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新能源汽车重点专项成果展示

国家重点研发计划“新能源汽车”重点专项成果展示

科技部是此次大会的支持单位,为了集中展示我国新能源汽车领域最新技术及成果情况,新能源汽车重点专项管理办公室将在大会期间组织国家重点研发计划“新能源汽车”重点专项成果展示。

国家重点研发计划“新能源汽车”重点专项成果展示,重点包括:


● 动力电池与电池管理
● 电机驱动与电力电子总成
● 电动汽车智能化技术
● 其他


● 燃料电池动力系统
● 插电/增程式混合动力系统
● 纯电动力系统

以下成果将在2019世界新能源汽车大会现场在7月1-3日期间做展览展示:

【所属项目及项目号】 混合动力发动机开发 2017YFB0103400

【所属领域】 插电/增程式混合动力系统

【推荐单位】 奇瑞汽车股份有限公司

【项目基本情况介绍】

本项目的主要任务是开发1-2款基于汽油燃料的高热效率混合动力专用发动机,其有效热效率达到40%以上。该发动机产品搭载1款插电式乘用车,并获得产品公告,整车达到国六排放标准。建立年产能超过1万台的产品线。

【主要成果内容及技术创新性】

该项目所开发的1.6L米勒循环汽油发动机有效热效率达到40%以上。重点围绕降低泵气损失、冷却损失和提高机械效率三个方面来提高发动机热效率。提高奥拓循环效率的主要技术手段是提高压缩比和稀释燃烧。本项目选择TGDI平台来开发高热效率汽油发动机,提高最高效率的负荷点,提高机械效率,扩展低油耗区域。项目采用低压EGR作为稀释燃烧的关键技术,同时为了提高燃烧效率,联合使用米勒循环技术。中冷EGR和米勒循环技术相结合,在实现低温燃烧的同时,也减少了壁面传热损失。

【所属项目及项目号】 新型高性价比乘用车混合动力总成开发及整车集成2017YFB0103200

【所属领域】 插电/增程式混合动力系统

【推荐单位】 奇瑞汽车股份有限公司

【项目基本情况介绍】

开展新型混合动力总成结构开发和关键参数优化匹配研究;开发高效/高功率密度电驱动系统;进行动力电池的优化匹配设计、老化和安全机理研究,突破全工况状态的监测及职能温控技术等瓶颈;研究和开发动力系统及整车的能量优化管理策略、动态协调控制策略,实现混合动力总成系统高效、稳定运行;进行机-电-热一体化设计和产业化技术攻关,完成一款双电机多模混合动力总成的开发,并搭载高性价比的插电式混合动力乘用车,燃油消耗量较第四阶段油耗限值降低比例≥40%,百公里综合油耗≤1.3L;整车加速时间0-100km/h≤5s,纯电模式下0-50km/h≤2.5s,综合公款高淳点续航里程≥70km;电池系统SOC估算误差≤3%,系统温度控制偏差≤2℃;整车控制系统功能安全等级ISO 26262 ASIL-C级;实现插电式混合动力乘用车整车销售≥5000台。

【主要成果内容及技术创新性】

本项目主要开展混合动力总成系统开发与集成等研究工作,具有以下创新点和突破点:
创新点一:奇瑞双电机多模新型混合动力总成构型及其开发平台建设 在奇瑞艾瑞泽P2单电机并联混合动力总成构型的基础上,通过增加1套机电耦合装置进行系统综合改进设计,形成了一种新型双电机多模混合动力总成构型。与国内外现有同类混合动力总成相比较,该构型方案可实现纯电动行驶、纯电动换挡变速、固定速比传动、电动增程、驻车充电等多种工作模式,且具有结构紧凑、零部件数量少、集成度高、控制灵活等特点,已申报多项专利,具有完全自主知识产权。
创新点二:双电机多模混合动力总成构型参数优化匹配方法 针对双电机多模混合动力总成的结构特点,提出多动力源、离合器的不同结构联接构型方案的能量流动拓朴分析方法,设计考虑整车动力性、油耗、电耗、结构与控制复杂度、成本等因素加权的混合动力总成综合评价指标,提出双电机多模混合动力总成构型方案的定性与定量优化评价方法。通过搜索分析和优化筛选,研究满足不同性能需求的混合动力总成构型方案优化设计方法。

【所属项目及项目号】 高安全长寿命客车动力电池系统关键技术研究及应用2018YFB0104100

【所属领域】 动力电池与电池管理

【推荐单位】 郑州宇通集团有限公司

【项目基本情况介绍】

“高安全长寿命客车动力电池系统关键技术研究及应用”为2018年度国家重点研发计划“新能源汽车”重点专项项目,牵头单位为郑州宇通集团有限公司。项目围绕下一代纯电动客车平台,从纯电动客车高安全、长质保里程、宽温度使用范围、快速充电的实际需求出发,研制标准化客车用电池系统。重点开展高容量合金负极研究、电池状态精准估计及热安全防控研究、电池系统成组效率提升共性技术研究、基于运行大数据分析的电池系统性能快速评价及高比能电池系统整车应用技术研究,建立高安全长寿命客车用动力电池共性技术研发平台及智能制造体系,实现系统比能量≥170Wh/kg,安全性能和快充性能满足新一代新能源客车需求的电池系统批量应用,使我国客车动力电池系统技术保持国际领先水平,引领行业发展。

【主要成果内容及技术创新性】

主要成果: 开发了2款标准化电池箱体,使用此两种箱体的电池包组合后可覆盖6~18米所有纯电动客车的电量需求;研制了具有液电分离设计和机-电-热复合安全设计的客车动力电池系统,电池系统的比能量已达到161.27Wh/kg,系统集成效率为89.6%;系统内单体电池温差≤3℃;电池系统循环寿命≥3000次;SOC和容量估计误差绝对值≤3%;开发了750V/800A快速充电机,30分钟内可将电池系统快速充电到SOC 80%以上;电池系统通过国标的各项安全测试,单体热失控后系统无起火爆炸时间>15分钟。 技术创新性: 为了解决能量密度提升和快充带来的动力电池系统的安全问题,兼顾长寿命和环境适应性等特点,实现了箱体液冷板一体化设计,冷却效果显著提升,使温度分布更加均匀,保证了安全;研究了高强轻质材料箱体,结合弱化模组设计理念,在保证结构安全的基础上提升系统能量密度。 提出了基于多时间尺度的自适应状态估计算法,以宏观时间尺度估计动力电池最大可用容量、微观时间尺度估计动力电池SOC,突破了强耦合、强时变、强非线性和多时间尺度的状态估计限制,实现了多状态多时间尺度并行解耦的精准估计,在SOC初值误差高达30%的情况下,仍能快速收敛到3%以内,收敛后的SOC与最大可用容量估计误差均在2%以内。

图1 液冷电池系统

图2 传统算法与多时间尺度自适应算法对比

【所属项目及项目号】 燃料电池公交车电-电深度混合动力系统平台及整车开发2018YFB0105500

【所属领域】 燃料电池动力系统

【推荐单位】 郑州宇通客车股份有限公司

【项目基本情况介绍】

“燃料电池公交车电-电深度混合动力系统平台及整车开发”为2018年度国家重点研发计划“新能源汽车”重点专项项目,牵头单位为郑州宇通客车股份有限公司。项目围绕燃料电池公交车寿命短、环境适应性差、可靠性低三大技术瓶颈,以燃料电池电-电深度混合动力系统平台技术的升级为抓手,重点研究解决5 大科学问题、10 大关键技术,开展多尺度自适应燃料电池电-电深度混合动力系统平台集成与开发、长寿命高可靠燃料电池系统开发、燃料电池系统对标测试与耐久性测试技术研究、70MPa 高压轻质车载氢系统开发、面向商业化的燃料电池公交车整车集成及示范运行等研究工作。项目预期研制出1 个燃料电池公交车动力系统平台,以宇通、福田、中通三家企业为技术应用载体,开发出3 款整车产品,并实现10 辆以上燃料电池公交车的示范运行,支撑我国燃料电池汽车商业化推广应用,促进我国燃料电池汽车整体技术提升和产业链发展。

【主要成果内容及技术创新性】

开发了高效高环境适应性12米电电混合动力低入口燃料电池公交客车,整车实际工况测试氢耗6.8kg/100km,实现-30°C低温启动,加氢时间小于10min,各项关键指标国内领先。联合亿华通开发的燃料电池系统,基于国产电堆集成燃料电池系统产品,额定功率63kW,质量比功率254W/kg,系统效率55%,防护等级IP67,实现系统-30°C低温启动,-40°C低温存储,采用高度集成化、模块化、无增湿设计,关键技术指标国内领先。完成12米燃料电池客车产品开发,并获得产品公告,实现了张家口30辆批量推广应用。
技术创新性: 面向寒冷地区应用需求,开发了低温性能好的燃料电池系统和动力电池系统,完成整车低温启动策略研究,优化动力电池和燃料电池在低温启动过程中的能量分配,完成整车-30℃环境舱低温启动验证,满足张家口市场应用;开发了动力系统多电源耦合协同控制和能量管理技术,建立了燃料电池系统能量流仿真体系搭建和整车能量流仿真模型,基于燃料电池系统余热利用技术,降低了整车氢耗,提升了整车环境适应性。

图1 宇通12米燃料电池客车产品

图2 宇通12米燃料电池客车-30摄氏度验证

【所属项目及项目号】 高性价比商用车混合动力系统开发与整车集成2018YFB0105900

【所属领域】 插电/增程式混合动力系统

【推荐单位】 郑州宇通客车股份有限公司

【项目基本情况介绍】

“高性价比商用车混合动力系统开发与整车集成”为2018年度国家重点研发计划“新能源汽车”重点专项项目,牵头单位郑州宇通客车股份有限公司。项目针对目前商用车混合动力系统存在的集成度低、工况适应性差、综合效率低等难题,以高效高集成度机电耦合混合动力总成为突破口,以动力系统的集成化、平台化和插电式商用车产品的系列化开发为抓手,重点开展高集成度高效机电耦合动力平台技术,高效混合动力专用发动机,高性价比、能量功率兼顾型电池系统,混合动力系统先进设计理论研究及整车控制技术,高性价比插电式客车整车集成技术及系列化产品开发等技术攻关,形成集成度高,节能效果好,符合三化(平台化、模块化、通用化)设计要求的商用车混合动力系统平台,开发性价比高、适应性好的插电式客车系列化产品,并实现批量应用。

【主要成果内容及技术创新性】

主要成果: 开发了一种新型高效功率分流机电耦合系统,通过机电接口标准化、关键部件通用化设计,实现电驱动系统减重37.5%,12米整车混合动力模式下能耗达到16.8L/100km,0-50km/h加速时间16.1s,行业领先。
技术创新性: ①提出了一种新型高效功率分流机电耦合系统,通过驱动电机、行星齿轮机构和电控离合器/制动器的合理组合和动态协调控制,实现转速、转矩双解耦和发动机高效直驱、驱动电机小型化及工作区域高效化,避免驱动电机高速随转,降低高速弱磁损失,提升系统综合效率。通过行星齿轮机构和电控离合器/制动器的组合优化设计,实现电子无级变速和驱动电机传动比双可变,改善燃油经济性的同时提升系统动力性。②基于多源信息融合的智能优化节能控制技术:基于工况历程和实时交通信息,创新性开发了面向城市道路交通环境的工况预测和驾驶意图识别一体化的多目标协同控制技术;基于车载雷达和视觉感知的多源信息融合算法,行业内首创了面向功能安全和能量高效利用的全局SOC规划和前方安全时距的整车最优能量管理策略,综合节能效果提升5%。

图1 机电耦合动力系统

图2 12米插电式混合动力客车

【所属项目及项目号】 N2/N3 类纯电动商用车动力平台关键技术研究及整车应用 2018YFB0106200

【所属领域】 纯电动力系统

【推荐单位】 郑州宇通重工有限公司

【项目基本情况介绍】

“N2/N3 类纯电动商用车动力平台关键技术研究及整车应用”为2018年度国家重点研发计划“新能源汽车”重点专项项目,牵头单位郑州宇通重工有限公司。项目针对目前纯电动商用车存在的综合能效低、环境适应性差、作业劳动强度大(智能化水平低)等3大技术难题,采用产-学-研-用联合体攻关模式,攻克多模高效电驱动系统及控制、高安全动力电池系统及全气候应用管理、整车智能化控制及性能提升技术和模块化系列化纯电动商用车底盘与整车集成等关键技术,形成高性能纯电动商用车共性动力平台和模块化、系列化的纯电动商用车底盘平台,开发出系列化N2 运输类、N3 作业类纯电动商用车。实现规模化生产和系列化产品应用,显著提升我国纯电动商用车关键共性技术水平和产品竞争力。

【主要成果内容及技术创新性】

主要成果: 开发了多模高效电驱动系统,满足整车0-50km/h加速时间≤12s、最大爬坡度≥35%、30 分钟最高车速≥100km/h 等动力性指标;研制了N2类纯电动运输样车,全气候续驶里程250km,N3类纯电动作业样车,全气候连续作业时间8h;整备质量不高于同类型燃油车的30%,具备智能辅助驾驶和自适应作业功能。
技术创新性: 多模高效电驱动系统覆盖运输和作业用途,实现双电机的耦合驱动、单电机独立驱动/作业、行驶与作业解耦等多种工作模式,采用双电机高效区互补设计,换挡无动力中断,驱动/作业电机可分离,降低了系统功率及转矩冗余,提高了系统效率;基于动力性及经济性的多目标优化约束,深度挖掘行车及作业中工况数据、双电机效率互补数据,采用工况识别和参数辨识算法,实时调整双电机工作状态及转矩分配策略,提高协同控制效率,实现车辆性能最优控制;应用多用电系统协调管理策略,根据整车行驶/作业系统需求功率,电附件工作状态和功率需求,协调管理双电机功率分配,电附件高效工作区调控,达到整车多用电系统综合效率最高,能耗最低。

图1 N2类纯电动运输车

图2 N3类纯电动作业车

【所属项目及项目号】 高安全长寿命客车动力电池系统关键技术研究及应用 2018YFB0104100

【所属领域】 动力电池与电池管理

【推荐单位】 惠州亿纬锂能股份有限公司

【项目基本情况介绍】

亿纬锂能聚焦国家科技部重点专项“高安全长寿命客车动力电池系统关键技术研究及应用”,承担高性能低成本磷酸铁锂电池研制任务。最终交付物为单体质量能量密度大于200Wh/kg,并且能够实现3C充电的高比能磷酸铁锂电池。
拟采用高振实密度材料、梯度孔隙率分布三维电极、轻量化铝结构封装等先进的电池制造技术,协同提升磷酸铁锂电池的能量密度、倍率性能和快速充电能力,同时保留磷酸铁锂高安全、低成本和长寿命特性。通过采用梯度分布孔隙率三维设计,改善固液界面,提高电解液浸润性,进而降低电芯的内阻并提升循环寿命。研究新方案新工艺电芯的制造技术,实现高能量密度单体电芯的量产:比能量≥200Wh/kg,循环寿命≥3500次,成本≤0.6 元/Wh,快速充电至80%以上SOC 状态所需时间≤12分钟。

【主要成果内容及技术创新性】

基于国家科技部重点专项项目要求以及公司已有的高比能长寿命磷酸铁锂电池技术积累,亿纬锂能主要从电池设计、材料选择、工艺优化等三方面开展工作,目前已实现电芯能量密度大于190Wh/kg,循环寿命≥2500次的中期指标。中期指标的技术创新性如下:
双模头涂布工艺实现电极梯度孔隙分布。
采用美国Edi双腔模头,通过两种不同粒径浆料的涂覆,实现电极梯度孔隙分布。
高浸润性电极工艺研究。
开发匹配高压实正负极片的高效浸润工艺,从电芯注液,化成,老化等工序展开DOE验证,开发了实现高浸润性极片的工艺。
仿真技术助力高比能高倍率长循环电池开发。
基于高比能电芯设计开展仿真预测,优化了正负极主材选型和极片设计参数的选择,通过对电芯的热仿真,优化了电池在高倍率充电过程中热管理的策略。
在本项目展示内容之外,我司还将展示目前已开发成熟稳定的长循环寿命电池,根据新能源客车,储能应用等不同应用场景,电池循环寿命分别可达到4000次,6000次,10000次等。

图1 双模头涂布原理图

图2 电池模组1C(3600s)充电温度分布图

【所属项目及项目号】 自动驾驶电动汽车环境感知技术 2018YFB0105000

【所属领域】 电动汽车智能化技术

【推荐单位】 清华大学

【项目基本情况介绍】

本项目针对自动驾驶电动汽车环境感知技术的关键技术难点,在激光雷达、毫米波雷达、单车多传感器融合、多车协同感知及车载通信与智能计算平台等方面实现突破,开发出世界领先水平的机械旋转式激光雷达和固态式激光雷达,并实现批量化生产;研制出自主知识产权芯片和车载毫米波高精度测距成像雷达,实现单车多源信息融合;建立多车协同感知机制,构建360度无盲区超视距视场;研发支持深度学习的车载嵌入式计算通信平台。最终实现多车型、多级别的自动驾驶功能集成示范应用,打破国外技术垄断,填补国内空白。项目成果将为自动驾驶电动汽车智能化技术的发展提供技术支撑,对学术研究和社会经济都有巨大的积极意义。

【主要成果内容及技术创新性】

项目原创性科技成果对我国发展电动汽车智能化技术具有十分重要的战略意义,项目总体达到国际先进水平,包括以下亮点:
第一:研发的具有自主知识产权Pandar40P,为国际上首款具有完全抗干扰能力的高性能车载机械旋转激光雷达,具有测距远、角分辨率高、紧凑轻便、视场角宽广、可靠性高等特点,目前已在国内外自动驾驶、高精地图、仓储物流等场景下广泛使用。
第二:研发的具有自主知识产权的CMOS 76-81GHz和94GHz毫米波雷达多通道阵列芯片,实现了片上3个发射通道、4个接收通道、本振通道、频率综合器、FMCW信号发生器和片上数字控制电路等单片集成,芯片指标达到国际同类先进水平。这是国内单位首次在该会议上发布CMOS 77GHz毫米波雷达集成芯片,相关工作获得中国仿真学会科技进步一等奖和中国产学研合作创新奖。
第三:研发的车载通信与智能计算平台提供了自动化的编译工具链,实现算法到硬件的快速部署,降低了开发门槛。平台可实现等效500-1000GOP/W的核心计算能力,达到国际领先水平。
第四:实现了多车协同下360度无盲区全息感知增强技术,开发了具有自主知识产权的基于多源异构传感器融合的高实时性高精度多目标检测、跟踪和定位技术,提出了基于软加权融合深度模型的视觉车辆检测算法检测精度处于国际先进水平。

Pandar40P

CMOS 77GHz毫米波雷达芯片

基于FPGA超级平台

高级别智能车

多源异构传感器融合算法

【所属项目及项目号】 高效轻量化轮毂直驱电动轮总成关键技术研究与应用2018YFB0104800

【所属领域】 电机驱动与电力电子总成

【推荐单位】 上海赢双电机有限公司

【项目基本情况介绍】

项目内容:
1、开展高精度轮毂电机位置传感器-车用磁阻式旋转变压器精度性能与一致性电磁设计深化研究,研究工艺自动化提升后,保障产品精度性能与一致性的电磁设计技术。
2、开展规模化精益生产工艺技术、制造技术、试验检测技术研究与装备改进实施。
3、实施以智能化、自动化制造提升产业化能力为目标,进行自动绕线、自动焊装、自动性能测试的自动化流水线建设。
4、制定企业标准和技术规范,保证和提高产品质量,扩大产品零件、部件的互换性,降低产品成本,提升高精度轮毂电机位置传感器自主品牌的市场竞争力。
5、作为国家级产业联盟“电动汽车电驱动系统全产业链技术创新联盟”单位,加强产业链合作与攻关。
6、生产制造适应性基础建设改造。

【主要成果内容及技术创新性】

1.以Design for QRD and Manufacturing 为原则,综合高精度轮毂电机位置传感器-车用磁阻式旋转变压器结构、极/槽配合、绕组排列与空间分布、硅钢片的加工与安装方式、电磁学和力学的旋转变压器设计与设计验证,多领域协同仿真分析的旋转变压器设计及其设计验证技术;
2.旋转变压器批量生产的先进制造和质量监控技术,攻克旋转变压器规模化生产中精细化自动绕线和性能稳健性的技术难题;
3.车用电机与旋转变压器一体化集成技术,以用户需求为牵引,满足电动车辆的发动机、ISG电机及其嵌入式旋转变压器、变速箱的机电一体化总成设计要求;
4.高精度轮毂电机位置传感器的环境适应性模拟测试分析方法研究,评估分析产品环境适应性与可靠性、耐久性的测试技术。
5.高可靠性高精度轮毂电机位置传感器自动化生产线工艺技术改造研究,突破制约批量生产关键设备的工艺、工装与设备难题,实现自动化制造。

高级别智能车

多源异构传感器融合算法

【所属项目及项目号】 国家重点研发计划-新能源专项 2017YFB0103600

【所属领域】 纯电动力系统

【推荐单位】 北京理工大学

【项目基本情况介绍】

分布式驱动纯电动轿车具有传动链短、效率高、空间布置灵活、易于实现底盘模块化和主动控制等优点,是新能源汽车主要发展方向之一。 本项目从理论探索、设计仿真到测试调校开展如下工作:
研究车辆关键状态参数集成估计方法及转矩协调分配优化控制算法;
研究高通用化率、高性能分布式驱动底盘与关键技术;
研究高效、高转矩密度轮毂电机驱动总成及高精度电机控制方法;
开发线控驱动、线控转向、线控制动系统,研究线控底盘协同控制方法。

【主要成果内容及技术创新性】

1.高集成度、高通用化率悬架系统

图1.悬架系统总成

针对分布式驱动电动汽车底盘簧下质量大、悬架平顺性和舒适性差等问题,开发了全新“高置上臂,虚拟主销”双横臂悬架系统,实现了70%的前后悬架通用化率,全面提升了车辆行驶的平顺性和操纵稳定性。
2.高效率、高转矩密度轮毂电机样机

图2.轮毂电机总成

本项目研发的高集成度、高转矩密度与高可靠性轮毂驱动总成的峰值转矩达到530 Nm,峰值功率达到45 kW;最高效率≥93%;电机效率大于80%的高效区间占比≥82%;总成效率≥90%;轮毂电机转矩密度(有效重量)≥23 Nm/kg;控制系统的功率密度≥20k W/L,并集成了制动系统,达到了国外先进水平。 3.线控转向与线控制动系统总成

图3.线控转向与线控制动系统总成

本项目开发的能量回收式线控制动系统EHB,核心指标0-10 Mpa增压时间<170 ms,压力调节精度<0.1 Mpa,已达到国内领先水平;开发的线控转向系统,实现力与位移的耦合控制,响应时间为25 ms,转矩范围为2-5 Nm,填补了国内在该领域的空白。
4.分布式驱动功能样车

图4. 分布式驱动功能样车

本项目完成了国内首台基于量产纯电车型开发的全铝车身、全线控底盘分布式驱动功能样车。通过样车小批量运行,积累实车测试数据,为后续优化设计提供参考依据,为市场化推广和商业化应用奠定了基础。

【所属项目及项目号】 高温车用SiC器件及系统的基础理论与评测方法研究 2016YFB0100600

【所属领域】 电机驱动与电力电子总成

【推荐单位】 中国科学院电工研究所

【项目基本情况介绍】

车用电机驱动系统功率密度和效率的提升、成本的降低是世界性难题,急需突破。利用碳化硅(Silicon Carbide, SiC)器件的高温、高效和高频特性开发高功率密度车用电机控制器被认为是主要解决途径。在“国家重点研发计划”新能源汽车专项的支持下,中国科学院电工研究所带领全国十三家单位组成研发团队,开展“高温车用SiC器件及系统的基础理论与评测方法研究”,以高温车用SiC电机控制器为研究对象,解决高温SiC芯片载流子输运机理、高温SiC模块封装系统多应力耦合机制和高温SiC电机控制器电磁干扰机理三个科学问题;突破SiC芯片电流输运增强技术、SiC平面型双面冷却封装技术和SiC电机控制器集成方法等关键技术,研制成功百千瓦级全碳化硅车用电机驱动控制器原型机。经权威检测部门测试,控制器峰值功率密度达到37.1kW/L,最高效率超过98.6%@30kHz,大幅提升了车用电机控制器的功率密度、最高效率及高效区占比。为我国在新能源汽车电机驱动领域积累了有竞争力的核心技术和宝贵的研发经验。

【主要成果内容及技术创新性】

采用理论分析、数值仿真和实验研究相结合的方法,建立了包括功率器件动静态模型、薄膜电容器芯子温度场模型、电容器及功率器件杂散电感模型、母排、电机绕组、电容和功率器件对地电容模型、控制器壳体应力场模型等电机驱动控制器电、磁、热、机相关基础模型,构成了电机驱动控制器集成设计的理论基础。在SiC模块方面,开发出包含72个SiC芯片的三相1200 V/300 A模块,是已发表文献中包含芯片数量最多、集成度最高的SiC模块。在无源器件方面,设计并开发了兼具能量缓冲吸收功能、功率互联功能、散热功能、结构支撑和防护功能的复合功能薄膜电容器,纹波电流吸收能力提升47%~78%。将电机驱动控制器“自元件而系统”的组装式设计转化为“自系统而元件”的分解式设计,根据控制器最优化设计目标从控制器顶层给出各组件封装设计要求,一定程度上打破了无源器件、电子系统组件、散热器、控制器结构支撑组件之间的界限,实现了各组件的结构复用。初步建立了车用电机驱动控制器“以系统集成指导元器件封装”的设计方法,最大程度地提升空间利用率。开发的全SiC控制器原型机EVC020,驱动功率85kW,电机驱动控制器总体积为2.29L,最高效率98.6%@30kHz,95%以上的高效区面积占比较硅基基准样机提升了80%,实现了功率密度从5~8kW/L到37.1kW/L、同时保持高效率的技术跨越。在高温运行研究方面,通过了105℃入水口水温条件下的峰值满载功率试验;在电磁兼容研究方面,通过高压直流端口和低压电源端口的CISPR25 等级3带载电磁兼容自测试。

图1 复合功能薄膜电容器照片

图2 高功率密度全SiC电机驱动控制器照片

图3 高功率密度全SiC电机控制器与相近功率等级Si电机控制器体积比较

【所属项目及项目号】 国家重点研发计划:智能电动汽车电子电气架构研发 2017YFB0102500

【所属领域】 电动汽车智能化技术

【推荐单位】 中国汽车研究中心汽车工程研究院

【项目基本情况介绍】

针对智能电动汽车高速大容量数据传输融合的实时性、安全性及电磁兼容复杂性问题,研究基于需求驱策和约束优化的跨平台电子电气架构设计理论、端-网-云信息安全主动防御机制、可扩展、即插即用、多核多任务异构开放嵌入式软件平台构建方法、电磁异质、多态、多路耦合的EMI噪声建模、预测和抑制方法4个科学问题。突破跨平台电子电气架构、高效车载总线、信息安全保障、异构开放嵌入式软件平台、整车电磁兼容设计5项核心关键技术。开发架构及高效总线、信息安全保障、异构开放软件、电磁兼容预测与抑制4个核心平台,构建智能电动汽车复杂电子系统高安全高可靠性电子电气架构平台及支撑体系。

【主要成果内容及技术创新性】

无人驾驶域控制器:
无人驾驶域控制器定位于汽车自动驾驶系统域,是汽车智能化进程的核心零部件,是自动驾驶汽车的“大脑”。无人驾驶域控制器已成为业界各大零部件厂商重点研发领域,包括德尔福,麦格纳,采埃孚,大陆已经推出相关产品。中汽研自研自动驾驶的域控制器,配合外部多个摄像头、毫米波雷达、激光雷达,以及IMU等设备,具备多传感器融合、定位、路径规划、决策控制、无线通讯、高速通讯的能力。自研域控制器是面向量产的高端ECU产品设计研发工作,其产品的可靠性和安全性均满足车规等级要求。
接口资源:
8路CAN,其中2路CANFD
4路LIN
4路工业以太网1000Base-Tx
1路车载以太网1000Base-T1
2路RS232
可扩展的硬线输入输出信号
基本参数
工作温度:-40℃~+85℃;
额定电压:兼容12V和24V系统;
工作电压:DC9V~32V;
CAN总线传输速率:最大2Mbps

以太网网关:
以太网作为一种新型车载网络是以后汽车网络发展的必然方向,但在短期内还无法取代现有的车载网络。本次研究的以太网网关集成有5路CAN、1路Lin、4路输入信号输入、5路100BASE-T1和1路100BASE-TX,既满足了现有车载CAN、LIN网络的数据传输的需求、又增加了满足车载以太网和工业以太网协议的网络。整个网关采用高安全等级的电源芯片+MCU+MAC+PHY的架构,可满足ISO 26262 ASIL C等级的功能安全要求,可实现不需要MCU干涉的以太网信息直接路由、经过MCU处理后的信号路由、CAN网络报文路由和信息路由、CAN网络、以太网之间的报文路由和信息路由、车载网络信息和上位机信息之间的路由等功能。本项目研究的以太网关功能强大,即可满足新能源汽车复杂的目前阶段的网络总线需求又可满足未来汽车对高速数据总线的需求。

【所属项目及项目号】 基于新型电力电子器件的高性能充电系统关键技术 2018YFB0106300

【所属领域】 纯电动力系统

【推荐单位】 许继电源有限公司

【项目基本情况介绍】

本项目依据“新能源汽车”重点专项2018年度申报指南方向中“基于新型电力电子器件的高性能充电系统关键技术”,围绕电动汽车充放电系统“快速高效、安全便捷”的重大需求,基于高开关频率、低损耗的碳化硅器件,重点从高效高密度功率模块设计、大功率快速充放电系统、高效能无线充放电系统、互操作性与安全评测等方面开展技术攻关,研制高性能大功率单向和双向充放电设备、系列化无线充放电系统产品,实现装车和示范应用,提升充放电系统的整体效率和安全性。目前,本项目提出了高性能水冷大功率快速充放电系统的设计方案,完成了高性能AC/DC充电机模块的主回路和控制电路研究设计,研制出基于全碳化硅器件的充电机模块和水冷大功率充电系统样机。

【主要成果内容及技术创新性】

(1)基于碳化硅器件的高性能充电机模块 研制出基于全碳化硅的高性能水冷充电机模块原理样机,主要技术指标:额定功率62.5kW;直流输出电压范围0~1000V;效率≥98%;满载比功率≥1.6kW/kg;功率因数大于0.99;输入电流谐波畸变率小于3%。

(2)水冷大功率充电系统 研制出乘用车大功率充电系统,单枪最大输出功率达到360kW,最大输出电流500A,可以实现15分钟内快速充电。全新开发的大功率液冷充电枪,比原有充电枪更加轻便灵活,也更加安全可靠。

【所属项目及项目号】 新一代锂离子动力电池产业化技术开发 2016YFB0100400

【所属领域】 动力电池与电池管理

【推荐单位】 宁德时代新能源科技股份有限公司

【项目基本情况介绍】

开发具有更高比能量、长循环寿命、高安全性的动力电池是纯电驱动电动汽车发展的紧迫需求。在“新能源汽车”重点专项的支持下,宁德时代承担了“新一代锂离子动力电池产业化技术的开发”,项目以开发300Wh/kg的软包动力电池为目标,围绕新型正负极材料、隔膜、电解液、电池制造工艺与相关设备、电池安全性等展开研究。研发以高镍三元材料为正极、硅碳复合物为负极的软包装锂离子动力电池。项目总体目标为:单体电池能量密度≥300Wh/kg,常温循环寿命达到1500次以上,安全性能满足国标要求,成本≤0.8元/Wh,年产能规模≥2亿Wh,累计销售数量≥1000台车或30MWh。同时,高低温性能、功率特性、储存性能等满足纯电驱动电动汽车的应用要求。

【主要成果内容及技术创新性】

(1)300Wh/kg的软包电池单体 本项目成功开发出比容量超过206mAh/g的高镍三元正极材料,比容量达600mAh/g以上的硅碳负极;通过电解液抗氧化正极添加剂和高韧性负极成膜添加剂的开发应用,有效解决了高镍三元正极和硅碳负极的循环稳定性问题。采用高镍正极和硅碳负极开发出比能量≥304Wh/kg的锂离子电池样品,循环寿命可达1500次,安全性满足国标测试要求。这一高比能动力电池,能使B级纯电动轿车电池仓在现有基础上,标准工况续驶里程提高到600km以上。

(2)260Wh/kg电池模组 基于300Wh/kg电池单体开发的355标准模组,采用轻量化结构设计,比能量>260Wh/kg,结构强度可满足振动、冲击测试,整体技术水平处于行业领先。

【所属项目及项目号】 “新能源汽车”重点专项 2016YFB0100500

【所属领域】 动力电池与电池管理

【推荐单位】 天津力神电池股份有限公司

【项目基本情况介绍】

天津力神电池股份有限公司开发出的高比能量软包动力电池处于B样开发阶段,在研阶段的电芯主要参数如下:电芯额定容量>77Ah(1/3C放电),充放电区间为4.2V-2.5V,电压平台为3.63V,重量比能量大于302Wh/kg,体积比能量大于660Wh/L,比功率大于1300W/kg,电池直流内阻<1.5mΩ(测试条件:50%SOC-1C-10s),常温-1C循环754圈@90.3%,趋势可达1500次圈@80%;45℃-1C循环567圈@87%,趋势可达800圈@80%;-20℃低温放电容量为额定容量的83%;3C放电容量为额定容量的92%;60℃存储30天后可逆恢复容量为95.2%;安全性能测试,短路、挤压、热箱等均满足国标要求;1/3C充电条件下可过充100%SoC并不起火、不爆炸。电芯单体同时兼顾高比能、高性能、高安全等特性。目前,正与多家国内外车企、无人机研发企业等合作进行装机测试工作,该体系电芯单体预计2020年底量产,2021年批量装机。

【主要成果内容及技术创新性】

围绕基础前沿、共性关键技术或应用示范等层面,为顺利实现比能量>300Wh/kg,高性能高安全的锂离子动力电池的产业化,主要进行的技术性创新有:
采用了高比容量的高镍正极材料,对材料表面进行修饰改性,稳定材料/电解液界面, 既可增强材料对水分和二氧化碳的抵抗能力,也可解决高镍正极材料循环和高温产气的问题,提升材料的循环性能和高温性能;
采用硅碳复合的负极材料。通过调整负极配比,优化电极制作工艺,可有效避免负极在嵌脱锂过程中显著体积变化和粉化,以解决负极循环衰减快的问题;
新型电解液开发技术。采用自主开发的、具有电导率高、热稳定性好、成本低的新型锂盐,结合新型溶剂与添加剂,在正、负极材料表面形成阻抗低、稳定性好的 SEI 膜,以稳定高镍正极和硅碳负极材料与电解液的界面,解决正极产气、负极副反应所导致的电解液快速消化问题,以提高电池的循环和高温性能。
多尺度热阻绝的电池单体安全技术。该创新点属于安全技术集成创新,关键之处在于:
(1)采用阻燃电解液、正极热聚合添加剂和复合涂覆隔膜,从电池单体内部防止热失控的发生;
(2)用热阻型陶瓷化转变材料包裹电池单体,抑制热失控在电池单体间的传播;
(3)在颗粒、极片和电池单体三个尺度上由内而外地对电池提供热失控保护,提高电池的安全性。

【所属项目及项目号】 安全可控、能源互联、开放互通的智能充电网研究与应用 2016YFB0101900

【所属领域】 纯电动力系统

【推荐单位】 特来电新能源有限公司

【项目基本情况介绍】

特来电“面向新能源汽车的充电网两层安全防护技术”,建立了充电网大数据的19个安全模型,首次打破了电动汽车动力电池安全完全依靠BMS管控的传统观念,在国际上首次提出并实现了充电网对动力电池的冗余安全防护,防护范围在空间轴扩展到充电侧、能源侧、用户侧,在时间轴上实现了向电池全生命周期的扩展,构建了多角度、多维度、系统化的电动汽车充电安全模型,并进行云端大数据的学习和进化,使得充电过程及汽车安全隐患做到可监视、可预警、可控制、可追溯。

【主要成果内容及技术创新性】

特来电以科学大数据模型为依据,基于新能源汽车充电主动防护和大数据监测保障,研发并建立的两层安全防护体系:CMS(柔性智能充电管理系统)主动防护和大数据安全防护体系。
CMS主动防护体系:特来电CMS主动防护技术体系为每一次充电过程建立了包含充电电压不匹配、控制器通信故障、电池过温、电池低温、电池温度异常、电池过充等11种防护模型,从27个维度对充电过程进行监控、分析和安全评估。在BMS(电池管理系统)控制整车充电行为的同时,CMS会进行二次检测,发现异常时,会触发主动防护及时终止充电订单,保护汽车安全。
大数据安全防护体系:特来电大数据安全防护是在CMS基础之上建立的基于大数据的第二层安全防护体系,涵盖了8种防护模型。每笔充电数据,在大数据平台都会通过两层防护的19种模型分别计算、分析,如果触发了防护阈值则会被停止充电;从而实现对每一辆车的安全评分,准确识别和预警电池的安全隐患,准确预测电池健康状态和寿命。

【所属项目及项目号】 宽禁带半导体电机控制器开发和产业化2017YFB0102300

【所属领域】 电机驱动与电力电子总成、纯电动力系统

【推荐单位】 湖南中车时代电动汽车股份有限公司

【项目基本情况介绍】

针对电动汽车对高功率密度、高效率、高可靠性SiC 电机控制器的需求,从SiC 芯片、模块、电机控制器和系统应用四个层次开展综合性研究,攻克相关基础科学问题,突破关键技术瓶颈,建成车用SiC 电机控制器的全产业链研发平台和产业化基地,以满足我国日益增长的电动汽车市场对高性能电机控制器的需求。实现电动汽车核心技术由跟随向引领的跨越。项目将开发出750V/150A、1200V/150A SiCMOSFET 芯片及750V/400A、1200V/400A 两种等级的SiC 功率模块,并应用此模块开发出峰值功率密度≥30kW/L,匹配电机额定功率40-80kW,最高效率≥98.5%的电机控制器产品。

【主要成果内容及技术创新性】

在“宽禁带半导体电机控制器开发和产业化”国家重点研发计划项目支持下,本项目团队针对电动汽车电机控制器对低导通电阻、高工作温度、低损耗SiC MOSFET芯片的需求,攻克了车用高温大电流SiC MOSFET芯片核心技术,并成功研制出新一代750V/20mΩ和 1200V/25mΩ大电流SiC MOSFET双面焊接芯片。
技术创新1:攻克低界面态高迁移率SiC MOSFET栅氧介质层制备技术,实现SiC MOSFET沟道迁移率大于25 cm2/Vs,提升器件导通能力。
技术创新2:攻克平面型SiC MOSFET芯片JFET区注入掺杂技术,对JFET区电阻进行优化,降低芯片的比导通电阻,1200V SiC MOSFET比导通电阻小于3.4 mΩcm2。
技术创新3:针对双面散热模块封装需求,攻克了SiC MOSFET正面Ag金属兼容技术,研制出1200V/25mΩ双面Ag工艺SiC MOSFET芯片。

1200V MOSFET

1200V/100A SBD

1200V/150A SBD

开发出了适合SiC 控制器高频、高开关速度特性,具有耐高温、抗脉冲电流冲击能力的第三代支撑电容安全膜,预计最高工作温度为120℃ 。并完成了基于低感母排的电容方案设计,杂散电感低于12nH。 解决了SIC模块短路承受时间短、开关速度快导致栅极电压易振荡、开关过程中高dv/dt、di/dt对驱动可靠性影响等问题,并基于数字隔离芯片定制开发了SiC模块驱动电路。 基于1200V SiC模块研制成功SiC电机控制器,额定功率80kW,峰值功率135kW,峰值功率密度超过30kW/L,峰值效率超过99%。

【所属项目及项目号】 商用车高可靠性电力电子集成系统开发2018YFB0104500

【所属领域】 电机驱动与电力电子总成、纯电动力系统

【推荐单位】 湖南中车时代电动汽车股份有限公司

【项目基本情况介绍】

本项目针对新能源商用车对集成控制器的高安全性、高可靠性、高功率密度、高效率要求,以研制高可靠智能集成控制器为目标,从车用IGBT 芯片、IGBT 集成组件、集成控制器与系统匹配应用四个层次开展综合性研究,攻克相关基础科学问题,突破关键技术瓶颈,开发出车用IGBT 芯片,及600A /1200V 等级的IGBT集成组件。集成控制器峰值功率密度≥15kVA/kg、最高效率≥98.5% 、效率大于90%高效区≥85%、寿命≥10 年,安全性、可靠性、电磁兼容满足整车要求。通过项目的实施,开发出适用于10-12 米纯电动、插电式、增程式新能源商用车的集成控制器。

【主要成果内容及技术创新性】

提出具有自主知识产权的“嵌入式发射极沟槽(Recessed-Emitter-Trench, RET)”IGBT芯片技术,有效降低了精细尺寸工艺制造难度,实现了亚微米级精细沟槽IGBT芯片结构,提高了载流子注入增强效应,极大的改善了导通压降-关断损耗折衷关系,保持相同关断损耗的前提下,导通压降降低25%。提出具有自主知识产权的“嵌入式陪栅沟槽(Recessed-Dummy-Trench, RDT)”IGBT芯片技术,有效调控了IGBT芯片的输入电容和米勒电容,从而有效改善了IGBT开通dI/dt可控性,同时降低开关损耗20%以上。基于以上技术创新,在8英寸制造工艺平台上,成功研发出750V精细沟槽IGBT产品,相比上一代产品,相同工作条件下总损耗降低约30%。

1200V MOSFET

1200V MOSFET

模块采用半桥型定制化封装,集成NTC,采用ALN陶瓷衬板。模块采用一体化转模封装,这种设计使得模块不需要任何其他外部保护,并且能够对于湿气吸收扩散有着较好的保护能力,同时对于外部冲击,振动也有较好的隔绝作用。另一方面,低热膨胀系数的、硬质封装材料帮助提高了产品的循环可靠性。工艺方面,强大的工艺过程控制能力确保双面焊接的高度均匀且稳定,以及转模工序对于模块的电性能无损伤。双面散热模块使用双面焊接芯片,能够有效的降低器件热阻30%,而且能够有效的提高封装密度以及功率密度,器件工作结温为150℃,最高工作结温可以达到175℃,双面散热结构的设计确保了在有限的安装空间内,能够正常的安装和工作。

1200V MOSFET

【所属项目及项目号】 高性能低成本燃料电池电堆及关键材料的关键技术研究与工程化开发 2016YFB0101300

【所属领域】 燃料电池动力系统

【推荐单位】 新源动力股份有限公司

【项目基本情况介绍】

项目通过协同研发,开发出高性能的燃料电池电堆,满足商用及乘用燃料电池汽车的应用要求;进行电堆关键材料的开发及应用,提升电堆及关键部件、材料的批量制造技术,带动我国电堆产业链的形成和发展,为电堆的成本下降奠定基础。项目关键考核指标包括:电堆比功率3.1kW/L,寿命5000小时;膜电极Pt用量0.2gPt/kW,寿命10000小时;金属双极板1.0~1.5mm,耐久性5000小时。
项目对“电堆、膜电极、双极板和关键材料”的技术研究、产品开发和批量制造进行布局,形成年产千台电堆及关键材料、部件的制造能力。 通过本项目的实施,将申请专利不少于100项,发表学术论文不少于30篇,形成国家技术标准若干,并打造专业的研发和产业团队,构成我国燃料电池产业链基础。

【主要成果内容及技术创新性】

研究团队针对车用燃料电池电堆开发需求,完成了自增湿膜电极的开发、适应高电流密度操作的双极板设计、高度集成化的电堆设计等工作,围绕高效金属双极板的设计及相关制备技术要求,在设计和仿真分析的基础上,完成了金属双极板的工艺设计、精密成形、高性能涂层等技术的研究和开发。开发出的金属双极板燃料电池电堆(如图1所示),在阴极无外增湿的操作条件下,稳定输出功率达70kW,电堆功率密度达到3.4kW/L。 依据车用要求,该燃料电池电堆的可靠性以及环境适应性已通过实验验证,经第三方检测,电堆的抗振性能满足设计要求,电堆模块防护等级达到IP67,绝缘性能≥2000kΩ,完成了-40℃储存/-30℃启动测试验证。
项目开展了金属双极板的精密成形工艺、高性能防腐涂层等技术的研究和开发,开发的金属双极板经过电堆环境5000小时运行测试表明,金属双极板在防腐和电阻率方面可以满足车载工况运行的要求。同期项目还进行了燃料电池用新型催化剂、复合质子交换膜、炭纸等关键材料的开发,低铂膜电极的性能已经达到0.2gPt/kW的要求。 大功率车用燃料电池电堆的开发为我国燃料电池汽车开发提供关键技术支撑。该项技术具有自主知识产权,是有望打破国际垄断和封锁的前沿核心技术。

【所属项目及项目号】 高性能高可靠轻量化电机技术及产业化研究 2017YFB0102401

【所属领域】 电机驱动与电力电子总成

【推荐单位】 精进电动科技股份有限公司

【项目基本情况介绍】

IGBT是功率半导体器件第三次技术革命的代表性产品,具有高频率、高电压、大电流,易于开关等优良性能,被业界誉为功率变流装置的“CPU”,大规模的应用于电动汽车中。受材料性能所限,IGBT功率器件大都只能在200℃以下的环境中工作,不能满足现代电子技术对高温、高频、高压以及抗辐射器件的要求。作为第三代宽带隙半导体材料的代表,碳化硅(SiC)单晶材料具有禁带宽度大、热导率高、电子饱和迁移速率高等性质,可以通过大幅度提高电机的转速实现电机比功率的升高,它的频率和效率可以做到很高、体积可以非常小,比现在的IGBT要减少大概70—80%。特斯拉Model3的控制器中就使用了碳化硅器件。

【主要成果内容及技术创新性】

精进电动自主研发的碳化硅控制器,采用先进的碳化硅驱动技术,具有高频,高效,高功率密度等诸多优点。控制器基于汽车级芯片和Cree品牌的功率模块进行设计,工作稳定。特别适用于中、高电压等级的乘用车和商用车。
产品核心参数:
-轻量化:6.5 kg
-小体积:5.7L
-高效率:98.5%
-高功率密度:26 kVA/L
-高工作温度:最大125℃
-更宽的电压范围:200~750V和
-更高的工作频率:20kH

【所属项目及项目号】 高性能低能耗纯电动轿车底盘及整车开发项目 2017YFB0103700

【所属领域】 其他

【推荐单位】 北京新能源汽车股份有限公司

【项目基本情况介绍】

针对电动汽车整车开发过程中存在智能化整车控制、电池组及整车主被动安全、一体化纯电动力传动、轻量化等难题,本项目研究重点解决电动四驱车辆动态协调控制方法、动力系统多物理场耦合设计、高能量密度电池组安全防护机理、功能-材料-结构轻量化设计方法等重大科学问题,重点突破整车能耗优化及智能控制技术、电池组安全防护及整车主被动安全技术、纯电动轿车底盘优化设计与开发技术和整车集成及轻量化等关键技术瓶颈。

【主要成果内容及技术创新性】

1. 开发车身碰撞相关的关键部件3D编织CFRP侧围A柱加强梁。以先进碳纤维复合材料的全新设计替代传统热成型钣金A柱加强梁。在结构设计过程中,同步考虑材料性能、零部件性能要求、结构、成型工艺、连接方式、装配方案,在进行多轮优化后形成创新设计,具体包括:具有可变截面的管梁方案、结构性能匹配的侧围加强总成设计方案、创新的胶粘剂套筒连接结构及注射工艺、满足多材料车身量产制造工艺要求的装配方案。零部件创新采用3D编织技术与RTM技术(量产阶段将采用HP-RTM技术),使零部件减重量达50%,同时提高了零部件成型效率(至5min/pcs)和材料利用率(大于90%)。该零部件已完成样件制造及整车搭载,目前研究工作处于国内第一的领先水平。

2. 通过对多材料车身潜力的挖掘以及车身上碳纤维结构件应用的可行性分析,开展多材料碳纤维前方撞梁总成的开发。该零部件总成,在保证所有力学性能的前提下,有效提升总成的碰撞吸能效果,并实现前防撞梁单体减重40%以上,吸能盒单体减重20%以上,同时采用胶铆连接,有效提升整车疲劳及NVH等性能。吸能盒通过局部纤维加强的结构,来实现诱导变形的目的。该零部件总成采用3D编织,湿法缠绕(独创缠绕法)以及RTM等多种自动化工艺组合,并通过优化设计使得一次加工可以成型多个零部件,从而降低成产成本,提升生产节拍。