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纯电动汽车关键技术与发展展望北京理工大学电动车辆国家工程实验室2012年10月30日林程教授北汽新能源汽车公司技术讲座纯电动汽车技术发展历程对电动汽车技术的战略认识动力电源(电池)关键技术动力传动系统关键技术整车集成及关键技术推广应用及关键技术内容提纲能源压力今后30年，世界人口将由60亿增加到70亿。汽车产量将由6000万突破1亿大关。2011年我国汽车产销量双超1840万辆，再次刷新全球历史纪录，2012年1月至6月，我国汽车产销量分别为952.92万辆和959.81万辆，比去年同期分别增长4.08%和2.93%；上半年乘用车产销分别完成759.93万辆和761.35万辆，同比分别增长7.9%和7.1%。全球能源需求到2030年可能将增长39%，即每年增长1.6%。我国石油对外依存度也在逐年增加，去年已经达到55.2%，超过美国的53%。因汽车增长而增加的石油消费达到3000万吨。能源压力正在制约汽车产业可持续发展，必须寻找替代能源。2011年10月，节能汽车推广政策调整，将节能汽车推广标准提高了8%，推广车型综合工况燃料消耗量从百公里平均6.9升调整为6.3升。节能汽车推广政策对节能技术的持续进步发挥了积极的推动作用，汽车产品升级换代提速。2011年10～12月，节能汽车推广车型快速发展，产量逐月攀升，列入第七批节能汽车推广目录的49个车型共生产25.55万辆5500128003007001500050005000050001000015000200002500030000替代量（万吨）节约量（万吨）石油消耗量（万吨）1380025000200020102020我国能源发展目标把自主创新作为调整经济结构，改变经济增长方式的中心环节，通过自主研发节能环保汽车，提升我国汽车企业核心竞争能力，实现我国汽车工业的重点跨越我国汽车保有量到2020年达到1亿3千万辆，按照目前的油耗，预计石油消耗量达到2亿5千万吨。届时我国石油总消耗将达到4亿5千万吨。为了保障我国能源安全和经济社会的可持续发展，我们必须及早采取措施，节约车用石油，改变车用燃料结构。世界石油储备与消耗环境问题我国大城市60%的CO、50%的NOx、30%的CH污染均来源于机动车的尾气排放。城市中80%的噪音污染由交通车辆造成，我国有56个城市的交通噪音平均达到74dB，远远超过国家规定的标准。机动车尾气排放集聚引起的“热岛效应”已导致城市温度平均升高2~4℃。同时，我国未来经济发展还面临控制CO2排放量的巨大压力。二氧化碳排放与温室效应大气温度变化纯电动汽车技术前景从环保的角度来看，纯电动汽车是零排放的市区交通工具，即使计及发电厂增加的排气,总量上看，它也将使空气污染大大减少。从能源的角度来看，纯电动汽车将使能源的利用多元化（电能可以来自于各种能源）和高效化，达到能源的可靠、均衡和无污染地利用的目的在改善交通安全和道路使用方面，电动汽车更容易实现智能化电动汽车的发展将使集中考虑能源、环保和交通成为可能，而且，它对于促进高科技的发展、新兴工业的兴起以及经济的发展将产生深远的影响。电动汽车的发展历史1834年，ThomasDavenport制造了一辆电动三轮车，它由一组不可充电的干电池驱动，但只能行驶一小段距离。四年后RobertDavidson也造了一辆用干电池驱动的电动机车。1881年在法国巴黎街上出现了世界上第一辆以可充电池为动力的电动汽车，它是法国工程师GustaveTrouve装配的以铅酸电池为动力的三轮车。在美国，每年销售的4200辆汽车中有38%是电动汽车，22%是燃油汽车，40%是蒸汽机汽车。在当时，电动汽车是金融巨头的代步工具及财富的象征,一辆电动汽车的价格相当于今天的一辆RollsRoyce电动汽车的发展历史英国的伦敦电动出租汽车公司1897年生产了15辆电动出租车现代国外的纯电动汽车24小时全天候自助式服务25辆标致106以及25辆标致SAXOS法国拉罗谢尔自助出租电动汽车(镍镉电池)法国波尔多－电动公交车(铅酸电池)5辆电动公交车蓝色线路运营Lechauffeureffectuelechangementdebatteries(lelocaltechniquefait8msur2)法国波尔多－电动公交车(铅酸电池)动力电池充电站和更换法国波尔多－环卫车和邮政车电动车采用铅酸和镍镉电池充电站3000多平方米法国巴黎－电动公交车(15辆电动公交车)电动车采用铅酸和镍镉电池法国巴黎－电动公交车第二代低地板电动客车产品样车远望电动客车YW6120DD电动公交车BJD6100EV参加大运会服务和北京121路示范运行三种电动客车产品样车北京121路大规模示范运行奥运电动客车产品奥运电动客车示范运行引进消化自主创新运行考核与推广应用电动商用车规模运营19942000200120032005200620082010北京纯电动汽车研发历程纯电动轿车车和研发和运行纯电动汽车技术发展历程对电动汽车技术的战略认识动力电源(电池)关键技术动力传动系统关键技术整车集成及关键技术推广应用及关键技术内容提纲发展战略之节能减排的主要途径动力电池的快速发展使纯电动汽车在中国已具备实现产业化的条件，重新成为国际汽车工业发展的重要方向。纯电动汽车是可利用像水电、核电等多种电能、能量转换效率最高的零排放车辆。也是混合动力和燃料电池汽车的基础技术。燃料电池汽车是面向未来应用的新技术产品传统动力系统不能彻底解决能源与环境问题；混合动力汽车已进入商品化阶段，但节能减排效果对发动机技术水平依赖较大，成本仍然较高。传统动力系统新型动力系统纯电动汽车混合动力电动汽车燃料电池电动汽车低排放新型发动机代用燃料节能减排节能减排新能源汽车是保障国家能源安全和转型、发展低碳经济的重要途径之一。是城市减排PM2.5的主要措施之一。2010年9月，新能源汽车被国务院确定为我国七大战略新兴产业之一。2012年4月，国务院常务会议通过《节能与新能源汽车产业发展规划(2012~2020年)》，明确指出“要以纯电驱动为汽车工业转型的主要战略取向…”。我国将全面实施“纯电驱动”技术转型战略。发展战略之节能减排的主要途径对电池一般性要求对电机一般性要求电动乘用车比能量最好大于120Wh/kg，同时最高放电倍率大于2C功率密度2-3kW/kg、过载特性2-3倍、动态响应能力强电动商用车比能量可以小于100Wh/kg，同时最高放电倍率为1C左右功率密度1-2kW/kg、过载特性1-2倍、动态响应能力较强501001502001000500150020000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性能需求0.511.52100050015002000030s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250030003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，100km续驶里程，1000kg整备质量。中高级电动轿车应精心谋划：加快高能量功率密度的电池电机部件核心技术突破和产业链布局。可以在出租车领域优先试用。特种车辆的应用市场广阔：煤矿防暴无轨胶轮车、港口车站用牵引车、挖掘机，利用纯电驱动能大幅度节省燃油费用。推广应用电动车辆的战略纯电动汽车技术发展历程对电动汽车技术的战略认识动力电源(电池)关键技术动力传动系统关键技术整车集成关键技术推广应用应用关键技术内容提纲比能量a(Wh/kg)能量密度a(Wh/l)比功率b(W/kg)循环寿命b(Cycles)预计成本d(US$/kWh)VRLA30-4560-90200-300400-600150Ni-Cd40-6080-110150-350600-1200300Ni-Zn60-65120-130150-300300100-300Ni-MH60-70130-170150-300600-1200200-350Zn/Air230269105NAc90-120Al/Air190-250190-2007-16NAcNANa/S100150200800250-450Na/NiCl2861491501000230-350Li-Polymer155220315600NALi-Ion90-130140-200250-450800-1200400LiFePO490-120180270-4001500400NA:没有数据aC/3放电率b80%DODc机械充电方式d仅供参考动力电源之动力蓄电池综述动力电源之动力蓄电池电池成组应用技术遴选高性能锂离子动力电池5~10倍提高电池组使用寿命501001502002001003004000质量比能量(Wh/kg)铅酸钴酸锂锰酸锂磷酸铁锂103路无轨电车使用成组技术后，电池使用寿命由3个月提高到24个月Question:f(∑单体)=∑f(单体)?单体电池好＝电动车好？提高电池使用寿命、可靠性和安全性动力电源之标准动力电池箱系统可自动快速更换的电池箱系统：解决了电池箱防尘、防水、防火、通风、散热、对车体绝缘等六方面关键技术箱体模块内，电池容量、电压可根据整车需要调整。浮动定位，自动快速插接，快速更换。并实现了更换过程中动力线、通讯线同步自动插接。前面板采用双层式结构，实现电池管理系统、电池熔断防护系统、手动电池参数测量系统隐藏式布置；建立了电池箱侧碰撞缓冲区，实现电池被动碰撞、过流短路等极端工况的安全保证。电池箱内烟雾报警系统、电池极柱、动力线插头温度检测系统，实现24小时全天候危险工况预警。烟雾报警器温度传感器动力电源之标准动力电池箱系统动力电池及动力电池包热特性分析以锂离子动力电池为研究对象，针对其在电动车辆上应用的工程研究背景，采用归纳总结和实验、理论结合的研究方法，对动力电池系统进行热特性相关的实验分析与理论研究。动力电源之动力电池系统热管理仿真动力电源之专用电池管理系统防止过充、过放，合理利用剩余电量注意应由整车掌握控制逻辑PC机主控模块检测模块1检测模块2检测模块10端子排电池箱1电池箱2电池箱10……485总线RS232电流传感器手持设备服务器…………电池组+电流+电池组-电流-绝缘检测电流检测手动检测设备（CAN）打印机车辆控制器充电机车载仪表CAN2CAN1电池管理系统结构电流积分查表电池模型比较修正SOC修正内阻抗内阻抗计算1kSOCkSOCkI1kZOCVkZUUSOCLZLkSOCkZSOC的实时在线估算方法电池电压测量精度：0.5%电池温度测量误差：±0.5℃电流测量精度：0.5%电池的SOC估算精度：8%工作温度：-25-75℃电池管理系统配套手持检测设备电池箱面板内设备布置图高压电安全和电池组安全是必须解决的最重要的核心技术。北京电动客车中采取多项新技术与保障措施，保证了电动客车安全、可靠和冗余稳定运行。单体电池温度和电压独立自动监控预警1687电池舱烟雾探测1#车头司机报警控制器2#3#4#5#6#7#8#9#10#11#12#后仓司机车门43电池箱系统防挤压和碰撞电池安全技术电池散热与阻燃52电池箱快速解脱动力电源之电池高压安全技术电动汽车电源系统的演化展望多种类型的能量源耦合方式演变：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型混动车，增程型电动车能量型电池+功率型电池：燃料电池车，金属空气电池车电源补充方式的演变：整车插电式：慢充，快充（电容车），慢充+快充整车换电式：电池包整箱更换，更换部分电池材料纯电动汽车技术发展历程对电动汽车技术的战略认识动力电源(电池)关键技术动力传动系统关键技术整车集成及关键技术推广应用及关键