新能源汽车技术介绍-同济大学XXXX12Final

提纲新能源汽车概述和国内外发展趋势SAIC新能源汽车发展思路及战略上汽“三电”核心技术和关键零部件技术开发实践1发展新能源面临的挑战和机遇汽车工业的迅猛发展于现代生活的影响是巨大的，不仅从根本上改变了人们的日常生活，对于中国工业的拉动作用以及对国家经济的快速发展都起到了非常重要的作用。2发展新能源面临的挑战和机遇各国均开始实施汽车CO2排放法规，欧盟和美国分别提出了新车二氧化碳平均排放标准和新CAFÉ标准，来降低车辆排放和油耗标准；我国也正采取措施逐步限制和淘汰高污染车辆，控制能源消耗，已出台一系列强制性政策和标准，并正在讨论相应的奖罚措施；我国《节能与新能源汽车发展规划(2011~2020年)》征求意见稿中规定，中国节能与新能源汽车发展将由易及难、分两步实现目标：3发展新能源面临的挑战和机遇。变速箱电力电子驱动电机驱动技术机械驱动电力驱动内燃机蓄电池/电容燃料电池热机型动力电力型动力动力技术石油燃气类醚类醇类生物燃料氢气电网太阳能风能核能氢气动力能源石油能源多元化汽车动力系统发展趋势是汽车能源的多元化和汽车动力的电力化电力电力扭矩车轮4混合动力技术简介热机—电力混合型动力，在传统发动机外增加高能动力电池，本质上是一种节能技术方案而非新能源核心是通过结合电机与发动机的优点，提高能量利用效率，达到提高燃油经济性、降低排放目的5混合动力－高效节能、低排放的机理发动机排量减小，在需要时由电机助力（降低总油耗）；怠速停车可关闭发动机（消除怠速能耗）；针对工况，优化设计发动机（减小热损耗）；发动机工作于高负荷、高效率区（减小热损耗）；制动能量回收（减小制动损耗）。6混合动力－技术相对成熟的阶段性解决方案技术成熟度高，是目前可实现量产的绿色节能车型无需额外基础设施，不对传统汽车产业链产生颠覆性冲击有效节能，延缓能源危机，为人类争取寻找替代能源的时间可替代燃料柴油机汽油机电动车混合动力技术CNG直喷直喷稀薄燃烧可变正时纯电动燃料电池7混合动力汽车的分类型式(1)串联式(serial)(2)并联式(parallel)(3)混联式(serioparallel)(4)复合式(parallelserial)8不同混合度的典型车型举例起停Start-stop奇瑞BSG丰田Prius荣威750弱混MicroHybrid中混MildHybrid强混StrongHybrid君越混合动力插电强混Plug-inHybrid通用Volt三菱i-MiEV纯电动EV9最新竞争状态BMWCITROENSaturnCrown奇瑞A5君越GM2010HONDA荣威750中混PORSCHEVWHyundaiAUDIGM/DC/BMWAHS2LEXUSPriusEscapeFORDNISSANGMVoltPeugeot比亚迪Tesla荣威550插电强混荣威纯电动车奇瑞A5长安CV910混合动力－产业化前需解决的问题如何平衡车辆增加成本与燃油节约费用之间的关系已成为能否大规模推广混合动力的关键因素混合动力系统方案：

功能弱混中混强混起停模式微混模式轻混模式中混模式全混模式插电起动/停止＋＋＋＋＋＋再生制动0＋＋(＋)＋＋＋＋＋＋＋发动机效率优化00＋＋(＋)＋＋＋＋＋纯电动能力000＋＋＋＋＋＋车载电功率占总功率的比例<5%<10%10%－15%15%－30%>30%>50%节油效果<5%<7%10%－20%15%－30%25-40%>50%单车物料成本增加1500-10000元20000-50000元6-10万元10万元11代用燃料简介类别代用燃料技术特点注释燃气类(LPG/CNG/LNG)仍用传统内燃机热机型动力方式（卡诺循环）采用特性及成分接近传统汽车燃料的非石油碳氢化合物替代可实现部分或完全替代，但不能摆脱对化石能源的依赖，且不可再生可一定程度上减少排放，但不能实现零排放可利用传统内燃机，但需新增能源基础设施投资技术趋于成熟，液化气汽车和天然气汽车总量已达28万台，液化气发动机主要应用于出租车上，天然气发动机主要应用于公交车上。醇类(甲醇/乙醇)甲醇可从煤制取，成本低廉，但存在毒性问题。我国目前主要采用粮食制乙醇，在我们耕地资源匮乏、粮食供应紧张的国情下，不适合大规模推广。醚类(二甲醚)非常适合压燃式发动机，是柴油发动机理想的替代燃料，生产二甲醚的甲醇可用煤为原料获得。油类（生物柴油、煤制油）生物柴油发动机可以减少废气污染和颗粒物排放，常用的油料作物主要有大豆和油菜籽，不适合中国国情。煤制油的能源消耗和二氧化碳排放显著高于传统汽油车，且制取中对水资源消耗过大。12燃料电池简介燃料电池单元燃料电池电堆燃料电池系统燃料电池是一种新型发电装置，由氢气和氧气的聚合反应产生电能燃料电池的燃料是氢气和空气中的氧气，唯一的排放物是纯净水燃料电池发动机结构中只有气体的流动，没有机械的运动，是最理想的车用发动机13成本问题－采用贵金属铂(Pt)作为催化剂，目前用量1.3-1.5g/Kw；目前国内燃料电池堆成本达到约8000元/千瓦，以此估算，荣威燃料电池轿车使用的55Kw燃料电池系统成本将达到60多万元耐久性问题－当前国内燃料电池系统寿命估计不足1000小时，国际先进燃料电池寿命约2000小时左右；而实现燃料电池产业化的目标寿命需超过5,000小时，尚存在差距可靠性问题－目前广泛采用的全氟磺酸质子交换膜，在不同环境下将易导致膜内水的缺失或结冰，影响燃料电池性能。因此，冬、夏季极易导致燃料电池系统运行不稳定安全性问题－燃料电池汽车不但有高电压（>300V）动力线，而且还有高压储氢系统（高达75MPa）,高压电和氢安全问题相当突出技术及成本问题(Technicalknow-how&Cost)：燃料电池－产业化前需解决的问题14纯电动汽车特点采用纯电机驱动方式。以车载储能电池为能量来源。理论上可实现完全零排放。需充电设施支持。关键是电池系统解决方案要满足性能、寿命、安全、成本的综合要求，挑战巨大！15技术参数IMiEV性能整备质量（kg）1220座位（人）4最高速度（km/h）130续驶里程（km）160电机最大功率（Kw）47电池种类锂电池额定电压（V）330能量（Kwh）16国外电动车－IMiEV*运动版含2个20kw轮毂电机16技术参数BYDE6性能整备质量（kg）2010-2175座位（人）5最高速度（km/h）>160续驶里程（km）>300电机*最大功率（Kw）75/160（前电机）

45（后电机）电池种类磷酸铁锂电池额定电压（V）320能量（Kwh）60国内电动车－比亚迪E6*

据宣传，该车具有四种电机组合模式，分别为75（前）/75（前）与40（后）/160（前）/160（前）与40（后）17新能源汽车产业化发展趋势-混合动力/纯电动18各国新能源汽车发展趋势展望主要国家发展方向代表车型美国插电Volt,Fisker,…日本强混/电动车Prius,Leaf/i-MiEV欧洲高性能电动小车MiniE,SmartFortwo中国中混→插电+电动车Roewe750,Roewe550,E6,…19提纲新能源汽车概述和国内外发展趋势SAIC新能源汽车发展思路及战略上汽“三电”核心技术和关键零部件技术开发实践20上汽新能源汽车发展思路敢闯世界新技术起跑线，在开放条件下，以我为主，充分利用国际国内资源，产学研相结合，在新能源汽车关键技术领域提高核心研发能力，培养研发团队，并形成本土零部件供应链，为在汽车工业下一轮竞争中形成核心能力做好充分准备。21贯彻国家能源战略，瞄准汽车驱动电力化趋势，在推动燃料电池汽车研发升级和示范运行的同时，重点加快推进混合动力和电动汽车产业化。大力推进新能源汽车建设同时，继续抓好传统内燃机的优化升级上汽新能源汽车发展技术路线222009201020112012201320142015同比节油率5％20％100％起停微混方案纳入传统车标配开发范畴，按各车型SOP时间推出BP平台1.8T/5AT

中混方案节油20%IP平台1.5VCT自主EDU插电强混方案节油50%以上EP平台50Kw驱动电机/15-20Kwh电池纯电动方案节油100％节油率逐年上升上汽新能源汽车产业化技术路线图50％23上汽新能源汽车产业化计划241、荣威750中混项目技术方案：在荣威750＋1.8T5AT平台上，采用高功率磷酸铁锂电池中度混合技术方案，集成国际先进的120V动力电池和瞬时功率可达20kW的混动电机构成的混合动力系统。该技术方案可实现除纯电驱动以外的所有混合动力功能，实现综合节油率20%左右。核心技术开发：包括混合动力控制策略及标定、诊断、发动机控制系统适配性软件开发、标定及自动变速箱优化等在内的整车控制策略开发；混合动力系统（包括混动电机和动力箱Powerbox）开发、集成和优化；发动机舱和电池箱的热场分析和整车热管理技术。252、荣威550插电强混项目技术方案：动力系统采用上汽研发的1.5VCT发动机和双电机扭矩协调混联式插电技术方案，自主开发混合动力控制软件和电驱变速箱，全新开发热管理系统以满足混合动力系统热平衡需求，可实现纯电续驶里程50kM，NEDC工况节油50%以上。前舱布置电驱变速箱动力系统方案核心技术开发：双电机/双离合器二级变速混联电驱变速箱技术开发混联插电扭矩协调型控制策略与应用软件开发；电驱动变速箱的控制集成开发，包括双电机控制和离合器控制；整车热管理和总布置开发。263、纯电动小车项目技术方案：全新自主开发A00级单厢三门车，OneBox车身平台，动力系统采用20kWh左右的锂离子电池系统和50kW左右的电机，可实现150kM以上续驶里程。技术特点：车身采用“OneBox”概念设计，可最大限度的拓展车辆内部空间，较好的克服了微型电动车空间狭小的弊端；高度集成于车身中的带有组合冷却系统和自平衡电路的高能磷酸铁锂电池系统达到IP67保护等级和USABC滥用安全标准（不爆炸、不起火）；为满足客户将来对充电时间的要求，该车将配备有快速充电的功能，15分钟内可充电80%（3c）。27提纲新能源汽车概述和国内外发展趋势SAIC新能源汽车发展思路及战略上汽“三电”核心技术和关键零部件技术开发实践28国家“三纵三横”的发展方针导向国家“十一五”节能与新能源汽车重大项目29“三电”核心技术电力电子箱电空调动力电池系统电动转向(包括电机)电控HCU电驱动变速箱电驱动30电控集成技术—概述电控电池电驱动策略开发软件应用电气集成系统标定系统仿真分析功能策略开发诊断策略开发软件建模软件测试软件集成系统集成电器系统网络通讯性能标定诊断标定31电控集成技术32电控集成技术—软件开发流程软件生成软件设计&模型在环仿真单元测试(软件在环)软件架构设计集成测试（硬件在环）需求分析系统测试及标定FunctionmodelingModel&MDDArchModelandMDDSyRS,SRSTested&optimizedsourcecodeTestReportSystemTestPlan&SpecIntegrationTestPlan&SpecUnitTestPlan&SpecTestedunitIntegratedECUH/W&lowlevelS/WS/WdevelopmentPTSystem需求输入整车集成测试及标定STS，FMEA,Part1~Part4ECUAutomaticcodegeneration;Staticanalysis;ModeloptimizationPHATestReportTestedSystemVehSimSiRTPHART33动力电池技术—概述电控电池电驱动电芯设计电芯测试评估系统集成测试控制策略软件电芯电池系统系统设计整车应用34动力电池技术—电池系统结构电芯模块电池系统正极极板：(NCM,LiFePO4)负极极板：(Carbon/Graphite)隔膜壳体电解液电芯电芯监控单元模块结构(Packaging)模块电池管理系统（BMS）热管理系统系统结构(端片,盖板,壳体)高压系统管理(通断单元,预充电单元,集流母线、保险丝)35动力电池技术—车用电池系统分类36动力电池技术—国内外主要差距37动力电池技术—技术发展方向及挑战车用动力电池系统主要的技术挑战:性能：系统能量密度要提升50%以上；可靠性：循环寿命和日历寿命要提高70%以上；成本：要降低至目前的1/4，在2020年达到￥1200/kWh；需要整车厂、系统供应商及电芯制造商共同合作解决。Cell电池系统整车Cell技术Tier1OEM38整车应用电驱动技术—概述电控电池电驱动电驱动单元集成开发试验验证电机设计PEB设计电机电力电子电机控制软件系统设计整车应用系统设计技术概念开发39电机技术—新能源汽车产业化对驱动电机的需求新能源车用电机需满足：高功率密度高转速高效率高可靠性（耐高温，抗振动，长寿命）电机定子总成转子总成冷却水套旋变传感器总成接线盒40电机技术—电机类型的选择永磁同步电机是最优选择41国内车用大功率驱动电机处于小批量样品试制阶段，就规模化（尺寸、可靠性）生产工艺方案、过程质量控制及永磁电机的性能指标方面与国际领先企业具有较大差距。中国拥有世界永磁电机原材料－稀土的95%产量，基于中国的资源优势，我国将控制稀土原料出口，故国际电机制造巨头均会进入中国实现永磁电机产品制造。目前国际领先企业为ZF-Sachs、日立、东芝、明电舍、博世等。电机技术—新能源汽车驱动电机行业现状42电力电子技术—电力电子概述电力电子盒PEB电机逆变器Inverter直流/直流转换器DC/DC电机控制单元MCU冷却、接口……IGBT功率模块电容电磁兼容滤波器IGBT芯片铅线散热板引线43主要开发内容包括：电机控制逆变器技术开发；双向DC/DC转换技术开发；电力电子功率模块开发；高压安全技术开发；系统故障诊断及补救技术开发；高效率电力电子功率模块冷却技术及其它。电力电子技术—开发内容和技术难点主要技术难点：功率模块集成开发；电机控制软件开发；DCDC开发；电力电子箱集成开发；成本控制。44电力电子技术—国内外发展情况国外情况：丰田、本田等主流OEM与Denso、Hitachi等主要零部件企业形成战略联盟，在电力电子产品技术处于世界领先水平；Bosch、Conti的电力电子技术已形成量产技术产品，并向欧美主流OEM供货。国内情况：国家倡导建立自主掌控的电力电子技术企业，但受制于整体技术积累和IGBT等关键零部件材料，尚无实质性政策推出。比亚迪收购了ABB的IGBT技术，并并购宁波某电子工厂，意图掌控电力电子开发和制造技术。发展趋势：随着混合动力和电动车的产业化进程，电力电子将在不久以后成为重要的汽车零部件，市场前景广阔。由于电力电子将在混合动力、纯电动汽车上获得广泛使用，其产品技术含量和附加值较高，将成为未来汽车工业产业链的重要一环。45发展原则：自主创新、内外结合，两条腿走路在关键技术上逐步建立自己的核心研发团队利用全球发展比较成熟的新能源汽车关键零部件供应商资源，快速打造自己的新能源整车产品坚持国际合作与国内合作并举，积极寻找和培育本土零部件供应商，最终形成战略安全、自主掌控的产业链体系上汽“三电”核心技术能力发展原则46上汽“三电”技术研发的主体—捷能公司09年1月7日，捷能公司成立，总投资20亿元，其中注册资金6亿元；捷能公司专注于“三电”核心技术开发，目前已有130余名核心开发人员。上海捷能汽车技术有限公司ShanghaiE-PropulsionAutoTechnologyCo.,Ltd.90%10%控制集成部动力系统部电驱变速箱部测试验证部规划管理部控制策略软件应用电气集成系统标定电池系统电机电力电子动力系统集成总体开发液压系统试验认证系统测试验证试验室项目管理47电控集成技术—上汽发展现状电控集成技术是OEM的核心技术，是整车企业必须自主掌握的关键能力，目前上汽在此方面的能力基本成型，已可主导完成性能仿真分析、控制软件架构定义、控制算法定义、相关控制器更改需求定义、控制模型开发和测试等工作；在荣威750中混项目上得到实战锻炼验证，通过优化标定，已达到预定燃油经济性、动力性、舒适性及排放的综合平衡，实现了20%的节油率目标；现已形成60人左右的研发团队，具备较强实力，技术能力在国