我国插电式混合动力商用车技术发展历程及预测 - ver3.0

第1页我国插电式混合动力商用车技术发展历程和预测(公交车为主）天津市松正电动汽车技术股份有限公司诚信！从我做起，从不说假话，不绕弯说话做起！第2页东山再起厚积薄发美国人ThomasDavenport制造出第一辆直流电机驱动电动车。1896,HartfordElectricLight公司推出换电式电动货车，消费者购裸车，根据使用里程交充电费及保养费。与内燃机汽车相比，性能有限。内燃机车辆主导能源危机政治、经济因素性能局限性技术突破才是根本1.能源危机与能源多元化2.能源安全3.温室气体排放4.环境友好重要事件:1993GM:EVFuneral电动汽车葬礼华山论剑形成以蒸汽、电动和内燃机三分天下汽车市场。183419201930197019801990诞生光荣坠落冰封时代一、新能源汽车（电动汽车）–历史回顾第3页199719701990199720002009201020111strenaissance(Birth)Promoting:EconomyDevelopmentAirPollutionLimitation:Lead-AcidBatteryReliabilityPeakPowerDemand2ndrenaissancePromoting:Lawrequired丰田/Toyota:1stGen.PRIUS2009.5丰田/Toyota:3rdGen.PRIUS2009.2Honda:Insight2009.1~2009.12FYSaleamount:200KHistoricalIntotal:2million2011.5丰田/Toyota:LEXUS:CT200H3rdrenaissancePromoting:Lawrequired2009.10Mitsubishi:I-MiEV2009.10Nissan:Leaf2009.6:STELLAFUJIHEAVYINDUSTRY(Subaru)2005.9:R1e本田/HondaFCXClarity2002丰田FCHV尼桑/NISSANX-Trail一、新能源汽车（电动汽车）–日本发展之路网络转载：截止到2014年10月，丰田PRIUS系列等混合动力汽车，全球销量突破700万辆；第4页一、起步预演十年（1991-2000）&中国新能源汽车列为跨世纪国家重大科技产业工程列为863计划12个重大专项之一1998年，成立电动汽车分委国家科教领导小组批准电动汽车重大科技专项启动列入国家重大科技攻关项目整车企业、高校和科研院所等200多家单位投入大量人力、财力和物力研发电动汽车“八五”1991-1995“九五”1996-2000“十五”2001-2005地方政府和研发单位投入15亿元RMB研发总经费:24亿元RMB国务院科教工作领导小组批准实施“电动汽车重大科技专项”8.8亿元RMB+=6%18%14%17%3%11%13%11%5%1%十五专项经费支出细化比例（图）纯电动整车混合动力整车燃料电池整车燃料电池发动机多能源控制系统电机系统电池系统测试基地、标准示范国际合作国家专项经费，细化支出比例，其中：关键零部件44%，整车技术39%，标准平台17%。第5页三纵三横，三大平台规划布局Threestreamlines,ThreeAuxiliaryLinesandThreePublicPlatforms燃料电池发动机、动力电池、超级电容FuelcellEngine,PowerBattery,SuperCapacitor驱动电机、电机传动系总成、发动机DrivingMotor,ElectricDriveline,Generator新材料、新部件、共性技术、基础设施相关技术NewMaterial,Components,CommonTechnology,Infrastructurerelatedtechnology各类整车产品/OverallVehicleProduct检测试验技术标准政策法规示范运营产业融资知识产权技术信息Test&VerificationTechnology,PolicyandRegulation,IPETC.燃料电池汽车动力系统技术平台FuelCellPowertrainPlatform混合动力汽车动力系统技术平台HybridPowertrainPlatform纯电动汽车动力系统技术平台PureElectricVehiclePowertrainPlatform整车开发OverallVehicleR&D整车动力系统集成技术PowertrainSystemIntegration关键零部件技术KeyComponents&Parts共性基础技术CommonTechnologies公共支撑平台建设PublicPlatformAlternativefueltechnology代用燃料汽车关键技术过渡与转型并行互动，协调发展研发与示范相结合，两条腿走路一、科技攻关十年（2001-2010）&中国新能源汽车第6页“十五”（2001~2005）“十一五”（2006~2010）“十二五”（2011~2015）电动汽车重大科技专项（科技部8.8亿）节能与新能源汽车重大项目（科技部11亿)电动汽车重大科技产业化工程(科技部30亿）“十城千辆”节能与新能源汽车示范工程（财政部、科技部、工信部、发改委40亿）新能源汽车产业技术创新工程（财政部、工信部、科技部100亿)8.8亿51亿130亿科技攻关阶段战略性新兴产业培育•2010年9月，新能源汽车列入国家七大战略性新兴产业之一。一、开始产业培育十年（2011-2020）第7页出租运营城市公交决定在公交、公务、私人等领域全面推广新能源汽车。租赁共享城市物流规模化运营稳步推进公共领域公务领域政府公务-轿车政府-中型商务车私人购买城市环卫私人购买一、产业培育十年–商业化示范推广稳步推进第8页城市快速公交（BRT）城市轨道交通城市干线公交城市出租/社区小巴未来的城市公交通系统，将以（轨道+干线公交+BRT+社区小巴+出租）的方式存在二、新能源公交车动力系统产品–设计思路1第9页二、新能源公交车动力系统产品–设计思路21.安全性4.高效工作节能3.使用寿命延长2.稳健运营可靠5.路况/气候适应性深圳合肥上海2011年9月13日，刚刚投放深圳的五洲龙新能源公交自燃2011年7月18日，上海825路纯电动公交自燃2013年6月15日，合肥12路纯电动公交熄火，电池冒烟电池高温/过放电/配电箱故障等运营覆盖城市累积行驶里程用户投诉/反馈返修/维修率细致的维保方案贴身的产品服务严格的设计及制造标准驾驶、运营习惯培训防热、防寒防水、防风运营保障服务保障产品设计第10页三、核心问题1：插电式深混公交车动力系统研发重点？电池动力电池包电机1主驱动电机附件智能风扇电控整车电控单元车载充电单元电机1电机控制器传动单元自动变速箱电机2发电机附件电动助力转向器1.动力电动化电动化提升（纯电时间80-90-100%）；2.系统高度集成化；3.专业化细分电源；4.传统发动机功能定制化（快速启停）；5.车辆智能化、网联化第11页永磁同步电机和异步感应电机的高效区分布示意图（红色：永磁；蓝色：异步）永磁同步电机低速大扭矩区域效率高；在高速区特别是2倍基速(2n0)以后的区域，异步电机的高效区要比永磁同步电机的高效区大得多三、核心问题2：动力传动单元主电机如何选型？第12页三、核心问题2：动力传动单元主电机如何选型？永磁同步电机和异步感应电机的高效区分布示意图（红色：永磁；蓝色：异步）永磁同步电机低速大扭矩区域效率高；在高速区特别是2倍基速(2n0)以后的区域，异步电机的高效区要比永磁同步电机的高效区大得多第13页采用永磁同步电机劣势车辆行驶过程中，车辆故障容易容易引起电机“抱死”，车辆后轮抱死，车辆甩尾；车辆行驶过程中，遇到紧急情况，必须切断高压电，永磁同步电机在该情况下成为发电机，产生高电动势，短时间很难控制下去；容易造成人员触电或者“二次伤害”；永磁同步电机必须控制好工作温度，容易出现高温退磁，电机性能衰减，且不可修复；相比之下，感应电机简单、可靠、安全、价格便宜，应用范围广，重量偏大；然相比整车重量10吨以上的车辆，额外增加100-200kg（相当于多站两个人），由于电机增加的重量是完全可以接受的。三、核心问题2：动力传动单元主电机如何选型？第14页ISG、BSG是深混公交车动力必装件；插电式深混公交车动力系统可不装。松正4代插电式深混（带ISG）松正4S插电式深混（无ISG）三、核心问题3：动力传动单元发电机何去何从？发电机典型功能（当前）：工作点调节极端工况应急发电快速启停第15页BSG（BeltDrivenStarterGenerator），系统图。ISG（IntegratedStarterandGenerator）系统图。BSG皮带传递效率低，但其传递功率在降低，最后可降为零；BSGISG节省发动机轴向空间ISG电机占用部分发动机轴向空间BSG电机额定转速较高，可通过皮带轮速比调整，同等功率下，电机体积更小，效率更高受结构限制，ISG电机转速与发动机转速一致，ISG电机额定转速低，电机效率低；空调压缩机、BSG发电机分列发动机两侧，有助于平衡发动机带轮两侧受力，不至于曲轴单向侧拉，影响曲轴使用寿命；松正的BSG电机已经降为15kw额定功率，与空调压缩机的最大功率相当，空调压缩机皮带既然没有问题，那么BSG电机的皮带也同样没有问题。三、核心问题3：动力传动单元发电机何去何从？第16页引入两挡EMT自动变速箱两挡变速箱未加装/加装变速箱发动机工作点对比（1）发动机工作区间优化和小型化（2）提升纯电动行驶时间（3）地域适应性三、核心问题4：动力传动单元需要变速箱吗？第17页三、核心问题5：动力传动单元变速箱如何安装？（1）寿命及其它性能（大功率、快速力矩、正反驱动、加工制造）（2）驱动/传动效率；插电式混合动力客车变速箱生存趋势预测•P1vsP2~2010•PNvsP2（P1）•PNvsP2vsP32010-2016•P2VSP32016-2020•PN2020~终极第18页三、核心问题6：电源系统选用什么电源？选用原则：安全（充放电安全、滥用安全）、可靠、寿命长、温度适应性好、成本低可用电源锂离子电池锰酸锂电池磷酸铁锂电池三元电池钛酸锂电池多元复合锂电池镍氢电池超级电容其它电池铅炭电池电池电容电容电池第19页三、核心问题7：电源系统双电源如何协同工作？方案一：串联（电流耦合）串联方案：电流耦合风险1：一旦串联链路上某些部件出现故障，系统无法正常工作；风险2：动力电池+DC/DC+超级电容输出给电机方案（电容、电池和DC/DC负极共地），一旦由于电机本体、电机控制器、超级电容本身等出现故障，造成超级电容失压（电容端电压低于电池端电压），电池给电容放电（放电电流大小取决于二极管容量），系统失控，非常危险。第20页三、核心问题7：电源系统双电源如何协同工作？并联方案：电磁耦合实现两大能源存储单元的物理完全隔离，大幅提高系统的可靠性，可灵活配置两个能量存储单元的功率，两级灵活配置（物理上绕组7:3分配，功率上灵活调节）。方案二：并联（电磁耦合、物理隔离）第21页三、核心问题7：电源系统双电源如何协同工作？电池和超级电容物理隔离“双电源”技术（1）利用电容大电流充放能力，对电池消峰填谷，降低电池充放电频率，电池浅充浅放，实现电池最大充放电电流小于1.5C。（2）利用电池高比能，最大限度回收制动能量，弥补电容能量不足问题。第22页三、核心问题8：电控单元系统工作模式如何选择？第23页主流技术路线二电源创新动力传动系统创新主流技术路线一引进与自主开发变速箱两种主流技术方案，支撑2010-2012年新能源公交车示范应用四、（非插电）混动公交车中途崛起（2010-2013.5）第24页四、（非插电）混动公交车中途崛起（2010-2013.5）主流技术方案一技术路线细分P1VSP2第25页典型技术路线3：松正型典型技术路线2：ISG直驱