电动汽车技术发展与展望

1、.,电动汽车发展与展望,.,电动汽车发展历史,为什么要发展电动汽车 国外电动汽车发展情况 国内电动汽车发展情况 示范运营情况,.,为什么要发展电动汽车,石化能源资源有限，根据预测，未来石油可用年限仅40年、天然气67年、煤炭 190年，而且石化能源会排放大量空气污染物与温室气体，成为环境污染与温室效应元凶；核能则使用环境限制苛刻，必须提升能源使用效率并开发新能源，促进能源永续利用； 大气污染，被称为社会一大公害，越是交通发达的国家，由汽车尾气排放的污染物越严重，根据检测分析，汽车尾气排放量已占大气污染源的85%，治理大气污染，减少汽车尾气排放是重中之重。,.,为什么要发展电动汽车,3、一辆12

2、米纯电动汽车，每天运行200公里友好是百公里40多升油，按年均运行350天计算，每辆车节油3.15万升，城市二氧化碳减排74.025吨，扣除发电排放后的综合二氧化碳排放为63%。2010年有300辆这样规模的电动客车，二氧化碳减排2.22吨，综合二氧化碳减排是1.89万吨。 由于以上原因，电动汽车就应运而生,.,电动汽车发展历史,初期发明 1830 1870 1828年，匈牙利“耶德利克”工程师最早于在实验室试验了电磁转动的动力装置。 1834年美国“达文波特”制造出第一辆直流电机驱动的电动车。1837年，获得美国电机行业的第一个专利 。 1832年至1838年之间，苏格兰人罗伯特安德森发明了

3、电驱动的马车，这是一辆使用不能充电的初级电池驱动的车辆。,.,电动汽车发展历史,中期发展 1860 1920 1884年，西门子第三代有轨电车行驶在德国 1859年法国伟大的物理学家、发明家噶斯顿普朗特发明了可充电的铅酸电池 。 19世纪末期到1920年是电动车发展的一个高峰。,.,电动汽车发展历史,电动车停滞期 1920 -1990 随着石油的开发和内燃机技术提高，电动车在1920年之后渐渐地失去了优势。汽车市场逐步给内燃机驱动的汽车所取代。随着石油资源的滚滚流向市场，人们几乎忘记还有电动车的存在。电动车的发展从此停滞了大半个世纪。,.,电动汽车发展历史,电动车的复苏期 1990 至今 世界

4、上除了已存在的能源问题之外，环境保护问题也逐渐成为了各个方面所关心重大课题，随着电机驱动、电池材料、动力电池组、电池管理等发展应用技术成熟，世界发达国家均投入巨资进行电动汽车商业化开发和应用。,.,国外电动汽车发展情况,.,美国纽约运营的混合动力城市客车,.,英国伦敦运营的混合动力城市客车,.,斯图加特燃料电池汽车,戴克燃料电池运行突破200万公里,.,国内电动汽车发展情况,我国电动汽车发展概况 我国电动汽车的研发与国外基本处于同一起跑线上，技术水平与产业化差距相差较小。“十五”期间，国家从维护能源安全、改善大气环境、提高汽车工业竞争力、实现跨越式发展的战略高度考虑，设立“电动汽车重大科技专项

5、”，通过组织企业、高等院校和科研院所等方面的力量进行联合攻关。从年起，国家在电动车领域的投资达到亿元人民币，“”计划中涉及这一领域的投资达到.亿元人民币。,.,国家对电动汽车政策支持,我国“十五”国家高新技术研究发展计划（863计划）将电动汽车以重大专项列入。 国家发展改革委员会 2004年6月1日出台了汽车产业发展政策：重点发展混合动力汽车技术和轿车柴油发动机技术。 节能中长期专项规划 （国家发展改革委员会 2004年11月25日）中指出：实施清洁汽车行动计划，发展混合动力汽车，在城市公交客车、出租车等推广燃气汽车. 建设部2004年3月6日颁布关于优先发展城市公共交通的意见，提出“争取用5

6、年左右的时间基本确立公共交通在城市交通中的主体地位”。,.,国内电动汽车发展情况,目前，中国电动汽车已经从研发阶段进入产业化阶段。2009年科技部、财政部、工业和信息化部、国家发改委共同启动了公共领域的“十城千辆”节能与新能源汽车示范推广试点工程（每年发展10个城市，每个城市推出1000辆新能源汽车开展示范运行），仅2009年中央财政对公交系统新能源汽车的补贴就达到10亿元，带动民间资本投资达85亿元，有望在2011年形成15万辆电动汽车的配套能力。目前，进入工业和信息化部车辆生产企业及产品公告内的新能源汽车生产企业已经达到60多家，新能源汽车产品已经达到240多个,.,国内电动汽车发展情况,

7、经过10多年的努力，中国取得了如下几个方面的发展。 第一、在电动汽车整车技术面，中国已经建立了拥有自主知识产权和适用于公共交通和私人用车市场的混合动力、纯电动、燃料电池动力系统技术平台，掌握了整车集成技术。企业已经开发出系列化的规模应用产品，一些产品已登上中国的汽车目录。,.,国内电动汽车发展情况,第二、在电机、电池和控制系统方面，中国已经在车用锂离子电池、车用燃料电池、车用电机等对电动汽车性能起决定性影响的零部件领域取得突破性进展，技术指标具有一定的优势，从关键零部件的研发到产业化的准备已经全面展开，并已经形成国际上最大的电动汽车零部件产业。 第三、在技术标准和检测能力方面，中国已经出台35

8、项技术标准，并且建立了车用电池、电机、整车和技术设施的检测能力。,.,国内电动汽车发展情况,第四、在基础研究方面，中国对于锰酸锂、磷酸铁锂、电池隔膜、燃料电池离子膜、轻量化制造等基础技术的研究正在有序、持续地开展。 第五、在国际合作方面，中国已经与十几个国家达成合作意向，并且与美国、德国、意大利等国家开展了实质性合作，与国外高校、研究机构开展了合作研发。,.,国内电动汽车发展情况,东风电动车辆股份有限公司 武汉示范运营的混合动力客车（单车运营里程近13万公里） 已实现批量生产能力,武汉示范运行的混合动力轿车,.,东风电动EQ6110HEV 混合动力公交车简介,EQ6110HEV 混合动力城市公

9、交大客车以成熟的11 米的低地板客车为基础车，最高车速达到72km/h。已实现批量生产能力 该车具有以下特点： 采用康明斯公司最新研制成功的 四缸共轨电喷柴油机。该发动机采用了国际上最先进的发动机技术共轨电喷技术，排放达到欧州3 号标准要求； 采用开关磁阻电机，满足了混合动力城市客车电机低速大扭矩补充动力的要求； 设计电机减速器，保证电动机与发动机之间的耦合；选用更大容量的变速箱，保证整车的可靠性； 采用Ni-MH （镍氢）电池，满足混合动力城市客车电池高功率输入、输出的要求； 创新型并联机电耦合方案，为了减少电动专用件带来成本大幅增加，不设纯电动工作模式，但是由于采用了高度洁净的欧III 柴

10、油机，这样在保证排放性能提高的情况下，仍然有较高的经济性和动力性。,.,国内电动汽车发展情况,中通客车公司混合动力客车,.,国内电动汽车发展情况,上海运营的混合动力客车,.,国内电动汽车发展情况,北京科凌电动车辆股份有限公司 -北京示范运营纯电动客车 拥有“复合励磁加增磁电动车直流电机及控制器”、“电动车锂动力电池均衡充电器”、“电动车用变频空调装置”等一批电动车关键技术专利成果,15辆采用铅酸电池的11米电动汽车,5辆采用锂离子电池的12米低地板电动汽车,.,国内电动汽车发展情况,株洲时代集团公司 株洲示范运营的纯电动公交客车 单车运行里程超过3万公里,.,国内电动汽车发展情况,天津清源电动

11、车辆有限公司 天津示范运营的纯电动中巴车,独立开发研制的具有自主知识产权的新型环保车型“幸福使者”电动汽车，达到了美国相关的汽车技术标准，成功打入国际市场，目前已出口美国100余辆。,.,国内电动汽车发展情况,山东黑豹集团有限公司 威海示范运营的电动出租车,威海示范运营的纯电动客车,.,国内电动汽车发展情况,万向电动汽车有限公司 杭州运营的纯电动轿车和纯电动大巴 按照“电池电机电控电动汽车”的发展战略，在大功率、高能量聚合物锂离子动力电池、一体化电机及其驱动控制系统、整车电子控制系统、汽车工程集成技术以及试验试制平台等方面取得了显著的成果。,.,国内电动汽车发展情况,深圳五洲龙燃料电池客车,该

12、车目前已出口菲律宾，近期还将向澳门出口第三批型号为FDG6920BG的环保巴士客车，数量为42辆,.,国内电动汽车发展情况,上汽股份研发的氢动三号，代表国内氢燃料电池汽车领先水平,金龙海格氢燃料电池汽车,.,.,.,开展示范运营城市,.,各地电动汽车示范运营成果一览,天津：清源电动车公司幸福使者电动轿车出口美国出口100余辆,杭州：截至06年2月，5辆纯电动旅游公交车、6辆纯电动轿车，在环西湖旅游线路上进行示范运营，累计行驶超过15万公里。,汕头：1998年5月，丰田汽车提供了5部纯电动汽车进行运行试验，4年多运行超过70万公里,株洲：自04年10月到05年12月，3辆纯电动和1辆混合动力公交

13、车累计运行16.13万公里，载客31.89万人次，出勤率达88.14%。,武汉：03年11月至07年5月，20台混合动力客车累计运营超过140万公里，运送乘客超过300万人次,北京：清能一号车代表中国燃料电池城市大巴的最高水平；电动汽车运行示范项目完成15辆车规模的密云区域运行试验和20辆车规模的公交专线运行试验，总运行里程超过30万公里。,.,电动汽车特点及分类,.,电动汽车的特点, 无污染，噪声低 能源效率高，多样化 结构简单，使用维修方便 动力电源使用成本高，续驶里程短,.,混合动力电动汽车,电动汽车 分 类,纯电动汽车,燃料电池电动汽车,串联式混合动力电动汽车,并联式混合动力电动汽车,

14、混联式混合动力电动汽车,铅酸电池型,镍镉电池型,镍氢电池型,锂离子电池型,维护型 （现小巴车辆使用）,免维护型,碱性燃料电池（AFC） 质子交换膜燃料电（PEMFC） 磷酸燃料电池（PAFC） 熔融碳酸燃料电池（MCFC） 固志氧燃料电池（SOFC）,电动汽车分类,.,混合动力汽车工作原理,混合动力电动汽车的动力系统主要由控制系统、驱动系统、辅助动力系统和电池组等部分构成。,.,.,.,.,纯电动汽车,工作原理：利用蓄电池作为储能动力源，通过电池向电机提供电能，驱动电动机运转，从而推动汽车前进。 目前应用的基本上是铅酸电池。,.,.,纯电动小巴基本构造,A、传动部分 B、车架 C、车桥 D、悬

15、架 E、转向系统 F、制动系统,模块化 前围 玻璃框 顶棚 材质：玻璃钢,CURTIS1209系列控制器工作额定电压48-72伏、电流限幅175A,国产电池： 保定金风帆3D-180、 镇江通达3D-210、 3D-220、 3D-190、 淄博3D-190 镇江金快乐3D-210 、3D-220等品牌，,串励式直流电机，3KW 4K和5KW系列，它励式直流电机电机5KW,.,东风电动纯电动小巴简介,该系列车的车身采用玻璃钢车身，该车身外型外观灵巧大方、动感十足底盘零部件采用成熟的汽车零部件，性能可靠、维修方便、配件供应充足，电气主要部件如加速踏板、调速器、电池均采用进口件。采用无级变速系统。

16、 该系列车目前有EQ8041/EQ8061/EQ8041-JC/EQ8041-CT/EQ8061-CT/EQ8061-JC车型,海贝：,.,东风电动纯电动小巴简介,该系列车车身造型美观、流畅、简洁、紧凑，采用电压、电流、电量表，随时检测车辆运行状况与电池的状态。 该系列车分段式模块化车身结构。最大程度的减少因意外造成的车身结构损坏的维修费用。 该车配置；东昌铜川车桥，4KW串励电机，科蒂斯控制器，48V电池。 朝阳系列车是大型小区及区域交通运营车辆首选 。 该系列有EQ8081 EQ8111-CT、EQ8111、EQ8141车型。,朝阳：,.,东风电动纯电动小巴简介,“阳光”系列车采用机械变速

17、系统，变速箱与电机通过法兰盘连接，电机输出扭矩通过一根传动轴与后桥连接驱动，变速箱采用成熟的4+1微车变速箱。 该车配置；东昌铜川车桥， 5KW它励电机，科蒂斯控制器，48伏双组电池， “阳光”系列的车动力强劲，爬坡能力强， 阳光系列车是风景区运营车辆首选 。 EQ8111PK3、EQ8141 PK3车型,阳光：,.,.,燃料电池电动汽车,基本构造：燃料电池发出的电，经逆变器、控制器等装置，给电动机供电，再经传动系统、驱动桥等带动车轮转动，就可使车辆在路上行驶。 燃料电池燃料电池从外部上看有正负极，内部有电解质等，但它不是一个能储存电能的“蓄电池”，而是一个化学“发电厂” 它将化学能直接转化为

18、电能 汽车用燃料电池（FC）研究最多、最成功的是质子交换膜燃料电池。,.,工作原理：将氢气送到燃料电池的阳极板（负极），经过催化剂（铂）的作用，氢原子中的一个电子被分离出来，失去电子的氢离子（质子）穿过质子交换膜，到达燃料电池阴极板（正极），而电子是不能通过质子交换膜的，这个电子，只能经外部电路，到达燃料电池阴极板，从而在外电路中产生电流，电子到达阴极板后，与氧原子和氢离子重新结合为水。由于供应给阴极板的氧，可以从空气中获得，因此只要不断地给阳极板供应氢，给阴极板供应空气，并及时把水（蒸气）带走，就可以不断地提供电能。,.,各种电汽车的特点,.,电动汽车与内燃机汽车比较,.,基本组成,1.车载

19、电源 2.电池管理系统 3. 驱动电动机 4. 控制系统 5. 车身及底盘 6. 安全保护系统,.,基本组成,1. 车载电源 组成 以动力电池组作为车载电源，用周期性的充电来补充电能。 重要性 动力电池组是EV的关键装备，储存的电能、质量和体积，对EV性能起决定性影响，也是发展EV的主要研究和开发对象。 EV发展的症结在于电池，电池技术对EV的制约仍然是EV发展的瓶颈。 建立充电站系统、报废电池回收和处理工厂，是推广EV的关键问题。,.,基本组成,2.电池管理系统 管理 对动力电池组充电与放电时的电流、电压、放电深度、再生制动反馈电流、电池温度等进行控制。 个别电池性能变化后，会影响到整个动力

20、电池组性能，故需用电池管理系统来对整个动力电池组及其每一单体电池进行监控，保持各个单体电池间的一致性。 充电 动力电池组必须进行周期性的充电。高效率充电装置和快速充电装置，是EV使用时所必须的辅助设备。可采用地面充电器、车载充电器、接触式充电器或感应充电器等进行充电。,.,基本组成,3. 驱动电动机 驱动电动机是驱动EV行驶的唯一动力装置。 类型 直流电动机、交流电动机、永磁电动机和开关磁阻电动机等。 再生制动 再生制动是EV节能的重要措施之一。制动时电动机可实现再生制动，一般可回收10%15%的能量，有利于延长EV行驶里程。 在EV制动系统中，还保留常规制动系统和ABS制动系统，以保证车辆在

21、紧急制动时有可靠的制动性能.,.,基本组成,4. 控制系统 EV的控制系统主要是对动力电池组的管理和对电动机的控制。 将加速踏板、制动踏板机械位移的行程量转换为电信号，输入中央控制器，通过动力控制模块控制驱动电动机运转。 计算动力电池组剩余电量和剩余续驶里程。 对整车低压系统的电子、电器装置进行控制。 采用各种各样的传感器、报警装置和自诊断装置等，对整个动力电池组功率转换器驱动电动机系统进行监控并及时反馈信息和报警。,.,基本组成,5. 车身及底盘 车身 EV车身造型特别重视流线型,以降低空气阻力系数。 底盘 由于动力电池组的质量大，为减轻整车质量，采用轻质材料制造车身和底盘部分总成。 动力电

22、池组占据的空间大，在底盘布置上还要有足够的空间存放动力电池组，并且要求线路连接、充电、检查和装卸方便，能够实现动力电池组的整体机械化装卸。,.,基本组成,6. 安全保护系统 高压安全 动力电池组具有高压直流电，必须设置安全保护系统，确保驾驶员、乘员和维修人员在驾驶、乘坐和维修时的安全。 故障处理 必须配备电气装置的故障自检系统和故障报警系统，在电气系统发生故障时自动控制EV不能起动等，及时防止事故的发生。,.,电动汽车发展现状,从理论上分析，电动汽车的使用成本应大大低于燃油汽车，理由是： 能源消耗费用低 维修费用低 但是，目前没有发挥这个优势，相反运行费用也偏高，其原因为： 维修难度大，维修费

23、用高 车辆使用效率低 电池损坏多 基础设施投入大,.,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

24、。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%,.,电驱动的结构演化,M电机,M电机,M电机,M电机,M电机,M电机,C离合器,D差速器,FG固定速比变

25、速箱,GB变速箱,D差速器,D差速器,FG固定速比变速箱,FG固定速比变速箱,FG固定速比变速箱,.,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

26、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，简化传动机构，提高传动系统的效率和可靠性；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

27、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： 一体化多档机械式自动变速器AMT,.,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

28、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,.,高能量高功率电源将不断出现，如天津周国泰院士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5万次，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,.,电动汽车推广的主要问题,电动汽车是未来解决能源和环境危机的必然方向，但是现在在推广上遇到了许多问题： 电动汽车的突出问题之一就是价格贵 电动汽车研制费用太高 生产成本偏高 电池费用较高 运行经济效益无明显优势 以上5点是目前电动汽车无法大范围推广,.,电动汽车应着重解决的问题,从试验示范区的经验看，目前推广电动汽车还存在诸多问题，需要我们去解决：