汽车电子工程实验室新能源汽车关键共性技术研发平台扩建项目可行性研究报告.docx

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汽车电子工程实验室新能源汽车关键共性技术研发平台扩建项目可行性研究报告

汽车电子工程实验室新能源汽车关键共性技术研发平台扩建项目可行性研究报告

新能源汽车电控关键共性技术研发、测试平

台建设项目

可行性研究报告

山东XX工程咨询公司

二。

一五年五月

49

第二节建议

第一章总论

第一节项目名称及承办单位概况

一、项目名称

新能源汽车关键共性技术研发、测试平台建设项目

二、项目承办单位

单位名称：

法人代表：

注册资本：

公司性质：

注册地址：

三、申报单位概况

XX创建于1978年，是一所以汽车电子与智能交通、先进制造与工业机器人应用、工业自动化控制技术等为主要研究领域和方向的省属科研机构，是山东省自动化学会挂靠单位，设有机器人国家工程技术中心山东分中心、山东省汽车电子技术重点实验室、山东省汽车电子工程技术研究中心、汽车电子技术研究与应用泰山学者岗位、山东省科学院索道控制中心。

研究所现有职工120余人，其中高级研究人员30人，博士、硕士60余人，IEEE会员2人，归国留学人员7人。

研究所大力实施“人才强所”战略，加强科研队伍建设。

目前已聚集了一批优秀的科研、工程技术和管理人才，在汽车电子与智能交通、先进制造与工业机器人、综合自动化领域形成了三支符合研究所发展的科研创新团队。

近年来，研究所主持和承担科研项目百余项，其中包括国家863软件重大专项“vASOS-基于OSEK/VDX和OSGi的嵌入式汽车软件平台与关键技术研究气国家自然基金项目"人工交通系统的建模方法研究”、山东省科技重大科技专项“智能集成化汽车电子和计算平台系统及相关产品核心技术与产品研究开发”、山东省863引导项目“制造业信息化过程中的实时协调控制与重构的方法与应用〃、山东省科技攻关项目“基于Linux模块化嵌入式系统平台”、2006年山东省自主创新重大科技专项“井下探险救援机器人的研究”、2007年山东省自主创新成果转化重大科技专项“汽车车身网络及相关ECU系列电子产品的研发及产业化气山东省科技攻关项目“符合OSEK/VDX的汽车网络应用层标准及测试方法研究〃、2008年省自主创新成果转化重大专项“造纸行业包装搬运机器人系统的开发及产业化”、山东省优秀中青年科学家科研奖励基金项目“基于多视角的高可靠嵌入式软件的需求规格说明方法”、山东省自然基金项目“多精度中观交通仿真系统研究”及“基于WFST的计算节约型大词汇量汉语语音识别及其SoC实现'山东省信息产业发展专项资金项目“汽车车身网络及相关ECU产品产业化“、等多项国家、省级课题的研究，形成了一批具有自主知识产权的技术成果和产品，并已在机械、化工、金融、钢铁、交通、汽车等行业得到应用。

目前，研究所正在承担着国家02科技重大专项课题“应用于电动汽车的IGBT产品应用解决方案”、“十二五”国家863电动汽车重大专项“增程式纯电动轿车研发及产业化技术攻关"、国家科技支撑计划课题“大型机电类特种设备安全保障关键技术研究及工程示范"等多项国家、省、院级重大课题的研究与开发工作。

第二节可行性报告编制单位

单位名称：

工程咨询资格证书编号：

资格等级：

发证机关：

国家发展和改革委员会

第三节可行性研究的范围和内容

一、可行性研究报告的编制依据

1、双方签订的工程咨询委托书与合同书；

2、《产业结构调整指导目录（2011年本）》（修正版）；

3、《资源综合利用目录（2003年修订）》；

4、《建设项目经济评价方法与参数》（第三版）；

5、《投资项目经济咨询评估指南》；

6、《中华人民共和国国民经济和社会发展第十二个五年规划

纲要》；

7、《山东省国民经济和社会发展第十二个五年规划纲要》;

二、建设地址

该项目的建设地点位于济南市经十东路28789号山东省科学院内，所在位置交通便利、环境良好，适合该项目建设。

三、主要建设内容

根据《中共山东省委、山东省人民政府关于实施科技规划纲要，增强自主创新能力，建设创新型省份的决定》（鲁发[2006]4号）精神和《山东省工程实验室管理暂行办法》（鲁发改高技[2009]718号）的要求，建设山东省汽车电子技术工程实验室新能源汽车关键共性技术研发平台。

新能源汽车关键共性技术研发平台建设目标是为我省发展新能源汽车产业发展提供关键共性技术研发平台、测试平台以及中试平台。

新能源汽车关键共性技术研发平台建设的主要任务就是，加大新能源汽车关键共性技术研发的投入，建立一支成规模的研发队伍，完善科研环境，实现先进科研成果的产品化、产业化，集中山东有限的科技资源，攻克关键技术和难题，在技术和成果方面达到国际先进、国内一流水平，加快我省新能源汽车产业的跨越式发展。

四、建设规模与方案

山东省汽车电子技术工程实验室新能源汽车关键共性技术研发平台扩建项目在已有建筑内，通过合理布局和有效利用现有空间解决，不在进行专门的上建建设。

公用工程及辅助工程在原

有基础仅进行简单改造。

五、资金使用方案及进度安排

项目建设周期从2013年10月至2016年10月，根据项目实际进度，在建设期内完成全部项目建设资金使用。

流动资金随生产的需要逐渐投入使用。

1、资金使用方案

本项目投资主要用于锂电池管理系统、电机及其控制系统、电动汽车充电系统研发、测试平台建设。

截至到目前实际已经完成投资320万。

2、进度安排

2013年完成新能源汽车的电池管理系统研发条件建设，包括采购动力电池PACK测试系统、高串可编程仿真电池组、通信适配器和配置软件、多通道高精度电池数据采集记录仪的开发测试设备；（已完成）

2013年完成新能源汽车充电系统平台建设，包括采购电动汽车充电桩充电模块自动检测系统、电动汽车充电站综合测试系统等；（已完成）

2014年完成新能源汽车的驱动电机测试平台建设，主要采购包括大功率电动汽车专用电源、测功机及相关的检测仪器，建设电动汽车功率测试实验平台。

（资金到位后即可启动）

2015年完成新能源汽车电控系统电磁兼容测试平台改造工程，主要采购天线、LISN、安规测试设备等。

（资金到位后即可

启动）

2016年全面完成项目建设，正式对外服务。

六、资金筹措

本项目建设投资1000万元，所需资金全部由申报单位通过科技项目经费和部分自有资金自筹解决，资金已全部落实。

第二章项目背景及建设的必要性

第一节项目背景

从全球汽车产品发展趋势看，汽车电子在汽车上的运用越来越广泛，我国作为全球第一大汽车产销大国，汽车电子产业有着广阔的市场前景。

国家加大对汽车电子产业的政策鼓励，产业规模效应逐渐显现，然而汽车电子的关键技术仍掌握在欧美日少数企业中，我们面临着核心技术缺失、产业基础薄弱、人才储备不足等挑战。

山东省是汽车和零部件的制造大省，主要以组装、机械加工、铸造、原料加工等为主。

针对汽车的电子产品研发、测试、制造还比较落后，目前，我省汽车行业企业所从事的多是低附加值、高污染、竞争激烈、不可持续发展的项目。

面临当前的机遇与挑战，要想发展好电动汽车必须解决其关键共性控制技术、电池管理系统、电驱控制系统。

1.电池管理系统国内外现状及其未来发展趋势

（1）前言

目前,影响电动汽车推广应用的主要因素包括动力电池的安全性和使用成本问题，延长电池的使用寿命是降低使用成本的有效途径之一。

为确保电池性能良好，延长电池使用寿命，必须对电池进行合理有效的管理和控制，为此，国内外均投入大量的人力物力开展广泛深入的研究。

例如，日本青森工业研究中心从1997年开始至今,仍在持续进行电池管理系统（BMS）实际应用的研究；美国Vi11anova大学和USNanocorp公司已经合作多年对各种美型的电池S0C进行基于模糊逻辑的预测；丰田、本田以及通用汽车公司等都把BMS纳入技术开发的重点。

我国在十五期间设立电动汽车重大专门研究项目，经过几年的发展之后，在BMS方面取得很大的突破，与国外水平也较为接近。

在国家863计划2005年第一批立项研究课题中，就分别有北京理工大学承担EQ7200HEV混合动力轿车用镣氢动力电池组及管理模块、湖南神舟公司承担的EQ6110HEV混合动力城市公交车用大功率镣氢动力电池及其管理模块、苏州星恒电源有限公司承担的燃料电池轿车用高功率型锂离子动力电池组及其管理系统、北京有色金属总院承担的解放牌混合动力城市客车用锂离子电池及管理模块等课题。

此外还有清华大学、同济大学等承担的多能源动力总成控制系统和DC/DC变换器等一大批相关课题。

（2）BMS的基本结构

BMS的主要工作原理可简单归纳为：

数据采集电路首先采集电池状态信息数据，再由电子控制单元（ECU）进行数据处理和分析,然后根据分析结果对系统内的相关功能模块发出控制指令，并向外界传递信息。

基于上述原理，美国托莱多大学提出一个典型的BMS基本结构。

这个典型的系统把BMS简化划分为1个ECU和1个均衡电池之间电荷水平的均衡器（EQU）两大部分。

其中ECU的任务主要由4个功能组成:

数据采集、数据处理、数据传送和控制。

ECU也控制均衡器、车载充电器等电池维护设备。

韩国Ajou大学和先进工程研究院开发的BMS系统的组成结构及其相互逻辑关系。

该系统在上述结构中进行功能扩展，即增设热管理系统、安全装置、充电系统以及与PC机的通信联系。

另外还增加与电动机控制器的通信联系，实现能量制动反馈和最大功率控制。

湖南大学研发的电动汽车采用的集中式BMS结构。

该BMS系统最大的优点是采用电压隔离开关矩阵提高数据采集的可靠性和系统的安全性。

其内部多条隔离的数字及模拟信号输入输出通道不仅可以根据要求灵活使用，而且有效增强系统的抗干扰能力。

现在国外正在开展基于智能电池模块（SBM）的BMS研究，即在1个电池模块中装入1个微控制器并集成相关电路，然后封装为一个整体，多个智能电池模块再与1个主控制模块相连,加以其它辅助设备,就构成1个基于智能电池的管理系统。

该BMS成功实现对每个电池模块的状态监测、模块内电池电量均衡和电池保护等功能。

美国Micron公司开发的军用电动车辆BMS采用的就是这种结构。

（3）BMS的未来研究方向和发展趋势

与电机、电机控制技术、电池技术相比，BMS还不是很成熟。

BMS作为电动汽车最关键的技术之一,近年来已经有很大的提高,很多方面都已经进入实际应用阶段，但有些部分仍然不够完善，尤其是在采集数据的可靠性、S0C的估算精度和安全管理等方面

都有待进一步改进和提高O

（a）BMS的设计主要有如下技术难点：

需要采集的数据量大，精度要求高；电池状态的非线性变化严重制约了SOC的预测精度;内部电路复杂，安全性差，抗干扰能力要求高。

（b）根据对BMS的功能要求和目前研究中的问题可知,如何把握电池内部状态的变化规律，用更有效的方式和采用更适当的算法来正确估算SOC,减小SOC的估算误差，仍将是今后研究的重点O

（c）在BMS的安全管理和控制功能模块设计中，如何解决电池自身的安全性问题,例如：

实现电池组均衡充电、避免高电压和高电流的泄漏、防止对人体造成伤害，尤其是在冲力作用条件下（发生碰撞时）对电池安全性的控制等，还需要进行大量的试验研究。

（d）目前的很多BMS应用某一类型的电池时效果很理想，但却难以应用到其它类型的电池上。

因此,研究更具有通用性的BMS已经成为目前的发展方向。

2、电驱系统国内外现状及其未来发展趋势

（1）前言

我国汽车工业的发展面临着来自能源安全、环境保护和气候变化等可持续发展要求的多重挑坟。

随着近几年汽车保有量的快速增加，汽车能源消耗增长呈现加速趋势，进一步加剧了我国石油供需矛盾。

在当前石油资源日益紧张，价格不断攀升的国际形势下，发展电动汽车特别是混合动力汽车是缓解我国石油资源短缺

现状的有效途径，也是增强我国汽车工业核心竞争力的重大战略举措。

经过“八五”、“九五”规划的实施，特别是“十五”国家863电动汽车重大专项，我国已实现了官、产、学、研的资源整合,具有了电动汽车用驱动电机系统自主研发能力。

在国家“三纵三横”总体布局中（如附图所示），驱动电机及其控制系统被列为“三横”中的共性技术之一。

图1电动汽车“三纵三横〃研发布局

（2）电动汽车用驱动电机系统的研究现状

目前国内的车用驱动电机系统已达到了小批量生产的水平，包括上述的各种类型电机以及风冷、水冷等冷却形式，涵盖5kW〜180kW功率范围。

部分系统指标（如比功率和系统效率）达到了国际先进水平。

系统中应用了矢量控制、直接转矩控制等控制方法，采用了IGBT等全控型电力电子器件,DSP等先进的数字处理器，CAN总线通讯模式等控制技术，对参数辨识，效率优化，死区补偿等专门的问题开展了有针对性的研究，取得了卓有成效的成果，有一大批车辆已在城市道路上进行示范运行。

目前车用驱动电机系统尚需提高的地方

■全运行范围内的转矩、转速控制精度，效率最优化；

■系统可靠性及耐久性尚未得到充分验证，和汽车行业的严格要求还有一定差距；

■动力总成装置的集成度不高，机电一体化不够；

■关键材料（如高性能硅钢片，绝缘材料）和关键元器件（如IGBT模块，CPU芯片）仍依靠进口，限制了选择余地和成本降低；

■尚未形成完整的、满足汽车工业标准的供应商体系。

独然具备了小批量供货的能力，但产品尚未通过TS16949质量体系标准认证。

今后仍需要重点研究的内容：

■系统的集成化；

■高性能电机控制策略，电机效率优化；

■系统热管理；

■系统失效模式分析，系统可靠性、耐久性预测与快速评估方法；

■系统电磁兼容，环境适应性研究及试验验证，电机系统成本

控制等。

（3）发展趋势

■驱动电机系统必须满足动力总成一体化的要求并支持整车产品的系列化和生产的规模化；丰田公司的驱动系统THSII及本田公司的IMA系统的发展和进步充分体现了这一点：

THSII已扩展到包括LEXUS在内的多种车型，而IMA也已配置到包括CIVIC及雅阁在内的多种车型。

■国内将出现独立的新型汽车电气驱动系统提供商，支持电动汽车及传统汽车产业；目前国外已有包括Solectria,Enova在内的电气公司，汽车用电气自动化的新型产业正在逐步形成。

目前我国在电机（包括永磁材料）生产，人力成本等方面存在较大的优势，如果能够跟上当前的产业发展机遇，可以使得我国在世界市场上占有一席之地。

■与元器件、电力电子器件供应商及现有的工业用变频器行业形成产业联盟有助于这个新型产业的发展壮大。

3、电动汽车充电技术国内外现状及其未来发展趋势

电动汽车的发展包括电动汽车以及能源供给系统的研究和开发，其中能源供给系统是指充电基础设施，供电、充电和电池系统及能源供给模式。

电动汽车充电技术作为一个新的科技领域,世界各国都置身于充电技术的研究，并拟制作充电技术标准，为未来企业发展占据先。

根据充电方法不同，电动汽车的充电技术可分为：

常规充电方式、快速充电方式、无线充电方式、更换电池充电方式等。

常规充电方式

该充电方式根据相应电池的充电曲线，采用恒流、恒压的传统充电方式对电动车进行充电，使整个充电过程更接近电池的固有特性，有效避免了电池被过充和欠充的问题。

这种方式以比较低的充电电流为蓄电池充电，相关技术成熟可靠，所以相应的充电机的工作和安装成本也比较低。

电动汽车家用充电设施（车载充电机）和小型充电站多采用这种充电方式。

典型的充电时间为8~10h（SOC可达到95%以上）。

对电池和电动汽车来说，这种方式是最安全可靠的充电方式，它对电网没有特殊要求。

快速充电方式

快速充电方式是指在短时间内使蓄电池达到或接近充满状态的一种方法。

该充电方式以1-3C的大充电电流在短时间内为蓄电池充电。

充电功率很大，能达到上百千瓦。

该充电方式的充电时间与燃油车的加油时间接近。

其典型的充电时间是可达到20〜30min,但这种充电方式对电池寿命有很大的影响。

此外，该充电方式对电网也有较高的要求，要建设专用电网，一般应靠近10kV变电站附近或服务中心中使用，还需采取较为复杂的谐波抑制措施，与前者相比安装成本相对较高，只适合大型充电站使用。

更换电池的充电方式

该方式要求车辆电池组设计标准化，易于更换。

车辆运营中需要及时的更换电池，同时充电站可以对电池进行专业化管理,但由于电池组快速更换专业化要求高，只适用于标准的充电站,这种电池更换系统要求昂贵的机械装置和大量的蓄电池，同时，存放大量未充电和已充电的蓄电池需要很多空间，修建一个蓄电池更换站所需空间远大于修建一个正常充电站或快速充电站所需的空间，因此这种电池更换系统的初始成本很高，而且，目前车载动力电池的电气和尺寸参数还没统一标准，市场应用还需等待时日。

非接触式充电方式

电动汽车非接触充电方式的研究目前主要集中在感应式充电方式，不需要接触即可实现充电，目前，日产和三菱都有相关产品推出，其原理是采用了可在供电线圈和受电线圈之间提供电力的电磁感应方式，即将一个受电线圈装置安装在汽车的底盘上，将另一个供电线圈装置安装在地面，当电动汽车驶到供电线圈装置上，受电线圈即可接受到供电线圈的电流，从而对电池进行充电。

目前，这套装置的额定输出功率为10kW,一般的小型电动汽车可在7-8小时内完成充电，这种方式的成本较高，还处于实验室研发阶段，其功能还有待时间验证。

此外，非接触式充电方式的原理还包括磁共振和微波等，技术都被日本厂商垄断。

综上所述，电动汽车的充电还是采用普通充电为主、快速补充充电为辅的充电方式。

对于电动公交车而言，充电站设在公交车总站内。

在晚间下班后利用低谷充电，时间5—6小时。

全天运行的车辆，续驶里程不够时，可利用中间休息待班时间进行补充充电。

充电器的数量和容量根据车队的规模而定，充电站由车队管理。

1C〜3C的快速充电模式，已经在探讨应用，但应确保在电池的安全和使用寿命的前提下进行。

第二节项目建设的必要性

建设的必要性体现在该项目能够解决我省新能源汽车发展面对的以下主要问题：

1、产品技术整体层次低档，缺少生产规模大、产品技术水平高的新能源乘用车（轿车）生产企业，多数企业尚处起步阶段。

全省列入国家公告的新能源客车生产企业仅有3家，国家尚未放开低速电动车生产，全省近20万辆的低速电动车生产能力得不到充分发挥。

2、产品质量参差不齐。

目前，我省大多数新能源汽车生产企业均未列入国家公告，也未经国家汽车质量安全检测，产品安全性、可靠性无法保证。

3、行业整体上缺乏新能源汽车高端技术人才，技术实力提升有限，急需新能源汽车研发及产业化方面的人才培养基地。

通过以上问题的分析不难看出，困扰我省新能源汽车产业发展的一个核心问题是产品的水平不够高，这导致了生产规模、产品质量、产品结构等其他问题。

该建设项目是新能源汽车关键共性技术研发平台的建设，可以解决我省新能源汽车产业核心竞争力及自主知识产权为目标，以国家十二五科技发展规划及山东省新能源汽车十二五规划的内容为依据，根据山东省新能源汽车发展现状，面向纯电动轿车、混合动力轿车及低速电动车，建立起新能源汽车关键共性技术研发的平台。

以该平台为依托，实现关键技术成果的工程化转化，建立人才培养基地和学术交流的平台，实现产、学、研的紧密结合。

平台要建设三个中心和两个基地：

新能源汽车关键共性技术研究开发中心、新能源汽车关键共性技术产品测试中心、中试转化中心和专业人才培养基地。

第三章项目扩建内容

第一节项目扩建的指导思想及原则

一、规划设计的指导思想

根据《中共山东省委、山东省人民政府关于实施科技规划纲要,增强自主创新能力，建设创新型省份的决定》（鲁发[2006]4号）精神和《山东省工程实验室管理暂行办法》（鲁发改高技[2009]718号）的要求，建设山东省汽车电子技术工程实验室新能源汽车关键共性技术研发平台。

新能源汽车关键共性技术研发平台建设目标是为我省发展新能源汽车产业发展提供关键共性技术研发平台、测试平台以及中试平台。

二、设计原则

充分考虑汽车电子实验室对温度、湿度、防静电、防电磁干扰、防尘、防火等的特殊要求，合理进行汽车电子工程实验室扩建工作。

第二节项目建设基础及扩建内容

一、项目建设基础

山东省科学院汽车电子工程实验室自建设运行以来，根据山东省科技发展方针，围绕山东省经济、社会发展成略目标，积极开展相关工作。

目前，实验室在省科学院东区已建设具有国内一流水平的汽车电子研发、测试和生产中试基地，场地总面积为3150平米，固定工作人员近80人，其中研发人员50余名。

建设期间工程实验室购置的多款国际上先进的汽车电子产品开发设备和测试设备，在科研开发过程中发挥了重要作用，设备总值3462万元，2010年顺利完成汽车电子产品贴片机生产线的安装调试和试生产，2011年建设完成3米法电波暗室，顺利完成电磁兼容中心建设。

山东省汽车电子工程实验室的综合配套试验条件基本满足了正常运行的需要，科研、成果转化、工程服务等各项工作已有序开展，实验室围绕国家节能减排和汽车产业升级的重大需求，突破汽车电子技术瓶颈，解决汽车电子关键基础共性技术，具备了汽车电子产品研发、测试、中试能力，发展势头良好。

目前已建立先进的汽车电子研究开发中心、汽车电子产品测试中心和中试转化中心，形成结构合理、具有行业领先水平的汽车电子技术创新团队，并具有灵活高效的运行机制，促进技术创新体系建设。

为了满足汽车电子产品测试对环境的特殊要求，已新建完成工程实验室楼一栋，电磁兼容试验室（包括暗室/控制室/放大室/传导室/脉冲群试验场地/静电放电试验场地）。

实验室建设充分考虑到了汽车电子实验室对温度、湿度、防静电、防电雇干扰、防尘、防火等的特殊要求，以及未来进一步发展的需要。

新建的工程实验室楼一栋，建筑面积1650平方米，主体建筑

根据功能要求分为二层，建筑高度10.95米，一层局部高度为

5.4米，二层高度为3.9米。

其中3米法半电波暗室高8米。

设计装修中试转化中心实验室一间，面积500平方米，层高

图3汽车电子中试环境测试平台

图4汽车电子中试电磁兼容测试平台

二、项目扩建内容及方案

本项目是对汽车电子公共服务平台进行扩建和完善，增加新能源汽车电子电磁兼容、环境和中试设备，通过项目建设建成山东省第一个具有检测资质的汽车电子公共服务平台，加大新能源汽车关键共性技术研发的投入，建立一支成规模的研发队伍，完善科研环境，实现先进科研成果的产品化、产业化，集中山东有限的科技资源，攻克关键技术和难题，在技术和成果方面达到国际先进、国内一流水平，加快我省新能源汽车产业的跨越式发展。

1、技术方案

该工程实验室建设以解决我国新能源汽车产业核心竞争力及自主知识产权为目标，以根据国家十二五科技发展规划及山东省新能源汽车十二五规划的内容为依据，根据山东省新能源汽车发展现状，面向纯电动轿车、混合动力轿车及低速电动车，建立新能源汽车关键共性技术研发的平台。

以该平台为依托，实现科研成果向产品的转化，建立人才培养基地和学术交流的平台，实现产、学、研的紧密结合。

主要研发方向有：

（1）重点研究新能源汽车电池管理系统

重点研究锂离子电池成组技术、电池系统集成和控制技术、电池组管理系统。

（2）重点研究新能源汽车驱动电机及控制系统技术

重点研究驱动电机及其控制技术、驱动系统总成、控制器模块、CAN总线传输与控制系统、系统热管理、位置/转速传感器、高性能永磁材料、电力电子元器件IGBT等方面，着力提高电机及控制系