan were provided.
Key Words： new energy vehicle； key technology； technical state； development suggestions
1 前言
中国新能源汽车迅速发展，各地方高度关注新能源与新能源汽车研发和产业化。为突破新能源汽车核心关键技术，加快新能源汽车的产业化，形成地方市新能源汽车产业的规模效应和集群效应，本文基于相关课题研究梳理武汉新能源汽车发展现状，剖析地方新能源汽车存在的技术瓶颈及路线选择，提出新能源汽车发展战略总体思路、重点技术需求及政策建议，以全面提升地方新能源汽车核心竞争力。
2 国内外新能源汽车发展现状及趋势概述
2.1 国内外新能源汽车市场与技术发展现状
能环境污染和石油紧缺影响着世界，各国都在探索新能源来摆脱困境。在技术方面，我国与世界上最先进的新能源汽车技术差距也不大，各国的出发点基本相同，并且我国在市场前景和政府支持力度方面上还有较大的优势，所以新能源汽车的前景可观[1]。我国已经初步形成以纯电动、混合动力和燃料电池的“三纵”，电池、电机、电控的“三横”的研发布局和技术体系，动力电池和电机技术也取得重要进展，也基本掌握了新能源汽车整车开发技术。
目前，国内外众多高校及科研院所、各大汽车厂商在电动汽车的关键技术研究上也取得不少成果，但电动汽车迟迟未能产业化仍归咎于车载动力电池、驱动电机及电控多个技术难题，解决这些问题对新能源汽车的普及及应用有至关重要的意义。
2.2 新能源知识产权及战略联盟发展现状及趋势
新能源汽车现属于新兴行业，我国新能源汽车产业对政策和发展战略、知识产权系统研究则缺乏深度，研究重点应偏向于技术开发和应用领域，此外近年学界对于绿色增长战略问题的关注仍停留在宏观政策层面，而专门研究绿色知识产权的文献并不多见，而国际组织、发达国家有关机构和智库近十年来一直注重能源技术知识产权研究，视野开阔、范围广泛[2]。近些年研发战略联盟在解决国内外重大技术问题上发挥着来越来越重要的作用，已成为一种国际化的研发思潮，是一种最具效力的研发模式[3]。通过技术联盟可降低风险，扩大技术研发资金来源，以提升新能源汽车技术创新能力。
3 地方新能源汽车重点技术发展现状
3.1 武汉新能源发展概况
作为全国新能源汽车示范推广试点城市，武汉产业环境较好，但大规模入市较困难，这也是全国其他新能源试点城市的缩影，技术和路线问题仍是地方乃至全国面临的棘手的两大挑战。技术问题包括车用驱动电机、电控系统及动力电池的相关技术指标的改进与完善；路线问题则是各地区如何确立优先路线来加快相关产品及整车的产业化速度。技术问题关乎企业利益，路线问题涉及群体利益。解决前一个技术问题的关键，在于创建一个体系环境，包括投融资服务、法律服务等；而解决后一个问题的关键，在于打破垄断、鼓励竞争、鼓励更多的企业和消费者参与，让市场来选择标准和路线[4]。总体来说，武汉新能源汽车依然处于发展初期，关键核心技术仍需突破。
3.2 武汉新能源发展存在问题与制约因素
武汉具备发展新能源汽车产业优势，实际已经形成了一批具有较强研发实力的企业和研究机构，但产学研结合有待突破，相关技术路线、发展方向不够明确，关键核心技术受制于人，西门子、博世等一直控制车载能源等核心技术，本土企业对于关键技术虽有进步，但尚有多方面差距，此外企业引进与消化吸收比低，以下从整车、电池、电机等几个方面展开： （1）整车技术，在整车核心技术层面仍与世界先进水平存在一定差距，包括轻量化、电磁兼容等，例如轻量化方面，地方企业与国外设计能力相对较弱，新材料新工艺在CAE分析方面比较缺乏，缩短虚拟分析时间，快速投放产品到市场是亟待解决的问题。武汉目前发展方向主要仍是小型汽车和公交、市政等公共车辆，插电式混合动力是重点，纯电动汽车仍需加快研发速度和推广示范。
（2）电池技术，常用的电池包括铅酸、镍氢及锂离子电池，此外还有锌空气电池、超级电容器等类别。但据统计截止2015年初，《车辆生产企业及产品公告》内已有近150家新能源汽车生产企业生产的1600余款产品，累计总产量不足16万辆，但涉及动力蓄电池配套生产企业却有177家[5]。武汉地区对电池缺乏评价体系和相应标准，一些企业缺乏研发基础和保障一致性的生产工艺技术，在生产、管理、人才等方面也许要进一步完善；且从事动力电池研发的企业缺乏汽车相关生产背景，产品理念、生产工艺设计与成本计算方法均与汽车行业不一致，甚至有一定差距，而建立研发战略联盟是比较合适的选择。
锂离子电池技术的优点在于零污染、循环使用寿命长等，是国内外动力电池发展的趋势。虽产品一致性不断改进，但仍有诸多技术瓶颈，其正极材料、负极材料、隔膜技术、电解液实四大技术难题制约着电动汽车产业化发展。以正负极材料为例，锂电池以磷酸铁锂、锰酸锂为主作为正极材料，主要原料电子级碳酸锂的来源和生产技术，包敷碳和碳热还原两大核心技术均被国外垄断；另外还包括锂电池非碳负极的研究，隔膜技术，电解质成分六氟磷酸锂的制备等技术难题需要相关企业在生产工艺上取得突破。
（3）电机及控制技术，电机和控制器是电机驱动控制系统的核心部件，电机行业制造门槛高，武汉地区相关企业规模较小，拥有车用电机专用生产线企业较少，生产能力较弱。目前电机驱动控制系统一般采用的交流异步电机和开关磁阻电机结构简单运行可靠，但效率和功率密度都偏低，永磁电机具有高效率等优点是车用驱动电机的重要发展方向，但要满足新能源汽车产业化要求，还需进一步提高功率密度、降低成本，尚需要稀土工业的支撑。
（4）超级电容等，武汉自09年首辆公交电容电车推行至今，推行超级电容电车的研发和推广进展并不明显，相关技术仍需继续攻克。世界首款超级电容现代无轨储能式电车已在宁波实现产业化发展，充电时间短，使用寿命较长，因此武汉应同时加快推进超级电容电车关键技术的研发，争取早日突破一批共性技术。
（5）充电桩及其他技术，武汉新能源汽车逐步进入产业化，努力实现跨越式发展，但充电桩一直是新能源汽车普及的瓶颈之一。在基础设施方面武汉还需适度超前建设充电桩以及建设信息化安全维护管理的平台，对新能源汽车的运行安全管理进行监控。发展改进充电桩相关技术问题也尤为重要，充电桩所需电压、电流较高，对现有的供电线路影响较大，安装比较麻烦，需要提高充电桩的安全性、可靠性、快速充放电以及安装便利性问题。
4 武汉新能源汽车产业重点技术需求及发展建议
4.1 武汉新能源汽车技术创新基础条件
湖北武汉聚集了众多包括东风在内的知名汽车及零部件企业，作为新能源试点城市，各方优势为武汉新能源汽车产业发展奠定了良好基础。部分电池、电机生产企业在开发方面均是自主研发，在某些技术足以和国外相媲美，但在电池利用率、使用寿命方面依旧存在缺陷，价格也比较昂贵，攻克电池、控制系统、轻量化等关键技术难题以提高续航里程是必然选择。而燃料电池汽车因燃料供应和对公共基础设施要求较高的难题，产业化在短期内难以实现，国内外纯电动汽车的发展方向主要是小型汽车和公交、市政、邮政等公共车辆及特种车辆[6]。因此，插电式混合动力汽车和锂电池驱动的纯电动车是武汉重点发展对象，在自主研发的基础上合作开发，国际技术开发能够有效地改善技术水平，到达一个新的高度[7]。
4.2 整车重点技术需求
4.2.1 新能源汽车整车技术国内外发展
新能源汽车整车的发展趋势是智能化，更节能环保，汽车共享和个性定制也是趋势。在整车技术方面，根据我国公共交通及私人汽车市场的特色，已经建立了具有自主知识产权的混合动力、纯电动、燃料电池、动力系统技术平台，并掌握了整车集成技术，很多企业已经开发出系列化的规模应用的产品，并且已经登陆了我国的汽车目录[8]。但新能源汽车企业尚有诸多技术瓶颈未突破，如表1所示。
例如整车轻量化技术，若汽车整车重量降低10%，燃油效率可提高6%-8%，汽车车身约占汽车总质量的30%，空载情况约70%的油耗用在车身质量上[9]。因此，有效减重可降低油耗及其产生的排放，对整车的燃油经济性及操纵稳定性等方面大有裨益。宝马通过集成设计的BMW i8轻量化系数达0.99。在我国，碳纤维复合材料一次成型技术生产电动汽车项目迎合了国家未来工业发展战略，“新材料、新能源、新技术”主导下的轻量化汽车是推动自主品牌在同国际先进水平接轨的最佳时机。
4.2.2 武汉市新能源汽车整车技术需求
在各地不仅是武汉，整车轻量化始终是新能源汽车研究的重要内容之一，主要包括新材料的应用；车身结构设计的不断优化；由于新结构、新材料应用引入的先进制造工艺的使用三方面[10]。实际生产过程中，纯电动汽车布置了电池组，整车重量增加较多，轻量化问题更加突出。整车和系统集成关键技术方面结合整车实际，可通过结构、材料等使系统得到优化。目前新能源电池电机电控的综合匹配小型化优化技术有很大发展空间，可提供三电系统综合解决方案的公司较少，小型化和集成化是重要发展趋势之一。此外，例如故障诊断和高压电安全管理技术、电池包散热通风设计、电磁兼容、强电安全技术等都是研究的重要领域。
4.3 动力电池重点技术需求及发展建议
4.3.1 新能源汽车电池技术国内外发展
目前可用作纯电动汽车动力电池的电池类型主要包括铅酸电池、镍氢电池、锂离子电池和燃料电池。在可充电电池中，锂离子电池由于具有高电压、高能量密度、低自放电率、无记忆效应等特性，已成为便携式电子设备的首选电源[11]。中国科学院大连化学物理研究所开发的“高比能量、大容量锂硫二次电池及电池组”技术水平达到国际先进，其中能量密度达到国际领先水平[12]。丰田工程师突破了对镁电池技术的相关研究，比锂电池安全性更高，但仍需数年对其进行研究和开发。对于新能源汽车最为核心的动力电池技术，国家制造强国建设战略咨询委员会发布的《<中国制造2025>重点领域技术路线图（2015年版）》提出，到2025年我国的动力电池系统电池单体比能量要达到400Wh/kg以上，成本需降至0.8元/Wh，系统成本降至1元/Wh。燃料电池系统体积比功率达到3kW/L，冷起动温度达到-30℃以下，寿命超过5000h，产能超过10万套[13]。 4.3.2 武汉新能源汽车电池技术需求及建议
电池一直是制约电动汽车发展的关键因素，且武汉动力电池相关企业还没形成产业，生产工艺大部分还是手工作业，汽车整车厂对动力电池要求很高，但需求量不大，两者相互制约[14]。因此，要对车用动力电池要进行深层次分析，建立合理的评价体系和相应标准，对动力电池相关技术指标[15]等进一步完善，一是需要政府和企业在电池研究上加大投入，二需要投入更多资金来分析整个电池产业链，建立行之有效的电池评价体系和电池回收制度。
与电子产品用电池相比，车用动力电池系统呈现大型化、成组化、模块化、使用条件更加苛刻等特点，因此需加强对安全性、可靠性、一致性、环境适应性等方面的要求，对企业提出不同于普通蓄电池生产企业的要求和条件。武汉地方车用动力电池系统技术呈现以下趋势和特点：锂离子电池是武汉车用动力电池的主流，混合动力汽车的动力电池也在从镍氢电池向锂离子电池过渡，同时锌空气动力电池的也在逐步克服技术难题，车用动力电池在武汉呈现多元化的发展趋势。
锂离子电池技术方面，如表2所示，钴酸锂虽容量密度大但稳定性不够，锰酸锂电池因综合性能指标良好目前仍是主流，磷酸铁锂电池主要因比能量低这个性能弱点发展受制，安全性和循环寿命两个指标均很好。目前锂电池能量密度可达到150Wh/kg，成本2元/Wh，能量密度达500Wh/kg 以上时，纯电动汽车续驶里程才能与传统汽车相当，要达到这个技术，尚需要开发新型电池材料。关于发展锂电子电池技术相关技术难题，一是通过技术研发从而加快武汉锂电池正极材料磷酸铁锂等专利申请；二是围绕国外企业的核心专利在外围进行布局；三是加强电池结构设计、电池组合控制方面的研究。
锌空气电池电动车与主流锂电池相比，理论比能量接近于汽油，国外已处于样品阶段，未来有可能成为锂电池的有力竞争者。此外，武汉理工新能源有限公司正在研发的质子交换膜电池兼备无污染、低噪声、可快速补充能量、具有模块化结构等特点，是替代传统内燃机最理想的动力装置之一，质子交换膜燃料电池发电系统可成为移动装备电源主要发展方向。
此外，东风扬子江针对电池方面提出纯电动客车“在线充电”技术，大幅降低排放甚至实现零排放，发展潜力巨大，武汉地区已有部分纯电动公交应用此类技术，较其他公交车身重量较轻且内部空间宽敞，日续驶里程可达150公里以上。发展城市公交“在线充电”技术，是武汉结合自身特色发展的纯电动在线充电模式，有别于国内其他双源快充无轨电车，各项指标完全符合国家新能源汽车定义，是城市公交较为科学的模式[17]。
改进电池管理系统，进一步改善促使电池具有更好的热管理、高电压安全管理以及电磁兼容等功能逐步完善，使电动汽车最高车速、充电次数与电池成本等方面达到动态平衡。增强电池电容融合技术，利用电容充放电快、循环次数高等特性，配合锂离子电池储电量大等优点，可将提高续驶里程和最高车速，明显提高行驶能量回收率。此废旧电池的回收与利用，提高太阳能及风能等清洁能源的利用效率，太阳能电池板、风力发电的发电效率和发电功率，稳定性等技术也是新能源重点技术的突破点之一。
4.4 电机及其控制系统重点技术需求及发展建议
4.4.1 新能源汽车电机及电控技术国内外发展概况
新能源汽车驱动电机呈现多元化发展趋势，目前电动汽车上应用较为广泛的还是异步电机、开关磁阻电机和永磁电机等交流电机。大多数国家多使用异步电机或永磁同步电机，欧美国家多采用交流异步电机，如美国的Tesla纯电动汽车；日本电动汽车多采用永磁同步电机，如丰田的Pruis、日产聆风（Leaf）等。经过长期的研究和开发，交流异步电机驱动系统在我国有公司已具备生产能力，并且有自主知识产权。其中永磁电机一项技术—电机转子磁体先装配后充磁的整体充磁技术，在国内只有较少公司掌握此项技术。
驱动电机控制技术直接决定电机性能的发挥程度，欧洲各企业，如大陆、联电、AVL等，主要研究为电驱动集成系统的整套解决方案向汽车厂商推广；日本专注于混合动力技术，研究的高性能控制元件，高集成度、小型化电机控制系统优势较大，在我国驱动系统依然不够成熟。电机控制方面，如关键部件控制器，虽已有部分公司已有研发旋转变压器的能力，但产品的精度、可靠性等方面与国外仍有差距。
4.2.2 武汉市新能源汽车电机及其控制系统技术需求及建议
车用电机驱动系统技术发展趋势可归纳为：永磁化、数字化、集成化和智能化。与国外比还存在较大差距，政府应联合企业使电机新产品达到规模生产。武汉地区新能源汽车驱动电机目前有如下几个的发展方向：一是驱动电机的小型集成化和轻量化，二驱动电机转矩特性的优化设计，三是驱动电机运行降噪，四是在提高驱动电机使用寿命、可靠性等方面的同时，降低成本。总体来看，车用电机及其控制系统尚有很多技术需要攻克，虽一些新型无刷电机与非晶电机的研发，但相关理论与优化设计、控制策略方面尚不成熟，仍需进一步突破。
5 武汉新能源汽车产业发展的若干建议
5.1 形成研发技术联盟，建立核心技术消化吸收再创新机构
在现有的政策环境基础上，形成有武汉特色的地区技术联盟及示范基地，以应用为导向，技术为核心，产业为主线，整合材料、电池等产业链上下游资源，通过形成联盟来研发关键共性技术，例如相关电池企业合力突破相关技术难题，共享成果，合力支撑武汉新能源汽车示范应用和产业发展。从技术跨越的角度出发，建立专门的关键技术的消化吸收再创新机构，积极突破国外技术封锁，同时鼓励企业及高校科研机构在攻坚克难的基础上引进消化吸收再创新，例如整车的轻量化技术、电池材料和热管理及电机控制技术等方面。
5.2 构建集约运行开放式创新知识共享产业技术平台
建立武汉新能源企业高效的产学研信息共享平台、科技文献资料管理平台与统一的产品技术数据标准体系及测试平台，例如建立新能源整车、电池、电机及电控发展进程的全世界最新研究成果信息数据库，对企业与高校科研院所的技术研发有明确指导意义，让企业和高校研究人员能快速找到所需有效信息，高效进行科研实践。建立并完善知识产权管理保护机制，逐步形成完整的知识产权制度体系，要加强知识产权的保护和管理，构建新能源汽车全产业链的专利创新体系，以提升新能源汽车企业的竞争力。 5.3 建成高效互补产学研基地，加快突破新能源汽车关键技术
武汉虽高校车企云集，但在产学研领域合作深度不够，各自为政的研发体系阻碍了新能源汽车产业化发展，因此建成高效互补的产学研基地，深化校企、企业之间的产学研合作平台有较强的现实意义，例如目前武汉开发区与武汉理工大学合作研发新能源汽车，发挥各自资源优势，共同实现新能源汽车的研发和成果转化。
简而言之，首先企业以适应性开发、生产工艺改造为主，满足生产服务的技术支持同时，适当开展前瞻性技术、关键技术的研究开发与应用工作；其次，以武汉理工、华中科技大学、武汉科技大学等高校科研院所为基础，充分利用区位优势以及资源，与东风、扬子江等加强技术对接，以新技术、新工艺等前瞻性研发为主，提高对新能源汽车共性技术问题以及关键技术瓶颈的突破能力，加快科技成果的商品化、产业化和国际化；最后，政府对新能源汽车产业相关关键技术形成多点扶持，才能促使新能源汽车整车乃至整个产业又好又快发展。
6 结语
武汉作为国家新能源汽车试点城市，面临良好的发展机遇和制约其发展的诸多障碍和因素。在攻克新能源关键技术问题方面，最关键的一环车用动力电池，除继续攻克锂离子等主流动力电池难题外，积极发展锌空气、质子交换膜等电池技术，促使动力电池多元化发展，同时需着重研究电池及其控制系统的安全性、可靠性和轻量化，集中力量突破一批长远发展的关键共性技术。此外，加强新能源汽车关键零部件研发，包括电机及其控制系统等，重点支持驱动电机系统及核心材料，电动化附件的研发等。
参考文献：
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[13] 元器件交易网.详解2025新能源汽车技术路线图：自主化成重点.
[14] 中研华泰研究院.2015-2021年中国新能源汽车行业市场前景分析及投资规划研究报告.
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[17] 滕冀. 扬子江汽车发布在线充电解决方案[J]. 人民公交，2015，02：105.
关键词：新能源汽车；关键技术；技术现状；发展建议
中图分类号：U461.72 文献标识码：A 文章编号：1005-2550（2016）04-0071-07
Abstract： This paper introduced the development of new energy vehicles，research on intellectual property rights and development status of technology alliance at home and abroad. Combining with the actual production based on the vehicles， batteries， motors and theirs control， charging pile technology and the like， analyzing the Wuhan technical challenge for the development of new energy vehicles industry and constraints. In this paper，research on vehicles， batteries， motors and electric control technology in domestic and overseas status were classified， the suitable development direction of the key technologies of Wuhan area and related enterprises were proposed.As a result，the overall thinking，suggestions，and theoretical basis for the new energy automobile enterprise in Wuahan were provided.
Key Words： new energy vehicle； key technology； technical state； development suggestions
1 前言
中国新能源汽车迅速发展，各地方高度关注新能源与新能源汽车研发和产业化。为突破新能源汽车核心关键技术，加快新能源汽车的产业化，形成地方市新能源汽车产业的规模效应和集群效应，本文基于相关课题研究梳理武汉新能源汽车发展现状，剖析地方新能源汽车存在的技术瓶颈及路线选择，提出新能源汽车发展战略总体思路、重点技术需求及政策建议，以全面提升地方新能源汽车核心竞争力。
2 国内外新能源汽车发展现状及趋势概述
2.1 国内外新能源汽车市场与技术发展现状
能环境污染和石油紧缺影响着世界，各国都在探索新能源来摆脱困境。在技术方面，我国与世界上最先进的新能源汽车技术差距也不大，各国的出发点基本相同，并且我国在市场前景和政府支持力度方面上还有较大的优势，所以新能源汽车的前景可观[1]。我国已经初步形成以纯电动、混合动力和燃料电池的“三纵”，电池、电机、电控的“三横”的研发布局和技术体系，动力电池和电机技术也取得重要进展，也基本掌握了新能源汽车整车开发技术。
目前，国内外众多高校及科研院所、各大汽车厂商在电动汽车的关键技术研究上也取得不少成果，但电动汽车迟迟未能产业化仍归咎于车载动力电池、驱动电机及电控多个技术难题，解决这些问题对新能源汽车的普及及应用有至关重要的意义。
2.2 新能源知识产权及战略联盟发展现状及趋势
新能源汽车现属于新兴行业，我国新能源汽车产业对政策和发展战略、知识产权系统研究则缺乏深度，研究重点应偏向于技术开发和应用领域，此外近年学界对于绿色增长战略问题的关注仍停留在宏观政策层面，而专门研究绿色知识产权的文献并不多见，而国际组织、发达国家有关机构和智库近十年来一直注重能源技术知识产权研究，视野开阔、范围广泛[2]。近些年研发战略联盟在解决国内外重大技术问题上发挥着来越来越重要的作用，已成为一种国际化的研发思潮，是一种最具效力的研发模式[3]。通过技术联盟可降低风险，扩大技术研发资金来源，以提升新能源汽车技术创新能力。
3 地方新能源汽车重点技术发展现状
3.1 武汉新能源发展概况
作为全国新能源汽车示范推广试点城市，武汉产业环境较好，但大规模入市较困难，这也是全国其他新能源试点城市的缩影，技术和路线问题仍是地方乃至全国面临的棘手的两大挑战。技术问题包括车用驱动电机、电控系统及动力电池的相关技术指标的改进与完善；路线问题则是各地区如何确立优先路线来加快相关产品及整车的产业化速度。技术问题关乎企业利益，路线问题涉及群体利益。解决前一个技术问题的关键，在于创建一个体系环境，包括投融资服务、法律服务等；而解决后一个问题的关键，在于打破垄断、鼓励竞争、鼓励更多的企业和消费者参与，让市场来选择标准和路线[4]。总体来说，武汉新能源汽车依然处于发展初期，关键核心技术仍需突破。
3.2 武汉新能源发展存在问题与制约因素
武汉具备发展新能源汽车产业优势，实际已经形成了一批具有较强研发实力的企业和研究机构，但产学研结合有待突破，相关技术路线、发展方向不够明确，关键核心技术受制于人，西门子、博世等一直控制车载能源等核心技术，本土企业对于关键技术虽有进步，但尚有多方面差距，此外企业引进与消化吸收比低，以下从整车、电池、电机等几个方面展开： （1）整车技术，在整车核心技术层面仍与世界先进水平存在一定差距，包括轻量化、电磁兼容等，例如轻量化方面，地方企业与国外设计能力相对较弱，新材料新工艺在CAE分析方面比较缺乏，缩短虚拟分析时间，快速投放产品到市场是亟待解决的问题。武汉目前发展方向主要仍是小型汽车和公交、市政等公共车辆，插电式混合动力是重点，纯电动汽车仍需加快研发速度和推广示范。
（2）电池技术，常用的电池包括铅酸、镍氢及锂离子电池，此外还有锌空气电池、超级电容器等类别。但据统计截止2015年初，《车辆生产企业及产品公告》内已有近150家新能源汽车生产企业生产的1600余款产品，累计总产量不足16万辆，但涉及动力蓄电池配套生产企业却有177家[5]。武汉地区对电池缺乏评价体系和相应标准，一些企业缺乏研发基础和保障一致性的生产工艺技术，在生产、管理、人才等方面也许要进一步完善；且从事动力电池研发的企业缺乏汽车相关生产背景，产品理念、生产工艺设计与成本计算方法均与汽车行业不一致，甚至有一定差距，而建立研发战略联盟是比较合适的选择。
锂离子电池技术的优点在于零污染、循环使用寿命长等，是国内外动力电池发展的趋势。虽产品一致性不断改进，但仍有诸多技术瓶颈，其正极材料、负极材料、隔膜技术、电解液实四大技术难题制约着电动汽车产业化发展。以正负极材料为例，锂电池以磷酸铁锂、锰酸锂为主作为正极材料，主要原料电子级碳酸锂的来源和生产技术，包敷碳和碳热还原两大核心技术均被国外垄断；另外还包括锂电池非碳负极的研究，隔膜技术，电解质成分六氟磷酸锂的制备等技术难题需要相关企业在生产工艺上取得突破。
（3）电机及控制技术，电机和控制器是电机驱动控制系统的核心部件，电机行业制造门槛高，武汉地区相关企业规模较小，拥有车用电机专用生产线企业较少，生产能力较弱。目前电机驱动控制系统一般采用的交流异步电机和开关磁阻电机结构简单运行可靠，但效率和功率密度都偏低，永磁电机具有高效率等优点是车用驱动电机的重要发展方向，但要满足新能源汽车产业化要求，还需进一步提高功率密度、降低成本，尚需要稀土工业的支撑。
（4）超级电容等，武汉自09年首辆公交电容电车推行至今，推行超级电容电车的研发和推广进展并不明显，相关技术仍需继续攻克。世界首款超级电容现代无轨储能式电车已在宁波实现产业化发展，充电时间短，使用寿命较长，因此武汉应同时加快推进超级电容电车关键技术的研发，争取早日突破一批共性技术。
（5）充电桩及其他技术，武汉新能源汽车逐步进入产业化，努力实现跨越式发展，但充电桩一直是新能源汽车普及的瓶颈之一。在基础设施方面武汉还需适度超前建设充电桩以及建设信息化安全维护管理的平台，对新能源汽车的运行安全管理进行监控。发展改进充电桩相关技术问题也尤为重要，充电桩所需电压、电流较高，对现有的供电线路影响较大，安装比较麻烦，需要提高充电桩的安全性、可靠性、快速充放电以及安装便利性问题。
4 武汉新能源汽车产业重点技术需求及发展建议
4.1 武汉新能源汽车技术创新基础条件
湖北武汉聚集了众多包括东风在内的知名汽车及零部件企业，作为新能源试点城市，各方优势为武汉新能源汽车产业发展奠定了良好基础。部分电池、电机生产企业在开发方面均是自主研发，在某些技术足以和国外相媲美，但在电池利用率、使用寿命方面依旧存在缺陷，价格也比较昂贵，攻克电池、控制系统、轻量化等关键技术难题以提高续航里程是必然选择。而燃料电池汽车因燃料供应和对公共基础设施要求较高的难题，产业化在短期内难以实现，国内外纯电动汽车的发展方向主要是小型汽车和公交、市政、邮政等公共车辆及特种车辆[6]。因此，插电式混合动力汽车和锂电池驱动的纯电动车是武汉重点发展对象，在自主研发的基础上合作开发，国际技术开发能够有效地改善技术水平，到达一个新的高度[7]。
4.2 整车重点技术需求
4.2.1 新能源汽车整车技术国内外发展
新能源汽车整车的发展趋势是智能化，更节能环保，汽车共享和个性定制也是趋势。在整车技术方面，根据我国公共交通及私人汽车市场的特色，已经建立了具有自主知识产权的混合动力、纯电动、燃料电池、动力系统技术平台，并掌握了整车集成技术，很多企业已经开发出系列化的规模应用的产品，并且已经登陆了我国的汽车目录[8]。但新能源汽车企业尚有诸多技术瓶颈未突破，如表1所示。
例如整车轻量化技术，若汽车整车重量降低10%，燃油效率可提高6%-8%，汽车车身约占汽车总质量的30%，空载情况约70%的油耗用在车身质量上[9]。因此，有效减重可降低油耗及其产生的排放，对整车的燃油经济性及操纵稳定性等方面大有裨益。宝马通过集成设计的BMW i8轻量化系数达0.99。在我国，碳纤维复合材料一次成型技术生产电动汽车项目迎合了国家未来工业发展战略，“新材料、新能源、新技术”主导下的轻量化汽车是推动自主品牌在同国际先进水平接轨的最佳时机。
4.2.2 武汉市新能源汽车整车技术需求
在各地不仅是武汉，整车轻量化始终是新能源汽车研究的重要内容之一，主要包括新材料的应用；车身结构设计的不断优化；由于新结构、新材料应用引入的先进制造工艺的使用三方面[10]。实际生产过程中，纯电动汽车布置了电池组，整车重量增加较多，轻量化问题更加突出。整车和系统集成关键技术方面结合整车实际，可通过结构、材料等使系统得到优化。目前新能源电池电机电控的综合匹配小型化优化技术有很大发展空间，可提供三电系统综合解决方案的公司较少，小型化和集成化是重要发展趋势之一。此外，例如故障诊断和高压电安全管理技术、电池包散热通风设计、电磁兼容、强电安全技术等都是研究的重要领域。
4.3 动力电池重点技术需求及发展建议
4.3.1 新能源汽车电池技术国内外发展
目前可用作纯电动汽车动力电池的电池类型主要包括铅酸电池、镍氢电池、锂离子电池和燃料电池。在可充电电池中，锂离子电池由于具有高电压、高能量密度、低自放电率、无记忆效应等特性，已成为便携式电子设备的首选电源[11]。中国科学院大连化学物理研究所开发的“高比能量、大容量锂硫二次电池及电池组”技术水平达到国际先进，其中能量密度达到国际领先水平[12]。丰田工程师突破了对镁电池技术的相关研究，比锂电池安全性更高，但仍需数年对其进行研究和开发。对于新能源汽车最为核心的动力电池技术，国家制造强国建设战略咨询委员会发布的《<中国制造2025>重点领域技术路线图（2015年版）》提出，到2025年我国的动力电池系统电池单体比能量要达到400Wh/kg以上，成本需降至0.8元/Wh，系统成本降至1元/Wh。燃料电池系统体积比功率达到3kW/L，冷起动温度达到-30℃以下，寿命超过5000h，产能超过10万套[13]。 4.3.2 武汉新能源汽车电池技术需求及建议
电池一直是制约电动汽车发展的关键因素，且武汉动力电池相关企业还没形成产业，生产工艺大部分还是手工作业，汽车整车厂对动力电池要求很高，但需求量不大，两者相互制约[14]。因此，要对车用动力电池要进行深层次分析，建立合理的评价体系和相应标准，对动力电池相关技术指标[15]等进一步完善，一是需要政府和企业在电池研究上加大投入，二需要投入更多资金来分析整个电池产业链，建立行之有效的电池评价体系和电池回收制度。
与电子产品用电池相比，车用动力电池系统呈现大型化、成组化、模块化、使用条件更加苛刻等特点，因此需加强对安全性、可靠性、一致性、环境适应性等方面的要求，对企业提出不同于普通蓄电池生产企业的要求和条件。武汉地方车用动力电池系统技术呈现以下趋势和特点：锂离子电池是武汉车用动力电池的主流，混合动力汽车的动力电池也在从镍氢电池向锂离子电池过渡，同时锌空气动力电池的也在逐步克服技术难题，车用动力电池在武汉呈现多元化的发展趋势。
锂离子电池技术方面，如表2所示，钴酸锂虽容量密度大但稳定性不够，锰酸锂电池因综合性能指标良好目前仍是主流，磷酸铁锂电池主要因比能量低这个性能弱点发展受制，安全性和循环寿命两个指标均很好。目前锂电池能量密度可达到150Wh/kg，成本2元/Wh，能量密度达500Wh/kg 以上时，纯电动汽车续驶里程才能与传统汽车相当，要达到这个技术，尚需要开发新型电池材料。关于发展锂电子电池技术相关技术难题，一是通过技术研发从而加快武汉锂电池正极材料磷酸铁锂等专利申请；二是围绕国外企业的核心专利在外围进行布局；三是加强电池结构设计、电池组合控制方面的研究。
锌空气电池电动车与主流锂电池相比，理论比能量接近于汽油，国外已处于样品阶段，未来有可能成为锂电池的有力竞争者。此外，武汉理工新能源有限公司正在研发的质子交换膜电池兼备无污染、低噪声、可快速补充能量、具有模块化结构等特点，是替代传统内燃机最理想的动力装置之一，质子交换膜燃料电池发电系统可成为移动装备电源主要发展方向。
此外，东风扬子江针对电池方面提出纯电动客车“在线充电”技术，大幅降低排放甚至实现零排放，发展潜力巨大，武汉地区已有部分纯电动公交应用此类技术，较其他公交车身重量较轻且内部空间宽敞，日续驶里程可达150公里以上。发展城市公交“在线充电”技术，是武汉结合自身特色发展的纯电动在线充电模式，有别于国内其他双源快充无轨电车，各项指标完全符合国家新能源汽车定义，是城市公交较为科学的模式[17]。
改进电池管理系统，进一步改善促使电池具有更好的热管理、高电压安全管理以及电磁兼容等功能逐步完善，使电动汽车最高车速、充电次数与电池成本等方面达到动态平衡。增强电池电容融合技术，利用电容充放电快、循环次数高等特性，配合锂离子电池储电量大等优点，可将提高续驶里程和最高车速，明显提高行驶能量回收率。此废旧电池的回收与利用，提高太阳能及风能等清洁能源的利用效率，太阳能电池板、风力发电的发电效率和发电功率，稳定性等技术也是新能源重点技术的突破点之一。
4.4 电机及其控制系统重点技术需求及发展建议
4.4.1 新能源汽车电机及电控技术国内外发展概况
新能源汽车驱动电机呈现多元化发展趋势，目前电动汽车上应用较为广泛的还是异步电机、开关磁阻电机和永磁电机等交流电机。大多数国家多使用异步电机或永磁同步电机，欧美国家多采用交流异步电机，如美国的Tesla纯电动汽车；日本电动汽车多采用永磁同步电机，如丰田的Pruis、日产聆风（Leaf）等。经过长期的研究和开发，交流异步电机驱动系统在我国有公司已具备生产能力，并且有自主知识产权。其中永磁电机一项技术—电机转子磁体先装配后充磁的整体充磁技术，在国内只有较少公司掌握此项技术。
驱动电机控制技术直接决定电机性能的发挥程度，欧洲各企业，如大陆、联电、AVL等，主要研究为电驱动集成系统的整套解决方案向汽车厂商推广；日本专注于混合动力技术，研究的高性能控制元件，高集成度、小型化电机控制系统优势较大，在我国驱动系统依然不够成熟。电机控制方面，如关键部件控制器，虽已有部分公司已有研发旋转变压器的能力，但产品的精度、可靠性等方面与国外仍有差距。
4.2.2 武汉市新能源汽车电机及其控制系统技术需求及建议
车用电机驱动系统技术发展趋势可归纳为：永磁化、数字化、集成化和智能化。与国外比还存在较大差距，政府应联合企业使电机新产品达到规模生产。武汉地区新能源汽车驱动电机目前有如下几个的发展方向：一是驱动电机的小型集成化和轻量化，二驱动电机转矩特性的优化设计，三是驱动电机运行降噪，四是在提高驱动电机使用寿命、可靠性等方面的同时，降低成本。总体来看，车用电机及其控制系统尚有很多技术需要攻克，虽一些新型无刷电机与非晶电机的研发，但相关理论与优化设计、控制策略方面尚不成熟，仍需进一步突破。
5 武汉新能源汽车产业发展的若干建议
5.1 形成研发技术联盟，建立核心技术消化吸收再创新机构
在现有的政策环境基础上，形成有武汉特色的地区技术联盟及示范基地，以应用为导向，技术为核心，产业为主线，整合材料、电池等产业链上下游资源，通过形成联盟来研发关键共性技术，例如相关电池企业合力突破相关技术难题，共享成果，合力支撑武汉新能源汽车示范应用和产业发展。从技术跨越的角度出发，建立专门的关键技术的消化吸收再创新机构，积极突破国外技术封锁，同时鼓励企业及高校科研机构在攻坚克难的基础上引进消化吸收再创新，例如整车的轻量化技术、电池材料和热管理及电机控制技术等方面。
5.2 构建集约运行开放式创新知识共享产业技术平台
建立武汉新能源企业高效的产学研信息共享平台、科技文献资料管理平台与统一的产品技术数据标准体系及测试平台，例如建立新能源整车、电池、电机及电控发展进程的全世界最新研究成果信息数据库，对企业与高校科研院所的技术研发有明确指导意义，让企业和高校研究人员能快速找到所需有效信息，高效进行科研实践。建立并完善知识产权管理保护机制，逐步形成完整的知识产权制度体系，要加强知识产权的保护和管理，构建新能源汽车全产业链的专利创新体系，以提升新能源汽车企业的竞争力。 5.3 建成高效互补产学研基地，加快突破新能源汽车关键技术
武汉虽高校车企云集，但在产学研领域合作深度不够，各自为政的研发体系阻碍了新能源汽车产业化发展，因此建成高效互补的产学研基地，深化校企、企业之间的产学研合作平台有较强的现实意义，例如目前武汉开发区与武汉理工大学合作研发新能源汽车，发挥各自资源优势，共同实现新能源汽车的研发和成果转化。
简而言之，首先企业以适应性开发、生产工艺改造为主，满足生产服务的技术支持同时，适当开展前瞻性技术、关键技术的研究开发与应用工作；其次，以武汉理工、华中科技大学、武汉科技大学等高校科研院所为基础，充分利用区位优势以及资源，与东风、扬子江等加强技术对接，以新技术、新工艺等前瞻性研发为主，提高对新能源汽车共性技术问题以及关键技术瓶颈的突破能力，加快科技成果的商品化、产业化和国际化；最后，政府对新能源汽车产业相关关键技术形成多点扶持，才能促使新能源汽车整车乃至整个产业又好又快发展。
6 结语
武汉作为国家新能源汽车试点城市，面临良好的发展机遇和制约其发展的诸多障碍和因素。在攻克新能源关键技术问题方面，最关键的一环车用动力电池，除继续攻克锂离子等主流动力电池难题外，积极发展锌空气、质子交换膜等电池技术，促使动力电池多元化发展，同时需着重研究电池及其控制系统的安全性、可靠性和轻量化，集中力量突破一批长远发展的关键共性技术。此外，加强新能源汽车关键零部件研发，包括电机及其控制系统等，重点支持驱动电机系统及核心材料，电动化附件的研发等。
参考文献：
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[14] 中研华泰研究院.2015-2021年中国新能源汽车行业市场前景分析及投资规划研究报告.
[15] 深圳市前瞻商业资讯有限公司.2014-2018年中国新能源汽车行业市场前瞻与投资战略规划分析报告.
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