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插电式混合动力客车

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插电式混合动力客车

作者:
程相 李高鹏
来源:
郑州宇通客车股份有限公司
日期:
2017/01/10 10:26
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  2015年新能源客车行业量出现爆发式增长达到11.8万辆,新能源客车同比增幅444.5%,纯电动增幅1016.7%,插电式增幅90.4%;1月至12月,行业共推广25627台插电式客车。

  1、产业与技术总体情况

  插电式混合动力汽车动力系统主要分为并联式、串联式和混联式三种结构,其主要结构特点与传统混合动力系统类似,但动力电池容量比传统混合动力大,并且可通过电网进行外接充电。目前,国内主流插电式混合动力客车产品使用的动力系统是基于深度混合动力开发形成的双电机同轴混联插电式混合动力系统,主要由发动机、ISG电机、驱动电机及超级电容、双向斩波控制器及动力电池等组成,其中超级电容与动力电池组成了能量功率兼顾型的复合电源,可有效利用超级电容的大功率充放电功能及动力电池的大能量储存特性,电池电容优势互补,有效降低了车辆全生命周期成本,实现电源系统与整车同寿命,该构型通过车载电源系统的模块化配置,可实现从节能型混合动力到纯电驱动客车的平稳过渡。主流的混合动力客车一般针对插电式混合动力客车的总布置形式,采用粘接铆接等工艺,进一步改善整车刚度、强度,提高材料的利用率,可插电式混合动力客车减重7%以上,另外,通过采用发动机智能启停技术,实现发动机在怠速、滑行、制动及低功率需求时的自动停机,节油率可达12%。通过开发插电式混合动力客车专用再生制动系统,采用面向节能与安全的机电一体化制动控制方法,实现了全制动过程的能量回收。以宇通客车为例,采用睿控系统的插电式混合动力客车比传统能源车辆节省燃料50%以上。

  (1)插电式混合动力客车技术发展特点

  从培育战略性新兴产业角度看,发展电气化程度比较高的“纯电驱动”电动汽车是我国新能源汽车技术的发展方向和重中之重。

  为此国内的各个新能源客车厂家及动力系统供应商在插电式混合动力客车上所采取的技术路线为:依托现有的混合动力系统,通过增加动力电池容量及充电接口,形成插电式混合动力客车产品。

  插电式客车主要应用领域为公交领域,我国主要插电式客车企业基于公交工况分析,提出了经济适用的双电机混联式动力系统构型,采用简洁的直驱传动方案,具有动力传递高效、再生能量回收比例高、经济适用的优点。通过模式离合器实现了串联电电混合驱动力、并联机电混合驱动两种工作模式,很好地适应了城市运行工况的特点。通过车载电源系统的模块化配置,电功率比可以覆盖51%到100%,实现从节能型混合动力客车到新能源客车的平稳过渡。

  (2)插电式混合动力客车的主要技术突破点

  在开发插电式混合动力客车的过程中,充分利用前期开发节能型混合动力客车所形成的技术积累,针对电驱动系统、车载能源系统及电动附件系统等技术进行了研发,目前国内已形成了具备完全自主知识产权的电机、电池、电控技术。

  在电驱动系统方面,高压控制器集成化设计渐成趋势,已经实现ISG控制器、主驱动电机控制器、电动助力转向控制器、DC/DC、高压配电器集成化设计,高压节点由27个减少到11个,体积减小63%(以宇通为例);在车载能源方面,针对插电式混合动力的使用需求,提出了能量功率兼顾型的复合电源构型,选用能量型动力电池满足整车平均功率需求,超级电容满足整车峰值功率需求,动力电池经过双向斩波DC/DC与动力母线并联,与母线的动态功率需求实现了解耦,有利于动力电池的主动能量管理。

  (3)目前亟需解决的技术难点及解决方案

  在插电式混合动力客车的推广过程中,仍有亟需解决的技术难题。

  车载能源方面,目前国内的三元锂离子动力电池的安全性及寿命有待进一步提升,应加大研发力度,借助国外的先进技术成果,提升三元锂离子动力电池的安全性,延长使用寿命,实现大批量应用。

  电驱动系统方面,目前国内的电驱动系统效率及可靠性有待进一步提升,应从新材料/新结构/自传感电机、IGBT芯片封装和驱动系统混合集成、新型传动结构等方面着手,开发高效率、高材料利用率、高密度和适应极限环境条件的电力电子、电机与传动技术,满足电动汽车可持续发展需求。

  电控技术方面,在故障诊断、故障处理等方面存在欠缺,应重点开发先进的纯电驱动汽车分布式、高容错和强实时控制系统,高效、智能和低噪音的电动化总成控制系统,车载信息、智能充电及其远程监控技术,满足纯电动汽车大规模示范需要。

  在充电设施的建设方案及实施方面,我国当前充电设施欠缺,充电方式不合理,导致多数运行的插电式混合动力客车无法及时充电,影响了示范运行效果,应从国家层面上,进行统筹规划,合理的分配土地、资金等,建立全网络的充电设施,保障插电式混合动力客车的有效运营。

  2、未来几年插电式混合动力客车技术发展趋势

  插电式混合动力汽车技术可有效减少汽车燃料消耗量,满足城市续驶里程要求,对促进汽车工业技术升级转型有着极其重要的意义。新一轮新能源汽车补贴政策正式出台,对电动汽车、插电式混合动力汽车和燃料电池汽车继续给予补助,插电式混合动力客车得到各汽车厂商的重视,推广应用迅速,技术进步明显。目前,插电式混合动力客车的整体发展趋势是继续加大电功率,加大电驱动在混合动力中的比例,同时关键零部件逐步电动化,其具体技术发展趋势为:

  (1)永磁化、数字化、集成化的车用电机技术;

  (2)高能量密度、高安全性能、低成本的车载能源技术;

  (3)集成化、智能化、网络化的电控技术;

  (4)快速化、智能化、集成化、电能转换高效化的充电技术,包括使用方便的无线充电技术;

  (5)插电式混合动力系统技术平台工程化集成设计,进行结构优化和效率优化,提升整车平台可靠性和耐久性;

  (6)插电式混合动力汽车相关技术规范及标准法规的制定与完善。

  3、面临的挑战

  经过多年发展,新能源汽车运营时机已成熟,尤其是在城市普及发展节能与新能源公交已是大势所趋,而插电式混合动力汽车技术发展迅速,是下一步推广应用的重点,但当前仍存在部分制约其发展和推广的不利因素,和国际领先水平比起来,我们存在很多不足。

  (1)核心零部件技术有待提高。国内零部件的研发水平和配套能力是插电式混合动力客车实现大规模产业化的基础和前提。

  (2)插电式混合动力系统的一些技术、材料仍处于开发和优化阶段,距离国外先进水平有一定差距,性价比较低。

  (3)国内插电式混合动力汽车标准和检测体系建设不够完善,各车厂采用的技术路线不相同,无法采用统一的标准衡量,而且我国虽然颁布了多项混合动力汽车领域的标准,但多为推荐性标准,不具有强制性标准的效力,而且标准的覆盖面也显然远远不够。

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