新能源车开发现状与展望ouyang minggao

1、International Conference on the Frontier of Advanced Batteries, CIBF2014, June 20-22, Shenzhen, ChinaNew Energy Vehicle Development Status and Prospects(中国新能源汽车发展现状与趋势)Ouyang Minggao2014.6.20中国汽车产业发展的（1）汽车产业由大到强的的支柱性产业,有着举足轻重的地位（总产值占GDP的10%左右）； 产业的关联度强，带动众多的相关产业，创造大量就业（就业的10%左右）；税收的主要来源之一，能为税收的10%左右

2、）；提供大量积累（面向未来市场完全开放品牌的升级2/28年份汽车工业产值（亿元）国内生产总值GDP（亿元）占比20085.98%2009234383409026.88%2010302494015127.53%20114731747288110.01%20125295751932210.20%（2）中国汽车产业发展与的汽车排气污染治理的满足未来的排放后处理技术与管理愈来愈复杂大气污染行动计划零排放汽车发展（3）中国汽车产业发展与的汽车保有量快速上升与能源安全的Projected production range6.050350系列非3我保国石有油量供进需入关快系升期常规气货车客车销量非常规油（不

3、含稠油）95.030040产量常规气常规油8乘用车增长率:2010-2015: 7%-10%2015-2020: 5%-7%2504.07系列43062003.051502042.031001.02105010.001990199520002005201020152020202520300019801985 199019952000 2005201020152020202520302000中国常200规5 与非常201规0 油气产20量1520002005201020152020油耗不断加严新型动力发展百万辆产量（亿吨）百万辆消费量/产量（亿吨）中国汽车技术与汽车产业发展战略过渡战略优化现有的

4、车用能源动力系统发展节能汽车可持续发展的并互双重战略行动汽车能源动力开发新一代车用能源动力系统发展新能源汽车战略节能与新能源汽车研发历程“十 五”863计划电动汽车重大科技专项电池汽车混合动力汽车纯电动汽车“十一 五”863计划节能与新能源汽车项目“十二五”电动汽车 重点科技专项6内容提要n 纯电驱动战略的三条路径n 动力电池系统的三个维度n 电动汽车发展的三大趋势纯电驱动的三大类型（1）混合动力与插电式电动车nHEV/PHEVnFCV/FCHVnBEV/REEV小型电动车，里程延长式逐步发展到全功能纯电动车电池/电机动力系统电（煤电为主，逐步 增加可再生能源电力比例）燃气汽车及其混合动力车,

5、逐步发展到电池电动车内燃机,逐步过渡到电池发气体（天然气为主与其他气体掺混，逐步发展到氢气）燃油车和混合动力车, 逐步发展到可充电式混合动力电动车内燃发 （尤其是直喷压燃式发动机）液体 （汽、柴油为主与替代 掺混，逐步发展到生物 ）混合动力汽车模块化原理12伏系统(微混合）48伏系统(中混合）高压系统(强混/插电）中国典型PHEV乘用车第二代双模（DM）系统：应用到“秦”插电式混合动力轿车中国典型PHEV乘用车DM二代动力系统技术路线，纯电动工作模式动力电池电量提供电能，可以满足各种工况行驶，如起步、怠速、急等。混合动力工作模式当电量不足或者用户从EV模式切换到HEV模式后，车辆由发 和电机共

6、同驱动。燃油驱动工作模式当电量不足或高压系统故障时可单独使用发 驱动，实现了高压系统的 性。中国典型PHEV乘用车构型与市场上其它车型对比整车动力性对照表整车性程对照表车型VOLT新PRIUSF3DM秦能耗电耗(kwh)油耗(L)电耗(kwh)油耗(L)电耗（(kwh)油耗(L)电耗(kwh)油耗(L)综合工况(100km)182.4162.6162.7152.0新PRIUSVOLTF3DM秦最高车速（km/h）180160150185百公里时间（S）9.8910.56.9最大爬坡度（%）38303040坡道起步能力（%）34303035中国典型混合动力构型系统中国典型混合动力构型系统12米客

7、车（中国典型公交工况下）可实现百公里油耗20升的燃油性，节油40%以上。非AMT混合动力系统构型与技术车用能源历史趋势和动力系统的电气化煤Càà CHx (CNG)à H2+Electricity液体CxHyOz(Dieselor Gas.)Full-Hybrid100% Electrical100%SHEVPHEV REEV FCHEVDeep-HybridICE with Motors50% ElectricalMild-HybridICE with ISG 20% ElectricalMicro-Hybrid ICEwith BSGICE 100%5% El

8、ectricalMechanical0%TimePage 15Percent of Electric Power(%)纯电驱动的三大类型（2）纯电动与增程式电动车nHEV/PHEVnFCV/FCHVnBEV/REEV型电动车，里程延长式逐步发展到全功能纯电动车（包括）电池/电机动力系统电（煤电为主，逐步 增加可再生能源电力比例）燃气汽车及其混合动力车,逐步发展到电池电动车内燃机,逐步过渡到电池发气体（天然气为主与其他气体掺混，逐步发展到氢气）燃油车和混合动力车, 逐步发展到可充电式混合动力电动车内燃发 （尤其是直喷压燃式发动机）液体 （汽、柴油为主与替代 掺混，逐步发展到生物 ）纯电动汽车与动

9、力电池10000目前混合动力轿车规模使用满足轿车使用的锂电池2010 年已规模锂离子1000100能量密度（Wh/kg)100100010以铅酸电池和镍氢电池为动力的第一次和第二次电动汽车大潮都没有使电动汽车大规模普及，本世纪以来，以锂动力电池为代表的新型动力电池势电动汽车实现了大规模商业化镍氢铅功率密度（W/kg)美国特斯拉TESLA豪华纯电动跑车特斯拉的打破了电动车无法燃油车的魔和只有大汽车公司才能造出好车的神话，对于电动车的到来起到了决定性作用。中国典型豪华纯电动车中国的豪华纯电动轿车将在公务市场发挥重要作用国外典型纯电驱动中高级轿车160公里乘用车REEV技术PHEV可通过插电进行充电

10、的混合动力汽车Blend PHEV电量充足阶段（CD），在全车速-全负AER PHEV电量充足阶段（CD），在全车速-全负荷范围内，不启动发，电机单独驱荷范围内，需要启动发来保证整车动即可满足车辆动力性需求的混合动力动力性需求的混合动力汽车汽车电量不足阶段（CS）动力性下降城市REEV主要采用串联构型。代表车型：Audi A1 e-tron电量不足阶段（CS）动力性不下降全性能REEV代表车型：FiskerKarma（串联构型）GMVolt（混联构型）广义的PHEV指可通过插电进行充电的混合动力汽车； PHEV包含两种类型：AER PHEV和Blend PHEV； 增程式电动汽车是一类特殊的P

11、HEV，即AER PHEV； Blend PHEV即通常所说的PHEV；国外开发的增程式电动车德国欧宝公司：发型式直列4缸4冲程自然吸气机排量1.4 L功率68 kW 4800 r/min压缩比10.5:1喷射系统进气道喷射发电机54kW永磁发电机牵引电机111kW，370Nm热管理单回路液冷百公里<10s最高车速160 km/h纯电动里程<80 km国外开发的增程式电动车型式单活塞排量0.254 L功率18 kW 5000 r/min油耗260 g/kWh发电机永磁同步电机热管理单回路液冷电功率15 kW 320-420 V最大潜力36 kW噪音65 dBA系统490mm X 4

12、00mm X 980mm质量29 kg牵引电机75kW时间0-60 km/h6秒最高车速130 km/h中国典型REEV/PHEV 电动汽车江淮上汽奇瑞 1.0L DOHC I-3 体积: 589×470×560 质量: 90kg 最大功率: 50kW / 6000rpm 比功率: 50 kW/L吉利 1.0L DOHC I-4 体积: 637×460×580 质量:112kg 最大功率: 54kW / 6000rpm 比功率: 54 kW/L 转子发长安 1.0L DOHC I-3 体积: 567×460×657 质量: 97kg

13、最大功率: 52kW / 6000rpm 比功率: 52 kW/L 1.0L DOHC I-3 体积: 596×500×570 质量: 93kg 最大功率: 50kW / 6000rpm 比功率: 50kW/L 1.0L DOHC I-4 体积: 625×478×550 质量: 99kg 最大功率: 51kW / 6000rpm 比功率: 51kW/L 世界各国典型的微型电动车MicroEVNISSANNEW MOBILITYCONCEPTHONDA MC-TOYOTA i-ROAD适应化、城镇化、低碳化、家庭小型化发展需求，微小型电动车潮流兴起l Is

14、hare (IDIADA社)全長2000全幅1400全高1585最高速80km/h、航続距離95kml Hiriko (HIRIKO DRIVING MOBILITY社)地方自動車産業協会、米MIT、研究開発会社共同全長2500全幅1700全高1300(折畳時：全長1500、全高2000）、最高速90Km/h、航続距離120Km超小型交通工具与推广启动超小型交通工具认证制度以推动低碳交通系统建设额定功率>6kW三轮及四轮车类别与主要规格及要素轻型汽车第一类：额定输出功率8千瓦以下（含） 额定乘员2人以下（含（安装了2个儿童乘车安全辅助庄子的车辆为3人以下（含） 不可上高速公路行驶第二类：

15、额定输出功率8千瓦以上 车长为3.4m，宽1.48m 高2m； 需进行车检 乘车定员为4人 可上高速路行驶使用场合机动车道超小型交通工具与推广欧洲小型电动汽车推广模式 德国2人乘坐EV (L7e标准) 英国2人乘坐EV型 西班牙2人乘坐EV项目(L7e标准 ) lIshare (IDIADA公。司)长2m、宽1.4m，高1.585m宽1.4m高1.585m；最高车速为80km/h，续驶里程为95kml Hiriko 公司开发小型电动车巴斯克地区汽车工业，美国麻省理工学院共同开发长2.5m宽1.7m高1.3m(当折叠总长度1.5m，高2m）、最高车速90km/h，续驶里程120km。产业界，学术

16、界和开发在约20km/h自动操作车辆慕尼黑工业大学开发的双座小电动车 车重（不含电池）400公斤欧洲小型电动汽车推广模式法国电动汽车共享项目Autolib根据市的统计，在过去的21里，Autolib'的租用超过270万次。周末是市民租用电动车的，一天里租车的最高高达9千次；其次是晚上8点钟以后，租用率也比较高。目前，在整个巴黎大区，Autolib'的停车站已经增加到833个，分布于53个市镇，其中在 巴黎市内有500多个（每个停车站配410个车位），在周围近郊市镇共有300多个。到2013年，Autolib电动汽车共享计划已经拥有了超过10万个订户， 在10万个订户中，有3万户

17、是持有年卡的（120欧元/年，每次使用价格按5.5欧元/30分钟计算）。中国典型小型纯电动轿车EV of JACEV of CheryEV of SAIC motorEV of GeelyEV of FHC-MazdaEV of CHANGANum speed100km/h050km/h Acceleration time6sBattery typeLFP Li-ionEnergy18kWhPeek power50kWDriving range150kmNormal-charging time68hQuick-charging time30min电动客车：网电充电式线网供电储能系统在有线网路段

18、，采用线网供电，同时对车载储能系统进行充电；在无线网路段，采用车载储能系统供电。电动客车：车载充电和复合充电储能系统车载APU地面充电机车载充电：车辆配备APU系统，在车辆运行过程中，由APU对车载储能系统充电，常规复合充电：车载充电与收班后由地面在充电站充电的复合充电应急复合充电：把APU功率降低到只提供空调和故障状态下的车载应急充电，主要由地面充电站充电。（10-15千瓦的APU可以提供整车约50%的能量， 降低约50%的电池容量）电动客车：小型天然气APU的环保性能小型天然气发电式比柴油车降低99%以上天然气车0.2350.3790.7101520.0120.96PM2.5液化 石 油气

19、车0.0320.0240.4281700.0241.78车辆型式检测结果THCg/kmCOg/kmNOx g/kmCO2g/kmNMHCg/kmPNE+12 个/kmPMmg/km普通车0.0400.3670.0141810.0130.4431.47柴油车0.0420.1890.77014631.76010.79电动客车：站点快充式在起(终)点站对储能系统进行快速充电（3分钟补电10分钟可以充满），所充的电量满足车辆单趟往返运营的需要，可以是接触式和无线充电。电动客车：不同模式的比较14000120001000080006000400020000120609336876678447816723

20、46860584452383574p 已有线网基础的地方，网电充电式性最好，且能实现零排放；p 复合充电式接近零排放，同时具有较好的前普通纯电动的一半以上；性，全周期内的投入是目p 站点快充式随着电池价格的降低，是最具前景的零排放纯电动客车。纯电驱动的三大类型（3）电池与电池混合动力车nHEV/PHEVnFCV/FCHVnBEV/REEV型电动车，里程延长式逐步发展到全功能纯电动车（包括）电池/电机动力系统电（煤电为主，逐步 增加可再生能源电力比例）燃气汽车及其混合动力车,逐步发展到电池电动车内燃机,逐步过渡到电池发气体（天然气为主与其他气体掺混，逐步发展到氢气）燃油车和混合动力车, 逐步发展

21、到可充电式混合动力电动车内燃发 （尤其是直喷压燃式发动机）液体 （汽、柴油为主与替代 掺混，逐步发展到生物 ）电池汽车的原理电池组电池发MEA优势：高效零排放、能源多元化、全新汽车设计概念。Courtesy GM电池发技术的进步国际电池汽车的发展水平5Million丰田公司2012年达到的水平：除了成本，其它的要求全部达到了传统内燃机汽车同样的水平。39中国典型电池混合动力平台上汽电池轿车开发计划 FCV Development Plan降低成本Cost Reduction综合性能Performance Improvement安全可靠Safe and Reliable上汽第四代SAIC IV功

22、能样车Prototype上汽第三代SAIC III指定城市租赁上汽第二代SAIC IIØ 863方案优化863 projectØ GM方案GM projectØ Plug-in方案Plug-in project40价格 25万上汽第一代SAIC IØ 863方案863 project批量示范100辆指定公务用车20数量Qty.820062007200820092010201120122013201420152016商业化示范与推广应用:北京奥运与公交示范电池城市客车在奥运史上首次投入公交服务和马拉松赛事内容提要n 纯电驱动战略的三条路径n 动力电池系统的

23、三个维度n 电动汽车发展的三大趋势动力电池技术维度1：电化学与材料科学中国动力电池发展技术路线图（不同材料体系组合）隔膜：PP、PE及其复合膜、改性隔膜、PI等； 电解液：高电压电解液、高安全性电解液等。注：比能量以电池系统43计2010已有电化学体系2015现有电化学体系2020新型电化学体系100Wh/kg 或以下（HEV/PHEV/EV)200Wh/kg (PHEV/EV)300Wh/kg (EV)超级电容器HEV富锂层状锰基等固溶体材料空气锡基/硅基等合金类复合材料钛酸锂金属（锂金属等）碳材料硫炭材料镍钴锰、镍钴铝锰酸锂磷酸铁锂锰酸锂/镍钴锰锰酸锂/镍钴铝高电压锰酸锂动力电池技术维度1

24、：电化学与材料科学国内外动力电池单体技术比较国外国内44国别中国美国韩国日本德国技术创新60908010050生产80509010050原材料等80706010060各国锂电池技术水平比较- 以百分计国内开发的锂离子电池单体的技术水平与国外基本处于同一水平。但是我国在成组技术、系统集成技术方面相对落后。动力电池技术维度2：设计、制造与BMS技术中国典型企业动力电池技术路线Cycle life & Life timeSafety & CapacityNi-Rich cathode applying Graphite-Si composite anode Non-flammable

25、 F-electrolyteHigh voltage technology系统单体模块材料BMS & Mechanical design, ThermalEnergy & Power densityWh/KgW/Kgn Mechanical design Security isolationCar collision safety simulationn Thermal management Liquid cooling and heating Temp. balanceHeating, cooling, insulation BMS-Communication-Softwar

26、e interface-Power conditioning and protection2012150201317020143500 -400020020155000 aboveCYCycle lifeLife time2013180010 years or 150,000km2014200010 years or 150,000km20152000200,000km20164000220,000km20174000250,000km动力电池技术维度2：充电基础设施工程应用沿城市交通主干道建设快速补充DC充电站。电池更换站电池 更换站充电站电池架配电室充电系统智能充电机组充电站电池更换设备电

27、池架电池更换设备智能充电机组u 基于220V的交流慢充底成本充电桩基础设施可以满足小型纯电动车、中级插电式电动车和里程延长是电动车的充电需求，应尽快普及。u 研发“点-线-面”结算体系，GPS站点巡航集成网络信息化服务系统，包括用户、ITS集成及V2G技术等。识别、智能计量、动力电池技术维度2：充电基础设施工程应用城市电动交通基础设施“”解决方案动力电池技术维度2：充电基础设施工程应用中国城市出行里程分布与纯电动汽车（BEV）里程适用性100%1290%3电动汽车保持传统汽车的出行特征不变两个假设每天进行一次充电且出行前处于满电状态4580%670%非节假日累积概率862.9%95.9%78节

28、假日累积概率工作日累积概率双休日累积概率960%293.6%960.1%1050%111053.5%387.7%40%480.2%1148.2%121330%577.8%1236.6%141334.4%672.0%20%764.6%1428.2%10%* 纯电续驶里程AER00102030405060708090100110120130140150160170180单日出行里程 /km48累积概率AER*=100km 非节假日,96% 节假日,88%厂家车型类型AER (km)非节假日满足率节假日满足率NissanLeaf 2013BEV120HondaFit EV 2013BEV131.2T

29、oyotaIQ EV 2013BEV60.297.9%98.6%84.2%92.0%93.7%71.4%当BEV的AER为100km时能满足绝大多数日常出行需求；随着里程延长，AER的增加对满足率的提升越难。AER*=50km 非节假日,78% 节假日,65% 1动力电池技术维度2：充电基础设施工程应用电动车与充电基础设施的互动关系电动车发展初期充电设施缺乏客户要求出行里程长电池多-车辆重-成本高充电慢（或者充电功率大）客户少；带动充电设施发展要求里程变短-电池减少-车辆减重成本降低-充电加快客户增加电动车开始普及。动力电池技术维度2：充电基础设施工程应用充电基础设施标准化中国电动汽车充电标准

30、：已制定42项。正在制定28项、修订4项，共32项。动力电池技术维度3：设计制造与系统集成发展中国的动力电池系统集成技术技术设计与制造系统集成Three passways from Cell to SystemBattery for computer(18650cell)E-car Battery System Battery for E-byke(12AH cell)E-car Battery System Battery for E-bus (large Ah cell)E-car Battery System动力电池技术维度3：设计制造与系统集成主攻目标关键材料规模化生产提高良品率动力电

31、池技术维度3：设计制造与系统集成车用动力电池的系统问题安全性（单体通过安全测试，系统仍出现安全事故）耐久性（系统小于单体）一致性（系统比能量小于单体）SOC 极差SOC SOC均值变异系数SOC标准差53电池成组热失控测试6节电池模块针刺试验54热失控模型与温度场重建针刺模型热失控副反应模型针刺实验焦模型热传导模型 时间 前面 实验结果 中间面 时间/s时间/s 后面 结果宽长刺针温度3号温度4号温度5号温度6号温5度5 时间/s 时间/s 温度/oC温度/oC温度/oC电压/V电压/V温度/oC温度/oC刺针温度3号温度4号温度5号温度6号温度电池安全状态SOS的辨识电池热失控的不同阶段温升

32、速率脉冲电压测试时间/min折算内阻/温度/oC56温度/oC电池一致性电池组容量估计定义：电池组容量即电池组可用电量，一般指的是在25环境下，以1/3C的放电倍率从电池组内某一节电池单体在满充状态的情况下放电至电池组内某一节单体的电量完全放空所能够释放的电量（电池组容量并不是简单的最小单体容量）。背景：在考虑到锂电池组内单体间不一致性的情况下，目前没有精确估计当前电池组容量的相关报道。意义：一致性估计（估计所有单体的容量);也是估计SOC,SOE,SOH,SOS的基础。电池一致性与电池组容量的演化不可逆容量损失单体容量衰减58可逆容量损失SOC差异扩大动力电池一致性与充电均衡110.90.9

33、0.80.80.70.70.60.60.50.50.40.40.30.3耐久性损失容量非能耗均衡额外最多可恢复容量能耗式均衡可恢复容量不均衡电池组容量0.20.2耐久性损失容量均衡可恢复容量不均衡电池组容量0.10.100002004006008001000循环数1200140016002004006008001000循环数120014001600归一化容量归一化容量不一致性容量损失为深绿色所示，可以通过一般的均衡方法（电阻均衡，充电均衡） 恢复这些容量耐久性容量损失如红色所示，可以通过更换部分电池来恢复部分的耐久性容量损失如果采用实时的非能耗式均衡并将均衡目标定为平均的容量时，假设均衡能量转

34、移效率为100%，则可比一般的均衡方法多恢复这些容量如图 部分的容量在260个循环时电池组的容量达到80%，但利用一般的均衡方法可回复到95%电池组容量损失=耐久性容量损失+不一致性容量损失动力电池系统的耐久性耐久性或者健康状态SOH是电池最重要的状态之一。通常通过电池的容量的损失来定义电池的SOH。实际电池充放电循环时，锂离子在正负极之间迁移。正负极的容量、可用锂离子的多少均影响电池的可 用容量。SOH=C/C0新电池旧电池60C0C耐久性实验设计对5款不同的车用动力锂离子电池进行了耐久性测试。根据实际情况设计循环工况： 1/3C充，1.5C放，45度下90 次循环，5度90次循环。每30次

35、循环，在25度下进行容量测试和HPPC测试ABCED容量衰减结果10.950.90.850.80.75Cell ACell CCell BCell ECell D0.70200400600800100061Cycle / NRelative Capacity负极材料正极材料A钛酸锂LTO三元NCMB石墨C磷酸铁锂LFPC石墨C磷酸铁锂LFPD石墨C锰酸锂LMOE石墨C锰酸锂LMO电池容量衰减的估计On-board Estimation容量开环估计+定期校正并反馈修正模型参数，是实车上一种行之有效的容量方法。z-1x%k -1Life MDx = f1 (T , N , C,L) f2 (xk -1 )x%kBattery typeAEa/RZLMO / C0.6014000.562LFP / C0.1514000.5During CalibrationMeasuredxUpdatecapacityx = 1- C / CInitialcapacityCorrectEstimatedx%Mcapacityx = 1- C / CInitialParameters+-内容提要n 纯电驱动战略的三条路径n 动力电池系统的三个维度n 电动汽车发展的三大趋势汽车技术展望1、汽车底盘：电动化2、汽车车身：轻量化3、整车系统：