电动汽车讲座(李开国1)

交流人：李开国中国汽车工程研究院新能源汽车的技术发展交流提纲电动汽车发展的历史沿革1发展电动汽车的战略意义2电动汽车的主要产品形态3电动汽车的关键技术国外典型车型技术解析54总结与展望26电动汽车的历史沿革第一辆电动汽车在1881年由法国人古斯塔夫特鲁韦制造。它是一辆搭载铅酸电池和0.1马力的直流电动机的三轮车。整车加上驾驶员的总重大约160公斤。每小时15公里的速度和16公里的续航里程并不能引起消费者的兴趣。此后的20年是电动汽车和汽油车竞争的年代。当时的电动汽车达到32公里/小时，续航里程40公里，成功地投入到出租车的商业运营中。福特的T型车流水线生产，使燃油油车价格从1909年的850美元降到了1925年的260美元，加速了电动汽车的消失。到20世纪30年代，电动汽车几乎消失了。上世纪60年代和70年代，环境问题又重启了电动汽车的研发，但是续驶里程和性能始终没有突破。上世纪80年代和90年代初，市场上投放了一些电动汽车，如通用公司的EV1和标志汽车公司的106电动汽车。虽然有不少的进步，但是在续驶里程和性能上仍然不能和汽油汽车相竞争。电动汽车的历史沿革交流提纲电动汽车发展的历史沿革1发展电动汽车的战略意义2电动汽车的主要产品形态3电动汽车的关键技术国外典型车型技术解析54总结与展望26TransportationRail,2.2%Air,8.7%HeavyDutyVehicle,21.0%LightDutyVehicle,64.0%Marine,4.1%PetroleumConsumptionbyEnd-UseSectorCommercial,1.8%Transportation,66.8%ElectricUtilities,2.6%Industrial,24.5%Residential,4.3%发展电动汽车的战略意义发展电动汽车的战略意义2050年的供需缺口相当于2000年产量的两倍引自美国DOE2001全球57%的石油消费在交通领域（其中美国达到67%）。预计到2020年交通用油占全球石油总消耗的62%以上。世界石油供不应求推动油价持续走高。供需缺口美国04年石油消费8.8亿吨,其中一半被汽车消耗发展电动汽车的战略意义8中国二氧化碳排放总量/亿吨2000200520102015202030.4国际能源署预测2004年超过欧盟2007年超过美国成为最大排放国160.8中国2020年目标值40%96.5乘用车32%商用车68%4%2005年2020年乘用车41%商用车59%8%依据1991年以来汽车工业增加值占GDP比重的变化得到2020年CO2占比石油缺口：2.3亿吨汽柴油中国的CO2减排压力同样使发展中的汽车产业面临巨大的石油缺口发展电动汽车的战略意义发动机怠速停车2.00%附件1.50%发动机损耗58.90%传动系损耗2.61%空气阻力15.10%滚动阻力17.89%制动2.00%37.60%34.99%公路牵引车典型循环工况能量平衡100.00%燃料能量发展电动汽车的战略意义怠速启动混合动力电动汽车制动能量回收混合动力电动汽车发动机工作点优化混合动力电动汽车发展电动汽车的战略意义发展电动汽车的战略意义传统汽油车电动汽车混合动力电动汽车燃料电池电动汽车油井到油箱WTT88268858油箱到车轮TTW16803250综合效率WTW14.0820.828.1629发展电动汽车的战略意义发展电动汽车的战略意义发展电动汽车的战略意义2008前2010前后2015前后2020前后2030以后日本美国德国技术和市场准备2,000EV/PHEV20,000充电站开始商业化115,000EV/PHEV150,000充电站市场容量增长期1,000,000EV/PHEV750,000充电站下一代HEVPHEV常规通勤电动汽车全功能电动汽车技术验证社会验证初始进入市场一定市场占有率技术验证技术验证初始进入市场社会验证初始进入市场一定市场占有率技术评估锂电池研发PEEM研发车辆效率测试与验证生产工艺研发研发计划发布设计样本电池设计改进电池可行性研究发展收购决定测试测试权衡硬件决定空气冷却系统原模高速IPM和IPM原模高温变频器+DC/DCHEV和FCV的DC/DC无极变速器+发动机+发电机+变频器+热量各国电动汽车发展技术路线图发展电动汽车的战略意义日本丰田德国大众美国通用中国长安法国雷诺为实现2015年前部署100万辆电动汽车的目标，美国能源部2011年2月发布了《2015年前部署100万辆电动汽车》分析报告，设定了确保该目标实现的多种措施。同年9月，美国能源部发布了该机构成立以来的首份《四年技术评估报告》，陈述了美国中长期能源技术研发战略，提出未来电动汽车和电网现代化改造将优先得到资助。发展电动汽车的战略意义2011年德国联邦经济技术部、联邦交通部、联邦环保部、联邦教研部共同启动了“电动汽车展示”项目，该项目主要是电动汽车的大规模区域示范和试点活动，结合了电动汽车发展中最新的创新元素，以提高德国电动汽车的国际影响力。“电动汽车展示项目”在联邦范围内的启动，是德国联邦政府在2011年5月18日通过的《电动汽车政府计划》的一个重要措施。发展电动汽车的战略意义2010年5月，日本经济产业省公布了“新一代汽车战略2010”，为日本汽车业设定的总体战略目标是“使日本发展成为新一代汽车的研发中心”。日本政府将电动汽车和混合动力汽车等定义为“新一代汽车”，并以国家的名义要求日本各汽车企业加大对“新一代汽车”的研发与生产投入。该战略随后就被纳入日本的国家新一轮经济发展计划。发展电动汽车的战略意义2010年9月8日，中国国务院审议并原则通过《国务院关于加快培育和发展战略性新兴产业的决定》，确定新能源汽车为国家7大战略性新兴产业之一。2011年，我国已将电动汽车技术发展列入“十二五”专项规划，将科技创新引领与战略性新兴产业培育相结合，致力于制定国家电动汽车科技发展战略。发展电动汽车的战略意义十一五863计划《节能与新能源汽车》重大项目“十五”863计划《电动汽车》重大科技专项十二五《电动汽车》重大科技产业化工程燃料电池汽车混合动力汽车纯电动汽车动力电池系统电机驱动系统能源管理模块燃料电池发动机整车标定和匹配燃料电池整车技术DC/DC变换器动力电池系统电机驱动系统能源管理模块整车标定和匹配纯电动车整车技术动力电池系统电机驱动系统能源管理模块发动机和传动整车标定和匹配混合动力整车技术机电耦合技术ISA/ISG技术多能源动力总成控制系统电机驱动系统和控制单元动力电池和电池组管理系统发展电动汽车的战略意义多能源动力总成控制系统发展电动汽车的战略意义以纯电驱动为我国汽车工业转型的主要战略取向，加快培育和发展新能源汽车产业，重点推进纯电动汽车、插电式混合动力汽车产业化。以快速降低汽车燃料消耗量为目标，大力推广普及节能汽车，提升汽车产业整体技术水平。以整车为龙头，培育并带动动力电池、电机、汽车电子、先进内燃机、高效变速器等产业链加快发展。以加快充电设施建设为重点，同时做好市场营销、售后服务以及电池回收利用，形成完备的产业配套体系。交流提纲电动汽车发展的历史沿革1发展电动汽车的战略意义2电动汽车的主要产品形态3电动汽车的关键技术国外典型车型技术解析54总结与展望26电动汽车的主要产品形态纯电动汽车混合动力电动汽车燃料电池电动汽车电动汽车的主要产品形态-纯电动汽车纯电动驱动电驱动的结构形式纯电动汽车充电设施纯电动汽车现状和趋势电子控制器逆变器电机固定速比变速器和差速器电池管理系统电池辅助动力源动力转向系统蓄电池充电器冷风和暖气车轮制动踏板加速踏板方向盘车轮电驱动子系统能源子系统辅助子系统交流电源电动汽车的主要产品形态-纯电动汽车内燃机仅在一定的负荷(油门开度)和工作转速范围内具有较高的工作效率。内燃机汽车为达到车辆动力性和燃油经济性的最佳匹配，必须配备多档位的变速箱。电动汽车的主要产品形态-纯电动汽车低于额定转速为恒转矩输出、高于额定转速为恒功率输出电动汽车的主要产品形态-纯电动汽车纯电动驱动优点电力来源多样化使用成本低零排放传动系统简单，可取消或简化变速箱缺点电池成本高，电池可靠性装配四速变速器的汽油发动机汽车和装配单一档位变速器的电动汽车的牵引力电动汽车的主要产品形态-纯电动汽车电驱动的结构形式—集中式电驱动MFGDMFGD乘用车，电机前置前驱客车，电机后置后驱电动汽车的主要产品形态-纯电动汽车电驱动的结构形式-分布驱动MFGFGMFGFGMMMM低速外转子电机轮内直驱高速内转子电机轮内减速轮外减速电动汽车的主要产品形态-纯电动汽车分布式驱动-低速外转子电机轮内直驱轮胎轮辐PM电机绕组编码器制动鼓轴承轮胎轮辐PM电机绕组制动鼓轴承车轮车轮多为两后轮电动轮或四轮电动轮方案两前轮电动轮方案因前轮转向，较少采取电动汽车的主要产品形态-纯电动汽车庆应义塾大学外转子电动轮电动汽车的主要产品形态-纯电动汽车分布式驱动-高速内转子电机轮内减速制动鼓轴承行星齿轮车轮轮胎轮胎轮辐编码器轴承电机绕组电机绕组PMPM轮辐制动鼓车轮电动汽车的主要产品形态-纯电动汽车米其林的主动电动轮电机型式水冷风冷最高速12000rpm12000rpm额定功率密度4kW/kg2kW/kg额定扭矩/重量3Nm/kg1.5Nm/kg最大扭矩/重量6Nm/kg6Nm/kg额定功率:30kW最大功率(20秒）60kW总重7kg电动轮质量32kg电动汽车的主要产品形态-纯电动汽车分布式驱动-轮外减速电机通过单级减速和短轴输出至车轮。四个轻量化电机每个58kW，共能发出4500Nm。正常模式下,驱动力分配前后轴之比0.3:0.7，当某轴车轮发生滑转时则重新分配。电动汽车的主要产品形态-纯电动汽车分布式电驱动优缺点减少大量传动部件，让车辆结构更简单实现前驱、后驱、四驱多种驱动形式，同时轮毂电机可以通过左右车轮的不同转速甚至反转实现类似履带式车辆的差动转向，大大减小车辆的转弯半径，在特殊情况下几乎可以实现原地转向；增大簧下质量和轮毂的转动惯量，对车辆的操控有所影响电制动性能有限，维持制动系统运行需要消耗不少电能；轮毂电机工作的环境恶劣，面临水、灰尘等多方面影响，在密封方面也有较高要求，同时在设计上也需要为轮毂电机单独考虑散热问题。电动汽车的主要产品形态-纯电动汽车电动汽车充电设施充电基础设施建设影响电动汽车推广应用，初期阶段依赖政府推动充电接头、充电站充电装备与电池管理系统通信协议均形成国家标准电动汽车的主要产品形态-纯电动汽车电动汽车充电设施电动汽车家用充电和公用充电将成为智能电网的重要组成部分电动汽车的主要产品形态-纯电动汽车纯电动汽车举例电池使用锂离子电池，快充30分钟可以达到80%的电量电动汽车的主要产品形态-纯电动汽车三棱i_MiEV采用后置后驱的纯电动电机驱动，最大功率47kw，最大扭矩180Nm，最高时速达到130km/h，最大续驶里程160km，使用的是高能量密度锂离子电池。纯电动汽车举例电动汽车的主要产品形态-纯电动汽车雪佛兰VOLT是一款增程式电动汽车，驱动电机最大功率111kw，最大输出扭矩370Nm，发电机55kw，发动机为62kw1.4升直列汽油机，电池总容量为16千瓦时，最高车速160km/h，纯电行驶里程40-80公里，最大行驶里程570公里电动汽车的主要产品形态-纯电动汽车宝马miniE是一款纯电动轿车，其电机最大功率150kw，最大输出扭矩220Nm，最大车速可以达到152km/h，电池容量35kwh，最大行驶里程209km，百公里加速时间为8.5秒。电动汽车的主要产品形态-纯电动汽车海格纯电动客车，采用锂离子动力电池、大功率永磁同步电机，最大续驶里程大于180公里，正常充电为3小时，最高时速可达80公里，额定载客人数为80人。在开空调的情况下百公里耗电量约为110度。电动汽车的主要产品形态-纯电动汽车混合动力汽车概念混合动力汽车分类增程式和插电式混合动力汽车关键技术电