增程式电动汽车用微型涡轮增压发电动力总成及能量回收系统+鸥瑞智诺能源科技(北京)有限公司

附件22015年度社发领域储备项目情况简表课题名称增程式电动汽车用微型涡轮增压发电动力总成及能量回收系统承担单位鸥瑞智诺能源科技（北京）有限公司总经费：万元250拟申报科技经费：万元50计划实施期2014年1.月2016年12.月承担单位及负责人朱 文 凯所属领域社会发展领域首都蓝天行动项目类型高端装备（产品）研制项目相关领域支持情况无以下均为必填项一、 立项必要性与前期基础（简要说明课题立项背景、意义，前期工作基础等。） 国家发展和改革委员会于 2004 年6 月正式颁布实施汽车产业发展政策。其中提到，“国家引导和鼓励发展节能环保型小排量汽车.汽车产业要结合国家能源结构调整战略和排放标准的要求，积极开展电动汽车、车用动力电池等新型动力的研究和产业化，重点发展混合动力汽车技术和轿车柴油发动机技术”。2009年国家启动“十城千辆”电动汽车计划，2 月5 日, 国家财政部公布了由该部和科技部出台的节能与新能源汽车示范推广财政补助资金管理暂行办法。2012 年4 月，国家发改委正式颁布新能源汽车发展规划，正式明确将优先发展纯电动汽车、增程式混合动力汽车、混合动力汽车等技术及相关系列产品。 混合动力是新能源汽车现有的技术和产品，纯电动汽车和燃料电池汽车将是新能源汽车的最终发展形式，增程式电动汽车是介于两者之 间的一种承前启后的技术和产品，现阶段具有最佳的性能价格比和产业化优势，易于汽车产业和广大消费者所接受。 在混合动力汽车领域，国外汽车企业，特别是以丰田、本田、日产为代表的日本汽车企业在技术上占据领先地位，在混合动力汽车相关技术方面几乎进行了专利的全面覆盖。通用汽车公司在推出双模式混合动力技术后，也在该领域迅速进行专利覆盖。丰田公司从1997年开始在我国提交混合动力汽车领域的专利申请，2003-2004年申请专利数量为44件，2005年达到66件。丰田公司比以往更加重视对进入中国市场的先进技术的专利保护工作，截止到目前为止，丰田公司在中国申请的混合动力汽车的专利已超过400件，几乎在混合动力汽车的所有领域均进行覆盖。 在这种情况下，纯电动汽车技术成为了美国和中国的首要发展目标。但目前用于纯电动汽车的电池技术还有很多问题没有解决，再加上成本居高不下，短时间普及纯电动汽车还有很大的难度。 我国在稀土材料、电池技术及产业方面具有得天独厚的资源和产业优势，为增程式混合动力汽车的发展奠定了有利的基础。本课题提出基于微型涡轮增压发电机和铁锂电池的增程式混合动力总成系统，比现有的常规发电机配合镍氢电池系统的动力总成具有更大优势。微型涡轮动力系统具有尺寸小、重量轻（比能量密度高）、启动迅速、发电品质优良、适用多种燃料（如使用天然气、轻或重柴油等燃料，排放好）等优点；铁锂电池具有成本低、安全性好、循环寿命长（5000次以上循环）。本项目以车用涡轮增压器为核心机、高速永磁发电机与电子控制系统，形成一个以涡轮增压器为核心机的分体式微型涡轮动力系统，配合铁锂电池储能系统、制动能量回收系统，实现涡轮发电、电池储能、驱动电机的总成、制动能量回收的整体系统功能的目标，为现有电动汽车提供优质可靠、能量密度高、成本低、寿命长、能效高的动力总成系统，对我国电动汽车技术及产业的发展具有重要意义。 申请者项目成员长期从事机械、机电一体化、电池、汽车制造的教学、科研、生产相关产品开发实践。从2001、2002、2003、2007、2008、2010 年先后5 次参加或参与“863”等电动汽车、锂离子电池等相关课题的研究和开发，并参与相关企业的电动汽车样车的研制和试制（奇瑞、长城、海马、福田、通用）。取得了一系列创新性成果，技术基础如下： 微型涡轮技术已有的基础： （1） 单级压比3.5 以上的离心式压气机叶轮设计技术； （2） 径流涡轮、混流涡轮、可变几何截面涡轮设计技术； （3） 三维设计，逆向、三元流场计算及强度计算能力； （4） 叶轮机械结构设计技术； （5） 涡轮增压器转子动力学与轴系设计技术；（6） 涡轮增压器混合陶瓷球轴承设计与应用技术涡轮增压器性能试验测试技术。 与国内相关单位联合研制出发电功率为 18KWe 的单轴式微型燃气轮机车辆辅助动力装置样机(如上图所示)，主要技术参数： （1）发电功率为 18KW； （2）涡轮转子转速为 520002600 转/分； （3）轴流涡轮直径 144.8mm，离心式压气机叶轮直径143mm，压气机流量0.5Kg/S，压比3.4； （4）发电/电动机额定转速为5735 转/分。 铁锂电池技术已有的基础： (1) 开发出比容量密度达到130Wh/Kg 的大容量铁锂电池，单体电池100 安时； (2) 功率性铁锂电池可实现10C 充放电，即6 分钟充电80%，查新报告显示，国内外未见类似报道； (3) 超常循环寿命，5-10 安时以上成品电池2C 充2C 放的循环2267 次全充全放深循环，容量还剩余92.6%。 电动汽车整车技术已有的基础： (1) 参与奇瑞汽车三款电动汽车的研制（ 863-2001AA 、863-2002AA、863-2002AA）； (2) 参与海马混合动力轿车样车研制； (3) 参与福田电动大巴样车研制； (4) 参与美国通用Volt 混合动力汽车的电池动力系统开发。 目前已获发明专利授权一项（7.1 回收充电电流正比于制动电压变化的制动能量回收系统），受理发明专利申请三项。二、课题目标（采用量化指标描述） 本课题提出基于微型涡轮增压发电机和铁锂电池的增程式混合动力总成系统，比现有的常规发电机（柴油和汽油发电机）配合镍氢电池系统的动力总成具有更大优势，同时可以打破现有国外品牌在混动动力领域的专利封锁，为产业化做好技术上的准备。开发以电动汽车用微型涡轮发电驱动电机和磷酸铁锂离子动力电池组为核心的增程式电动汽车动力总成装置（体积小重量轻功率密度高，发电品质高适合电池充电，多种燃料-油、气，排放好环保）系列产品，可实现纯电动与混合动力两种动力模式，燃料适用性范围广，掌握动力总成装置核心设计与集成控制技术、制动电力回收技术，并得到产业化应用。可靠性和技术性能指标达到国际同类产品的先进水平。同时本项目将以降低电动汽车在道路行驶过程中的能源消耗和提高转换效率为主，同时研究纯电动或混合动力模式下，电动汽车的制动能量回收技术，尽可能大地回收制动机械能，尽可能大地利用资源，降低成本。通过对动力总成方案模块化、产业化的研究，加快实现产业化应用。课题起止时间 主要工作内容及阶段目标2014 年 1 月 - 2014 年 7 月 1.电机匹配测试及发电特性检测；2.锂离子电池设计及充放电测试；3.电机控制器及电池管理系统设计及匹配。2014 年 8 月 - 2015 年 2 月 1.电机与电池总成样机设计及加工；2.动力总成装置样机测试；3.动力总成运行检测。2015 年 3 月 - 2015 年 8 月 1.不同燃料下电机特性及发电、充电特性；2.动力总成系统优化；3.制动条件下，回收充电参数设计及样品。2015 年 9 月 - 2016 年 2 月 1.动力总成装置装车实验；2.动力总成装置制动能量回收；3.动力总成系统模块化。2016 年 3 月 - 2016 年 8 月 1.模块化动力总成整车测试；2.实际道路行车动力总成测试及制动能量回收；3.模块化动力总成定型。2016 年 9 月 - 2016 年 12 月 1.模块化动力总成样品生产；2.模块化动力总成装置批量化应用。三、研究内容（分条写，写明为实现目标所做工作内容） 本课题以微型涡轮增压发电机配合锂离子电池组和制动回收储能系统，形成模块化动力总成，达到电动汽车增程和制动能量回收的目的。其主要研究内容：1)动力总成装置包括电驱动系统匹配和性能优化研究、电动化总成的研制、电动化系统的匹配优化和集成。(a)电驱动系统匹配和性能优化研究：开展电驱动系统不同构型方案的比较和优选，进行电机串联驱动方案的分析和设计工作，完成动力总成装置的设计和试制，完成电机驱动系统的试制和试验评估。完成驱动电机系统和电池系统的参数匹配和设计，机械和电气接口的定义。完成驱动电机动态测试系统的研制，开展电机在实际动态运行条件下的转矩响应、驱动和制动状态切换过程的瞬态响应特性、制动回馈过程转矩响应和能量效率特性等研究。结合电动轿车实际运行工况，结合台架试验开展动力电池组在频繁充放电条件下的充放电效率特性研究。(b)动力总成的研制：转向/制动电动化总成中电机不同方案的比较和优选；转向/制动电动化总成的测试规范制定和性能考核。2)动力总成装置的双向高效控制技术，包括发电效率、输出、充电与放电、电源管理与动力输出控制。动力总成系统的匹配优化和集成，整车 TTCAN 网络通讯和控制协议、各个零部件控制对象稳态和瞬态特性的获取、控制器的整车能量管理和功率分配算法；根据电动汽车行驶工况调查结果，开展动力性能仿真分析和校核工作；在电机和动力电池台架动态特性研究的基础上，利用硬件在环仿真和台架车开展电动化底盘优化匹配研究；研究电磁噪声的传播路径和特性，建立噪声源及其传播路径的电路模型，寻找控制电气设备及电缆之间的分布参数和电磁干扰传播的方法。3)电制动能量回收控制技术，包括不同工况下脉冲电流的生成机制、稳态特性及其充电算法与电力输出方法。制动能量回馈系统耦合方案、安全性与可靠性的研究；制动能量回馈系统能量管理与协调控制策略的优化；制动能量回馈硬件在环试验技术研究，制动能量回馈对整车能源利用的贡献不低于5。4)动力系统平台的集成与考核。(a)平台台架总体设计：总体参数、模块造型的概念设计；匹配方案和总布置设计。(b)平台样车工程化集成：动力系统平台车动力总成系统集成与测试；动力系统平台车高压电气系统集成。(c)样车试制与试验:按照电动轿车测试规范进行性能第三方测试；样车单车不少于 1000 公里的路试。在现有微型涡轮增压电机、安全型铁锂电池、纯电动轿车开发项目研究成果的基础上，以动力系统、制动能量回收系统、整车控制系统三大系统为重点开展研究，进一步提高电机+电池动力+电制动系统技术平台的动力性、经济性，突破可靠性、热管理和电磁兼容等关键技术，掌握微型涡轮增压电机+电池动力系统技术平台集成和控制核心技术，建立具有自主知识产权的增程式动力总成系统公共技术平台，促进整车的产业化和零部件体系的建立。选定 5 人座小轿车为技术载体，通过动力系统技术平台的模块化和通用化设计与集成，开发出3 辆动力总成系统基本型样车（平台车），为示范型样车（示范车）提供系统成套的动力系统方案。其中平台车的主要技术指标达到如下要求。(1)开发动力系统技术平台关键核心技术（底盘系统、整车控制系统、混合动力系统、安全性技术、耐久性技术、经济性技术），并将成果分别体现在试验车上，提交相应的测试结果与研究报告。(2)集成 3 套动力总成系统，进行性能检测与考核，应用于平台车和示范车（小轿车2 辆）的研制与开发；提交研制和测试报告。(3)完成电机+电池+制动动力系统技术平台车3 辆；并提交国家级检测中心出具的平台车检测报告（经济性使用中国典型城市道路测试工况）。(4)新建基于 TTCAN 的整车控制系统试验研究平台、电池安全性试验研究平台、制动能量回馈测试平台。主要技术参数：1）额定功率15KWe，油和电结合模式下，续航里程500 公里，其中纯电动模式下续航里程150 公里；2）涡轮发电机最高转速：34 万转/分；3）制动电力回收效率：5-10%；4）发电效率：18%22%；5）燃料：天然气、液化石油气、柴油等。形成58 项专利技术或专有技术，提出相关技术规范与标准；样机的技术性能指标、可靠性符合国家相关标准要求并满足配套车辆要求；完成10 台生产及整车示范应用。四、预期效益（简要说明经济效益、环境及社会效益等）(1)经济指标 (1)高能效比的涡轮增压发电机技术，能效比传统车用发电机（汽油机、柴油机）高15%，同时体积和重量小10%；(2)燃料适用性范围广，可使用柴油、汽油、天然气、液化石油气、乙醇等，大大拓展了混合动力电动汽车的使用性；(3)发电品质稳定，制动电力回收，能效比比传统汽油机、柴油机发电机高15%左右；(4)铁锂电池安全性能好、容量大、能量密度高、动力总成模块化。项目产品成熟后，按每年销售1000 套，每套6 万元计算，年销售收入达到6000 万元。利润达到2200 万元(2)社会效益节能减排、成本低、可靠性好、续航里程长的电动汽车必将给环境和消费者带来双赢的选择，社会效益明显。综合混合动力电动汽车、增程式电动汽车、纯电动汽车和储能系统等产业，则未来10 年内全球电动汽车市场规模将超过5000 亿美元/年，预计增程式电动汽车的份额40%，即2000 亿美金/年。根据日本行业协会今年的调查显示，这个市场的今后三年将大规模增长，其总量会逐步超越全球半导体产业。本项目微型涡轮增程式动力总成系统的研发和应用，从减轻大气环境污染，提高电动汽车的能效，推动汽车产业进步和能源的多样化，具有重要的社会意义。五、承担单位、组织分工及负责人简要情况（1.如申报单位是企业，应说明企业成立时间、隶属关系，技术实力，员工数量，注册资本、最近两年营收规模，利润，税收，科技研发投入； 鸥瑞智诺能源科技(北京)有限公司（Original Energy Technology Beijing Inc.）（简称“OE”）致力于研究和利用自然界本身已经存在的可再生能源，开发新型能源技术、产品及系统解决方案等，主要研发、制造和销售锂离子电池、硅能电池、汽车动力总成系统、能源管理系统、光伏/风力发电储能系统（离网和并网）等，广泛应用于电动汽车、电动工具、储能设备、风力发电和太阳能发电、照明、楼宇、公共设施等，为客户提供绿色动力，改善人类生活，帮助全球客户和合作伙伴取得成功。 OE具有较强的科研和开发能力，多次承担国家“863”、“973”计划重大科研项目，获多项发明专利。OE参与制订了中国“锂离子电池通用标准”，是中国电源工业协会副理事长、中国汽车工程学会电动车分会理事、北京市电源协会会员、北京市新能源汽车产业联盟成员、中华环保联合会新能源与电动汽车储能电源系统行业委员会的副理事长单位、中国电源产业创新技术联盟会员。与联想集团合作，OE加入到智慧城市建设的行列。 公司下设有天津工厂（鸥瑞智诺能源科技（天津）有限公司）、河北工厂（河北中智电池有限公司）、江西公司（鸥瑞智诺能源科技（江西）有限公司）、广东OEM基地，多项产品已通过“CE”、“RoHS”、“UN38.3”、“UL1642”等国际测试认证，客户遍及国内外。 OE是青岛奥柯玛、唐骏欧玲汽车集团的核心供应商，是天威新能源、比亚迪新能源的战略合作伙伴。客户有：中电电气集团、海马汽车、长城汽车、北汽福田、重庆力帆、钱江摩托、青岛澳柯玛、印度Hero、美国Segway、美国通用汽车、意大利NRG等。OE的前身是于2007年12 月成立的“北京安华联合能源”，重组后成立于2010年, 现有员工200多人, 累计投资9200万（其中OE北京注册资本300万元、OE天津注册资本5000万元、OE江西注册资本3000万元、入股河北中智900万元）, 2012年和2013年综合营业收入分别为7860万和13100万元，其中2013年和2014科技研发投入分别为950万和1100万元，占主要营业收入的15%