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新能源汽车电气电子技术路线图解析
图左:雪佛兰2017新能源车
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图右:未来的电动车底盘
目录
1 未来趋势及挑战 2 系统目标及状态 3 电机目标及状态 4 电控技术目标和状态 5 关键技术和策略
二、系统目标及状态
2.1 系统目标描述
美国驱动系统成本和功率密度规划,2025年驱动系统成本要降低到6美元/kW,相比2020年的8美元/KW降低25%。 功率密度要从2020年的4KW/L提高到33KW/L。
驱动系统和能量存储装置的尺寸大小。
预测2025年插电式电动汽车占销售总量的10% 预测2040年插电式电动汽车占销售总量的35%
图:2015-2040传统燃油车及新能源车销量预测图
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1.5有线充电
无线充电
自动驾驶 降低运营成本 提高可靠性 保证5~8万英里/年 30万英里寿命
图:技术路线图系统构成
蓝色和绿色框是技术路线图解析组件
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一、路线图概要
1.2 技术路线图涵盖范围
混合动力电动汽车(HEV) 插电式混合动力电动汽车(PHEV) 可扩展电动汽车(EEV) 纯电动/燃料电池电动汽车(BEV和FCEV)
路线图的重点是前瞻研究和开发,以提高车辆电气化。 过去研发专注于混合动力汽车,但目前重点转向全部电动
@2025年
模块化滑板式底盘 驱动系统与能量存
储系统集成于模块 化的底盘中。 底盘可拉伸 50万/年模块化底 盘@2025年
更多能量要求不同 的充电方案
长距离要求 100~200KW快充功率
已经着手开发350KW 快充方案
无线充电将受到市 场认可
运动车辆无线充电 需要更多的道路基 础设施升级
中国驱动系统,2020、2025、2030年比功率目标为4.0kW/kg、4.5kW/kg、5.0kW/kg,减、变速器转速达到 14000r/min、15000r/min、16000r/min。
美国
驱动系统目标(电机+控制器)
年份
2020 2025
改变
成本(美元/kW)
8
6
成本降低25%
功率密度(kW/L) 4.0
2(发电机和牵引电机) 50-125
纯电动汽车和燃料电池电动汽车 全速电力牵引(固定齿轮比)
1(只有牵引电机) 80-270
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一、路线图概要
1.3 市场状态
2012年以来,电动汽车每年的新车销售份额一直徘徊在3%左右,如下左图绿虚线所示。 2017年初,插电式电动汽车的数量超过了30万辆,其中一半是纯电动汽车。 低销量的部分原因是汽车市场主流是轻型卡车,电动汽车通常是较小的乘用车,另一个不利因素是美国范围内缺少
轻型混合动力卡车在轻型卡车市场的占有率
图:1999-2017新能源汽车年度销量百分比走势图
图:2008-2017新能源汽车电力牵引传动系统功率范围走势 5
一、路线图概要
1.4 关键挑战:成本与尺寸
正在增加的成本 电动汽车的出现,使得能量储存装置的成本已经显著降低,但由于驱动所需的能量太过庞大,能量储存装置的成本 仍然是限制因素。
2017年美国驱动系统状态
类别
美国
成本(美元/kW)
18
功率密度(kW/L)
6
2017年中国、吉利驱动系统状态
类别
中国
吉利
成本(人民币/kW)
136
109
功率密度(kW/kg)
1.2~1.7
1.69
2004年丰田prius 2007年丰田凯美瑞 2008年雷克萨斯 2010年丰田prius
日本各车型驱动系统状态
能够实际应用的插电式电动汽车,许多电动汽车仅支持在特定状态下使用。 随着电动汽车数量正在增加,开始包括更大和更重的车辆,驱动系统功率也在不断增加,如下右图所示。 消费者对车辆性能预期也促进更高功率,因此将峰值功率目标由55kW增加到100kW。
混合动力轻型卡车和汽车在轻型车辆市场的占有率 混合动力电动汽车和插电式电动汽车在轻型车辆市场的占有率 混合动力电动汽车在汽车市场的占有率 混合动力电动汽车和插电式电动汽车在汽车市场的占有率
2030 >5.0 16000
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二、系统目标及状态
2.2 系统状态
2017年美国驱动系统成本为18美元/kW,功率密度为6kW/L。 2017年中国驱动系统成本约为136元/kW,其中吉利驱动系统成本估算为109元/kW。 2017年中国驱动系统功率密度约为1.2~1.7kW/kg,其中吉利驱动系统功率密度估算为1.69kW/kg。
成本(美元/kW)
比功率(kW/kg)
功率密度(kW/L)
35
0.9
1.7
34
1.2
3.3
54
1.9
4.1
34.9
33
体积降低88%
@ 2020目标基于55kW逆变器/325V额定直流/9.6L电机 @ 2025目标参数基于一个100kW逆变器/650V额定直流
/2L电机
中国
年份
新能源车电驱动系统目标 2020
乘用车20s比功率(kW/kg)
>4.0
减、变速器转速达到(r/min)
14000
2025 >4.5 15000
汽车。包括插电式混合动力电动汽车、增程电动汽车、纯 电动汽车和燃料电池电动汽车
图:新能源汽车类型 从左至右:油电混合动力、纯电动、氢燃料电池汽车
驱动系统关键参数 驱动系统应用
电动机和功率逆变器模块需求数量 机械输出峰值功率(kW)
表:新能源汽车动力布置型式及功率表
插电式混合动力和增程电动汽车 启动发电机 牵引电机
新能源汽车电气电子技术路线图解析
目录
1 路线图概要 2 系统目标及状态 3 电机目标及状态 4 电控技术目标和状态 5 关键技术和策略
一、路线图概要
1.1 技术路线图宗旨
支持市场大规模采用电动车辆,加快发展高效、紧凑的驱动系统,满足或超过内燃机车辆性能和可靠性要求。 愿景:“美国消费者可负担的个人交通,能够减少石油消费,并大大减少有害的交通运输排放。” 使命:“加快发展竞争和创新技术,全范围覆盖高效、清洁、先进的轻型车辆,以及相关的能源基础设施。” 目标: 使电动车辆性能、安全性和成本比常规车辆更好,支持充电技术,使充电基础设施普遍可用。 2025研究目标:成本为6美元/kW,功率密度达到33kW/L @100KW 峰值驱动系统。