时间：2022-05-23 08:21:06
导语：在电动汽车论文的撰写旅程中，学习并吸收他人佳作的精髓是一条宝贵的路径，好期刊汇集了一篇优秀范文，愿这些内容能够启发您的创作灵感，引领您探索更多的创作可能。
1电动汽车的电池管理系统
电动汽车的电池管理一直是电动汽车关键技术中的一大难题。电池管理系统（batterymanagementsystem，缩写BMS），主要对象是二次电池。二次电池存在下面的一些缺点，如存储能量少、寿命短、使用安全性、电池电量估算困难等。为了能够提高电池的利用率，防止电池出现过充电和过放电，延长电池的使用寿命，监控电池的状态，BMS主要用于对电动汽车的动力电池参数进行实时监控、故障诊断、SOC估算、行驶里程估算、显示报警，充放电模式选择等，并通过CAN总线的方式与车辆集成控制器或充电机进行信息交互，保障电动汽车高效、可靠、安全运行。
2电池管理系统存在的问题
在电动汽车普及的进程中，电动汽车的电池充电管理是重要的一个环节。在硬件方面要求电池管理系统和充电机之间单独使用一路CAN总线，该CAN总线独立于动力系统控制之外。而现有的电池管理系统只有两路CAN接口，其中一路用于电池管理系统内部通讯，另一路用于和动力系统控制通讯，没有多余的CAN接口和充电机之间通讯，需要制定解决方案，包括电池管理控制箱结构、BMS系统硬件和充电机之间的硬件连接信号、电气配线等电池管理系统硬件的更改；而在软件方面，则要进行充电机与电池管理系统间通信协议的开发，包括与道路车辆控制系统的通信网络兼容，通信协议的物理层、数据链路层、数据帧格式遵循的规定；充电机和BMS对电压、电流和温度等参数的监测与设置等。
3电池管理系统的改进设计
3.1BMS系统硬件实现
本文所述系统采用专用的电池控制芯片LTC6802实现系统的分布式管理；重新设计电池的参数采集模块、均衡控制模块、数据处理模块、通讯模块、故障处理模块等；系统内部采用SPI总线进行数据和控制命令的传输，主控芯片通过CAN总线实现与整车控制器的通讯。（1）参数采集模块：LTC6802电压检测芯片可以对电池电压进行实时检测；有输入引脚专门用于温度传感器的输入；采用ACS758LCB-050B电流霍尔传感器进行电流检测，可采用直流、交流电流，并且强电侧与电子电路边具有很强的隔离作用，性能稳定。（2）均衡控制模块：若电池管理系统检测到的电池电压在正常范围内，系统根据设定的SOC估计算法对电池进行SOC估计，当电池组中出现电压异常时，控制系统就会根据设定的均衡算法进行均衡控制，由控制器LTC6802完成，通过对其控制字的写入，控制LTC6802引脚S的开关动作，实现均衡开关矩阵的控制。（3）数据处理模块：以单片机编程的模式进行数据处理。根据系统具有的功能分为若干子程序，包括：SOC估计、故障分析、信号监控、报警等。（4）通讯模块：采用CAN总线通讯协议。包括内部通讯和外部通讯，内部通讯对参数采集模块所采集的数据进行记录后传给数据处理模块，并将数据处理结果反馈给数据采集模块及故障处理模块；外部通讯通过CAN总线与PC机进行数据交互，使用户更直观的对BMS内部的数据进行监控及处理。（5）故障处理模块（保护电路）：控制LTC6802的引脚对故障信息做出相应的处理，利用红绿二极管对于告警及保护信息进行光警报，并输出报警信息，自动控制调节充、放电或切断电路。
3.2BMS系统上位机软件实现
PC机通过CAN总线与下位机进行通讯。下位机的采集模块所采集上来的电压、电流、温度数据等上传给上位机，上位机对采集上来的数据进行保存、处理及显示。（1）上位机软件数据存储模块：由于电池组数据量比较大，监控数据的记录采用占用空间比较小的二进制流进行存储。XML提供了更强有力的数据存储和分析能力，而且XML极其简单，XML的简单使其易于在任何应用程序中读写数据。（2）上位机软件通讯模块：上位机与下位机之间采用CAN通讯，协议采用CAN协议2.0B扩展帧格式；通讯速率为100Kbps；物理层匹配电阻120Ω。上位机呼叫BMS并下发命令，BMS收到命令后返回响应信息。PC等待500ms后如尚未接收到BMS响应或接收响应信息错误，则认为本次通信过程失败。
4结语
电池管理系统的改进设计已在电池厂商、充电机厂商和电动汽车生产厂商中得到应用，当前研发的电池管理系统都已具有多路CAN接口（最少3个），充电机与电池管理系统通信协议已按统一标准进行了设计与测试，解决了电动汽车的充电问题，能够推进电动汽车的普及进程。
作者：王刃峰 单位：黑龙江农业工程职业学院
目前，世界范围内都在推动电动汽车技术的研究与使用，但在电动汽车的使用过程中，由于其控制系统部分比传统汽车复杂，故障诊断需要综合电池、电机及整车的参数来进行综合判断，目前还依赖于有经验的工程师到现场进行诊断与维修，因此汽车故障诊断技术应用而生。文章详细阐述了一种集本地和远程诊断于一体的手持式故障诊断仪，该诊断仪参考了ISO和SAE的标准进行设计，可以对某些参数进行标定。
1故障诊断仪系统结构与功能
1.1结构
图1示出电动汽车用手持式故障诊断仪的系统架构图。由图1可以看出，该诊断仪的系统架构及工作方式为：手持式故障诊断仪通过CAN总线读取电动汽车ECU单元中的故障码，现场维修人员可以选择是否将该故障码通过无线网络发送给远程故障诊断服务器。如果选择不发送，现场人员则根据故障码对现场的故障进行诊断排查，故障排除后清除ECU单元中的故障码，如果选择远程故障诊断，现场维修人员需等待远程故障诊断服务器返回给现场维修人员的维修意见，从而指导现场人员的工作。
1.2功能
1.2.1本地和远程诊断功能
该诊断仪读取电动汽车ECU单元中的故障码，现场维修人员通过故障诊断仪的显示屏幕读取故障码，通过该故障码确定故障的部位或故障级别，对故障进行检查排除。同时将该故障码及故障处理方式通过无线网络远程发送给远程故障诊断服务器，用于指导其它远程故障诊断，同时清除ECU单元中的故障码。如果现场维修人员读取的故障码不能进行故障排除，可将该故障码上传至远程故障诊断服务器，远程故障诊断服务器将诊断数据库中对应于该故障码的诊断信息反馈给现场人员，现场人员通过该信息进行故障诊断。
1.2.2本地和远程标定功能
本地和远程标定功能类似于本地和远程故障诊断功能，当现场维修人员对一些参数进行标定时，可以通过手持式故障诊断仪的标定功能对电动汽车进行现场标定，如果对一些标定参数不能确定，可以请求远程故障诊断服务器进行远程标定协助。
2硬件系统架构
可以看出，该诊断仪的硬件电路设计，主要包括CPU控制与外围电路设计、CAN网络接口电路设计、可靠性保障电路设计及电源电路设计等。
手持式故障诊断仪通过电源电路给整车设备供电，并通过CAN网络接口读取ECU单元的故障码，该故障码可以通过USB接口进行存储，也可以通过无线通信模块发送给故障诊断服务器。
3软件系统架构
基于无线通信的电动汽车用手持式故障诊断仪的软件系统架构，包括手持式故障诊断仪与远程故障诊断服务器软件架构两部分。
可以看出，该诊断仪软件架构包括：读取和清除故障码、诊断数据库和软件升级等。其中软件和诊断数据库升级以及请求远程标定功能均需在无线通信功能使用的情况下才可以使用，否则该手持式故障诊断仪仅仅是由现场使用人员操作的一款诊断设备。
远程故障诊断服务器的软件系统为了配合手持式故障诊断仪的使用，主要包括：远程故障诊断、远程标定、手持式故障诊断仪诊断数据库升级、软件升级以及自身的数据库升级与更新。
软件系统的总流程，如图4所示。通过图4可以看出，该软件有诊断、升级及标定模式3种。这3种模式是互斥的关系，现场人员需根据具体情况对功能进行选择。
4结论
文章基于无线通信的电动汽车用手持式故障诊断仪的设计，实现了高效率的诊断和排除故障。该设计在提高工作效率的同时，大大缩短了维修人员的培训周期，由于其设计的先进性及功能的多样性，有利于节省电动汽车保养及维修方面的人力、物力及时间。
作者:于兰 李志平 辛明华 周能辉 单位:天津清源电动车辆有限责任公司
1驱动系统参数匹配
驱动系统是纯电动汽车的核心，其基本特性参数的选配必须满足整车动力性能要求。通过计算，合理选择动力系统各部件的参数，并将其进行有效匹配，才能设计出高性能的纯电动汽车。
1.1电机最大功率计算
为满足纯电动汽车整车性能，通过3种方法计算电机最大功率Pnmax，即:根据汽车最高车速确定的功率即额定功率Pne;爬坡度确定的功率Pna;加速性能确定的功率Pnc。根据整车设计参数，可计算出上述3个功率值，取其中最大者作为电机最大功率选取参考值，即Pnmax≥maxPne，Pna，P[]nc。根据表1、2所给出的参数，由以上公式(1)—(3)，计算求得Pne为22.64kW，在坡度为20°，以35km/h的车速爬大坡时，Pna为55.66kW，同时求得Pnc为45.78kW。因此，取Pna的值作为电机最大功率选取的参考值。
1.2电机功率与转矩选择
电机在工作时，其性能分为连续工作性能和短时工作性能。电机的额定值决定了其连续工作特性，短时工作特性是电机过载一定倍数之后的转矩功率特性。在电机转速与转矩选择时，通常以纯电动汽车的常规车速来确定电机的额定转速(电机通常运行的转速)，再通过电机的额定功率和额定转速求出电机的额定转矩。
1.3电池组参数设计
动力电池是纯电动汽车唯一的动力源，其携带的总电量是整车动力性和续驶里程的基本保证。电池组的总电量与电池单体的容量和组合形式有关，而动力电池的单体电压和组合形式又直接决定了其为电机提供总电压的大小。动力电池参数匹配主要包括电池类型的选择、电池组电压和容量的选择。根据纯电动汽车对目标性能的要求，综合考虑整车所需的动力电池总电量、动力电池单体类型以及其组合形式后，计算确定动力电池单体数量。
2底盘系统设计
在纯电动汽车底盘系统中，动力系统需要重新架构，因此总布置方案改变较大。目前，电动汽车底盘设计主要运用2种方式，即:根据设计需求，在传统车平台基础上进行局部改制;开发“电动化、模块化、智能化、集成化”全新理念的底盘系统。本文采用的方式是基于原有车型平台进行局部改制。底盘系统中，大部分子系统的工作原理没有发生变化，改制后需对底盘及整车进行重新总布置，重新计算轴荷分配对悬架系统性能造成的影响，然后对悬架系统做出相应调整。
2.1电机、减速器布置
电机、减速器的布置在原发动机前舱布置的基础上进行，布置时应考虑如下几个因素(以下X、Y、Z方向为车辆坐标系坐标轴方向，即当车辆在水平路面上处于静止状态，坐标原点与质心重合，X轴平行于地面指向正前方，Y轴指向驾驶员右侧，Z轴通过汽车质心指向正上方):1)电机、减速器外轮廓距离左右纵梁的空间宽度应一致，以便于安装悬置;2)减速器输出轴中心线布置在满载前轮中心线附近，差速器输出轴与前轮中心连线尽量接近;3)减速器后部应与副车架、转向机构都留有安全距离;4)电机三相线进线与控制器出线方向位置相协调;5)半轴在YZ平面内与Y方向夹角，空载时应小于15°，满载时小于7°;6)电机布置位置应在整车满载条件下确定。确定减速器输出轴位置后，电机定位可绕减速器输出轴旋转，电机的轮廓上限不超过纵梁上平面，电机右侧为3相线接口，电机控制器放置于电机正上方;电机位于减速器右侧，如图2所示(以下示意图均是通过对各元件的简化建模后得到)。差速器中心平面相对XZ平面偏左200mm，电机减速器集成体外轮廓距左侧纵梁最小170mm，距右侧纵梁最小60mm。该设计方案中，根据电机减速器集成体的尺寸分布，将差速器中心平面布置与整车中心平面基本重合，左右半轴通过万向节将车轮与减速器的输出轴连接起来，在YZ平面上，左右半轴与前轮中心线的夹角相等，在核算半轴与前轮中心线夹角时计算一侧即可，如图4所示。装配时电机、减速器集成体与车架的连接点一共有3个，分别位于左侧纵梁、右侧纵梁、副车架。左侧纵梁悬置轴线平行于Y方向，限制X和Z方向运动;右侧纵梁悬置轴线平行于X方向，限制Y和Z向运动;副车架上的悬置轴线平行于Y方向，限制X和Z方向运动。
2.2前后舱元件布置
如上所述，将电机、减速器布置在原发动机前舱位置，同时DC/DC、电机控制器、空调压缩机等相应电气装置均布置在前舱。可利用各元件的外形尺寸将各元件简化为长方体模型进行布置，从车辆前舱上方往下俯视，如图5所示。原车的后舱容积约为0.43m3，将车载充电器、电源管理器、配电箱、直流空气开关布置在后排座椅背后，并且设计拱形支架，使其不影响备胎的放置，布置示意图如图7所示。同时，可设计一个大盖板，将这几个器件盖住，以达到从后面看车内美观的效果，后舱电器盖板采用塑料件制成，以减轻整车质量。
2.3动力电池布置
本设计将电池单体集中布置于一个电池包中，动力电池包中共布置了100个电池单体，包内电池单体总共分为6排，沿车辆X方向，前部3排电池卧放，后部3排电池立放，以保证其与后排座椅地板形状相统一，同时通过串联形式将所有单体进行连接，如图8所示。电池包采用无上盖结构，利用车身地板及四周安装板和加强板形成电池包的上盖。电池包外壳可采用钣金件折弯和焊接的工艺形成箱体，翻边形成安装板，可实现在安装孔定位时与车身地板的模具统一起来。同时，电池排布上充分利用车身地板下方空间，与车身地板的形状一致，以最大程度节省空间，为避开后轮摆臂安装座和后轮罩在电池包后部两边开有2个缺口，如图9所示。动力蓄电池布置在座椅地板下方，并且尽量保留了车身地板形状，该布置的电池包是车辆的最小离地间隙位置，如图10所示。该布置保证了驾乘人员安全，给货仓和备胎留下了一定的空间，同时还考虑了电池包整体快速更换原则，方便电池包的整体更换。该动力电池单体质量为3.1kg，电池单体共310kg，加上电池包壳体及加强等附件结构，电池包总质量约385kg。该布置后电池包重心位置距离前轴水平距离为1558mm，前、后轴轴荷比例分别为49.4%和50.6%，满足GB7258—2012中关于轴荷的要求。
3车身设计
纯电动汽车车身设计是整车设计的重点之一，其设计效果对整车性能(如续驶里程、加速时间、爬坡性能等)的影响显著。同时，车身必须达到足够的结构强度以及满足其他性能指标(如安全、耐久性、NVH、工艺等)。国内外对纯电动汽车车身设计研究较多，目前主要是应用多种轻量化材料，同时集成结构设计优化和先进制造技术及工艺等手段进行设计［8］。基于以上所述，本例中电池包安装在车身地板下方，其外壳设计及电池单体布置时尽量与车身地板的形状一致。同时，电池包布置时考虑了整体快换原则，根据设计需要及电动汽车相关安全规定，上车体可直接由原传统车平台提供，但原车身地板在结构上必须做出相应更改。
3.1更改因素
为满足要求，设计地板时考虑的因素如下:1)电池包安装于车身地板下方，根据电池实际布置，为达到电动汽车安全法规相关要求，需抬高地板高度;2)车身地板下方要根据电池包外壳的形状设计密封的加强梁，用于安装电池包，并且与电池包共同形成电池包空间;3)车身地板下方需焊接3个支撑杆，该支撑杆用于支撑电池包中部变形产生的载荷，同时也用于安装时的定位;4)车身地板上方需设计螺孔，用于安装中央通道盖板;5)设计中后排地板高度升至与前座椅安装支架一致，需在车身地板上重新设计凸台结构用于座椅安装;6)车辆地板结构发生变化，侧碰刚度发生变化，需重新校核，车身地板的承载能力同时也需要校核;7)新设计车身地板与周围钣金件的连接与原车不同，需重新设计。
3.2结构设计
根据以上设计需求，从车身底部右后边向上斜看改进后的车身地板结构如图12所示，其侧面剖视示意图如图13所示。图13中的台阶面从左至右依次表示:后排座椅安装面、后排座椅脚地板及前排座椅安装面、前排座椅脚地板。车身地板与电池包安装梁通过车身焊装构成车身的一部分，而中央通道盖板在整车装配线束后，再通过螺钉或螺栓固定在地板上，用于构成线束的通过空间。本例中由于车身地板在电池包的基础上进行了抬高和展平，使得后排座椅的H点与脚地板的垂直距离减小，从原车的400mm以上减少至250mm左右，但是仍然符合一般乘用车布置设计要求。座椅下方安装板展平后，重新设计了小的安装支架结构，使得坐垫底座轻微改动。本设计在适当的地方加强了车身地板设计刚度，以满足整车碰撞法规要求和承载要求。综上所述，前后舱、动力电池包及与车身地板之间的布置关系如图14所示。
4整车性能
改制后的纯电动汽车整车基本性能可通过理论计算求得。将以上计算选取的各项参数导入Matlab软件，并通过编程获得部分相关性能曲线，结果如图15—18所示。图15是不同车速电机需求功率曲线。可知，在整车运行过程中，电机的需求功率随整车车速变化，其大小随车速增加而增大。其中，车速为50km/h时，电机满足整车基本要求的需求功率为6.02kW;当车速为80km/h时，电机的需求功率达到13.41kW。图16所示是不同爬坡度的电机功率曲线。图16是在35km/h的车速匀速爬坡情况下获得，曲线反映出电机需求功率与爬坡度成正比例关系。在爬坡度为零时，电机功率为0.47kW;当爬坡度为14.05%(8°)时，电机功率为24.63kW;当爬坡度达到36.40%(20°)时，电机需求功率最大，达到55.66kW。图17是在电机额定功率、整车空载状态下，整车的百千米加速时间曲线。由图可见，车辆从原地起步加速至50km/h时，时间为5.66s;(50～80)km/h所用时间为6.16s;整车车速达到100km/h时，共用时为19.34s。图18是不同条件的加速度与时间的关系曲线。可以看出，车辆在实验质量－电机额定功率、车辆空载状态、车辆满载状态下，其起步加速度大小不同。在车辆起步时，加速度的值最大，图中3种条件下分别为2.63、2.41和0.84m/s2。在车辆起步后的一定车速范围内，加速度大小基本保持不变;当车速达到一定值后，加速度开始逐渐减小，最后变为零，此时车速达到最大。其他数据，如等速(60km/h)续驶里程大于260km，最小转弯半径小于11m，整车满载时最小离地间隙为147mm等。这些理论计算数据均达到了前期设计的性能目标要求。
5结束语
纯电动汽车在能源利用率、减少排放污染、降低噪声方面所具备的显著优势，对目前能源危机、环境污染问题均可起到有效缓解作用。本文针对基于传统汽车平台的纯电动汽车改制进行了重新设计，各总成布置合理，将选配的数据导入matlab程序获得了相应的车辆性能曲线。结果显示，所有性能数据能够满足本文所提出的整车目标性能要求，将为该纯电动汽车下一步整车优化提供有效参考。
作者：何勇彭忆强王子江王海单位：西华大学交通与汽车工程学院四川汽车工业股份有限公司新能源汽车研究院
一、旧技术体系的不适应性
汽车发展的历史表明，上个世纪前三十年曾经兴盛一时的电动汽车与燃油汽车的市场地位发生了逆转，燃油汽车后来居上成为欧美发达国家千万家庭的宠儿，电动汽车则沦为在特定封闭区域使用的专用工具。导致这一逆转的原因与当今电动汽车遇到的困难并无二致。近百年来，电动汽车技术虽然在电池、电机、电控等各个方面都有长足的发展，其根本技术架构却无大的改变。在此期间燃油汽车不仅自身技术日臻完美，与其相配套的道路、停车场、加油站等服务设施也日益完备。今日，正像“汽车社会”、“汽车文化”等学术用语所蕴含的那样，汽车（主要是燃油汽车）不仅已经成为现代社会的生活必需品，也被赋予了丰富的文化内涵。在此背景下如果无视电动汽车现存的诸多不便，奢望人们放弃燃油汽车改用电动汽车就等于要他放弃原有的生活习惯和价值观念，无异于让人弃用智能手机改用固定电话，让人弃液晶电视而改用黑白电视，其难度可想而知。因此，在发展电动汽车已经确立为国家战略的当下，重新谋定发展路线和发展策略应该成为当务之急。在我国这样一个汽车普及率不及美国的十分之一、三分之二的新车出售给初次购车者的发展中大国，电动汽车或许只有面向家庭的首辆车，也就是说能满足跨区域远程行驶需求才有出路。既然源于十九世纪的现行电动汽车技术架构无法满足这种需求，何不回到原点从零开始进行顶层设计，创造一个新的技术体系。
二、新技术体系探讨
在续航里程短、充电时间长这两个妨碍电动汽车远程行驶的关键障碍中，续航里程虽然受电池技术制约难以比肩燃油汽车，但续航150公里～200公里还不难实现。这个距离相当于在高速公路上驶过三四个服务区或大多数人日常行驶两三天的路程，只要电力耗尽时快速得到供给，驾驶电动汽车500公里一日往返、1000公里朝发夕至亦非难事。如此，快速电力供给就成为问题的焦点。既然沿用先开发出电动汽车而后为其配套电力供给体系的传统发展策略不能解决问题，那么运用一下逆向思维，先规划一个满足需求且容易实现的电力供给体系，然后再开发适应这一电力供给体系的电动汽车会怎样。出现总理所讲的“颠覆性技术”也未可知。说到快速电力供给，首先需要界定电力供给的快与慢。多年来，人们已经习惯于燃油汽车加油所需的数分钟时间，电动汽车的快速电力供给采用这一标准顺理成章。从物理学原理来看，现存的三种电动汽车电力供给方式中，快速充电相对来讲接近这个标准但也需数倍于加油耗时的30分钟（80%），普通充电所需的数小时可说是天壤之别，只有换电方式符合标准。有报道说特斯拉换电站一分半钟可以完成一次换电操作。自从曾经的明星换电运营商BetterPlace破产以来，支持换电的观点似乎已经销声匿迹。但是，既然特斯拉又开始换电了，事情看来尚存回旋余地。多数专家认为BetterPlace的换电方式一是换电站建设运营成本高，二是电池不能在多种车型间通用，使其最终走向破产。BetterPlace的失败说明它的换电方案和商业模式行不通，但是如果据此断定换电方式行不通特斯拉首先不会认同。达成一个既定目标从来都不止有一种方法，能否成功在于能否寻找到技术可行、经济合算的解决方案，将问题简单化的最有效手段莫过于“分解”。例如古代印刷书籍采用雕版印刷技术，一页印版雕成书页的内容布局、字的形状、大小无法更改，一部书的雕版需要具有高超技艺的雕刻工匠耗费大量时日，因而书籍昂贵。活字印刷技术普及之后，一套字模可以反复用来铸造铅字，而后随意排成印版，字模和铅字的通用性保证了印刷成本的低廉。如果说快速电力供给是电动汽车的必然选择，BetterPlace失败的主要原因是没有实现电池通用化，而将雕版上的字符分解为一个个铅字可以破解通用化难题，那么何不尝试一下将电动汽车的大箱电池组分解，代之以多个（比如说十个2kWh的）参照电动自行车锂电池标准的小箱电池。以小箱电池为基础可以构建一个简单的快速电力供给体系。只要电池体积和重量都适合人力搬动，而且借用电动自行车锂电池适合快速装拆的安装结构，换电作业就可以采用纯人工方式。从人工换电出发，继而将换电站的充电功能剥离出去，剩下的数个收纳电池的专用周转货架和两三个操作人员就能构成一个典型的简约换电站。接下来要做的是，将从各个换电站剥离出来的充电服务汇集到一个大型的储能电站，充分利用夜间电网的低谷电力为电池充电。最后用货运车辆在换电站与储能电站之间往返穿梭，为各个换电站运来充满的电池并带走放空的电池。在这样一个类似WI-FI无线局域网架构的电力供给体系中，如果说换电站好比WI-FI热点、储能电站好比无线路由器、货运车辆好比无线电波，一个个标准电池好比“无线电波”所携带的数字信号，那么电动汽车就相当于移动终端。可以预见，流通的商品从电转化为标准电池、消费者支付满电电池和空电电池之间的差价，上述电力供给体系各个利益相关方都能获得显而易见的经济收益。第一个受益者是电动汽车的购买者，不为电池付费却可以尽情享用别人提供的电，自然也就无需关心电池的价格寿命几何。电池制造者则不再因百来个“鸡肋”般的订单而苦恼，可以日复一日地生产同样的电池。电动汽车制造者不再为选用多大的电池而殚精竭虑，可以按自己的喜好灵活设计续航里程，只需考虑如何将所需个数的电池塞进车里。城市的管理者不必再为从哪里挤出充换电站的建设用地、为如何压迫小区物业放行充电桩安装、为可能到来的配电网增容改造而苦恼，只需将电动汽车的基础设施建设交给电力供给体系的运营者就万事大吉。电力供给体系的运营者的收益则更大。先是从“先有鸡还是先有蛋”的无休止口水官司中脱身，不说“鸡”也不说“蛋”，转而建造一个相当于自然界中“野生原鸡”进化地位的储能电站，先收获着电网峰谷电价差的利益，随着电动汽车拥有量的增加逐步转身为充电工厂，等到流通中标准电池寿命期来临梯级利用自然而然地发生，充电工厂再一次转化为储能电站。其次电力供给体系运营者不必烦恼换电站如何“建”只需筹划“搁”在哪里，只要能腾出几十平米的场地，加油站、公共停车场、居民小区、工厂商场都可以加入换电站的行列。
不仅如此，这些换电站的数量、换电站的地点和容量可以随时根据形势的发展任意调整。长远看，不仅这样的储能电站很容易与风力光伏电站相融合，如果将标准电池看作一个大的“充电宝”其应用领域甚至可以涵盖日常生活、生产的方方面面。有了电力供给体系和适合人工换电的小箱标准电池，接下来的课题就是能否将这些标准电池用于电动汽车的电源系统。其关键在于处理好三个问题：一是电池的安装位置，二是电池固定可靠便于快速更换安装结构，三是电池与电机之间的电气连接关系。对于采用一个大箱电池的电动汽车而言，考虑到车内空间和车辆重心、轴荷，其安装位置大多利用座椅下的空间安装在车辆下部中间位置。当采用多数个标准电池时，安装位置不仅可以在前后座椅下面还可以在引擎仓或者行李箱的边角处分布安装，设计者的选择自由度大大提高。若说电池安装结构，QB/T4428-2012《电动自行车用锂离子电池产品规格尺寸》所定电池外壳滑槽及配对的安装滑道是现成可用的，既安装可靠又方便插拔。至于电池与电机间的电气连接关系则需要多些文字加以说明。电动汽车以数个小箱标准电池为电源，除去上面所述种种以外还可为解决高电压触电风险、简化整车电池管理系统、简化电池热管理等电池相关问题创造机会。通常的电动汽车为在限制过大电流的条件下保证驱动电机的输出功率，单个大箱电池的工作电压多在300V以上。将电压分解给十个小箱标准电池，每个标准电池的电压就低于40V，处于安全电压范围内。如果不将这些电池串联一起而是分别经逆变器接入驱动电机，高电压的弊端就可以彻底根除。驱动电机可以相应地将定子绕组分解为十个分绕组，工作时各个分绕组产生的磁通势相叠加与原绕组相当。各个标准电池分别接入驱动电机还可以带来一个好处，电池均衡的对象不再是整个电源系统而转化为各个标准电池，所涉单体电池数量仅为整体电池的十分之一。更有意义的是，十个标准电池分别经逆变器接入具有十个分绕组的驱动电机，其功效相当于用十个小电机共同承担电动汽车的驱动。从理论上讲可以分别控制每个分绕组参与或者不参与驱动，利于电动汽车应对多种复杂工况。尤其是在电动汽车起步或者加速时确保全部分绕组参与驱动抑制大电流冲击，巡航行驶时控制各个分绕组逐次停歇方便相应的小电池散热，当某个分绕组或者为其供电的标准电池发生故障时其余分绕组继续工作就能避免电动汽车突然失速。
三、总结
总之，既然欠缺远途行驶能力是源于十九世纪的现行电动汽车技术架构的系统性缺陷，那么基于现有电池技术构建新的、技术可行经济合算的、涵盖电力供应和电源及驱动系统的电动汽车技术架构，或许是化解电动汽车诸多难题的有效路径。
作者:庄森 禹茜 单位:郑州大学
一、发展规律
1.环境可承载规律。
决定汽车产业的发展规律中环境的可承载规律也影响重大。随着现在各大城市的污染逐步加深，越来越多的人开始将环境恶化的原因归结到汽车的使用上。因此，必须找到一种低污染或零污染的交通工具，这样才能解决实质问题。
2.技术推进规律。
电动汽车作为新一代的交通工具其技术组成不仅包含了原有的机械技术、驱动技术和控制技术，还使用了最新的电力电子技术和信息技术等高端科技，这些技术的全面发展是推动电动汽车产业化的重要因素，并且为其发展打下基础。
3.市场拉动规律。
每一个产业的发展都离不开产品的实际使用价值，只有产品的使用价值得到认可才能够促进产品的再生产，而产品的使用价值是需要通过销售市场来体现的，任何一个产业都会遵循这个规律。当今世界经济全球化的浪潮高涨，想要推动电动汽车的产业化发展必须要注重对其市场的培育和开发。
二、与我国国情相结合
我国的国情有着非常明显的区别于他国的特点，具体表现在:人口数量大、人均资源量小、经济增长方式以粗放型为主、市场体系尚不完善、相关法规尚不健全等。电动汽车的产业化发展要做到主动与我国的国情相结合，改变以往被动适应的固有方式，让产业和经济两方面和谐发展，以科学的发展理念为指导，依照国情制定合理的产业化途径。
1.与我国能源现状相结合。
随着近些年我国汽车保有量的迅速增长，年均石油进口量不断上升，汽车燃油消耗量逐年增加，发展电动汽车产业首先要解决能源消费结构的问题，缓解我国的能源危机，保证能源的安全稳定。
2.与我国环境现状相结合。
新时期越来越多的人已经注意到了人与自然和谐发展对人类的重要性。进行产业化的电动汽车发展过程要注重其与环境的适应能力和相互融洽程度，适应我国的环境特点，发展零排放的低能耗工程。
3.与我国汽车工业的技术水平相结合。
面对目前我国汽车技术依旧没有实现完全的自主知识产权的国情，电动汽车产业在发展之初，要牢牢把握住各国均处于发展初级阶段的情况，积极地加大研究投入，让产业化带动我国的电动汽车技术走在世界的前列，增强我国的汽车工业国际竞争力。
4.与我国汽车市场现状相结合。
近10年，我国汽车产业呈现狂飙式发展，汽车销量从2001年占全球4.3%，到2010年攀升至23.5%，成为全球第一汽车生产和消费大国。未来10年我国汽车将进入第二个高速增长期，我国将逐渐步入“汽车社会”，迎来汽车消费大众化的时代。据专家预计，至2015年国内汽车的产能将达到3800万辆，消费量将达到3000万辆，我国汽车消费将占全球汽车总消费的25%左右。这为电动汽车产业发展提供了巨大的市场需求。电动汽车产业在开始发展之初，认清我国汽车市场的现状和经济规律，充分利用汽车市场的竞争机制，减少国家政策对市场竞争的过度干预，在短期内促进电动汽车产业按照市场规律得到最快发展。
5.与我国汽车法律法规体系相结合。
因此，在实际操作中要从社会的角度出发，在维护汽车产业利益的同时努力把产业的附加影响降到最低。促进我国汽车产业相关法律体系进一步完善。从政策层面看，我国已经将新能源汽车列入战略性新兴产业，国家颁布实施的《节能与新能源汽车产业发展规划(2012—2020年)》提出，2020年中国将构建起支撑电动汽车大规模产业化的关键零部件产业体系，这必将为促进我国整个电动汽车产业健康发展奠定坚实基础。
三、与国际电动汽车产业接轨
为了发展汽车工业常常需要通过市场来换取技术，中国市场的发展受制于别国的先进技术。因此在电动汽车产业发展之初，应当积极投入电动汽车技术的研发，争取在世界上取得超前的地位，从以下几个方面做好相应的工作。
1.以技术研发为基础。
首先，要将核心技术作为追求的主要目标和研究投入的主要方向。只有掌握了产业的核心技术才能够真正掌握产业的“命脉”，实现产业链的水平分工，给产业的进一步发展提供充足的动力。
2.注重调整汽车产业结构。
将结构调整贯穿于电动汽车产业发展的始终,在产业化发展的全过程中，要注意到产业结构的调整和优化问题，政府部门不要将注意力集中在劳动密集型和资本密集型的产业上，而是多关注高科技的核心产品和技术，通过充分的思考来指导产业的健康发展。
3.积极进行产业转移。
产业化的发展不仅需要全球的资源，更需要全球的市场。从国内外环境看，国际汽车产业呈现由汽车制造向汽车研发转移的趋势。我国作为新兴国家的代表，将从电动汽车产业研发转移中获取更多机会。我们需要适时地制定出产业发展的规律和策略，不失时机地走“引进来、走出去”的特色发展道路。
四、市场经济体制下推动电动汽车产业发展的措施
1.必须坚持“两条腿走路”的方针。
对于未来电动汽车产业的发展，必须采取一定的措施和制度，也要结合中国国情，从实际出发，必须坚持“两条腿走路，双管齐下，两手抓、两手都要硬”的方针。一方面，要以空前的热情和努力大力推动电动汽车产业发展;另一方面，高度重视传统汽车的技术进步和技术升级。
2.加快核心部件的技术研发力度，尽快掌握核心技术。
政府应以更大的力度支持电动汽车的技术开发，毫不放松地紧跟世界前沿技术，巩固己有的优势地位，加大科研的力度，走一条“吸收-引进-创新”的道路，形成国内电动汽车核心技术，防止产业发展在技术上受制于人。
3.培育国内消费市场，提高消费者成熟度。
促进电动汽车消费的关键是降低产品价格。从汽车市场看，我国已经是世界上汽车产业发展潜力最大的地区之一，目前北京、成都等5个城市的汽车保有量超过200万辆，巨大的消费潜力是我国电动汽车产业不断发展的基本保证。推广电动汽车需培育国内消费市场，电动汽车只有在消费者的广泛使用中才能不断得到改进，其社会效益也才能得到体现。
五、结语
纵观电动汽车行业的发展，电动汽车的发展已不单单是在汽车行业内部的经济发展，而是上升到了国家战略高度，它的发展也将带来一场低碳环保的技术革命和创新。所以我们应该合理应用各方面的推动力量，最大限度的发挥国家政策和市场的巨大推动力，不断的革新电动汽车技术，满足市场的新需求，优化产业的资源合理利用，促进电动汽车产业良性发展。
作者：干波单位：西南财经大学
摘要：
介绍研制的电动汽车热泵空调系统及其配用的双工作腔滑片压缩机的性能，依据测试样式机的试验结果分析了转速对该空调系统制冷量、输入功率及COP等性能的影响。若轿车顶盖全部布满太阳电池，所产生的电能约为225W，可以使空调系统的制冷量增加8%左右，同时还能降低汽车空调冷负荷的峰值。
关键词：汽车空调；热泵；太阳能
0引言
现代流行的燃油汽车不仅消耗大量的石油资源，而且还严重污染大气环境，危害人类健康。据统计排放到大气的污染物中，汽车的废气（主要是氮氧化物、碳氧化物及碳氢化合物等）约占42%。鉴于此，许多国家政府通过立法逐步限制这种高污染产品。电动汽车具有无任何排泄物、不污染环境、低噪声及节省石油资源等特点，再次引起全世界的广泛关注。世界汽车工业发达国家都投入大量的人力、物力进行电动汽车开发和研制，取得了大量的成果，一批批先进的电动汽车不断面市，有的已形成商业化规模生产。与燃油汽车一样，电动汽车也要创造一个舒适的驾驶和乘座环境，即要配备相应的空调系统，提高其中舒适性和竞争力。在开发和研制电动汽车同时，也对配套的空调系统进行了开发与研制。热电空调系统因效率太低而无法被电动汽车所接受[1]。采用直流电动机驱动蒸汽压缩制冷系统的电动货车空调系统的试验结果表明，其性能与普通燃油汽车空调系统基本相当[2]。90年代初又对采用环保制冷剂的电动货车空调系统进行了试验研究[3]、[4]。
我国也制定了电动汽车的研究与开发计划，并正在逐步实施。本课题组对电动汽车配套的空调系统进行研制，开悄磁直流无刷电机直接驱动旋转压缩机的电动汽车热泵空调系统，本文介绍该系统及对其所进行的试验研究。
将太阳电池布满整个车顶可以起到两个作用；一是给电动汽车空调系统提供部分能量，使其取自车载蓄电装置的动力减少；二是可将电动汽车所需冷量的峰值减少40%[5]，从而使空调系统取自蓄电装置的动力进一步减少。根据Sekurit公司太阳能盖板的产品介绍，20组100mm×100mm单晶硅电太阳电池在完全曝晒时可产生25W的电能，对于小型轿车有1.81m2（19.5ft2）车顶面积[6]，这个空间安装的光电池在完全曝晒时能产生大约225W的电能。这种方案非常适合电动汽车使用，因为它在不加大车载蓄电装置容量的条件下，使电动车的有效行驶距离增加。本文也对太阳电池在电动汽车空调系统中的应用进行探讨。
1电动汽车热泵空调系统
电动汽车热泵空调系统的工作原理如图1所示，压缩机由直流无刷电机通过皮带驱动，空调系统的制热/制冷运行方式由四通换向阀转换，实线箭头表示制冷运行方式，这时向车室内吹冷气，使车内降温冷却；虚线箭头表示制热运行方式，这时向车内吹热风使车内升温加热或对挡风玻璃除雾/霜。通过感受车室温度，逆变器调制电动机电源的脉冲宽度来控制压缩机转速的大小，从而改变空调系统的冷（热）量大小，以满足各种环境条件下车室的舒适性及除雾/霜要求。从原理上讲，该系统与普通的热泵空调并无区别，但由于该空调系统是用于电动汽车这一特殊场合，该系统所用的主要部件都有其特殊性。为此，我们配套开发了双工作腔滑片压缩机，专门制作直流无刷电动机和逆变器控制系统。
1.压缩机2.驱动电机3.逆变器4.车室温度传感器
5.平行流换热器（车外单元）6.四通换向阀7.轴流风阀
8.膨胀阀9.平等流换热器（车内单元）10.离心风扇
11.制热工作方式12.制冷式方式
图1电动汽车热泵空调系统
Fig.1Heatpumpairconditioningsystemforelectricvehicle
专门研制的双工作腔滑片压缩机的结构原理如图2所示，圆形转子同心地安装在扁圆形气缸内，五个滑片置于转子上开设的槽中并能来回滑动，原动机驱动转子转动时，滑片靠离心力被甩出，紧贴在气缸内表面上，在气缸内腔分隔成若干个随转子转角变化其容积的小空间（称为基元），随着转子转动，基元容积的大小周期性变化，从而完成了气体的吸入、压缩、排出等工作过程。该压缩机具有以下特点：
1.气缸2.转子3.滑片4.吸气口5.排气阀
图2双工作腔滑片压缩机
Fig.2Schematicviewofvanecompressorwithdouble-actingchambers
1)结构简单，零部件少，加工与装配容易实现。
2)运转平稳。由于无偏心转动零部件，动力平衡性能好，尤其在高转速运动时振动和噪声很小。
3)起动冲击小。滑片在起动时逐步伸出，静摩擦转矩小，因而起动转矩缓慢上升，减少了起动冲击。
4)效率高。由于没有吸气阀，余隙容积小且余隙膨胀不直接影响吸气基元，因而使吸气损失减少，容积效率提高。
5)体积小，重量轻，便于狭窄空间安装，因而比较适合汽车空调使用。
6)压缩机每转完成两次吸、排气，输气量大且脉动性小。
表1列出了所研制双工作腔滑片压缩机的主要尺寸，图3为它与电装（Denso）公司容量相同的汽车空调用涡旋压缩机制COP[4]比较，从图中可以看出：转速低于2500r/min时，涡旋压缩机的COP低于双工作腔滑片压缩机，这主要是由于涡旋压缩机的内泄漏间隙比较长，低转速时其内泄漏量较大的缘故；转速高于2500r/min时，涡旋压缩机的COP则高于双工作腔滑片压缩机，但高出的幅度并不很大，这主要是因为双工作腔滑片压缩机随转速的升高摩擦功率增加比较快的缘故。考虑到其它因素：如加工简单、高转速下的振动和噪声很小、起动冲击小等，双工作腔滑片压缩机是适合电动汽车空调系统使用的压缩机。涡旋压缩机虽然也有优良的性能，但对加工和装配等的要求都比较高，国产设备还不能完全满足其技术要求。
2试验装置与测试条件
研制的电动汽车热泵空调样机在按照国际标准建造的全自动汽车空调系统试验装置上进行了测试，主测采用蒸发器侧进出口空气焓差法，辅测采用冷凝器侧液体制冷剂流量计法。测试时，主辅测制冷量偏差应小于5%，并以主测数据为准。试验方法及数据处理均依据中国汽车行业标准QC/T72.1-93《汽车空调制冷装置性能要求》和QC/T72.2-93《汽车空调制冷装置试验方法》，所有测试所用仪表均符合QC/T72.2-93的规定。
由于压缩机由直流电机直接驱动电机的转速就可连续改变压缩机的转速，厂商的测试工况，试验中压缩机转速分别1000、2000及3000r/min；工质采用条件为：蒸发器侧干球温度（27±0.5）（19.5±0.5）℃,冷凝器侧干球温度（35±0.5）℃。样机的试验结果整理成如图4～6所示的性能曲线，这些曲线未计入太阳电池所产生的能量。
图6示出了空调系统的COP随转速的变化，从图中可以看出；转速较低（＜1500r/min时，COP随转速的增加有较快地增长，当转速增长到一定程度（＞2000r/min）后，COP随转速增加而定不变，这说明低转速时，转速的增加可使压的密封效果得到很大改善，致使制冷量速度较快，高转速时，压缩机的内泄漏再增加转速已使密封效果改善不大，所以长速度趋于稳定，而压缩机制输入功却一直比较稳定速度的增长。
作者研制的电动汽车空调系统与目前正在使用的燃油汽车空调系统（用斜盘压缩机）的性能比较如图6所示。电动汽车空调系统的COP在转速较低时（＜1500r/min）略低于燃油汽车空调系统，而在高转速时（＞2000r/min）却明显于燃油汽车空调系统。这主要由于斜盘压缩机工作腔的密封性能较好且几乎不受转速的影响，而滑片压缩机的工作腔密封性能受转速的影响较大，转速升高可以明显改善其工作腔密封性能。压缩机由独立电机驱动后，其转速不再受汽车动力机的影响，可以恒定在较高的转速下运转。因此带双工作腔滑片压缩机的热泵空调系统的性能优于现有的燃油汽车空调系统，能够满足电动汽车空调的。
4太阳能的应用
将电动汽车整个车顶布满太阳电池，所产生的电能使电动汽车空调系统制冷量增加的情况见表电能使电动汽车空调系统制冷量增加的情况见表2。表2中制冷量增加量是用光电池产生的电能乘以各转速下空调系统COP所得的结果，相对增加量为制冷量增加量与不利用太阳能时空调系统制冷量的比值。从表中可以看出，利用太阳能可使空调系统制冷量增加200W以上，且转速较高时的增幅较大，这是由于空调系统低转速时的COP较低、高转速时势COP较高的缘故；制冷量的相对增加量为6%～27%，且COP越低（对应的转速也低），增加的效果越明显。电动汽车空调系统采用独立电动机驱动后，压缩机转速不再受怠速的影响，可以稳定COP较高的转速（约为2500r/min）下工作，这时，可以增加制冷量350W以上，相对增加量约为8%，大家知道，汽车在太阳下曝晒时空调系统的冷负荷最大，当车顶布满光电池后，这时不仅能最大限度地产生电能，而且可以有效地阻止太阳辐射热通过车顶进入车室内，使保持车室舒适所需的冷量大幅度降低，从而使空调系统消耗蓄电装置的电能降低。总之，利用太阳能可以有效地减少空调系统取自车载蓄电装置的动力，增加电动汽车的有效行驶距离。
5发展展望
车载蓄电池提供的直流电是电动汽车唯一的动力源且很有限，辅助设备消耗的电力减少了电动汽车的行驶蹁，开发高效的电动汽车空调系统乃是电动汽车在商业上能够被接受的关键一步。压缩机和电动机做成共用主轴的封闭结构后不仅能大幅度提高效率，而且还可以杜绝制冷剂的泄漏、安装更加灵活；直流电驱动又使压缩机采用封闭结构成为可能，因此，高效节能将决定电动汽车空调未来的发展，采用封闭压缩机是未来电动汽车空调不可逆转的趋势。我国目前作为汽车空调的制冷工质，发达国家已于1996年1月1日全部采用对臭氧层安全的R-134a，但R-134a的温室效应系数较大，在不久的将来还可能会被更符合环保要求的制冷工质所取代，不管制冷工质如何变化，电动汽车空调必须符合环保要求的这一发展趋势将不会改变。采用人工智能技术开发先进的传感-控制系统，使创造的车室环境更加符合人体皮肤的感觉，进一步提高舒适性，也是电动汽车空调未来的发展方向。随着太阳电池效率提高和成本降低，其在电动汽车空调系统中的应用会成为可能，并且会逐步得到普及。
6结论
从以上分析可以看出，作者面向电动汽车开发的热泵空调系统具有良好的性能，适合电动汽车使用。分析样机试验结果得出以下结论：
1)空调系统的制冷量/制热量、输入功率随转速增加基本呈线性增长关系；空调系统的COP在转速较低时随转速增加有较快的增长，而在转速较高时，则受转速的影响较小。
2)所开发的双工作腔滑片压缩机，低转速时的COP高于容量相同的涡旋压缩机，而高转速时的COP低于涡旋压缩机，但所低出的幅度并不很大。综合考虑性能、加工及安装等因素，双工作腔滑片压缩机是比较适合电动汽车空调系统使用的压缩机。
3)与目前使用的燃油汽车空调系统相比，电动汽车空调系统的低速性能略差，但它却具有较好的高速性能。
4)若轿车顶盖全部布满太阳电池，所产生的电能约为225W，可以使空调系统的制冷量增加8%左右，同时还能降低汽车空调冷负荷的峰值。
致谢：广东省电动汽车实验专门为本项目研制驱动电机,并指导电控系统的设计；试验得到广州豪华汽车空调器有限公司质检科的支持和配合，在此一并致谢。
摘要：电动汽车的驱动电机运行在再生发电状态时，既可以提供制动力，又可以给电池充电回收车体动能，从而延长电动车续驶里程。对制动模式进行了分类，并详细探讨了中轻度刹车时制动能量回收的机制和影响因素。提出了制动能量回收的最优控制策略，给出了仿真模型及结果，最后基于仿真模型及XL型纯电动车对控制算法的效果进行了评价。
关键词：制动能量回收电动汽车镍氢电池Simulink模型
电动汽车（EV）的研究是在环境保护问题及能源问题日益受到关注的情况下兴起的。在EV性能提高并逐步迈向产业化的过程中，提高能量的储备与利用率是迫切需要解决的两个问题。尽管蓄电池技术有了长足进步，但由于受安全性、经济性等因素的制约，近期不会有大的突破。因此如何提高EV能量利用率是一个非常关键的问题。
制动能量回收问题对于提高EV的能量利用率具有重要意义。电动汽车采用电制动时，驱动电机运行在发电状态，将汽车的部分动能回馈给蓄电池以对其充电，对延长电动汽车的行驶距离是至关重要的。国外有关研究表明，在存在较频繁的制动与起动的城市工况运行条件下，有效地回收制动能量，可使电动汽车的行驶距离延长百分之十到百分之三十。
目前国内关于制动能量回收的研究还处在初级阶段。制动能量回收要综合考虑汽车动力学特性、电机发电特性、电池安全保证与充电特性等多方面的问题。研制一种既具有实际效用、又符合司机操作习惯的系统是有一定难度的。本文对上述问题作了一些积极的探索，并得出了一些有益的结论。
1制动模式
电动汽车制动可分为以下三种模式，对不同情况应采用不同的控制策略。
1.1急刹车
急刹车对应于制动加速度大于2m／s2的过程。出于安全性方面的考虑，急刹车应以机械为主，电刹车同时作用。在急刹车时，可根据初始速度的不同，由车上ABS控制提供相应的机械制动力。
1.2中轻度刹车
中轻度刹车对应于汽车在正常工况下的制动过程，可分为减速过程与停止过程。电刹车负责减速过程，停止过程由机械刹车完成。两种刹车的切换点由电机发电特性确定。
1.3汽车长下坡时的刹车
汽车长下坡一般发生在盘山公路下缓坡时。在制动力要求不大时，可完全由电刹车提供。其充电特点表现为回馈电流较小但充电时间较长。限制因素主要为电池的最大可充电时间。
由于电动汽车主要工作在城市工况下，所以本文将研究重点放在中轻度电刹车上。
2制动能量回收的约束条件
实用的能量回收系统应满足以下要求：
(1)满足刹车的安全要求，符合驾驶员的刹车习惯。
刹车过程中，对安全的要求是第一位的。需要找到电刹车和机械刹车的最佳覆盖区间，在确保安全的前提下，尽可能多地回收能量。具有能量回收系统的电动汽车的刹车过程应尽可能地与传统的刹车过程近似，这将保证在实际应用中，系统有吸引力，可以为大众所接受。
（2）考虑驱动电机的发电工作特性和输出能力。
电动汽车中常用的是永磁直流电机或感应异步电机，应针对不同的电机的发电效率特性，采取相应的控制手段。
（3）确保电池组在充电过程中的安全，防止过充。
电动汽车中常用的电池为镍氢电池、锂电池和铅酸电池。充电时，避免因充电电流过大或充电时间过长而损害电池。
由以上分析可得能量回收的约束条件：
（1）根据电池放电深度的不同，电池可接受的最大充电电流。
（2）电池可接受的最大充电时间。
（3）能量回收停止时电机的转速及与此相对应的充电电流值。
本项目原型车为XL型纯电动车，驱动采用异步交流电机，额定功率为20kW，峰值功率为60kW，额定转矩为53Nm，峰值转矩为290Nm，持续输出三倍额定转矩时间不小于30s，额定转速为3600r／min，最高转速为9000r／min。蓄电池采用24节100Ah镍氢电池，其瞬时充电电流可达1．5C（C为电池放电倍率），即150A。在充电电流为0．5C时，可持续安全充电。实验表明，在电机转速为500r／min时，充电电流小于6A。可设此点为电刹车与机械刹车的切换点。
3制动能量回收控制算法
3．1制动过程分析
经推导可得，一次刹车回收能量E＝K1K2K3（ΔW－FfS）。
特定刹车过程中，车体动能衰减ΔW为定值。特定车型的机械传动效率K1和滚动摩擦力Ff基本上是固定的。对蓄电池来说，制动能量回收对应于短时间（不超过20s）、大电流（可达100A）充电，因此能量回收约束条件（2）可忽略，充电效率K3也可认为恒定。对于电机来说，在制动过程中，其发电效率K2随转速和转矩的变化而变化。制动距离S取决于制动力的大小和制动时间的长短。
由以上分析可知，如果电池状态（包括放电深度、初始充电电流强度）允许，回收能量只与发电机发电效率和刹车距离有关。在满足制动时间要求的前提下，通过调节电机制动转矩可以控制电机转速。
3．2控制算法
控制策略可描述为：在满足刹车要求的情况下（由中轻度刹车档位决定），根据能量回收约束条件（1）和（3）的不同值，确定最优制动力，使回收的能量达到最大，即电流对时间的积分达到最大。为了与平常的刹车习惯相符合，令制动力随刹车时间呈线性增长，即Fj＝Fo＋Kt。问题转换为寻找最优的制动力初值Fo和制动力增长系数K。
我国常用的轿车循环25工况规定，汽车最高速度不超过60km／h，加速度变化范围为－1．5m／s2～1．5m／s2。为了体现城市工况下汽车制动的典型性，同时保证安全性和平稳性，考察如下制动过程：电制动初始速度为60km／h（对应电机转速为4500r／min），电制动结束速度为5．4km／h（对应电机转速为500r／min），要求加速度的绝对值小于2m／s2，速度曲线尽量平滑。中度档位刹车时规定制动时间为8s～12s，轻度档位刹车时规定制动时间为12s～18s。下面只讨论中度档位刹车情况，轻度档位刹车情况与之类似。
镍氢电池（100Ah）在常温以0．5C放电时，电池单体电压变化范围为12～15V，但电池主要工作于平台段，即12．2～13V。为讨论问题方便，认为电池单体端电压为12．5V，总电压等于300V。据此假设，计算所得的充电电流误差不超过6％。
电机在不同的转速与转矩运行时，实测的效率曲线类似指数函数。为了处理方便，可将效率曲线分三段线性拟合成如下函数（拟合误差不超过5％，其中n为电机瞬时转速）：
与此相对应，可将制动过程分成三个阶段：
第一阶段：电机转速变化范围为4500r／min～3600r／min，电机发电效率为0．9，要求制动时间t1≤3s。
取制动转矩为60Nm，即F0＝1860N，K＝20，可得t1＝2．62s，平均加速度约为－1．29m／s2。计算可知，充电电流I单调减小，IMax＝It＝0＝75．75A。
第二阶段：电机转速变化范围为3600r／min～1500r／min，电机的发电效率变化范围为0．9～0．82，要求制动时间t2≤5s。
此时问题归结为在约束条件下的最优控制问题。经仿真计算可知，回收能量值随F0、K的增加而单调增加，并且主要由F0决定。当F0较小时，K的变化对制动时间的影响较大。由于电机可运行在三倍过载（140Nm）的情况下，可得最大制动力为4300N。当F0＝4300N、K＝30时，回收能量取最大值，为274．3（单位：安秒／As），平均加速度为－2．83m／s2。为了满足刹车平稳性的要求，取F0＝2300N、K＝50。制动时间为4．71s，此时回收能量为262．8As，较最大值减少4．2％，而平均加速度为－1．68m／s2，仅为最大值的59．3％。此阶段充电电流最大值为76．9A。为了准确描述能量回收的效果；引入了一个新的单位“安秒／As”（即时间以秒为单位对电流的积分）来衡量能量的大小。
第三阶段：电机转速变化范围为1500r／min～500r／min，电机的发电效率变化范围为0．82～0．6，要求制动时间t3≤2s。
仿照第二阶段的分析方法可得，取F0＝3000N、K＝30时，制动时间为1．88s，回收能量为42．1As，平均加速度为－2．01m／s2。此时回收能量较最大值减少2．3％，而平均加速度为最大值的74．1％，此阶段充电电流最大值为35．9A。
4仿真模型及结果
根据汽车动力学理论并结合其它相关方程可得仿真模型：
驱动力合力：Ft＝Ff＋Fj＋Fi＋Fw
其中,Ft为作用于车轮上的驱动力合力，Ff为滚动摩擦力，Fj为加速阻力，Fi为坡度阻力，Fw为空气阻力。在城市工况下，Fi和Fw可忽略。
其中，车体质量为M，瞬时车速为V，制动初始车速为V0，电制动结束时车速为V1，充电电流为I，电池端电压为U。其它符号含义与前相同。
在Simulink环境下建立仿真模型，可得电机转速曲线如图1所示，充电电流曲线如图2所示，回收能量曲线如图3所示。
5制动能量回收控制算法功效的评价
以初始速度为60km／h的电制动典型过程为例，经仿真计算可得，回收能量占车体总动能的65．4％，其余的34．6％为机械刹车和电刹车过程中的损耗。以我国轿车25循环工况为例，考虑到摩擦阻力及各部分效率的问题，回收能量占总耗能的23．3％。
实验证明，本文提出的制动能量回收控制策略是简洁有效的。在典型城市工况下，配备能量回收系统的XL型纯电动轿车运行可靠，可以延长续驶里程10％以上。
6其它相关问题的讨论
锂电池由于比能量高，也是EV常用的动力源。实验证明国内研制的锂电池瞬时（20s）充电电流上限可达1C，对常用的80Ah锂电池而言，其最大充电电流为80A左右。但是出于安全方面的考虑，如果把制动能量回收系统用于锂电池系统，需要严格的限流措施或将电刹车与机械刹车同时作用。
制动能量回收的另一种情况是汽车下长缓坡。我国规定城市道路坡度不超过8％，在此条件下，如果EV下坡速度为30km／h（n＝2200r／min，效率＝0．847），则制动充电电流为37．6A，对镍氢电池来说不到0．4C，可以安全地持续充电。
尽管本课题针对纯电动车，但由于混合动力车与纯电动车的能量回收规律相似，因此以上讨论同样适用于各种混合动力车，主要区别在于电池放电倍率大小不同。
这种电力电子系统的两个特征是压接技术和机械高度集成化，这两者都是混合多动力电动汽车的里程碑技术。
2004年5月25日,纽论堡--来自于赛米控为混合动力和电动汽车开发的优化模块SKAITM，由于其特殊的压接技术以及机械集成度，满足了汽车工业的高可靠性需求。就产品性能而言，和以前开发的产品相比SKAI™模块取得了长足的进步。
SKAI™是一个三相逆变模块，用于将直流电源（来自于燃料电池）转变成交流电源（供给电机）并可附带能量回馈电路。该系统含集成的DSP控制器，驱动和保护电路，直流稳压电容，半导体，绝缘体，传感器，液体冷却回路以及和汽车通信的CAN总线接口。
该功率电子模块包含两种拓扑结构。其一IGBT模块设计有600V/1200V，500A/400A规格的输出能力，适合50~200KW功率的电机，而第二种拓扑MOSFET模块设计有75V/100V/150V，700A/600A/500A规格的输出能力，适合3~20KW功率的电机。
SKAI™是赛米控在其以往主要用于汽车领域的专利压接技术--SKiiP®技术的基础上发展起来的。事实上，得益于其SKiiP®技术，赛米控享誉电池汽车的功率电子系统专业供应商的殊荣已有十余年的历史，特别是在叉车领域中。这种用于所有电气接触和热接触上的压接技术，能延长产品寿命并提高温度循环能力。与焊接不同，压接技术对冲击、震动以及高环境温度不敏感，并能确保热直接扩散到散热器。“正是这种压接技术帮助我们在汽车工业立稳了脚跟”，赛米控国际营销/市场总监PeterFrey先生说道，“它为高要求，低成本，安全第一的汽车工业提供了服务保障”。
SKiiP®技术早已使用在很多电动汽车上，如OpelZafira,BMWE1,FordThink(其前身为Pivco),FiatSeicentoElettra,DaimlerChryslerA-Class,AudiDuo,混合动力公交工程,VWPowerGolf,ChryslerEpic。除了混合动力汽车和燃料电池汽车外，SKiiP®技术在叉车、平板传输带，社区汽车以及拖拉机上都得到广泛应用。
就赛米控产品策略的背景，PeterFrey先生表示：“对我们而言，如今内燃机最具潜能的替代品就是混合动力电动汽车和氢燃料电池汽车。这种想法事实上在19世纪就业已存在,出而非新近才出现。“燃料电池电动引擎不产生有害的排放物，噪音低，能量利用效率高。如此多的优点使得我们在该领域进行研究和开发的时候始终保持着昂扬的激情。”
本文作者：曹建华 高大威 宣智渊 魏解元 单位： 清华大学汽车工程系
前言
作为混合动力车辆的车载能源，锂离子电池的性能是车辆重要的参数之一。混合动力城市客车对于电池的要求很高，因其起停和加减速工况占总工况的很大一部分，电池工作电流区间跨度大，且电流变化率也非常大，这无疑会缩短电池寿命;而混合动力城市客车行驶特性则要求电池具有良好的寿命，以保证其经济效益。所以，对于车用电池使用寿命的研究很有现实意义。国内外学者对于混合动力车用电池寿命的研究主要在两个方面:一是锂离子电池循环寿命测试，包括分析影响电池寿命的因素等［1－4］;二是电池寿命预测模型的建立［5－6］。研究结果显示，锂离子电池在55℃的环境下存储之后容量衰减加剧，表明高温下的工况测试对电池寿命的影响更大［7］。目前对锂离子电池的研究更多的是围绕单体电池进行的，而对单体电池成组之后的寿命研究较少。但电池成组对电池寿命有一定的影响，比如本来能够充满的单体电池成组后只能充入单体电池容量的95%［8］。本文中根据北京市混合动力城市客车的实际运行数据提取出一个电池充放电循环，作为电池使用寿命试验研究的工况，然后进行电池循环寿命试验，评估了锰酸锂电池的寿命;分析了影响电池使用寿命的因素，提出了合理的电池运行工况。通过电池寿命强化试验，可得到不同应力水平下电池寿命衰减的关系，给出了在大的应力水平下进行电池寿命试验和缩短试验时间的方法。
1车用锰酸锂电池寿命试验的介绍
1.1电池寿命试验研究平台电池使用寿命试验研究平台包括电池试验台、主控计算机系统和动力电池等，如图1所示。研究对象为某型号车用锰酸锂电池组，其主要参数见表1。电池组中各单体电池排列顺序见图2。电池试验台是美国Arbin公司生产的专业电池测试仪器，该仪器可对电池以恒流、恒压或者恒功率等手段充放电，并可进行工况测试。电池运行时的各种数据由电池管理系统采集，通过CAN总线和主控计算机实现通信，以监控试验状况，并记录数据。
1.2电池寿命的试验方法
1.2.1电池充放电工况循环的制定试验用的同型号电池搭载在混合动力客车上，在北京的某线路上进行了4000km的测试。分析试验过程数据可知，电池在运行过程中重要的3个参数:电压和SOC变化不大;电流的变化非常剧烈。最大充电电流达到120A，最大放电电流达到150A。所以，车辆对于电池系统的实际功率需求是随电流变化而变化的，在制定电池充放电工况循环时，可默认电压被限制在某一个固定值附近，而电流值的改变则对应了电池功率的改变。工况的时长是5min，如图3所示。工况提取的操作如下。(1)将充电电流从0到最大值等分成10个区间，统计落在各个区间的电流平均值和电流持续时间占总时间的比例。(2)将放电电流从0到最大值等分成10个区间，统计落在各个区间的电流平均值和电流持续时间占总时间的比例。(3)统计电流为0的持续时间占总时间的比例。(4)工况各脉冲电流值即是步骤(1)和(2)中的平均值，电流持续时间比例保持不变。(5)采用充电、静止和放电循环的步骤构成脉冲序列，充放电电流依次增大。由于工况参数都是混合动力客车运行时实测数据的平均值，该工况循环在很大程度上能模拟真实道路上电池的工作情况。
1.2.2试验方法工况循环试验共进行了5000个循环的测试，每个循环时长5min。每1000个循环之后进行1次电池全容量充放电，测量电池的容量。测量电池容量时参照汽车行业标准《电动汽车用锂离子蓄电池(QC/T743—2006)》，测定电池容量的流程见图4(电压判断标准是平均单体电池电压达到极值，I3=5.33A)。
2锂离子电池寿命的初步评估
一般认为当电池容量衰减至额定容量的80%以下时［1］，电池不再适合动力系统或整车的需要，试验参考QC/T743—2006国家标准，也以电池容量衰减为额定容量的80%作为电池寿命终结的标志。电池寿命一般都是通过强化试验来缩短试验时间，但是强化试验须知道各种应力水平下的电池寿命试验结果的关系，这非常复杂。而如果给电池施加的电流应力水平是其工作时的水平，试验将会持续非常长的时间，同样不可取。在本文中，电池寿命试验采取了试验加模拟的方法，通过部分试验得到电池容量的衰减情况，模拟出电池容量衰减曲线，从而计算出电池的寿命值。电池每1000个循环后的容量测量结果见表2。从表2中第3栏的数据可见，与前面的4个1000循环相比，第5个1000循环的电池容量衰减率明显增加，显示出一定异常。在监测电池单体电压的过程中发现，4000个循环之后，电池组中24号单体电池出现电压明显下降的问题，并且随着试验的进行，它与其他电池的电压差距越来越大，因而断定是由于24号单体电池过度亏电导致电池组衰减速率加快。图5为5000个循环之后全容量放电时，24号单体电池与其他单体的电压曲线对比。为消除因24号单体电池原因造成电池组容量衰减速率的加快，在进行数值拟合时，舍去了5000循环后的数据，分别进行1阶以及2阶的拟合，并将其外推，来预测电池寿命，结果如图6所示。电池失效时的容量为标称容量的80%，即12.8A•h，按1阶拟合结果，电池可以使用21450个循环，折合时间为1787.5h。以混合动力客车实车数据统计得到的客车平均速度为18km/h计算，在电池失效前，车辆可行驶3.22万km;按2阶拟合结果，电池可使用15410个循环，折合1284.2h，行驶里程为2.31万km。对比这两种拟合方式，2阶拟合结果更接近随着电池使用时间延长容量衰减率加快的实际情况。
3温度和单体电池的一致性对电池寿命的影响
3.1温度对电池寿命的影响电池在工作时会伴随着电极和电解液的分解，锂离子也会在电极上沉积形成氧化物，这些反应导致了电池容量的减小。而温度和反应速率存在如下关系［9］。式中:K为电极衰减反应速率，mol/s;Ea为反应的活化能，kJ/mol;R为气体常数，R=8.31451J/kmol;T为温度，K;B为频率因子，A/(mol•s)。可见温度对于电池寿命有很重要的影响，表3为单体电池最高温度和容量衰减率之间的关系。从表3可知，在试验的不同阶段，控制试验中的单体电池最高温度略有差别，则电池的容量衰减率也不一样。随着单体最高温度的升高。容量衰减率也呈上升趋势。
3.2单体电池一致性对电池寿命的影响由于生产流程和工艺等方面的原因，单体电池间容量等参数会出现细微的差别，但使用环境会加大这种不一致性。因电池风道设计的缺陷，电池中的某些单体电池始终要比其他单体电池的温度高很多。这种温度的不一致性主要通过内阻的不一致来影响电池寿命。因为不同的单体电池温度会导致其内阻不一样，这样单体电池的电压也就不同。在整个试验过程(包括工况循环试验及下文所述的强化试验和容量补充试验)中，总共进行了17次充放电，按照时间先后顺序标示为试验1～17号。对电池进行容量测试时的起始放电和起始充电电压数据进行分析，发现它们随着试验的进行呈现出一定的规律，如图7和图8所示。从图7和图8可见，随着试验的进行，电池的起始充电电压越来越大，起始放电电压越来越小，说明每次电池在全容量充放电的过程中，充入的电量变少，且放出的电量更少，即电池的容量在逐渐减小。分析试验中电池充放电电压范围变小的原因可知，在充电过程中，某些单体电池的电压高于其他单体电池，当其电压达到4.2V时，很多单体电池的电压仍未达到4.2V，这导致后续放电电压降低;在放电过程中，某些单体电池的电压远低于其他单体电池，当其电压降至3.0V时，仍有很多单体电池的电压大于3.0V，这导致后续充电电压升高。随着试验的进行，单体电池的电压差距在增大，充放电电压范围就逐渐减小了。所以在电池工作时要保证每个单体电池不过充过放，每个单体最大电压不超过4.2V，最小电压不小于3.0V。单体电池的电压不一致还会造成充放电过程中的部分单体电池过充和过放，损坏单体电池。在试验中，24号单体电池由于过度放电导致其电压降低，进而影响了整个电池组的寿命。
4电池寿命强化试验
4.1电池寿命强化试验方法电池的强化试验就是对电池采用一些比较苛刻的试验条件，比如大电流、宽SOC范围充放电和电池处在较高的温度下等。这些极端的情况，会导致电池容量衰减加速，从而缩短电池寿命试验的时间。通常情况下，还须寻找这些极端情况试验和普通工况试验之间的关系，及二者对于电池影响之间的换算系数，从而可由强化试验的结果推导出电池在一般工况试验下的结果。把各种参数简化为对电池的作用应力值，电池强化试验的基本思路就是利用高应力水平下的寿命特征去推导出正常应力水平下的寿命特征，所以应先研究应力值和容量衰减率之间的关系。此次试验选取了电池充放电电流和电池SOC范围两个应力条件。首先，分别统计了实车试验数据中充电和放电电流的平均值，充电电流为40.71A，放电电流为35.43A。为考查两个因素对电池寿命的影响，采用控制变量法进行试验。选定两种不同电流应力水平，第一种是以80A电流充电，70A电流放电;第二种是以120A电流充电，105A电流放电。考虑到SOC在试验仪器中不可控制，以电压范围代替SOC范围，第一种是从320～400V;第二种是从340～380V。用控制变量法一共要进行4组试验，见表4。试验时每一应力水平下，进行多次充放电循环，之后进行一次全容量放电，测定该时刻的电池放电容量，计算这一循环过程的容量衰减率。为提高试验精度，采用了多次测量取平均值的方法。
4.2试验的结果分析将电池容量衰减情况列于表5中。可求得不同组别的容量衰减率:第1组为2.52×10－2A•h/h;第2组为0.108A•h/h;第3组为2.06×10－2A•h/h;第4组为0.114A•h/h。强化试验之前的工况循环试验按其平均容量衰减率为0.16A•h/103cycle计算，每个循环时间为5min，容量衰减速率换算为1.92×10－3A•h/h。分析试验结果，可得到的规律如下。(1)对于同样的电压变化范围，大电流强度容量衰减率远大于小电流强度。(2)对于同样的电流强度，不同电压范围应该是电压范围越大，容量衰减率越大。但是试验结果没有看出明显的规律。工况循环的电压变化范围一般在350～390V，从之前得到的数据来看，电压范围变化对容量衰减率变化的影响远不及电流强度变化的影响，因此本文中只考虑电流强度的影响。如果分别设工况循环电流强度和容量衰减率为x和y，则第1、3组强化试验电流强度应力水平为2x，第2、4组强化试验电流强度应力水平为3x;第1、3组强化试验容量衰减率为11.93y;第2、4组强化试验容量衰减率为57.81y。令P为强化试验电池电流强度和工况循环电流强度之比，C为强化试验电池容量衰减率和工况循环下电池容量衰减率之比。在P=1时，lnC=0的约束条件下进行2阶拟合，得到图9的曲线。拟合方程式为lnC=－0.4505P2+3.8305P－3.38(2)这样若得知电流强度为I2的强化试验条件下的容量衰减率为ΔC2时，则可按下式求得电流强度为I1的正常工况循环下的容量衰减率ΔC1。ln(ΔC2/ΔC1)=－0.4505(I2/I1)2+3.8308(I2/I1)－3.38(3)温度对于容量衰减的影响是不能忽略的，但是由于缺少相关的试验设备，温度部分的工作暂时未能进行，因此上述有关强化试验的结论有待今后进一步完善。
5结论
(1)所采用的工况循环测试方法能更真实地体现电池的实际工作状况，试验测得的电池循环寿命更加接近电池在实车环境中的寿命。(2)温度升高虽然会使容量有所上升，但是容量衰减率大大增加，导致了电池寿命的缩短。(3)单体电池不一致性导致容量测试时，起始充电电压增大，起始放电电压减小，从而导致电池能够释放的电量减少，使电池寿命缩短。(4)电池强化试验表明，电流强度是影响电池寿命的主要因素，由大的电流强度下的试验结果可推导出小的电流强度下的试验结果，为缩短电池寿命试验时间提供了依据。
摘要：电动汽车是最具发展潜力的新能源汽车，以电力为驱动，有着噪声低、低排放、效率高等特点，应用前景广阔。本文围绕新能源电动汽车对其电池技术进行了讨论。
关键词：电动汽车；比能量；可靠性；锂离子电池
0引言
由于传统内燃机汽车所造成的环境和能源问题愈加突出，汽车行业发展受阻。目前我国科研机构和汽车制造企业都加大了对新能源电动汽车的研发力度，以期解决现存电动汽车电池技术难题。
1新能源电动车电池技术
根据能源供给类型的不同，电动汽车可分为纯电动车、混合电动车和燃料电池电动车，且这三种电动车电池技术均面临着技术难题，较难量产推广。电池技术是影响新能源电动车推广和广泛应用的重要因素，所以迫切需要解决电池的容量和能源补充问题。
2新能源电动车电池技术对比
（1）铅酸蓄电池。铅酸蓄电池是由浸入稀硫酸电解液的正极板（PbO2）和负极板(Pb)组成。充放电反应方程式：Pb+PbO2+2H2SO42PbSO4+2H2O。该种电池的性能指标中的比能量和比功率均较低，电池的循环使用寿命也较短，充电所需时间较长，这些特点致使其在电动车领域的推广受到很大制约。同时，该种电池技术较为成熟，可以大批量生产，其造价也低，所以这种电池也具有一定的应用空间，目前是被用于行驶里程短，重点要求较低的场合，例如目前已投入使用的电动观光车、电动叉车、短途电动公交车等。
（2）镍氢电池（NiMH）。由镉镍电池发展而来的镍氢电池是由电解液(KOH)、碱式氧化镍(NiOOH)组成的正极和吸氢合金(MH)组成的负极构成。充放电反应方程：NiOOH+MH⇋M+Ni(OH)2。镍氢电池充电时间短、容量大、放电深度大，更有着耐过充和过度放电等优点，但是由于金属镍价格较昂贵对其在在电动车领域的推广和应用。镍氢电池与锂离子电池相比，能量密度较弱但可靠性高、成本低。在不久的将来镍氢电池会成为混合动力电动车的主流电池。
（3）燃料电池（FuelCell，FC）。燃料电池由正极、负极（不包含活性物质）和电解质隔膜组成。目前研究以氢燃料电池为主，充放电反应方程：2H2+O22H2O。作为被汽车制造商重点投资的燃料电池，仅须补充燃料与空气即可，并不需要充电储能的过程。氢燃料电池不仅供电效率高、功率密度高，也有着无污染和可循环利用的优点。但是其造价太高、启动时间过长，制造和存储代价高且氢燃料电池加氢站的建设有着很大的难度。就目前来说，燃料电池电动车只是处于研发阶段，尚存在较多技术难题，在短期内很难进行大规模的推广。基于燃料电池绿色环保的作用，燃料电池未来肯定会成为解决能源危机的动力电池，有着较为广泛的前景。
（4）锂离子电池。锂离子电池主要包括正极（锂离子金属氧化物LiMO2构成）、负极（焦炭或石墨C构成）和有机溶液（溶有锂盐）。充放电反应方程：LiMO2+nC⇋Li1-xMO2+LixCn。锂离子电池的性能要优于前两种电池性能，有着体积小、寿命长和自放率低的优点，锂离子电池并不存在传统蓄电池出现的“记忆效应”，该电池无污染，所以该种电池一直被看好，是最具有实用价值的电动车电池。但锂离子电池在快速放电性能、价格、过放电保护方面有着不足之处。而大容量、高功率的锂离子电池在安全方面有着一定能够隐患，使其大规模推广受到限制，现在主要被用于容量较小、功率较低的电动汽车的应用中。目前各国汽车生产商都在重点研究锂离子电池技术，主要围绕如何降低电池成本，实现快速便捷放电，确保大容量的电池安全性为研究重点。
3锂离子电池技术
（1）锂离子电池材料技术。该种电池正负极材料体系很丰富。用于动力电池的NCM三元层状正极材料，其中LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2的应用比较成熟，而拥有较高容量的LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2已被批量应用。近几年铝掺杂的锂镍钴氧电池将被用于驱动电动汽车，与锰酸锂混合也可用于制造车用动力电池。磷酸铁锂电池生产已满足客车和专用车辆的应用。用于负极的材料石墨、硬/软碳和合金负极材料，其中石墨应用最为广泛，无定形硬碳或软碳与石墨混合已经逐渐被应用。钛酸锂负极材料倍率性和循环性佳，但比能量低、成本高，适用于大电流充电。将纳米硅或硅氧化物作为负极材料已有小批量应用，但还需研究出解决因锂嵌入硅后造成的体积膨胀导致使电池循环寿命减少问题的方法。锂离子电池电解液中六氟磷酸锂及其它新型锂盐、溶剂提纯、电解液配制、功能添加剂技术不断进步，而如何提高电池工作电压，如何改善电池高低温性能是现在研究方向，目前安全型离子液体电解液以及固体电解质均在研制中。聚烯烃微孔膜是现如今锂离子电池隔膜销售中的主要产品，而耐高温、高电压隔膜将会是未来的主要发展方向。
（2）单体电池技术。单体电池形状主要有圆柱、方形金属壳（铝/钢）和方形软包散装，而车用电池组容量大、电池数量多、管理系统复杂。目前圆柱电池技术并不能满足车用电池需求；方形电池电芯制作方式较多（正极包膜叠片、卷绕+叠片、叠片+卷绕等），制作出的电池容量大，适用于软极片电池（磷酸铁锂和三元材料的电池）。叠片式电池在各材料体系中均适用，可靠性高，与卷饶电池相比寿命较长，例如日产Leaf纯电动汽车、Volt插电式混合动力汽车电池均采用叠片式。软包电池电芯的制作则与方形金属壳电池类似。总体来看，我国单体电池生产正在由半自动向着全自动大规模制造迈进。
（3）电池系统技术。我国动力电池系统产品存在功能简单、数据采集可靠性较弱，SOE估算精度、热管理、均衡、安全管理等有待提升，而核心元器件则差距大。电池系统应从结构设计优化与材料选型两个方面入手结构抗振、抗冲击以及轻量化集成优化设计进行研究，并从故障诊断预测、热安全监测预警和防控三个方面进行关键技术的开展。
4结语
综上所述，对于新能源电动汽车来说镍氢电池性能要优于铅酸蓄电池，燃料电池和锂离子电池比与镍氢电池相比性能性能更佳，但都有着各自难以突破的技术难题。基于锂离子电池各项性能和目前技术研究程度，不久的将来锂离子电池会被广泛应用于纯电动汽车。
作者：姬超 单位：山东中实易通集团有限公司
摘要：随着国家经济水平与科技水平的不断提升，纯电动汽车技术正在不断成熟和发展，逐渐步入产业化进程。目前汽车故障诊断技术探索大多数是针对传统发动机汽车而进行的，对于纯电动汽车的故障诊断研究少之又少。我国与国际上汽车故障诊断水平先进的国家来说，仍处在起步阶段，因此对于纯电动汽车的故障诊断发展需要不懈的努力。对纯电动汽车的常见故障进行了阐述，并探索了故障诊断思路。
关键词：纯电动汽车；故障诊断；思路
纯电动汽车指的是整体运动全部通过蓄电池来提供电力驱动的电动汽车，尽管纯电动汽车已经经历了一百多年的历史，然而其一直限制在某些特殊环境下使用，面对的市场有限。造成这种情况的关键原因在于各种类型的蓄电池，大都存在成本高、工作期限低、外观较大、质量高、充电时间较长等明显缺陷。除此之外，纯电动汽车的故障诊断技术尚不发达，不仅仅是查找问题存在困难性，而且在处理故障的时候比之传统动力汽车更为复杂和危险。国内的纯电动驱动系统开发刚刚起步，出现故障的概率相当大，安全性能需要着重提升。同时，既有的汽车以及电机系统的故障诊断技术和智能检测技术大多数难以直接用在电驱动系统中，而且部分电驱动系统特有的问题同样缺少对应的诊断措施，所以非常有必要对纯电动汽车的故障诊断思路进行探索。
1纯电动汽车系统构造分析
由于生态与环境的压力和政府的大力支持，使得纯电动汽车正在渐渐走入大众的视野中并接受人们的考验。为了确保高压电安全，需要严格按照有关标准进行设计。电动汽车整车控制系统可以称作是汽车的指挥中心，通过它来统筹协调汽车每个部位运行，是整车控制系统的中心枢纽。随时能够正确诊断每个系统出现的故障且做出科学的解决方案，是确保汽车稳定运行的重要技术。纯电动汽车是通过组合多个子系统而形成的一个复杂系统，不但有低压电气组织，而且还有强电压、高电流的高压动力组织，其中任意一个部件故障都将导致整车不能稳定行驶，特别是对于电压高达上百伏的供电系统，假如产生漏电问题，将很可能给驾驶人员的生命带来威胁。本文设计了某纯电动汽车动力系统结构和控制机制，其中发动机、电池等各个零构件都配有相对独立的控制系统，并且利用控制器局域网络把数据传送给整车控制设备，同时利用控制器局域网络接收整车控制系统的控制命令，整车控制系统所采集到的零构件数据和采集的油门踏板数据、档位数据等乘坐人员数据，由此获得控制对象的信息，此外还可以利用控制器局域网络总线发送和直接操作继电系统，以此来保证汽车安全、稳定地依据乘坐人员需要工作。在进行控制的环节里，及时地判断各个系统故障且在出现问题时选择合适的处理手段，是确保整车稳定、可靠行驶的关键。
2纯电动汽车常见故障诊断思路分析
2.1纯电动汽车绝缘故障的诊断和查找
纯电动汽车是通过纯电池动力来为汽车提供动力的车辆类型，该类型车辆的动力电池的输出电压通常保持在DC/72V与DC/600V之间或者超出此范围。通过有关标准的规定可知，一般人的安全电压强度通常指的是不能导致人类直接死亡或者残废的电压强度，而通常环境条件下许可长时间触碰的安全最低电压为DC/36V。可以说纯电动汽车动力电池产生的电压强度已然大大超出了此安全电压范围，因此对纯电动汽车绝缘故障的诊断是相当重要的工作。同时纯电动汽车发生该故障的概率并不低，经过对诊断过程的归纳，累积了一些经验：首先对于绝缘故障警报来说，通常纯电池汽车的最小警报绝缘电阻额值度设置在500千欧左右，通过电池控制系统来负责检查功能，假如检查到的绝缘电阻额度不高于此值时，电池控制系统将把相应的绝缘问题代码发送给上位机设备，整车方面利用综合仪表来实现代码读取与故障提醒。如果综合仪表上出现故障代码或者警报提醒时，就意味着该汽车产生了绝缘问题，需要及时进行故障诊断，以此避免出现人身安全事故；其次要初步判断绝缘警报，按照实际汽车的情况来分析，故障的类型与故障零件多种多样，可以按照一定的步骤来实现初步判断。假如汽车的仪表可以正常工作，且真实反映出车辆是否存在故障，则表明电池控制系统绝缘监测自身是没有问题的。假如汽车的仪表提示的是绝缘没有连接，那么此时需要检测低压控制路线是不是正确连接或者已经松脱。当经过检测得知低压连接路线没有故障，就应该检查控制器局域网络线路的通信问题，测试终端电阻数值是不是合理，一般情况下数值是60欧，假如测试结果低于该数值，则表明信号被阻隔了，会致使控制器局域网络通信失常。除此之外，还应当对高压部件进行检测，确定了系统线路连接正常，则可以把注意力放着高压部件的绝缘过低方面。通过这种方式，可以高效提升诊断速度且正确找到故障部位。
2.2纯电动汽车高压电故障诊断和安全管理
纯电动汽车使用动力蓄电池与电动机作为驱动装备，产生的电压能达到数百伏。如果出现高压电路绝缘故障，则将直接威胁到乘坐人员的生命财产安全和车载物品的安全。所以纯电动汽车高压电故障诊断技术已经变为纯电动汽车设计人员首先要处理的关键问题之一。纯电动汽车高压电故障诊断和安全控制的意义在于处理纯电动汽车的高压电安全问题。纯电动汽车高压电系统线路的短路、漏电等问题都会给车辆的高压用电安全带来不可预测的损害。对于纯电动汽车高压电结构的配置，为该结构可能出现的故障实现分析，其中纯电动汽车高压电部位故障能够分成动力蓄电池系统问题、短路问题、绝缘问题、高压环路问题等，任意一种故障都是纯电动汽车的潜在威胁。为了真正处理电动汽车所面对的各种故障问题，保证电动汽车的高压用电安全，国内纯电动汽车安全规范对车载能源储存设备、性能安全与问题预防和驾驶员触电保护都做了明确的规定，为纯电动汽车高压电路设计与生产提出了科学的设计与测试规定，且提供了比较详细的硬件设计试验检查程序。然而，这只是高压电系统自身设计和生产层次上的保障手段。因为纯电动汽车工作环境复杂，故障的出现具有很大程度的随机性，单单依据高压电系统自身可靠性设计和生产仍不足以让电动汽车具有预防各样高压危险事故突发的能力。
2.3纯电动汽车电驱动故障诊断分析
以往的故障诊断系统是利用一套整车管理控制器局域网络实现通讯的，而整车控制器局域网络中通常会设置很多控制单元，于是就比较容易导致总线荷载过高，系统即时反应速度缓慢，故障分析数据难以获得快速的反应。本文针对该问题构思了一种独立的故障分析控制器局域网络，这种网络的特征是能够在整车控制器局域网络中获得数据，但是没有传送数据的能力。通过加工后的故障数据是应用故障诊断结构传送至独立的故障诊断控制器局域网络中的，继而通过故障诊断控制器局域网络传送到每个控制器，这种方式不但能够提升故障反应速率，还能够防止多个控制器局域网的互相扰动。在纯电动汽车的电驱动故障诊断系统中，整车控制器与电动机控制器把电压、电流、热度等数据以文字形式发送到故障诊断系统，故障诊断系统依据诊断规范分辨其是否为故障后，再以文字的形式传送出去。电驱动系统包含了驱动电路与电动机自身。该文中的电动机使用的是效率明显的永磁同步电机。
驱动系统包括了控制电路、驱动维护系统、电力供给系统和传感系统等。电驱动系统的故障一般出在控制器方面与电机自身方面。对于纯电动汽车电驱动故障诊断分析方法通常有两种，一种是自测试手段、另一种是在线诊断方法。直流母线系统线路中的电容是一种能够在自测时期处在非静态输出的零件，在自测试的结束阶段应当对母线电容进行充电，在充电环节里电容的接入电流和电压都是非静态的参数，应用这个特征能够实现电容故障的检查。在线诊断方法通常包括IGBT模块开路故障在线检测、电机绕组匝间短路故障在线诊断与位置传感器偏转误差故障的在线诊断。该方法具备工程实用性高、诊断迅速的优势。
3结语
电子信息技术在汽车领域的使用让车辆故障测试和诊断变得更加繁复，以往的经典修理手段已经难以满足实际需求，所以汽车故障诊断系统和专门的诊断设施的开发有着十分巨大的发展空间，故障诊断技术正在渐渐朝着自动化的方向发展。国内已经有部分研发机构对纯电动汽车故障诊断技术进行研究，并且获得了比较乐观的成绩。尽管目前纯电动汽车的故障诊断系统仍旧处在起步阶段，然而随着科技水平的持续提升，相信故障诊断系统必定会越来越完善。
作者：白彩盛 单位：甘肃金城理工中等专业学校
摘要:
针对蓄电池单独作为汽车电源不能满足纯电动汽车短时间功率的需求问题，可采用超级电容与双向DC/DC串联再与蓄电池并联的复合电源来满足汽车功率的需求。利用模糊控制工具箱设计对于复合电源功率分配的模糊控制器，搭建整车复合电源控制策略模块，应用Cruise软件快速完成整车模型的搭建，将控制策略添加到整车模型中。仿真结果表明，纯电动汽车复合电源控制策略能够有效地分配蓄电池和超级电容的功率，从而使超级电容充分发挥“削峰填谷”的作用。
关键词:
纯电动汽车;复合电源;模糊控制;联合仿真
0引言
动力汽车要求其车载电源具有充放电功率大、充放电效率高、使用寿命长、容量衰减小等特点［1－2］。而蓄电池单独作为汽车的电源时存在充电时间长、比功率太低，不能满足汽车短时间功率需求问题，严重影响汽车的加速、爬坡、制动性能及能量回收效率，不能完全满足汽车对车载电源的要求［3－5］。超级电容充放电迅速，可瞬间大电流充放电，充放电能力比蓄电池要高100多倍，动态特性很好，循环寿命在10万次左右［6－7］。一种新的汽车电源是将超级电容与蓄电池结合起来使用，由蓄电池提供整车运行期间电机需求的平均电功率，而超级电容则提供电机需求的峰值功率，这样可以充分发挥蓄电池比能量大和超级电容比功率高的优点［8］。针对超级电容和蓄电池构成的复合电源系统，实现能量的合理分配是关键。模糊控制利用人的经验、知识和推理技术及控制系统提供的状态条件信息，不依赖物理过程的精确数学模型，具有较好的鲁棒性，控制性能高，简化了复杂的控制问题［9－12］。Cruise是研究汽车动力性、燃油经济性、排放性及制动性能的高级模拟分析软件，灵活的模块化理念使得Cruise可对任意结构形式的汽车传动系统进行建模和仿真［13］。本文采用Cruise/Simulink联合仿真的形式，在基于传统电动车模型的基础上，添加超级电容模型和双向DC/DC模型，利用Cruise搭建整车模型，在Matlab/Simulink中设计了针对复合电源的模糊控制策略，将控制参数进行模糊化处理，并通过MatlabDLL方式进行联合仿真，实现复合电源功率的合理分配，并对模糊控制策略和整车性能进行研究分析。
1复合电源的结构
复合电源主要由蓄电池、超级电容和双向DC/DC组成。复合电源的拓扑结构有很多，例如:蓄电池和超级电容直接并联，蓄电池与双向DC/DC串联，再与超级电容并联［14－15］。本文选择的是超级电容与双向DC/DC串联，再与蓄电池并联共同向负载电机提供电能的方式。复合电源的工作模式为:当汽车正常行驶，需求功率低时，由蓄电池单独向电机供电;当汽车需求功率较高时，蓄电池和超级电容共同给电机供电，并且由蓄电池提供平均功率，超级电容提供峰值功率。当汽车制动时，超级电容优先回收制动能量，在超级电容不能再回收时由蓄电池回收能量。控制策略通过控制双向DC/DC的升降压来控制超级电容的充放电。复合电源组成结构如图1所示。功率总线的功率信息，蓄电池和超级电容SOC(Stateofcharge)等状态信息为模糊控制器控制的输入，经过控制器对功率进行分配。由于汽车在整个运行过程中会经历多种工况，而且交通状况复杂，汽车状态切换频繁，且各种工况下的电机功率、蓄电池、超级电容的状态都各不相同，需要制定合理的功率分配控制策略，使得在保证整车动力性的前提下，利用超级电容高比功率，能够瞬时大电流充放电的特性，为蓄电池“削峰填谷”，减小大电流对蓄电池的冲击，延长蓄电池的使用寿命，提高充放电效率，并且最大限度地回收制动能量，提高整车的效率和经济性［16－18］。
2模糊控制策略模型
利用Matlab中提供的模糊控制工具箱设计了对于复合电源功率分配的三输入、单输出的模糊控制器，输入为汽车的需求功率Preq，蓄电池荷电状态BSOC，超级电容荷电状态SSOC。输出为蓄电池功率分配因子(Kcap)。汽车的驱动电机有电动和发电两种工作模式，在这两种工作模式下系统需求功率大小和波动范围有较大差别，控制的侧重点也不同［19］。因此，在正常行驶与制动两种工作模式下应分别制定复合电源控制策略，即需要两个模糊控制器，它们的模糊控制规则不同，但是两个模糊控制器都是三输入单输出且输入变量和输出变量相同。因此，在Preq＞0和Preq＜0时各设计一个控制器，分别为模糊控制器A和模糊控制器B。当Preq＞0时，设输入量Preq的论域为［04］，模糊集为{S、MS、M、MB、B}，分别表示{小、较小、中、较大、大}。动力电池BSOC的论域为［0．20．9］，模糊集{S、M、B}，分别表示{小、中、大}，超级电容SSOC的论域为［0．11］，模糊集{S、M、B}，分别表示{小、中、大}。输出量为动力电池功率分配因子Kcap，其论域为［01］，模糊集{S、MS、M、MB、B}，分别表示{小、较小、中、较大、大}。各输入结果如图2所示。当Preq＜0时，设输入量Preq的论域为［－10］，模糊集为{B、M、S}，分别表示{大、中、小}。蓄电池和超级电容的SOC论域、模糊集、隶属度函数和Preq＞0时是一样的。输出量为蓄电池功率分配因子Kcap，其论域为［01］，模糊集{S、M、B}，分别表示{小、中、大}，输入输出量的隶属函数如图3所示。根据前面设计的模糊控制器，在Matlab/Simulink环境下建立复合电源模糊控制策略模型如图4所示，模糊控制器根据输入变量的变化调节输出比例因子Kcap，从而得出蓄电池所分配的功率，因为汽车的需求功率由蓄电池和超级电容共同提供，所以汽车需求功率减去蓄电池所分配功率得到超级电容分配功率。
3整车模型的搭建
将建好的控制策略添加到Cruise中主要有MatlabDLL和MatlabAPI两种方法。联合仿真的结果都可以直接从Cruise获得。但是用MatlabDLL方法仿真的时间比采用MatlabAPI方式短很多。因此，本论文中采用的是MatlabDLL方式。在控制策略模型建好之后，需要进行模型编译，编译完成后生成controler．dll文件，在Cruise模型中放入MatlabDLL接口模块，进行接口模块的参数设置，完成以上设置后，在Cruisedatabus中完成相应的数据通信，即可实现Cruise与MatlabDLL方式联合仿真［19－20］。在进行信号通信时实际上是一个数据交换过程，Cruise通过数据接口将动力蓄电池和超级电容SOC值、电机转速、负载信号、超级电容电压值等信息传递给Simulink中的模糊控制策略模型，之后Simulink模型将超级电容电流、转换开关信号反馈给Cruise模块中的电气终端、电机及驾驶员，以建立Cruise和Simulink之间的数据通信。AVLCruise软件中含有简捷通用的模型部件、易懂的管理系统、可以与Matlab、C、Fortran接口完成复杂控制算法的设计和离线仿真，也可与DSPACE等硬件接口，展开实时仿真，真实模拟车辆传动系统，完成对复杂动力传动系统的仿真分析，整车仿真模型如图5所示。在进行整车建模时，从模块库中直接拖拽部件模块来搭建整车模型。修改部件属性来快速完成整车模型的参数设定并进行部件间的机械连接、电气联接和信号联接。
4仿真结果与分析
采用中国城市道路工况作为本文的循环工况。中国城市道路工况是中国汽车技术研究中心根据我国各大城市的行驶特征研究出的更加适合我国的城市工况。中国城市道路工况如图6所示，工况总运行时间是1304s。工况中最大速度达60km•h－1，其中怠速时间占工况总时间的28．8%，除去怠速部分之后平均车速则为22．6km•h－1。从图6可直观的看到我国交通系统中存在车辆怠速时间长、总体的均车速低、车辆的速度变化频繁等特点。图7是在中国典型城市道路工况下车辆行驶的当前车速度与期望速度变化曲线。从图中可以看出两条曲线基本保持一致，速度没有出现大的波动，这说明车辆的跟随性和平顺性都比较好。图8是在中国典型城市道路工况下，蓄电池和超级电容所需提供的功率曲线图。从图中可以看出在车辆运行过程中由超级电容和蓄电池共同供电，电池提供的功率比较平稳，在6kW左右。在制动时由超级电容吸收峰值功率，最大峰值功率达到10kW。超级电容充分发挥“削峰填谷”的作用，从而验证制定的模糊控制策略的有效性。
5结论
在纯电动汽车的基础上，借助Cruise软件搭建了带有复合电源模块的整车模型。详细介绍了通过联合仿真的方法将Simulink里搭建的策略模块加入到整车模型中的步骤。其他用户可以根据类似方法开发自定义策略和车型。提出超级电容与双向DC/DC并联再与电池串联的复合电源结构。用模糊控制工具箱设计对于复合电源功率分配的模糊控制器，搭建整车复合电源控制策略模块，使得超级电容充分发挥了提供瞬时功率的作用，避免了蓄电池过充和过放，提高了复合电源系统的循环使用寿命。此设计方案和仿真结果对于纯电动汽车复合电源系统的研究具有一定的参考价值。
作者:周美兰 胡玲玲 张宇 单位:哈尔滨理工大学电气与电子工程学院 哈尔滨职业技术学院电气工程学院
摘要:
大规模电动汽车入网参与电网调度需要在某一区域设置一个机构，作为电力公司调度部门和电动汽车的中介。针对机构对所管辖电动汽车的控制，首先，以1天为1个周期把电动汽车可能被控制的区域分为办公区、居住区和超市购物区。然后，机构根据各电动汽车状态信息把各区域的电动汽车分为充电集群和放电集群。之后，机构根据可调度容量、可调度时长、电动汽车车主违约度制定评价体系对集群内电动汽车在每个时段的充电或放电的顺序进行排队。最后，在保证电动汽车车主行驶和电池安全约束的情况下，对电动汽车进行充放电调度，使机构充放电尽可能满足电力公司调度部门的调度计划。
关键词:
电动汽车;机构;分区;充放电集群;评价体系;充放电顺序
0引言
能源危机、环境污染和气候变化是当今人类面临的三大挑战，为了应对挑战新一轮的能源变革势在必行，基本方向是以实施清洁替代和电能替代为重点，加快能源结构从以化石能源为主向以清洁能源为主的根本转变［1］。电动汽车是以电能替代化石能作为驱动能源，是电能替代的重要内容。随着电池技术的逐渐成熟、充电站修建的不断完善和成本的不断降低，在不久的将来电动汽车将大批量替代燃油汽车［2-3］。对汽车行驶行为模式的研究表明，1天之中90%以上的时间电动汽车是处于停驶状态，可以与电网互动(vehicle-to-grid，V2G)［4］，文献［5］围绕电动汽车与电网互动的调控技术、市场机制和基础设施这3方面的关键问题进行了分析。文献［6］针对电动汽车与电网互动对配电网规划的影响进行了分析。另外研究表明，电动汽车具有规模大、接入点分散、单机容量小的特性，电动汽车V2G服务若采用集中控制将对调度系统的复杂性、通信能力、计算处理能力提出很高的要求。同时，允许用户参与电力市场的门槛通常为MW级，而单辆电动汽车并不达到此容量级［7-8］。基于此，文献［9］提出了电动汽车集群的概念，也可称为电动汽车机构。电动汽车机构管辖着某区域内一定数量的电动汽车，具有一定容量的可调度负荷和储能容量，可以作为调度部门和每辆电动汽车的中介。目前，针对电动汽车集群并网对电网的影响及电动汽车集群的约束研究相对较多也比较完善［10］，但是，针对机构对每辆电动汽车控制的研究虽相对较多但侧重点不同，有待完善和深入。文献［11］为实现电动汽车机构与电动汽车之间的互动策略，在计及电动汽车用户用车便利性的前提下，建立了基于优先权的电动汽车集群充放电优化模型。文献［12］对停驶的电动汽车根据状态进行分群，对可控状态的电动汽车的充电行为进行控制。文献［13］设计了一种用于协调电动汽车充电的多机构。文献［14］把电动汽车分为充电集群和放电集群，然后根据需要动态管理每个电动汽车集群。文献［15］提出了一种电动汽车根据自身以及附近电动汽车的信息进行决策的分布式控制策略。文献［16］提出了一种停车场通过管理电动汽车参与V2G进行套利的调度模型。文献［17］对电动汽车进行本地控制，为电力系统提供调频辅助服务。虽然，上述文献考虑了每辆电动汽车的影响，但是，并未全面考虑每辆电动汽车的调度优先顺序、每次调度时每辆电动汽车的调度功率和车主违约对调度的影响。以1天为1个周期对电动汽车进行充放电调度，需要机构管辖的区域包括电动汽车1天所有可能长时间停驶的区域。研究表明，除了个别时间个别车辆远距离行驶外，大多数车辆都是在一定区域内的办公区、居住区、超市购物区循环行驶的。因此，本文把机构管辖的区域分为办公区、居住区、超市购物区3个停驶区域，3个区域都是以充放电站的形式对电动汽车进行充放电管理。机构根据电动汽车的停驶区域和停驶时申报的停驶起始时刻、终止时刻、停驶时荷电状态、结束时荷电状态，把停驶区域内的电动汽车分为充电集群和放电集群，每辆电动汽车在每个停驶处只能选择充电或放电，因为研究表明随着充放电切换次数的增多，电动汽车的寿命会加速衰减［14］。除此之外，本文还制定一个评价标准对充电集群和放电集群的电动汽车在每时段调度的顺序进行排列。最后，在考虑约束条件的情况下，使机构充放电尽量满足调度计划。
1机构的控制结构
机构有2方面的功能:一方面把自已管辖的电动汽车信息上传给电力公司调度部门，并执行调度部门的调度计划，从而从电力公司获得收益;另一方面协调控制所辖各区的电动汽车充放电，为系统稳定运行、提高电能质量等创造条件，同时给予所管辖电动汽车车主一定收益。机构与各电动汽车只进行信息与资金交流，不进行能量交流，电动汽车与电网间的能量交换是通过现存的电力网络进行的［18］。考虑到电动汽车由于紧急情况可能需要快速充电，所以机构具备一定的零散快速充电桩，但是，由于需要快速充电的电动汽车数量少且接入电网时间短，不适合于调度［19］。所以本文只考虑接入办公区、居住区和超市购物区的选择慢速充放电的电动汽车。机构具体控制框图如图1所示。
2充放电集群的划分机构
给所管辖的每个区和每辆电动汽车都设置一个编号，作为区和电动汽车的标识。每辆电动汽车在1天中任意时段可以在任意区做长时间停驶，停驶开始时，车主把电动汽车停驶的状态信息告知机构，电动汽车车主提供给机构的状态信息为S=［m，n，TS，TE，eSOC0，eSOCmin］(1)式中:m为电动汽车停驶区域编号;n为电动汽车编号;TS和TE分别为停驶的起始时刻和终止时刻;eSOC0为停驶起始时刻时电动汽车电池的荷电状态;eSOCmin为电动汽车停驶结束时刻用户设置的电动汽车电池的最小荷电状态。机构根据每辆电动汽车的状态信息可把在每个区的每辆电动汽车划分为充电集群或放电集群，划分的依据为:若eSOC0≤eSOCmin则把电动汽车划分为充电集群，至于充电起始时刻及充电结束时的电池荷电状态视调度计划和优先顺序而定，但是在停驶区间内充电结束时刻电池的荷电状态必须大于等于eSOCmin以保证电动汽车用户出行;若eSOC0＞eSOCmin则把电动汽车划分为放电集群，放电起始时刻及放电结束时的电池荷电状态同样视调度计划和优先顺序而定，但放电集群中的电动汽车在停驶区间，放电终止时的荷电状态应该大于等于eSOCmin，以满足用户用车。通过充放电集群的划分可以使电动汽车在某一区的停驶时间内，只进行充电或放电，减少充放电切换次数，这样有利于对电池寿命衰减的减缓，维护电动汽车车主的利益。
本文针对机构对所管辖的电动汽车充放电控制进行了研究，首先机构把电动汽车调度区域分为办公区、居住区、超市购物区，然后机构根据电动汽车车主上传的电动汽车状态信息，把各区的电动汽车分为充电集群、放电集群，之后针对电动汽车在某时段充放电顺序问题，提出并建立了基于可调度容量、可调度时长、车主违约度的电动汽车优先级综合评价体系，确定充放电顺序。最后根据调度计划及充放电约束条件确定每辆电动汽车充放电情况。由于存在调度偏差和车主违约的可能，所以机构在设计过程中应具备一定常备储能设备。
作者:李文华 范新涛 孔梅娟 单位:河北工业大学电气工程学院
【摘要】
环保电动汽车充电桩是在传统充电桩概念中加入风能及太阳能的电能输入概念的新兴电动汽车充电装置。该文在于利用服务营销策略对于新型环保电动汽车充电桩进行市场营销。结论：提出了利用服务营销进行产品市场开拓及推广，在确保电能运行稳定情况下，不同等级客户区别对待，充电流程的电子化管理，开拓信息功能，关注用户体验，让用户享受方便，及时，快捷充电服务。
【关键词】
环保；充电桩；市场；服务营销
1.环保电动汽车充电桩简介
1.1输入模块电网供电：通过电力网直接供电。风力供电：通过风力带动发电机运转，产生直流电，储存在电池中，也可通过逆变器逆变成交流电直接供电。太阳能供电：通过太阳光经过太阳能电池板产生直流电，储存在电池中，也可通过逆变器逆变成交流电直接供电。
1.2输出模块直流/交流电，根据充电桩的类型输出相应电压类型。
1.3刷卡计费系统刷卡登陆，启动充电系统，选择充电类型及充电金额等。
1.4充电模块通过充电电路，变压器，逆变器等相应电力电子器件，输出安全的，快速的，稳定的充电参数。
1.5安全模块保护电路，防止过充，线路短路等等安全性问题，保护充电桩及汽车的安全。
1.6通讯模块通过无线/有线通信，使用户登录，传输用户指令行为，反馈充电桩的运行状态等信息。
1.7充电枪与汽车充电接触的接口，目前已出台国标统一标准。
2.环保电动汽车充电桩的产品竞争优势
环保电动汽车充电桩服务营销策略文/阮玉洁环保电动汽车充电桩是在传统充电桩概念中加入风能及太阳能的电能输入概念的新兴电动汽车充电装置。该文在于利用服务营销策略对于新型环保电动汽车充电桩进行市场营销。结论：提出了利用服务营销进行产品市场开拓及推广，在确保电能运行稳定情况下，不同等级客户区别对待，充电流程的电子化管理，开拓信息功能，关注用户体验，让用户享受方便，及时，快捷充电服务。
（1）由传统的电能供应，变成由风光能互补发电系统和电能结合供电；
（2）具有通用性，具有多种充电接口；
（3）具有普适性，适合目前市面上的大部分电动车。
3.环保电动汽车充电桩市场需求分析
电动汽车充电桩市场空余量很大，在未来五年的时间内至少有1万座充换电站需要被建成。然而市场上的电动车充电桩企业还是一片蓝海，大型企业如特斯拉的销售价格为60万人名币以上，普通消费者无法独立承受，而且其电动车桩的适配性较低，只能适配其专属的电动车。小型企业虽然价格有所降低，但是在运行监控和售后服务方面还存在很大的缺陷。面对这个市场，环保电动汽车充电桩潜力巨大。
4.环保电动汽车充电桩服务营销策略
4.1确保电能运行稳定现今的电动汽车充电桩市场，产品同质化现象明显。据此，从产品中提升经济效益具有很大难度，产品应该在保障产品质量的基础上，努力完善产品服务，进而扩大产品销售范围，以期更大的经济效益。首先，应该做到不断完善电力网络，太阳能与风能极易受环境因素的影响而导致诸多不稳定因素，应该考虑合理适配电力网，进而保证电能的优质与稳定。
4.2充电流程的电子化管理由于市场对于充电桩的性能的要求不同，所以在销售时因及时关注目标客户群体的不同需求，环保电动汽车充电桩的建筑占地面积较大，发电效能较高，可能不适用普通个体消费者，需要连结多个个体消费者形成消费网络群体，这就需要有营销技术服务管理系统对于掌握不同群体的不同需求并在此基础上有需求预测，报修投诉，电费管理等不同模块功能，尽可能实现充电流程的电子化管理，便于个体消费者及时找到消费网络群体享受充电桩服务，同时可以利用电子化管理掌握用户在用电过程中的困难与限制，并及时反馈以便于调整服务内容，创建高效，便捷的服务标准，最大程度满足电动汽车用户的充电需求。
4.3开拓信息功能开发环保电动汽车充电桩的APP系统，给用户提供方便，及时，快捷信息服务平台，例如用户可以通过APP及时了解电动汽车充电状态及完成充电的剩余时间，在行驶途中及时掌控附近环保电动汽车充电桩的所在位置进行及时充电。APP开发模式主要可以借鉴一下两种：（1）借助已有微信平台进行服务营销。微信作为更快速的即时通讯工具，传播到达率100%，使沟通更灵活、更智能。微信的用户基数大，用户关注快，且可以享受运营上为其量身定做的有针对性的服务，其实用性最强。（2）自主开发产品APP进行服务营销。前期用户市场开拓及资金投入较大，对于新兴产品不建议使用此种模式，在后期客户量增大后可以根据实际需求进一步开发自主APP软件应用。
4.4关注用户体验对用户使用信息资源进一步深入精细加工，充分揭示其中隐含、分散、动态的信息，促使信息情报化，实现信息的增值性，达到提高产品质量的目的。通过APP平台及时掌握用户消费体验状况，定期对固定用户进行电话回访，派专业人员定期对于环保电动汽车充电桩进行定期检查，让顾客在购买此产品后感到物有所值，让消费不仅仅是一次性购买，还帮助推销产品，建立产品与终端之间、终端与终端间的良性关系。同时，利用现有营销“大数据”，实现用能在线监测掌上运用，开发需求响应互动功能，为用户提供灵活双向互动服务。有针对性地服务平均电价高、能效水平低的用户赠送移动服务终端，为大型企业免费提供能效诊断服务，对不合理的企业用电进行指导。
5结论
电动汽车充电设施是七大新兴产业领域里很重要的一个方面，而此前由于电动汽车规模较小，充电设施建设投资巨大，投资短期效益不明显，因此充电设施建设速度较慢，现在则进入到一个很好发展时期。与传统电动汽车充电桩相比，环保电动汽车充电桩具有能源利用效率高和环境污染少（或无污染）的特点。就宏观来看电动汽车充电设备市场将会具有强烈的竞争，国内一些大型的国企对这个市场已经虎视眈眈，并且也做了相当的准备。环保电动汽车充电桩应利用强大的市场空间进入这个领域，推广服务营销，实现物联网效应占领一定范围内的市场。
作者：阮玉洁 单位：上海海洋大学
摘要：
本文对基于空气动力学的电动汽车造型设计进行了讨论，对电动汽车的发展和普及起到一定的促进作用。
关键词：
电动汽车；造型设计；空气动力学
1电动汽车车身造型特点
电动汽车是未来汽车发展的主要方向之一，目前，电动汽车的发展才刚刚起步，而电动汽车车身造型的设计师大部分参与过传统汽车造型的设计工作。因此，汽车造型的特点及发展趋势，将会对电动汽车造型发展的趋势产生极大的影响，但是电动汽车由于本身结构特点的限制，与传统汽车的特点存在一定的差异，这些特点对于电动汽车的造型设计非常重要，下面进行了详细的分析［1］。
1．1结构和空间布局不同
相对于传统汽车，电动汽车在结构方面的最大差异是驱动方式的差异，传统汽车依靠汽油机和柴油机燃烧花式燃料产生能量，然后通过离合器、变速器以及传动装置传递能量，实现汽车的行驶，而电动汽车则依靠电池进行能量的储存和供给，通过将电池储存的能量传递给电机，实现对汽车的驱动。因此，电动汽车上减少了体积庞大的机械师传统系统，而由体积更小的电动机取代传统汽车发动机占据的空间。因此，相对于传统汽车来说，电动汽车的前悬距离大大缩短，前围到挡风玻璃的车头部分也有一定的缩短，车身比例更加协调，同时能够省略传统汽车进气格栅结构，只需对前悬结构进行包覆为设计师留下了更大的创作空间。
1．2集成化
集成化是电动汽车技术发展的主要方向之一，通过线控技术的应用能够使电动汽车底盘传动系统的结构极大简化，提高电动汽车的空间利用效率，底盘平整度提高，也为电动汽车的造型设计留下了更大的自由度。线控电子技术还能实现对电动汽车各种电子系统的电子控制，通过设计出类似软件接口的扩展插口，即可实现车身与底盘的连接，减少传统机械控制系统对空间的占用，同时还使车身与底盘的设计融合度提高，实现两者的模块化拼接，提高车身造型设计的自由度。
1．3智能化
智能化同样也是未来电动汽车发展的主要方向之一，从家喻户晓的EBD、ESP等，再到逐渐普及的智能泊车系统、只能制动系统等，在提高汽车安全性方面发挥了重要作用［2］。电动汽车智能化的持续发展，将不断降低交通事故发生的概率。现在的汽车造型设计中，包含了大量被动的安全性设计，包括前后防撞钢梁以及车身前后端预留的缓冲区域等。而随着智能行车系统的发展，这些被动安全设计可以逐渐减少，这对车身的整体造型必然会产生较大程度的影响，也为电动汽车的造型设计提供了更大的发挥空间。
2电动汽车的空气动力学设计
对电动汽车来说，良好的空气动力学性能能够提高电动汽车的操控性能和谐有效果，并且能够使电动汽车获得更好的续航能力，因此，电动汽车的空气动力学设计非常重要。
2．1电动汽车空气动力学设计原则
虽然电动汽车的造型在未来必然会呈现出多样化的发展趋势，但是从空气动力学的角度来看，仍然需要遵循以下几方面的原则：1）车身的简洁性，这一原则主要是要求减少车身表面的凸起物、减少不必要的进气口，确保车身的整体性，避免凸起物和进气口增加空气阻力，保证气流通过车身受到的阻力尽量要小。2）流线型车身，该原则是要求气流在流过车身时，尽量避免出现分离现象，图1给出的大众XL1概念车就属于典型的流线型外观。
2．2电动汽车空气动力学设计
针对电动汽车造型的空气动力学设计，需要注意以下几个方面的问题：
1）车头高度设计。电动汽车车头的高度将会直接影响到整车的启动阻力系数CD。通常，车身启动阻力系数与车头高度成正比。对于传统汽车来说，由于发动机舱内部结构的特殊性，车头高度必然会达到一定的值，而电动汽车由于省略了发动机舱，因此，车头高度能够得到降低，对于降低车身的气动阻力系数具有作用，也为车头设计提供了更大的空间。
2）车身尾部造型设计。汽车尾部造型与空气的流动关系非常复杂，通常很难对各种尾部造型的优劣进行准确的评价。从理论分析来看，小斜背的造型具有更低的气动阻力系数。因此，在进行电动汽车尾部造型设计时，首先把握好大方向的基础设计，然后经过复杂的工程分析之后，再对最初的设计方案进行不断优化。
3）车身底部离地高度设计。从相关的试验数据来看，光滑的汽车底板结构，为了实现更好的空气动力学性能，存在一个最佳离地高度。图2给出了汽车底板结构离地高度与气动阻力系数之间的变化关系。从图中可以看出，VW－Van、VW－Por－sche914和CompetitorF2－2这3种车型的气动阻力系数与汽车底板离地高度成正比；而Citroen－ID19车型由于车身底部属于光滑结构，存在一个最佳离地高度［3］。电动汽车的底板结构能够被设计为光滑的行驶，因此，在设计过程中需要结合工程分析的数据确定最佳离地高度，从而获得最佳的空气动力学性能，但是需要注意满足车辆的通过性要求。
4）前后扰流器设计。扰流器包括前后扰流器两个部分。由于电动汽车自身结构特点，其造型的设计更为灵活多变，扰流器的设计应该结合电动汽车的整车造型风格能够设计，同时这种风格应该以追求良好的空气动力学性能为主要目标。但是在实际设计时，尾翼与车身表面的高度参数非常重要，同时尾翼的高度也可能影响整车造型风格。通常情况下，利用尾翼与汽车表面的高度和尾翼弦长之比来描述，当这一比值大于1时，升力系数达到最小值，且不再继续变化。现代汽车的唯一更多的是与侧后围高度结合到一起，其作用不会过度凸显出来。
5）车轮与轮腔的设计。从相关实验可以看出，有轮腔覆盖的车轮通常比完全暴露在空气中的车轮具有更好的空气动力性能。对于前后车轮均存在轮腔包覆时，车轮的大小及轮腔间距的影响非常明显。通常情况下，如果车轮高度与直径之比大于0．75，则气动阻力系数与升力系数最小。当然，由于前轮存在专项问题，其空腔应大于后轮，空腔对外部气流更为开放，因此，前轮所受的气动阻力与气动升力比后轮更大。
3结语
空气动力学设计在未来电动汽车造型设计中占据着至关重要的地位，其设计水平将会直接影响到电动汽车的操作性能和节油性能。本文结合对电动汽车造型特点的分析，提出了基于空气动力学的电动汽车造型设计原则，并从多个方面提出了电动汽车空气动力设计需要重点注意的内容，通过本文的讨论，希望能够对进一步提高电动汽车造型设计水平，对电动汽车的发展和推广起到一定的促进作用。
作者：单承标 单位：中国第一汽车股份有限公司青岛汽车研究所
摘要：
在十八大“推动战略性新兴产业、先进制造业健康发展”精神的指引下，发展节能环保、新能源等新兴产业，已成为各地新一轮经济发展的重大战略。作为新中国汽车工业的摇篮，汽车工业是吉林省的支柱性产业，从长远来看，寻找石油的替代品，发展电动汽车不仅是节能环保的必然选择，也是吉林省汽车产业的发展趋势。发展电动汽车不仅对吉林省转变经济发展方式，建立现代产业体系，具有十分重要的现实意义，同时也能带动国内汽车市场的整体跃升。
关键词：
电动汽车；产业发展；战略
1吉林省电动汽车产业发展现状
在节能与环保的双重压力下，吉林省电动汽车项目起动较早，制定并实施了一系列发展电动汽车的计划和行动。纯电动客车于2007年底开始立项研制。项目由一汽客车公司、吉林大学、东北师范大学、辽源彤坤公司共同承担；一汽集团一直都在进行有关电动汽车项目的开发及课题研究，长春市基本具备混合动力汽车的部件和整车开发能力。汽车电子形成集群发展。重大专项实施以来"在纯电动+混合动力和燃料电池汽车的整车集成技术动力系统集成技术以及动力总成关键零部件技术方面取得重要技术突破"同时也在专利战略和技术标准平台建设方面为自主知识产权新能源汽车产业化奠定了良好的基础。不难看出吉林省现已具备发展电动汽车的技术、市场、人才、环境等综合产业优势。但将科技成果进行商品化与产业化转化过程与世界发达国家和地区还存在相当差距，竞争力仍然较弱。另外，吉林省在混合动力轿车、客车和纯电动客车的开发上也取得了一定进展，具备了一定的技术力量和生产基础，2009年年末，20辆锂源纯电动车供应给辽源市，作为城市公交车及往返长春的客车。这是吉林省首次批量下线的电动车辆；2012年，华奥纯电动公交车已于去年在长春开始运行，创造出电动公交车在世界最高纬度、高寒地区运行的纪录；2014年7月，欧朗纯电动轿车下线，欧朗EV的成功下线，不仅使一汽集团新能源汽车产品线更加完善，同时也是吉林汽车产业实施新能源汽车战略规划的重要行动之一。虽然吉林省在电动汽车产业取得一定发展，但从总体上看，目前仍处于研发阶段或小批量试制阶段，距离成熟的批量化生产尚有一定距离。
2吉林省电动汽车产业发展存在的问题
虽然吉林省电动汽车行业目前发展得如火如荼，并取得了阶段性的成果，但应该清醒地看到该行业目前尚存在以下问题：
2.1研究的单位、企业较少，缺乏协作，信息交流不畅
目前，整车厂和零部件厂商发展电动汽车由于合作主体与技术路线的不同，可能形成若干个不同的新能源汽车产业联盟，以及相应的新能源汽车标准。各个联盟之间应该能够通过竞争与交流，实现技术水平和研发实力的全面提升，拉动产业升级。吉林省在汽车零部件配套企业方面，涉足电动汽车动力系统的企业很少，支持力度不足。国内主要新能源汽车动力系统生产企业均分布在江浙、广东和北京等地区，吉林省在这方面处于明显弱势，在吉林省新能源汽车战略规划中仅有辽源雷天从事锂电池的研发和生产，并且与一汽的合作仅限于电动客车领域。本地的电动汽车动力系统配套企业不完备的问题将影响新能源汽车的整车研发进程，也将成为吉林省发展新能源汽车的一大瓶颈。
2.2研发起点较低，与国内外尚有差距，并且存在重复研究，现有资源没有合理配置和使用从汽车企业来看，除一汽集团外，省内绝大部分企业不具备自主开发能力。从产品来看，自主品牌产品尚在培育之中；零部件企业的配套产品开发仍依赖主机厂或购买国外技术，开发手段落后，周期较长，技术人员比重较低。在国内对新能源汽车的研发中，包括吉林大学汽车工程学院在内的长春本地研究机构，实际上被排除在国内第一集团军之外，上海和北京的一些研究机构抢占了足够的先机，在经费支持、人才准备方面，吉林省内的研究机构与京沪两地相比，还有较大差距。
2.3跨行政区划的产学研合作较少目前，跨行政区划的产学研合作项目还很少。实际上，东北三省及上海和广州等企业、高校和科研机构各具优势，但高校与高校，科研机构与科研机构，企业与企业，科研院所与企业，高校与企业，科研院所与企业之间也都有较强的互补性，存在较大的跨区划的产学研合作空间。
3吉林省电动汽车产业发展的对策建议
3.1完善吉林省电动汽车产业创新机制科技创新必须以企业为主体，目前吉林省企业由于投入不足和人才紧缺等原因"导致以企业为主体的创新体系尚未完全形成"在以往的产学研合作中企业基本处于被动接受成果的地位。成功的实践证明"建立以企业为主导的新型产学研联盟"学科链结合产业链"通过全方位的战略合作能够有力提升企业自主创新能力。
3.2制定发展电动汽车产业的总体规划由于缺乏发展电动汽车产业的总体规划，目前对发展电动汽车产业感兴趣的企业和研发机构很多，致使研发方向、资金投向分散，导致有限资源没有发挥最大效率，政府的引导和协调作用没有完全发挥出来,因此，应尽快制定电动汽车产业发展的总体规划，促进吉林省电动汽车产业的发展。
3.3建立吉林省电动汽车产业产学研合作机制电动汽车是高新技术的集中载体，具有研发投入大，技术含量高等特点，因此，依靠强强联合形成聚合能量，分摊研发成本并提高该项技术上的竞争优势，已成为新能源汽车发展的一个新趋势。吉林省汽车产业的生存和发展除了企业自身的发展壮大，更应注意产、学、研间的有效结合，建立产学研合作机制，通过生产企业、大学、科研院所在社会范围内依照各自的优势建立的，以共赢为目的的一种合作关系，最终形成基础研究或理论研究（学）、应用与开发研究（研）、商品化与产业化（产）的一体化，使产业系统、教育系统和科研系统相互融合的有机整体，实现优势互补，共赢的格局。此外，需要政府出台相应的扶持和优惠政策。只有这样，才能给电动汽车产业营造出一个良好的发展和应用氛围，才能发挥出电动汽车应有的作用。
作者：孔繁娟 单位：吉林工商学院
1电动汽车充放电模型
电动汽车商通过对所辖范围内居民区、充电站以及充电桩所接入电动汽车进行充放电调度控制。所有车辆统一安排在最后一次行驶结束后和次日出行前进行充放电。商根据所管辖车辆的行驶需求，通过制定报价策略，决定次日各时刻电动汽车的充放电功率，并满足次日车辆的电量需求。其充放电约束条件如下：1）电动汽车充放电功率约束。电动汽车的充放电功率主要受到车载电池以及充电设备所允许的电压电流限制。2）电动汽车蓄电池充放电等式约束。电动汽车蓄电池t时刻荷电状态与t＋1时刻荷电状态关系式。
2电动汽车商电力市场报价模型
笔者所提模型考虑电动汽车用户侧和市场出清2个不同层面的优化问题，既要使电动汽车充放电用电效益最大、成本最小，同时也要考虑市场出清电价交易机制。下层优化模型以电动汽车用电效益最大化目的，并考虑其各个商管辖内电动汽车的行驶特性，以及各物理特性约束条件。上层优化模型主要为市场出清模型，电动汽车用户根据自身用电情况，向所属商申报次日电量需求。电动汽车商通过把每时段接入系统的电动汽车用户申报电量信息进行统计，并预测每时刻各发电商报价水平，以及各竞争对手报价，从而决定自身的报价策略。市场出清机制根据各方所报价格决定各参与者电量（发电量和用电量）。商根据市场竞价获得的用电量，从而优化所管辖区内电动汽车的充放电功率。该文主要考虑发电侧与电动汽车商竞价，不考虑其他可控负荷参与市场竞价。
3原对偶内点算法
原对偶内点算法是基于对数障碍函数法，由于原对偶内点算法的提出，故对数障碍函数法被重新用来求解线性规划问题。原对偶内点算法在数学上描述。
4数据仿真分析
4．1电动汽车参数笔者采用含电动汽车商参与电力市场竞价来说明该文所提模型的有效性和求解方法的可行性。假设某区域电动汽车商5000辆私人电动汽车参与市场竞价，获得各时段电动汽车充放电电量，其电动汽车型号为RAV4SUV［16］，各项参数如表1所示。根据美国交通部联邦公路管理局对全美国家庭私人开车出行进行调查的结果［17］，从统计数据中获得其私人电动汽车平均最后一次出行结束时间、有效充放电时间段以及平均日行驶里程，其数据如表2所示。
4．2发电商数据参数考虑到电动汽车行驶特性，电动汽车一般在夜间交由商进行充放电控制。因此，笔者将报价策略周期设置为中午12∶00至次日中午12∶00，调度周期以小时（h）为单位。假设在该电力市场中有3个常规机组发电商与1个风电发电商，其发电机组Pmint，k＝0，Pmint，k＝50MW。根据PJM公司公布发电商报价数据，选取3个发电商各时段平均报价数据［18］为预测发电商报价，如图1所示。风电不参与市场竞价，各时段风电出力预测采用文献［19］数据。
4．3电动汽车商报价策略分析在系统中各时段不可控负荷曲线如图2所示。笔者主要设计2种充放电模式，模式I参与电力市场竞价获得市场出清电价以及电动汽车充放电电量；模式II为自由充放电，当电动汽车接入系统时，便以额定功率先进行放电，然后对其充电，直至充满，不进行市场竞价，采取的是不灵活充放电模式。电动汽车各时段报价策略如图3所示，可以看出，电动汽车平均接入系统时间为18∶00，而在18∶00—24∶00期间，系统中不可控负荷用电量最大，为峰荷时段，各发电商报价也最高。因此，商选择在这几个时刻进行放电，报价比其他时刻高，获得放电收益。而在24∶00—07∶00期间，不可控负荷用电量减少，此时为系统谷荷时段，各发电商报价较低，因此，选择在这几个时段进行充电电量的竞价。模式I，II的充放电成本分别为1091．4，1305．3＄，电动汽车商进行竞价所获得的充放电成本比不灵活充放电模式降低213．9＄／MW。充分说明电动汽车参与市场竞价有效地降低了电动汽车充放电成本，验证了所提模型的可行性。由于电动汽车具有放电的功能，若电动汽车只针对充电参与市场竞价，其报价策略如图4所示。电动汽车商将主要集中在24∶00—07∶00时段参与竞价，并获得充电电量。笔者所提充放电报价策略模型和文献［20］所提模型所得充放电成本分别为1091．4，1507．8＄，其充放电成本能有效降低416．4＄／MW。
5结语
随着电动汽车的广泛投入使用，如何有序控制以及整合系统中分散的电动汽车参与市场竞价，将成为未来电力市场发展一个值得研究的问题。基于电力市场竞价框架，笔者提出了电动汽车商参与市场竞价的双层优化模型，上层以社会效益最大化为目标，下层以电动汽车充放电效益最大为目标。通过KKT条件将双层优化模型转化为单层优化模型，为了能快速求解，采用非线性互补函数将非线性不等式约束转化为等式约束，并通过原对偶内点算法求解模型。最后，通过含电动汽车商参与竞价的电力市场竞价机制，对所提模型进行仿真分析，验证了该文所提模型的有效性和可行性，为电动汽车参与市场竞价提供了理论基础。
作者：杨亚雄 杨洪明 张俊 单位：长沙理工大学 智能电网运行与控制湖南省重点实验室
1电动汽车控制系统中矢量控制技术
电动汽车系统控制电路中系统功率部分采用直-交电压型电路，功率回路有蓄电池、滤波电路和智能功能模块IPM逆变电路组成。系统控制器采用TI公司推出的TMS320LF2812-DSP作为控制主芯片，用它来完成电子差速算法、及高阶控制器离散化的鲁棒控制器，它们的实现需要记忆大量的历史数据，且完成电动机矢量控制系统的转速控制器、电流控制器的算法、以及电压空间矢量PWM的产生、A/D转换以及坐标变换等。辅助电路由速度检测电路、电流检测电路以及故障检测电路等组成。实现异步电机的转速检测、电流检测以及转速和电流的双闭环控制。DSP控制器负责将电动汽车驾驶员根据自己的意图与行车线路给定目标车速Vc、方向盘转角信号、刹车信号、电机转速、蓄电池电压、电容储能状态等进行A/D转换，应用电子差速算法计算电机的转速和位置，最后应用矢量控制算法和鲁棒控制算法，得到电压空间矢量PWM的控制信号，经过光电隔离电路后，驱动IPM功率开关器件。DSP控制器还负责整个系统的保护和监控，一旦系统出现过压、过电流、欠压等故障，DSP将封锁SVPWM输出信号，以保护IPM模块。异步电动机矢量控制基本思想就是把异步电机的电子电流分解为直轴电流分量ids和交轴电流分量iqs。矢量控制策略是当转子磁通恒定时，电磁转矩与定子电流的q轴分量成正比，通过控制定子电流的q轴分量就可以控制电磁转矩。这样由定子电流d轴分量控制转子磁通，q轴分量控制转矩实现了系统的完全解耦控制，形成经过SVPWM逆变调制信号，将期望电压矢量值供给逆变器，对异步电机进行供电，一旦控制器的参数设定好后，在电机的运行条件不发生改变的前提下，这个控制系统具有较好的动态响应性能。但由于电动汽车在行驶过程中道路工况复杂，且驾驶模式多变，那么电机的自身参数也随之改变，如果不对速度控制器的参数和输出不进行校正，驾驶性能会变差，所以利用通过脉冲编码盘获得的电机速度n反馈值，与经过电子差速算法输入的速度参考量refn和转向信号形成闭环。同时编码盘的另一个作用是获得转子的绝对位置，从而通过磁通观测环节，输出正确的磁通角θ以实现精确的PARK逆变换，这样对输出进行及时的校正，使真个系统在运行条件发生变化时，加快动态响应过程。为了抑制干扰对控制误差的影响，使得闭环控制系统正常工作，系统中的速度调节器采用H∞鲁棒标准控制问题的混合灵敏度设计算法以加强内部稳定性。采用矢量控制方案的交流异步电机的系统结构如图1所示。
2控制器硬件电路设计
控制系统的任务是根据驾驶员根据由方向盘、驱动踏板和制动踏板设定的指令信号，以及车辆当前的运行状态，即电机转速、蓄电池电压、电容储能状态等。首先调节主回路使其工作于某一特定的状态，然后调节相应功率器件的占空比，使电机电枢电流或者储能器件的充电功率满足驱动或制动踏板设定的指令值。控制系统硬件部分为以美国德州仪器（TI）公司的TMS320F2812型DSP（数字信号处理器）芯片为核心的控制电路板和相应的外围电路构成，如图2所示。系统主回路的电压、电流信号及驱动和制动踏板位置信号经传感器采集后，通过信号调理电路由DSP的A/D转换模块进行模数转换。控制系统的输出为多路SVPWM信号，电路中采用Avago公司的HCPL-316J门驱动光电耦合器对SVPWM信号进行处理，经光耦隔离处理后接入IGBT的门极。IGBT的故障信号经光耦隔离后接入DSP的功率驱动保护中断引脚。在主回路进行相应的调整后可用于电机的驱动和再生制动控制，霍尔传感器检测到的电机转子位置信号经信号调理电路接入DSP的捕获单元。制动系统由电机和能量储存器件，即超级电容或者高速飞轮组成。车辆制动时，电机在驱动控制系统的调节下工作于发电机工况，将车辆的部分动能或重力势能转化为电能经过控制储存在超级电容或飞轮中。这部分能量在车辆加速和爬坡时释放出来，协助电池向电机供电，使回收的能量得到再利用。超级电容通过双向DC/DC连接到直流母线，和电池并联通过电机控制器向电机供电。电机控制器在刹车踏板被踩下后，使电机工作于发电机工况，将回馈能量送至直流母线；双向DC/DC作为超级电容充放电控制器使用。车辆制动时将直流母线上的电机回馈能量进行电压变换后向超级电容充电；车辆起动或加速时使电容放电，电容储存能量经电压变换后送至直流母线，和电池并联向电机供电，一方面改善车辆加速性能，另外还可以避免电池大电流放电，延长电池寿命。控制系统外围电路主要包括PWM输出与IGBT故障信号输入光耦隔离电路，主回路电压、电流信号调理电路，以及电机转子位置检测信号调理电路。
3控制系统软件设计
控制系统软件设计采用基于空间磁场定向控制策略，即在速度控制器采用H∞鲁棒标准控制问题的混合灵敏度设计算法，系统q轴、d轴电流环采用PI控制器。利用TMS320F2812强大的实时算术运算能力，对异步电机的速度、转矩进行实时控制。系统控制软件先完成系统的初始化工作，包括DSP的内核初始化，模数转换（ADC）子模块的初始化，以及PWM输出子模块的初始化和数字输入输出（DIO）子模块的初始化。系统初始化完成后进入等待定时器周期中断循环状态。控制软件主程序如图3所示。图3控制器主程序流程图主回路的电压、电流和车辆的驱动、制动指令经滤波电路输入到DSP中，在定时器周期中断服务子程序中，首先对这些信号进A/D转换和数字滤波，在控制系统对车辆的运行状态做出判断后，运行相应的控制算法，并用控制量，即IGBT的占空比设置相应的PWM模块及PWM引脚的输出。中断处理模块程序流程图如图4所示。
4实验结果
以7.5KW电动汽车用交流异步电机为控制对象，其最大功率15KW、额定电压72V、额定扭矩为32N.m、最大转速为5600rpm、效率95%，根据异步电机的技术指标得到在MTS-II电机测试台架上的测试结果如表1，电机及其控制器外特性曲线如图5。将给定目标车速cV、方向盘转角信号、刹车信号、电机转速检测信号、蓄电池电压、电容储能状态等进行A/D转换的信号输入到上述设计的驱动控制系统中，相应交流电机侧得的技术参数如电压为72V、输入功率为6.6KW，转矩得到11.9N.m、转速为4609rpm、输出功率为5.7KW、均低于额定值。根据实验结果表明，电动汽车异步电机驱动控制器具有较好的系统稳定运行性能，较快的转速响应速度、达到预期的设计效果。
5结论
选择合适的电动机是提高各类电动汽车性价比的重要因素，因此研发或完善能同时满足车辆行驶过程中的各项性能要求，并具有坚固耐用、造价低、效能高等特点的电动机驱动方式显得极其重要。本文从选择合适的交流选择异步电机，设计基于矢量控制的变频调速系统，采用H∞鲁棒标准控制问题的混合灵敏度设计算法，解决复杂系统在不确定条件下维持系统可靠性和稳定性；采用的新型的PWM调制方式——空间电压矢量（SVPWM）脉宽调制原理与实现直-交PWM电流源型异步电机变频器控制器，提高了能量的利用效率；同时采用电子差速控制技术，解决电动汽车发展瓶颈中的电机及其控制系统中需要协调控制电机差速，实现倒退，转弯等功能。通过以上技术应用与传统PID控制器相比，非线性方法具有更好的控制效果，改善了电动车运行的稳定性和可靠性，而且在制动过程中可以回收更多的能量，提高了整车的能量利用效率，并且再生能源方便地回馈到电动汽车的蓄电池中，实现了能量回收。
作者：黄英 殷军 单位：江苏省光伏风电控制工程技术研发中心 苏州经贸职业技术学院 苏州秉立电动汽车科技有限公司
镇江市发展电动汽车产业拟采取相应措施宜基于上述SWOT分析得出的战略定位，重点针对其劣势与机遇，充分发挥政府、大学及科研院所、企业、科技中介等机构主体协同联动效应，合理配置技术、人力、资金、公共服务、基础设施等科技资源，形成政务、商务、研发，科技服务等“组合拳”，大力推动镇江科技电动汽车产业取得长足进展。
1.完善新能源电动汽车技术创新研发体系
目前世界各国电动车发展真正进入产业化阶段的只有日本丰田，美、法、德、英紧随其后。研发技术虽已取得一些进展，依然存在不少瓶颈有待突破，如若不能在降低燃料电池和氢气存储系统成本上有所突破，那么燃料电池汽车至少在2030年前不具备大规模产业化成熟条件；我国政府在“863计划”中明确提出电动汽车发展重点：确立“燃料电池汽车发展居首位，第二为混合动力电动汽车，纯电动汽车兼顾的基本原则”。为此，可考虑由政府牵头，联合本地江苏大学、江苏科技大学在北汽集团镇江公司建立企业工作站，尤其江苏大学汽车学院在汽车研发方面具备一定技术研发实力与实践经验积累，应尽早让科研机构与高校介入企业研发，弥合产业与学术届信息不对称隔阂，使技术研发与北汽二期开发生产电动汽车在时间与空间上实现无缝对接，及早形成多方协作的科研创新合力。在企业工作站基础上组建国家级创新平台，结合本地研发实力与要素资源重点突破动力电池、驱动电机、电子控制、快速充电设备等关键技术；推动产学研联盟建设，逐步形成集整车制造、关键部件与新材料、配套技术应用等为一体的研发设计机构；抢先进行相关技术专利申报，积极参与全国新能源电动车技术标准制定，争取创建国家级新能源汽车研发平台和产业示范基地。
2.加强新能源汽车发展各项政策扶持力度
基于省市原先政策措施如：《江苏省新能源汽车产业发展规划纲要》，《镇江“十二五”发展规划》，《镇江市城市总体规划》，《镇江市综合交通规划》，《镇江市公交规划》等政策文件，进一步加强相关政策扶持力度。电动汽车研发成本与售价均较高，可适当采取政府补贴方式，对企业研发和个人购买电动汽车予以支持；鉴于人们对传统汽车依赖的思维惯性，在原先预计基础上，可以公交为突破口推进示范推广，适当将镇江市2015年公交电动汽车保有量提高至20％－30％。此后逐步推进并培育私家与出租电动汽车消费市场；通过政策引导电动汽车消费与日常维保新商业模式，比如电动机车与电池价格均较高，可以借鉴其他地区一些做法，探索“车电分离”运营模式，通过在政策和资金方面扶持充电设备运营商及融资租赁机构，由特许经营商将“裸车”租赁给公交公司，提供电池并保障其使用年限，从而缓解公交企业一次性支付压力；通过政策引导，适当降低车贷利率，并提供相应优惠电价，以促动人们消费积极性。
3.形成促进新能源汽车推广应用长效机制
通过电视、网络、报刊等媒体，积极宣传低碳环保理念，使环保意识深入人心，令各方潜在消费群明确新能源电动汽车是人类未来交通工具发展趋势；积极进行充电桩配套设施及电动汽车日常维保方面认证、规划和建设。在总结积累基础上，形成相应技术与运营方式特有模式。鉴于国内外在电动汽车纯技术方面研发及标准设定已走在本市前列，但我们在充电配套及日常维保方面的技术与商业运作模式依然有望形成标准化系列配套模式并推广至其他省市，为镇江电动汽车产业在全国乃至世界范围内推广与销售奠定坚实支撑。以北汽落户镇江为发端，由政府机构牵头组成招商团，加快产业园区基础实施建设，给予一定政策优惠。进一步积极引进电动整车、配套部件、电极材料、充电设备和其他相关系列生产厂家投资。比如：整车领域的比亚迪、五龙等，动力电池、电机、总控领域有沃特玛、长河动力、汇川科技、航盛电子等，充电设备有奥特迅、巴斯巴；电池隔膜、正负极材料方面有星源材质、惠程电器、贝特瑞等。这样有助于本市产业结构升级由粗放型转入深度精细化，有望最终形成以龙头企业带动，关键零部件及相关材料和配套产业有机整合的新能源汽车产业链群体系。这是镇江电动汽车产业发展由扭转型战略跃迁至增长型战略的关键，使其成为我市振兴地方经济的又一绿色高科技支柱产业。
4.推进人才培育引进与金融支撑
21世纪谁掌握了关键人才与技术，谁就把控了某一行业发展先导与契机，为此加快人才培养与引进步伐刻不容缓。电动汽车行业发展不仅需要各种高精研发人员，对于各类销售、生产线操作、生产工艺、后期维保等各层级相关工程管理技术人员需求量也很大。结合当地现有高等、高职院校及技师学院教育布局，各高校可根据自身科研基础与办学特点，针对产业发展实际需求，分层分类培养各种工程技术与管理、销售人员。比如江苏大学与江苏科技大学可以开辟与整车、各项零部件生产及充电设备有关的研究生层面研发人员，及工业工程专业本科生；镇江高专正积极筹建汽车学院，培养电动汽车管理、销售及日常维保方面的技术与管理人员；交通技师学院和镇江技校可以相应培养电动车维修、充电站维护、生产线操作等技术工人等。然而，人员培养有其滞后性，尤其高端人才培育很难一蹴而就，为此有必要从全国乃至海外引进高端技术人才，政府机构及用人单位应在工作条件、收入待遇、配偶随调、研发费用、生活设施、子女入学等方面给予适当倾斜，这样才能留住并用好人才。鉴于新能源电动汽车前期研发，生产及配套充电站建设等方面资金投入颇巨，仅一座大型充电站建设动辑上千万，资金缺口较大。可以采取梯度投资，逐步完善，使配套设施投资规模与投产速度相匹配。此外，汽车厂商由于巨额投资及技术和市场开发不确定性，囿于传统车型既得利益，对新能源电动车研发与生产积极性不高。这一心态亦会蔓延至金融领域，使电动汽车在研发、生产、配套设施建设，销售等方面的信贷规模与流向受到制约。为此政府要对各金融机构做适时引导，使其明确：加大相应信贷力度，支持科技型新能源交通“功在当代，利在千秋”，不能只顾眼前利益而忽视长远发展。此外应加强电动汽车在生产、研发、推广、日常维护等方面安全管理，促进信息化全面升级，以利于以电动汽车为龙头的新能源高新产业链逐步成形。
作者：凌峰朱冬林范灵单位：镇江市高等专科学校南京理工大学经济管理学院镇江市高等专科学校
《宁夏电力杂志》2014年第六期
1电动汽车的能耗成本
电动汽车的能耗成本主要包括建设成本、运营成本及电池折旧成本[1]（电池由国家电网公司提供，但电池的折旧费用要摊到能耗成本之中）。在这里我们以单个换电站作为研究对象，假定电动汽车数量很多，换电站满负荷运营，计算出换电站的最大服务能力即能提供的最大能源补给的公里数，用以摊薄建设成本和运营成本。
1.4电动汽车换电成本将电动汽车能耗成本作为其换电成本，以上计算结果如表2所示。从表2可以看到，大客车的换电成本价格为5.25元/km，其中电池折旧所占比重最大。乘用车的换电成本价格为0.6元/km。
2电动汽车换电定价建议
2.1换电服务定价策略从市场情况分析来看，现阶段电动汽车能耗成本很高（电动大客车5.25元/km，而燃用天然气大客车则是1.42元/km，享受政府补贴的天然气公交车只需0.8元/km），如果按成本价格定价就无法吸引用户使用电动汽车。况且，现阶段银川地区的电动汽车充换电站仅有9座，而银川地区却有近40座天然气加气站，两者在服务便捷性上存在差距。但是，从可持续发展和绿色环保的角度看，电动汽车能耗成本下降存在很大的空间：随着电池技术的进步，2013年的电动汽车动力电池招标采购价格已经比2011年的采购价格下降25%，保守估计5年后还能下降50%～70%。如表3所示，随着国家推动电动汽车发展的相关政策逐步落实及政府对充换电网络建设提供资金补贴，电动汽车能耗成本会大幅度下降。而天然气作为不可再生能源，随着时间的推移储量将会越来越少，能耗成本会大幅上升。从表3中可以看到，如果能争取到50%的建站补贴，即电动汽车换电站建设成本降低一半；5年后，电动汽车动力电池价格下降70%，天然气价格上涨1倍以上；这几个条件同时实现的话，则电动汽车能耗成本均低于天然气车辆的能耗成本，电动汽车换电站比天然气加气站更具有竞争优势。因此，宁夏地区电动汽车换电服务的定价策略应是：积极争取政府补贴，先以具备市场竞争力的换电价格推动电动汽车的市场占有率，降低充换电网络经营风险，随着电池技术进步，换电价格逐步下降和竞争对手天然气价格的上升，在一定的时间范围内，最终实现充换电站的盈利。
2.2换电定价选择天然气车辆作为主要的竞争对手，电动汽车换电价格与天然气车辆的能耗成本价格挂钩，按约90%的比列收取。参考文献[2]的做法，根据实际情况，建议宁夏地区电动汽车换电价格如表4所示。电动公交车换电价格为0.8元/km。主要是争夺公交市场，虽然价格持平，但通过宣传电动汽车绿色无污染可以具备一定的竞争优势。普通电动大客车换电价格为1.25元/km。小型乘用车的换电价格为0.225元/km，都比天然气价格略低，以增加市场竞争力，吸引用户。
3效果和意义
（1）电动汽车换电定价建议已面向社会进行了意见征求：银川市公交公司对这个换电定价较为认可，在行驶成本基本相同的情况下，考虑到电动汽车环保、节能的优越性，愿意尝试使用电动公交车。银川地区的私家车主和出租车司机也表示，该换电定价比较具有吸引力。所以定价建议具有一定的市场可行性。（2）目前宁夏回族自治区经济和信息化委员会正在编写“‘十二五’期间宁夏电动汽车发展规划”，电动汽车换电定价建议可为其制定提供参考，对尽快实现规划目标有积极的促进作用。（3）电动汽车换电定价建议有助于实现电动汽车充换电站网络的市场化运营。
4结论
（1）电动汽车换电定价建议是通过调查、分析市场情况，综合考虑了宁夏地区交通车辆不同的能耗方式，论证了电动汽车换电服务网络的市场定位后提出的。（2）电动汽车换电定价建议具有可行性。虽然电动汽车换电服务的运营前期需取得政府补助，但随着电动汽车达到一定规模后，电池技术的不断进步，换电能耗成本将下降，预期5～7年后，电动汽车充换电价格可以不依靠政府补助参与市场竞争。（3）石油、天然气是不可再生能源，随着储量的下降，价格会越来越高，且以其为燃料的车辆还会产生环境污染问题。而电动汽车在节能环保、无污染零排放方面具有无可比拟的优势。所以电动汽车必将取代汽、柴油及天然气车辆，是未来交通工具的必然选择。
作者：刘德鹏单位：国网宁夏电力公司银川供电公司，
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