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新能源汽車:上下游聯動

2010-09-25 14:10:30 中國電子報   作者: 李映 趙艷秋  

在近日舉辦的“2010中國汽車電子產業發展高層論壇”上,與會專家與企業代表圍繞新能源汽車的發展路線、政策層面如何跟進、關鍵零部件開發難度與思路以及進一步促進節能環保技術等方面發表精彩觀點,本報特選取部分觀點,以饗讀者。

中國工程院院士、吉林大學汽車學院院長郭孔輝

應優先發展小型電動車

·我國在小型電動車方面的優勢非常明顯,可說是中國汽車產業發展的歷史機遇。

·讓市場需要的電動車獲得準生證,讓能夠造出高質量、適應市場需求的企業獲得入門證,解決了這兩個障礙,電動車產業就會突飛猛進。

電動車替代燃油汽車是必然趨勢,各國在國際金融危機之后競相發展電動車業。我國電動車業已取得一定的發展,但對下一步如何發展爭論頗多。

小型電動車配套環境成熟

電動車的特點在于:超低排放,公認是未來燃油汽車的替代者;電池比重大、價格高,其成本、壽命和重量是關鍵;車載電池用量取決于最高車速、續駛里程和自重;與燃油汽車相比,越大型指標越高越吃虧,越小型指標越低越占便宜。將指標降下來,是電動車占優勢的一個重要措施。因為電動車一般比同級別燃油車更重,在車速要求一定的條件下,續駛里程長則能量需求大,車重將猛增,價格也會上漲;車速要求越高則電池就越多,車重車價將急劇攀升;若車速、續航里程要求都高,則電動車的使用經濟性將急劇惡化。因而速度指標適當、續駛里程不太長的小型電動車的經濟性顯著提高。

我國電動自行車、摩托車產業越來越大,為電動車的發展打下良好的基礎:電動自行車存量已經超過1億輛,帶動了電池、電機、電控核心技術的發展;電動自行車、摩托車產業造就了完整的鉛酸電池回收產業鏈,能解決廢舊電池污染的問題;我國每年有超過9億度低谷電,可供5000萬輛左右的電動汽車充電;我國鋰資源、稀土資源和鎂資源豐富,可為電動車汽車關鍵部件提供原材料資源。

但我國在電動汽車發展時存在一些不好的現象:市場需求大的小型實用電動車目前還不是國家提倡的重點,國家鼓勵支持的電動車市場有待拓展;我國技術水平相對較低,卻只有企業還達不到的高標準,而歐美技術相對先進,卻有明確的小型低速純電動車標準;在沒有小型電動車標準的情況下,有關部門不是積極變通以利節能環保大計,而是只知為避免承擔責任不許可小型低速電動車生存。沒有“準生證”,限制了小型電動車的應用,更多的企業依靠出口來曲線救國。

我國在小型電動車方面的優勢非常明顯,可說是中國汽車產業發展的歷史機遇:它的市場需求大,消費者買得起、政府貼得起(甚至不用帖),售價為5萬~6萬元;它的運行成本低,為同級燃油車的1/3甚至更低;同時技術可以支撐,在研發方面我國已有較好的技術積累,有強大的國際競爭力;它可按照實際需要選擇最高車速和續駛里程,以盡量減輕汽車自重,在需要較長續駛里程的場合可發展成為“增程式”電動車或結合超級電容進行快充;小型電動車可利用220V民用電充電,慢充時所用功率相當于一臺家用空調,不僅對電網影響小,還能調節電網效率,減少調峰電站的巨額投資;可有效解決充電基礎設施建設的諸多難題,因農村建加油站難,但充電容易。

政策應有所調整

因而我國電動車發展戰略要進行調整,無論從消費市場的成熟度、使用的便利性、技術的使用性和污染的可控性來看,大規模發展小型低速電動車的條件都已具備,唯一欠缺的就是一張“準生證”。產業發展的優先順序要調過來,不宜用高指標來限制符合市場需要、有利于新興產業發展的產品的誕生。要根據實際需要,適當降低不同電動車企業的資質門檻。

小型電動車能否可持續發展取決于發展速度及所需的成本,如果低成本能創造足夠的效益、能支持企業較快發展,并且企業能努力創新,掌握核心技術,就能實現可持續發展。并且,通過市場旺盛的小型電動車帶動電池、電機、電機控制等產業和關鍵技術的發展,將進一步促進大型電動車的發展。同時,電動公交車也應堅持發展,加強研發和試點,積極推廣,解決營運問題。另外,增程式電動公交、電池快速更換和超級電容應用是值得注意的發展方向。

我們應通過市場引導、扶小帶大、低端切入、多層發展這一路線,一手抓零部件核心技術的突破,一手解決準入障礙,讓市場需要的電動車獲得準生證,讓能夠造出高質量、適應市場需求的企業獲得入門證,解決了這兩個障礙,電動車產業就會突飛猛進。

深圳市航盛電子股份有限公司新能源汽車總工陳小江

系統功能安全的設計實現是首要任務

·BMS作為電動汽車最關鍵的技術之一,在SOC的估算精度和安全管理等方面都有待進一步改進和提高。

·為最大限度地滿足電動汽車動力電池動態充電負載的要求,電動汽車充電的網絡式大規模智能充電管理是最經濟有效的解決方案。

在新能源汽車技術方面,航盛聚焦在動力系統的安全關鍵核心零部件如電池管理系統BMS、電機控制器MCU以及動力總成控制系統PCU的開發,并逐步拓展到動力電池車載充電器及外部充電設施、電動汽車充電網絡智能管理系統及低速純電動車動力系統集成控制單元等的研發、設計及驗證。

核心零部件開發難度加大

純電動車和混合動力汽車對電池管理系統均有相應的要求,純電動車的要求更高。電池管理系統需要提供電池單體的數據采集、電池包的充電狀態(SOC)的估算,實現相應的電氣控制如單體均衡控制、系統過流、過壓、過溫保護等。BMS作為電動汽車最關鍵的技術之一,在SOC的估算精度和安全管理等方面都有待進一步改進和提高。電動汽車電池包的SOC的運用范圍寬,電池單體模塊的SOC應保持在一定的誤差范圍內,否則處理劣勢的電池包的某些單體就會經常處于過沖過放的狀態,從而導致某些單體的早期失效,更近一步誘發整個電池包的過早淘汰。鋰離子電池單體的一致性通常難以保障,BMS需對電池單體進行狀態監測,并通過均衡電路,實現電池包內的電池充電平衡,延長整個電池包的使用壽命。

目前國際市場上關于電動汽車的充電器的定義分類復雜,但航盛認為充電器可簡單歸納為兩種:慢充和快充。慢充的方式比較靈活,可直接應用家用交流電力設施,易于作為車載充電器的標配;而快速充電器需要大功率的電力設施,只能通過大容量公共的電網提供,因而沒有任何必要將快速充電器安裝于電動汽車內。這既增加了整車成本,又會帶來更多的維護費用及安全隱患,所以最簡單易行又經濟適用的解決辦法是快速充電器不集成到汽車里,而只用于公共充電設施,提供接口簡單的直流快沖。這樣只需更新直流外充設備功能就可以很容易實現智能電網V2G(汽車到電網)的功能,而無須更改整車充電方案。

而在電機控制器方面的開發難度也比較大。目前市場上可以用作牽引電機的主要有兩種:一是異步感應電機,其結構簡單,成本低廉,功率、性能都比較優異,如果做進一步的技術改進如采用鑄銅轉子技術及優化轉子磁通控制等,其效能可大為提升;二是內置式永磁同步電機,中國在這方面的永磁材料最豐富。但其成本目前還較高,加工工藝方面有待進一步改進。這兩種電機在中國具有良好的發展前景。航盛將加強電機控制器的開發,實現異步感應電機及永磁同步電機的模塊化、通用化。

在混合動力控制模塊方面,動力總成控制系統PCM可實現HEV/EV能量管理和狀態切換控制,航盛主攻通用化,提供通用的硬件平臺以及底層驅動程序,上層應用程序交由整車廠負責,主要實現動力系統的總成控制策略和控制算法。PCM設計復雜,采用雙CPU的架構可以滿足安全的監控并實現安全駕駛模式。航盛的計劃是在明年上市產品,三年之內實現量產。

需要網絡式智能充電管理

電插混合動力汽車及純電動汽車已經成為我國新能源汽車發展戰略的主流,中國電動汽車的市場認可度將嚴重依賴充電設備的基礎設施建設程度。由于我國公民的家居條件無法和西方發達國家相比,絕大部分電動汽車用戶必須依賴公共充電設施對其汽車動力電池充電。也就是說,公共充電樁及充電站基礎設施的大規模普及建設是電動汽車在中國真正走向市場化的必備條件。大規模不規則的電動汽車充電負載將對中國許多地區已經接近臨界狀態的電網造成更大的負擔。尤其是超快速充電系統的瞬態功耗超過幾百千瓦,多個快速充電系統的同時使用將使有限的電網資源嚴重受損。

要想無條件充分滿足電動汽車電池動態充電符合要求,電站及輸電網的基礎建設不得不擴容更新,而電網的基建投資都非常巨大且建設周期長,為在電網的基礎建設最小限度內最大限度地滿足電動汽車動力電池動態充電負載的要求,電動汽車充電的網絡式大規模智能充電管理是最經濟有效的解決方案。通過利用電網負載及載荷容量動態信息的計算機系統網絡交互,智能充電管理系統可優化電動汽車動力電池的充電管理,使電動汽車動力電池充電負載能動態地滿足電網容量要求。它可最大限度地降低電動汽車充電負載對電網的負面影響,還能有效可靠地創造新的電動汽車商業運營模式,加快電動汽車的商業化步伐。

發揮積累優勢

航盛已有系統的新能源汽車技術發展戰略,通過有效地結合航盛的車載Telematics系統,航盛具備很大的優勢與電網公司及整車廠企業聯合開發智能充電網絡管理系統。該系統除了能有效提供動力電池智能充電管理、減輕電網負荷外,還能與全球定位系統結合,提供充電網絡(充電站、公共充電樁)的定位信息,實時地引導用戶合理優化駕駛電動汽車,并能有效地管理動力電池的充電狀態以滿足用戶的駕駛需求,最大限度地優化電池充電狀態,延長電池的使用壽命。[page]BMS/MCU/PCU是新能源電動汽車HEV/PHEV/EV的動力傳動系統的安全關鍵ECU子系統,安全件的開發必須嚴格遵循標準的流程管控。安全件的開發流程管理是實現關鍵系統的功能安全保障,航盛非常關注和重視功能安全的管理、設計及測試驗證,潛心研究國外發展趨勢,追蹤最新的發展動態,從設計、驗證、故障分析等流程各方面都充分考慮汽車的安全性,這樣產品才能在推向市場時滿足市場需求。航盛在安全件的開發所遵循的準則是必須實現“安全第一、質量第二、產量第三”。在安全件開發中,質量不能等同于安全,由于關系到人命關天的大事,系統功能安全的設計實現必須作為首要任務。航盛作為國內汽車電子業的領頭羊,在這些系統開發方面將充分發揮積累的優勢,在新能源汽車領域實現更大的作為。

美國SMSC公司事業發展高級主管張文

MOST是中國汽車電子業 升級切入點

·MOST網絡的優勢在于:一是成本的優化,二是系統可擴展。

·中國的汽車電子供應商可以開發MOST這一有技術含量、有競爭力的產品,并可以進入高利潤率的原裝車載娛樂系統市場。

·在未來三四年內,中國市場將成為MOST網絡技術應用的最大市場之一。

MOST最初是由歐洲幾家主要車廠和汽車電子供應商發起并制定的汽車多媒體娛樂系統標準。經過10多年的不斷發展,MOST協會已有80多個成員,包括全球主要的車廠和汽車電子供應商。MOST現在已成為全球唯一被大規模產品化的汽車多媒體娛樂系統標準。

MOST符合平臺化模塊 化發展趨勢

汽車多媒體原裝產品有一定的不足,比如設計周期長、成本高、新功能引入慢、升級不便等。這些不足造成消費者雖然花費較高,但獲取的原裝多媒體系統卻較為落后,于是很多消費者需要改裝車上多媒體系統。那么,車廠是否要放棄汽車多媒體市場呢?我們認為還不能放棄,因為汽車多媒體原裝產品對車廠有一定的重要性:一方面,車載多媒體產品能成為車型的主要標志,它在提高和改善車廠的技術形象方面有很重要的作用,可以增加新車對不同用戶群的吸引力;另一方面,車載多媒體系統的利潤較高,它在一定程度上可以提高車廠的利潤。

為了解決上述問題,車廠在產品研發上也形成了一些新的趨勢。針對一部分車型,車廠基于同一個平臺研發,而針對車內一些系統,車廠則基于模塊開發。例如,奧迪車就是平臺化和模塊化的組合。針對車載多媒體系統,他們有MIB(模塊化的娛樂系統結構),可以覆蓋不同檔次的汽車。這樣消費者可以購買奧迪最低檔次的汽車,但卻可以配置奧迪最高檔次車型上的多媒體系統。平臺化和模塊化的組合實現了模塊對不同平臺的支持。

采用了平臺化和模塊化的組合研發模式后,可為車廠帶來幾大優勢:一是車廠可以集中采購,從而降低成本;二是提高了研發效率,同時降低了研發成本;三是可以降低新產品研發的風險,這對于汽車電子供應商來說非常重要。如果車廠可以控制產品開發的數目,就可以降低產品開發的風險。四是可以共享平臺。模塊化、平臺化的組合有利于產品功能的擴展。

目前汽車上基本的多媒體系統是主機、儀表顯示盤和功放。如果要擴展系統,增加一些功能如DVD或數字電視等,采用MOST網絡只要增加兩個模塊就可以了,系統不需要改變。與傳統網絡相比,MOST讓系統連接更加簡單,除了線束減少之外,產品的檔次也提高了,同時減少了系統的電磁干擾。從以上我們可以看出,MOST網絡有這樣的優勢:一是成本的優化,二是系統可擴展。未來MOST網絡還可以連接下一代駕駛輔助系統。由于下一代駕駛輔助系統會提出很多新要求,而通過采用MOST網絡,只需添加不同的模塊就可實現。

中國設計MOST 需要建立產業鏈

MOST技術在推出后,率先在歐洲高檔車上獲得應用。目前奔馳、寶馬已推出了采用MOST系統的第二代車。近兩年,亞洲市場采用MOST系統的步伐正在加快,已經有20款車采用了該系統,主要集中在現代和豐田車型上。而且,過去MOST系統集中在高檔車上,但現在已經開始滲透到中檔車中了。截止到2010年,全球已經有100多種車型采用了MOST技術。

根據相關統計,德國、日本、中國是前三大MOST網絡應用的市場。而且,由于豐田、大眾、奧迪、通用汽車在中國市場上擁有較高的占有率,因此,伴隨著這些品牌車輛在中國的推廣使用,可以預計,在未來三四年內,中國市場將成為MOST網絡技術應用的最大市場之一。與此同時,我們也看到,至今還沒有哪一家中國的合資企業、獨資企業和本地企業有開發MOST的能力。

中國車廠需要引進高性能、高利潤的娛樂系統,而且這些系統需要采用成熟的經過市場檢驗的技術。一些國外的網絡技術標準對于中國公司來說門檻高、進不去,但MOST不同,它是可以滿足以上需求的一個行業共享的公開標準。中國的汽車電子供應商可以開發MOST這一有技術含量、有競爭力的產品,并可以進入高利潤率的原裝車載娛樂系統市場。從長遠來看,中國汽車電子供應商將來也有希望進入國外車廠供應體系。

當然,采用MOST新技術也存在挑戰。分析MOST在歐洲市場取得成功的原因是因為當時車廠參與了標準的制定,使標準符合行業的發展趨勢;同時,國外汽車電子供應商具備較強的新技術研發實力,擁有大量的第三方技術供應商,形成了包括軟件、測試和方案咨詢廠商在內的產業鏈,因此MOST技術的推廣取得了成功。

在中國,國內車廠希望采用MOST技術,但沒有本土汽車電子供應商可以提供,而采用國外方案的成本比較高,這制約了MOST技術在中國的推廣。其實,MOST技術本身難度不是很高,要啟動該市場,就需要政府和行業研究機構協助引導整個產業鏈。當然,中國一些企業和機構也開始開展了一些工作,例如吉林大學去年在中國第一汽車集團公司技術中心的支持下開展了MOST可行性的研究,并將MOST協會出版的標準和技術書籍翻譯成中文,為國內相關企業介入該領域提供了很好的資料。最近,國內又有一些車廠和供應商開始了MOST的學習和產品研發項目。

 




責任編輯: 中國能源網

標簽:新能源 汽車