剖析新能源汽车热点:16条技术干货与产业建议

丹车清影

编者:本文为北京理工大学电动车辆国家工程实验室、北京理工大学机械与车辆学院副教授、中国电工技术学会电动车辆专业委员会委员孙立清所做的研究报告。原文标题为《当前新能源汽车及相关领域存在的问题或热点剖析及建议》,篇幅较长,我们分两期刊发,本文为第一篇。

【第一电动网】(专栏作家 孙立清)自去年7月国务院出台《关于加快新能源汽车推广应用的指导意见》后,新能源汽车的利好政策便如雨后春笋、拔地而生,从发改委公布电动汽车用电价格,到财政部免征新能源车购置税、工信部发布免征购置税名单等等。我国的新能源汽车产业在一系列政策的激励下和全行业的努力下,实现了火爆的增长。舆论间,各方面意见技术的产业政策的观点也在交锋,从技术角度和产业角度对整个行业进行研究已显得十分必要。

笔者注意到了放量的观点、技术已经不需要研究可以大规模产业化的观点;也注意到了宜保质保水平再上量、不宜“大跃进”的观点(中国汽车工业协会的2014年最新月度信息发布会上,中汽协常务副会长兼秘书长董扬表示,新能源汽车目前发展迅猛,但是在国家各项支持新能源汽车发展政策的推动下,一些地方政府纷纷投入新能源汽车项目,动辄几十亿甚至上百亿的投资,而且看到越大的项目越开心,最后搞不成由政府买单,其实还是让老百姓买单,他也呼吁避免这样的“大跃进”式发展)。其实,一个最重要的目的,(能够站在技术制高点的)新能源汽车行业可持续和健康发展,这当是行业共识。举出下述一些可能不够深入和有待继续探究的观点,供行业参考,目的也在于促进行业可持续和健康发展。

笔者在对技术和产业研究的基础上,认为:

(1)实现再生制动时,对电机发电性能要求高(仅仅高效是不够的),对PWM(脉冲宽度调制)控制要求更高,一定功率下,再生电压和电流(受到发电性能)协调控制能力受到局限。尤其还要兼顾制动法规协调机械制动与电制动,由于电制动协调控制能力受到局限,使得整车制动性能发挥受到局限,尤其是对于分布驱动,由于制动控制过程复杂,控制起来更加困难。目前低速车速下实现再生制动困难,再生制动能量回收效率不高。如何实现一定工况下总续驶里程中再生制动贡献的里程比例的不断提高是当务之急,这也是电动汽车作为移动用电装置能效水平乃至技术水平的重要标志。可以问启辰的主管技术人员,这一比例是多少?答案令人吃惊。而业内权威跟我讲的我们的新能源客车这一比例是多少?这数字同样让我吃惊。

(2)由于PWM控制技术,无法消除电机高次谐波等对于车载电源系统的影响(换句话说存在类似于电力系统低压穿越的情形),而控制器产生的电磁兼容问题对车载电气系统也产生非常不利的乃至灾难性的影响,这些影响了相关部件性能的发挥,尤其是性能,如寿命,尤其对于车载电源系统,寿命至关重要。

(3)车载电源系统中,电池成组对于电池生产和性能的一致性要求很高,电池成组筛选困难,因为要求整车所有电池单体具备统一的一致性要求。对于先并后串再并的电池组而言,仅先并的组内单体具有一致性是远远不够的,要求再串联时各个并联组也要具有整组上的性能一致性,而且这些并串后的分组再并联也要求性能上的一致性。对于先串后并的电池组,仅先串的组内单体具有一致性也是远远不够的,要求再并联

时各个串联组也要具有整组上的性能一致性。这种一致性要求不单单是生产和配组,而且是要求在使用过程中,无时不刻不具备一致性。而且这种一致性的要求是多方面的,包括但不限于电压、电流和内阻等及其温度特性。在现行的使用方式方法上,电池成组寿命远远低于单体寿命或衰减程度就已经说明这样一点。这个技术问题,是制约目前电动汽车发展的关键。

(4)现行的电池管理系统,主要功能还无法做到真正的充放电控制,而且就算电池的均衡管理都困难。采用非单纯串联方案,就是自均衡都无法实现。单体因为电化学和物理散热等问题使得无法采用大容量电池单体串联就满足电动汽车使用要求导致车载电源系统并联无法避免,只要并联存在,就无法避免因各种原因导致有单体内短路或直接出现个别单体正负极短路的危险出现,这已经成为再安全的高压电气系统都无法避免的问题。

(5)电机三相控制,转矩波动大,无类似六相制电机的冗余控制,实际施加给电机的三相波形正弦波形畸变率大,给车载电源使用和电机性能发挥带来相当大的负面影响。

(6)充电还只是单向的从电网获取电能,对电网的干扰因为充电设备的性能差而无法避免,电网侧需要无功补偿设备,用电设备功率因数低,对电网影响大,整个体系建设投资巨大,电网根本无法接受目前这种基于PWM的大功率设备的电能回馈。目前所有可再生能源接入电网技术要求高,设备投入大,而且必须要先接入电网再购电,这种情形严重地阻碍了新能源的接入和电动汽车充电设施的发展。所以目前,就算巨头放开充换电站设施建设准入,实际因为投资收入不成比例,也难以为继。投入少,容易做,产出多,这种事情留着自己干的居多,电力部门不可能是奇葩。这样的技术无法助于V2G技术的实施,调节能源体制和价格体系,尚还艰难。

作者:丹车清影

来源:第一电动网

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北京理工大学电动车辆国家工程实验室、北京理工大学机械与车辆学院副教授、中国电工技术学会电动车辆专业委员会委员


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