解析七大路线图之一:纯电动与插电式混合动力汽车技术路线图(收藏版)

10月26日,中国汽车工程学会在其年会上发布了《节能与新能源汽车技术路线图》,包括节能汽车、纯电动和插电式混合动力汽车、燃料电池汽车、智能网联汽车、汽车制造技术、汽车轻量化技术及动力电池技术等七大领域未来15年的发展路线制定。工业和信息化部装备工业司副司长瞿国春强调,路线图为汽车产业发展指明了发展方向,明晰了重点和路径,希望成为行业一致的行动指南。

为了详细解读这份关乎中国汽车产业发展的七大路线图,第一电动网将结合《节能与新能源汽车技术路线图》完整版,分七篇逐一介绍七大技术路线图的制定背景以及详细的发展规划。此文为第一篇:纯电动与插电式混合动力汽车技术路线图

解析七大路线图之一:纯电动与插电式混合动力汽车技术路线图(收藏版)

国际——新能源汽车推广现状

美国:美国政府把较为成熟的混合动力技术作为目前电动汽车市场的主流技术大力推广,2015年美国市场完成销售的新能源汽车总量达到11.6万辆,2016年上半年销量接近6.57万辆,全年预计超过13万辆。

纯电动车型代表有Model S和Model X,Model S车型包括单电机后轮驱动和双电机全轮驱动两种,搭载85kWh或60kWh锂离子电池,百公里加速约5.7s,续航里程最高达502km。

插电式混合动力车型代表:通用Volt和福特公司Fusion Energi。Volt 采用1.5升压缩比为12.5:1的直喷发动机和两个电动机,电池容量为18.4kWh,续航里程为80公里,百公里加速时间为8.4Ss。

日本:纯电动代表车型为日产Leaf和三菱的iMiEV电动车,2016新款Leaf搭载能量密度约157Wh/kg的30kWh电池组,采用峰值功率约80kW,续航里程达174km(EPA),百公里电耗14.6kWh。

混合动力汽车技术已经非常成熟:代表车型:丰田、本田、三菱、日产。丰田普锐斯搭载1.8升2ZR-RXZ阿特金森循环方式的发动机,电动机的最大输出功率为66kW,锂离子电池组电量9.8kWh,纯电续航里程56km。

日本新能源汽车销量在2014年达到3.16万辆峰值后,受国际油价持续走低的影响,2015年首次出现下降,销量减少至2.32万辆。2016年上半年市场开始回暖,销量达到1.37万辆的规模。

欧洲:欧洲纯电动车以德系为代表,代表车型为大众E-Golf,宝马i3。大众E-Golf采用峰值功率为85kW、峰值扭矩为270Nm的永磁同步电机,百公里加速时间10.4s,最高车速140km/h,24.2锂电池组,整备质量1510kg,续航里程190km。

欧洲插电式混合动力发展较为成熟代表车型宝马530Le和A6L e-tron,宝马530Le装备2.0升涡轮增压汽油机,最大功率为160kW,电机的峰值功率70kW,百公里加速7.1s,最高车速233km/h,纯电动模式下最高车速120km/h,纯电续航里程58km。

国际——充电基础设施建设现状

美国:2009年,美国实施了“EV Project计划”,建立12000个AC level 2充电设备和100 DC快速充电机,帮助推广8000辆电力驱动车辆(日产Leaf和通用Volt)。2012年3月,启动了“EV Everywhere”项目,2022年前,建立5人坐普通电价汽车量产体系,美国平均收入可购买。参与充电桩建设和运营的公司包括Charge Point、Blink、eVgo、SemaChina和OpConnect等,其中Charge Point和Blink拥有将近一半的充电桩,加上特斯拉自建的太阳能超级充电站,美国电动汽车充电桩预计已经超过5.1万个。

日本:制定了《下一代汽车战略2010》发展规划,“国家、地方政府及产业界合作共同推进充电基础设施建设”是日本推进的总思路。充电基础设施的建设主体为私营公司,日本已经拥有包含家用充电桩在内共4万个汽车充电桩,在数量上已经超过了传统加油站。丰田、日产、本田、三菱这四大本土车企还与日本政策投资银行共同成立了“日本充电服务”公司,主动承担起在充电桩的安装成本和8年的免费保修。

CHAdeMO标准快充桩是日本直流快充桩的代表,目前全球已经有38个国家超过341个机构加入CHAdeMO协会,包括能源公司、整车企业、充电设施企业等。CHAdeMO快充桩在日本和全球的数量也分别达到了3087和5735个。

欧洲:2014年9月通过了《替代能源基础设施建设指令》,要求成员国在2020年建设合理数量的充电设施,建议至少达到平均10辆电动车1个公共充电桩。坚持全欧洲标准统一(CCS),并希望在2017年实现允许充电设施运营商在公共平台上提供充电服务。

国内——新能源汽车发展现状

纯电动汽车:我国纯电动乘用车技术取得重大进展,车辆整体技术水平接近国外公司产品,部分产品性能指标已与国外公司产品不相上下,续航里程、可靠性、安全性、动力性水平不断提高,经济性和综合效益水平持续优化,具备了商业推广的条件。纯电动客车整体技术水平达到国际领先,开发出覆盖6米-12米的多种纯电动公交车型。

插电式混合动力汽车:插电式混合动力乘用车技术取得进展,部分产品性能指标已与国外不相上下。商用车方面,自主掌握PHEV多能源动力系统整车控制、高功率电机系统、混合动力自动变速箱、增程式辅助功率发电单元等关键技术,双电机串并联、AMT并联等不同技术路线具有不俗的市场表现。

驱动电机:开发出驱动电机系列化产品,功率满足从乘用车到大型公交车的需求,驱动电机功率密度、效率等电机技术水平与国际水平基本相当。峰值功率密度大多在2.8-3.0kW/kg、连续功率密度在1.2-1.6kW/kg,驱动电机最高可以达到12000rpm。

动力电池:磷酸铁锂电池单体能量密度从2007年的90kW/kg提高到接近140kW/kg。三元材料混合锰酸锂材料的电池单体的能量密度达到180Wh/kg,与国际水平基本同步;电池系统的价格从2007年的5元/瓦时降至3元/瓦时以下。功率型电池比功率最高达到3000W/kg,与国际先进水平相当。钛酸锂电池应用于快速充电的公交车辆。

整车控制及集成:基于“多V”模式开发体系,初步具备系统、软件到硬件的三层级开发能力。具备功能安全、诊断控制、通讯协议、标定开发等基本系统功能。软硬件开发模式已兼容全球先进AUTOSAR体系,硬件能够实现批量生产。已基本掌握纯电动整车集成技术、性能控制和评价技术。

充电基础设施:积极参与ISO/IEC国际标准制定工作,研究了电动汽车充换电设施高效能量变换、充换电过程控制、有序充电灯关键核心技术。研制了交流慢充、直流快充、电池更换关键设备。已开展电动汽车充换电服务网络运营平台关键技术的研究。无线充电技术目前在国际上也处于商业化起步阶段,国内较为同步。

2015年,纯电动乘用车累积销量超过14万辆,微小型纯电动占比达到85%。插电式混合动力乘用车销量接近6万辆,占中级(AO级以上)新能源乘用车的82%。各类新能源客车年累积产量超过11.2万辆。高速发展也带来质量参差不齐、产业链不协调等问题。据不完全统计,全国建成各类充电站3600个,公共充电桩4.9万个。社会力量积极参与,涌现了10余个具有核心竞争力的充电设施企业。

未来15年我国新能源汽车发展总体目标

新能源汽车产业链不断完善,逐步建成以市场为导向、企业为主体、产学研紧密结合的新能源汽车产业体系,形成自主可控完整的新能源汽车产业链,新能源汽车自主产业链进一步完善。2020年,纯电动汽车和插电式混合动力动力新能源汽车销量占汽车行业总销量7%-10%,2025年比例达到15%-20%,2030年比例达到40%-50%。

纯电动汽车技术路线

从2020年-2030年,逐步实现在紧凑型及以下乘用车的城市家庭用车、租赁服务、公务车实现批量应用,在公交客车、市政卡车、短途物流车以及其他特定市场、特定用途领域实现大批量应用。2025年,在中型及以下乘用车的城市家庭用车、租赁服务、公务车实现大批量应用;2030年,在乘用车和短途商用车上实现大批量应用。

2020年,乘用车典型小型纯电动车(整车质量1200kg)法规工况电耗小于12kWh/100km,2025年、2030年在2020年指标基础上降低10%。公共客车在2020年、2025年、2030年法规工况整车电耗分别小于3.5kWh/100km·t、3.2kWh/100km·t、3.0kWh/100km·t。

典型A0级车型,2020年,整车质量达到1200kg以下,综合工况续航里程达到300km,法规工况电耗小于12kWh/100km;2025年,整车质量达到1150kg以下,综合工况续航里程达到400km,法规工况电耗小于11kWh/100km;2030年,整车质量达到900kg以下,综合工况续航里程达到500km,法规工况电耗小于10kWh/100km。

混合动力汽车技术路线

从2020年到2030年,应用领域主要在紧凑型及以上乘用车的私人用车、公务用车以及其他日均行程较短的细分市场实现批量应用。要求城市工况纯电动行驶加速性能接近传统车水平,2020年,混合动力模式油耗相比传统车型节油25%;混合动力模式下整车油耗相比2020年水平降低5%以上;2030年,混合动力模式下整车油耗相比2020年水平降低10%以上。

典型A级车型,2020年,混动模式下油耗不超过5L/100km(工况下);2025年,混动模式下油耗不超过4.5L/100km(工况下);2030年,混动模式下油耗不超过4.3L/100km(工况下)。

关键零部件技术路线——电驱动系统

2020年,提升电驱动系统关键部件性能,满足纯电动和插电式混合动力性能要求,自主电机研发与商品化能力达到国际先进水平,开发出高输出密度、高效率永磁电机技术,逆变器性能和可靠性达到国际先进水平。

解析七大路线图之一:纯电动与插电式混合动力汽车技术路线图(收藏版)

关键零部件技术路线——动力电池及电池管理系统

2020年,进一步提升动力电池系统能量密度,降低系统成本,开发出高比能、高安全的动力电池技术,以及高精度、高可靠的电池管理技术。

解析七大路线图之一:纯电动与插电式混合动力汽车技术路线图(收藏版)

关键零部件技术路线——整车电控系统、车载充电机

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充电基础设施技术路线

2020年,建成超过1.2万座充换电站,超过500万个交直流充电桩,在小规模城市群建设充电服务网站,慢充功率提高至6.6kW以上,快充每充电15min电动汽车可以行使里程大于100km,实现无线充电、移动充电等新型充电技术试点运营,探索清洁能源与电动汽车的融合,实现电网与车辆双向充电技术(V2G);2025年,建成超过3.6万座充换电站,超过2000万个交直流充电桩,建成覆盖全国的充电服务网络,慢充功率提高至10kW,快充每充电10min可行驶超过100km,实现无线充电、移动充电等新型充电技术大规模推广应用,实现可再生能源与电动汽车融合的示范应用;2023年,建成超过4.8万座充电站,超过8000万个交直流充电桩,进一步完善优化全国充电服务网络,将风能、太阳能等接入充电服务网络,实现可再生能源与电动汽车融合的规模化应用。

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