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第三次工业革命与电动汽车动力 系统集成与控制技术 孙立清 2015年1月23-25日 北京电动车辆协同技术中心 北京理工大学机械与车辆学院 北京理工大学电动车辆国家工程实验室 清洁车辆（北京）重点实验室 1.关于第三次工业革命 2.未来能源（供应）模式能源互联网 3.电能变换与传输技术 4.电动汽车-电力革命改变汽车 5.第三次工业革命对汽车产业与技术的影响 6.当前电动汽车及相关领域存在的技术问题 7.一体化动力系统集成与控制 8.建议 主要内容 一种建立在互联网和新材料、新能源相结合的第三次工业革命即 将到来，它的特点是以 一种建立在互联网和新材料、新能源相结合的第三次工业革命即 将到来，它的特点是以“制造业数字化制造业数字化”为核心，并将使全球技术 要素和市场要素配置方式发生革命性变化。国内学者指出： 为核心，并将使全球技术 要素和市场要素配置方式发生革命性变化。国内学者指出：“与 我们一般对工业革命的划分不同，目前海外学者的 与 我们一般对工业革命的划分不同，目前海外学者的第三次工业 革命 第三次工业 革命所指的头两次工业革命是十八世纪后半叶以英国纺织机械 化为标志的第一次工业革命和以 所指的头两次工业革命是十八世纪后半叶以英国纺织机械 化为标志的第一次工业革命和以20世纪初福特汽车公司大规模生 产流水线诞生为标志的第二次工业革命。而第三次工业革命则是 指以数字化制造及新型材料应用为代表的一个崭新的时代。 世纪初福特汽车公司大规模生 产流水线诞生为标志的第二次工业革命。而第三次工业革命则是 指以数字化制造及新型材料应用为代表的一个崭新的时代。”第 三次工业革命概念的创立者，美国的杰里米 第 三次工业革命概念的创立者，美国的杰里米里夫金认为，第三 次工业革命的支柱包括以下五个： 里夫金认为，第三 次工业革命的支柱包括以下五个：1、向可再生能源转型；、向可再生能源转型；2、将 每一大洲的建筑转化为微型发电厂，以便就地收集可再生能源； 、将 每一大洲的建筑转化为微型发电厂，以便就地收集可再生能源； 3、在每一栋建筑物以及基础设施中使用氢和其他存储技术，以 存储间歇式能源； 、在每一栋建筑物以及基础设施中使用氢和其他存储技术，以 存储间歇式能源；4、利用互联网技术将每一大洲的电力网转化 为能源共享网络，这一共享网络的工作原理类似于互联网 、利用互联网技术将每一大洲的电力网转化 为能源共享网络，这一共享网络的工作原理类似于互联网(成千 上万的建筑物能够就地生产出少量的能源，这些能源多余的部分 既可以被电网回收，也可以被各大洲之间通过联网而共享 成千 上万的建筑物能够就地生产出少量的能源，这些能源多余的部分 既可以被电网回收，也可以被各大洲之间通过联网而共享)；5、 将运输工具转向插电式以及燃料电 池动力车，这种电动车所需 要的电可以通过洲与洲之间共享的电网平台进行买卖。这五个支 柱都与汽车工业的下一步发展有关。 、 将运输工具转向插电式以及燃料电 池动力车，这种电动车所需 要的电可以通过洲与洲之间共享的电网平台进行买卖。这五个支 柱都与汽车工业的下一步发展有关。 能源革命是第三次工业革命的前提 德国德国4.0 智能化 数字化 信息化 传统能源（主要水电 化石能源） 风电 光伏 核能 分布式发电 微网 智能电网 智能化 数字化 信息化 传统能源（主要水电 化石能源） 风电 光伏 核能 分布式发电 微网 智能电网 EV是智能电网的重要组成部分是智能电网的重要组成部分 2 未来能源（供应）模式能源互联 网 能源互联网把一个集中式的、单向的电网，转变成和更多的消费者互动的电网。 美国著名经济学家杰里米里夫金的第三次工业革命和能源互联网的提 法最近引起广泛关注。杰里米里夫金认为： “在即将到来的时 代，我们将需要创建一个能源互联网，让亿万人 能够在自己的家中、办公室里和工厂里生产绿色 可再生能源。多余的能源则可以与他人分享，就 像我们现在在网络上分享信息一样。 在即将到来的时 代，我们将需要创建一个能源互联网，让亿万人 能够在自己的家中、办公室里和工厂里生产绿色 可再生能源。多余的能源则可以与他人分享，就 像我们现在在网络上分享信息一样。” 能源互联网其实是以互联网理念构建的新型信息能源融合“广域网”，它以大 电网为“主干网”，以微网为“局域网”，以开放对等的信息能源一体化架构，真正实 现能源的双向按需传输和动态平衡使用，因此可以最大限度地适应新能源的接入。 微网是能源互联网中的基本组成元素，通过新能源发电、微能源的采集、汇聚与 分享以及微网内的储能或用电消纳形成“局域网”。大电网在传输效率等方面仍然 具有无法比拟的优势，将来仍然是能源互联网中的“主干网”。虽然电能源仅仅是 能源的一种，但电能在能源传输效率等方面具有无法比拟的优势，未来能源基础 设施在传输方面的主体必然还是电网，因此未来能源互联网基本上 是互联网式的电网。能源互联网把一个集中式的、 单向的电网，转变成和更多的消费者互动的电网。 未来能源互联网基本上 是互联网式的电网。能源互联网把一个集中式的、 单向的电网，转变成和更多的消费者互动的电网。 事实上，美国和欧洲早就有能源互联网的研究计划。2008年美国就在北卡 州立大学建立了研究中心，希望将电力电子技术和信息技术引入电力系统， 在未来配电网层面实现能源互联网理念。效仿 网络技术的核 心路由器 网络技术的核 心路由器，他们提出了 能源路由器的概念，并且进行了 原型实现，利用电力电子技术实现对变压器的控制，路由器之间利用通信技 术实现对等交互。德国在2008年也提出了E-Energy理念和能源互联网计划。 能源互联网对现有技术提出了更高更多的要求。首先，能源互联网系 统体系架构和其中的信息能源融合机制还需要深入研究。能源路由器 是能源互联网实现的核心 能源路由器 是能源互联网实现的核心，但能源的路由比信息要复得多，主要 体现在存储和控制存储和控制的难度上。储能相当于能源互联网中的缓存，经济 可行的大规模储能仍然是技术难点，效率、充放电次数、成本、容量等问 题还有待解决。 电力电子技术是实现能源互联网 控制的主要手段，按照用户的需要以指定 电压和频率控制电力的传输仍然是技术难 点 电力电子技术是实现能源互联网 控制的主要手段，按照用户的需要以指定 电压和频率控制电力的传输仍然是技术难 点，电力电子变压器和传统变压器相比仍然有效率、容量和可靠性等方 面的瓶颈问题。最后是分散协同式的能量管理，传统的能量管理系统需要 在能源互联网的基础上实现一个能源信息实时采集、处理、分析与决策的 能量管理系统。总之，要彻底实现能源互联网关键性技术的产业化能源互联网关键性技术的产业化的确还 有很长的路要走。但从我们已掌握的技术看，从简单到复杂，逐步集成创 新来实现能源互联网的原型系统和示范工程，还是具有一定的现实可行性 的。 能源技术本身所面临的瓶颈，需要新理念、新方法和新思路的指 导，能源互联网不仅仅是电网的信息化和智能化，也是互联网理念引 导下的能源基础设施变革，可以最终实现 信息能源基 础设施的一体化 信息能源基 础设施的一体化。 （作者系清华信息科学与技术国家实验室公共平台与技术部主 任，主要从事分布式计算技术及其在能源电力等领域的应用研究。） 能源互联的三个层面 （1）新能源与电网 （ ）新能源与电网 （2）家居）家居/住宅层面 小型风光 电与电网，家中用电设备， 住宅层面 小型风光 电与电网，家中用电设备，EV （3）EV搭载的移动能源系统互 联 电池组 电容 发电单元（燃料 电池、增程器、小型核电单元） 搭载的移动能源系统互 联 电池组 电容 发电单元（燃料 电池、增程器、小型核电单元） 能量变换与传输技术 能量的解析和重构能量的解析和重构 能源路由器核心构成因素之一能源路由器核心构成因素之一 基于亚米和分米级别的基于亚米和分米级别的GPS/北斗定位芯片和解算算法北斗定位芯片和解算算法 能源互联网已经具备相应的技术基础 它不再遥远 更不是未来 是具备现实条件的 能源互联网已经具备相应的技术基础 它不再遥远 更不是未来 是具备现实条件的 4 电动汽车-电力革命改变汽车 电动汽车革命，首先应该是能源革命，是电力系统革命 现在的电网不足以在繁忙的时候接受大量的汽车电动化，受制于 电网容量设备等多重因素 谐波治理 无功补偿 利用与电网分立的可再生能源发电 利用低谷电和现有电力设施已成共识 电动汽车革命，首先应该是能源革命，是电力系统革命 现在的电网不足以在繁忙的时候接受大量的汽车电动化，受制于 电网容量设备等多重因素 谐波治理 无功补偿 利用与电网分立的可再生能源发电 利用低谷电和现有电力设施已成共识 电动汽车电动汽车电动汽车电动汽车 智能电网智能电网智能电网智能电网 变速器变速器变速器变速器 离合器离合器离合器离合器 AMTAMTAMTAMTCVTCVTCVTCVTE E E E- - - -C C C CDSGDSGDSGDSG 三小三小三小 三小 电电电电 三大三大三大 三大 电电电电 轻量化轻量化轻量化轻量化 充电器充电器充电器充电器/ / / /桩桩桩桩/ / / /站站站站 能量获得能量获得能量获得能量获得 AlAlAlAl MgMgMgMg 复合复合复合 复合 材料材料材料材料 APUAPUAPUAPU 振动热振动热振动热 振动热 收集收集收集收集 再生再生再生 再生 制动制动制动制动 太阳能太阳能太阳能 太阳能 电池电池电池电池 空压机空压机空压机 空压机 真空泵真空泵真空泵真空泵 电动空调电动空调电动空调电动空调 总线总线总线总线 控制控制控制控制 电池电池电池电池 管理管理管理管理 电机电机电机电机 电控电控电控电控 电动汽车产业和技术集群电动汽车产业和技术集群 稀土稀土稀土稀土 三大电三大电三大电三大电 线缆线缆线缆线缆 牵牵牵 牵 引引引引 电电电 电 机机机机 总线总线总线总线 控制控制控制控制 电池电池电池电池 管理管理管理管理 电机电机电机电机 电控电控电控电控 控控控 控 制制制制 器器器器 大大大大 功功功 功 率率率 率 器器器 器 件件件件 动动动 动 力力力力 电电电 电 池池池池 B B B B M M M M S S S S P P P P A A A A C C C C K K K K 总总总 总 线线线 线 控控控 控 制制制 制 器器器器 整整整 整 车车车 车 控控控 控 制制制 制 器器器器 通通通 通 信信信信 协协协 协 议议议议 功率功率功率功率 半导体半导体半导体半导体 电动汽车产业和技术集群电动汽车产业和技术集群 稀土稀土稀土稀土 APUAPUAPUAPU 线缆线缆线缆线缆 汽汽汽 汽 油油油 油 机机机机 控制器控制器控制器控制器发电机发电机发电机发电机 发动机发动机发动机发动机 柴柴柴 柴 油油油 油 机机机机 天天天 天 然然然 然 气气气气 氢氢氢 氢 发发发 发 动动动 动 机机机机 复复复 复 合合合 合 励励励 励 磁磁磁磁 总总总 总 线线线 线 控控控 控 制制制 制 器器器器 整整整 整 车车车 车 控控控 控 制制制 制 器器器器 通通通 通 信信信信 协协协 协 议议议议 功率功率功率功率 半导体半导体半导体半导体 F F F F C C C C 电动汽车产业和技术集群电动汽车产业和技术集群 锂电池锂电池锂电池锂电池 陶瓷陶瓷陶瓷陶瓷 铜箔铜箔铜箔铜箔 铝箔铝箔铝箔铝箔 LiPF6LiPF6LiPF6LiPF6 负极负极负极负极 正极正极正极正极 管理管理管理管理隔膜隔膜隔膜隔膜 PACKPACKPACKPACK 充电充电充电充电 放电放电放电放电 成组成组成组成组 SIOSIOSIOSIO LTOLTOLTOLTO 硬碳硬碳硬碳硬碳 石墨石墨石墨石墨 LiCoOLiCoOLiCoOLiCoO LiFPOLiFPOLiFPOLiFPO LiMnOLiMnOLiMnOLiMnO EVEVEVEV PPPPPPPP PEPEPEPE PE/PPPE/PPPE/PP PE/PP /PE/PE/PE/PE 电解液电解液电解液电解液 壳体壳体壳体壳体 装备装备装备装备 新能源新材料产业和技术集群新能源新材料产业和技术集群 钒钒钒 钒 碳碳碳 碳 铂铂铂铂 铝铝铝 铝 镁镁镁 镁 硅硅硅 硅 锂锂锂 锂 锰锰锰锰 碳碳碳 碳 磷磷磷 磷 镍镍镍 镍 钛钛钛钛 硅硅硅 硅 硒硒硒 硒 锗锗锗锗 全钒液流电池全钒液流电池全钒液流电池全钒液流电池 飞轮电池飞轮电池飞轮电池飞轮电池 燃料电池燃料电池燃料电池燃料电池 超级电容超级电容超级电容超级电容 储能电池系统储能电池系统储能电池系统储能电池系统 锂电池锂电池锂电池锂电池 镍氢电池镍氢电池镍氢电池镍氢电池 家用储能单元家用储能单元家用储能单元家用储能单元 储能电站储能电站储能电站储能电站 家用太阳能系统家用太阳能系统家用太阳能系统家用太阳能系统 多晶硅太阳能电池多晶硅太阳能电池多晶硅太阳能电池多晶硅太阳能电池 薄膜太阳能电池薄膜太阳能电池薄膜太阳能电池薄膜太阳能电池 建筑建筑建筑 建筑 住宅住宅住宅住宅 动力电池系统动力电池系统动力电池系统动力电池系统太阳能电池系统太阳能电池系统太阳能电池系统太阳能电池系统 太阳能电站太阳能电站太阳能电站太阳能电站 充电站充电站充电站充电站/ / / /桩桩桩桩/ / / /器器器器 车用储能单元车用储能单元车用储能单元车用储能单元 车载太阳能系统车载太阳能系统车载太阳能系统车载太阳能系统 电动汽车电动汽车电动汽车电动汽车 储能调峰电源储能调峰电源储能调峰电源储能调峰电源太阳能发电系统太阳能发电系统 太阳能发电系统太阳能发电系统 智能电网智能电网智能电网智能电网 锂电产业锂电产业 当前电动汽车的产业与技术形态 北京模式 深圳模式 杭州模式 以汽车整车企业为主导 以政府为主导 以电网为主导 以电池公司为主导 以能源服务公司为主导 5 第三次工业革命对汽车产业与技术的影响 技术范式:以“大数据”、“智能制造”和“无线网络”为代表 融合过程强化:汽车产业通过与新型可再生能源技术、新型的互联网和 通讯技术的融合 核心内容:已转向以研发、设计为主，技术变化趋势映射新技术革命特 征：向全球化、网络化、虚拟化和高科技化方向发展； 汽车先进制造技术的趋势是向精密化、柔性化、智能化、敏捷化、清 洁化、集成化及管理创新方向发展； 1 汽车产业格局变化 （1）产业组织网络化。 （2）产业边界模糊化。 （3）产业集群虚拟化。 （4）法规对技术格局变化的推动作用明显。 2.4汽车智能技术趋势 （1）总线技术。 （2）传感器技术。 2.5汽车舒适性技术趋势 （1）NVH技术。 （2）热舒适性技术。 2.6关键总成的技术趋势 （1）动力总成。 （2）悬架技术。 （3）车身技术。 （4）转向系统技术。 2.7相关行业技术趋势 （1）汽车用金属。 （2）工程塑料。 （3）油料。 （4）电力技术。 （5）动力电池技术。 （6）车联网技术。 2.1汽车节能技术趋势 （1）节能与新能源汽车技术。 （2）小型化、轻量化。 （3）高效化。 （4）电子化。 (5)电动化 (6)智能化 2.2汽车环保技术趋势 （1）发动机环保技术。 （2）噪声处理技术。 （3）电磁波处理技术。 2.3汽车安全技术趋势 （1）主动安全技术。 （2）被动安全技术。 （3）主、被动安全技术结合。 2汽车技术趋势变化 第三次工业革命导致20世纪末的一些前瞻性技术和相关行业新技术在汽车产业中得 到应用，能源、环保、电子、超导、控制、航天、航空、军工、计算机、通讯、互联 网、电化学、生物、高分子化学和纳米技术等大量应用于汽车，未来汽车技术发展趋 势将集中反映在汽车的节能减排、绿色环保、智能简便和安全便捷方面。 3汽车制造管理的创新变化 （1）大规模生产转向大规模定制。（2）刚性生产系统转向可重构制造系统。 （3） 信息技术对汽车先进制造技术发展起重要作用。 （4）汽车设计技术现代化。 （5）汽车 成形技术向精密成形方向发展。 （6）汽车加工技术向着超精密、超高速方向发展。 （8） 虚拟制造和网络制造技术广泛应用。 （9）以提高市场快速反应能力为目标的汽车制造技术 得到迅速发展和应用。 （10）绿色制造已成为汽车制造业的重要特征。 综:第三次工业革命将导致世界汽车产业结构和格局、产品和技术、制造和管理 战略发生重大变化，脱胎于制造“自动化”和“大规模生产”时代的产业国际分工体系可能 被解构，汽车产业国家间的比较优势将被重塑；现代汽车研发将融合高新技术，凸显 “大科技”趋势，汽车技术变化集中反映在节能减排、绿色环保、智能简便和安全便捷方 面；汽车市场竞争优势的来源不再是同质产品的低价竞争，而是通过更灵活、更经济 的新制造装备生产出更具个性化、更高附加值的产品；未来汽车制造企业主要业务转 向研发、设计、IT、物流和市场营销等，汽车制造业和服务业的深度融合将是新技术 时代的特征。 第三次工业革命的时机已经到来，互联网和绿色能源的结合，将为世界发展形势带来重大改 变。我认为，全球能源网络是第三次能源工业革命的关键。第三次工业革命是基于全球的电 力互联网、能源互联网的产业革命。第三次工业革命技术是一项复合的综合性的技术，而非 单一的技术，它包括了储能、电动汽车、智能建筑和智能电网。 如果没有智能电网，第三 次工业革命的能源互联网技术是无法实现大规模使用的，更谈不上形成商业模式。所以，我 认为，事实上包括储能技术在内的能源互联网相关技术，都是以智能电网技术为依托的，如 果没有智能电网，就不会有那么多技术的机遇。简而言之，智能电网是促进所有第三次工业 革命技术的关键支柱，或者说是最基本的基础设施。 什么是智能电网？我认为智能电网其 实是一种技术的平台，智能电网技术并不是单一的一项技术，它可以让我们把信息、能源、 金融等流动的元素更好地结合起来，从而能够在全球层面满足能源的需求。 从某种程度上 讲，可再生能源的可持续利用取决于它所使用的技术。实际上我们谈到一个持续性的能源供 应时，都需要用相关的技术以保证其可持续性。因此，可再生能源的利用离不开储能技术， 更离不开大规模的远距离输电技术。随着智能电网及储能技术的发展，太阳能、地热能、潮 汐能、风能等可再生能源将更大规模地上网，并传递到能源需求较高的地区。 举例来说， 中东地区的天气状况非常好，太阳能的利用率很高，可以在中东地区建立太阳能发电站。但 问题是，中东地区太阳能发电站所发出的电能是无法完全在当地消耗的，这就需要通过建设 一些输电线路，把电能输送到能源需求的中心，例如欧洲。再比如，冰岛的地热能比较丰 富，也可以将这些能源变成电能通过线路输送到负荷中心。而英国计划在海上建立一个超级 电网，把欧洲各国的电网连接起来，使欧洲国家和其他邻国都能实现电网的互通互联。 综合世界各地区建设智能电网的进程来看，智能电网技术的关注热点，包括大规模可再生能 源发电的接入技术及其与大规模储能联合运行技术、大电网互联、远距离输电及其相关控制 技术、配电自动化和微网，以及用户侧的智能表计及需求响应技术。 电动汽车的基础设施-电网-充电网络的影响 智能电动汽车 智能家居 智能电网 丰田开发出高能量密度全固态锂电池原型丰田开发出高能量密度全固态锂电池原型 2014-07-24 车云网新能源Leander 丰田公司正在全力研发全固态锂离子电池，并且已经开发出能量密度为400 Wh/L的 电池原型。 传统的电池通常使用液体电解质，可能会损害电池阴极，发生不良化学反应。用固 态离子导体代替液体电解质可以提高电池的稳定性和使用寿命，因为不需要额外的元件使 其保持稳定，所以电池可以变得更小。固体电解质也可以与更广泛的电池化学过程相兼 容，有可能提供更高的功率或存储密度。 固态锂离子电池的体积能量密度比目前商业化锂离子电池要高，而且封装效率、安全 性得以提高，且循环寿命长。此外，研究人员还指出锂空电池在2030年前无法实现商业 化。 不过，目前全固态锂离子电池还受限于功率密度，主要原因之一是正极和固体电解质 界面间的锂离子大范围转移受阻。要提高功率密度，研究人员正在致力于三个主要领域的 工作，首先要开发更好的固态电解质，包括氧化物基、硫化物基、氮化物基等，其次要设 计改进电极/电解质界面来降低界面电阻，并且要提高电极活性材料锂离子传导性。 丰田研究人员表示，这种电池大约在2020年实现商业化应用，到2025年得到实质性改善。 （1）实现再生制动时，对电机发电性能要求高（仅仅高效是不够的），对PWM控制 要求更高，一定功率下，再生电压和电流（受到发电性能）协调控制能力受到局限。尤其 还要兼顾制动法规协调机械制动与电制动，由于电制动协调控制能力受到局限,使得整车 制动性能发挥受到局限，尤其是对于分布驱动，由于制动控制过程复杂，控制起来更加困 难。 （2）由于PWM控制技术，无法消除电机高次谐波等对于车载电源系统的影响（换句话说 存在类似于电力系统低压穿越的情形），而控制器产生的电磁兼容问题对车载电气系统也 产生非常不利的乃至灾难性的影响，这些影响了相关部件性能的发挥，尤其是性能，如寿 命，尤其对于车载电源系统，寿命至关重要。 （3）车载电源系统中，电池成组对于电池生产和性能的一致性要求很高，电池成组筛选 困难，因为要求整车所有电池单体具备统一的一致性要求。对于先并后串再并的电池组而 言，仅先并的组内单体具有一致性是远远不够的，要求再串联时各个并联组也要具有整组 上的性能一致性，而且这些并串后的分组再并联也要求性能上的一致性。对于先串后并的 电池组，仅先串的组内单体具有一致性也是远远不够的，要求再并联 时各个串联组也要 具有整组上的性能一致性。这种一致性要求不单单是生产和配组，而且是要求在使用过程 中，无时不刻不具备一致性。而且这种一致性的要求是多方面的，包括但不限于电压、电 流和内阻等及其温度特性。在现行的使用方式方法上，电池成组寿命远远低于单体寿命或 衰减程度就已经说明这样一点。这个技术问题，是制约目前电动汽车发展的关键。 6 当前电动汽车及相关领域存在的技术问题 当前电动汽车及相关领域存在的技术问题当前电动汽车及相关领域存在的技术问题 （4）现行的电池管理系统，主要功能还无法做到真正的充放电控制，而且就算电池的 均衡管理都困难。采用非单纯串联方案，就是自均衡都无法实现。单体因为电化学和物理 散热等问题使得无法采用大容量电池单体串联就满足电动汽车使用要求导致车载电源系统 并联无法避免，只要并联存在，就无法避免因各种原因导致有单体内短路或直接出现个别 单体正负极短路的危险出现，这已经成为再安全的高压电气系统都无法避免的问题。 （5）电机三相控制，转矩波动大，无类似六相制电机的冗余控制，实际施加给电机的 三相波形正弦波形畸变率大，给车载电源使用和电机性能发挥带来相当大的负面影响。 （6）充电还只是单向的从电网获取电能，对电网的干扰因为充电设备的性能差而无法避 免，电网侧需要无功补偿设备，用电设备功率因数低，对电网影响大，整个体系建设投资 巨大，电网根本无法接受目前这种基于PWM的大功率设备的电能回馈。目前所有可再生 能源接入电网技术要求高，设备投入大，而且必须要先接入电网再购电，这种情形严重地 阻碍了新能源的接入和电动汽车充电设施的发展。所以目前，就算巨头放开充换电站设施 建设准入，实际因为投资收入不成比例，也难以为继。投入少，容易做，产出多，这种事 情留着自己干的居多，电力部门不可能是奇葩。这样的技术无法助于V2G技术的实施，调 节能源体制和价格体系，尚还艰难。 （7）现行电动车辆动力系统（包括车载电源系统、电机电控和传动系统和附件所需要配 备的电源变换系统以及车载充电设备等）部件众多，按局部功能分立，整体集成度不高 （能够做到PRIUS的不多，实际它的集成度也是有限），系统匹配和控制以及运行效率优 化不够，导致系统效率不高，一些方面还无法摆脱传统汽车技术的束缚，如CVT或AMT技 术，实际上电动汽车的电气化部件为摆脱对这些装置的依赖提供了可能。 当前电动汽车及相关领域存在的技术问题当前电动汽车及相关领域存在的技术问题 （8）电力系统或固定电源系统电力品质对电动汽车影响巨大，尤其是风电和光伏等不 稳定电源，对于充电设备和车载电源系统带来巨大挑战。目前没有电力系统参与，组建分 布式电站为基础的独立微网体系存在困难，更莫谈类似ELON Musk的solarcity用于电动汽 车。 （9）安全的电池是保证电动汽车安全的重要一环。基于液态电解质的动力电池，有机电 解液的安全是个大问题，无机的液态电池漏液也存在安全隐患。而大趋势是采用单体安全 性更高的固态电解质电池或三元材料电池，但不是那种放在火里烧过十分钟就可能爆炸的 NCA电池。 （10)电池组的热管理技术有待突破。当前电池组内阻大，发热难免，散热处理浪费能 源，如何利用现有技术提高电源系统能量使用效率，增加电动汽车续驶里程是关键。对于 内阻小的固态电解质电池，结合绝热技术和热发电技术充分利用车载能源的方法值得探讨 和实践。 （11）整车轻量化与安全性和车辆高速稳定性的权衡。 （12）整车轻量化与车辆高速稳定性的权衡。 技术之外的产业层面的问题技术之外的产业层面的问题 （13）政策上，只在有限个别地区进行NEV推广的一个巨大隐患是大量的新能源汽车 工业园产业园孵化基地和遍布各级高新区内的相关产业链企业因为下游阻断而几年内都无 法转型成功而造成的巨大资源浪费、投资损失和系统的金融风险！ （14）目前高价的电动汽车随着补贴的逐渐淡出，会给相关以其作为资产的企业（如 电动汽车租车）造成资产巨大减值，我们说TESLA价高，我们的价格奇高！看看汽车 行业单车盈利水平！ （15）产业政策是啥！新能源汽车另类处理是恶管！修改产业政策，扶持反成羁 绊，改为总量（可以是数量，燃油消耗总量，或增量等，交给地方政府处理），政策偏 倚，没给补贴的地方，治理PM2.5也会打折扣！怪政府补贴不到位！政府在节俭 为民，新能源汽车凭什么花费那么多纳税人的钱？效果又如何？ （16）电动汽车作为移动用电产品，是否该有能效标志？ 吨百公里电耗？ （17）一段时间以来，有条件的地方政府似乎放慢了纯电动客车的脚步 （18）武汉混合动力改燃油车说明游戏的经济性指标不合理 （19）现有的技术把铜铝和稀土都移动起来，只能是个短期的不可持续的技术方案， 产业需要技术升级和调节对资源的依赖 （20）没有能源结构和价格的体系的调整，没有电力系统的革命和升级进步。电动汽 车的技术和产业发展也必然受到局限。 那种认为电动汽车技术已经不要继续攻关了，现在产业化已经高枕无忧，可以放开膀 子大投资没有任何产业风险、技术风险和投资风险可坐享渔利的时代已经来临是错误的。 比亚迪技术路线调整的是什么？ TESLA电动汽车 存在的问题剖析 电动汽车 存在的问题剖析 TESLA电动汽车存在的问题剖析电动汽车存在的问题剖析 （1）TESLA采用的电池和管理系统价格偏高，集成后安全问题犹在。 按目前技术看，特斯拉自身拥有的核心技术是BMS系统，具有一定的领先优势，但 它根本上没有摆脱电池并联，相反以昂贵的已经证明并非百分百安全的PACK系统（不是 指对人）获得了所谓的优势。国外目前BMS系统主要采用的是定位于高端的主动式BMS 均衡系统，而国内目前主要采用的是定位于中低端的被动式或者只是起到显示作用的不带 均衡功能的BMS。从可以看出，我国目前在BMS的开发和应用方向还有很长的一段的路 要走。但从国外的BMS发展状况中，我们可以看到，价格与技术含量高的主动式BMS， 是我国未来BMS发展的方向。在目前我国经济处于转型升级的特殊时期，我们应该结合我 国的工业生产状况来发展具有高附加值的主动BMS。国外BMS的成本在整个电池系统中 的成本占比大约是30%左右。而假如采用国内的被动式BMS，差不多只占到总成本的3% 左右。对于Tesla这样的强调电子信息技术的公司，BMS的造价甚至高达2万美金，价格远 远的高于市场上一般的主动式BMS. SOC准确性因为没有真正做到电荷量的精确计量而值 得怀疑！ TESLA电动汽车存在的问题剖析电动汽车存在的问题剖析 （2）TESLA的电池技术并非先进，安全性值得商榷 就电动车的核心技术电池而言，特斯拉所使用的电池是钴酸锂系列的锂电池，优点是 单位重量的比能更高，这就使得特斯拉使用同等单位体积和重量的电池，可以产生更多的 能量。也正是因此，ModelS拥有了483KM的续航里程。特斯拉所使用的电池包在使用过 程中安全性较低，锂电池的燃烧爆炸问题一直是影响安全性的主要因素。燃烧爆炸原因在 于：一、局部损坏和短路导致温度升高，有机电解液发生燃烧泄漏。二、几百上千块电池 串并联，热管理和充放电管理BMS难度较大。针对这方面的担忧，特斯拉ModelS启用了 电池组水冷系统，就系统本身而言，也并不是特别有技术优势和亮点。目前这项技术国内 也有一些电池生产企业在用，因此，这一技术并不是非常先进。特斯拉用最火的电池 NCM和NCA，但安全问题值得商榷。钴酸锂电池危险在什么地方，相信人们都心知肚明。 因为锂离子电池充电的时候，这个锂离子会走掉，走调之后最后导致的结构就是结构没有 办法维持原有的结构，这样造成的问题是氧以氧气形式出来，初中化学学过的燃烧三个要 素第一可燃物，所有的电池里面都是可燃物的，里面的电解液非常可燃的，包括负极材料 碳材也是可染的，另外有氧气，本来电池密封没有氧气，因为化学反应释放出来的燃气另 外达到燃点，如果用材料，本身电池如果不破裂可以满足燃烧的三个条件，而爆炸的两个 条件，一个是密闭空间。第二点能量的剧烈释放我们用NCM或者NCN的电池理论上面我 们没有办法规避内升爆炸机制，这个电池不管怎么样做，这个里面当然如果做的特别好有 可能对于乘用车来说人来得及逃生，但是对于电动大巴来说这个逃生的时间比较长，不一 定可以达到这个过程。相对来讲磷酸铁锂材料来说这个氧和磷紧密结合在一起，磷酸铁锂 电池会起火燃烧但绝对不会爆炸；而固体电解质电池由于没有电解液，加之安全机制，会 安全很多。电池厂包括很多的专家用NCM和NCA的电池，做材料十年的经验告诉大家， 使用NCM和NCA电池是暂时的情况，没有它续驶里程的优势也就无从谈起。 TESLA电动汽车存在的问题剖析电动汽车存在的问题剖析 （3）TESLA并没有从电池管理角度解决低温充电问题，对于NCA电池低温充电更是 致命的。 液态电介质电池在较低温度下如-10度甚至更低的温度下充电会初事故。这是由于，电 池中的电解液离子迁移速率变得缓慢，那么在这样的低温环境下对电池进行充电时，容易 出现电池中的锂离子在负极表面沉积形成金属锂的状态，而这种金属锂的存在不仅对电池 的使用寿命和性能造成很大的影响，更重要的是这种金属锂容易引起电池内部短路，造成 电池的安全事故。显然TESLA并没有从电池管理角度解决低温充电问题，对于NCA电池 低温充电更是致命的。 （4）TESLA的充电机是单向的，并非像VOTE一样，可以作为电源对住宅供电 （5）电机所采用铜转子交流异步电机没有获得太大优势，TESLA高价噱头值得怀疑。文 献研究 （/link?url=t0Ah1G6SUIk60NCNNORbBJMoPWHKJ3AV9ABdEY wU2qzZS2CN5yOAgPNh7XZyJT8Zd5IL0ZSqqAOa3NMnytglGzpZt5M6lKK7yc3bzoXfbd S）表明，以1台5.5 kW三相异步电机为例,计算分析采用铸铝转子和铸铜转子时电机各项 损耗及效率的变化特点。结果发现：空载时,2种转子的各项损耗并无太大差别;满载时,定 子铜耗和铁耗差别不大,铜转子基波铜耗大幅降低,但谐波铜耗略微增加,最终使得电机总损 耗降低约60W,效率增加约1%。可见所采用铜转子交流异步电机没有获得太大优势，尤其 在低速功率相对较小的中低端电动汽车上， TESLA拿铜转子做高价噱头值得怀疑。而实 际上，采用六相制交流异步电机采用铜转子可以获得很高的效率优势。 TESLA电动汽车存在的问题剖析电动汽车存在的问题剖析 （6）TESLA电机电控一体化并未实现 近日，三菱重工宣布他们研发出了世界上最小的电动车用电机与逆变器组合系统。三 菱重工实现电机与逆变器小型化的秘诀有两点，首先是优化逆变器内的晶体管与二极管制 造材质。目前的逆变器内部元件材质多为硅，这次三菱重工将其加以改变，使用碳化硅 （官方预估到2018年，碳化硅的元件生产制造成本就会与现有硅材料生产制造成本持平） 代替硅。在保证逆变器工作效率的同时，新材料的引入使得逆变器与电机整体尺寸减小了 44%，且发热量更低。三菱重工缩小电机以及逆变器尺寸的第二个秘诀在于优化了冷却系 统，传统的逆变器与电机采用分体设计，冷却时冷却水先流向温度较高的逆变器，随后冷 却水为电机进行冷却。这次三菱重工将电机与逆变器进行整合，将之组合成了一个类似圆 筒的结构，这样冷却水可以一次性为逆变器与电机进行冷却。同时，考虑到逆变器工作时 的发热量更大，冷却水路在流经逆变器部分相比流经电机部分管路布置更加密集。TESLA 的驱动组件可以看出其尚未达到电机电控一体化。 TESLA电动汽车存在的问题剖析电动汽车存在的问题剖析 （7）充电制式复杂繁多，无法兼容和实现双向（V2G） 单充电器 双充电器 双充电器 所需设备 充电功率 从零充满时间 每小时充电里程 充电功率 从零充满时间 从零充满时 间 每小时充电里程 220V10A 普通家用10A插座 2.2kw 42小时 12km 2.2kw 42小时 42小时 12km 220V 16A 普通家用16A插座（空调） 3.5kw 26小时 19km 3.5kw 26小时 26小时 19km 220V 32A IEC 60309 2P+G BLUE插座 7kw 13小时 38km 7kw 13小时 13小时 38km 220V 80A tesla HPWC 11kw 8小时 61km 17.6kw 5小时 5小时 97km 380V 16A IEC 60309 3P+N+E RED插座 10.5kw 8.6小时 58km 10.5kw 8.6小时 8.6小 时 58km 380V 32A 欧标充电桩（盒） 11kw 8小时 61km 21kw 4小时 4小时 125km TESLA电动汽车存在的问题剖析电动汽车存在的问题剖析 （7）车载能源系统没有做到互联和集成控制 电机电控，动力转向，水冷系统和空调以及悬架控制系统，没有做到互联和集成控制 （指功率级别）。 （8）触控技术并非TESLA的独门绝技，实现起来也没有必要绕弯子多点触控技术并不是 那么容易实现的，它是从硬件到软件的一个有机的整体，可以说是一个系统工程。微软在 大谈多点触控的应用前景，即将发布的Windows 7（Vista的升级产品）将全面支持多点触 控技术。多点触控技术是一场触控技术方面的革命，说白了就是屏幕将能识别你的五个手 指同时做的点击、触控动作。我们知道一个手指可能只能做点击的动作，可是五个手指衍 生出的动作将是很多很丰富的。很遗憾市面上还没有见到这种多点触控的电脑，据说惠普 做了一款能支持两个手指动作的触控屏幕。iPhone为什么这么热销，关键就是它的多点触 控屏技术，这个对于其他手机厂家来说是很致命的。苹果公司已经为多点触控技术申请了 两个专利。尽管如此，触控技术我们并不陌生，早就有了。银行的取款机大多是触摸屏， 很多医院、图书馆等的大厅都有这种触控技术的电脑。而支持触摸屏的手机、MP3、数码 相机也很多。触控技术，用手指代替了键盘、鼠标，既显示出了最大的人性化，又在特定 的场合减少了鼠标、键盘的空间。但是这些已经存在的触控屏幕都是单点触控，也可以说 是电阻式触控。他的缺点主要是只能识别和支持每次一个手指的触控、点击。 TESLA电动汽车存在的问题剖析电动汽车存在的问题剖析 （9）价格太高 特斯拉宣布了其在香港的售价，由于香港市场的定价将比照中国定价原则，入门款 只售不到58万港币，约等于452,200人民币，比中国定价73.4万的价格便宜了28万。 据了 解，配备60kWh电池的Model S在香港将会以港币579,000元开卖，85kWh电池的车款定 价港币657,000元；Model S Performance 85定价则是761,800元。电池管理系统价格也 高的离谱！ （10）无法享受补贴和难以摆脱地方保护 （11）高速动力学控制问题 K&C问题存在，所以高速飘和令人晕 （12）空调系统不好，后排舒适性差 （13）加速踏板一放开就减速再生？至少速度下降的比期望的快！ 这注定了（1）其品质与宝马的差距，不管穿何种外衣；（2）其必须要依附本土车企才能 成长。特斯拉成功的最核心资源在于其资源的整合力，商业模式的创新和应用上有别于大 部分电动车厂商运作模式，使其并非特别亮眼的技术构成部件，组合起来却具有了令人震 撼的澎湃动力。土豪可以因有钱，无所顾忌，TESLA给富人带来无敌玩具，但对于大多 数，中国人，莫过于蝴蝶效应。作为科技界，我们佩服马斯克先生，但不得不提醒，变化 无穷飞速发展的今天，任何被颠覆都是可能的，丰田和松下支持和参股下TESLA也有成为 业界的先驱的可能。 引自 北理工 引自 上海电驱 引自 北理工 引自 上海电驱 基本观点 电动车 基本观点 电动车 不用电动电动汽汽车车表达，汽汽字有水有气；（减少水分、不气人） 给低速电动汽车定好位，轻型电动四轮车 短途电动车 城市代步电动车；（与电动自行车、 电动摩托车和电动观光车区别清楚）（张三戴李四的帽子，做王二麻子的事） 字有水有气；（减少水分、不气人） 给低速电动汽车定好位，轻型电动四轮车 短途电动车 城市代步电