关于电动汽车的几点认识

关于电动汽车的几点认识田光宇tiangy@[e-mail]1背景技术概况混合动力电动汽车（HybridEV）的节油原理理两点讨论两点讨论1背景－全球汽车保有量汽车保有量逐年增加1背景－三大问题三个主要问题能源温室气体CO空气质量三个主要问题：能源、温室气体CO2、空气质量1背景－能源能源多元化前景1背景－能源（石油消耗）16%16%19%56%9%居民和商业业发电交通运输居民和商业工业发电交通运输交通运输占了石油消耗的56%交通运输占了石油消耗的56%1背景－能源（石油）日本交通对石油依赖程度1背景－环境（CO2排放）工业革命以后空气中CO2浓度迅速增长1背景－环境（CO2排放）15%15%23%19%43%43%居民和商业工业发电交通运输CO2排放中由交通引起的占23%1背景－环境（COCO22排放－京都议定书）排放－京都议定书）根据京都议定书世界各国都制定了自的减根据京都议定书世界各国都制定了自的减根据京都议定书，世界各国都制定了自己的减根据京都议定书，世界各国都制定了自己的减排计划。排计划。排计划。排计划。以日本为例，日本的任务是到以日本为例，日本的任务是到20102010年温室效年温室效应气体的排放总量比应气体的排放总量比19901990年降年降66％；交通运输％；交通运输产生的产生的COCO22降低降低4.2%4.2%。。中国的中国的排放问也很峻排放问也很峻中国的中国的COCO22排放问题也很严峻。排放问题也很严峻。1背景－环境（NOX排放）不同行业不同行业NONOXX排放排放不同类型车辆不同类型车辆NONOXX所占比例所占比例8%1%4%不同行业不同行业NONOXX排放排放不同类型车辆不同类型车辆NONOXX所占比例所占比例35%33%200020002010201057%35%62%20102010机动车工厂和商业其它柴油车专用车汽油车摩托车汽油车需要集中减少CO2；机动车工厂和商业其它柴油车专用车汽油车摩托车柴油车更需要减少NOX和悬浮颗粒1背景－技术路径（减少对石油的依赖）●研究降低油耗的方法研究降低油耗的方法●开发代用燃料●开发不用或少用汽油的新型车辆●开发不用或少用汽油的新型车辆1背景－技术路径（能源多样化）合成燃料1背景－技术路径（能源多样化）原油液化LNG精炼厂ICEVICEHC燃料天然气液化重整LNGGTLDME城市气网ICEHC燃料HC燃料ICEICEHEV(并联式)生物质(可再生的)MeOHEtOH,ETBMBTL,DME热力发电电池电机Plug-inHEV?家用生物质热力发电电网重整电池电机EVFCHEV核能发电可再生电力离站式制氢电网CH重整电解FCHEV电池电机氢气FC系统(Wind,Hydro,PV)制氢CH1背景－技术路径（驱动电动化）●微混合（microhybrids）●轻度混合（mildhybrids）●全混合（fullhybrids）●可外接充电式混合动力汽车外接充式动力汽车（PHEV－plug-inhybridsVehicle）1背景－技术路径（驱动电动化）2技术概况－环保车型分类2技术概况－环保车型分类2技术概况－环保车型分类BatteryEVConfiguration2技术概况－环保车型分类BatteryEVConfiguration2技术概况－HEV构型HybridEVConfiguration动力系统构成功率2技术概况－各类电动汽车动力系统构成——功率内燃机/APU驱动功率内燃机/APU驱动电机动力电池内燃机汽车微混合并联式轻度混合全混合动力电池并联式混合动力汽车纯电动汽车全混合程延续纯电动汽车里程延续器串联式电传动混合动力汽车2技术概况－各类电动汽车动力系统构成功率内燃机动力系统构成——功率内燃机驱动功率驱动电机动力电池动力电池燃料电池系统燃料电池能量混合型功率混合型燃料电池单独驱动燃料电池混合动力汽车能量混合型燃2技术概况－各类电动汽车动力系统构成能内燃机/APU动力系统构成——能量内燃机/APU驱动电机动力电池油箱动力电池油箱油箱电池组油箱电池组功率部件油箱2技术概况－各类电动汽车动力系统构成能内燃机动力系统构成——能量内燃机驱动电机动力电池局限？动力电池燃料电池系统局限？油箱电池组电池组氢气瓶组2技术概况－PHEV概念PHEV（Plug-inHybridElectricVehicle）可以使用电力网（包括家用电源插座）对动力电池充电的混合动力汽电力网（包括家用电源插座）对动力电池充电的混合动力汽车，这种混合动力汽车具有纯电动行驶较长距离的功能，但需要时仍然可以工作在全混合模式。PHEV可以极大地减少汽油使用量。2技术概况－PHEV特点2技术概况－PHEV特点里程短时采用纯电动模式•里程短时采用纯电动模式。•里程长时采用以发动机为主的混合动力模式。里程长时采用以发动机为主的混合动力模式。•拥有纯电动车的全部优点。•与其他清洁汽车相比其基础设施更容易解决。PHEV介于纯电动和常规混合动力车之间因此•PHEV介于纯电动和常规混合动力车之间，因此–发动机比常规混合动力车小。发动机比常规混合动力车小。–电池组比常规混合动力车大。2技术概况－PHEV工作模式2技术概况－能耗、排放和价格2技术概况－PHEV优点能源多样化能源多样化。降低二氧化碳和有害物的排放。降低二氧化碳和有害物的排放。降低噪音。减少去加油站的次数。电比油便宜，使用成本低。由于主要以纯电动作车辆寿命期间的维修成由于主要以纯电动工作，车辆寿命期间的维修成本低本低。直接利生能2技术概况－PHEV优点直接利用再生能源在家里利用太阳能发出的电给PHEV充电在家里利用太阳能发出的电给PHEV充电。2技术概况－PHEV优点减少汽/柴油用量2技术概况－PHEV优点减少汽/柴油用量2技术概况－PHEV优点排放减少采用PHEV后，CO2和NOX的排放进一步减少2技术概况－PHEV优点排放对比注以上是根据“美国电力网”计算得到的注：以上是根据“美国电力网”计算得到的“油井到车轮”的数据。2技术概况－PHEV优点2技术概况－PHEV优点总成本低与常规HEV的比较2技术概况－PHEV优点与常规HEV的比较常规HEVPHEV紧凑型Sedan改装（$14000)燃油经济性提高21%56%二氧化碳减少21%40%氮氧化物减少10%32%与内燃机车的价格差$$与内燃机车的价格差$2500$4500比内燃机车的价格提高18％32％中型SUV改装（$31000)中型SUV改装（$31000)燃油经济性提高31％60％二氧化碳减少31％46％二氧化碳减少31％46％氮氧化物减少19％37％与内燃机车的价格差$4000$6400与内燃机车的价格差$$比内燃机车的价格提高13%21%3HEV节油原理汽车能量消耗哪些损失可以减少？减少的途径是什么？减少的途径是什么3HEV节油原理3HEV节油原理汽车行驶需要的功率混合动力系统中的发中的发动机功率率3HEV节油原理Hybrid-电机助力-内燃机功率变化平稳Hybrid-电机助力-内燃机功率变化平稳Hybrid-电机助力-内燃机功率需求下降-Hybrid电机助力内燃机功率需求下降EngineDownSizegHybrid-电机或发电机在高速时启动内燃机-取消怠速和低速启动3HEV节油原理Hybrid-电机或发电机在高速时启动内燃机Hybrid-电机或发电机在高速时启动内燃机-AtkinsonCycle（10%moreefficient）y3HEV节油原理Hybrid-电机-电池系统-制动能量回收Hbid电机电池系统整车能量管理Hybrid-电机-电池系统-整车能量管理-优化发动机工作区域优化发动机工作区域Hybrid-电机-电池系统-可扩展至PHEV-进一步降低使用成本3HEV节油原理年首次在海生产的丰普锐2005年12月15日，首次在海外生产的丰田Prius（普锐斯）混合动力汽车在四川一汽丰田汽车有限公司长春丰越公司正式下线。上市时基准型28.8万元，高端型30.2万元。3HEV节油原理蓄电池变流器行星齿轮11电动机发动机11reg发动机发电机sunringNN行星齿轮齿数比发电机3HEV节油原理模式切换的判据？模式切换的判据混合模式下的能量分配？3HEV节油原理方法特点瞬时优化(静态优化)全局优化(动态规划)规则和模糊规则特点(静态优化)(动态规划)模糊规则思路清晰算法成熟真正全局最优工程实用性优点算法成熟便于分析最优工作模式切换性人工经验问题切换孤立看问需要预知专家知识缺点题收敛性工况耗时巨大库的获取人为主观收敛性鲁棒性耗时巨大人为主观因素算时间计算时间中（秒）慢（小时）快（实时）3HEV节油原理静态优化：适合对连续变量进行优化动态规划：擅长寻找离散控制量的最佳序列值提供功率分配的规律提供工作模式切换的规则建立基于规则和模糊规则的能量管理策略建立基于规则和模糊规则的能量管理策略完善或者优化规则和模糊规则中的参数3HEV节油原理蓄电池变流器行星齿轮电动机发动机242batbatreqrtotaleeebateeOCVOCVPROCVTTRT发电机发动机（行星架）燃料行星齿轮齿圈eerringrrrresJ)('eeeinP发电机（中心齿轮）电机ggrm+（中心齿轮）PglossggP＋MlossrmP蓄电池batP3HEV节油原理120100并联式驱动模式6080矩(N.m)4060需求转矩2040匀速行驶时的需求转矩20406080100120020406080100120车速(km/h)3HEV节油原理3HEV节油原理纯电动工作模式混合动力工作模式250A点150200N.m）100150求转矩（N50100需B点0510152025300C点051015202530汽车车速（m/s）3HEV节油原理纯电动工作模式混合动力工作模式250200m）150转矩（N.m50100需求转05101520253035050D点05101520253035汽车车速（m/s）D点4两点讨论以电池为核心的设计、销售和使用多元化的交通模式