同济大学发展新能源汽车集成与控制技术实践与思考

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1、同济大学 新能源汽车工程中心 New Energy Automotive Engineering Center, Tongji University 同济大学发展新能源汽车集成与控制技术同济大学发展新能源汽车集成与控制技术同济大学发展新能源汽车集成与控制技术同济大学发展新能源汽车集成与控制技术 实践与思考实践与思考实践与思考实践与思考 同济大学汽车学院 孙泽昌 同济大学汽车学院 孙泽昌 同济大学 新能源汽车工程中心 New Energy Automotive Engineering Center, Tongji University 二、动力系统集成技术二、动力系统集成技术二、动力系统集成技术

2、二、动力系统集成技术 三、分布式控制系统实现技术三、分布式控制系统实现技术三、分布式控制系统实现技术三、分布式控制系统实现技术 一、研发历程回顾一、研发历程回顾一、研发历程回顾 四、思考与建议 一、研发历程回顾 四、思考与建议四、思考与建议 报告内容 四、思考与建议 报告内容报告内容报告内容 同济大学 新能源汽车工程中心 New Energy Automotive Engineering Center, Tongji University “ “超越系列超越系列超越系列超越系列” ”燃料电池轿车动力系统平台燃料电池轿车动力系统平台燃料电池轿车动力系统平台燃料电池轿车动力系统平台 超越1号 超越

3、2号 超越3号 巴黎必比登比赛创佳绩 2001-2005年期间成功研制了具有完全自主知识产权的、“超越系列 ”燃料电池轿车动力系统技术平台，开发出多款“超越系列”燃料电 池轿车的示范样车，填补了我国燃料电池轿车研制的空白。 超越1号 超越2号 超越3号 巴黎必比登比赛创佳绩 2001-2005年期间成功研制了具有完全自主知识产权的、“超越系列 ”燃料电池轿车动力系统技术平台，开发出多款“超越系列”燃料电 池轿车的示范样车，填补了我国燃料电池轿车研制的空白。 2003 2004 2005 2003 2004 2005 研发里程回顾研发里程回顾 同济大学 新能源汽车工程中心 New Energy

4、Automotive Engineering Center, Tongji University 新一代燃料电池动力系统平台及示范运行新一代燃料电池动力系统平台及示范运行新一代燃料电池动力系统平台及示范运行新一代燃料电池动力系统平台及示范运行 2008年奥运会年奥运会 2009年美国示范运行年美国示范运行 2010年世界博览会年世界博览会 2006年起，新一代燃料电池轿车动力系统技术平台研制成功，并将该技 术平台应用于多种车型，在多次国内外重大活动中成功进行示范运营 研发历程回顾研发历程回顾 同济大学 新能源汽车工程中心 New Energy Automotive Engineering Ce

5、nter, Tongji University 研发历程回顾研发历程回顾 燃料电池城市客车动力系统平台 为了配合 燃料电池城市客车动力系统平台 为了配合联合国联合国UNDP 上海示范项目上海示范项目的进行，从的进行，从2005年起利用燃料电 池轿车研发的技术成果开展了 年起利用燃料电 池轿车研发的技术成果开展了两个轮次的燃料电池城市客车动力平台的研 发 两个轮次的燃料电池城市客车动力平台的研 发。与上汽集团合作的。与上汽集团合作的UNDP示范车在上海市博会进行了示范运行。 第一轮 示范车在上海市博会进行了示范运行。 第一轮UNDP预研样车样车UNDP示范样车 同济大学 新能源汽车工程中心 Ne

6、w Energy Automotive Engineering Center, Tongji University 研发历程回顾研发历程回顾 混合动力汽车动力系统平台技术研发 从 混合动力汽车动力系统平台技术研发 从2003年在上海市科委和教委的支持下，开始混合动力汽车动力系统 技术的研发。十一五期间主要支持了 年在上海市科委和教委的支持下，开始混合动力汽车动力系统 技术的研发。十一五期间主要支持了华晨中华牌轻度混合动力轿车华晨中华牌轻度混合动力轿车和深 圳 和深 圳五洲龙深度混合动力公交客车五洲龙深度混合动力公交客车动力系统的产业化技术开发工作动力系统的产业化技术开发工作 同济大学 新能源汽

7、车工程中心 New Energy Automotive Engineering Center, Tongji University 二、动力系统集成技术二、动力系统集成技术二、动力系统集成技术 三、分布式控制系统实现技术 二、动力系统集成技术 三、分布式控制系统实现技术三、分布式控制系统实现技术三、分布式控制系统实现技术 一、研发历程回顾一、研发历程回顾一、研发历程回顾一、研发历程回顾 四、思考与建议四、思考与建议四、思考与建议四、思考与建议 报告内容报告内容报告内容报告内容 同济大学 新能源汽车工程中心 New Energy Automotive Engineering Center, To

8、ngji University 动力系统集成动力系统集成 = DC/AC (MC) DC/AC DC/DC (DCF) 锂离子电池组锂离子电池组 (BM) Fuel Cell Engine (FCE) H-Tank = = = E-Motor 1. 主动力源主动力源FCE提供持续的平 均驱动功率，辅助动力源锂 离子动力蓄电池提供加速所 需的瞬态附加功率。 提供持续的平 均驱动功率，辅助动力源锂 离子动力蓄电池提供加速所 需的瞬态附加功率。 -可大大降低燃料电池的容量；可大大降低燃料电池的容量； - 可降低对燃料电池发动机的瞬态 响应要求； 可降低对燃料电池发动机的瞬态 响应要求； - 可实现再

9、生制动能量回馈，提高 运行经济性； 可实现再生制动能量回馈，提高 运行经济性； 2. 采用恒流控制的采用恒流控制的DC/DC 与与 FCE串联，实现串联，实现FCE与锂离 子蓄电池输出功率的汇流。 与锂离 子蓄电池输出功率的汇流。 电电-电混合燃料电池轿车动力系统结构电混合燃料电池轿车动力系统结构 - 可按可按FCE实际输出能力较精确的控制实际输出能力较精确的控制FCE的功率输出的功率输出; - 可以很好的实现燃料电池输出阻抗与驱动电机逆变器输入阻抗的匹配可以很好的实现燃料电池输出阻抗与驱动电机逆变器输入阻抗的匹配 - 可大大增加整个动力系统的可靠性可大大增加整个动力系统的可靠性 . 超越系列

10、燃料电池轿车动力系统平台（专利技术）超越系列燃料电池轿车动力系统平台（专利技术） 同济大学 新能源汽车工程中心 New Energy Automotive Engineering Center, Tongji University 动力系统集成动力系统集成 具有具有能量管理能量管理和和车辆控制车辆控制递进阶次的分布式控制系统基本结 构的建立，其实现技术的持续研发和不断的完善 递进阶次的分布式控制系统基本结 构的建立，其实现技术的持续研发和不断的完善 燃料电池轿车分布式控制系统基本结构燃料电池轿车分布式控制系统基本结构 同济大学 新能源汽车工程中心 New Energy Automotive E

11、ngineering Center, Tongji University 动力系统集成 燃料电池 动力系统集成 燃料电池:35Kw(长方 体结构 长方 体结构) 锂动力电池锂动力电池:30Ah 驱动电机驱动电机:24/65Kw D/DC、DC/AC 分立分立 燃料电池燃料电池:45Kw(长方体结构长方体结构) 锂动力电池锂动力电池:15Ah 驱动电机驱动电机:24/65Kw D/DC、DC/AC 集成集成 = PCU 燃料电池燃料电池:55Kw(扁平结构扁平结构) 锂动力电池锂动力电池:8Ah 驱动电机驱动电机:42/88Kw D/DC、DC/AC 、DCL、 AC、WCP集成集成 = PCU

12、 燃料电池轿车动力系统集成技 术的技术进步 燃料电池轿车动力系统集成技 术的技术进步 第一、二代动力系统 第三代动力系统 第四代动力系统 第一、二代动力系统 第三代动力系统 第四代动力系统 同济大学 新能源汽车工程中心 New Energy Automotive Engineering Center, Tongji University 动力系统集成动力系统集成 燃料电池客车动力系统平台集成研发燃料电池客车动力系统平台集成研发 基本思想：利用技术上较成熟的两套燃料电池轿车动力系统组成一套客车动 力系统，与轿车共享动力系统关键另部件产业链。 基本思想：利用技术上较成熟的两套燃料电池轿车动力系统组

13、成一套客车动 力系统，与轿车共享动力系统关键另部件产业链。 动力系统结构及可靠性研究动力系统结构及可靠性研究 准并联结构 典型 准并联结构 典型FCV结构结构 + - F1 F2 B1 B2 M1M2 F1B1M1M2 + - F2B2 + - F212121FBBMM + - 完全并联结构 准串联结构 准并联结构 传统 完全并联结构 准串联结构 准并联结构 传统FCV结构结构 FBM 同济大学 新能源汽车工程中心 New Energy Automotive Engineering Center, Tongji University 动力系统集成动力系统集成 典型工况系统驱动功率需求分析典型工

14、况系统驱动功率需求分析 40.857.831.828.640km/h匀速 204.6219.6195.6176典型工况峰值功率 30.545.521.519.35典型工况平均功率 142.3157.3133.31200-50km/h加速，23s 181.9196.9172.9155.6最大爬坡度18%，15km/h 94.8109.885.877.2最高巡航车速75km/h 不开空调 开 空调 输入 功率 驱动 功率 总功率需求（总功率需求（kW）电机功率（）电机功率（kW） 行驶工况 ） 行驶工况 0200400600800100012001400 0 10 20 30 40 50 60 T

15、ime/(s) Vehicle speed/(km/h) 0101030305050707090 90110110130130150150170 170 0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% Power/(kW) Percentage 58.36% 0.15%0.55%0.57%1.23% 2.92% 6.06% 13.57% 15.26% 1.53% 同济大学 新能源汽车工程中心 New Energy Automotive Engineering Center, Tongji University 动力系统集成动力系统集成 改进的准并联双动力驱动系统结构改进的准并联双

16、动力驱动系统结构 1.该动力系统平台（该动力系统平台（90/180Kw） 的冗余容错设计特点，提高了系 统的可靠性； ） 的冗余容错设计特点，提高了系 统的可靠性； 2. 驱动功率多了 一个控制自由度 可更灵活地进行 效率优化控制， 在保证系统动力 性的同时可进一 步提高经济性； 驱动功率多了 一个控制自由度 可更灵活地进行 效率优化控制， 在保证系统动力 性的同时可进一 步提高经济性； Wheel Wheel main reducer dynamic coupling/ transmission Motor1 Motor2 Motor Controller 1 Motor Controller 2 DC/DC1 DC/DC2 FCE1 FCE2 Power Battery VMSEnergy flow Signal flow + - 结构形式 系统无故障概率 典型 FCV结构 1MFB P P P P= 全并联结构 2 1 (1) aMFB PP P P= 准串联结构 22 () 1 (1) bMBF PP