新能源汽車研究與開發

解子勝

摘要：為積極響應國家號召，搶占未來發展戰略制高點，東風悅達起亞公司審時度勢，于2010年成立新能源汽車研發項目團隊，致力于研究與開發新能源車。本文在分析了國內外新能源車發展背景以及東風悅達起亞開發新能源車的必要性之后，對混合動力和純電動車兩種技術路線的選擇做出了分析，重點解析了東風悅達起亞新能源車的產品實施方案，并提出今后的改進方向。

關鍵詞：新能源汽車；汽車研究；汽車開發

中圖分類號：TP311 文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2014）03-0121-03

東風悅達起亞汽車有限公司是由東風汽車公司、江蘇悅達投資股份有限公司、韓國起亞自動車株式會社于2002年共同組建的中外合資乘用車企業。公司產品從單一的千里馬發展到2012年擁有10款全系列乘用車，產能規模從年產2萬輛發展到2012年的48萬輛，市場占有率達到3.7%，排名中國乘用車行業第八。面對國內日益嚴峻的能源挑戰，以及國家對大氣污染防治行動計劃的執行，東風悅達起亞需要在新能源產品領域，與時俱進，加大研發投入，開發出更具節能環保的新能源汽車，參與新一輪的汽車競爭，為了公司實現可持續發展。

1 國內外新能源車發展背景

隨著石油資源的日益枯竭，以及交通領域的能源和環境挑戰，發展新能源汽車已成為全球汽車業界的新共識。為應對全球能源和環境問題，世界主要國家和地區積極推行交通能源轉型戰略，通過制定相關法律、專項行動計劃鼓勵各種新型車用能源技術的發展，同時通過頒布執行各種優惠政策等鼓勵措施，加快新能源汽車的市場推廣。進入新世紀以來，以插電式混合動力、純電動、燃料電池等為代表的新一代節能環保汽車正在全球范圍內掀起一場汽車技術革命。各國政府和各主要汽車廠商均不約而同地將發展新能源汽車視為未來全球汽車產業競爭的制高點。國外汽車廠商，以豐田普銳斯為代表的混合動力車型，隨著技術的完善，已基本普及。以日產“聆風”及美國“特斯拉”為代表的純電動汽車也風頭正勁，特別值得一提的是特斯拉，憑借其高端的市場定位以及先進的產品設計，逐步站穩高端新能源車市場。

中國作為世界第一大汽車市場，在新能源汽車方面也緊跟世界潮流，2009年，由科技部，發改委，工信部，財政部等四大部門牽頭，聯合下發《關于開展節能與新能源汽車示范推廣試點工作的通知》，通知要求在全國開展為期三年的“十城千輛”電動車示范推廣計劃，后這一計劃范圍擴大至25個示范運營城市。至2013年3月，25個示范城市新能源汽車數量已達近4萬輛，充電樁8000多個；目前，新一輪新能源汽車補貼政策已獲國務院正式批復，國內各城市正積極申報之中。

可以預見，在能源日趨緊張，環境壓力增大以及政府主動牽頭推廣等多重因素影響下，新能源汽車將成為未來汽車發展的主流。

2 東風悅達起亞發展新能源車必要性

隨著我國經濟的快速發展，過去以GDP拉動式的發展模式，帶來一系列嚴重的環境問題。2013年9月12日，國務院印發《大氣污染防治行動計劃》，計劃中提出將合理控制北京、上海、廣州等特大城市機動車保有量，對新能源汽車則采取直接上牌、財政補貼等措施鼓勵個人購買。

油耗方面，依據GB27999-2011標準，到2015年，國家將執行更加嚴格的汽車油耗標準，各汽車企業的平均燃料消耗量要完全達到平均燃料消耗量目標值標準。這一政策的推出，必將迫使各大車企必須加大力度開發新能源車。東風悅達起亞作為中國乘用車主流企業和一個負責任的車企，在環境日益惡化的今天，研究開發新能源汽車，是順應國家發展趨勢，更是企業實現可持續發展的實際需要。

3 東風悅達起亞新能源車技術路線選擇

目前，新能源汽車包括：混合動力汽車（HEV）、純電動汽車（BEV）、燃料電池汽車（FCEV）、氫動力汽車以及燃氣汽車、乙醇汽車等。

從目前新能源汽車發展趨勢上看，混合動力與純電動汽車已成為新能源車的市場主角。在兩種技術開發路線上，是選擇混合動力還是選擇純電動，需要從國家整體環境、相關補貼政策、以及車型技術路線特點等，綜合去考慮。

首先，我國面臨嚴峻的能源危機。目前，我國對外的石油依存度已經超過50%，而且這一比例還在不斷提高?；旌蟿恿Φ募夹g再成熟，但終究還是要使用燃油的，發展純電動汽車，是應對國家能源短缺的務實之舉。

其次，對應國家面臨的能源危機，國家在新能源汽車的補貼政策上，也有相應傾斜，純電動汽車單臺最高可補貼6萬元，而插電式混合動力僅補貼3.5萬元。國家補貼政策不鼓勵混合動力汽車，而鼓勵電動汽車，即給我們整車企業一個重大信號：中國新能源技術路線已經確定，就是跳過混合動力過渡階段，直接發展純電動汽車。

最后，從兩種車型技術路線在我國的發展階段上看，相對來說，我國純電動車汽車的研發與國外的差距相對較小，幾乎與國外處于同一起跑線，以中國龐大的市場規模和低成本優勢，主推純電動汽車，有可能先期站穩市場腳跟，實現彎道超車，與國際跨國公司相抗衡。

綜上所述，直接開發純電動汽車，既順應了國家發展新能源汽車的總體路線，也有利于在享受國家補貼的情況下，降低企業的實際開發成本。所以，東風悅達起亞決定以純電動汽車破新能源汽車之開局。

4 東風悅達起亞新能源汽車實施方案

4.1 整車技術方案

經過詳盡的市場分析和反復論證，公司決定從A級車入手，在公司成熟車型賽拉圖1.6L車型的基礎上進行變更動力系統，開發純電動汽車，并以合資公司自主品牌的名義進行開發，產品命名為“華騏”LDev1純電動轎車。

“華騏”純電動轎車動力系統由動力電池、三相異步電機及電機控制器、電子油門踏板和機械變速器等組成。其中電池、電機及電控是純電動車開發的三大核心技術。取消了傳統的發動機、離合器、變速器換擋系統，提高了傳動的效率，結構簡單、可靠。動力系統經過重新布局，將動力電池組布置在前、后軸之間的地板下方，驅動電機及附件布置在前機艙內。對車身的地板結構和前機艙結構也進行了相應的重新設計。

在三大核心技術方面，電池及電機系由公司外購，整車電控由公司與成熟的新能源汽車公司聯合研發。

電池部分，為保證電池質量及整車的安全性，公司決定選購國內頂尖電池廠家——天津力神的鋰離子電池。該電池為方形單體蓄電池，其質量比能量為116wh/kg，其單體蓄電池個數為4并105串，總電壓336V，容量66Ah，反復充電次數大于800次以上。由于該電池組體積較大，在充分考慮了全車的空間布局后，將電池箱設計的非常緊湊。同時，相對原型車賽拉圖，因電池重量的增加，導致其整備質量增加了300kg，所以，在前后輪的減震彈簧設計上，相對傳統車有所加強，以保證車輛的安全性和舒適性能。

電機額定功率30kw，峰值功率90kw，最大扭矩238N.m。配套的電機控制器，將336V電池的直流電轉換成可調頻調壓的三相交流電，驅動電機調速運轉。在任何情況下，電機控制器如果檢測到從電池輸入的電壓過高或過低，或者是輸出到電機的電流大于設定值，均會封鎖其輸出并提供報警信號。當檢測到驅動電機的溫度過高或電機高于最高轉速時，電機控制器會降低輸出使電機轉矩減小直至停止輸出。

整車電控部分，根據國家《新能源汽車生產企業及產品準入管理規則》規定，新能源汽車廠家至少掌握新能源汽車車載能源系統、驅動系統及控制系統三者之一的核心技術，為滿足此項要求，公司司與天津清源電動車輛有限責任公司合作，聯合開發了整車電控控制系統。此部分將在下一小節做重點介紹。

4.2 核心技術開發——整車電控控制系統

純電動汽車是由多個子系統構成的一個復雜系統，主要包括電池、電機、變速箱、制動等動力系統。各子系統幾乎都通過自己的控制單元（ECU）來完成各自功能和目標。為了滿足整車動力性、經濟性、安全性和舒適性的目標，一方面必須具有智能化的人車交互接口，另一方面，各系統還必須彼此協作，優化匹配。因此，純電動汽車必須需要一個整車電控系統來管理純電動汽車中的各個部件。

整車電控系統包括：人機界面、整車控制器、電機控制器、電池管理系統、充電機以及車輛附件系統等。其工作原理為，通過采集司機駕駛信號，通過CAN總線獲得電機系統、電池系統的相關信息，進行分析和運算，給出電機控制指令，實現整車驅動控制、能量優化控制以及制動回饋控制。同時，整車電控系統還具備完善的故障診斷和處理功能；

“華騏”純電動車整車電控控制器采用英飛凌汽車級16位芯片，具有多路數字量、模擬量、開關量輸入輸出端口，兩路CAN通訊模塊。硬件設計上充分考慮抗電磁干擾性能，能夠在復雜的電磁環境下工作，保證了電動汽車控制的可靠性。軟件設計采用模塊化設計，實現了數據采集、能量管理、安全管理、人機交互、故障保護、車輛安全等功能。

通過“華騏”分布式的動力系統控制網絡，整車控制器可以對純電動車輛動力鏈的各個環節進行管理、協調和監控，提高整車能量利用效率，確保車輛安全性和可靠性。如下圖所示：

5 東風悅達起來新能源汽車研究成果

自2010年底，東風悅達起亞以小批量生產為目標，啟動的自主品牌“華騏”LDev1純電動轎車的開發項目以來，經過三年的技術攻關，投入經費8000萬元，第一批成功制作了6臺純電動轎車。經國家汽車檢測中心測試，登錄國家工信部產品公告和節能與新能源汽車推廣車型目錄。華騏電動車電池系統續航能力久，性能穩定，完全符合日常用車經濟型指標，真正實現了零排放，零污染，符合當前節能減排低碳的社會發展趨勢。該車最高速度達134公里/小時，一次充電行駛里程140km，每公里耗電0.158kwh，電費以0.5元計，每公里費用為0.079元，傳統車按每百公里以8L油耗，油費以7.5元/升計，每公里費用為0.6元。電動車每公里費用僅為傳統車的1/8左右。隨后經過兩輪技術改進后，于2013年5月，在鹽城市投放10臺進行示范運行。示范運行6個月以來，用戶反映良好，未發生質量問題，完全可替代傳統汽車。公司計劃于2015年正式向市場批量投放“華騏牌”純電動轎車，預計年銷量10000臺。

6 東風悅達起亞新能源汽車改進方向

6.1 整車續航里程改進

電池包數量層面，華騏LDev1開發之初，為從安全角度考慮，將電池包布局在整車底部。由于空間有限，所放電池包數量相對較少，致使整車一次性最大行駛里程欠佳。未來，在能保證安全的前提下，重新考慮整車電池布局結構，盡可能的提升電池包數量短板。電池性能層面，因鋰電池最佳工作溫度是25度左右，電池包在快充或者持續工作一段時間之后，電池溫度會上升，當溫度達到50度以上后，BMS會進行限功率保護，從而影響電池包性能。未來，為保證電池包使用性能的一致性，公司會要求供應商開發電池包降溫技術，在電池包內部設計風道，進行風冷，或者水道進行水冷。

6.2 電機使用效率改進

考慮到成本問題，華騏純電動轎車目前采用的是三相異步電機，其結構簡單，制造方便，但其工作效率一般，約在75%～95%之間，后續研發車型，將逐步考慮使用永磁同步電機，該電機具有體積小，重量輕，高效率等特點，其最高效率可達到95%以上。且能量密度高，損耗少，運行可靠性也相應大大增強。

參考文獻

[1] 國家工信部.新能源汽車生產企業及產品準入管理規則.2009.

[2] 國家財政部.關于開展節能與新能源汽車示范推廣試點工作的通知.

[3] 國務院辦公廳.大氣污染防治行動計劃.2013.