新能源汽车技术及发展趋势

新能源汽车技术及发展趋势合肥工业大学车辆工程系张炳力博士教授E-mail：[e-mail]2015年11月06日一、新能源汽车的发展背景报告内容五、新能源汽车的发展趋势二、新能源汽车的分类三、国内外发展现状四、整车及关键零部件技术一、新能源汽车的发展背景1、能源紧缺2、环境污染严重3、国家油耗标准的变化1、能源紧缺全球石油资源储量的稀缺性毋庸置疑，根据《BP世界能源统计2010》的统计，且几个经济大国的石油储产比则普遍低于20，如下图所示。45.710.810.727.25.817.428.321.101020304050世界美国中国意大利英国巴西加拿大印度储能比亚太地区非洲中东欧盟地区南美北美世界各地区石油消耗量逐年增高2010年世界天然气的采储比仅为58.6世界天然气储备量逐年减少年天然气2、环境问题严峻全球环境日益恶化，汽车尾气为大气主要污染源。21世纪初，汽车尾气排放占了大气污染的30%~60%。而且随着汽车保有量的逐年增加，比例将逐渐增大。城市街道上的车流量在每小时1000～2000辆时，CO、HC和NOx这三种有害气体占全部有害气体的80%～90％以上。3、国内油耗标准的变化2000新认证车型在生产车型+OBD(其他轻型车)+OBD(M1类汽油车）国1国2国3国4国1国2国3国4+OBD(其他轻型车)+OBD(M1类汽油车）2013201220112010200920082007200620052004200320022001适用车型：M1类乘员不多于6人且总重不大于2.5吨的乘用车；M1,M2及N1类，总车重不超过3.5吨的轻型车车载故障诊断系统（1）中国机动车排放法规的实施–全国范围上海广州国1国2国3国4国1国2国3国420122011201020092008200720062005200420032002200120001999计划计划+OBD09/2006深圳国1国2国3国420122011201020092008200720062005200420032002200120001999计划（2）部分城市机动车排放法规的实施2015年当年生产的乘用车平均燃料消耗量降至每百公里6.9升，到2020年降至5.0升；（3）国家百公里油耗要求二、新能源汽车的分类（1）纯电动汽车（2）混合动力汽车（3）燃料电池汽车（4）代用燃料汽车•纯电动汽车顾名思义就是主要采用电力驱动的汽车，大部分车辆直接采用电机驱动，有一部分车辆把电动机装在发动机舱内，也有一部分直接以车轮作为四台电动机的转子，其难点在于电力储存技术。•优点:技术相对简单成熟，只要有电力供应的地方都能够充电。•缺点:蓄电池的重量、体积、容量、充电速度、稳定性、成本6个方面极难兼顾。（1）纯电动汽车江淮同悦纯电动安凯纯电动客车比亚迪纯电动北汽EV160上汽荣威E50（2）混合动力汽车混合动力：混合动力是指那些采用传统燃料的，同时配以电动机/发动机来改善低速动力输出和燃油消耗的车型。按照燃料种类的不同，主要又可以分为汽油混合动力、柴油混合动力、天然气混合动力。目前国内市场上，混合动力车辆的主流都是汽油混合动力、柴油混合动力。优点:不需要特别的燃料，续航里程长，技术最为成熟，解决单车成本问题后容易普及。缺点:长距离高速行驶基本不能省油。•目前，混合动力汽车技术比较成熟，随着油价的节节攀升，销量在大幅度增长。日本车企在全球混合动力市场占较大比重050100150200250300350400450丰田本田混合动力汽车能量控制（3）燃料电池汽车燃料电池汽车以燃料电池为能源转换装置，用电机驱动，能量转换效率高、接近零污染，同时，可保持传统汽车高速、长距离行驶、安全、舒适等性能。本田燃料电池燃料电池汽车结构（4）代用燃料汽车汽车•代用燃料主要指CNG、LNG，燃烧生成水和有害物质含量相比液态燃料较低。燃料与空气易混合，燃烧完全，尾气排放污染低。是目前世界公认的“清洁能源”汽车。•目前，我国主要城市均使用代用燃料公交车、出租车以减小对城市的污染。2COCNG客车三、国内外发展现状美国新能源汽车发展走势日本新能源汽车发展走势欧洲新能源汽车产业发展现状1、国外新能源汽车的发展现状美国新能源汽车发展走势日本新能源汽车发展走势欧洲新能源汽车产业发展现状立足原有的内燃机优势，进一步优化，提高效率，发展清洁柴油轿车；大力发展柴-电混合动力汽车；能源多元化，发展生物燃料等替代燃料；氢能源利用为远期目标。主要厂商新能源汽车动态美国通用2013款雪佛兰Spark小型车将成为通用在美国市场上推出的最小型款，主要用于城市出行。福特2010年1月，福特汽车公司宣布投资4.5亿美元用于其积极的电动车计划，并在2012年前推出五款电动车。克莱斯勒克莱斯勒将于2012年在美国市场推出一款全电力型菲亚特500。特斯拉2014年主要发布的车型包含60D、85D和P85D，前两个车型将在2015年2月推出，而最高端的ModelSP85D将在2015年底推出。欧洲大众2011年试投运500辆Golfs电动汽车，从2013年开始，E-UP电动汽车投入生产，到当年年底生产E-Golf和E-Jetta电动汽车。戴姆勒戴姆勒公司在电动汽车制造方面与一系列公司展开了广泛合作电动，即将推出Smart品牌轿车。宝马2010年7月，宝马公布“超大城市汽车”计划，将于2013年上市。日本丰田2010年5月，丰田汽车和美国特斯拉宣布合作，后续双方将在丰田NUMMI工厂合作生产电动车。本田本田将加大在EV和PHEV的投入，将于2012年投放日本和美国市场。日产日产计划于2010年12月在全球推出Leaf，计划到2015年建成年产50万辆的生产体制。纯电动汽车部分生产厂商动态美国通用2010年底雪佛兰VOLT电动车美国上市，2011年第四季度进入中国和欧洲市场。福特2012将推出九款车型，包括2012款福克斯电动车和2013款插电式混合动力汽车FusionEnergi克莱斯勒计划推出全新克莱斯勒300首款油电混合动力车型，并有望在2013年上市销售德国大众2013款柴油版插电式混合动力概念车CrossCoupe即将面世奥迪新A8L混合动力预计2012年内在国内上市日本丰田第三代Plug-in普锐斯混合动力汽车已在国外上市，新一代雷克萨斯ES300h预计在年内在国内上市本田2012年将推出3款配备IMA（integratedmotorassist）系统的混合动力车型，包括CR-Z、Insight和AcuraILX日产已有多款混合动力汽车上市，如天籁、骊威、英菲尼迪等，英菲尼迪M35hL混合动力预计2012年内在国内上市法国标致雪铁龙DS5柴电混合动力汽车即将面世主要厂商新能源汽车动态(续)混合动力电动汽车部分生产厂商动态美国燃料电池的研发已转向基础性研究。福特公司在2008年下半年宣布发展清洁动力技术，以氢燃料电池作为最终目标；通用氢燃料电池汽车将于2015年有望商业化生产。日本到2020年，日本使用的燃料电池汽车达到500万辆；到2030年，要全面普及燃料电池汽车。近期，日本又计划在5年内斥资2090亿日元开发以天然气为原料的液体合成燃料技术、车用电池，以及氢燃料电池科技。欧盟把燃料电池和氢能源技术发展成为能源领域的一项战略高新技术，力争在2020年前建立一个燃料电池和氢能源的庞大市场。德国Daimler（戴姆勒公司）于2009年初推出了其最新版的燃料电池概念车BlueZEROF-Cell；推出的奔驰B级燃料电池车，是奔驰目前最完善、基本上完全达到量产状态的燃料电池车型。主要厂商新能源汽车动态(续)燃料电池电动汽车部分生产厂商动态2、国内新能源汽车的发展现状混合动力汽车已完成中、轻和微度混合动力乘用车，以及中度混合动力客车等多种车型样车开发，其中混合动力客车在国内多个城市进行了示范运行；关键零部件产业化全面跟进，生产配套能力显著增强。荣威750东风s30长安杰勋奇瑞A5上汽五洲龙东风安凯Plug-in混合动力汽车●Plug-in混合动力汽车这个新概念刚引入我国不久，许多整车厂家正处于项目研发阶段。●比亚迪率先推出的F3DM双模电动车属于Plug-in混合动力汽车汽车。●各企业联合高校成立了研究小组开展对PHEV的研究。北京北汽EV160芜湖奇瑞S18纯电动轿车长春一汽奔腾B50EV武汉二汽东风风神I—car合肥安凯HF6110电动客车江淮同悦纯电动轿车上海上汽荣威E50纯电动汽车大众朗逸纯电动轿车申沃申沃纯电动大客车重庆力帆力帆320中国长安奔奔MINIEV深圳比亚迪E6纯电动汽车纯电动汽车国内纯电动汽车部分生产厂商燃料电池汽车我国基本建立了燃料电池汽车的研发体系，部分样车进行了示范运行。示范运行的规模较小，储氢和氢能源基础设施等问题尚未解决，产品的可靠性和成本离实用化还有相当大的差距。燃料电池轿车燃料电池客车新能源汽车技术评价指标评价指标混合动力汽车纯电动汽车燃料电池汽车燃气汽车生物燃料汽车能量来源石油/电力电力氢/电力石油/天然气粮食/非粮食作物/动物油脂车辆性能好中中差中排放质量较好好好中中购车成本较高高高较低较低能量密度较好差差差中能量易储存性中好差差中能量转换效率好较好较好差差燃料成本较低低高中中资源丰富性较好较好好中差加油/电便利性差差差中中技术成熟度好较好差好好四、整车及关键零部件技术纯电动汽车技术电动汽车除传统的底盘、车身外，还包括电机、电池、电控“三大电”，电动转向、电动空调、电制动、电气仪表、能量回收、远程监控“六小电”。电动汽车电机电动汽车锂电池电动汽车整车控制器混合动力汽车技术●国外技术已经相当完备，充放电技术相对成熟，安全性和技术稳定性较高；●日本丰田重新设计开发整套传动系统(THS，ToyotaHybridSystem)；●欧洲开发的混合动力技术主要是在不改变传动系统的情况下，在变速器与传动系统之间加装电机，实现内燃机和电驱动的混合，该种动力模式设计产业化成本更低，但节油效果不如全新设计混合动力车型。●我国已基本形成具有完全自主知识产权的动力系统技术平台，建立了混合动力汽车技术开发体系，包括：发动机控制技术、电机控制技术、整车控制技术等。燃料电池汽车技术项目HondaToyodaNissanGM戴姆勒型号FCXClarityFCHV-advX-TRAILFCVEquinoxfuelcellSUVBlueZeroF-Cell最大车速160155150160150氢瓶压力350700700700700续驶里程/km435830500320400冷起动温度/℃-30-30-30-24-30驱动电机/kW10090(max)9073/94100电机扭矩(Nm/lb.ft)250260280318/236320燃料电池系统/kW10090909380电池锂离子电池镍氢电池锂离子电池镍氢电池锂离子电池国外燃料电池电动汽车技术参数燃料电池汽车技术(续)●我国燃料电池汽车技术：在系统集成技术、燃料电池系统技术、车载高压储氢技术、氢安全技术等方面都有较大进展。新能源汽车关键技术国内外比较新能源汽车关键技术与国外相比混合动力汽车电机技术电驱动技术系统系统集成技术在发电机技术和系统集成技术上存在较大差距纯电动汽车电驱动技术系统与国外差距相对较小燃料电池汽车制氢、储氢技术燃料电池技术电驱动技术系统制氢、储氢和燃料电池技术仍是世界范围内的难题我国在纯电动汽车技术上与国外的差距相对较小。纯电动汽车可以绕过传统的发动机技术，避开我们的弱项。关键零部件——电池电池的寿命、特征、容量、特别是一致性限制了车辆性能，也制约了电动汽车的进一步发展关键零部件——电机关键零部件——电气系统关键零部件技术众多供应商和研究机构投入电动汽车零部件的研发，但与国际水平相比，国内零部件厂商在关键零部件开发方面仍有显著的技术差距。五、新能源汽车的发展趋势中国新能源汽车发展战略路线渐进式发展路线中国新能源汽车发展战略路线(续)并行式发展路线新能源汽车发展趋势和展望（措施）●要实施技术创新工程。建立研发体系，突破