一篇文章+看懂新能源汽车关键技术及其当前水平
- 格式:doc
- 大小:931.00 KB
- 文档页数:8
新能源汽车技术创新的突破与趋势在当今的汽车领域,新能源汽车无疑是最引人瞩目的发展方向之一。
随着环保意识的不断提高和技术的持续进步,新能源汽车正经历着前所未有的变革。
从电池技术的突破到智能驾驶的发展,从充电设施的完善到车辆性能的提升,新能源汽车的技术创新正在重塑我们的出行方式和未来交通的格局。
一、电池技术的突破电池是新能源汽车的核心部件之一,其性能直接决定了车辆的续航里程、充电时间和安全性。
近年来,电池技术取得了显著的突破。
首先,能量密度不断提高。
新一代的锂离子电池,通过采用高镍正极材料、硅基负极材料等先进技术,能量密度相比以往有了大幅提升。
这意味着在相同体积和重量的情况下,电池能够储存更多的电能,从而显著增加新能源汽车的续航里程,让消费者不再为里程焦虑而烦恼。
其次,充电速度加快。
快速充电技术的发展使得新能源汽车的充电时间大幅缩短。
例如,一些车型已经能够实现 15 分钟内充电 80%的水平,极大地提高了车辆的使用便利性,与传统燃油车加油的时间差距逐渐缩小。
再者,电池的安全性也得到了更好的保障。
通过优化电池结构、采用先进的热管理系统以及加强电池管理系统的监控和控制能力,有效降低了电池过热、短路等安全风险,让消费者能够更加放心地使用新能源汽车。
二、智能驾驶技术的发展智能驾驶是新能源汽车领域的另一个重要创新方向。
自动驾驶技术的不断成熟,为未来的交通出行带来了更多的可能性。
目前,新能源汽车已经普遍配备了诸如自适应巡航、自动紧急制动、车道保持辅助等高级驾驶辅助系统(ADAS)。
这些系统能够在一定程度上减轻驾驶员的负担,提高行车安全性。
而在更高阶的自动驾驶领域,一些新能源汽车品牌已经开始进行测试和试点运营。
通过激光雷达、摄像头、毫米波雷达等多种传感器的融合,以及强大的计算平台和人工智能算法,车辆能够实现更复杂的环境感知和决策控制,逐步向完全自动驾驶迈进。
智能驾驶技术不仅能够提高交通安全性和效率,还将改变人们的出行方式和生活模式。
新能源汽车研发的关键技术在当今环保和绿色发展的大环境下,新能源汽车被寄予了更为重要的希望和支持。
然而,与传统汽车相比,新能源汽车还面临着诸多技术难关,其中最为关键的就是新能源汽车研发的关键技术。
1. 电池技术电池技术是新能源汽车研发的核心技术之一,目前已经成为限制新能源汽车产业发展的一个瓶颈。
首先,电池的能量密度需要提高,以提高电池的续航里程和运行时间。
其次,电池的安全性需要保障,以避免由于电池引发的火灾等安全事故。
当前,我国正在努力发展新型电池技术,包括钠离子电池、钙离子电池、固态电池等,以期在未来实现新能源汽车电池技术的突破。
2. 电机技术电机技术是新能源汽车的动力心脏,主要包括电机结构、控制算法、驱动系统等。
传统内燃机动力的汽车使用的是燃油驱动系统,而新能源汽车则采用电力驱动系统。
针对电机技术,新能源汽车需要通过不断创新和优化来提高功率密度和效率,以确保电机具有更高的动力性能和更长的续航里程。
3. 车身材料由于新能源汽车在车型设计上需要考虑重量的控制、安全性和降低风阻系数等方面的挑战,因此车身材料也扮演了至关重要的角色。
要开发和制造适用于新能源汽车的新型材料,以实现更轻量化的车身结构和更高的车身刚度,同时降低车身噪音和抗氧化性能的需求等。
4. 充电技术当前,新能源汽车还面临电池容量小、续航里程短、充电难度大等问题,而这些问题本质上都关乎充电技术的课题。
为此,需要研究并开发出能够更快速、更安全、更方便地充电的充电技术。
这包括建设更完善的充电设施网络,同时使用更先进、更高效的充电设备和充电管理系统等。
5. 智能化技术智能化技术是新能源汽车的关键技术之一,它不仅可以提升新能源汽车的安全性能和驾驶体验,还能为新能源汽车提供更为便捷的使用服务。
例如,新能源汽车需要能够实现智能预约、智能导航、自动驾驶等功能,同时还需要具备创新的电子控制技术和人机交互技术。
6. 软件技术新能源汽车的核心功能都由各种软件实现,包括车载操作系统、数据分析系统、信息安全防护等。
新能源汽车发展的关键技术与策略随着环保意识的不断增强和对传统燃油汽车的限制,新能源汽车成为了未来汽车行业的趋势。
为了实现可持续发展和降低对环境的影响,新能源汽车发展中的关键技术和策略变得尤为重要。
本文将探讨新能源汽车发展中的一些关键技术和策略。
首先,电池技术是新能源汽车领域发展的关键。
目前,锂离子电池是新能源汽车中主要的储能方式。
然而,锂离子电池也存在着能量密度低、充电时间长以及寿命问题。
因此,提高电池能量密度、缩短充电时间和延长电池寿命是关键的技术挑战。
目前,研究人员正致力于开发新型电池材料和设计,以提高其性能。
例如,固态电池和钠离子电池等新兴电池技术被认为有望解决锂离子电池所面临的问题。
其次,充电基础设施建设也是新能源汽车发展中的关键策略。
新能源汽车的普及并不仅仅依赖于汽车自身的性能,充电基础设施的建设也是至关重要的。
目前,新能源汽车充电基础设施的建设仍然滞后,这给用户充电带来了一定的不便。
因此,政府和企业应加大对充电基础设施的投入,提高充电桩的密度和智能程度,以便更好地满足用户的需求,并促进新能源汽车的市场发展。
另外,智能网联技术是新能源汽车发展中的另一项关键技术。
随着互联网的普及和智能手机的普及,智能网联技术也成为了新能源汽车发展的重要方向。
通过智能网联技术,新能源汽车可以与交通管理系统和其他汽车进行信息交流,实现交通管理的智能化和交通拥堵的缓解。
此外,智能网联技术还可以使新能源汽车更加智能化和便捷,例如远程控制充电和预约车辆维修等功能。
另一个关键技术是轻量化技术。
新能源汽车相比传统燃油汽车更加依赖电池储能,因此车辆重量成为了一个重要的问题。
减轻新能源汽车的重量可以提高其续航里程和性能。
目前,新能源汽车中使用的材料主要是铝合金和碳纤维等轻量化材料。
然而,这些材料的成本较高,限制了其在汽车产业中的大规模应用。
因此,研发高性能、低成本的轻量化材料是关键的技术挑战。
最后,营销策略也至关重要。
新能源汽车的发展不仅仅依赖于技术和市场需求,营销策略也是一个不可忽视的方面。
新能源汽车关键技术研究与发展可持续发展已成为全球范围内的共识,新能源汽车正是其实现的重要手段之一。
目前全球正在经历着一场从传统燃油汽车向新能源汽车转型的浪潮。
我国在新能源汽车领域也发展迅速,不断加大新能源汽车的推广力度。
然而,新能源汽车发展面临着诸多的技术瓶颈,本文将论述新能源汽车的关键技术研究与发展现状。
一、电池技术电池技术是新能源汽车的核心,目前主要采用的是锂离子电池。
锂离子电池具有高能量密度、环保和长寿命等优点,是新能源汽车应用最广泛的电池之一。
然而,锂离子电池的价格较高,且充电速度较慢,续航能力有限,限制了新能源汽车的进一步发展。
因此,电池技术的研究和发展是新能源汽车发展中至关重要的一环。
目前,国内外科学家正在研究新型电池技术,如钠离子电池、固态电池、锂空气电池等。
这些新型电池在能量密度、充电速度、安全性等方面具有较大优势,有望成为新能源汽车的主流电池技术。
二、电气化技术电气化技术是新能源汽车不可或缺的一部分。
电动机是新能源汽车的动力来源,是实现汽车电气化的核心技术。
目前,国内外科学家正在研究新型电动机技术,如永磁同步电机、感应电机、磁阻同步电机等。
这些新型电动机在功率密度、效率等方面具有较大优势,是新能源汽车发展的重要支撑。
除了电动机技术,新能源汽车的变速器、电机控制系统等电气化技术也在不断研究和发展。
这些技术的进一步提升能够提高新能源汽车的动力性能和驾驶品质,从而更好地满足消费者的需求。
三、充电技术新能源汽车的充电技术是保障其运行的重要环节之一。
目前,新能源汽车主要采用的是慢充和快充两种充电方式。
慢充需要数小时才能完成,而快充只需数十分钟即可。
快充技术能够提高新能源汽车的使用便捷性和实用性。
但是,快充技术也带来了某些问题。
快充会对电池产生较大的压力,导致电池寿命缩短。
此外,快充设备的投入和建设也需要巨大成本。
因此,如何在保证充电速度的同时延长电池寿命,是新能源汽车充电技术研究的重要内容。
新能源汽车的技术突破与创新趋势在当今的汽车领域,新能源汽车正以前所未有的速度发展,逐渐成为汽车行业的主流趋势。
新能源汽车的出现不仅是对传统燃油汽车的挑战,更是一场技术革命,带来了诸多技术突破和创新趋势。
一、电池技术的重大突破电池是新能源汽车的核心部件之一,其性能直接影响着车辆的续航里程、充电时间和安全性。
近年来,电池技术取得了显著的突破。
首先,锂离子电池的能量密度不断提高。
通过改进电池的材料和结构,科研人员成功地提升了锂离子电池的能量存储能力。
这使得新能源汽车在一次充电后能够行驶更远的距离,缓解了消费者对于续航里程的焦虑。
其次,快速充电技术的发展也令人瞩目。
新一代的快充技术能够在短时间内为电池补充大量电能,大大缩短了充电时间。
例如,一些车型已经能够实现 15 分钟内充电 80%的目标,这与传统燃油汽车加油的时间差距正在逐渐缩小。
此外,固态电池的研究也取得了重要进展。
固态电池具有更高的安全性、更长的寿命和更高的能量密度,有望在未来几年内实现商业化应用,为新能源汽车带来质的飞跃。
二、驱动电机技术的创新驱动电机是新能源汽车的动力来源,其性能直接影响车辆的加速性能和动力输出。
目前,驱动电机技术呈现出多样化的创新趋势。
永磁同步电机因其高效率和高功率密度而成为主流选择。
然而,交流异步电机在一些高性能车型中也有应用,其在高速运行时具有优势。
同时,电机的集成化设计也越来越受到关注。
将电机、变速器和控制器等部件集成在一起,不仅可以减小体积和重量,提高空间利用率,还能降低成本和提高系统的可靠性。
另外,轮毂电机技术的研究也在不断推进。
轮毂电机将电机直接安装在车轮内部,能够实现更加精确的动力分配和操控性能,为车辆的设计和性能提升带来了新的可能性。
三、智能化与自动驾驶技术新能源汽车与智能化和自动驾驶技术的结合是未来的重要发展方向。
在智能化方面,车辆配备了先进的信息娱乐系统、智能互联功能和车辆远程控制等。
通过手机应用程序,车主可以远程查看车辆状态、控制车内设备,甚至进行预充电和预热等操作。
新能源汽车的关键技术研究与发展趋势随着人们生活水平的提高,对环保问题越来越关注,一种新型的交通工具新能源汽车应运而生。
新能源汽车分为纯电动汽车、插电式混合动力汽车和燃料电池汽车三种类型。
这些新型的汽车虽然有着环保优势,但是却面临一些关键技术的研究与发展问题。
在这篇文章中,我们将从几个方面探讨新能源汽车的关键技术以及它们的发展趋势。
一. 能源管理技术新能源汽车最大的特点就是电力驱动,而电池的续航能力和能源管理技术对于新能源汽车发展至关重要。
如果电池续航不够长,消费者无法满意,同时充电时间过长也会影响到所有者的使用舒适度。
因此,新能源汽车的主要研究方向之一就是能源储存和管理技术。
当然,随着科技的不断进步,能源管理技术也在不断地改进和升级。
例如,智能化的能源管理系统可以根据车主的行驶习惯,预测车辆的能量消耗和充电需求,从而提出优化的能量管理方案。
而对于未来,人工智能技术和大数据技术或许可以更好地帮助我们实现智能化能源管理。
二. 运动控制技术除了能源管理技术之外,运动控制技术也是新能源汽车发展中的一个重要方向。
新能源汽车的电力驱动系统具有许多优点,例如低噪音、快速响应和高效能等,但是也会面临一些挑战。
例如,电动汽车需要更高的安全性和可靠性,同时也需要更强的运动控制能力。
因此,运动控制技术对于提高新能源汽车的性能和稳定性非常重要。
我们需要更加有效的动力分配和车辆控制,以提高车辆的驾驶性能、体验和安全性。
三. 车身结构和材料技术车身结构和材料技术也是新能源汽车技术研究中的一个重要方向。
随着科技的不断进步,新材料的出现和不断改进为车辆的减重和提高车辆结构强度提供了有力的支持。
这不仅可以降低能源消耗和污染排放,而且还可以提高车辆的整体性能。
同时,车身结构和材料技术也可以提高电池的安全性和车辆的碰撞安全性。
例如,碳纤维复合材料就有着轻量化、高强度和抗疲劳的优点,可以在车辆的制造中得到广泛应用。
总的来说,新能源汽车技术的研究和发展都在不断地进行着。
中国新能源汽车产业的发展现状与未来趋势摘要随着全球能源结构的转型和环境保护意识的提升,新能源汽车产业在中国迅速崛起,成为推动经济可持续发展的重要力量。
本文将深入分析中国新能源汽车产业的发展历程、市场现状以及未来发展趋势,为行业内外的决策者和研究者提供参考。
一、中国新能源汽车产业的发展历程政策推动下的起步中国新能源汽车产业的起步得益于国家层面的积极政策推动。
自2009年起,中国政府陆续出台了一系列扶持政策,包括财政补贴、税收优惠等措施,以促进新能源汽车的研发和市场推广。
这些政策极大地激发了企业的创新活力和市场潜力,为新能源汽车产业的快速发展奠定了基础。
技术突破与产业升级技术的不断进步是推动新能源汽车产业发展的关键因素。
近年来,中国在电池技术、电机驱动、电子控制等方面取得了显著成果,提高了新能源汽车的性能和安全性。
同时,随着智能化、网联化技术的融入,新能源汽车的智能化水平也在不断提升,满足了消费者对于智能出行的需求。
市场接受度的提高市场接受度的提升得益于消费者对新能源汽车认知的转变和环保意识的增强。
随着新能源汽车性能的提高和成本的降低,越来越多的消费者开始选择新能源汽车作为出行工具。
此外,政府对充电基础设施的建设和完善,也为新能源汽车的普及提供了有力支持。
二、当前市场状况分析产销数据分析根据最新的产销数据,中国新能源汽车市场呈现出强劲的增长势头。
2019年,中国新能源汽车产销量分别达到了120万辆和110万辆,连续多年位居全球第一。
这一数据不仅反映了市场规模的扩大,也显示了中国新能源汽车产业的国际竞争力。
主要企业竞争格局在市场竞争中,一批具有核心竞争力的企业逐渐脱颖而出。
例如,比亚迪、蔚来、小鹏等企业凭借其在技术创新、产品品质和市场策略上的优势,占据了市场的主导地位。
这些企业不仅在国内市场取得了良好的业绩,也在国际市场上展现出了较强的竞争力。
用户需求与市场细分随着消费者需求的多样化,新能源汽车市场也逐渐呈现出细分化的趋势。
新能源汽车节能关键技术分析随着全球能源危机的加剧以及环境保护意识的增强,新型能源汽车已经成为了汽车行业的新热点。
相比传统燃油汽车,新能源汽车具有更好的节能环保性能,因此备受消费者青睐。
然而要想实现新能源汽车的大规模商业化应用,离不开一系列先进的关键技术的支持,下面就为大家介绍新能源汽车的几个关键技术。
1、电池技术——提高续航距离是关键目前,新能源汽车的动力系统多采取了电池驱动方式。
然而,电池技术目前还没有达到理想的发展水平,续航距离仍然是制约新能源汽车发展的瓶颈之一。
因此,研发出新型、高能量密度的电池技术是关键。
目前,电池领域中主要的技术路线包括:磷酸铁锂、钴酸锂、三元材料、钛酸锂、钒酸钠等。
这些电池技术都都有各自优点和局限性,未来新能源汽车的发展需要在这些技术基础上进行整合和发展。
2、电机技术——掌握电机核心技术是关键电机是新能源汽车的核心部件,与传统汽车发动机不同的是,电机具有输出扭矩平稳、高效等特点。
目前电机技术重点发展的是永磁同步电机、异步电机和开关磁阻电机等。
在电机技术的发展过程中,掌握电机设计、驱动控制与检测这些核心技术是非常重要的。
只有在这些方面的技术不断创新,才能够保证新能源汽车电机的高效、稳定、可靠运行。
3、电控技术——保障电池的稳定、长寿命的关键电控技术是指将控制器和电动机监测设备等组合起来,使新能源汽车的电能转化和电机驱动得以实现的一系列技术。
目前,传统的交流调速与控制技术已不能完全满足新能源汽车的需求,因此开发新型的先进电控设备显得越来越重要。
未来,新能源汽车应采用数字化、通讯化、智能化技术,可以预测电池寿命、调度能量分配、平衡电车电能等,从而为电池提供更好的控制保护,延长电池的寿命。
4、车体材料——提高安全性、减轻重量关键车体材料一直是新能源汽车关注的重点。
高强度钢、铝合金、碳纤维和镁合金等材料的应用可以有效提高汽车的轻量化程度,减少能耗和开销,并延长电池容量和寿命,提高安全性。
新能源汽车关键技术研究及发展展望随着经济的快速发展和人民生活水平的提高,汽车已经成为人们必不可少的出行工具。
但传统的燃油车由于产生大量二氧化碳和有害气体,对环境造成了巨大的污染和破坏。
因此,新能源汽车作为一种清洁、环保的出行选择,更受到人们的青睐。
本文将着重探讨新能源汽车的关键技术研究现状以及未来的发展展望。
一、新能源汽车的发展现状目前,新能源汽车以电动汽车为主要类型,它们被分为纯电动和插电式混合动力两种。
纯电动汽车采用电池作为能量来源,具有不消耗化石燃料、无排放、减少噪音和维护成本低的优点,但电池的续航里程仍然限制了它的普及程度。
而插电式混合动力汽车则是将燃油和电池相结合,可以更好的克服续航里程问题,但是相应地功率等技术指标需要更高。
从国内汽车市场的速度来看,新能源汽车正在快速崛起。
2021年上半年,新能源汽车月销量首超20万辆,市场占比也从上一年同期的5.1%提高到了8.5%。
而整个2021年的预计销量也达到了160万辆,新能源汽车的发展前景不容忽视。
二、新能源汽车的关键技术研究现状1、电池技术电池是纯电动汽车的核心零部件,电池的性能和成本直接影响车辆续航里程和普及程度。
因此,电池技术的研究是新能源汽车产业链中至关重要的一环。
我国已经成为了世界上最大的动力电池生产国,动力电池技术已经取得了一定的进展。
目前,锂离子电池被广泛应用于新能源汽车,但续航里程、寿命以及安全等方面仍有待提高和完善。
2、电机技术电机作为汽车的动力源,直接影响车辆的加速和行驶性能。
随着混合动力技术的发展,电机的技术也在不断改进。
现代电机需要满足高效、小型轻量化和高性价比等要求,且需要达到电机转速和扭矩特性可调控的效果。
目前,我国的电机技术已经逐渐成熟,国内的电动汽车动力系统不断地获得市场认可,相关企业的竞争力逐渐提升。
3、充电技术电动汽车的充电问题是目前新能源汽车发展的最大瓶颈之一。
高效、智能、安全的充电技术是提高新能源汽车使用体验和普及率的关键,也是保证车辆安全的基础。
新能源汽车关键技术研究与进展近年来,在全球加强环保和能源安全的背景下,新能源汽车逐渐成为了汽车行业的一个焦点,同时,其作为传统燃料汽车的替代品也越来越受到了人们的关注。
新能源汽车不仅能够大幅度降低空气污染物的排放,还能够减少对石油等化石燃料的依赖,成为了应对气候变化和能源安全的有效手段。
但是,新能源汽车的发展仍面临许多挑战和困难,其中技术问题是最为关键的。
本文将从新能源汽车的关键技术研究和进展方面进行探讨。
一、电池技术目前,新能源汽车采用的主要动力来源是电池,因此,电池技术的发展对于新能源汽车的发展至关重要。
电池技术的进步能够提高车辆的续航里程、降低制造成本、增加安全性等。
1. 锂离子电池技术目前,新能源汽车采用的电池多为锂离子电池,这种电池具有高能量密度、轻量化等优点,但是,其成本较高,安全性等问题也仍有亟待解决的地方。
目前,创新型企业正在研制一种新型的锂离子电池——氟化锂离子电池,这种电池具有更高的能量密度和更长的寿命,并且能够在宽温度范围内不掉电。
2. 固态电池技术除了锂离子电池之外,固态电池也是近年来备受关注的电池技术。
固态电池与传统的液态电池相比,具有高能量密度、更安全以及更长的寿命等优点。
此外,固态电池的制造成本更低,而且由于其不需要液态电池中的液体电解质,也不存在泄漏和膨胀等风险。
目前,全球范围内的多大企业均在积极研究、探索固态电池技术,并取得了不少进展。
二、电机技术电机技术是新能源汽车的核心技术之一。
与传统的燃油机相比,电机具有更高的效率和更多的优势。
因此,电机的技术发展未来将越来越重要。
1. 高效电机技术当前,电机技术的主要进步方向是提高电机的效率。
电机的效率越高,能量的利用率越高,能够提升车辆的续航里程和行驶速度。
不同于传统的永磁同步电机,新一代的高效电机采用了永磁同步无刷电机技术,并且结合了磁场分布、损耗噪声、散热结构等方面的优化设计,使其效率得到提高。
2. 磁芯材料技术电机的磁芯材料也是影响电机效率、性能等方面的重要因素。
一篇文章看懂新能源汽车关键技术及其当前水平北极星智能电网在线讯:新能源汽车的关键技术都有哪些?中国和国外的厂商在关键技术上发展到何种水平了?2014年国内新能源汽车产销突破8万辆,发展态势喜人。
为了使新能源爱好者和初级研发人员更好地了解新能源汽车的核心技术,笔者结合研发过程中的经验总结,从新能源汽车分类、模块规划、电控技术和充电设施等方面进行了分析。
1、新能源汽车分类在新能源汽车分类中,“弱混、强混”与“串联、并联”不同分类方法令非业内人士感到困惑,其实这些名称是从不同角度给出的解释、并不矛盾。
1.1消费者角度消费者角度通常按照混合度进行划分,可分为起停、弱混、中混、强混、插电和纯电动,节油效果和成本增等指标加如表1所示。
表中“-”表示无此功能或较弱、“+”个数越多表示效果越好,从表中可以看出随着节油效果改善、成本增加也较多。
1.2技术角度技术角度由简到繁分为纯电动、串联混合动力、并联混合动力及混联混合动力,具体如图1所示。
其中P0表示BSG(Belt starter generator,带传动启停装置)系统,P1代表ISG(Integrated starter generator,启动机和发电机一体化装置)系统、电机处于发动机和离合器之间,P2中电机处于离合器和变速器输入端之间,P3表示电机处于变速器输出端或布置于后轴,P03表示P0和P3的组合。
从统计表中可以看出,各种结构在国内外乘用或商用车中均得到广泛应用,相对来说P2在欧洲比较流行,行星排结构在日系和美系车辆中占主导地位,P03等组合结构在四驱车辆中应用较为普遍、欧蓝德和标致3008均已实现量产。
新能源车型选择应综合考虑结构复杂性、节油效果和成本增加,例如由通用、克莱斯勒和宝马联合开发的三行星排双模系统,尽管节油效果较好,但由于结构复杂且成本较高,近十年间的市场表现不尽如人意。
2、新能源汽车模块规划尽管新能源汽车分类复杂,但其中共用的模块较多,在开发过程中可采用模块化方法,共享平台、提高开发速度。
总体上讲,整个新能源汽车可分为三级模块体系、如图2所示,一级模块主要是指执行系统,包括充电设备、电动附件、储能系统、发动机、发电机、离合器、驱动电机和齿轮箱。
二级模块分为执行系统和控制系统两部分,执行部分包括充电设备的地面充电机、集电器和车载充电机,储能系统的单体、电箱和PACK,发动机部分的气体机、汽油机和柴油机,发电机的永磁同步和交流异步,离合器中的干式和湿式,驱动电机的永磁同步和交流异步,齿轮箱部分的有级式自动变速器(包括AMT、AT和DCT等)、行星排和减速齿轮;二级模块的控制系统包括BMS、ECU、GCU、CCU、MCU、TCU和VCU,分别表示电池管理系统、发动机电子控制单元、发电机控制器、离合器控制单元、电机控制器、变速器控制系统和整车控制器。
三级模块体系中,包括电池单体的功率型和能量型,永磁和异步电机的水冷和风冷形式,控制系统的三级模块主要包括硬件、底层和应用层软件。
根据功能和控制的相似性,三级模块体系的部分模块可组成纯电动(含增程式)、插电并联混动和插电混联混动三种平台架构,例如纯电动(含增程式)由充电设备、电动附件、储能系统、驱动电机和齿轮箱组成。
各平台模块的通用性较强,采用平台和模块的开发方法,可共享核心部件资源,提升新能源系统的安全性和可靠性,缩短周期、降低研发及采购成本3、新能源三大核心技术在三级模块体系和平台架构中,整车控制器(VCU)、电机控制器(MCU)和电池管理系统(BMS)是最重要的核心技术,对整车的动力性、经济性、可靠性和安全性等有着重要影响。
3.1VCUVCU是实现整车控制决策的核心电子控制单元,一般仅新能源汽车配备、传统燃油车无需该装置。
VCU通过采集油门踏板、挡位、刹车踏板等信号来判断驾驶员的驾驶意图;通过监测车辆状态(车速、温度等)信息,由VCU判断处理后,向动力系统、动力电池系统发送车辆的运行状态控制指令,同时控制车载附件电力系统的工作模式;VCU 具有整车系统故障诊断保护与存储功能。
图3为VCU的结构组成,共包括外壳、硬件电路、底层软件和应用层软件,硬件电路、底层软件和应用层软件是VCU的关键核心技术。
VCU硬件采用标准化核心模块电路( 32位主处理器、电源、存储器、CAN )和VCU专用电路(传感器采集等)设计;其中标准化核心模块电路可移植应用在MCU和BMS,平台化硬件将具有非常好的可移植性和扩展性。
随着汽车级处理器技术的发展,VCU从基于16位向32位处理器芯片逐步过渡,32位已成为业界的主流产品。
底层软件以AUTOSAR汽车软件开放式系统架构为标准,达到电子控制单元(ECU)开发共平台的发展目标,支持新能源汽车不同的控制系统;模块化软件组件以软件复用为目标,以有效提高软件质量、缩短软件开发周期。
应用层软件按照V型开发流程、基于模型开发完成,有利于团队协作和平台拓展;采用快速原型工具和模型在环(MIL)工具对软件模型进行验证,加快开发速度;策略文档和软件模型均采用专用版本工具进行管理,增强可追溯性;驾驶员转矩解析、换挡规律、模式切换、转矩分配和故障诊断策略等是应用层的关键技术,对车辆动力性、经济性和可靠性有着重要影响。
表2为世界主流VCU供应商的技术参数,代表着VCU的发展动态。
3.2MCUMCU是新能源汽车特有的核心功率电子单元,通过接收VCU的车辆行驶控制指令,控制电动机输出指定的扭矩和转速,驱动车辆行驶。
实现把动力电池的直流电能转换为所需的高压交流电、并驱动电机本体输出机械能。
同时,MCU具有电机系统故障诊断保护和存储功能。
MCU由外壳及冷却系统、功率电子单元、控制电路、底层软件和控制算法软件组成,具体结构如图4所示。
MCU硬件电路采用模块化、平台化设计理念(核心模块与VCU同平台),功率驱动部分采用多重诊断保护功能电路设计,功率回路部分采用汽车级IGBT模块并联技术、定制母线电容和集成母排设计;结构部分采用高防护等级、集成一体化液冷设计。
与VCU类似,MCU底层软件以AUTOSAR开放式系统架构为标准,达到ECU开发共同平台的发展目标,模块化软件组件以软件复用为目标。
应用层软件按照功能设计一般可分为四个模块:状态控制、矢量算法、需求转矩计算和诊断模块。
其中,矢量算法模块分为MTPA控制和弱磁控制。
MCU关键技术方案包括:基于32位高性能双核主处理器;汽车级并联IGBT技术,定制薄膜母线电容及集成化功率回路设计,基于AutoSAR架构平台软件及先进SVPWM PMSM控制算法;高防护等级壳体及集成一体化水冷散热设计。
表3为世界主流 MCU硬件供应商的技术参数,代表着MCU的发展动态。
3.3电池包和BMS电池包是新能源汽车核心能量源,为整车提供驱动电能,它主要通过金属材质的壳体包络构成电池包主体。
模块化的结构设计实现了电芯的集成,通过热管理设计与仿真优化电池包热管理性能,电器部件及线束实现了控制系统对电池的安全保护及连接路径;通过BMS实现对电芯的管理,以及与整车的通讯及信息交换。
电池包组成如图5所示,包括电芯、模块、电气系统、热管理系统、箱体和BMS。
BMS能够提高电池的利用率,防止电池出现过充电和过放电,延长电池的使用寿命,监控电池的状态。
BMS是电池包最关键的零部件,与VCU类似,核心部分由硬件电路、底层软件和应用层软件组成。
但BMS硬件由主板(BCU)和从板(BMU)两部分组成,从版安装于模组内部,用于检测单体电压、电流和均衡控制;主板安装位置比较灵活,用于继电器控制、荷电状态值(SOC)估计和电气伤害保护等。
BMU硬件部分完成电池单体电压和温度测量,并通过高可靠性的数据传输通道与BCU 模块进行指令及数据的双向传输。
BCU 可选用基于汽车功能安全架构的32 位微处理器完成总电压采集、绝缘检测、继电器驱动及状态监测等功能。
底层软件架构符合AUTOSAR标准,模块化开发容易实现扩展和移植,提高开发效率。
应用层软件是BMS的控制核心,包括电池保护、电气伤害保护、故障诊断管理、热管理、继电器控制、从板控制、均衡控制、SOC估计和通讯管理等模块,应用层软件架构如图6所示。
图6 应用层软件架构表4为国内外主流 BMS供应商的技术参数,代表着BMS的发展动态。
4充电设施充电设施不完善是阻碍新能源汽车市场推广的重要因素,对特斯拉成功的解决方案进行分析,并提出新能源汽车的充电解决方案、剖析充电系统组成。
4.1特斯拉充电方案分析特斯拉超级充电器代表了当今世界最先进的充电技术,它为MODEL S充电的速度远高于大多数充电站,表5为特斯拉电池和充电参数。
特斯拉具有5种充电方式,采用普通110/220V市电插座充电,30小时充满;集成的10kW充电器,10小时充满;集成的20kW充电器,5小时充满;一种快速充电器可以装在家庭墙壁或者停车场,充电时间可缩短为5小时; 45分钟能充80%的电量、且电费全免,这种快充装置仅在北美市场比较普遍。
特斯拉使用太阳能电池板遮阳棚的充电站,既可以抵消能源消耗又能够遮阳。
与在加油站加油需要付费不同,经过适当配置的 MODEL S 可以在任何开放充电站免费充电。
特斯拉充电技术特点可总结如下两点:1)特斯拉充电站加入了太阳能充电技术,这一技术使充电站尽可能使用清洁能源,减少对电网的依赖,同时也减少了对电网的干扰,国内这一技术也能实现。
2)特斯拉充电时间短也不足为奇,特斯拉的充电机容量大90~120kWh,充电倍率0.8C,跟普通快充一样,并没有采用更大的充电倍率,所以不会影响电池寿命;20分钟充到40%,就能满足续航要求,主要原因是电池容量大。
4.2充电解决方案图7充电系统组成图7为一种可参考的新能源汽车充电解决方案,充电系统组成:配电系统(高压配电柜、变压器、无功补偿装置和低压开关柜)、充电系统(充电柜和充电机终端)以及储能系统(储能电池与逆变器柜)。
无功补偿装置解决充电系统对电网功率因数影响,充电柜内充电机一般都具备有源滤波功能、解决谐波电流和功率因数问题。
储能电池和逆变器柜解决老旧配电系统无法满足充电站容量要求、并起到削峰填谷作用,在不充电时候进行储能,大容量充电且配电系统容量不足时释放所储能量进行充电。
如果新建配电系统容量足够,储能电池和逆变器柜可以不选用。
风力发电和光伏发电为充电系统提供清洁能源,尽量减少从电网取电。
5总结从消费者和技术角度分别对新能源汽车结构进行归纳分类,分析各种结构的优势,以及国内外各主机厂的应用情况。
分析新能源汽车的模块组成和平台架构,详细介绍了三级模块体系中相关的执行系统和控制系统。
分析VCU、MCU和BMS的结构组成及关键技术,以及世界主流供应商的技术参数和发展动态。
对特斯拉成功的解决方案进行分析,并提出新能源汽车的充电解决方案。