新能源汽车技术现状及上海大众技术介绍.ppt

新能源技术现状及上海大众的相关技术介绍 中国新能源汽车的发展需要依靠政府的强有力推动 从产业的规划一直到市场化 政府的引导都起到了决定性的作用 产业规划 研发政策 标准规范 示范运营规划 财政补贴政策 汽车工业产业政策 汽车产业发展政策 汽车产业调整和振兴规划 863计划电动汽车重大专项 863计划节能与新能源汽车重大专项 国家重大科技产业工程电动汽车项目 新能源汽车生产企业及产品准入管理规则 政府推动 节能与新能源汽车示范与推广项目 节能与新能源汽车示范推广财政补助资金管理暂行办法对13城公共领域HEV HV FC车型补贴 市场化 中国新能源汽车发展现状 1996 科技部 国家重大科技产业工程电动汽车项目 1994 国务院 汽车工业产业政策 发改委 2004 汽车产业发展政策 2009 汽车产业调整和振兴规划 2001 863电动汽车重大专项 2006 863计划节能与新能源汽车重大专项 2007 新能源汽车生产企业及产品准入管理规则 财政部 节能与新能源汽车示范与推广项目 节能与新能源汽车示范推广财政补助资金管理暂行办法 国家质检总局标准化委员会 乘用车燃油消耗量限值 节能中长期专项规划 十一五 规划 国家中长期科学技术发展纲要 2006 2020 燃油税调整 国家税务总局 乘用车消费税调整 2008 自1994年以来 政府已相继出台了15项促进政策和财税支持 中国新能源汽车发展现状 2010 2010年 中国新能源汽车发展现状 2010年5月 新能源汽车四项国家标准制定完成 电动汽车传导式充电接口 电动汽车充电站通用要求 电动汽车电池管理系统与非车载充电机之间的通讯协议 轻型混合动力电动汽车能量消耗量试验方法 四项国家标准 通过全国汽车标准化技术委员会 简称 汽标委 电动车辆分技术委员会审查 中国新能源汽车发展现状 新能源汽车 节能汽车补贴细则 6月1日 补贴种类 纯电动车 新能源车型 插电式混合动力车和1 6升及以下 节能车型 纯电动车每辆最高补贴6万元 插电式混合动力车每辆最高补贴5万 1 6升及以下节能车补贴3000元 满足条件 整车整备质量 即汽车自重 及百公里综合油耗 其中 整车整备质量从750公斤以下到2510公斤以上 共分为16档 每档间隔110公斤到230公斤不等 整车整备质量越高 百公里综合油耗标准也放得越宽 补贴标准 根据动力电池组能量确定 按3000元 千瓦时给予补贴 补贴对象 补贴资金拨付给汽车生产企业 按其扣除补贴后的价格将新能源汽车销售给私人用户或租赁企业 试点城市 在上海 长春 深圳 杭州 合肥5个城市启动补贴试点工作 插电式混动车的技术描述 能够采用纯电动模式行驶 乘用车以每小时60公里的速度匀速行驶里程需要超过70公里 主要部件寿命 超过10万公里 中国新能源汽车发展现状 以下混合动力车型没有进入补贴政策影响范围 根据补贴标准中的定义 以下所列举的车型既不属于新能源车型 也不属于节能车型 1 一汽丰田普锐斯 混联式 2 上海通用君越3 东风本田思域4 广汽丰田凯美瑞 此次可享受补贴的9款新能源车型 中国新能源汽车发展现状 整车整备质量具有两排及以下座椅或装有手动挡变速器的车辆具有三排或三排以上座椅或装有非手动挡变速器的车辆 kgL 100km 综合油耗 kgL 100km 综合油耗 CM 7505 2 5 61880 CM 20009 3 9 6750 CM 8655 5 5 92000 CM 21109 7 10 1865 CM 9805 8 6 22110 CM 228010 1 10 6980 CM 10906 1 6 52280 CM 251010 8 11 21090 CM 12056 5 6 82510 CM11 5 11 91205 CM 13206 9 7 21320 CM 14307 3 7 61430 CM 15407 7 8 01540 CM 16608 1 8 41660 CM 17708 5 8 81770 CM 18808 9 9 2 可享受补贴的节能车型的标准 插入式混合动力及纯电动车的新能源车辆发展迅速 纯电动则可能成为石油枯竭等问题下的 最终解决方案 燃料电池车是另一种在长期战略中非常有希望的解决方案 常规汽油车 纯电动车 现阶段重点发展目标 燃料电池车 插入式混合动力车 普通混合动力车 零排放 过渡产品 最终解决方案 中国新能源汽车发展战略路径分析 发展路线上 随着动力总成电动化程度的不断提高 有逐渐从混合动力过渡到插电式 纯电动 最后向燃料电池汽车发展的趋势 高 低 纯电动车 插电式复合电动车 全混 微混 节能8 10 轻混 节能15 20 油电混合车 柴油机 氢内燃机 燃料电池车 市场发展核心趋势 动力总成的电动化 新能源汽车发展趋势分析 纯电动车市场化概述部分将着眼于对政策和产业现状的相关分析 混合动力汽车 HybridElectricalVehicle 简称HEV 是指同时装备两种动力来源 热动力源 由传统的汽油机或者柴油机产生 与电动力源 电池与电动机 的汽车 通过在混合动力汽车上使用电机 使得动力系统可以按照整车的实际运行工况要求灵活调控 而发动机保持在综合性能最佳的区域内工作 从而降低油耗与排放 当今世界上的混合动力车主要有三种类型 包括串联式 并联式以及混联式 串联式是指发动机驱动发电机发电 电能通过电动机驱动车轮 并联式是指发动机和电动机共同驱动车轮 并联式的两种驱动力可根据驾驶状况分开使用 由于不能关闭发动机行驶 电动机只是被用于辅助引擎 而混联式能够更有效地组合串联式和并联式 使两者的优势发挥到极致 怠速时自动停止引擎 减少能量浪费 并且能够更有效地控制汽油发动机和电动机 使其工效最大化 比如 丰田PRIUS普锐斯混合动力车 混合动力汽车 混合动力汽车 2010年北京车展 大众汽车推出了首款混合动力车型 一款采用全时四轮驱动的途锐SUV车型 大众汽车全新紧凑型轿跑车概念车型 NCC 介绍混合动力驱动 TSI 电动机和DSG动力系统最佳紧凑化 这款概念车的驱动系统结合了一系列尖端且具备量产条件的高新技术 1 4升的4缸TSI发动机 采用直喷和涡轮增压技术 配备中冷器 其输出功率达110千瓦 150马力 实现了发动机小型化 电动机驱动实现零排放 NCC的TSI发动机和高效的7速双离合自动变速器之间安装了一台电动机 可提供零排放的纯电动驱动 也可作为辅助动力装置 为TSI发动机提供额外的扭矩 该电动机输出功率为20千瓦 27马力 在加速阶段 电动机和发动机两个动力单元的动力和扭矩相互补充 混合动力汽车 由于NCC也可采用纯电动驱动的方式 因此其驱动系统被称为全混合动力驱动系统 驱动优化 安装于汽车尾部的锂离子电池为电动机提供电能 另外 在电驱动模式下 TSI发动机完全关闭 而且 通过离合器使之与驱动系统完全脱离 避免了不必要的摩擦损耗 滑行省油 当驾驶者松开油门 TSI就会与传动系统脱离 进入 滑行 状态 并且 即使在高速行驶状态下也能实现 由于避免了摩擦损耗 因此 NCC可以滑行很长的距离 从而 也会逐渐形成一种能够直接节省油耗的驾驶方式 动能回收 在制动时 NCC的电动机转变成一台发电机 回收动能并将其储存于锂离子电池中 当然 和大众汽车蓝驱系列车型一样 NCC也配备了起动 停车系统 能够在拥堵的城市交通状况下节省燃油 混合动力汽车 NCC 混合动力车的工作原理混合动力电动汽车的动力系统主要由控制系统 驱动系统和电池组等部分构成 以串联混合动力电动汽车为例 介绍一下混合动力电动汽车的工作原理 混合动力汽车依靠电动机提供加速与爬坡所需的附加动力 其结果是提高了总体效率 同时并未牺牲性能 混合动力车设计成可回收制动能量 在传统汽车中 当司机踩制动时 这种本可用来给汽车加速的能量作为热量被白白扔掉了 而混合动力车却能大部分回收这些能量 并将其暂时贮存起来供加速时再用 当司机想要有最大的加速度时 汽油发动机和电动机协同工作 提供可与强大的汽油发动机相当的起步性能 在对加速性要求不太高的场合 混合动力车可以单靠电机行驶 或者单靠汽油发动机行驶 或者二者结合以取得最大的效率 比如在公路上巡航时使用汽油发动机 而在低速行驶时 可以单靠电机拖动 不用汽油发动机辅助 即使在发动机关闭时电动转向助力系统仍可保持操纵功能 提供比传统液压系统更大的效率 混合动力汽车 混合动力系统的分类一 A 根据混合动力驱动的联结方式 混合动力系统主要分为以下三类 一是串联式混合动力系统 串联式混合动力系统一般由内燃机直接带动发电机发电 产生的电能通过控制单元传到电池 再由电池传输给电机转化为动能 最后通过变速机构来驱动汽车 在这种联结方式下 电池就象一个水库 只是调节的对象不是水量 而是电能 电池对在发电机产生的能量和电动机需要的能量之间进行调节 从而保证车辆正常工作 这种动力系统在城市公交上的应用比较多 轿车上很少使用 二是并联式混合动力系统 并联式混合动力系统有两套驱动系统 传统的内燃机系统和电机驱动系统 两个系统既可以同时协调工作 也可以各自单独工作驱动汽车 这种系统适用于多种不同的行驶工况 尤其适用于复杂的路况 该联结方式结构简单 成本低 本田的Accord和Civic采用的是并联式联结方式 三是混联式混合动力系统 混联式混合动力系统的特点在于内燃机系统和电机驱动系统各有一套机械变速机构 两套机构或通过齿轮系 或采用行星轮式结构结合在一起 从而综合调节内燃机与电动机之间的转速关系 与并联式混合动力系统相比 混联式动力系统可以更加灵活地根据工况来调节内燃机的功率输出和电机的运转 此联结方式系统复杂 成本高 大众的途锐以及NCC Prius采用的是混联方式 混合动力系统的分类二 根据在混合动力系统中 电机的输出功率在整个系统输出功率中占的比重 也就是常说的混合度的不同 混合动力系统还可以分为以下四类 一是微混合动力系统 代表的车型是PSA的混合动力版C3和丰田的混合动力版Vitz 这种混合动力系统在传统内燃机上的启动电机 一般为12V 上加装了皮带驱动启动电机 也就是常说的Belt alternatorStarterGenerator 简称BSG系统 该电机为发电启动 Stop Start 一体式电动机 用来控制发动机的启动和停止 从而取消了发动机的怠速 降低了油耗和排放 从严格意义上来讲 这种微混合动力系统的汽车不属于真正的混合动力汽车 因为它的电机并没有为汽车行驶提供持续的动力 在微混合动力系统里 电机的电压通常有两种 12v和42v 其中42v主要用于柴油混合动力系统 二是轻混合动力系统 代表车型是通用的混合动力皮卡车 该混合动力系统采用了集成启动电机 也就是常说的IntegratedStarterGenerator 简称ISG系统 与微混合动力系统相比 轻混合动力系统除了能够实现用发电机控制发动机的启动和停止 还能够实现 1 在减速和制动工况下 对部分能量进行吸收 2 在行驶过程中 发动机等速运转 发动机产生的能量可以在车轮的驱动需求和发电机的充电需求之间进行调节 轻混合动力系统的混合度一般在20 以下 混合动力系统的分类二 三是中混合动力系统 本田旗下混合动力的Insight Accord和Civic都属于这种系统 该混合动力系统同样采用了ISG系统 与轻度混合动力系统不同 中混合动力系统采用的是高压电机 另外 中混合动力系统还增加了一个功能 在汽车处于加速或者大负荷工况时 电动机能够辅助驱动车轮 从而补充发动机本身动力输出的不足 从而更好的提高整车的性能 这种系统的混合程度较高 可以达到30 左右 目前技术已经成熟 应用广泛 四是完全混合动力系统 丰田的Prius和未来的Estima属于完全混合动力系统 该系统采用了272 650v的高压启动电机 混合程度更高 与中混合动力系统相比 完全混合动力系统的混合度可以达到甚至超过50 技术的发展将使得完全混合动力系统逐渐成为混合动力技术的主要发展方向 生物燃料 乙醇燃料的应用 目前相对而言 技术成熟 对于改善排放 能源替代渠道一定的积极作用 除目前已经在推广应用的乙醇汽油外 也将研究乙醇柴油的应用技术 将适量的乙醇与柴油混合提供给柴油机使用 对降低柴油机的碳烟有明显的作用 乙醇柴油的应用比乙醇汽油的难度大许多 重要原因是乙醇与柴油难以互溶 目前解决的主流方法是使用助溶剂使之互溶 但会少许提高燃料成本 乙醇燃料的进一步推广应用主要与乙醇的成本有关 如何获得低价的农作物和降低生产成本 是今后需要解决的问题 除玉米外 甜高梁 甘蔗 木薯 甘薯 速生林木都是生产乙醇的原料 在我国广西省 正在开发利用淀粉含量高 易于生长的但不宜食用的木薯制造乙醇 探索我国获得廉价乙醇的途径 生物燃料 生物柴油的研究始于20世纪70年代 其优点是十六烷值高 含氧量高 不含硫和芳香族化合物 其缺点是黏度高 雾化性能差 低温启动性差 将生物柴油以一定比例与石化柴油混合使用是目前普遍采用的途径 美 法 德 意 日 加等国家都建立了研究机构和生产企业 美国的生物柴油以大豆为原料 2001年生产6万吨 使用20 的生物柴油和80 的石化柴油混合 称B20柴油 美国农业部每年补贴1 5亿美圆于生物燃料 2000年德国的生物柴油产量达45万吨 主要原料是油菜籽 政府对油菜籽的生产给予补贴 对生产和销售生物柴油实行税收优惠政策 2001年在德国的勃兰登堡建成年产10万吨生物柴油的工厂 日本主要以废食用油为原料生产生物柴油 年产40万吨 燃气燃料 燃气汽车主要是以天然气 压缩天然气CNG和液化天然气LNG 及液化石油气 LPG 为直接燃料的汽车 不包括以氢为直接燃料的氢发动机汽车 上海大众曾经在桑塔纳系列车型 采用LPG和CNG技术 目前 根据市场情况LPG的车型已经停车 而CNG车型还在生产 一年在2000辆左右 目前主要是西北地区的市场 使用以出租行业为主 燃料电池是一种化学电池 它利用物质发生化学反应时释出的能量 直接将其变换为电能 从这一点看 它和其他化学电池如锰干电池 铅蓄电池等是类似的 但是 它工作时需要连续地向其供给反应物质 燃料和氧化剂 这又和其他普通化学电池不大一样 由于它是把燃料通过化学反应释出的能量变为电能输出 所以被称为燃料电池 燃料电池 具体地说 燃料电池是利用水的电解的逆反应的 发电机 它由正极 负极和夹在正负极中间的电解质板所组成 工作时向负极供给燃料 氢 向正极供给氧化剂 空气 氢在负极分解成正离子H 和电子e 氢离子进入电解液中 而电子则沿外部电路移向正极 用电的负载就接在外部电路中 在正极上 空气中的氧同电解液中的氢离子吸收抵达正极上的电子形成水 这正是水的电解反应的逆过程 2020 3 16 23 可编辑 1 技术描述电动汽车是指以车载电源为动力 用电机驱动车轮行驶 符合道路交通 安全法规各项要求的车辆 它使用存储在电池中的电来发动 2 电动车基本结构电动汽车的电力驱动及控制系统是电动汽车的核心 也是区别于内燃机汽车的最大不同点 电力驱动及控制系统由驱动电动机 电源和电动机的调速控制装置等组成 2 1 电源电源为电动汽车的驱动电动机提供电能 电动机将电源的电能转化为机械能 通过传动装置或直接驱动车轮和工作装置 随着电动汽车技术的发展 许多新型电池也在发展中 这些电源 电池 主要有钠硫电池 镍铬电池 锂电池 燃料电池 飞轮电池等 新型电源的应用 为电动汽车的发展开辟了广阔的前景 2 2 驱动电动机驱动电动机的作用是将电源的电能转化为机械能 通过传动装置或直接驱动车轮和工作装置 纯电动车 2 3 行驶装置行驶装置的作用是将电动机的驱动力矩通过车轮变成对地面的作用力 驱动车轮行走 它同其他汽车的构成是相同的 由车轮 轮胎和悬架等组成 2 4 转向装置专项装置是为实现汽车的转弯而设置的 由转向机 方向盘 转向机构和转向轮等组成 作用在方向盘上的控制力 通过转向机和转向机构使转向轮偏转一定的角度 实现汽车的转向 多数电动汽车为前轮转向 工业中用的电动叉车常常采用后轮转向 电动汽车的转向装置有机械转向 液压转向和液压助力转向等类型 2 5 制动装置电动汽车的制动装置同其他汽车一样 是为汽车减速或停车而设置的 通常由制动器及其操纵装置组成 在电动汽车上 一般还有电磁制动装置 它可以利用驱动电动机的控制电路实现电动机的发电运行 使减速制动时的能量转换成对蓄电池充电的电流 从而得到再生利用 2 6 工作装置工作装置是工业用电动汽车为完成作业要求而专门设置的 如电动叉车的起升装置 门架 货叉等 货叉的起升和门架的倾斜通常由电动机驱动的液压系统完成 纯电动车 电池系统 功率分配器 变频器 空调 加热器 驱动电机 12V低压电器 电机等 DC DC 电池系统放电工作原理 电池系统充电工作原理 充电口 充电分配器 充电模块 电池系统 E LAVIDA电动车工作原理 E LAVIDA电系统部件简介 6 电机控制器 相当于发动机控制器 动力系统的核心控制器 根据驾驶员的油门和制动踏板的输入 控制电机给出相应的动力输出以及与转向 制动 电池管理等系统的协调控制 1 驱动电机 三相永磁同步电机 最大功率85Kw 最大输出转矩270Nm 转速范围 0 12000转 分 4 变频器及DC DC 在电机控制器的指令下 将高压电池的直流电转换为可变频的交流电 从而驱动电机旋转 同时集成DC DC转换器 为电器网络提供12V直流电 及为蓄电池充电 2 电机变速器 只包含一个挡位 减速比9 75 为电机减速增扭 5 功率分配器 将高压电池的直流电分配给变频器及DC DC 空调压缩机 加热器 8 充电分配器 将外接电源分配给两个充电模块 7 充电模块 包含两个单元 每个单元充电功率为3 3Kw 将外接电源的交流电转换为高压直流电 从而为高压电池充电 3 电动空调压缩机 替代传统汽车中发动机带动的空调压缩机 利用高压直流电工作 9 电子助力转向泵 通过电机带动液压泵为转向器提供所需油压 10 冷却系统 包括两个循环1 低温回路 冷却充电设备及变频器2 高温回路 冷却电机及电池 以及加热器等 纯电动车 纯电动车技术瓶颈 1 电池效率 续航里程及其成本2 车辆的轻量化技术3 充电及其驾驶性能 关键零部件供应 系统环境 虽然有众多供应商和研究机构投入纯电动车的研发 但是与国际水平相比 国内零部件厂商在关键部件开发方面仍有显著的技术差距 周边电气 电池 电机 目前状况 作为乘用车的优势 性能改善 全球 注释 中国 发展 完全商业化 但并不适合EV HEV的应用 达到了产业化 在HEV中应用 能量密度 生命周期 充电时长需要提升 较有竞争力的成本和性能 初期阶段 需要更适合在汽车行业的应用 仍在研究阶段 完全商业化 但并不完全适合EV的应用 进口关键零部件 缺乏系统整合 资料来源 专家访谈 国内主流动力电池产品的技术水平 0 50 100 150 200 质量能力密度 Wh kg B EVDevelopmentStatus BatteryTech 现阶段纯电动车动力电池仍存在成本过高的问题 限制了高性能产品的市场化 需要生产规模足够扩大后得以改善 国内主流动力电池产品的价格水平 批量生产1000套批量生产100 000套 研发及生产环节成本过高是限制国内主流动力电池技术性能提高的主要因素随着纯电动车市场需求的扩大 动力电池的成本将大幅度降低 商业化产品的性能也将得到提升 约80 降幅 资料来源 同济大学汽车学院 关键零部件供应 电池 关键零部件供应 电机 相对于发动机与国外企业的差距 中国的电机生产技术及量产经验 虽然主要集中于伺服电机等其他产品 等相差不大电机材料也基本上可以实现国内自给 比如安乃达的电机材料全部来自国内 驱动用电机生产所需的供应链基本形成与整车厂家的配套经验也有定积累为实现新能源汽车市场形成量产化的实现打下坚实基础 主要电机供应商分布 电机类型 通过国家863计划的推动 在驱动用交流同步电机 交流异步电机 开关磁阻电机等方面均有厂家进行研发与生产 并取得一定的进步 国内供应商发展现状 BMS电池管理系统供应商 研究所分布 关键零部件供应 周边电气 北航大学清华大学北京理工大学北京交通大学天津清源 北京分部 江苏春兰清洁能源研究院有限公司同济大学 上海燃料电池汽车动力系统有限公司 万向电动汽车有限公司 国内供应商发展现状 电池管理系统的供应商较少 主要分布在江浙沪地区 北京则聚集了较多从事电池管理系统的研发工作的大学 无法实现大规模量产电池种类多缺乏标准 造成电池管理设计多样性 高校研发与企业量产间无法衔接功能完备性 状态估计准确性 工程可靠性有待提高 中国的电池管理系统供应商比较少 主要是一些大学 但无法实现大规模量产 863计划对国内驱动用电机逆变器相关技术发展那起到了一定的推动作用 在市场尚未成熟的情况下 863计划的经费成为了部分企业的重要资金来源国内驱动用电机逆变器产品的量产化技术还不成熟 基本处于手工加工阶段国内驱动用电机逆变器的重要生产厂家与整车厂家见形成了初步的配套关系 中国科学院电工研究所 北京中科易能新技术 北京理工大学电动车辆工程技术中心北京中纺锐力机电有限公司时光科技有限公司大连普传科技股份有限公司上海大郡自动化系统工程有限公司上海燃料电池汽车动力系统有限公司上海瑞华 集团 有限公司上海安乃达驱动技术有限公司中达电子 芜湖 有限公司南车时代电动汽车股份有限公司湘潭电机股份有限公司深圳中环动力有限公司 逆变器供应商的分布 国内供应商发展现状 通过国家863计划的推动 中国的驱动电机逆变器相关技术得到了提高 但是由于量产规模还没有形成 各企业的产品基本为手工制作 关键零部件供应 周边电气