新能源汽车动力系统及其零部件

燃料电池装车的优点
无污染 加料快 性能好
布置自由度 大
易维护
效率高
可靠性高
噪音低
107
舒适
（无振动）
108
18
本田燃料电池系统布置
Ballard燃料电池系统布置
109
110
燃料电池堆
80kW燃料电池堆
111
112
燃料电池原理
燃料电池系统
113
114
19
115
116
117
Argonne National Laboratory PEM system model used by TIAX for the cost analysis
前盖
后盖
转子
油封（4 个）
回位弹簧
25 26
27
28
• 增压
增压效果
涡轮增压
机械增压 （电动增压）
29
30
5
增压器
欧宝2.0L汽油机增压器
31
32
33
34
35
36
6
• 优化燃烧
• 汽油机分层稀燃
特别是缸内直喷(GDI)
• 汽油机均质稀燃
37
特别是均质压燃(HCCI)
38
GDI
滚流+侧喷
三菱GDI
• 放电时，当溶液的密度降到 1.18g/ml 时应停止放电； • 充电时，当溶液的密度升到 1. 28g/ml 时应停止充电。
阀控式密封铅酸蓄电池和胶体密封铅酸蓄电池 价格低，可大电流放电，对过充电的耐受 强，对过放电的耐受差，没有记忆效应， 要求足电保存，但寿命短（300-500次）， 质量大。 当心开采、回收过程铅污染！
84
14
制动能量回收—动能储存
二、汽车先进技术及相关零部件
纯电动汽车
85
86
关键部件
蓄电池组 （不推荐镍镉电池）
• 关键部件：电机、电池、电控模块
87 88
铅酸电池
Pb Pb O 2 2H 2SO 4 2PbSO 4 2H 2 O
充电 放电
镍氢电池
组成：以氢氧化镍作为正极，储氢合金作 为负极，氢氧化钾溶液做电解液。 储氢合金材料：LiNi5, MnNi5, CaNi5, ZrMn2, TiCr2, ZrV2, ZrMn2, TiFe,TiCo, TiNi，Mg2Ni, Mg2Cu
一、电动汽车规划
2.特色纯电驱动车辆开发
• 针对纯电动汽车为重点的各种纯电驱动汽 车的大规模示范需求，开发系列化纯电驱 动特色车型及其能源供给系统，并探索传 统和新型两类不同商业化模式。
9
10
一、电动汽车规划
3.新一代电动车辆攻关
• 针对燃料电池汽车为代表的高端前沿技术 发展需求，建立新一代纯电驱动动力系统 平台。攻克新一代能源动力系统平台技术 （适应各种能源供给的新型全电气化底盘 驱动）；研制新一代系列化、纯电驱动样 车并进行考核示范。
– 1．动力电池和燃料电池技术 – 2．车用电机及发动机总成技术 – 3．汽车电子控制技术
• 开发“三纵”整车系列化车型
– 1. 系列化混合动力车辆开发 – 2. 特色纯电驱动车辆开发 – 3. 新一代电动车辆攻关
8
一、电动汽车规划
1.系列化混合动力车辆开发
• 针对混合动力汽车大规模市场需求，开展 系列化混合动力产品的产业化研发，将节 能、环保发动机开发与电动化技术有机结 合，重点突破产品性价比，形成市场竞争 力。
1
法国 低于60g/km，补贴€2000-€2500； 零排放，补贴 €5000。
2
国外电动汽车发展规划
美国 今后10年政府投入24亿美元支持先进动力 电池和电动汽车研发。 日本 今后5年政府投入10亿美元开发电动车， 2010年动力电池成本下降50%。 德国 2020年电动汽车保有量达到100万辆， 2030年达到500万辆。 法国 今后四年投入4亿欧元推动电动汽车发展。
67 68
电机
69
70
71
72
12
73
74
发动机+发电器
75
76
发动机+发电器
发动机+发电器
77
78
13
变速器+电动+发电
79
80
超级电容
智能起动器
当车辆处于静止状态和空档时，自动关闭发动机，一旦踩下 离合器，则立即重新起动发动机。
81 82
制动能量回收
典型城市工况制动能量统计 驱动能量
EPA75
• 以技术链为纽带，建立产学研结合并以国 家研究基地为主体的产业技术创新联盟， 组织承担重点任务，实现新一代电动车辆 高难度技术突破与整车集成和标志性成果 展示与示范考核（新型电池、燃料电池、 轮毂电机和复杂混合动力）。
15
二、汽车先进技术及相关零部件
先进发动机技术 混合动力汽车 纯电动汽车 燃料电池汽车
（1）安全性好，无污染； （2）单体充放电循环>3000次； （3）适于大电流放电； （4）低温下性能极差； （5）目前振实密度低，直流阻抗大。
92
发展趋势
电机+控制器
93
94
驱动电机/发电机
电机控制器
95
96
16
自由活塞发电机
转子发电机（里程延长器）
97
98
转子发电机（里程延长器）
快速充电站
99
121 122
汽车动力形式在向着多样化发展，零部件在更新换代。 建议： 政府统筹规划布局，避免浪费，防止污染； 企业合理定位产品，着力掌握核心技术。
谢 谢！
21
5 6
1
一、电动汽车规划
【项目目标】
• 面向产业升级需求：自主研发，支撑发展 混合动力技术和产业目标 • 面向技术转型需求：集成创新，引领产业 纯电驱动汽车技术和产业目标 • 面向科技跨越需求：敢于碰硬，超前研究 新一代电动汽车技术研发与带动目标
7
一、电动汽车规划
【战略重点与任务 】
• 突破“三横”关键零部件核心技术
• 先进内燃机 – 可变进气驱动机构 – 电控喷油关键部件 – 汽油机增压器 • 纯电动汽车 – 蓄电池组+管理器 – 电机+控制器 – 自由活塞发电机 – 转子发电机 • 混合动力车 – 发动机+发电器 – 变速器+发电/电机 – 飞轮储能发电器 • 燃料电池车 – 燃料电池堆 – 增湿器 – 空压机/风机 – 氢循环泵
39 40
涡流+侧喷
41
42
7
变进气+侧喷
涡流/滚流+中喷
FEV GDI
43 44
稀燃汽油机尾气处理
GDI汽油机电控
45
46
柴油机电控
柴油机尾气后处理
（Selective Catalyst Reduction）
carbamide
47
SCR-NOx催化还原系统
48
8
新概念燃烧-HCCI
HCCI（均质混合气压缩着火）
对汽车CO2减排的承诺 新能源汽车动力系统 及其零部件技术
2015年限定新车排放 2020年限定新车排放 CO2指标（g/km） CO2指标（g/km） 欧盟 130 日本 155 美国 155
裴普成教授
95 115 国际水平 国际水平
中国 161
清华大学汽车系
Tel/Fax: 010-62788558; pchpei@tsinghua.edu.cn
55
+制动能量回收系统
优点：节油、动力性好 56 努力方向→成本↓，蓄电池寿命↑
常见混合形式
混合动力：
两个（多个）动力源
电机控制器 发动机 蓄电池组 发电器 电机控制器 电机 蓄电池组
发动机
电机 发电器
蓄电池组 电机控制器
发动机
电机 57 58
59
60
10
61
62
63
64
65
66
11
功率分配器
发电器/起动器
100
商业模式
商业模式
101
102
17
二、汽车先进技术及相关零部件 燃料电池汽车
日本、美国多家汽车公司计划 2015年燃料电池车批量生产。
燃料电池轿车
103
104
燃料电池客车
国产燃料电池轿车
• 北京奥运期间，20辆燃料电池轿车出勤970次， 服务总里程7.6万公里。
105 106
国产燃料电池公交车2008.8.1-2009.7.31运营
组成：
正极： LiCoO 、LiNiO 、LiMn O LiFePO 等 2 2 2 4、 4 负极：人造石墨系列、天然石墨系列、焦炭系列 等，如LiC 电解质：有机溶剂电解质（液态）、聚合物电解质 （固态、凝胶) 如：LiPF6(氟磷酸锂）+EC(碳酸乙烯酯）
+DMC(碳酸二甲酯)
91
主要优缺点：
16
二、汽车先进技术及相关零部件 先进发动机技术
• 可变进气 • 增压 • 优化燃烧
•变进气道长度----奥迪A6
17
18
3
变进气道长度
变气道截面
BMW V8
19 20
变凸轮型线
切换气门开闭
本田
21 22
变气门升程
连续变配气相位VVT
23
24
4
VVT机构
电动气门
定子螺栓（4 个）
定子
锁销、锁销弹簧和弹簧导承
• 长期保存前，应该充电到80％左右。 • 用的时候，先将余电用完，再用正确方法充 放2－3次就可以恢复到最佳状态。
• 承受过充电和过放电的能力强； • 无污染，充放电寿命500次； • 有爆炸先例。
89 90
15
锂离子电池
锂离子电池
1997年由美国德克萨斯州立大学的研究小组首 次报道了LiFePO4具有可逆脱嵌锂的特性。 LiFePO4具有3.5V的电压，理论容量为170mAh/g。
一、电动汽车规划
“三纵三链”产wenku.baidu.com创新联盟
• 以价值链为纽带，建立“能源网络运营服务 商-汽车厂商-电池供应商”跨行业产业技术 联盟，组织承担重点任务，推进以小型纯 电动轿车为代表的各类纯电动汽车大规模 商业示范（城市群）与推广，实现纯电动 车商业价值。
13 14
一、电动汽车规划
“三纵三链”产业创新联盟
118
燃料电池车用关键部件
燃料电池车离产业化多远？
实用化目标 成本 寿命 耐低温 用铂量
119
现状 70美元/千瓦 （按50万台评估）
30美元/千瓦 （同内燃机）
5000~10000小时 3000~5000小时 - 30℃ 0.2mg/cm2 -10 ℃~ -30℃ 0.25mg/cm2
120
20
小结（零部件）
制动能量回收—电能储存
澳大利亚 城市工况
ECE15
日本1015 工况
纽约 城市工况 998 878
制动器 4000 驱动能量，kJ
制动能量，kJ 1934
6480 4195
3478 953
1675 888
热能
制动能量所占比例，% 48.3 64.7 27.5 53.0 88.8
83
P83
当制动或把脚移离油门时， 动能被发电机收集并存入蓄 电池或超级电容。
3
国内政策
4
报告内容
一、 “十二·五”电动汽车规划 （科技部·重大科技产业化工程） 二、汽车先进技术及相关零部件
一、电动汽车规划
【总体战略】
• 把电动汽车发展战略从企业战略和行业战 略层面上升到国家战略的高度，在坚持节 能与新能源汽车“过渡与转型”并行互动、 共同发展的总体原则指导下，进一步确立 “汽车动力电气化”技术转型战略，重点发 展电气化程度高的电动汽车，政府直接介 入，培育新兴产业，力争实现与国际先进 水平基本同步的目标。
火花点燃
HCCI
49 50
类HCCI--多点着火效果
HCCI优缺点
• • • • • NOx排放仅为一般汽油机的1-5%； PM几乎为0； 热效率相当于柴油机； 循环波动率更低； 但不易实现。
51
52
二、汽车先进技术及相关零部件
混合动力汽车
53
54
9
混合形式
• 内燃机+蓄电池 • 内燃机+超级电容 • 内燃机+飞轮 • 燃料电池+蓄电池 • 燃料电池+超级电容 • 燃料电池+飞轮 • 蓄电池+飞轮 • 多系统独立驱动
11
一、电动汽车规划
【战略实施与组织 】
• 建立“三纵三链”产业创新联盟 • 加强“十城千辆”示范工程推广 • 探索“电池租赁”商业运营模式 • 深化国内外合作交流与技术转移 • 完善产业化激励政策与保障措施
12
2
一、电动汽车规划
“三纵三链”产业创新联盟
• 以产业链为纽带，建立整车厂牵头-纵向整 合零部件(并联与串联相结合）产业技术联 盟，组织承担重点任务，实现以中度混合 动力轿车为代表的各类混合动力汽车大规 模产业化。