純電動(dòng)汽車基礎(chǔ).ppt

1,新能源汽車基礎(chǔ),新能源技術(shù)中心,1,靳旭 2010-04-06,2,人 車 夢想,3,電動(dòng)汽車的分類,純電動(dòng)車,燃料電池車,混合動(dòng)力車,電能存儲系統(tǒng),電能再生系統(tǒng),電能存儲/再生系統(tǒng)+可消耗燃料,電動(dòng)機(jī),電動(dòng)機(jī),電動(dòng)機(jī)+內(nèi)燃機(jī),（蓄電池、超級電容、飛輪）,（燃料電池）,（+汽油/柴油/天然氣等）,能源種類,蓄電池+燃料電池,混合能源型,單一能源型,串聯(lián)式,并聯(lián)式,混聯(lián)式,能源組合,EV,FEV,HEV,蓄電池/超級電容,以蓄電池+內(nèi)燃機(jī)為主,零排放 正在科研階段，產(chǎn)業(yè)化尚有距離,排放程度降低 仍依賴內(nèi)燃機(jī)，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，技術(shù)難度大,動(dòng)力輸出,零排放 關(guān)鍵技術(shù)在蓄電池,本次重點(diǎn)研究對象,基本評價(jià),新能源汽車簡介,4,新能源汽車簡介,5,單一電機(jī)驅(qū)動(dòng),純電動(dòng)為未來技術(shù)發(fā)展方向，同時(shí)為其他新能源技術(shù)基礎(chǔ)； 零排放，有利于節(jié)能環(huán)保； 不受傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)資源限制； 核心技術(shù)整車控制策略VCU可自主開發(fā)；,受電池成本和比能量的限制，整車成本較高，續(xù)駛里程較短，高速性能低于傳統(tǒng)動(dòng)力； 基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)尚不完善； 安全性有待于進(jìn)一步驗(yàn)證；,優(yōu)點(diǎn)：,缺點(diǎn)：,適合于市內(nèi)中短途客貨運(yùn)輸以及上下班代步工具車等，可通過補(bǔ)電增程提高續(xù)駛里程，不適合于高速公路行駛工況。,輪轂電機(jī)驅(qū)動(dòng),成熟系統(tǒng)，成本較低，技術(shù)穩(wěn)定可靠，本方案產(chǎn)業(yè)化可行性較強(qiáng)，近期開發(fā)技術(shù)方案,技術(shù)較先進(jìn)，驅(qū)動(dòng)力控制較為靈活，車內(nèi)空間和布置自由度得到極大改善，易于應(yīng)用在傳統(tǒng)車輛中實(shí)現(xiàn)四驅(qū)，目前技術(shù)尚不成熟，不具備應(yīng)用性,純電動(dòng)技術(shù)路線分析,5,新能源汽車簡介,6,發(fā)動(dòng)機(jī),發(fā)電機(jī),電動(dòng)機(jī)/控制器,蓄電池組,整車控制器,補(bǔ)電增程與串聯(lián)混合動(dòng)力技術(shù)路線對比分析,補(bǔ)電增程,串聯(lián)混合動(dòng)力,以純電動(dòng)驅(qū)動(dòng)為基礎(chǔ)，必要時(shí)采用內(nèi)燃機(jī)發(fā)電增加續(xù)駛里程，以純電動(dòng)為技術(shù)基礎(chǔ),為提高內(nèi)燃機(jī)效率，通過內(nèi)燃機(jī)發(fā)電保證內(nèi)燃機(jī)始終工作在高效區(qū)域內(nèi)，動(dòng)力電池作為備用能量儲備單元，以內(nèi)燃機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ),技術(shù)來源,核心技術(shù),系統(tǒng)要求,內(nèi)燃機(jī)僅工作在有限的功率點(diǎn)，內(nèi)燃機(jī)控制技術(shù)相對簡單，技術(shù)可自主突破，對動(dòng)力電池同時(shí)充放電能力要求較高，核心技術(shù)依賴純電動(dòng),保持內(nèi)燃機(jī)工作在高效區(qū)域，EMS控制策略相對復(fù)雜，對動(dòng)力電池要求稍低于補(bǔ)電增程，核心技術(shù)依賴于內(nèi)燃機(jī)控制技術(shù),要求動(dòng)力電池具有一定容量，對內(nèi)燃機(jī)補(bǔ)電功率要求不高,要求內(nèi)燃機(jī)補(bǔ)電功率滿足任何工況下電機(jī)驅(qū)動(dòng)功率要求，對電池容量要求不高,補(bǔ)電增程技術(shù)相對簡單，對傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)技術(shù)依賴程度較低,新能源汽車簡介,7,EV,降低油耗、排放，提高動(dòng)力性能,找到控制參數(shù)和控制策略的修正的方法和規(guī)律，得到修正的數(shù)學(xué)模型,主要解決發(fā)動(dòng)機(jī)、電機(jī)、控制器、電池等部件熱管理的關(guān)鍵技術(shù),主要是提高各ECU的升級維護(hù)的可操作性、離線故障診斷、故障安全報(bào)警、行車等過程的邏輯控制、整車上電等CAN總線控制技術(shù)的工程應(yīng)用,開展動(dòng)力系統(tǒng)機(jī)電耦合裝置研究，實(shí)現(xiàn)動(dòng)力系統(tǒng)一體化功能,4、動(dòng)力系統(tǒng)集成技術(shù),主要解決動(dòng)力電池成組監(jiān)控管理及提高電池充電速度等關(guān)鍵技術(shù),1、動(dòng)力電池成組及管理技術(shù),6、熱管理技術(shù),7、基于CAN總線的網(wǎng)絡(luò)通訊和控制技術(shù),5、整車的試驗(yàn)及匹配標(biāo)定技術(shù),3、整車控制技術(shù),2、電機(jī)及控制技術(shù),主要開展電機(jī)系統(tǒng)應(yīng)用研究，建立電機(jī)系統(tǒng)的測試試驗(yàn)平臺,新能源汽車簡介,EV核心技術(shù)簡介,8,主控制器軟件平臺,整車控制器硬件平臺,并聯(lián)式HEV能量管理,混聯(lián)式HEV能量管理,純電動(dòng)EV能量管理,整車控制器系統(tǒng)構(gòu)成,整車控制器主要作用為協(xié)調(diào)發(fā)動(dòng)機(jī)和電機(jī)能量分配問題、整車工況模式轉(zhuǎn)換、突發(fā)事件處理以及電池能量管理協(xié)調(diào)等問題,新能源汽車簡介,9,主要功能： 整車狀態(tài)的實(shí)時(shí)獲取： 駕駛者意愿識別和控制模式判斷 動(dòng)力裝置（發(fā)動(dòng)機(jī)、電動(dòng)機(jī)）控制 和電池組的合理應(yīng)用 制動(dòng)能量的回饋儲存 整車故障的檢測和處理 控制器內(nèi)部中斷和及時(shí)的管理 外圍相連驅(qū)動(dòng)模塊的管理 輔助系統(tǒng)（制動(dòng)、轉(zhuǎn)向和空調(diào)）的控制,整車控制器的作用及功能,整車控制器控制功能示意圖,新能源汽車簡介,高可靠性、舒適性、經(jīng)濟(jì)性的控制策略的制定及實(shí)現(xiàn)。,技術(shù)關(guān)鍵點(diǎn)：,10,動(dòng)力電池主要技術(shù)要素,關(guān)鍵技術(shù),成組應(yīng)用技術(shù)研究和設(shè)備研制,關(guān)鍵材料,新能源汽車簡介,11,動(dòng)力電池的關(guān)鍵材料、關(guān)鍵技術(shù)在電池廠家積極參與下都得到了快速發(fā)展，電池單體的性能已滿足電動(dòng)汽車技術(shù)指標(biāo)的要求。然而，電池的不一致性是絕對的，一致性則是相對的。從相關(guān)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)得知，模塊電池（一般為5至10單體組合）的性能與壽命僅為單體電池性能與壽命的50%左右，若整組估計(jì)只能達(dá)到單體壽命的30%-40%，而實(shí)際車輛工況將會更惡劣。 當(dāng)前國內(nèi)絕大多數(shù)電池廠家負(fù)責(zé)電池的生產(chǎn)，對電池應(yīng)用狀態(tài)了解甚小，基本不具備成組能力，并且缺乏實(shí)車成組應(yīng)用的條件；整車廠雖具有電池成組應(yīng)用技術(shù)的條件且具備簡單的工程經(jīng)驗(yàn)，但缺乏系統(tǒng)的成組應(yīng)用技術(shù)管理，基本都是依賴電池廠家打包電池成組理念，動(dòng)力電池成組技術(shù)，成組充、放電和維護(hù)管理等成組應(yīng)用技術(shù)和設(shè)備研究沒有受到應(yīng)有的關(guān)注；使其嚴(yán)重滯后于動(dòng)力電池的發(fā)展，且制約了整車的性能。隨著電池技術(shù)的快速發(fā)展，成組應(yīng)用技術(shù)已經(jīng)突顯為制約鋰離子等新型動(dòng)力電池和電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展的首要問題。,混合動(dòng)力汽車成組技術(shù),純電動(dòng)汽車成組技術(shù),新能源汽車簡介,12,動(dòng)力電池成組技術(shù)要素及分析,動(dòng)力電池成組技術(shù)要素涉及到材料學(xué)、電化學(xué)、制造、測試、檢測、信號傳輸?shù)葘W(xué)科領(lǐng)域和工程應(yīng)用實(shí)踐，動(dòng)力電池成組技術(shù)是實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)、高效、靈活生產(chǎn)，取得理想技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果的制造技術(shù)的總稱。主要包含以下要素：,新能源汽車簡介,13,鎳氫與鋰離子電池對比,注：鋰離子動(dòng)力電池以目前應(yīng)用較廣的磷酸鐵鋰電池為例,結(jié)論：鎳氫電池在混合動(dòng)力車中還有機(jī)會，但幾乎不可能適用EV。,電池類型,新能源汽車簡介,14,簡單比較幾種技術(shù)成熟度較高的鋰離子電池正極體系,新能源汽車簡介,15,電機(jī)系統(tǒng),電機(jī)本體,電機(jī)控制器,普通電機(jī),異步電機(jī)控制器,混合動(dòng)力用盤式電機(jī),永磁電機(jī),永磁電機(jī),異步電機(jī),電機(jī)系統(tǒng)業(yè)務(wù)構(gòu)成,永磁電機(jī)控制器,注：直流電機(jī)技術(shù)成熟，控制簡單，資源豐富，不再進(jìn)行規(guī)劃分析；開關(guān)磁阻電機(jī)尚處于預(yù)研階段，技術(shù)上進(jìn)行跟蹤。,新能源汽車簡介,16,各種電機(jī)性能、控制技術(shù)和應(yīng)用趨勢,各種類型電機(jī)比較,1、異步電機(jī)目前廣泛應(yīng)用，國內(nèi)異步電機(jī)本體達(dá)到國際水平，直接采購即可。 2、永磁電機(jī)為主要發(fā)展趨勢，特別是在混動(dòng)上。永磁電機(jī)國內(nèi)外水平差距較大，國內(nèi)尚無量產(chǎn)機(jī)型，混合動(dòng)力用永磁電機(jī)目前主要靠系統(tǒng)供貨進(jìn)口解決。 包頭長安永磁電機(jī)廠、大連橫田電機(jī)廠處于國內(nèi)領(lǐng)先。比亞迪采用自行開發(fā)的永磁電機(jī)。,新能源汽車簡介,17,新能源汽車簡介,18,電動(dòng)汽車電機(jī)系統(tǒng)應(yīng)用情況 在電動(dòng)汽車（不包含低速場地車）中應(yīng)用的主流電機(jī)系統(tǒng)有異步電機(jī)和永磁同步電機(jī)兩類。應(yīng)用情況如下： 1、永磁同步電機(jī)具有較寬的橫轉(zhuǎn)矩區(qū)和恒功率區(qū)，具有較好的牽引特性，是當(dāng)前和今后電動(dòng)汽車用電機(jī)的主流。如豐田的PRIUS和本田的CIVIC混合動(dòng)力汽車。 2、異步電機(jī)也是較適合應(yīng)用于電動(dòng)汽車的牽引電機(jī)，但因其功率密度較低且效率低，因此比較適合于大型電動(dòng)汽車上應(yīng)用。,電機(jī)種類應(yīng)用狀態(tài)：美國傾向于異步電機(jī)系統(tǒng)，日本則傾向于永磁電機(jī)系統(tǒng)。異步和永磁電機(jī)系統(tǒng)在國內(nèi)當(dāng)前都屬于應(yīng)用主流，業(yè)界普遍認(rèn)為永磁電機(jī)是以后電動(dòng)車用電機(jī)發(fā)展的趨勢。 豐田和本田電動(dòng)汽車中應(yīng)用的電機(jī)系統(tǒng)已實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品化，國內(nèi)尚處在樣機(jī)或小批量試驗(yàn)階段,日美代表車型電機(jī)系統(tǒng)應(yīng)用情況：,新能源汽車簡介,19,電機(jī)控制器功能介紹,電動(dòng)汽車用電機(jī)控制器技術(shù)水平國內(nèi)外差距較大，也是制約國內(nèi)電機(jī)系統(tǒng)批量化生產(chǎn)的主要因素之一，同時(shí)控制器的性能是電機(jī)系統(tǒng)性能優(yōu)劣的關(guān)鍵，也是整車提升競爭力的關(guān)鍵，是降低電機(jī)系統(tǒng)成本的關(guān)鍵點(diǎn)之一。,新能源汽車簡介,20,電機(jī)控制器開發(fā)技術(shù)介紹,功率器件制造及保護(hù)技術(shù)： 大功率器件（IGBT，高壓大容量電容、功率二極管等）制造技術(shù)掌握在國外公司中，目前國內(nèi)應(yīng)用的全靠采購國外產(chǎn)品，是電機(jī)控制器成本的主要構(gòu)成；國內(nèi)科研院所、高校以及電機(jī)控制器廠家都停留在如何應(yīng)用和保護(hù)電路的技術(shù)狀態(tài)。,軟件控制算法：需根據(jù)整車工況匹配電機(jī)效率以及電機(jī)扭矩，協(xié)調(diào)整車控制策略開發(fā)，國內(nèi)外電機(jī)控制器的控制基本理論是相同的，為矢量控制和直接轉(zhuǎn)矩控制；但國內(nèi)控制算法在細(xì)節(jié)及智能化（參數(shù)自整定技術(shù)和系統(tǒng)熱管理技術(shù)）等高端控制處落后于國外。,電機(jī)特性測試,需建設(shè)電機(jī)系統(tǒng)測試試驗(yàn)室。,新能源汽車簡介,21,新能源汽車簡介,電機(jī)控制器程序框圖,22,新能源汽車簡介,什么是CAN ? CAN，全稱為“Controller Area Network”，即控制器局域網(wǎng)，是國際上應(yīng)用最廣泛的現(xiàn)場總線之一。最初，CAN被設(shè)計(jì)作為汽車環(huán)境中的微控制器通訊，在車載各電子控制裝置ECU之間交換信息，形成汽車電子控制網(wǎng)絡(luò)。 CAN 是怎樣發(fā)展起來的？ CAN最初出現(xiàn)在80年代末的汽車工業(yè)中，由德國Bosch公司最先提出。當(dāng)時(shí)，由于消費(fèi)者對于汽車功能的要求越來越多，而這些功能的實(shí)現(xiàn)大多是基于電子操作的，這就使得電子裝置之間的通訊越來越復(fù)雜，同時(shí)意味著需要更多的連接信號線。提出CAN總線的最初動(dòng)機(jī)就是為了解決現(xiàn)代汽車中龐大的電子控制裝置之間的通訊，減少不斷增加的信號線。于是，他們設(shè)計(jì)了一個(gè)單一的網(wǎng)絡(luò)總線，所有的外圍器件可以被掛接在該總線上。1993年，CAN 已成為國際標(biāo)準(zhǔn)ISO11898(高速應(yīng)用)和ISO11519（低速應(yīng)用）。 CAN是一種多主方式的串行通訊總線，基本設(shè)計(jì)規(guī)范要求有高的位速率，高抗電磁干擾性，而且能夠檢測出產(chǎn)生的任何錯(cuò)誤。當(dāng)信號傳輸距離達(dá)到10Km時(shí)，CAN 仍可提供高達(dá)50Kbit/s的數(shù)據(jù)傳輸速率。 由于CAN總線具有很高的實(shí)時(shí)性能，因此，CAN已經(jīng)在汽車工業(yè)、航空工業(yè)、工業(yè)控制、工程機(jī)械、安全防護(hù)等領(lǐng)域中得到了廣泛應(yīng)用。,CAN總線技術(shù),23,新能源汽車簡介,CAN總線技術(shù),CAN的作用：相當(dāng)于整車的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò),8T純電動(dòng)環(huán)衛(wèi)車CAN網(wǎng)絡(luò)簡圖,24,我們的追求：,世界知名汽車品牌！,人類因夢想而偉大,