电动汽车技术展望

林程教授北京理工大学电动车辆国家工程实验室2011年9月8日北京,电动汽车技术展望,整车技术展望电动化部件技术展望电源系统技术展望电动汽车应用战略思考,内容提纲,整合资源，形成高水平的电动汽车整车动力系统平台。摆脱电动汽车改装车的研究开发思路，发展和形成现代电动车辆的整车系统集成体系，研发高性能的电动车辆整车产品。,总体方案,总体设计,节能技术,底盘与动力平台技术,总线网络综合控制技术,总体技术,电动车辆整车,系统控制,能量源应用与管理,高效节能,系统集成,成组应用,安全应用,动力电池组,整车技术展望,结构轻量化的必要性,电动汽车的总质量越大，消耗的功率和能量越高，它们之间呈线形比例关系。增加电动汽车上的电池数量，一方面可以增加电动汽车的总能量储备和续驶里程，另一方面也将大大增加电动汽车的总质量，又会增大电动汽车的能量消耗，降低电动汽车的续驶里程。电动汽车在装备合理电池容量条件下，整备质量会提高20%，从而降低有效载荷。,轻量化途径,采用轻质材料，比如铝合金车身结构。纯电动客车采用铝合金车身轻量化全承载结构，比同类型钢制车身减重约。提高电池比能量，合理匹配电池容量。现有电池技术条件下，一般商用车的电池系统重量应在车辆总重的10-15%比较合适，乘用车为20-25%,整车技术展望电动化部件技术展望电源系统技术展望电动汽车应用战略思考,内容提纲,电驱动的结构演化,单电机或多电机驱动,电动汽车如果采用双电机或者四个电机驱动，由于每个电机的转速可以有效地独立调节控制，实现电子差速，不用机械差速器。如由三个微处理器组成的电子控制器，其中两个分别控制左右两个电机，另一个用于控制与协调，通过监测器来监视彼此的工作情况以改善其可靠性。多电机协调驱动控制具有提高驱动效率，易于实现整车的主动安全控制，实现空间的合理布置，是电动汽车必然的发展方向。,新型双电机防滑驱动系统（乘用车）,双高速电机和二级减速器组合式结构并采用半轴传动；在减速齿轮箱内安装了一个防滑差速装置，该装置中的主被动元件分别与两侧车轮的减速齿轮刚性连接，元件之间为柔性连接。,新型双电机驱动机电耦合系统（商用车）,双电机耦合驱动方案与单电机加机械式自动变速器（AMT）的方案相比，具有以下几个优点：由耦合器取代变速箱，可以简化传动机构，提高传动系统的效率和可靠性；通过双电机配合实现车速控制，消除了换挡冲击，提高了车辆舒适性；通过双电机控制可以实现不同工况下对驱动系统的要求（单电机工作模式和双电机工作模式），提高电机系统的工作效率；避免了机械式自动变速器（AMT）的齿轮换挡的控制和制造难题；,高功率密度车用永磁同步电机将得到大量使用。功率密度高：2.5kW/kg系统效率高：效率大于80%的高效工作区90%,系统额定点效率95%响应速度快：由最大驱动力变为最大制动力响应时间15ms,电驱动系统趋势,技术特点：实现了电驱动动力传动的一体化设计；无离合器结构设计；换挡过程的自动化控制。,动力传动系统：一体化多档AMT变速箱,传统高效区,动力传动系统效率匹配曲线,动力性试验加速时间统计,不同挡位下能耗对比图（单位：kWh/km）,能耗降9%,实施效果：,动力传动系统：一体化多档AMT变速箱,重点开发可靠、完善的高效电动化部件、高效高能量密度一体化电驱动系统产品，包括电动气泵/真空泵、电动油泵，电动空调等等。实现转向/制动助力系统的独立电控甚至电动，提高能量使用效率。,电驱动部件技术展望,车用电动变频空调技术,空调的能耗占到整车能耗的1/3，传统车用空调压缩机与发动机皮带连接，受发动机工况影响大。采用新型的电动空调技术，节能减排效果优良。,电驱动涡旋压缩机，降低噪声，解决了制冷剂泄露问题。采用变频设计和总线智能控制，提高效率；与同等规格车用传统空调相比：节能15左右，噪音低5dB。,卧式涡旋压缩机工作原理,活塞式压缩机能效比2.5W/W涡旋式压缩机能效比3.3W/W,不同种类压缩机性能比较,整车技术展望电动化部件技术展望电源系统技术展望电动汽车应用战略思考,内容提纲,高能量高功率电源将不断出现，如天津周国泰院士近日推出的高能镍碳超级电容器，体积和重量比容量是目前车用超级电容器的10倍，已接近锂离子动力电池比能量的三分之二。循环寿命可达50000次，可快速充电。,电池材料技术展望,电池箱系统必须具备防尘、防水、防火、热管理、对车体绝缘等关键技术。应安装独立报警系统（如烟尘报警器）。,对于支持快速更换的电池箱系统，应实现标准化和系列化设计。电池箱系统应实现浮动定位，自动快速插接，并实现更换过程中动力线、通讯线同步自动插接。,动力电池成组技术,电源系统的结构演化,所选用的蓄电池应该能提供足够高的比能量和比功率,两种不同的蓄电池，其中一种能提供高比能量，另外一种提供高比功率,燃料电池能提供高的比能量但不能回收再生制动能量，因此最好与高比功率且能高效回收制动能量的蓄电池结合在一起使用,带小型重整器的电动汽车的结构简图，燃料电池所需的氢气由重整器随车产生,当用蓄电池与电容器进行混合时，所选的蓄电池必须能提供高比能量，因为电容器本身比蓄电池具有更高的比功率和更高效回收制动能量的能力,超高速飞轮是具有高比功率和高效制动能量回收能力的储能器。超高速飞轮与具有两种工作模式（电动机和发电机）的电机转子相结合，能够将电能和机械能进行双向转换。所选用的蓄电池应能提供高比能量。飞轮最好与无刷交流电机结合使用，在蓄电池和飞轮之间加一个ACDC转换器。,一体化电源系统,多种类型的能量源耦合方式：电池+电容：超级电容增程型车，电电混合型车电池+发动机：Plug-in型混合动力车，增程型车能量型电池+功率型电池：燃料电池车，金属空气电池车电源一体化设计：电机控制器升级成为电源平台，集成DC/DC，DC/AC甚至充电器等功能，共用结构框架、冷却系统和通讯模块。形成单一整车电源平台，提供统一高/低压电源，并进行管理。,整车技术展望电动化部件技术展望电源系统技术展望电动汽车应用战略思考,内容提纲,质量比能量(Wh/kg),低速电动车,质量比功率(W/kg),电动商用车,电动乘用车,现阶段电动汽车锂电系统性能需求,1000,500,1500,2000,0,30s过载能力(倍),低速电动车,功率密度(W/kg),电动商用车,电动乘用车,现阶段电动汽车电机性能需求,2.5,国内纯电动车用锂电技术现状（3年15万质保）,国内纯电动车用电机技术现状,电动汽车对零部件技术要求对比,2500,3000,3,公交、市政车辆优先：运力高效、节能减排效果显著、受益面宽、普惠百姓；便于组织和维护保养；小型纯电动汽车：优先研发高水平的城市A0级小型纯电动汽车作为家庭的日常出行用车。100km/h最高车速，100