重大項目立項建議書(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 到國2標準的燃氣汽車已經實現產業化，累計已有100多個燃氣汽車新車型登錄國家機動車新產品公告；排放達到國3標準、具有第三代多點電控噴射技術的單燃料燃氣汽車產品也已開發成功。但值得注意的是，目前國產大型公交車用燃氣發動機仍存在較多問題，如價格偏高、燃料消耗量高、可靠性差等，市場應用情況不盡人意。因此，在已有工作基礎上進一步加強對燃氣發動機的研究開發和產業化，對我國燃氣汽車產業的健康發展具有重要的意義。針對燃氣汽車推廣過程中基礎裝備技術的“瓶頸”，國產高性能CNG加氣站成套設備的研制開發和產業化取得進展，經過技術攻關，成功地開發了撬裝式天然氣壓縮機、脫硫脫水裝置、控制系統及在線檢測系統、售氣機等站用成套設備。新一代燃氣加氣站關鍵設備除提供國內用戶市場外，還遠銷海外。但國產加氣站設備在可靠性、噪聲、能耗等方面與國外同類產品相比還有較大差距，還有進一步改進技術和提升性能的空間。（2） 國內外新型液體燃料汽車技術發展現狀與趨勢近年來國際上探求車用氣體燃料的同時，新型液體燃料的研究也異常活躍，目前被廣泛關注的燃料有二甲醚（DME）、煤制合成油、生物柴油和甲醇等。 1）二甲醚二甲醚在90年代初被丹麥Haldor Topsoe A/S公司首次作為燃料應用于柴油機目前世界上許多國家已進入應用研究階段。當前，國際上已成立了IEA/AMF(International Energy Agency，Implementing Agreement：Alternative Motor Fuels)DME聯合研究組織。有10個國家的政府部門、研究機構或公司參加了這一研究計劃。在VOLVO城市公交車上，獲得了良好的動力性能，降低了排放。奧地利AVL公司經過多年的研究，成功開發出了一套車用DME發動機共軌電控系統，并獲得了很好的試驗性能。日本通產省(MITI)和運輸省(MOT)共同組織日本JFE、產業技術綜合研究所、COOP低公害車開發會社、交通公害研究所、五十鈴汽車公司和伊藤忠會社等分別研制了多種二甲醚卡車樣車和城市客車樣車，建立了數個二甲醚車用加氣站，計劃在政府支持下，近年內規模化推廣二甲醚汽車。進入二十一世紀，二甲醚燃料的環保性和對國家能源安全的重要性已引起我國政府有關部門的高度重視。我國山東、陜西、四川、內蒙古、新疆、上海等地已建成或正在建設一批規模不等的二甲醚制造基地。國家科技部、教育部、國家自然科學基金委、中科院和政府有關部委先后啟動了一批二甲醚制備技術、二甲醚發動機和汽車研發項目，西安交通大學、上海交通大學、吉林大學等單位開展了二甲醚汽車的研究工作，并在二甲醚發動機燃燒系統參數優化、燃燒特性和二甲醚發動機超低排放等方面取得了令人矚目的成果。 2）生物柴油從上世紀60、70年代開始，許多國家都制訂了生物柴油研究開發計劃，目前，發達國家用于規模生產生物柴油的原料有大豆（美國）、油菜籽（歐共體國家）和棕櫚油（東南亞國家）。1980年美國制定了國家能源政策，明確提出以生物柴油替代石化柴油戰略。到2010年止，計劃以非石油的替代燃料替代總進口石油燃料的10% 。另外，1996年美國頒布了生物柴油生產草案及測試方法（ASTM法）。同年德國頒布了更為詳細的生物柴油的生產標準即DIN51606和測試方法。1998年奧地利頒布了菜籽油為原料生產的生物柴油生產標準（Cll90—Cll91）。我國生物柴油的研究與開發雖起步較晚，但發展速度很快，“十五”清潔汽車攻關項目也已將開展生物柴油的實用化研究列入計劃。分別開發出以榨油油腳和野生油果為原料的生物柴油，并開展了初步的生物柴油發動機評價試驗，取得了一些重要的研究成果。3）合成油近30年開發的煤炭直接液化工藝有德國IGOR+工藝，美國氫煤法(HCoal)工藝，日本NEDOL工藝。這些新工藝反應條件相對溫和，工藝和技術路線更趨合理。近年來美國、德國、日本等陸續成功地完成了日處理150600噸煤的大型工業性試驗，有的已完成了建設商業化工廠的研究和初步設計。目前，煤制合成油在國內尚處于產業化準備階段，還沒有批量的油品面市。在車輛技術、燃料儲運與加注等基礎設施方面，未見到國內研究機構有進行CTL合成油的車輛適用性方面開展系統的研究工作。在汽車和發動機研究和技術開發方面，中科院山西煤化所和西安交通大學聯合開展了發動機燃油煤制油的試驗研究，表明發動機/汽車的燃油消耗率降低8％～10％，能夠滿足歐三發動機的使用要求。4 專利分析檢索和分析了1985年~2005年間在我國申請的與電動汽車（純電動汽車整車、混合動力汽車整車、燃料電池汽車整車、動力電池和燃料電池）、代用燃料汽車（天然氣汽車、液化石油氣汽車、醇醚汽車、氫內燃機汽車）等節能與新能源汽車相關的專利。共檢索到密切相關專利3580項，其中電動汽車相關專利3429項，代用燃料汽車相關專利151項。結果表明目前節能與新能源汽車研發的重點集中在電動汽車及其關鍵零部件。 電動汽車專利分析從1985年至2005年，對在中國申請的純電動汽車整車、混合動力汽車整車、燃料電池汽車整車、動力電池和燃料電池等相關的專利進行了檢索，共檢索到密切相關專利3429項，其中純電動汽車91項、混合動力汽車157項、燃料電池汽車157項、動力電池1327項、燃料電池1697項。（1）純電動汽車的專利特點1）整車專利較少，國外很少申報整車專利，相關專利都是國內近年申報的，主要集中在低地板電動公交車。在整車控制方面國內外申請了大量的專利，從數量上來看，國外申請的專利比我國多。2）部件專利主要集中在控制電池的成組應用及電動助力轉向方面，在涉及電池組（箱）的專利中，多數集中在電池的管理及電池箱等方面，沒有專利涉及電池組的整體應用，即電池箱作為具有保溫、散熱、防潮、絕緣、安全等功能的能量包使用。涉及電動助力轉向的專利中沒有應用于電動汽車的電動助力轉向專利。在涉及電動制動的4項專利中有2項為國外單位申請，國外及國內在電動制動領域的研究剛開始。圖2－1 在中國申請的純電動汽車專利數量及分布（2）混合動力汽車專利特點在“十五”期間，專利申請量穩步上升；其中國內申請111項，占總申請數的70%，分布在高校和大型企業單位；國外公司申請數為46項，主要為日本企業，特別是豐田公司最多。1990年至2005年混合動力汽車相關專利共計157項，涉及CAN網絡和總線、功率分配、混合動力車及總成結構及控制、能量回收及制動系統控制、瞬態控制、能量顯示、耦合裝置等7大類。在7大類中，混合動力車總成結構及控制和能量回收及制動系統控制占大多數，分別為122項和12項，占總申請數的77%和8%。在混合動力汽車發動機和電機間的功率分配、不同工況之間的瞬態控制、以及動力總成之間的耦合裝置，如電機和變速箱集成一體化方面的專利申請很少，在“十一五”期間國內可在這方面做大量的工作，進行創新。 0102030405060708090CAN功率分配HEV及總成及控制能量回收制動控制耦合裝置國內申請國外申請圖2－2混合動力汽車專利申請數量及分布（3）燃料電池汽車專利特點在“十五”期間，專利申請量呈現穩步增長趨勢，國內申請量占72%。燃料電池整車方面的技術主要側重于燃料電池汽車動力系統的控制技術，包括總體 策略、電池管理系統、氫氣供應系統等。在“十一五”期間，燃料電池汽車方面在動力系統技術平臺集成與控制、試驗設備和技術以及燃料電池汽車整車和關鍵零部件的測試技術上，尤其是可靠性和耐久性方面加強研究，以產生更多的專利。圖2－3 燃料電池汽車專利申請書數量及分布（4）動力電池專利特點鋰電池、鎳氫電池的年申請趨勢均呈增長趨勢；鋰離子電池方面，國外申請量明顯高于國內申請量，鎳氫電池方面國外申請人的申請量略低于國內申請人的申請量，國外申請人主要是日本的研究機構和企業；鋰離子電池在電極和材料以及制造方面的申請基本呈現增長趨勢，而鎳氫電池在電極和材料以及制造方面的申請在近幾年有下降趨勢；電池管理系統的專利申請呈現增長的趨勢。圖2－4 動力電池專利主要技術領域分布（5）燃料電池專利特點燃料電池的年申請量在2001年、2003年和2004年都較大，國內申請量在2002年偏低，而日本申請量較大，并且比較穩定，其他國外申請人的申請量變化不明顯；總體來說，國外申請人的申請量明顯高于國內申請人，尤其是日本的企業占據了國外申請量的大部分；申請的主要方面集中于MEA、雙極板、電堆、系統部件、系統工藝和電控等方面。在“十一五”期間，燃料電池的研發機構應進一步對影響燃料電池產品產業化推進的關鍵技術和關鍵原材料進行研究開發，摸索并定型批量化生產工藝，研制批量生產設備，力爭獲得突破，使之能夠大幅降低成本和提高產品的適用性和可靠性，讓中國的燃料電池產業化產品早日應用于市場。圖2－5 燃料電池所涉及技術領域的逐年分析（6）電機及其控制系統和DC/DC變換器專利特點從專利申請的技術含量上看，中國專利申請中絕大部分屬于實用新型專利申請，技術含量較低，外圍專利占較大比重。在電動汽車專項設立后的幾年中，本部分專利的申請量均呈上升趨勢。國外技術專利與國內專利相比較，還有以下特點需要關注：國內專利大多針對整個系統或部件的結構形式進行保護。而國外的專利，不僅對整體結構、功能進行保護，特別注意對構成系統的關鍵結構、關鍵方法進行保護；國外專利對電動汽車電機系統優化方面提出了眾多的專利。如，豐田公司提出的電動機驅動控制裝置對電動車系統中電機系統的“逆變器輸入電壓最佳化”裝置提出了詳細的“權利要求”；美國等國對用于汽車輔助系統的電機系統也有多項專利。比如，包括永磁電動機的電力轉向系統。用于輔助系統的電機系統是電動車產品必備的。如原先使用發動機作為動力源的空調，助力轉向系統在用于電動車系統時需要改進，使用電機系統作為動力源；包含電機的驅動系統，電動車輪組件等高度集成，機電一體化的驅動組件是電動車電機系統專利申請的熱點之一。各類適合電動車的動力總成，包括發動機＋ISG，變速箱＋驅動電機，逆變器＋DCDC等，這樣的高度集成的部件是優化系統設計，提供系統性能，降低成本的關鍵技術。圖26 電機及其控制系統和DC/DC變換 代用燃料汽車專利分析檢索和分析了1985年~2005年間在我國申請的與天然氣汽車、液化石油氣（LPG）汽車、醇醚汽車、氫內燃機汽車等代用燃料汽車相關的專利。共檢索到密切相關專利151項，其中，與天然氣汽車相關72項，與LPG汽車相關36項，與甲醇汽車相關18項，與氫內燃機汽車相關14項，與二甲醚汽車相關11項。分析結果表明，我國的申請量高于國外公司；整車專利申請量少，零部件申請量多；零部件主要集中在發動機。專利數據分析表明，在代用燃料汽車整車方面，專利申請量不大，并且申請人主要集中于國內的院所和企業；而發動機零部件方面申請量比較大。 圖27清潔燃料汽車的專利分布（1）天然氣汽車的專利特點整車的專利少；部件專利主要集中在發動機零部件和燃料供氣系統方面。 圖28天然氣汽車專利主要技術領域分布（2）LPG汽車專利特點主要集中在發動機的零部件方面，%；整車和發動機專利很少。圖29 LPG汽車專利主要技術領域分布（3）甲醇汽車專利特點相關專利18項全是國內申請；主要集中在發動機整機，占總數的78%；零部件方面非常的少。圖210甲醇汽車專利的主要技術領域分布（4）氫內燃機汽車專利特點氫內燃機汽車專利主要集中在內燃機及其零部件方面。在發動機整機方面，國外和國內申請專利數相當，%%；發動機零部件方面的專利主要是國內申請，%。 圖211 氫汽車專利主要技術領域分布（5）二甲醚汽車專利特點二甲醚汽車的申請專利共有11項，其中1項是國外申請。申請的項目涉及發動機、發動機零部件、燃料和燃料供給系統、噴射系統、燃燒系統等，各種專利申請數目分布比較均勻。 圖2－12二甲醚汽車專利主要技術領域的分布在“十五”期間，天然氣汽車的專利申請量呈逐年上升的趨勢，而LPG汽車和甲醇汽車的專利申請量在1998~2001和2002~2003期間比較多，在2004~2005年度有所下降；二甲醚汽車專利申請數額比較均勻。 圖2－12清潔燃料汽車專利年分布趨勢 專利分析結論通過對上述數據的分析，可以看到，在節能與新能源汽車整車方面，專利申請量不大，并且申請人主要集中于國內的院所和企業；而電池方面申請量比較大，且國外申請人的申請量高于國內申請，尤其是日本的一些研究機構和企業在我國申請了大量的電池專利，其原因可能在于國外在動力電池和燃料電池方面的研究開始比較早，而且電池方面容易產生專利。通過分析，我們也看到，在任何一個方面，我國的研究院所和企業還都有可努力的方向。我國面臨的機遇和采取的對策：1）尋找技術突破口，增強技術核心競爭實力是關鍵。通過對專利技術信息的深入分析，國內企業可以根據自身的研發實力，在具體技術領域突破技術瓶頸，在全球范圍內取得市場先機，增強自身在國際市場上的核心競爭力。2）采取緊隨策略，有效運用專利信息數據，探索企業發展空間，定位企業知識產權競爭優勢，確定企業在市場中的生產經營方向。國外電動汽車技術起步較早，已經積累了較多的專利技術。面對這樣的競爭格局，國內企業應保持清醒的頭腦，對具體技術領域的專利分布情況進行深入分析，在同一技術領域，國內外專利技術的分布情況存在差異，可以了解國外專利技術優勢所在，針對企業自身特點，尋找技術研發空間，也可以利用現用條件，對專利技術進行二次開發。建議國內相關企業從基礎專利入手，加大對二次專利的研發力度，努力尋找合適的研發空間，爭取更多的技術創新成果，積累更多的專利技術。3）深入分析競爭對手專利技術信息，汲取國外先進企業在知識產權領域的先進經驗，調查競爭對手的研發動向以及潛在侵權對象。目前，在電動汽車領域日本企業的技術優勢尤其明顯。日產、豐田、電裝等企業都擁有較多的專利技術。建議相關國內企業有必要針對具體競爭對手的專利申請狀況進行深入分析，制訂應對策略。4）靈活運用專利申請、保護、實施策略，實現知識產權的最大價值。對于處于技術發展前端、創新難度較高的領域，根據企業自身