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機(jī)電工程學(xué)院
畢業(yè)設(shè)計(jì)外文資料翻譯
設(shè)計(jì)題目: GD6342微型客車設(shè)計(jì)—制動(dòng)系設(shè)計(jì)
譯文題目: 電動(dòng)、混合動(dòng)力和燃料電池展望
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35
正文：外文資料譯文
陳清泉
( 香港大學(xué) 電機(jī)電子工程學(xué)系，香港 薄扶林道，中國)
電動(dòng)、混合動(dòng)力和燃料電池汽車展望
摘 要： 由于汽車排放和燃油經(jīng)濟(jì)性的法規(guī)越來越嚴(yán)格，因此電動(dòng)汽車、混合動(dòng)力汽車和燃料電池汽車引起了汽車 制造企業(yè)、政府和用戶的關(guān)注。本文綜述電動(dòng)汽車、混合動(dòng)力汽車和燃料電池汽車的技術(shù)發(fā)展水平，焦距其技術(shù)特 點(diǎn)和產(chǎn)業(yè)化路線。歸納電動(dòng)汽車、混合動(dòng)力汽車和燃料電池汽車的基本特點(diǎn)。提出應(yīng)用工程哲學(xué)指導(dǎo)研究和開發(fā)的 重要性。分析動(dòng)力系統(tǒng)的各類結(jié)構(gòu)及其功能。揭示能量管理的挑戰(zhàn)、整車宏觀控制和子系統(tǒng)局部控制的功能和關(guān)系、 以及建議可才用的適當(dāng)控制模型。由于電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)是革命性的產(chǎn)業(yè)，因此必須采用綜合系統(tǒng)的創(chuàng)新，做到三好，即 好的產(chǎn)品、好的基礎(chǔ)設(shè)施和好的商業(yè)模式。
關(guān)鍵詞： 電動(dòng)汽車(EV)；混合電動(dòng)汽車（HEV）；燃料電池汽車（FCV）
中圖分類號(hào)： U46; U469.72
簡介
本文提供的電池驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)汽車現(xiàn)狀的概述（BEV）、混合動(dòng)力電動(dòng)汽車（HEV）和燃料電池電動(dòng)汽車（FCV）[1-8]對他們的技術(shù)特點(diǎn)和商業(yè)模式入手對純電動(dòng)汽車的特點(diǎn)研究，混合動(dòng)力汽車和燃料電池汽車。由于電動(dòng)汽車技術(shù)是汽車技術(shù)與電氣技術(shù)的融合，系統(tǒng)集成和優(yōu)化方法是必不可少的，包括其基礎(chǔ)設(shè)施和商業(yè)模式的電動(dòng)汽車系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)應(yīng)遵循適當(dāng)?shù)墓こ汤砟?。?dòng)力系統(tǒng)是電動(dòng)汽車的心臟；因此本文分析建筑與各種動(dòng)力系統(tǒng)的功能。能源管理是實(shí)現(xiàn)燃油經(jīng)濟(jì)性和降低排放的關(guān)鍵，因此本文探討了能源管理的挑戰(zhàn)，探討了全球控制與局部控制的功能和相互作用，并提出了相應(yīng)的控制模型的可能類型。
推廣電動(dòng)汽車的成功依賴于良好的產(chǎn)品，良好的基礎(chǔ)設(shè)施和良好的商業(yè)模式的可用性，以及與智能電網(wǎng)和信息通信技術(shù)（通信技術(shù)）的電動(dòng)汽車的整合。我們的目標(biāo)是逐步實(shí)現(xiàn)四個(gè)零：零排放，零汽油，零交通事故和零交通擁堵。
1.概述
1.1純電動(dòng)汽車混合動(dòng)力汽車和燃料電池汽車的特點(diǎn)
自1973，石油危機(jī)，世界開始關(guān)注石油供應(yīng)和消費(fèi)的平衡?；剂腺Y源量有限，但石油需求量已顯著增加。交通部門是最大的能源部門。它在最近幾十年中石油消費(fèi)量的增長率最高。這種增長在很大程度上來自新的需求，為個(gè)人使用的車輛，采用傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)。
一些環(huán)境問題，如溫室效應(yīng)、酸沉降、大氣污染等，直接關(guān)系到車輛的排放。由于能源危機(jī)，加劇了世界一部分的緊張局勢。
因此，政府機(jī)構(gòu)和組織制定了更嚴(yán)格的燃料消耗和排放標(biāo)準(zhǔn)。電池驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)汽車（電動(dòng)車）看起來像是理想的解決方案來應(yīng)對能源危機(jī)和全球變暖，因?yàn)樗麄冇辛阌秃暮土闩欧诺默F(xiàn)場。然而，高初始成本、續(xù)駛里程短，充電時(shí)間長，造成車輛只適用于某些應(yīng)用提供良好的基礎(chǔ)設(shè)施，除非如電池租賃和交換，慢充充電和快速充電的組合中，以及與智能電網(wǎng)的整合。
混合動(dòng)力電動(dòng)汽車（HEV）的開發(fā)是為了克服冰車輛和電動(dòng)車的缺點(diǎn)?；旌蟿?dòng)力電動(dòng)汽車將傳統(tǒng)的推進(jìn)系統(tǒng)與電儲(chǔ)能系統(tǒng)和一臺(tái)電機(jī)（電磁）結(jié)合起來。它有一個(gè)更長的距離比純。與傳統(tǒng)的內(nèi)燃機(jī)相比，它顯示了改進(jìn)的燃油經(jīng)濟(jì)性。如果車輛停下來，冰可以停下來。電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)能優(yōu)化冰的效率，從而降低油耗和排放。在制動(dòng)和下坡行駛過程中，可以回收動(dòng)能。一定范圍內(nèi)的靜音操作的零排放是可能的，混合動(dòng)力汽車是電動(dòng)模式驅(qū)動(dòng)。這工作范圍可能是如果電池可以通過連接插頭電源充電的擴(kuò)展，如電網(wǎng)。這種混合動(dòng)力汽車（PHEV）稱為塞。此外，主板上的EMS的混合動(dòng)力汽車提供更大的靈活性和可控性對車輛的控制，如防抱死制動(dòng)（ABS）和車輛穩(wěn)定性控制（VSC），從而提供改進(jìn)的性能。雖然混合動(dòng)力汽車可以滿足公路運(yùn)輸對能源危機(jī)和環(huán)境污染的挑戰(zhàn)，它仍然是很難被公眾廣泛接受。汽車買家存在的三大障礙：第一個(gè)是他們的高購買價(jià)格；二是可靠性和在汽車商店缺乏相關(guān)維修的電工；第三個(gè)是缺乏高性能的電動(dòng)汽車，可以抵抗高電壓，高電流開關(guān)引起的電磁干擾等。
燃料電池汽車（燃料電池汽車）使用燃料電池從空氣和氫氣發(fā)電。電是用來驅(qū)動(dòng)車輛或存儲(chǔ)在能量存儲(chǔ)裝置，如電池或超級(jí)電容器。它們只會(huì)放出水蒸氣，它們有可能有很高的效率。與燃料電池汽車的主要問題是：首先，高價(jià)格和現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的生命周期問題；其次，氫的板載存儲(chǔ)需要的能量密度的提高；再次，氫分布和加油基礎(chǔ)設(shè)施需要建設(shè)[ 9 ]。
1.2工程用的電動(dòng)汽車，混合動(dòng)力汽車和燃料電池汽車
從總體上講，電動(dòng)汽車的工程本質(zhì)上是汽車工程與電氣工程的結(jié)合。因此，系統(tǒng)集成和優(yōu)化的主要考慮，以實(shí)現(xiàn)良好的電動(dòng)汽車的性能，以負(fù)擔(dān)得起的成本。由于電力推進(jìn)的特點(diǎn)是從根本上不同于發(fā)動(dòng)機(jī)的推進(jìn)，一種新的設(shè)計(jì)方法是電動(dòng)汽車工程必不可少的。此外，先進(jìn)的能源和智能能源管理是使電動(dòng)汽車提升競爭力關(guān)鍵因素。當(dāng)然，整體成本效率是電動(dòng)汽車市場化的基本因素。
現(xiàn)代電動(dòng)汽車的設(shè)計(jì)方法應(yīng)該包括從汽車工程的藝術(shù)狀態(tài)的技術(shù)，電氣和電子工程，化學(xué)工程，應(yīng)采用獨(dú)特的設(shè)計(jì)，特別適合于電動(dòng)汽車，并應(yīng)制定特殊的制造技術(shù)，特別適用于電動(dòng)汽車。應(yīng)盡力優(yōu)化電動(dòng)汽車的能量利用率。
表1顯示了電動(dòng)汽車的特性比較，混合動(dòng)力汽車和燃料電池汽車。
汽車安全與能源
電動(dòng)汽車的特點(diǎn)表1，混合動(dòng)力汽車和燃料電池汽車
車輛類型
純電動(dòng)車
混合動(dòng)力汽車
燃料電池汽車
推動(dòng)力
l 電動(dòng)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)
l 電動(dòng)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)
l 內(nèi)燃機(jī)
l 電動(dòng)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)
能量儲(chǔ)存系統(tǒng)（ESS）
l 電池
l 超級(jí)電容器
l 電池
l 超級(jí)電容器
l 發(fā)電機(jī)組
l 燃料電池
l 充電電池/超級(jí) 電容提高功率密度
能源和基礎(chǔ)設(shè)施
l 電動(dòng)充電設(shè)施
l 加油站
l 電動(dòng)充電設(shè)施
l 氫
l 氫生產(chǎn)和運(yùn)輸基礎(chǔ)設(shè)施
特點(diǎn)
l 零排放
l 高能源效率
l 原油的獨(dú)立性
l 相對較短的范圍 內(nèi)
l 高初始成本
l 商業(yè)上可用
l 非常低的排放量
l 高燃油經(jīng)濟(jì)性
l 長期駕駛
l 依賴于原油
l 成本比內(nèi)燃機(jī)高
l 商業(yè)上可用
l 零或超低排放
l 高能源效率
l 原油的獨(dú)立性
l 高成本
l 正在發(fā)展
主要問題
l 電池和電池管理
l 充電設(shè)施
l 多能源控制，優(yōu)化和管理
l 電池的尺寸和管理
l 燃料電池成本，循環(huán)壽命和可靠性
l 氫基礎(chǔ)設(shè)施
電動(dòng)汽車工程的理念是汽車工程與電氣工程，包括電機(jī)、電力電子轉(zhuǎn)換器、控制器、電池或其他儲(chǔ)能裝置和能源管理系統(tǒng)的聯(lián)姻?；橐鲆馕吨履锖托吕梢殉浞至私庑愿竦幕锇?，能夠應(yīng)付和諧相處和最好的執(zhí)行以達(dá)到所需的性能在最大的能源效率和最低的排放。
混合動(dòng)力汽車的工程理念是1±1＞2。這意味著從發(fā)動(dòng)機(jī)推進(jìn)和電機(jī)推進(jìn)一體化中獲得的附加價(jià)值，充分利用電氣、電子和控制技術(shù)的優(yōu)勢和靈活性，不僅提高了能源效率和減少排放，而且也變得更加智能化、駕駛舒適性和安全性。就像騾子是馬和驢的雜交，騾子具有馬和驢的最好的DNA，因此更強(qiáng)大的耐力。在混合動(dòng)力汽車中，主要的關(guān)鍵技術(shù)是控制算法和能量管理的優(yōu)化。
燃料電池汽車的工程哲學(xué)是汽車工程的集成、電氣工程和燃料電池工程。由于燃料電池是一種與汽油和電池有很大區(qū)別的新能源裝置，每一次的努力都應(yīng)該保證燃料電池的整體系統(tǒng)是高效、可靠、最合理、最合理的成本。其它高功率密度器件如鋰離子電池或超級(jí)電容器可用于與燃料電池相結(jié)合，提高車輛的啟動(dòng)性能。電力推進(jìn)系統(tǒng)和燃料電池系統(tǒng)必須應(yīng)付得很好，達(dá)到所需的性能在最大的能源效率和最低的排放。
總之，工程哲學(xué)的核心是系統(tǒng)集成和優(yōu)化。綜合系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則可以歸納為以下六個(gè)原則[ 10 ]：
1） 辯論，定義、修改要達(dá)到的目的
目標(biāo)系統(tǒng)存在交付能力。一個(gè)要求聲明必須如何進(jìn)行測試。要求重新約束技術(shù)與 預(yù)算。
2）整體思維
整體比部分的總和還多，而每一部分都是整體的一部分。
3）有創(chuàng)新
高瞻遠(yuǎn)矚
4）遵循紀(jì)律處分程序
分裂與征服，結(jié)合與統(tǒng)治。
5）顧及人民
犯錯(cuò)是人；人體工程學(xué)；倫理與信任
6）管理項(xiàng)目及關(guān)系
所有與個(gè)人，個(gè)人與整體。
2.結(jié)構(gòu)與動(dòng)力
雪地車是由燃料和冰推。電動(dòng)車的電池和電機(jī)驅(qū)動(dòng)?；旌蟿?dòng)力汽車的動(dòng)力系統(tǒng)相結(jié)合，推動(dòng)兩。冰提供了混合動(dòng)力車輛的駕駛范圍擴(kuò)展，而電機(jī)（EM）的再生能源在制動(dòng)和儲(chǔ)存多余的能量從冰上滑行過程中提高效率和燃油經(jīng)濟(jì)性。根據(jù)如何兩動(dòng)力系統(tǒng)是集成的，一般來說，有三種基本結(jié)構(gòu)的混合動(dòng)力汽車，即：串聯(lián)，并聯(lián)混合動(dòng)力和串并聯(lián)混合型[ 11-13 ]。
在這些不同的架構(gòu)，一系列平行的混合動(dòng)力車與行星齒輪（圖1）有一個(gè)“最大”的架構(gòu)，可以最大限度地優(yōu)化。因此，這一體系結(jié)構(gòu)被選擇作為我們的討論和比較的基礎(chǔ)，和其他架構(gòu)來自這個(gè)基本架構(gòu)方案。在這些架構(gòu)中，電池是用球棒，由燃料的燃料箱，通過逆變器的電壓源逆變器，通過電磁電機(jī)，由冰和經(jīng)分別傳動(dòng)的內(nèi)燃機(jī)。黑線平均電耦合和橙色線平均機(jī)械耦合。
值得注意的是，傳輸是一種離散變速箱離合器，無級(jí)變速器（CVT）或固定減速齒輪。串并聯(lián)成混合動(dòng)力電動(dòng)汽車。
在一個(gè)串并聯(lián)混合動(dòng)力汽車，行星齒輪（圖1）是用[ 7，14 ]。電機(jī)1（EM1）與傳動(dòng)軸（反）連接到行星齒圈（R），而冰是分別連接到載體（C）和EM2是連接太陽輪（S）的。
由于直流（直流）總線和行星齒輪，一系列并聯(lián)混合動(dòng)力可以作為一個(gè)系列混合或并聯(lián)混合分別。由于行星齒輪，冰速度是速度和速度的EM1和EM2。EM1速度是車輛的速度成正比。在一個(gè)給定的車速（或給定的EM1，EM2速度）的速度可以調(diào)節(jié)，以調(diào)整冰速度。冰可以工作在最佳區(qū)域的EM2控制。盡管具有串聯(lián)和并聯(lián)混合動(dòng)力電動(dòng)汽車的這些特點(diǎn)，兩機(jī)和行星齒輪裝置是必要的，使傳動(dòng)系統(tǒng)有些復(fù)雜和昂貴的。此外，該架構(gòu)的控制是相當(dāng)復(fù)雜的。這種建筑（圖2）是以這樣一種方式來描述的，以推斷出其他經(jīng)典建筑。
2.1串聯(lián)式混合動(dòng)力電動(dòng)汽車
從這串并聯(lián)混合式結(jié)構(gòu)，如果去掉EM1和冰之間的聯(lián)系，獲得了一系列的混合動(dòng)力汽車。在這一系列混合動(dòng)力車（圖3），能量節(jié)點(diǎn)之間的電源和傳輸是發(fā)生在直流母線。
串聯(lián)式混合動(dòng)力汽車，內(nèi)燃機(jī)機(jī)械輸出是先轉(zhuǎn)換成電能使用EM2。轉(zhuǎn)換電力或電池充電或可以繞過電池驅(qū)動(dòng)輪通過EM1和傳輸。由于內(nèi)燃機(jī)與驅(qū)動(dòng)輪之間的解耦關(guān)系，它具有一定的靈活性，用于定位的內(nèi)燃機(jī)發(fā)生器。由于同樣的原因，發(fā)動(dòng)機(jī)可以在它的非常狹窄的最佳區(qū)域獨(dú)立從車輛的速度。由于一個(gè)單一的扭矩源控制簡單（EM1）的傳輸。由于轉(zhuǎn)矩——轉(zhuǎn)速特性的電機(jī)傳動(dòng)固有的高性能，多級(jí)齒輪傳動(dòng)和離合器是不必要的。然而，這樣的級(jí)聯(lián)結(jié)構(gòu)導(dǎo)致一個(gè)相對低的效率和三臺(tái)機(jī)器（內(nèi)燃機(jī)，電機(jī)和發(fā)電機(jī)）是必需的。另一個(gè)缺點(diǎn)是，所有這些推進(jìn)裝置需要為最大持續(xù)功率的大小，使系列混合動(dòng)力電動(dòng)汽車昂貴。另一方面，當(dāng)它只需要服務(wù)，如短行程通勤工作和購物，一個(gè)較低的額定值對應(yīng)的冰發(fā)電機(jī)組可以采用。
最近，EVT（電子變速器）已經(jīng)取代行星齒輪。極值理論是一種具有兩個(gè)機(jī)械端口和一個(gè)電氣端口機(jī)電能量變換器（由兩個(gè)電機(jī)和逆變器）[ 15 ]。EVT [16-18]，可以考慮作為一個(gè)組合的兩個(gè)感應(yīng)電機(jī)：EM1、EM2 EM2定子旋轉(zhuǎn)，和EM2轉(zhuǎn)子與轉(zhuǎn)子的EM1。為了降低系統(tǒng)的重量和尺寸，將兩者集成在一臺(tái)機(jī)器上，作為雙轉(zhuǎn)子感應(yīng)電機(jī)的19、15、雙轉(zhuǎn)子永磁機(jī)[ 20 ]。
2.2并聯(lián)混合動(dòng)力電動(dòng)汽車
從串并聯(lián)混合動(dòng)力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，如果以除去EM2，然后得到一個(gè)并聯(lián)式混合動(dòng)力汽車（圖4）。在并聯(lián)混合動(dòng)力系統(tǒng)，能量的節(jié)點(diǎn)是在一個(gè)機(jī)械耦合發(fā)生。這種機(jī)械耦合可以看成是一個(gè)普通的軸或連接的2個(gè)軸的齒輪，皮帶輪皮帶機(jī)等。
推進(jìn)功率可由內(nèi)燃機(jī)單獨(dú)提供，通過EM1或由。EM1可以作為發(fā)電機(jī)制動(dòng)或吸收功率從內(nèi)燃機(jī)時(shí)其輸出大于所需的功率來驅(qū)動(dòng)車輪再生電池充電。優(yōu)于串聯(lián)混合動(dòng)力汽車，混合只需要兩推進(jìn)裝置，發(fā)動(dòng)機(jī)，而且較小的設(shè)備，可以用來獲得相同的動(dòng)態(tài)性能。但由于發(fā)動(dòng)機(jī)與傳輸之間的機(jī)械耦合，內(nèi)燃機(jī)不能總是在其最佳的區(qū)域，因此離合器是必要的。另一個(gè)缺點(diǎn)是相對復(fù)雜的控制。
2.3內(nèi)燃機(jī)車
內(nèi)燃機(jī)汽車（圖5）仍然是串并聯(lián)混合式體系結(jié)構(gòu)。內(nèi)燃機(jī)車有很長的駕駛里程和很短的加油時(shí)間，但面臨著污染問題和石油需求的壓力。
2.4電池供電的電動(dòng)汽車
電池驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)汽車（圖6）是得到只有EM1基礎(chǔ)動(dòng)力保持。因?yàn)橹挥须姵鼗螂娔艽鎯?chǔ)為基礎(chǔ)的電源驅(qū)動(dòng)的車輛，可以實(shí)現(xiàn)零排放。但其初始成本高，短驅(qū)動(dòng)范圍和長期充電時(shí)間已導(dǎo)致其限制。
2.5燃料電池車
從結(jié)構(gòu)的角度看，燃料電池車可以被視為電池供電的電動(dòng)汽車類型。燃料電池車也可以配備電池或超級(jí)電容器[ 6 ]。這種燃料電池車可以被認(rèn)為是作為一個(gè)串聯(lián)混合動(dòng)力汽車類型的燃料電池作為一個(gè)發(fā)電機(jī)從氫[ 21 ]。車載燃料電池產(chǎn)生電力，這是用來給推進(jìn)電機(jī)EM1提供電源，或儲(chǔ)存在電池或超級(jí)電容器用于將來使用。
2.6架構(gòu)與功能
不同的功能可以通過使用以前的HEV架構(gòu)實(shí)現(xiàn)。他們可以被歸類為內(nèi)燃機(jī)和電機(jī)之間的功率比。利用電力推進(jìn)技術(shù)，獲得了更多的燃油經(jīng)濟(jì)性。
1） 微混合（Stop-and-Go功能）–在混合型車輛的情況下，一個(gè)小功率電機(jī)作為起動(dòng)發(fā)電機(jī)[ 22 ]。內(nèi)燃機(jī)保證了車輛的推進(jìn)力。在啟動(dòng)時(shí)，電機(jī)能幫助內(nèi)燃機(jī)獲得更好的操作點(diǎn)。由于電機(jī)的快速動(dòng)力學(xué)，微混合動(dòng)力確保“停走”模式：內(nèi)燃機(jī)可以停止當(dāng)車輛處于靜止?fàn)顟B(tài)（如在交通燈）。從2%到10%的城市驅(qū)動(dòng)循環(huán)的燃油經(jīng)濟(jì)性改善估計(jì)。
2）輕度混合動(dòng)力（增強(qiáng)功能）-在這種情況下，電動(dòng)機(jī)是用來在加速或制動(dòng)過程中增加一個(gè)附加扭矩的內(nèi)燃機(jī)。當(dāng)然，停止和去功能也得到了保證。然而，電機(jī)器本身不能推動(dòng)車輛。還實(shí)現(xiàn)了再生制動(dòng)功能。從10%到20%的燃油經(jīng)濟(jì)性改善估計(jì)。
3）全混合動(dòng)力（電力牽引）–在這種情況下，電機(jī)能夠確?！傲闩欧跑囕v的車輛的整體推進(jìn)”（ZEV）模式。此模式可用于城市中心。車輛的推進(jìn)也可以由冰或冰和電機(jī)的組合制成。從20%到50%的燃油經(jīng)濟(jì)性改善估計(jì)。
4）插電式混合（和范圍擴(kuò)展器）–插電式混合動(dòng)力汽車，電池可以充電使用外部電源插頭。通過這種方式，更多的能量可以從電池和電網(wǎng)中提取，而內(nèi)燃機(jī)是不需要保持在一個(gè)光范圍內(nèi)的電池組的片上系統(tǒng)（充電狀態(tài)）。在某些情況下，插電式汽車可以只是一個(gè)純以小功率冰從燃料電池進(jìn)行充電，延長續(xù)駛里程，冰和發(fā)電機(jī)，這種情況也被稱為“增程器”。如果不使用電池充電（例如在城市驅(qū)動(dòng)循環(huán)），燃料電池的混合動(dòng)力可以提高100%。
然而，一些架構(gòu)是專門為一些混合動(dòng)力車準(zhǔn)備的功能（表2）。純電動(dòng)汽車和燃料電池汽車不在這張桌子是因?yàn)樗麄冎皇褂秒娏?，所有功能均由電機(jī)保證。
表2功能與架構(gòu)的混合動(dòng)力電動(dòng)汽車（主要的工業(yè)解決方案）
微型混合動(dòng)力汽車
中型混合動(dòng)力汽車
全混合動(dòng)力汽車
可外接充電式混合動(dòng)力電動(dòng)汽車
串并聯(lián)
×
×
×
并聯(lián)
×
×
×
串聯(lián)
×
×
圖7顯示的是動(dòng)力總成技術(shù)路線圖。一種方式是持續(xù)改進(jìn)的內(nèi)燃機(jī)而另一種方式是發(fā)展先進(jìn)的電機(jī)驅(qū)動(dòng)器。而混合動(dòng)力汽車需要兩者的結(jié)合。電動(dòng)汽車的關(guān)鍵技術(shù)是電機(jī)驅(qū)動(dòng)器和電池。
圖8顯示電機(jī)驅(qū)動(dòng)技術(shù)的發(fā)展。
圖9所示，電池技術(shù)的發(fā)展。
3.純電動(dòng)汽車、混合動(dòng)力汽車和燃料電池汽車的能源管理
純電動(dòng)汽車、混合動(dòng)力汽車和燃料電池汽車，是一個(gè)真正的挑戰(zhàn)[ 23 ]。首先，它們是由不同的多物理子系統(tǒng)，它有自己的控制約束。其次，對傳統(tǒng)混合動(dòng)力汽車和燃料電池汽車的目的，是取代傳統(tǒng)熱車輛。為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，必須得到相同（或更好）的動(dòng)態(tài)性能，而且，最佳的能量管理是必需的，以減少燃料消耗和污染物排放。
它是必不可少的，以欣賞不同的控制水平[ 24 ]。由于這樣的系統(tǒng)的復(fù)雜性，可以定義2個(gè)控制水平。第一個(gè)是與本地控制的子系統(tǒng)。二級(jí)控制水平與整個(gè)系統(tǒng)的能量管理相關(guān)聯(lián)，以協(xié)調(diào)各子系統(tǒng)的能量管理。
大多數(shù)混合動(dòng)力汽車在能源管理的文獻(xiàn)都只是專注于全球控制水平。然而，應(yīng)考慮適當(dāng)?shù)谋镜乜刂?，并考慮到一些約束的子系統(tǒng)。
1） 本地控制子系統(tǒng)–子系統(tǒng)的局部控制在混合動(dòng)力電動(dòng)汽車的能量管理的研究往往被忽視。但是如果不以最佳方式控制子系統(tǒng)，則不能實(shí)現(xiàn)有效的策略。大部分的時(shí)間子系統(tǒng)被認(rèn)為是獨(dú)立的。從這個(gè)假設(shè)，經(jīng)典的控制，這些設(shè)備通常使用。但從系統(tǒng)的角度來看，所有的子系統(tǒng)是相互關(guān)聯(lián)的。因此，它們之間的相互作用將被考慮在內(nèi)。此外，一些協(xié)會(huì)的子系統(tǒng)導(dǎo)致修改他們的功能模型（整體方法）。例如，當(dāng)2個(gè)電動(dòng)機(jī)和一個(gè)集成電路發(fā)動(dòng)機(jī)通過行星齒輪連接時(shí)，三個(gè)軸必須用一二個(gè)等效慣性來表示：三個(gè)輸入扭矩在功能上只有2個(gè)獨(dú)立的旋轉(zhuǎn)速度。2個(gè)特定的速度控制器（而不是三）需要管理三個(gè)轉(zhuǎn)矩的速度。此外，本地控制計(jì)劃有其自身的動(dòng)力學(xué)和限制，對全球控制的影響。
2） 全球系統(tǒng)的全球控制，全球控制必須在能源管理戰(zhàn)略的功能中統(tǒng)籌各子系統(tǒng)。這種監(jiān)管水平一般會(huì)導(dǎo)致本地控制回路的引用。例如，電動(dòng)機(jī)和內(nèi)燃機(jī)的轉(zhuǎn)矩參考通常是從一個(gè)并聯(lián)混合動(dòng)力電動(dòng)汽車的能量管理。因?yàn)檫@個(gè)全球控制必須管理整個(gè)車輛，它通常是基于一個(gè)簡化的模型。向后，非因果或穩(wěn)態(tài)模型可以用來減少計(jì)算時(shí)間。
3） 本地和全球的相互作用-因?yàn)檫@一全球控制必須給本地控制提供參考，其動(dòng)態(tài)必須低于本地的閉環(huán)動(dòng)態(tài)。這一事實(shí)證明了使用的準(zhǔn)靜態(tài)模型開發(fā)的全球控制。此外，限制往往強(qiáng)加在瞬態(tài)狀態(tài)（即轉(zhuǎn)矩限制）。如果全球控制水平?jīng)]有考慮到本地控制的局限性，在這些階段中不能實(shí)現(xiàn)所需的能量管理。它已被證明，對于系統(tǒng)與能量共享，能量節(jié)點(diǎn)是一個(gè)關(guān)鍵問題[ 25 ]。的方式來分配能量往往是多個(gè)和幾個(gè)解決方案可以使用。這些自由度必須強(qiáng)調(diào)。在一些作品中這種自由度是用來連接的本地控制和車輛[ 26 ]能源管理。事實(shí)上，兩個(gè)控制水平的邊界是不那么明顯。第一步包括定義什么可以考慮在本地控制，以及可以考慮在一個(gè)全球性的控制。
總之，混合動(dòng)力電動(dòng)汽車的能量管理，使用多種能源的電動(dòng)汽車和燃料電池汽車，一般都是在兩個(gè)層面。各個(gè)子系統(tǒng)的控制有明顯的保證，以保證受監(jiān)督程度的參考?？焖賱?dòng)態(tài)響應(yīng)快速響應(yīng)不同的功率需求。整個(gè)系統(tǒng)的監(jiān)督，以確保最佳的能源管理，以減少燃料消耗和污染物排放。這一全球級(jí)別的子系統(tǒng)控制的本地引用。
兩者之間的分解，控制水平是不那么明顯，當(dāng)多個(gè)子系統(tǒng)強(qiáng)烈互動(dòng)，通過充滿活力的節(jié)點(diǎn)。在這些情況下，功能因果關(guān)系的描述是非常有用的，分析當(dāng)?shù)刈酉到y(tǒng)協(xié)會(huì)的約束。此外，如果一個(gè)子系統(tǒng)是在限制，這個(gè)信息必須考慮到在監(jiān)管水平，以更合適的方式分配的電力需求。
本地子系統(tǒng)的控制一般來自于專業(yè)知識(shí)，如內(nèi)燃機(jī)或電機(jī)控制。對于新的組件，如燃料電池，反轉(zhuǎn)為基礎(chǔ)的控制是有用的，以利用子系統(tǒng)的最佳方式。動(dòng)態(tài)因果模型，因此需要開發(fā)這些實(shí)時(shí)控制。
整個(gè)系統(tǒng)的能量管理（監(jiān)督）具有較低的動(dòng)態(tài)子系統(tǒng)的控制。此外，他們必須從全局的角度來考慮系統(tǒng)的整體系統(tǒng)。
4.商業(yè)化路線圖
降低成本，減少尺寸和重量，高性能，所有利益相關(guān)者的支持是成功的市場普及電動(dòng)汽車的主要問題，混合動(dòng)力汽車和燃料電池汽車。政府機(jī)構(gòu)、學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)、消費(fèi)者、主要零部件供應(yīng)商、石油、天然氣和電力公用事業(yè)的支持尤為關(guān)鍵。關(guān)鍵問題是：用戶可以得到什么經(jīng)濟(jì)或其他利益？社會(huì)能享受什么環(huán)境效益？和傳統(tǒng)的汽車相比，開沒有消極的點(diǎn)是有趣的嗎？適當(dāng)?shù)牧⒎ù胧┖图?lì)措施是必要的，以有效地減少二氧化碳和減少對石油的依賴。杠桿影響電動(dòng)和混合動(dòng)力汽車的滲透，包括燃料價(jià)格、監(jiān)管和稅收，地方立法，購買激勵(lì)，股權(quán)等無形的綠色形象和駕駛樂趣、公共教育等。
電動(dòng)汽車普及的成功依賴于合理的成本，良好的基礎(chǔ)設(shè)施，經(jīng)濟(jì)，高效，方便，創(chuàng)新的商業(yè)模式，可以充分利用電池的初始成本。圖14說明了這些概念圖。
為了最大限度地提高電動(dòng)汽車的附加值，電動(dòng)汽車與智能電網(wǎng)的整合[ 29 ]，也與信息和通信技術(shù)是必不可少的。圖15和圖16說明了這些優(yōu)點(diǎn)。電動(dòng)汽車的電池有2個(gè)作用：它作為電動(dòng)汽車的能量和動(dòng)力儲(chǔ)存，它也作為一個(gè)旋轉(zhuǎn)備用電源。雖然網(wǎng)格是強(qiáng)大的，網(wǎng)格將收取的電池，但當(dāng)網(wǎng)格是弱，電池提供電力的電網(wǎng)。因此，它可以實(shí)現(xiàn)三個(gè)優(yōu)點(diǎn)，即：1.提高網(wǎng)格的穩(wěn)定性和負(fù)載系數(shù)；2.為了提高電池的壽命，因?yàn)殡姵爻潆姾头烹?，通過控制電池的充電狀態(tài)（電池）；3.在惡劣的天氣條件下減少風(fēng)力發(fā)電和太陽能發(fā)電的損失，連接到網(wǎng)格，因?yàn)殡姵乜梢宰鳛榇鎯?chǔ)接受風(fēng)力和太陽能的動(dòng)態(tài)能力。
圖17顯示了電動(dòng)汽車商業(yè)化路線圖?？梢钥闯?，第一步是由政府推動(dòng)。這是必要的，以獲得經(jīng)驗(yàn)，提高質(zhì)量和可靠性。公共交通的推廣在城市區(qū)域的減少具有明顯的優(yōu)勢，公共交通的路線是固定的，因此可以根據(jù)公交車的工作循環(huán)進(jìn)行電池的運(yùn)行。此外，它似乎是促進(jìn)小型電池電動(dòng)汽車將有明顯的優(yōu)勢，因?yàn)樗璧哪芰亢凸β实碾姵厥潜容^小的。此外，微型電動(dòng)汽車的結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化，如使用輕質(zhì)材料和創(chuàng)新的設(shè)計(jì)，等等。
圖18顯示了預(yù)測的電動(dòng)汽車普及。準(zhǔn)確預(yù)測是很難的，因?yàn)殡妱?dòng)汽車的發(fā)展是關(guān)鍵和動(dòng)態(tài)的階段。
電動(dòng)汽車行業(yè)是一個(gè)顛覆性的行業(yè)，因此創(chuàng)新設(shè)計(jì)和制造以及商業(yè)化的方法應(yīng)該被采納。
圖19顯示了傳統(tǒng)的汽車工業(yè)和電動(dòng)汽車行業(yè)的明顯區(qū)別。預(yù)計(jì)除了傳統(tǒng)的汽車原始設(shè)備制造商（代工），新的電動(dòng)汽車制造商，只生產(chǎn)電動(dòng)汽車將出現(xiàn)。這些新的電動(dòng)汽車制造商將沒有負(fù)擔(dān)的冰相關(guān)的投資，因此將能夠創(chuàng)造新的價(jià)值鏈。
電動(dòng)汽車及其基礎(chǔ)設(shè)施的標(biāo)準(zhǔn)化，必然會(huì)增強(qiáng)其安全性、兼容性和性能。電動(dòng)汽車應(yīng)該能夠安全地到處充電。圖20顯示了相關(guān)的電動(dòng)汽車標(biāo)準(zhǔn)。
重要的是，該公司有適當(dāng)?shù)纳虡I(yè)化路線圖。公司首席執(zhí)行官應(yīng)率先繪制商業(yè)化道路圖和技術(shù)路線圖。這項(xiàng)任務(wù)不應(yīng)該只專注于研發(fā)部或銷售部，因?yàn)檫@是一個(gè)重大的項(xiàng)目，這將對社會(huì)和公司產(chǎn)生重大的影響。除了要有明確的目標(biāo)外，高級(jí)管理者還應(yīng)具有整體性和創(chuàng)造性的思維來監(jiān)督項(xiàng)目的進(jìn)展。以下是一家大型汽車公司在混合動(dòng)力汽車開發(fā)和商業(yè)化中的成功經(jīng)驗(yàn)：
1）有正確的戰(zhàn)略計(jì)劃，包括近期、中期和長期。
2）有足夠的資金支持發(fā)展計(jì)劃。
3）有創(chuàng)新的核心技術(shù)，特別是創(chuàng)新技術(shù)在汽車技術(shù)和電驅(qū)動(dòng)技術(shù)和能源存儲(chǔ)技術(shù)的融合。
4）有正確的技術(shù)路線圖。了解技術(shù)的藝術(shù)狀態(tài)，技術(shù)，成本和市場之間的貿(mào)易。了解電動(dòng)汽車、混合動(dòng)力車和燃料電池汽車的性能、效益、成本特征等不同的情況。一家公司可能會(huì)選擇生產(chǎn)全光譜混合動(dòng)力汽車，從微型到全混合動(dòng)力汽車的各種類型和尺寸。另一家公司可以選擇專注于微型或輕度混合動(dòng)力車的某些類型和規(guī)模的車輛。一個(gè)新的代工可能只專注于電池電動(dòng)汽車的發(fā)展。
5）徹底了解市場需求和所需的基礎(chǔ)設(shè)施和服務(wù)。
5.結(jié)論
在環(huán)境保護(hù)和能源保護(hù)日益關(guān)注的世界，電動(dòng)、混合動(dòng)力和燃料電池汽車的發(fā)展已加快步伐。商業(yè)上可行的電動(dòng)和混合動(dòng)力汽車的夢想成為現(xiàn)實(shí)。電動(dòng)和混合動(dòng)力車在市場上已經(jīng)上市。本文提供了一種及時(shí)的系統(tǒng)的審查，對電動(dòng)，混合動(dòng)力和燃料電池汽車的技術(shù)重點(diǎn)，技術(shù)特點(diǎn)，建筑，能源管理和商業(yè)化路線圖。電動(dòng)汽車普及的成功依賴于合理的成本，良好的基礎(chǔ)設(shè)施，經(jīng)濟(jì)，高效，方便，創(chuàng)新的商業(yè)模式，可以充分利用電池的初始成本。電動(dòng)汽車與智能電網(wǎng)和信息通信技術(shù)的融合是必不可少的。電動(dòng)汽車及其基礎(chǔ)設(shè)施的標(biāo)準(zhǔn)化，必然會(huì)增強(qiáng)其安全性、兼容性和性能。電動(dòng)汽車應(yīng)該能夠安全地到處充電。
我們很高興能參與電動(dòng)汽車的發(fā)展，這將對我們的未來一代的福利產(chǎn)生影響。
6.確認(rèn)
部分3和4本文基于教授阿蘭.bouscayrol和科技大學(xué)法國里爾科宇陳博士的討論，作者在發(fā)表了簡短的課程和研討會(huì)在2007十二月和2008十二月份在論文準(zhǔn)備IEEE車輛技術(shù)[ 2 ]。作者感謝他們的重大貢獻(xiàn)。也感謝育和黃博士他在編輯工作的協(xié)助。
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附件：外文資料原文