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新能源汽車急需要技術(shù)“突圍”

鉅大LARGE  |  點擊量:1157次  |  2018年08月18日  

陸帥,男,重慶大學(xué)電氣工程學(xué)院教授、博士生導(dǎo)師、IEEE高級會員、美國密蘇里大學(xué)—羅拉工程分校博士。曾任法拉利世界一級方程式賽車電驅(qū)動系統(tǒng)的主任工程師,負責(zé)法拉利一級方程式賽車的第一代油電混合動力的電驅(qū)動系統(tǒng)的研發(fā),取得一系列世界領(lǐng)先的研究成果和核心技術(shù),并成功應(yīng)用于世界一級方程式F1-2009、2011賽季,獲“2010年法拉利最佳創(chuàng)新大獎”,是世界一級方程式賽車領(lǐng)域唯一的中國籍科學(xué)家。


進入21世紀,我國提出“節(jié)能與新能源”汽車戰(zhàn)略,高度關(guān)注新能源汽車的研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化。然而,新能源汽車目前在動力形式、基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、制造工藝、市場管理、政策支持等方面存在極大的不足,甚至在發(fā)展方向上也存在爭議。未來,新能源汽車走向如何,該怎樣發(fā)展?為此,記者采訪了重慶大學(xué)電氣工程學(xué)院教授陸帥,請他從“技術(shù)流”的角度談一談新能源汽車。


中國設(shè)計師


率先完成F1混動系統(tǒng)設(shè)計制造


記者:F1幾乎是歐美人壟斷的賽事。目前,世界上只有日本與歐美國家掌握了先進的混合動力技術(shù)。作為中國人,你是怎樣介入其中,并使設(shè)計的系統(tǒng)被法拉利車隊采用的?

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陸帥:在近十余年來綠色環(huán)保的大趨勢下,國際汽聯(lián)認為F1賽場應(yīng)該成為展示先進新能源汽車技術(shù)的平臺。2006年末,國際汽聯(lián)規(guī)定F1賽車從2009年開始使用混合動力系統(tǒng)KERS(動能回收系統(tǒng))。


當(dāng)時,意大利法拉利車隊與美國MTS系統(tǒng)公司準備聯(lián)合開發(fā)該系統(tǒng)。對方希望找一個既懂汽車、又精通電力電子與電機的負責(zé)人,我正好滿足這幾個條件。


剛開始我和另一位俄羅斯機械工程師組建的團隊只是法拉利的備選方案,主力研發(fā)是另一家公司。


由于F1賽車的電機功率密度極高,電機與電控系統(tǒng)的設(shè)計、制造和控制的復(fù)雜性前所未有。進入測試環(huán)節(jié)后,主力研發(fā)公司的電機系統(tǒng)頻繁燒毀,而我們設(shè)計制造的系統(tǒng)一次性在臺架與賽道上運行成功并鎖定了未來多年的獨家供貨權(quán)。


而且,由我們首創(chuàng)的電機控制的模型化與代碼生成技術(shù),及建立的機—電系統(tǒng)的全局優(yōu)化參數(shù)設(shè)計和快速迭代的體系,還使法拉利在各個環(huán)節(jié)上比對手的研發(fā)和糾錯的速度更快。

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新能源汽車


純電動還有很長的路要走


記者:目前國內(nèi)外都在大力發(fā)展新能源汽車,能否分析一下國內(nèi)新能源汽車的研發(fā)程度以及市場環(huán)境?


陸帥:我國認定純電動汽車為新能源汽車,我認為這種認定方式主要是抵御國外技術(shù)。


日本豐田公司大約在1996年就已經(jīng)研發(fā)出“基于行星齒輪的電動無極變速混合動力”系統(tǒng),并持續(xù)20年不斷地優(yōu)化和成本控制,其整車價格已經(jīng)控制到了10萬元出頭。


雖然現(xiàn)在國內(nèi)企業(yè)已設(shè)計出類似系統(tǒng),但在成本控制和可靠性上暫時無法與其匹敵,若國內(nèi)全面推廣混合動力,那么國外的混動技術(shù)將對國內(nèi)新能源汽車產(chǎn)生巨大的打擊,這是我國選擇純電動汽車作為新能源汽車突破口的重要原因之一。


實際上,國家目前已經(jīng)對純電動汽車有極大力度的政策支持,一些純電動大型客車補貼力度甚至超過了制造成本。很多車企采用插電式混動的“緩兵之計”,以求能以新能源汽車身份獲得部分一線城市的牌照,從而增加“籌碼”。


不過,無論哪種技術(shù)路線,國內(nèi)新能源汽車發(fā)展關(guān)鍵還在于技術(shù)上的“突圍”。車企與其供貨商不能糾結(jié)于多種技術(shù)路線而原地不動,也不能盲目擴充新能源汽車的整車產(chǎn)能。我預(yù)計新能源汽車的未來仍屬于純電動汽車,但這個“未來”目前看來還有很長的路要走。


技術(shù)“突圍”


計劃研發(fā)新型混動技術(shù)


記者:在目前的新能源政策以及市場條件下,你認為可以采用哪些技術(shù)方式來應(yīng)對和推動新能源汽車發(fā)展?


陸帥:目前國家在新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展上還存在很多瓶頸,比如充電設(shè)施。除了鋪設(shè)充電的網(wǎng)點、統(tǒng)一充電接口標準以外,快速充電站對于電網(wǎng)的負擔(dān)是個很大的問題,這也是我目前的一個研究重點。


很多人不清楚,一輛特斯拉快充時的功率甚至相當(dāng)于一個小區(qū)樓宇的用電功率。按照2020年全國計劃建成1.2萬個充電站的規(guī)模,若高峰期滿負荷快充,將對配電網(wǎng)形成不可承受的沖擊。


所以我們和本地一家車企合作設(shè)計了“新型換電與儲能式柔性快充一體站”(簡稱能源站),現(xiàn)階段已在渝北區(qū)建成第一個大型試運營站。這種能源站有兩大特點,第一是快速更換電池,未來符合換電國標(目前國標還在制定中)的車輛,在3分鐘內(nèi)就可以更換電池。同時,也為非換電的純電動車提供快速充電服務(wù),并在充電時完全不使用電網(wǎng)一度電。


我們利用的是配電網(wǎng)功率輸送的峰值和谷值之差。簡單地說,在白天或傍晚的用電高峰期電網(wǎng)負荷大、電價高,夜間凌晨用電量小、電價低。能源站在夜間通過購買低價電對儲備的電池進行充電,在白天高峰時期將儲存的電量通過換電或快充的方式賣給用戶。


這不僅沒有給電網(wǎng)造成負擔(dān),又提高了充電站運營者的利潤,達到多贏的局面。重慶計劃到2020年建設(shè)28個能源站,全國將建500個能源站,這將形成全世界最大的可有效消納新能源發(fā)電和廢棄谷電的儲能網(wǎng)絡(luò)。


記者:您在法拉利積累的混合動力研發(fā)經(jīng)驗,可否在民用領(lǐng)域發(fā)揮作用?在混合動力的研發(fā)方面,能否給出更好的解決方案?


陸帥:F1賽車的動能回收系統(tǒng)是在不計成本的情況下的理想狀態(tài),到了民用領(lǐng)域,成本控制、系統(tǒng)的可靠性都是必須考慮的問題。


我們雖然成功設(shè)計并制作了與豐田THS系統(tǒng)類似的系統(tǒng),但同樣在制作成本上很難超越對手。所以,我計劃打造一套全新的低成本和高燃油經(jīng)濟性的混合動力系統(tǒng)。目前還無法公布細節(jié),但可以透露電機控制器的進展。


國內(nèi)目前的新能源汽車電機控制器的功率密度指標大多為8千瓦每升,國家“十三五”計劃中這項指標要達到17千瓦每升,而我們目前的電機控制器功率密度已超過了33千瓦每升。


基于高性能的電機及其控制器系統(tǒng),這個新型混合動力系統(tǒng)的動能回收能力將提高50%以上,最終達到燃油經(jīng)濟性與可靠性均可媲美國外先進技術(shù)的目標。


目前我的團隊已建成多個現(xiàn)代化的測控與實驗平臺,同時通過各種工業(yè)項目支撐團隊的發(fā)展,創(chuàng)造不亞于歐美研發(fā)機構(gòu)的研究環(huán)境和待遇。因此,對混動領(lǐng)域的研究進展,我充滿信心。

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