純電動汽車基礎(chǔ)

1、1新能源汽車基礎(chǔ)新能源汽車基礎(chǔ)新能源技術(shù)中心新能源技術(shù)中心1靳旭靳旭2010-04-062人 車 夢想3電動汽車的分類電動汽車的分類純電動車純電動車燃料電池車燃料電池車混合動力車混合動力車電能存儲系統(tǒng)電能存儲系統(tǒng)電能再生系統(tǒng)電能再生系統(tǒng)電能存儲電能存儲/再生系統(tǒng)再生系統(tǒng)+可消耗燃料可消耗燃料電動機(jī)電動機(jī)電動機(jī)電動機(jī)電動機(jī)電動機(jī)+內(nèi)燃機(jī)內(nèi)燃機(jī)（蓄電池、超級電容、飛輪）（蓄電池、超級電容、飛輪）（燃料電池）（燃料電池）（+汽油汽油/柴油柴油/天然氣等）天然氣等）能源種類能源種類蓄電池蓄電池+燃料電池燃料電池混合能源型混合能源型單一能源型單一能源型串聯(lián)式串聯(lián)式并聯(lián)式并聯(lián)式混聯(lián)式混聯(lián)式能源組合能源組合

2、 EV FEV HEV蓄電池蓄電池/超級電容超級電容以蓄電池以蓄電池+內(nèi)燃機(jī)為主內(nèi)燃機(jī)為主零排放零排放正在科研階段，產(chǎn)正在科研階段，產(chǎn)業(yè)化尚有距離業(yè)化尚有距離排放程度降低仍依賴內(nèi)燃機(jī)，結(jié)構(gòu)仍依賴內(nèi)燃機(jī)，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，技術(shù)難度大復(fù)雜，技術(shù)難度大動力輸出動力輸出零排放零排放關(guān)鍵技術(shù)在蓄關(guān)鍵技術(shù)在蓄電池電池本次重點研究對象本次重點研究對象基本評價基本評價新能源汽車簡介新能源汽車簡介4純電動純電動混動混動氫能源氫能源技術(shù)特征由電機(jī)驅(qū)動，電池為能量源，驅(qū)動形式分為單電機(jī)驅(qū)動和輪轂電機(jī)驅(qū)動，目前單電機(jī)為主流技術(shù)，輪轂電機(jī)技術(shù)尚不成熟在傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動基礎(chǔ)上增加電機(jī)驅(qū)動實現(xiàn)混合動力，提高內(nèi)燃機(jī)經(jīng)濟(jì)性，具體實現(xiàn)形式

3、有多種適用氫氣作為動力源驅(qū)動車輛，分為氫內(nèi)燃機(jī)和氫電池，氫內(nèi)燃機(jī)在傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)技術(shù)基礎(chǔ)上開發(fā)，氫燃料電池車型以純電動為技術(shù)基礎(chǔ)性能特點零排放、污染低、但續(xù)駛里程低，成本高，存在安全性問題保證整車性能基礎(chǔ)上提高燃油經(jīng)濟(jì)性，成本增加相對較低，但在滿足電氣性能要求的同時還需保證排放等法規(guī)要求，技術(shù)要求高零排放、無污染，同時可解決續(xù)駛里程低等問題，目前技術(shù)尚不成熟，存在安全性問題技術(shù)難點電池及管理系統(tǒng)整車控制策略及發(fā)動機(jī)管理系統(tǒng)氫儲能裝置控制策略較簡單較復(fù)雜很復(fù)雜技術(shù)資源VCU自主開發(fā)，電池系統(tǒng)國際合作國際合作國內(nèi)高校開發(fā)總布置難易程度布置相對簡單動力總成集成，布置相對困難總布置難度更大整車成本受電池成

4、本影響最大，整車成本相對較高整車成本相對較低系統(tǒng)非常復(fù)雜，成本最高新能源汽車簡介新能源汽車簡介5單一電機(jī)驅(qū)動純電動為未來技術(shù)發(fā)展方向，同時為其他新能源技術(shù)基礎(chǔ)；零排放，有利于節(jié)能環(huán)保；不受傳統(tǒng)發(fā)動機(jī)資源限制；核心技術(shù)整車控制策略VCU可自主開發(fā)；受電池成本和比能量的限制，整車成本較高，續(xù)駛里程較短，高速性能低于傳統(tǒng)動力；基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)尚不完善；安全性有待于進(jìn)一步驗證；優(yōu)點：優(yōu)點： 缺點：缺點：適合于市內(nèi)中短途客貨運輸以及上下班代步工具車等，可通過補(bǔ)電增程提高續(xù)駛里程，不適合于高速公路行駛工況。輪轂電機(jī)驅(qū)動成熟系統(tǒng)，成本較低，技術(shù)穩(wěn)定可靠，本方案產(chǎn)業(yè)化可行性較強(qiáng)，近期開發(fā)技術(shù)方案技術(shù)較先進(jìn)，驅(qū)動力

5、控制較為靈活，車內(nèi)空間和布置自由度得到極大改善，易于應(yīng)用在傳統(tǒng)車輛中實現(xiàn)四驅(qū)，目前技術(shù)尚不成熟，不具備應(yīng)用性純電動技術(shù)路線分析純電動技術(shù)路線分析5新能源汽車簡介新能源汽車簡介6發(fā)動機(jī)發(fā)動機(jī)發(fā)電機(jī)發(fā)電機(jī)電動機(jī)電動機(jī)/ /控控制器制器蓄電池組蓄電池組整車控制器整車控制器l補(bǔ)電增程與串聯(lián)混合動力技術(shù)路線對比補(bǔ)電增程與串聯(lián)混合動力技術(shù)路線對比分析分析補(bǔ)電增程補(bǔ)電增程串聯(lián)混合動力串聯(lián)混合動力以純電動驅(qū)動為基礎(chǔ)，必要時采用內(nèi)燃機(jī)發(fā)電增加續(xù)駛里程，以純電動為技術(shù)基礎(chǔ)為提高內(nèi)燃機(jī)效率，通過內(nèi)燃機(jī)發(fā)電保證內(nèi)燃機(jī)始終工作在高效區(qū)域內(nèi)，動力電池作為備用能量儲備單元，以內(nèi)燃機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)技術(shù)來源技術(shù)來源核心技術(shù)核心技術(shù)

6、系統(tǒng)要求系統(tǒng)要求內(nèi)燃機(jī)僅工作在有限的功率點，內(nèi)燃機(jī)控制技術(shù)相對簡單，技術(shù)可自主突破，對動力電池同時充放電能力要求較高，核心技術(shù)依賴純電動保持內(nèi)燃機(jī)工作在高效區(qū)域，EMS控制策略相對復(fù)雜，對動力電池要求稍低于補(bǔ)電增程，核心技術(shù)依賴于內(nèi)燃機(jī)控制技術(shù)要求動力電池具有一定容量，對內(nèi)燃機(jī)補(bǔ)電功率要求不高要求內(nèi)燃機(jī)補(bǔ)電功率滿足任何工況下電機(jī)驅(qū)動功率要求，對電池容量要求不高補(bǔ)電增程技術(shù)相對簡單，對傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)技術(shù)依賴程度較低補(bǔ)電增程技術(shù)相對簡單，對傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)技術(shù)依賴程度較低新能源汽車簡介新能源汽車簡介7EV降低油耗、排放，提高動力性能找到控制參數(shù)和控制策略的修正的方法和規(guī)律，得到修正的數(shù)學(xué)模型主要解決發(fā)動機(jī)、

7、電機(jī)、控制器、電池等部件熱管理的關(guān)鍵技術(shù)主要是提高各ECU的升級維護(hù)的可操作性、離線故障診斷、故障安全報警、行車等過程的邏輯控制、整車上電等CAN總線控制技術(shù)的工程應(yīng)用開展動力系統(tǒng)機(jī)電耦合裝置研究，實現(xiàn)動力系統(tǒng)一體化功能4、動力系統(tǒng)集成技術(shù)主要解決動力電池成組監(jiān)控管理及提高電池充電速度等關(guān)鍵技術(shù)1、動力電池成組及管理技術(shù)6、熱管理技術(shù)7、基于CAN總線的網(wǎng)絡(luò)通訊和控制技術(shù)5、整車的試驗及匹配標(biāo)定技術(shù)3、整車控制技術(shù)2、電機(jī)及控制技術(shù)主要開展電機(jī)系統(tǒng)應(yīng)用研究，建立電機(jī)系統(tǒng)的測試試驗平臺新能源汽車簡介新能源汽車簡介EV核心技術(shù)簡介8并聯(lián)式HEV能量管理混聯(lián)式HEV能量管理純電動EV能量管理整車控制

8、器系統(tǒng)構(gòu)成整車控制器主要作用為協(xié)調(diào)發(fā)動機(jī)和電機(jī)能量分配問題、整車工況模式轉(zhuǎn)換、突發(fā)事件處理以及電池能量管理協(xié)調(diào)等問題新能源汽車簡介新能源汽車簡介9主要功能：主要功能：u整車狀態(tài)的實時獲?。簎駕駛者意愿識別和控制模式判斷u動力裝置（發(fā)動機(jī)、電動機(jī)）控制 和電池組的合理應(yīng)用u制動能量的回饋儲存u整車故障的檢測和處理u控制器內(nèi)部中斷和及時的管理u外圍相連驅(qū)動模塊的管理u輔助系統(tǒng)（制動、轉(zhuǎn)向和空調(diào)）的控制整車控制器的作用及功能新能源汽車簡介新能源汽車簡介高可靠性、舒適性、經(jīng)濟(jì)性的控制策略的制定及實現(xiàn)。10動力電池主要技術(shù)要素關(guān)鍵技術(shù)關(guān)鍵技術(shù) 成組應(yīng)用技術(shù)研究和設(shè)備研制成組應(yīng)用技術(shù)研究和設(shè)備研制 關(guān)鍵材

9、料關(guān)鍵材料新能源汽車簡介新能源汽車簡介11 動力電池的關(guān)鍵材料、關(guān)鍵技術(shù)在電池廠家積極參與下都得到了快速發(fā)展，電池單體的性能已滿足電動汽車技術(shù)指標(biāo)的要求。然而，電池的不一致性是絕對的，一致性則是相對的。從相關(guān)實驗數(shù)據(jù)得知，模塊電池（一般為5至10單體組合）的性能與壽命僅為單體電池性能與壽命的50%左右，若整組估計只能達(dá)到單體壽命的30%-40%，而實際車輛工況將會更惡劣。 當(dāng)前國內(nèi)絕大多數(shù)電池廠家負(fù)責(zé)電池的生產(chǎn)，對電池應(yīng)用狀態(tài)了解甚小，基本不具備成組能力，并且缺乏實車成組應(yīng)用的條件；整車廠雖具有電池成組應(yīng)用技術(shù)的條件且具備簡單的工程經(jīng)驗，但缺乏系統(tǒng)的成組應(yīng)用技術(shù)管理，基本都是依賴電池廠家打包電

10、池成組理念，動力電池成組技術(shù)，成組充、放電和維護(hù)管理等成組應(yīng)用技術(shù)和設(shè)備研究沒有受到應(yīng)有的關(guān)注；使其嚴(yán)重滯后于動力電池的發(fā)展，且制約了整車的性能。隨著電池技術(shù)的快速發(fā)展，成組應(yīng)用技術(shù)已經(jīng)突顯為制約鋰離子等新型動力電池和電動汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展的首要問題?；旌蟿恿ζ嚦山M技術(shù)純電動汽車成組技術(shù)新能源汽車簡介新能源汽車簡介12動力電池成組技術(shù)要素及分析 動力電池成組技術(shù)要素電池電芯的檢測與判斷電池箱材料的選取電池箱結(jié)構(gòu)設(shè)計及車載工程化設(shè)計電池組與電機(jī)相應(yīng)參數(shù)調(diào)試電氣的接口設(shè)計電池的管理系統(tǒng)（BMS）SOC計算電池運行狀態(tài)管理安全管理(漏電測試管理)均衡管理熱管理(溫度場管理)數(shù)據(jù)管理(數(shù)據(jù)采集及貯存)充電

11、管理 動力電池成組技術(shù)要素涉及到材料學(xué)、電化學(xué)、制造、測試、檢測、信號傳輸?shù)葘W(xué)科領(lǐng)域和工程應(yīng)用實踐，動力電池成組技術(shù)是實現(xiàn)優(yōu)質(zhì)、高效、靈活生產(chǎn)，取得理想技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果的制造技術(shù)的總稱。主要包含以下要素： 新能源汽車簡介新能源汽車簡介13鎳氫與鋰離子電池對比鎳氫與鋰離子電池對比比較項比能量比功率壽命安全性成本溫度范圍自放電備注鎳氫較低30C充放電600次全充放(單體)優(yōu)秀低廣20%每月自放電嚴(yán)重(20%/月)。其技術(shù)突破依賴于儲氫技術(shù)鋰離子是鎳氫電池的2倍左右30C放電，10C充電1500次全充放(單體)差于鎳氫電池較高，但有很大下降空間低溫下稍差3%每月鋰離子電池是一族電池體系的總稱，有很大進(jìn)步

12、空間。注：鋰離子動力電池以目前應(yīng)用較廣的磷酸鐵鋰電池為例結(jié)論：鎳氫電池在混合動力車中還有機(jī)會，但幾乎不可能適用EV。電池類型新能源汽車簡介新能源汽車簡介14鎳鈷鋁酸鋰（NCA）三元材料（NCM）錳酸鋰（LMO）磷酸鐵鋰(LFP)備注比能量高高較高較高比功率好好優(yōu)較優(yōu)包括充放電壽命良好良好良好優(yōu)秀石墨負(fù)極、單體、剩余80%時安全性中等好良好優(yōu)安全性放在首位成本中高高低中低從動力電池方面考慮溫度范圍廣廣-3050 -2060 優(yōu)勢比能量高比能量高功率、成本安全性劣勢安全性差、成本高安全性差、成本高高溫下衰退嚴(yán)重低溫性能差簡單比較幾種技術(shù)成熟度較高的鋰離子電池正極體系簡單比較幾種技術(shù)成熟度較高的鋰離

13、子電池正極體系新能源汽車簡介新能源汽車簡介15注：直流電機(jī)技術(shù)成熟，控制簡單，資源豐富，不再進(jìn)行規(guī)劃分析；開關(guān)磁阻電機(jī)尚處于預(yù)研階段，技術(shù)上進(jìn)行跟蹤。新能源汽車簡介新能源汽車簡介16電機(jī)類型特點控制技術(shù)發(fā)展趨勢直流有刷電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單，成本低，起步加速牽引力大缺點：有機(jī)械換向器 ，最高速受限，需定期維護(hù)保養(yǎng)；體積大脈寬調(diào)制技術(shù)控制系統(tǒng)：較簡單逐步被替代異步電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單、堅固耐用、成本低廉、運行可靠，低轉(zhuǎn)矩脈動，低噪聲，轉(zhuǎn)速極限高 缺點：低速小負(fù)載時效率低；控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)負(fù)載，故障率高，成本高控制技術(shù)：V/ F 控制、轉(zhuǎn)差頻率控制、矢量控制和直、接轉(zhuǎn)矩控制(DTC)和無轉(zhuǎn)速

14、傳感器的控制法有被其它新型無刷永磁牽引電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)逐步取代的趨勢；美國傾向于采用異步電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)無刷永磁同步電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)優(yōu)點：具有較高的功率密度和效率以及寬廣的調(diào)速范圍；缺點：但造價較高，永磁材料會有退磁效應(yīng)，抗腐蝕性差，磁場不可變低速時常采用矢量控制，包括氣隙磁場定向、轉(zhuǎn)子磁鏈定向、定子磁鏈定向；高速時用弱磁控制得到日本和美國汽車公司親睞已在國內(nèi)外多種電動車輛中獲得應(yīng)用，發(fā)展前景十分廣闊 開關(guān)磁阻電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng) 優(yōu)點：高密度、高效率、輕量化、低成本、寬調(diào)速缺點：但具有高度的非線性應(yīng)用較多的是智能控制，如神經(jīng)網(wǎng)絡(luò),模糊控制,滑?？刂频戎悄芸刂品椒o傳感器的SRD也是未來的發(fā)展趨勢之一 ；極具潛力

15、，但目前應(yīng)用還受限制；德國、英國等大力開發(fā)開關(guān)磁阻電機(jī)1、異步電機(jī)目前廣泛應(yīng)用，國內(nèi)異步電機(jī)本體達(dá)到國際水平，直接采購即可。2、永磁電機(jī)為主要發(fā)展趨勢，特別是在混動上。永磁電機(jī)國內(nèi)外水平差距較大，國內(nèi)尚無量產(chǎn)機(jī)型，混合動力用永磁電機(jī)目前主要靠系統(tǒng)供貨進(jìn)口解決。 包頭長安永磁電機(jī)廠、大連橫田電機(jī)廠處于國內(nèi)領(lǐng)先。比亞迪采用自行開發(fā)的永磁電機(jī)。新能源汽車簡介新能源汽車簡介17異步電機(jī)永磁同步 電機(jī)開關(guān)磁阻 電機(jī)功率密度中中高高中中效率(%)79-8590-9278-86功率因數(shù)(%)82-8590-9360-65調(diào)速范圍1：51：2.251：3可靠性好好一般一般優(yōu)秀優(yōu)秀可控性好好好好好好綜合性能差差

16、最好最好中中新能源汽車簡介新能源汽車簡介18 在電動汽車（不包含低速場地車）中應(yīng)用的主流電機(jī)系統(tǒng)有異步電機(jī)和永磁同步電機(jī)兩類。應(yīng)用情況如下： 1、永磁同步電機(jī)具有較寬的橫轉(zhuǎn)矩區(qū)和恒功率區(qū)，具有較好的牽引特性，是當(dāng)前和今后電動汽車用電機(jī)的主流。如豐田的PRIUS和本田的CIVIC混合動力汽車。 2、異步電機(jī)也是較適合應(yīng)用于電動汽車的牽引電機(jī)，但因其功率密度較低且效率低，因此比較適合于大型電動汽車上應(yīng)用。 電機(jī)種類應(yīng)用狀態(tài)：美國傾向于異步電機(jī)系統(tǒng)，日本則傾向于永磁電機(jī)系統(tǒng)。異步和永磁電機(jī)系統(tǒng)在國內(nèi)當(dāng)前都屬于應(yīng)用主流，業(yè)界普遍認(rèn)為永磁電機(jī)是以后電動車用電機(jī)發(fā)展的趨勢。 豐田和本田電動汽車中應(yīng)用的電機(jī)

17、系統(tǒng)已實現(xiàn)產(chǎn)品化，國內(nèi)尚處在樣機(jī)或小批量試驗階段雪佛萊雪佛萊Silverado Silverado 感應(yīng)電動機(jī)感應(yīng)電動機(jī)異步電動機(jī)系統(tǒng)異步電動機(jī)系統(tǒng)Daimler2Daimler2克萊斯勒克萊斯勒DurangoDurango豐田豐田PRIUSPRIUS永磁同步電機(jī)系統(tǒng)Nissan TinoNissan Tino 永磁無刷電動機(jī)永磁無刷電動機(jī)豐田豐田RAV4RAV4福特福特Escape HybridEscape Hybrid本田本田CIVICCIVIC日美代表車型電機(jī)系統(tǒng)應(yīng)用情況：日美代表車型電機(jī)系統(tǒng)應(yīng)用情況：新能源汽車簡介新能源汽車簡介191、是能量轉(zhuǎn)換單元、是能量轉(zhuǎn)換單元 將電池的直流電轉(zhuǎn)換

18、成電機(jī)所需要的電力方式，驅(qū)動電機(jī)運轉(zhuǎn)。2、額定功率、額定功率 額定功率要于被驅(qū)動電機(jī)相匹配，最好大些3、最大過載電流、最大過載電流 要和電機(jī)的最大過載倍數(shù)匹配。使電機(jī)能發(fā)揮其最大轉(zhuǎn)矩 4、具有反向充電功能、具有反向充電功能 車輛制動時，電機(jī)處于發(fā)電狀態(tài)。應(yīng)能將此電能反充至電池5、能量轉(zhuǎn)換效率、能量轉(zhuǎn)換效率 一般地都應(yīng)該在97%以上。須有較好的通風(fēng)冷卻性能6、安全、可靠、耐久、安全、可靠、耐久 應(yīng)能適應(yīng)車輛的各種行駛環(huán)境，且耐久、安全 電動汽車用電機(jī)控制器技術(shù)水平國內(nèi)外差距較大，也是制約國內(nèi)電機(jī)系統(tǒng)批量化生產(chǎn)的主要因素之一，同時控制器的性能是電機(jī)系統(tǒng)性能優(yōu)劣的關(guān)鍵，也是整車提升競爭力的關(guān)鍵，是降

19、低電機(jī)系統(tǒng)成本的關(guān)鍵點之一。新能源汽車簡介新能源汽車簡介20電機(jī)控制器開發(fā)技術(shù)介紹電機(jī)控制器開發(fā)技術(shù)介紹 功率器件制造及保護(hù)技術(shù)：功率器件制造及保護(hù)技術(shù)： 大功率器件（IGBT，高壓大容量電容、功率二極管等）制造技術(shù)掌握在國外公司中，目前國內(nèi)應(yīng)用的全靠采購國外產(chǎn)品，是電機(jī)控制器成本的主要構(gòu)成；國內(nèi)科研院所、高校以及電機(jī)控制器廠家都停留在如何應(yīng)用和保護(hù)電路的技術(shù)狀態(tài)。軟件控制算法軟件控制算法：需根據(jù)整車工況匹配電機(jī)效率以及電機(jī)扭矩，協(xié)調(diào)整車控制策略開發(fā)，國內(nèi)外電機(jī)控制器的控制基本理論是相同的，為矢量控制和直接轉(zhuǎn)矩控制；但國內(nèi)控制算法在細(xì)節(jié)及智能化（參數(shù)自整定技術(shù)和系統(tǒng)熱管理技術(shù)）等高端控制處落后于國外。電機(jī)特性測試電機(jī)特性測試需建設(shè)電機(jī)系統(tǒng)測試試驗室。新能源汽車簡介新能源汽車簡介21新能源汽車簡介新能源汽車簡介電機(jī)控制器程序框圖電機(jī)控制器程序框圖22新能源汽車簡介新能源汽車簡介什么是CAN ? CAN，全