电动汽车电池管理系统的设计开发
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1.1.2 我国新能源汽车发展现状分析

在“十三五”新能源汽车科技研发上,我国制定了新能源汽车技术升级战略,将汽车实现电动化、智能化、轻量化相结合,三个战略相互关联。另外,将从基础科学、共性核心技术、系统集成、集成开发示范4个层次进行全方位的开发。从动力电池的角度,进一步强调电池管理;在电机驱动的角度,进一步强调电力电子;在电控的角度,将其转型为智能化技术,在基础科学和示范考核方面继续推进,实现全创新链一体化推进。

我国传统汽车与国外相比,相对比较落后,但是在新能源汽车方面,我国起步较早,与大部分发达国家站在同一起跑线上,并发展迅速。早在1998年,我国政府就开始推行“清洁汽车计划”,推动以电动车为代表的新型汽车的发展。2001年,国家在电动汽车重大专项规划中,更是从顶层设计上构建了“三纵三横”的电动汽车研发格局。“三纵”就是混合动力汽车、纯电动汽车、燃料电池汽车;“三横”就是多能源动力总成控制系统、电机及其控制系统和电池及其管理系统。“三纵三横”电动汽车研发格局的构建,有利于确保纯电动汽车技术发展和演进沿着正确的道路前进。2012年,我国发布了《节能与新能源汽车产业发展规划(2012—2020年)》,指出要加快培育和发展节能与新能源汽车产业,推动汽车产业转型升级,以纯电动驱动为汽车工业转型的主要战略取向,当前重点推进纯电动汽车和插电式混合动力汽车产业化,因此国内新能源汽车方面,纯电动汽车和插电式混合动力汽车发展迅速,因缺少政策支持及技术水平相对落后,我国燃料电池汽车发展尚待提高。图1-27显示了近年来我国新能源汽车产销量与预测量。

图1-27 近年来我国新能源汽车产销量与预测量

1.我国纯电动汽车发展现状分析

近几年,国家对新能源汽车的补贴力度加大,还提出了双积分政策,国内各大车企都开始布局新能源汽车战略。比亚迪作为新能源汽车的引领者,是国内最早一批发展纯电动汽车的车企,其产品覆盖乘用车及商用车等各类车型。在2012年国家新能源政策不明的情况下,比亚迪率先推出续驶里程达300km的纯电动汽车e6,随着电池能量密度及整车技术能力的提高,2016款比亚迪e6搭载容量为82kW·h的磷酸铁锂电池,续驶里程已经达到400km,广受消费者的认可,如图1-28所示。

图1-28 比亚迪e6纯电动汽车

上汽荣威也致力于纯电动汽车的发展,在2017年上海车展上,上汽荣威推出一款纯电动超级轿跑SUV——“光之翼”Vision-E,如图1-29所示,该车将于今年(2018年)正式上市。在动力方面,“光之翼”Vision-E采用双电机驱动,百公里加速时间小于4s,电池能量仅为特斯拉Model X的一半,但最大续驶里程可达500km,综合续驶里程也将达到400km。此外,该车还采用无线充电技术,充电15min可达到80%电池容量。

图1-29 “光之翼”Vision-E纯电动汽车

在纯电动客车领域,比亚迪已连续3年稳居国内纯电动客车销售冠军宝座,于2010年、2014年分别推出的K9、K8电动客车累计销量已突破2万辆。此外,比亚迪将于2017年年底推出新款K9、K8纯电动客车,新款车型均将搭载行业首创的客车动力电池热管理系统,以保证电池在不同环境温度下均能够发挥出最优性能,具有耐高寒、耐高温、高安全、易维护、适用广等特点,能够满足高温、高寒、高海拔等不同地区及使用环境的需求,将刷新客车行业技术、品质及市场新高度。此外,2017款K9电动客车将搭载能量密度更高的动力电池,续驶里程将超过350km,可以完全满足大城市公交客车的日常需求,如图1-30所示。

图1-30 比亚迪K9电动客车

2.我国插电式混合动力汽车发展现状分析

与纯电动汽车发展类似,我国插电式混合动力汽车也发展迅速。一汽奔腾B50插电式混合动力汽车,搭载1.5L CA4GA5H发动机,最大输出功率75kW,另外配备输出功率为40kW的永磁同步电机,以及容量为30A·h的锂离子电池。其具备怠速起停,制动能量回收等功能,同时还可以提供纯电动、发动机单独驱动、混合驱动等多种驱动模式;最高车速为191km/h,百公里加速时间为12.5s。以60km/h的速度匀速行驶时,纯电动续驶里程可达45km,而以40km/h的速度匀速行驶时,纯电动续驶里程可达60km。利用家用电源充电时,充满时间为3h;利用快速充电器进行充电时,充满时间为0.3h;在NEDC(New European Driving Cycle)循环工况下的百公里油耗小于3.2L,比传统汽车节油60%,如图1-31所示。

图1-31 奔腾B50插电式混合动力汽车

上汽荣威550插电式混合动力汽车搭载了由1.5L发动机、ISG电机和电动机组成的三动力源混合动力系统,具有147kW的最大输出功率和587N·m的峰值扭矩;同时配备了EDU智能电子变速箱和11.8kW·h的磷酸铁电池组,纯电动行驶里程为50km,实现了2.3L的百公里油耗和长达500km的续驶里程,如图1-32所示。

图1-32 荣威550插电式混合动力汽车

比亚迪“秦”插电式混合动力汽车,如图1-33所示。搭载1.5TDI发动机(最大功率113kW/5200rad/min,最大扭矩240N·m/1750~3500rad/min)和110kW的电机,最大功率和最大扭矩分别达到223kW和440N·m,同时配备了容量为10kW·h的磷酸铁锂电池和6挡双离合变速箱,百公里加速时间为5.9s,纯电动行驶里程为50km,综合工况下百公里油耗约为2.05L。

图1-33 比亚迪“秦”插电式混合动力汽车

3.我国燃料电池汽车发展现状分析

在燃料电池汽车发展领域,相比发达国家,我国起步较晚,在成本、性能、关键零部件等方面与日本、韩国等国家还存在一定差距。由于我国最初是以纯电动汽车为主要发展方向,相关政策、物力与财力的投入也集中在纯电驱动方面,燃料电池汽车的发展有所滞后。

我国的燃料电池汽车产品多采用混合动力的形式,通过燃料电池搭配一定功率的动力电池作为车辆动力源。目前国内对燃料电池乘用车研究的较少,发展较快且已经量产的多集中在客车和物流车等领域。

目前,国内只有少部分乘用车企业对燃料电池汽车进行研究开发,上汽荣威在2015年上海车展上展示了一款荣威950 Fuel Cell燃料电池汽车,如图1-34所示,采用动力蓄电池与氢燃料电池系统作为动力源,整车匀速续驶里程可达400km,并可以在-20℃的低温环境下启动。荣威950 Fuel Cell的动力电池采用了811所研制的磷酸铁锂电池,燃料电池系统则是由上汽与大连新源合作开发的。荣威950 Fuel Cell有两个耐压能力为70MPa的储氢罐,储氢量为4.18kg。

图1-34 荣威950 Fuel Cell燃料电池汽车

一汽集团的奔腾B70 FCEV是在奔腾B70轿车的基础上进行研发的,如图1-35所示。其采用峰值功率55kW的PEMFC,另外搭配7.5A·h的锰酸锂电池,其总额定电压是375V。但是该车电池总能量只有2.813kW·h,并不符合国家对纯电动乘用车动力电池组能量不低于15kW·h的规定。

图1-35 奔腾B70燃料电池汽车

在国家政策的推动下,国内燃料电池客车行业发展迅速,福田、宇通、中通、苏州金龙等客车企业都对燃料电池客车进行了大量研究,生产的产品也在市场上得到运营。作为国内首个获得燃料电池客车生产资质的客车企业,宇通早在1999年就投入了专业力量开展新能源技术研究,在2009年成功推出第一款燃料电池客车并在德国汉诺威国际商用车展亮相,经过4年的发展,第二代燃料电池客车于2013年面世,整车采用轮边电机驱动和先进的通信总线技术,配备高压储氢罐,在40km/h匀速行驶时,最大续驶里程可达300km。2016年第三代燃料电池汽车面世,如图1-36所示,采用自主开发的“睿控技术”,在测试工况下续驶里程可达600km,加满氢燃料只需10min,且成本相对第二代燃料电池汽车下降了50%。此外,宇通将继续加快燃料电池客车的市场化步伐,计划在今年(2018年)推出第四代燃料电池客车,其续驶里程有望提升至800km,燃料电池寿命也将提升到10000h。

图1-36 宇通第三代燃料电池客车

中通客车于2017年1月也生产出首款燃料电池客车LCK6900FCEVG,成为国内首款9m氢燃料电池客车。该款客车燃料电池电堆净输出功率超过32kW,使用寿命超过10000h,在目前国内自主燃料电池技术中处于较高水平,客车在设计过程中优化了供氢系统和燃料电池能量管理系统,标准工况运行行驶里程可达400km,完全满足各级公交公司的使用要求,如图1-37所示。

图1-37 中通燃料电池客车