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電動汽車論文:電動汽車電池管理系統論文

1電動汽車的電池管理系統

電動汽車的電池管理一直是電動汽車關鍵技術中的一大難題。電池管理系統（batterymanagementsystem，縮寫BMS），主要對象是二次電池。二次電池存在下面的一些缺點，如存儲能量少、壽命短、使用安全性、電池電量估算困難等。為了能夠提高電池的利用率，防止電池出現過充電和過放電，延長電池的使用壽命，監控電池的狀態，BMS主要用于對電動汽車的動力電池參數進行實時監控、故障診斷、SOC估算、行駛里程估算、顯示報警，充放電模式選擇等，并通過CAN總線的方式與車輛集成控制器或充電機進行信息交互，保障電動汽車高效、、安全運行。

2電池管理系統存在的問題

在電動汽車普及的進程中，電動汽車的電池充電管理是重要的一個環節。在硬件方面要求電池管理系統和充電機之間單獨使用一路CAN總線，該CAN總線獨立于動力系統控制之外。而現有的電池管理系統只有兩路CAN接口，其中一路用于電池管理系統內部通訊，另一路用于和動力系統控制通訊，沒有多余的CAN接口和充電機之間通訊，需要制定解決方案，包括電池管理控制箱結構、BMS系統硬件和充電機之間的硬件連接信號、電氣配線等電池管理系統硬件的更改；而在軟件方面，則要進行充電機與電池管理系統間通信協議的開發，包括與道路車輛控制系統的通信網絡兼容，通信協議的物理層、數據鏈路層、數據幀格式遵循的規定；充電機和BMS對電壓、電流和溫度等參數的監測與設置等。

3電池管理系統的改進設計

3.1BMS系統硬件實現

本文所述系統采用專用的電池控制芯片LTC6802實現系統的分布式管理；重新設計電池的參數采集模塊、均衡控制模塊、數據處理模塊、通訊模塊、故障處理模塊等；系統內部采用SPI總線進行數據和控制命令的傳輸，主控芯片通過CAN總線實現與整車控制器的通訊。（1）參數采集模塊：LTC6802電壓檢測芯片可以對電池電壓進行實時檢測；有輸入引腳專門用于溫度傳感器的輸入；采用ACS758LCB-050B電流霍爾傳感器進行電流檢測，可采用直流、交流電流，并且強電側與電子電路邊具有很強的隔離作用，性能穩定。（2）均衡控制模塊：若電池管理系統檢測到的電池電壓在正常范圍內，系統根據設定的SOC估計算法對電池進行SOC估計，當電池組中出現電壓異常時，控制系統就會根據設定的均衡算法進行均衡控制，由控制器LTC6802完成，通過對其控制字的寫入，控制LTC6802引腳S的開關動作，實現均衡開關矩陣的控制。（3）數據處理模塊：以單片機編程的模式進行數據處理。根據系統具有的功能分為若干子程序，包括：SOC估計、故障分析、信號監控、報警等。（4）通訊模塊：采用CAN總線通訊協議。包括內部通訊和外部通訊，內部通訊對參數采集模塊所采集的數據進行記錄后傳給數據處理模塊，并將數據處理結果反饋給數據采集模塊及故障處理模塊；外部通訊通過CAN總線與PC機進行數據交互，使用戶更直觀的對BMS內部的數據進行監控及處理。（5）故障處理模塊（保護電路）：控制LTC6802的引腳對故障信息做出相應的處理，利用紅綠二極管對于告警及保護信息進行光警報，并輸出報警信息，自動控制調節充、放電或切斷電路。

3.2BMS系統上位機軟件實現

PC機通過CAN總線與下位機進行通訊。下位機的采集模塊所采集上來的電壓、電流、溫度數據等上傳給上位機，上位機對采集上來的數據進行保存、處理及顯示。（1）上位機軟件數據存儲模塊：由于電池組數據量比較大，監控數據的記錄采用占用空間比較小的二進制流進行存儲。XML提供了更強有力的數據存儲和分析能力，而且XML極其簡單，XML的簡單使其易于在任何應用程序中讀寫數據。（2）上位機軟件通訊模塊：上位機與下位機之間采用CAN通訊，協議采用CAN協議2.0B擴展幀格式；通訊速率為100Kbps；物理層匹配電阻120Ω。上位機呼叫BMS并下發命令，BMS收到命令后返回響應信息。PC等待500ms后如尚未接收到BMS響應或接收響應信息錯誤，則認為本次通信過程失敗。

4結語

電池管理系統的改進設計已在電池廠商、充電機廠商和電動汽車生產廠商中得到應用，當前研發的電池管理系統都已具有多路CAN接口（最少3個），充電機與電池管理系統通信協議已按統一標準進行了設計與測試，解決了電動汽車的充電問題，能夠推進電動汽車的普及進程。

作者：王刃峰 單位：黑龍江農業工程職業學院

電動汽車論文:電動汽車故障診斷無線通信論文

目前，世界范圍內都在推動電動汽車技術的研究與使用，但在電動汽車的使用過程中，由于其控制系統部分比傳統汽車復雜，故障診斷需要綜合電池、電機及整車的參數來進行綜合判斷，目前還依賴于有經驗的工程師到現場進行診斷與維修，因此汽車故障診斷技術應用而生。文章詳細闡述了一種集本地和遠程診斷于一體的手持式故障診斷儀，該診斷儀參考了ISO和SAE的標準進行設計，可以對某些參數進行標定。

1故障診斷儀系統結構與功能

1.1結構

圖1示出電動汽車用手持式故障診斷儀的系統架構圖。由圖1可以看出，該診斷儀的系統架構及工作方式為：手持式故障診斷儀通過CAN總線讀取電動汽車ECU單元中的故障碼，現場維修人員可以選擇是否將該故障碼通過無線網絡發送給遠程故障診斷服務器。如果選擇不發送，現場人員則根據故障碼對現場的故障進行診斷排查，故障排除后清除ECU單元中的故障碼，如果選擇遠程故障診斷，現場維修人員需等待遠程故障診斷服務器返回給現場維修人員的維修意見，從而指導現場人員的工作。

1.2功能

1.2.1本地和遠程診斷功能

該診斷儀讀取電動汽車ECU單元中的故障碼，現場維修人員通過故障診斷儀的顯示屏幕讀取故障碼，通過該故障碼確定故障的部位或故障級別，對故障進行檢查排除。同時將該故障碼及故障處理方式通過無線網絡遠程發送給遠程故障診斷服務器，用于指導其它遠程故障診斷，同時清除ECU單元中的故障碼。如果現場維修人員讀取的故障碼不能進行故障排除，可將該故障碼上傳至遠程故障診斷服務器，遠程故障診斷服務器將診斷數據庫中對應于該故障碼的診斷信息反饋給現場人員，現場人員通過該信息進行故障診斷。

1.2.2本地和遠程標定功能

本地和遠程標定功能類似于本地和遠程故障診斷功能，當現場維修人員對一些參數進行標定時，可以通過手持式故障診斷儀的標定功能對電動汽車進行現場標定，如果對一些標定參數不能確定，可以請求遠程故障診斷服務器進行遠程標定協助。

2硬件系統架構

可以看出，該診斷儀的硬件電路設計，主要包括CPU控制與外圍電路設計、CAN網絡接口電路設計、性保障電路設計及電源電路設計等。

手持式故障診斷儀通過電源電路給整車設備供電，并通過CAN網絡接口讀取ECU單元的故障碼，該故障碼可以通過USB接口進行存儲，也可以通過無線通信模塊發送給故障診斷服務器。

3軟件系統架構

基于無線通信的電動汽車用手持式故障診斷儀的軟件系統架構，包括手持式故障診斷儀與遠程故障診斷服務器軟件架構兩部分。

可以看出，該診斷儀軟件架構包括：讀取和清除故障碼、診斷數據庫和軟件升級等。其中軟件和診斷數據庫升級以及請求遠程標定功能均需在無線通信功能使用的情況下才可以使用，否則該手持式故障診斷儀僅僅是由現場使用人員操作的一款診斷設備。

遠程故障診斷服務器的軟件系統為了配合手持式故障診斷儀的使用，主要包括：遠程故障診斷、遠程標定、手持式故障診斷儀診斷數據庫升級、軟件升級以及自身的數據庫升級與更新。

軟件系統的總流程，如圖4所示。通過圖4可以看出，該軟件有診斷、升級及標定模式3種。這3種模式是互斥的關系，現場人員需根據具體情況對功能進行選擇。

4結論

文章基于無線通信的電動汽車用手持式故障診斷儀的設計，實現了高效率的診斷和排除故障。該設計在提高工作效率的同時，大大縮短了維修人員的培訓周期，由于其設計的先進性及功能的多樣性，有利于節省電動汽車保養及維修方面的人力、物力及時間。

作者:于蘭 李志平 辛明華 周能輝 單位:天津清源電動車輛有限責任公司

電動汽車論文:純電動汽車設計論文

1驅動系統參數匹配

驅動系統是純電動汽車的核心，其基本特性參數的選配必須滿足整車動力性能要求。通過計算，合理選擇動力系統各部件的參數，并將其進行有效匹配，才能設計出高性能的純電動汽車。

1.1電機較大功率計算

為滿足純電動汽車整車性能，通過3種方法計算電機較大功率Pnmax，即:根據汽車較高車速確定的功率即額定功率Pne;爬坡度確定的功率Pna;加速性能確定的功率Pnc。根據整車設計參數，可計算出上述3個功率值，取其中較大者作為電機較大功率選取參考值，即Pnmax≥maxPne，Pna，P[]nc。根據表1、2所給出的參數，由以上公式(1)—(3)，計算求得Pne為22.64kW，在坡度為20°，以35km/h的車速爬大坡時，Pna為55.66kW，同時求得Pnc為45.78kW。因此，取Pna的值作為電機較大功率選取的參考值。

1.2電機功率與轉矩選擇

電機在工作時，其性能分為連續工作性能和短時工作性能。電機的額定值決定了其連續工作特性，短時工作特性是電機過載一定倍數之后的轉矩功率特性。在電機轉速與轉矩選擇時，通常以純電動汽車的常規車速來確定電機的額定轉速(電機通常運行的轉速)，再通過電機的額定功率和額定轉速求出電機的額定轉矩。

1.3電池組參數設計

動力電池是純電動汽車的動力源，其攜帶的總電量是整車動力性和續駛里程的基本保障。電池組的總電量與電池單體的容量和組合形式有關，而動力電池的單體電壓和組合形式又直接決定了其為電機提供總電壓的大小。動力電池參數匹配主要包括電池類型的選擇、電池組電壓和容量的選擇。根據純電動汽車對目標性能的要求，綜合考慮整車所需的動力電池總電量、動力電池單體類型以及其組合形式后，計算確定動力電池單體數量。

2底盤系統設計

在純電動汽車底盤系統中，動力系統需要重新架構，因此總布置方案改變較大。目前，電動汽車底盤設計主要運用2種方式，即:根據設計需求，在傳統車平臺基礎上進行局部改制;開發“電動化、模塊化、智能化、集成化”全新理念的底盤系統。本文采用的方式是基于原有車型平臺進行局部改制。底盤系統中，大部分子系統的工作原理沒有發生變化，改制后需對底盤及整車進行重新總布置，重新計算軸荷分配對懸架系統性能造成的影響，然后對懸架系統做出相應調整。

2.1電機、減速器布置

電機、減速器的布置在原發動機前艙布置的基礎上進行，布置時應考慮如下幾個因素(以下X、Y、Z方向為車輛坐標系坐標軸方向，即當車輛在水平路面上處于靜止狀態，坐標原點與質心重合，X軸平行于地面指向正前方，Y軸指向駕駛員右側，Z軸通過汽車質心指向正上方):1)電機、減速器外輪廓距離左右縱梁的空間寬度應一致，以便于安裝懸置;2)減速器輸出軸中心線布置在滿載前輪中心線附近，差速器輸出軸與前輪中心連線盡量接近;3)減速器后部應與副車架、轉向機構都留有安全距離;4)電機三相線進線與控制器出線方向位置相協調;5)半軸在YZ平面內與Y方向夾角，空載時應小于15°，滿載時小于7°;6)電機布置位置應在整車滿載條件下確定。確定減速器輸出軸位置后，電機定位可繞減速器輸出軸旋轉，電機的輪廓上限不超過縱梁上平面，電機右側為3相線接口，電機控制器放置于電機正上方;電機位于減速器右側，如圖2所示(以下示意圖均是通過對各元件的簡化建模后得到)。差速器中心平面相對XZ平面偏左200mm，電機減速器集成體外輪廓距左側縱梁最小170mm，距右側縱梁最小60mm。該設計方案中，根據電機減速器集成體的尺寸分布，將差速器中心平面布置與整車中心平面基本重合，左右半軸通過萬向節將車輪與減速器的輸出軸連接起來，在YZ平面上，左右半軸與前輪中心線的夾角相等，在核算半軸與前輪中心線夾角時計算一側即可，如圖4所示。裝配時電機、減速器集成體與車架的連接點一共有3個，分別位于左側縱梁、右側縱梁、副車架。左側縱梁懸置軸線平行于Y方向，限制X和Z方向運動;右側縱梁懸置軸線平行于X方向，限制Y和Z向運動;副車架上的懸置軸線平行于Y方向，限制X和Z方向運動。

2.2前后艙元件布置

如上所述，將電機、減速器布置在原發動機前艙位置，同時DC/DC、電機控制器、空調壓縮機等相應電氣裝置均布置在前艙。可利用各元件的外形尺寸將各元件簡化為長方體模型進行布置，從車輛前艙上方往下俯視，如圖5所示。原車的后艙容積約為0.43m3，將車載充電器、電源管理器、配電箱、直流空氣開關布置在后排座椅背后，并且設計拱形支架，使其不影響備胎的放置，布置示意圖如圖7所示。同時，可設計一個大蓋板，將這幾個器件蓋住，以達到從后面看車內美觀的效果，后艙電器蓋板采用塑料件制成，以減輕整車質量。

2.3動力電池布置

本設計將電池單體集中布置于一個電池包中，動力電池包中共布置了100個電池單體，包內電池單體總共分為6排，沿車輛X方向，前部3排電池臥放，后部3排電池立放，以保障其與后排座椅地板形狀相統一，同時通過串聯形式將所有單體進行連接，如圖8所示。電池包采用無上蓋結構，利用車身地板及四周安裝板和加強板形成電池包的上蓋。電池包外殼可采用鈑金件折彎和焊接的工藝形成箱體，翻邊形成安裝板，可實現在安裝孔定位時與車身地板的模具統一起來。同時，電池排布上充分利用車身地板下方空間，與車身地板的形狀一致，以較大程度節省空間，為避開后輪擺臂安裝座和后輪罩在電池包后部兩邊開有2個缺口，如圖9所示。動力蓄電池布置在座椅地板下方，并且盡量保留了車身地板形狀，該布置的電池包是車輛的最小離地間隙位置，如圖10所示。該布置保障了駕乘人員安全，給貨倉和備胎留下了一定的空間，同時還考慮了電池包整體快速更換原則，方便電池包的整體更換。該動力電池單體質量為3.1kg，電池單體共310kg，加上電池包殼體及加強等附件結構，電池包總質量約385kg。該布置后電池包重心位置距離前軸水平距離為1558mm，前、后軸軸荷比例分別為49.4%和50.6%，滿足GB7258—2012中關于軸荷的要求。

3車身設計

純電動汽車車身設計是整車設計的重點之一，其設計效果對整車性能(如續駛里程、加速時間、爬坡性能等)的影響顯著。同時，車身必須達到足夠的結構強度以及滿足其他性能指標(如安全、耐久性、NVH、工藝等)。國內外對純電動汽車車身設計研究較多，目前主要是應用多種輕量化材料，同時集成結構設計優化和先進制造技術及工藝等手段進行設計［8］。基于以上所述，本例中電池包安裝在車身地板下方，其外殼設計及電池單體布置時盡量與車身地板的形狀一致。同時，電池包布置時考慮了整體快換原則，根據設計需要及電動汽車相關安全規定，上車體可直接由原傳統車平臺提供，但原車身地板在結構上必須做出相應更改。

3.1更改因素

為滿足要求，設計地板時考慮的因素如下:1)電池包安裝于車身地板下方，根據電池實際布置，為達到電動汽車安全法規相關要求，需抬高地板高度;2)車身地板下方要根據電池包外殼的形狀設計密封的加強梁，用于安裝電池包，并且與電池包共同形成電池包空間;3)車身地板下方需焊接3個支撐桿，該支撐桿用于支撐電池包中部變形產生的載荷，同時也用于安裝時的定位;4)車身地板上方需設計螺孔，用于安裝中央通道蓋板;5)設計中后排地板高度升至與前座椅安裝支架一致，需在車身地板上重新設計凸臺結構用于座椅安裝;6)車輛地板結構發生變化，側碰剛度發生變化，需重新校核，車身地板的承載能力同時也需要校核;7)新設計車身地板與周圍鈑金件的連接與原車不同，需重新設計。

3.2結構設計

根據以上設計需求，從車身底部右后邊向上斜看改進后的車身地板結構如圖12所示，其側面剖視示意圖如圖13所示。圖13中的臺階面從左至右依次表示:后排座椅安裝面、后排座椅腳地板及前排座椅安裝面、前排座椅腳地板。車身地板與電池包安裝梁通過車身焊裝構成車身的一部分，而中央通道蓋板在整車裝配線束后，再通過螺釘或螺栓固定在地板上，用于構成線束的通過空間。本例中由于車身地板在電池包的基礎上進行了抬高和展平，使得后排座椅的H點與腳地板的垂直距離減小，從原車的400mm以上減少至250mm左右，但是仍然符合一般乘用車布置設計要求。座椅下方安裝板展平后，重新設計了小的安裝支架結構，使得坐墊底座輕微改動。本設計在適當的地方加強了車身地板設計剛度，以滿足整車碰撞法規要求和承載要求。綜上所述，前后艙、動力電池包及與車身地板之間的布置關系如圖14所示。

4整車性能

改制后的純電動汽車整車基本性能可通過理論計算求得。將以上計算選取的各項參數導入Matlab軟件，并通過編程獲得部分相關性能曲線，結果如圖15—18所示。圖15是不同車速電機需求功率曲線。可知，在整車運行過程中，電機的需求功率隨整車車速變化，其大小隨車速增加而增大。其中，車速為50km/h時，電機滿足整車基本要求的需求功率為6.02kW;當車速為80km/h時，電機的需求功率達到13.41kW。圖16所示是不同爬坡度的電機功率曲線。圖16是在35km/h的車速勻速爬坡情況下獲得，曲線反映出電機需求功率與爬坡度成正比例關系。在爬坡度為零時，電機功率為0.47kW;當爬坡度為14.05%(8°)時，電機功率為24.63kW;當爬坡度達到36.40%(20°)時，電機需求功率較大，達到55.66kW。圖17是在電機額定功率、整車空載狀態下，整車的百千米加速時間曲線。由圖可見，車輛從原地起步加速至50km/h時，時間為5.66s;(50～80)km/h所用時間為6.16s;整車車速達到100km/h時，共用時為19.34s。圖18是不同條件的加速度與時間的關系曲線。可以看出，車輛在實驗質量－電機額定功率、車輛空載狀態、車輛滿載狀態下，其起步加速度大小不同。在車輛起步時，加速度的值較大，圖中3種條件下分別為2.63、2.41和0.84m/s2。在車輛起步后的一定車速范圍內，加速度大小基本保持不變;當車速達到一定值后，加速度開始逐漸減小，變為零，此時車速達到較大。其他數據，如等速(60km/h)續駛里程大于260km，最小轉彎半徑小于11m，整車滿載時最小離地間隙為147mm等。這些理論計算數據均達到了前期設計的性能目標要求。

5結束語

純電動汽車在能源利用率、減少排放污染、降低噪聲方面所具備的顯著優勢，對目前能源危機、環境污染問題均可起到有效緩解作用。本文針對基于傳統汽車平臺的純電動汽車改制進行了重新設計，各總成布置合理，將選配的數據導入matlab程序獲得了相應的車輛性能曲線。結果顯示，所有性能數據能夠滿足本文所提出的整車目標性能要求，將為該純電動汽車下一步整車優化提供有效參考。

作者：何勇彭憶強王子江王海單位：西華大學交通與汽車工程學院四川汽車工業股份有限公司新能源汽車研究院

電動汽車論文:電動汽車技術論文

一、舊技術體系的不適應性

汽車發展的歷史表明，上個世紀前三十年曾經興盛一時的電動汽車與燃油汽車的市場地位發生了逆轉，燃油汽車后來居上成為歐美發達國家千萬家庭的寵兒，電動汽車則淪為在特定封閉區域使用的專用工具。導致這一逆轉的原因與當今電動汽車遇到的困難并無二致。近百年來，電動汽車技術雖然在電池、電機、電控等各個方面都有長足的發展，其根本技術架構卻無大的改變。在此期間燃油汽車不僅自身技術日臻，與其相配套的道路、停車場、加油站等服務設施也日益完備。今日，正像“汽車社會”、“汽車文化”等學術用語所蘊含的那樣，汽車（主要是燃油汽車）不僅已經成為現代社會的生活必需品，也被賦予了豐富的文化內涵。在此背景下如果無視電動汽車現存的諸多不便，奢望人們放棄燃油汽車改用電動汽車就等于要他放棄原有的生活習慣和價值觀念，無異于讓人棄用智能手機改用固定電話，讓人棄液晶電視而改用黑白電視，其難度可想而知。因此，在發展電動汽車已經確立為國家戰略的當下，重新謀定發展路線和發展策略應該成為當務之急。在我國這樣一個汽車普及率不及美國的十分之一、三分之二的新車出售給初次購車者的發展中大國，電動汽車或許只有面向家庭的首輛車，也就是說能滿足跨區域遠程行駛需求才有出路。既然源于十九世紀的現行電動汽車技術架構無法滿足這種需求，何不回到原點從零開始進行頂層設計，創造一個新的技術體系。

二、新技術體系探討

在續航里程短、充電時間長這兩個妨礙電動汽車遠程行駛的關鍵障礙中，續航里程雖然受電池技術制約難以比肩燃油汽車，但續航150公里～200公里還不難實現。這個距離相當于在高速公路上駛過三四個服務區或大多數人日常行駛兩三天的路程，只要電力耗盡時快速得到供給，駕駛電動汽車500公里一日往返、1000公里朝發夕至亦非難事。如此，快速電力供給就成為問題的焦點。既然沿用先開發出電動汽車而后為其配套電力供給體系的傳統發展策略不能解決問題，那么運用一下逆向思維，先規劃一個滿足需求且容易實現的電力供給體系，然后再開發適應這一電力供給體系的電動汽車會怎樣。出現總理所講的“顛覆性技術”也未可知。說到快速電力供給，首先需要界定電力供給的快與慢。多年來，人們已經習慣于燃油汽車加油所需的數分鐘時間，電動汽車的快速電力供給采用這一標準順理成章。從物理學原理來看，現存的三種電動汽車電力供給方式中，快速充電相對來講接近這個標準但也需數倍于加油耗時的30分鐘（80%），普通充電所需的數小時可說是天壤之別，只有換電方式符合標準。有報道說特斯拉換電站一分半鐘可以完成一次換電操作。自從曾經的明星換電運營商BetterPlace破產以來，支持換電的觀點似乎已經銷聲匿跡。但是，既然特斯拉又開始換電了，事情看來尚存回旋余地。多數專家認為BetterPlace的換電方式一是換電站建設運營成本高，二是電池不能在多種車型間通用，使其最終走向破產。BetterPlace的失敗說明它的換電方案和商業模式行不通，但是如果據此斷定換電方式行不通特斯拉首先不會認同。達成一個既定目標從來都不止有一種方法，能否成功在于能否尋找到技術可行、經濟合算的解決方案，將問題簡單化的最有效手段莫過于“分解”。例如古代印刷書籍采用雕版印刷技術，一頁印版雕成書頁的內容布局、字的形狀、大小無法更改，一部書的雕版需要具有高超技藝的雕刻工匠耗費大量時日，因而書籍昂貴。活字印刷技術普及之后，一套字模可以反復用來鑄造鉛字，而后隨意排成印版，字模和鉛字的通用性保障了印刷成本的低廉。如果說快速電力供給是電動汽車的必然選擇，BetterPlace失敗的主要原因是沒有實現電池通用化，而將雕版上的字符分解為一個個鉛字可以破解通用化難題，那么何不嘗試一下將電動汽車的大箱電池組分解，代之以多個（比如說十個2kWh的）參照電動自行車鋰電池標準的小箱電池。以小箱電池為基礎可以構建一個簡單的快速電力供給體系。只要電池體積和重量都適合人力搬動，而且借用電動自行車鋰電池適合快速裝拆的安裝結構，換電作業就可以采用純人工方式。從人工換電出發，繼而將換電站的充電功能剝離出去，剩下的數個收納電池的專用周轉貨架和兩三個操作人員就能構成一個典型的簡約換電站。接下來要做的是，將從各個換電站剝離出來的充電服務匯集到一個大型的儲能電站，充分利用夜間電網的低谷電力為電池充電。用貨運車輛在換電站與儲能電站之間往返穿梭，為各個換電站運來充滿的電池并帶走放空的電池。在這樣一個類似WI-FI無線局域網架構的電力供給體系中，如果說換電站好比WI-FI熱點、儲能電站好比無線路由器、貨運車輛好比無線電波，一個個標準電池好比“無線電波”所攜帶的數字信號，那么電動汽車就相當于移動終端。可以預見，流通的商品從電轉化為標準電池、消費者支付滿電電池和空電電池之間的差價，上述電力供給體系各個利益相關方都能獲得顯而易見的經濟收益。及時個受益者是電動汽車的購買者，不為電池付費卻可以盡情享用別人提供的電，自然也就無需關心電池的價格壽命幾何。電池制造者則不再因百來個“雞肋”般的訂單而苦惱，可以日復一日地生產同樣的電池。電動汽車制造者不再為選用多大的電池而殫精竭慮，可以按自己的喜好靈活設計續航里程，只需考慮如何將所需個數的電池塞進車里。城市的管理者不必再為從哪里擠出充換電站的建設用地、為如何壓迫小區物業放行充電樁安裝、為可能到來的配電網增容改造而苦惱，只需將電動汽車的基礎設施建設交給電力供給體系的運營者就萬事大吉。電力供給體系的運營者的收益則更大。先是從“先有雞還是先有蛋”的無休止口水官司中脫身，不說“雞”也不說“蛋”，轉而建造一個相當于自然界中“野生原雞”進化地位的儲能電站，先收獲著電網峰谷電價差的利益，隨著電動汽車擁有量的增加逐步轉身為充電工廠，等到流通中標準電池壽命期來臨梯級利用自然而然地發生，充電工廠再一次轉化為儲能電站。其次電力供給體系運營者不必煩惱換電站如何“建”只需籌劃“擱”在哪里，只要能騰出幾十平米的場地，加油站、公共停車場、居民小區、工廠商場都可以加入換電站的行列。

不僅如此，這些換電站的數量、換電站的地點和容量可以隨時根據形勢的發展任意調整。長遠看，不僅這樣的儲能電站很容易與風力光伏電站相融合，如果將標準電池看作一個大的“充電寶”其應用領域甚至可以涵蓋日常生活、生產的方方面面。有了電力供給體系和適合人工換電的小箱標準電池，接下來的課題就是能否將這些標準電池用于電動汽車的電源系統。其關鍵在于處理好三個問題：一是電池的安裝位置，二是電池固定便于快速更換安裝結構，三是電池與電機之間的電氣連接關系。對于采用一個大箱電池的電動汽車而言，考慮到車內空間和車輛重心、軸荷，其安裝位置大多利用座椅下的空間安裝在車輛下部中間位置。當采用多數個標準電池時，安裝位置不僅可以在前后座椅下面還可以在引擎倉或者行李箱的邊角處分布安裝，設計者的選擇自由度大大提高。若說電池安裝結構，QB/T4428-2012《電動自行車用鋰離子電池產品規格尺寸》所定電池外殼滑槽及配對的安裝滑道是現成可用的，既安裝又方便插拔。至于電池與電機間的電氣連接關系則需要多些文字加以說明。電動汽車以數個小箱標準電池為電源，除去上面所述種種以外還可為解決高電壓觸電風險、簡化整車電池管理系統、簡化電池熱管理等電池相關問題創造機會。通常的電動汽車為在限制過大電流的條件下保障驅動電機的輸出功率，單個大箱電池的工作電壓多在300V以上。將電壓分解給十個小箱標準電池，每個標準電池的電壓就低于40V，處于安全電壓范圍內。如果不將這些電池串聯一起而是分別經逆變器接入驅動電機，高電壓的弊端就可以徹底根除。驅動電機可以相應地將定子繞組分解為十個分繞組，工作時各個分繞組產生的磁通勢相疊加與原繞組相當。各個標準電池分別接入驅動電機還可以帶來一個好處，電池均衡的對象不再是整個電源系統而轉化為各個標準電池，所涉單體電池數量僅為整體電池的十分之一。更有意義的是，十個標準電池分別經逆變器接入具有十個分繞組的驅動電機，其功效相當于用十個小電機共同承擔電動汽車的驅動。從理論上講可以分別控制每個分繞組參與或者不參與驅動，利于電動汽車應對多種復雜工況。尤其是在電動汽車起步或者加速時確保全部分繞組參與驅動抑制大電流沖擊，巡航行駛時控制各個分繞組逐次停歇方便相應的小電池散熱，當某個分繞組或者為其供電的標準電池發生故障時其余分繞組繼續工作就能避免電動汽車突然失速。

三、總結

總之，既然欠缺遠途行駛能力是源于十九世紀的現行電動汽車技術架構的系統性缺陷，那么基于現有電池技術構建新的、技術可行經濟合算的、涵蓋電力供應和電源及驅動系統的電動汽車技術架構，或許是化解電動汽車諸多難題的有效路徑。

作者:莊森 禹茜 單位:鄭州大學

電動汽車論文:電動汽車產業經濟論文

一、發展規律

1.環境可承載規律。

決定汽車產業的發展規律中環境的可承載規律也影響重大。隨著現在各大城市的污染逐步加深，越來越多的人開始將環境惡化的原因歸結到汽車的使用上。因此，必須找到一種低污染或零污染的交通工具，這樣才能解決實質問題。

2.技術推進規律。

電動汽車作為新一代的交通工具其技術組成不僅包含了原有的機械技術、驅動技術和控制技術，還使用了近期的電力電子技術和信息技術等高端科技，這些技術的發展是推動電動汽車產業化的重要因素，并且為其發展打下基礎。

3.市場拉動規律。

每一個產業的發展都離不開產品的實際使用價值，只有產品的使用價值得到認可才能夠促進產品的再生產，而產品的使用價值是需要通過銷售市場來體現的，任何一個產業都會遵循這個規律。當今世界經濟全球化的浪潮高漲，想要推動電動汽車的產業化發展必須要注重對其市場的培育和開發。

二、與我國國情相結合

我國的國情有著非常明顯的區別于他國的特點，具體表現在:人口數量大、人均資源量小、經濟增長方式以粗放型為主、市場體系尚不完善、相關法規尚不健全等。電動汽車的產業化發展要做到主動與我國的國情相結合，改變以往被動適應的固有方式，讓產業和經濟兩方面和諧發展，以科學的發展理念為指導，依照國情制定合理的產業化途徑。

1.與我國能源現狀相結合。

隨著近些年我國汽車保有量的迅速增長，年均石油進口量不斷上升，汽車燃油消耗量逐年增加，發展電動汽車產業首先要解決能源消費結構的問題，緩解我國的能源危機，保障能源的安全穩定。

2.與我國環境現狀相結合。

新時期越來越多的人已經注意到了人與自然和諧發展對人類的重要性。進行產業化的電動汽車發展過程要注重其與環境的適應能力和相互融洽程度，適應我國的環境特點，發展零排放的低能耗工程。

3.與我國汽車工業的技術水平相結合。

面對目前我國汽車技術依舊沒有實現的自主知識產權的國情，電動汽車產業在發展之初，要牢牢把握住各國均處于發展初級階段的情況，積極地加大研究投入，讓產業化帶動我國的電動汽車技術走在世界的前列，增強我國的汽車工業國際競爭力。

4.與我國汽車市場現狀相結合。

近10年，我國汽車產業呈現狂飆式發展，汽車銷量從2001年占全球4.3%，到2010年攀升至23.5%，成為全球及時汽車生產和消費大國。未來10年我國汽車將進入第二個高速增長期，我國將逐漸步入“汽車社會”，迎來汽車消費大眾化的時代。據專家預計，至2015年國內汽車的產能將達到3800萬輛，消費量將達到3000萬輛，我國汽車消費將占全球汽車總消費的25%左右。這為電動汽車產業發展提供了巨大的市場需求。電動汽車產業在開始發展之初，認清我國汽車市場的現狀和經濟規律，充分利用汽車市場的競爭機制，減少國家政策對市場競爭的過度干預，在短期內促進電動汽車產業按照市場規律得到最快發展。

5.與我國汽車法律法規體系相結合。

因此，在實際操作中要從社會的角度出發，在維護汽車產業利益的同時努力把產業的附加影響降到低。促進我國汽車產業相關法律體系進一步完善。從政策層面看，我國已經將新能源汽車列入戰略性新興產業，國家頒布實施的《節能與新能源汽車產業發展規劃(2012—2020年)》提出，2020年中國將構建起支撐電動汽車大規模產業化的關鍵零部件產業體系，這必將為促進我國整個電動汽車產業健康發展奠定堅實基礎。

三、與國際電動汽車產業接軌

為了發展汽車工業常常需要通過市場來換取技術，中國市場的發展受制于別國的先進技術。因此在電動汽車產業發展之初，應當積極投入電動汽車技術的研發，爭取在世界上取得超前的地位，從以下幾個方面做好相應的工作。

1.以技術研發為基礎。

首先，要將核心技術作為追求的主要目標和研究投入的主要方向。只有掌握了產業的核心技術才能夠真正掌握產業的“命脈”，實現產業鏈的水平分工，給產業的進一步發展提供充足的動力。

2.注重調整汽車產業結構。

將結構調整貫穿于電動汽車產業發展的始終,在產業化發展的全過程中，要注意到產業結構的調整和優化問題，政府部門不要將注意力集中在勞動密集型和資本密集型的產業上，而是多關注高科技的核心產品和技術，通過充分的思考來指導產業的健康發展。

3.積極進行產業轉移。

產業化的發展不僅需要全球的資源，更需要全球的市場。從國內外環境看，國際汽車產業呈現由汽車制造向汽車研發轉移的趨勢。我國作為新興國家的代表，將從電動汽車產業研發轉移中獲取更多機會。我們需要適時地制定出產業發展的規律和策略，不失時機地走“引進來、走出去”的特色發展道路。

四、市場經濟體制下推動電動汽車產業發展的措施

1.必須堅持“兩條腿走路”的方針。

對于未來電動汽車產業的發展，必須采取一定的措施和制度，也要結合中國國情，從實際出發，必須堅持“兩條腿走路，雙管齊下，兩手抓、兩手都要硬”的方針。一方面，要以空前的熱情和努力大力推動電動汽車產業發展;另一方面，高度重視傳統汽車的技術進步和技術升級。

2.加快核心部件的技術研發力度，盡快掌握核心技術。

政府應以更大的力度支持電動汽車的技術開發，毫不放松地緊跟世界前沿技術，鞏固己有的優勢地位，加大科研的力度，走一條“吸收-引進-創新”的道路，形成國內電動汽車核心技術，防止產業發展在技術上受制于人。

3.培育國內消費市場，提高消費者成熟度。

促進電動汽車消費的關鍵是降低產品價格。從汽車市場看，我國已經是世界上汽車產業發展潛力較大的地區之一，目前北京、成都等5個城市的汽車保有量超過200萬輛，巨大的消費潛力是我國電動汽車產業不斷發展的基本保障。推廣電動汽車需培育國內消費市場，電動汽車只有在消費者的廣泛使用中才能不斷得到改進，其社會效益也才能得到體現。

五、結語

縱觀電動汽車行業的發展，電動汽車的發展已不單單是在汽車行業內部的經濟發展，而是上升到了國家戰略高度，它的發展也將帶來一場低碳環保的技術革命和創新。所以我們應該合理應用各方面的推動力量，較大限度的發揮國家政策和市場的巨大推動力，不斷的革新電動汽車技術，滿足市場的新需求，優化產業的資源合理利用，促進電動汽車產業良性發展。

作者：干波單位：西南財經大學

電動汽車論文:電動汽車制動能量管理論文

摘要：電動汽車的驅動電機運行在再生發電狀態時，既可以提供制動力，又可以給電池充電回收車體動能，從而延長電動車續駛里程。對制動模式進行了分類，并詳細探討了中輕度剎車時制動能量回收的機制和影響因素。提出了制動能量回收的控制策略，給出了仿真模型及結果，基于仿真模型及XL型純電動車對控制算法的效果進行了評價。

關鍵詞：制動能量回收電動汽車鎳氫電池Simulink模型

電動汽車（EV）的研究是在環境保護問題及能源問題日益受到關注的情況下興起的。在EV性能提高并逐步邁向產業化的過程中，提高能量的儲備與利用率是迫切需要解決的兩個問題。盡管蓄電池技術有了長足進步，但由于受安全性、經濟性等因素的制約，近期不會有大的突破。因此如何提高EV能量利用率是一個非常關鍵的問題。

制動能量回收問題對于提高EV的能量利用率具有重要意義。電動汽車采用電制動時，驅動電機運行在發電狀態，將汽車的部分動能回饋給蓄電池以對其充電，對延長電動汽車的行駛距離是至關重要的。國外有關研究表明，在存在較頻繁的制動與起動的城市工況運行條件下，有效地回收制動能量，可使電動汽車的行駛距離延長百分之十到百分之三十。

目前國內關于制動能量回收的研究還處在初級階段。制動能量回收要綜合考慮汽車動力學特性、電機發電特性、電池安全保障與充電特性等多方面的問題。研制一種既具有實際效用、又符合司機操作習慣的系統是有一定難度的。本文對上述問題作了一些積極的探索，并得出了一些有益的結論。

1制動模式

電動汽車制動可分為以下三種模式，對不同情況應采用不同的控制策略。

1.1急剎車

急剎車對應于制動加速度大于2m／s2的過程。出于安全性方面的考慮，急剎車應以機械為主，電剎車同時作用。在急剎車時，可根據初始速度的不同，由車上ABS控制提供相應的機械制動力。

1.2中輕度剎車

中輕度剎車對應于汽車在正常工況下的制動過程，可分為減速過程與停止過程。電剎車負責減速過程，停止過程由機械剎車完成。兩種剎車的切換點由電機發電特性確定。

1.3汽車長下坡時的剎車

汽車長下坡一般發生在盤山公路下緩坡時。在制動力要求不大時，可由電剎車提供。其充電特點表現為回饋電流較小但充電時間較長。限制因素主要為電池的較大可充電時間。

由于電動汽車主要工作在城市工況下，所以本文將研究重點放在中輕度電剎車上。

2制動能量回收的約束條件

實用的能量回收系統應滿足以下要求：

(1)滿足剎車的安全要求，符合駕駛員的剎車習慣。

剎車過程中，對安全的要求是及時位的。需要找到電剎車和機械剎車的覆蓋區間，在確保安全的前提下，盡可能多地回收能量。具有能量回收系統的電動汽車的剎車過程應盡可能地與傳統的剎車過程近似，這將保障在實際應用中，系統有吸引力，可以為大眾所接受。

（2）考慮驅動電機的發電工作特性和輸出能力。

電動汽車中常用的是永磁直流電機或感應異步電機，應針對不同的電機的發電效率特性，采取相應的控制手段。

（3）確保電池組在充電過程中的安全，防止過充。

電動汽車中常用的電池為鎳氫電池、鋰電池和鉛酸電池。充電時，避免因充電電流過大或充電時間過長而損害電池。

由以上分析可得能量回收的約束條件：

（1）根據電池放電深度的不同，電池可接受的較大充電電流。

（2）電池可接受的較大充電時間。

（3）能量回收停止時電機的轉速及與此相對應的充電電流值。

本項目原型車為XL型純電動車，驅動采用異步交流電機，額定功率為20kW，峰值功率為60kW，額定轉矩為53Nm，峰值轉矩為290Nm，持續輸出三倍額定轉矩時間不小于30s，額定轉速為3600r／min，較高轉速為9000r／min。蓄電池采用24節100Ah鎳氫電池，其瞬時充電電流可達1．5C（C為電池放電倍率），即150A。在充電電流為0．5C時，可持續安全充電。實驗表明，在電機轉速為500r／min時，充電電流小于6A。可設此點為電剎車與機械剎車的切換點。

3制動能量回收控制算法

3．1制動過程分析

經推導可得，一次剎車回收能量E＝K1K2K3（ΔW－FfS）。

特定剎車過程中，車體動能衰減ΔW為定值。特定車型的機械傳動效率K1和滾動摩擦力Ff基本上是固定的。對蓄電池來說，制動能量回收對應于短時間（不超過20s）、大電流（可達100A）充電，因此能量回收約束條件（2）可忽略，充電效率K3也可認為恒定。對于電機來說，在制動過程中，其發電效率K2隨轉速和轉矩的變化而變化。制動距離S取決于制動力的大小和制動時間的長短。

由以上分析可知，如果電池狀態（包括放電深度、初始充電電流強度）允許，回收能量只與發電機發電效率和剎車距離有關。在滿足制動時間要求的前提下，通過調節電機制動轉矩可以控制電機轉速。

3．2控制算法

控制策略可描述為：在滿足剎車要求的情況下（由中輕度剎車檔位決定），根據能量回收約束條件（1）和（3）的不同值，確定制動力，使回收的能量達到較大，即電流對時間的積分達到較大。為了與平常的剎車習慣相符合，令制動力隨剎車時間呈線性增長，即Fj＝Fo＋Kt。問題轉換為尋找的制動力初值Fo和制動力增長系數K。

我國常用的轎車循環25工況規定，汽車較高速度不超過60km／h，加速度變化范圍為－1．5m／s2～1．5m／s2。為了體現城市工況下汽車制動的典型性，同時保障安全性和平穩性，考察如下制動過程：電制動初始速度為60km／h（對應電機轉速為4500r／min），電制動結束速度為5．4km／h（對應電機轉速為500r／min），要求加速度的值小于2m／s2，速度曲線盡量平滑。中度檔位剎車時規定制動時間為8s～12s，輕度檔位剎車時規定制動時間為12s～18s。下面只討論中度檔位剎車情況，輕度檔位剎車情況與之類似。

鎳氫電池（100Ah）在常溫以0．5C放電時，電池單體電壓變化范圍為12～15V，但電池主要工作于平臺段，即12．2～13V。為討論問題方便，認為電池單體端電壓為12．5V，總電壓等于300V。據此假設，計算所得的充電電流誤差不超過6％。

電機在不同的轉速與轉矩運行時，實測的效率曲線類似指數函數。為了處理方便，可將效率曲線分三段線性擬合成如下函數（擬合誤差不超過5％，其中n為電機瞬時轉速）：

與此相對應，可將制動過程分成三個階段：

及時階段：電機轉速變化范圍為4500r／min～3600r／min，電機發電效率為0．9，要求制動時間t1≤3s。

取制動轉矩為60Nm，即F0＝1860N，K＝20，可得t1＝2．62s，平均加速度約為－1．29m／s2。計算可知，充電電流I單調減小，IMax＝It＝0＝75．75A。

第二階段：電機轉速變化范圍為3600r／min～1500r／min，電機的發電效率變化范圍為0．9～0．82，要求制動時間t2≤5s。

此時問題歸結為在約束條件下的控制問題。經仿真計算可知，回收能量值隨F0、K的增加而單調增加，并且主要由F0決定。當F0較小時，K的變化對制動時間的影響較大。由于電機可運行在三倍過載（140Nm）的情況下，可得較大制動力為4300N。當F0＝4300N、K＝30時，回收能量取較大值，為274．3（單位：安秒／As），平均加速度為－2．83m／s2。為了滿足剎車平穩性的要求，取F0＝2300N、K＝50。制動時間為4．71s，此時回收能量為262．8As，較較大值減少4．2％，而平均加速度為－1．68m／s2，僅為較大值的59．3％。此階段充電電流較大值為76．9A。為了描述能量回收的效果；引入了一個新的單位“安秒／As”（即時間以秒為單位對電流的積分）來衡量能量的大小。

第三階段：電機轉速變化范圍為1500r／min～500r／min，電機的發電效率變化范圍為0．82～0．6，要求制動時間t3≤2s。

仿照第二階段的分析方法可得，取F0＝3000N、K＝30時，制動時間為1．88s，回收能量為42．1As，平均加速度為－2．01m／s2。此時回收能量較較大值減少2．3％，而平均加速度為較大值的74．1％，此階段充電電流較大值為35．9A。

4仿真模型及結果

根據汽車動力學理論并結合其它相關方程可得仿真模型：

驅動力合力：Ft＝Ff＋Fj＋Fi＋Fw

其中,Ft為作用于車輪上的驅動力合力，Ff為滾動摩擦力，Fj為加速阻力，Fi為坡度阻力，Fw為空氣阻力。在城市工況下，Fi和Fw可忽略。

其中，車體質量為M，瞬時車速為V，制動初始車速為V0，電制動結束時車速為V1，充電電流為I，電池端電壓為U。其它符號含義與前相同。

在Simulink環境下建立仿真模型，可得電機轉速曲線如圖1所示，充電電流曲線如圖2所示，回收能量曲線如圖3所示。

5制動能量回收控制算法功效的評價

以初始速度為60km／h的電制動典型過程為例，經仿真計算可得，回收能量占車體總動能的65．4％，其余的34．6％為機械剎車和電剎車過程中的損耗。以我國轎車25循環工況為例，考慮到摩擦阻力及各部分效率的問題，回收能量占總耗能的23．3％。

實驗證明，本文提出的制動能量回收控制策略是簡潔有效的。在典型城市工況下，配備能量回收系統的XL型純電動轎車運行，可以延長續駛里程10％以上。

6其它相關問題的討論

鋰電池由于比能量高，也是EV常用的動力源。實驗證明國內研制的鋰電池瞬時（20s）充電電流上限可達1C，對常用的80Ah鋰電池而言，其較大充電電流為80A左右。但是出于安全方面的考慮，如果把制動能量回收系統用于鋰電池系統，需要嚴格的限流措施或將電剎車與機械剎車同時作用。

制動能量回收的另一種情況是汽車下長緩坡。我國規定城市道路坡度不超過8％，在此條件下，如果EV下坡速度為30km／h（n＝2200r／min，效率＝0．847），則制動充電電流為37．6A，對鎳氫電池來說不到0．4C，可以安全地持續充電。

盡管本課題針對純電動車，但由于混合動力車與純電動車的能量回收規律相似，因此以上討論同樣適用于各種混合動力車，主要區別在于電池放電倍率大小不同。

電動汽車論文:電動汽車應用管理論文

這種電力電子系統的兩個特征是壓接技術和機械高度集成化，這兩者都是混合多動力電動汽車的里程碑技術。

2004年5月25日,紐論堡--來自于賽米控為混合動力和電動汽車開發的優化模塊SKAITM，由于其特殊的壓接技術以及機械集成度，滿足了汽車工業的高性需求。就產品性能而言，和以前開發的產品相比SKAI?模塊取得了長足的進步。

SKAI?是一個三相逆變模塊，用于將直流電源（來自于燃料電池）轉變成交流電源（供給電機）并可附帶能量回饋電路。該系統含集成的DSP控制器，驅動和保護電路，直流穩壓電容，半導體，絕緣體，傳感器，液體冷卻回路以及和汽車通信的CAN總線接口。

該功率電子模塊包含兩種拓撲結構。其一IGBT模塊設計有600V/1200V，500A/400A規格的輸出能力，適合50~200KW功率的電機，而第二種拓撲MOSFET模塊設計有75V/100V/150V，700A/600A/500A規格的輸出能力，適合3~20KW功率的電機。

SKAI?是賽米控在其以往主要用于汽車領域的專利壓接技術--SKiiP®技術的基礎上發展起來的。事實上，得益于其SKiiP®技術，賽米控享譽電池汽車的功率電子系統專業供應商的殊榮已有十余年的歷史，特別是在叉車領域中。這種用于所有電氣接觸和熱接觸上的壓接技術，能延長產品壽命并提高溫度循環能力。與焊接不同，壓接技術對沖擊、震動以及高環境溫度不敏感，并能確保熱直接擴散到散熱器。“正是這種壓接技術幫助我們在汽車工業立穩了腳跟”，賽米控國際營銷/市場總監PeterFrey先生說道，“它為高要求，低成本，安全及時的汽車工業提供了服務保障”。

SKiiP®技術早已使用在很多電動汽車上，如OpelZafira,BMWE1,FordThink(其前身為Pivco),FiatSeicentoElettra,DaimlerChryslerA-Class,AudiDuo,混合動力公交工程,VWPowerGolf,ChryslerEpic。除了混合動力汽車和燃料電池汽車外，SKiiP®技術在叉車、平板傳輸帶，社區汽車以及拖拉機上都得到廣泛應用。

就賽米控產品策略的背景，PeterFrey先生表示：“對我們而言，如今內燃機具潛能的替代品就是混合動力電動汽車和氫燃料電池汽車。這種想法事實上在19世紀就業已存在,出而非新近才出現。“燃料電池電動引擎不產生有害的排放物，噪音低，能量利用效率高。如此多的優點使得我們在該領域進行研究和開發的時候始終保持著昂揚的激情。”

電動汽車論文:電動汽車制動能量回收控制策略的研究

摘要：電動汽車的驅動電機運行在再生發電狀態時，既可以提供制動力，又可以給電池充電回收車體動能，從而延長電動車續駛里程。對制動模式進行了分類，并詳細探討了中輕度剎車時制動能量回收的機制和影響因素。提出了制動能量回收的控制策略，給出了仿真模型及結果，基于仿真模型及XL型純電動車對控制算法的效果進行了評價。 關鍵詞：制動能量回收 電動汽車 鎳氫電池 Simulink模型

電動汽車（EV）的研究是在環境保護問題及能源問題日益受到關注的情況下興起的。在EV性能提高并逐步邁向產業化的過程中，提高能量的儲備與利用率是迫切需要解決的兩個問題。盡管蓄電池技術有了長足進步，但由于受安全性、經濟性等因素的制約，近期不會有大的突破。因此如何提高EV能量利用率是一個非常關鍵的問題。

制動能量回收問題對于提高EV的能量利用率具有重要意義。電動汽車采用電制動時，驅動電機運行在發電狀態，將汽車的部分動能回饋給蓄電池以對其充電，對延長電動汽車的行駛距離是至關重要的。國外有關研究表明，在存在較頻繁的制動與起動的城市工況運行條件下，有效地回收制動能量，可使電動汽車的行駛距離延長百分之十到百分之三十。

目前國內關于制動能量回收的研究還處在初級階段。制動能量回收要綜合考慮汽車動力學特性、電機發電特性、電池安全保障與充電特性等多方面的問題。研制一種既具有實際效用、又符合司機操作習慣的系統是有一定難度的。本文對上述問題作了一些積極的探索，并得出了一些有益的結論。

1 制動模式

電動汽車制動可分為以下三種模式，對不同情況應采用不同的控制策略。

1.1 急剎車

急剎車對應于制動加速度大于2m／s2的過程。出于安全性方面的考慮，急剎車應以機械為主，電剎車同時作用。在急剎車時，可根據初始速度的不同，由車上ABS控制提供相應的機械制動力。

1.2 中輕度剎車

中輕度剎車對應于汽車在正常工況下的制動過程，可分為減速過程與停止過程。電剎車負責減速過程，停止過程由機械剎車完成。兩種剎車的切換點由電機發電特性確定。

1.3 汽車長下坡時的剎車

汽車長下坡一般發生在盤山公路下緩坡時。在制動力要求不大時，可由電剎車提供。其充電特點表現為回饋電流較小但充電時間較長。限制因素主要為電池的較大可充電時間。

由于電動汽車主要工作在城市工況下，所以本文將研究重點放在中輕度電剎車上。

2 制動能量回收的約束條件

實用的能量回收系統應滿足以下要求：

(1)滿足剎車的安全要求，符合駕駛員的剎車習慣。

剎車過程中，對安全的要求是及時位的。需要找到電剎車和機械剎車的覆蓋區間，在確保安全的前提下，盡可能多地回收能量。具有能量回收系統的電動汽車的剎車過程應盡可能地與傳統的剎車過程近似，這將保障在實際應用中，系統有吸引力，可以為大眾所接受。

（2）考慮驅動電機的發電工作特性和輸出能力。

電動汽車中常用的是永磁直流電機或感應異步電機，應針對不同的電機的發電效率特性，采取相應的控制手段。

（3）確保電池組在充電過程中的安全，防止過充。

電動汽車中常用的電池為鎳氫電池、鋰電池和鉛酸電池。充電時，避免因充電電流過大或充電時間過長而損害電池。

由以上分析可得能量回收的約束條件：

（1）根據電池放電深度的不同，電池可接受的較大充電電流。

（2）電池可接受的較大充電時間。

（3）能量回收停止時電機的轉速及與此相對應的充電電流值。

本項目原型車為XL型純電動車，驅動采用異步交流電機，額定功率為20kW，峰值功率為60kW，額定轉矩為53Nm，峰值轉矩為290Nm，持續輸出三倍額定轉矩時間不小于30s，額定轉速為3600r／min，較高轉速為9000r／min。蓄電池采用24節100Ah鎳氫電池，其瞬時充電電流可達1．5C（C為電池放電倍率），即150A。在充電電流為0．5C時，可持續安全充電。實驗表明，在電機轉速為500r／min時，充電電流小于6A。可設此點為電剎車與機械剎車的切換點。

3 制動能量回收控制算法

3．1制動過程分析

經推導可得，一次剎車回收能量E＝K1K2K3（ΔW－FfS）。

特定剎車過程中，車體動能衰減ΔW為定值。特定車型的機械傳動效率K1和滾動摩擦力Ff基本上是固定的。對蓄電池來說，制動能量回收對應于短時間（不超過20s）、大電流（可達100A）充電，因此能量回收約束條件（2）可忽略，充電效率K3也可認為恒定。對于電機來說，在制動過程中，其發電效率K2隨轉速和轉矩的變化而變化。制動距離S取決于制動力的大小和制動時間的長短。

由以上分析可知，如果電池狀態（包括放電深度、初始充電電流強度）允許，回收能量只與發電機發電效率和剎車距離有關。在滿足制動時間要求的前提下，通過調節電機制動轉矩可以控制電機轉速。

3．2 控制算法

控制策略可描述為：在滿足剎車要求的情況下（由中輕度剎車檔位決定），根據能量回收約束條件（1）和（3）的不同值，確定制動力，使回收的能量達到較大，即電流對時間的積分達到較大。為了與平常的剎車習慣相符合，令制動力隨剎車時間呈線性增長，即Fj＝Fo＋Kt。問題轉換為尋找的制動力初值Fo和制動力增長系數K。

我國常用的轎車循環25工況規定，汽車較高速度不超過60km／h，加速度變化范圍為－1．5m／s2～1．5m／s2。為了體現城市工況下汽車制動的典型性，同時保障安全性和平穩性，考察如下制動過程：電制動初始速度為60km／h（對應電機轉速為4500r／min），電制動結束速度為5．4km／h（對應電機轉速為500r／min），要求加速度的值小于2m／s2，速度曲線盡量平滑。中度檔位剎車時規定制動時間為8s～12s，輕度檔位剎車時規定制動時間為12s～18s。下面只討論中度檔位剎車情況，輕度檔位剎車情況與之類似。

鎳氫電池（100Ah）在常溫以0．5C放電時，電池單體電壓變化范圍為12～15V，但電池主要工作于平臺段，即12．2～13V。為討論問題方便，認為電池單體端電壓為12．5V，總電壓等于300V。據此假設，計算所得的充電電流誤差不超過6％。

電機在不同的轉速與轉矩運行時，實測的效率曲線類似指數函數。為了處理方便，可將效率曲線分三段線性擬合成如下函數（擬合誤差不超過5％，其中n為電機瞬時轉速）：

與此相對應，可將制動過程分成三個階段：

及時階段：電機轉速變化范圍為4500r／min～3600r／min，電機發電效率為0．9，要求制動時間t1≤3s。

取制動轉矩為60Nm，即F0＝1860N，K＝20，可得t1＝2．62s，平均加速度約為－1．29m／s2。計算可知，充電電流I單調減小，IMax＝It＝0＝75．75A。

第二階段：電機轉速變化范圍為3600r／min～1500r／min

，電機的發電效率變化范圍為0．9～0．82，要求制動時間t2≤5s。此時問題歸結為在約束條件下的控制問題。經仿真計算可知，回收能量值隨F0、K的增加而單調增加，并且主要由F0決定。當F0較小時，K的變化對制動時間的影響較大。由于電機可運行在三倍過載（140Nm）的情況下，可得較大制動力為4300N。當F0＝4300N、K＝30時，回收能量取較大值，為274．3（單位：安秒／As），平均加速度為－2．83m／s2。為了滿足剎車平穩性的要求，取F0＝2300N、K＝50。制動時間為4．71s，此時回收能量為262．8As，較較大值減少4．2％，而平均加速度為－1．68m／s2，僅為較大值的59．3％。此階段充電電流較大值為76．9A。為了描述能量回收的效果；引入了一個新的單位“安秒／As”（即時間以秒為單位對電流的積分）來衡量能量的大小。

第三階段：電機轉速變化范圍為1500r／min～500r／min，電機的發電效率變化范圍為0．82～0．6，要求制動時間t3≤2s。

仿照第二階段的分析方法可得，取F0＝3000N、K＝30時，制動時間為1．88s，回收能量為42．1As，平均加速度為－2．01m／s2。此時回收能量較較大值減少2．3％，而平均加速度為較大值的74．1％，此階段充電電流較大值為35．9A。

4 仿真模型及結果

根據汽車動力學理論并結合其它相關方程可得仿真模型：

驅動力合力：Ft＝Ff＋Fj＋Fi＋Fw

其中,Ft為作用于車輪上的驅動力合力，Ff為滾動摩擦力，Fj為加速阻力，Fi為坡度阻力，Fw為空氣阻力。在城市工況下，Fi和Fw可忽略。

其中，車體質量為M，瞬時車速為V，制動初始車速為V0，電制動結束時車速為V1，充電電流為I，電池端電壓為U。其它符號含義與前相同。

在Simulink環境下建立仿真模型，可得電機轉速曲線如圖1所示，充電電流曲線如圖2所示，回收能量曲線如圖3所示。

5 制動能量回收控制算法功效的評價

以初始速度為60km／h的電制動典型過程為例，經仿真計算可得，回收能量占車體總動能的65．4％，其余的34．6％為機械剎車和電剎車過程中的損耗。以我國轎車25循環工況為例，考慮到摩擦阻力及各部分效率的問題，回收能量占總耗能的23．3％。

實驗證明，本文提出的制動能量回收控制策略是簡潔有效的。在典型城市工況下，配備能量回收系統的XL型純電動轎車運行，可以延長續駛里程10％以上。

6 其它相關問題的討論

鋰電池由于比能量高，也是EV常用的動力源。實驗證明國內研制的鋰電池瞬時（20s）充電電流上限可達1C，對常用的80Ah鋰電池而言，其較大充電電流為80A左右。但是出于安全方面的考慮，如果把制動能量回收系統用于鋰電池系統，需要嚴格的限流措施或將電剎車與機械剎車同時作用。

制動能量回收的另一種情況是汽車下長緩坡。我國規定城市道路坡度不超過8％，在此條件下，如果EV下坡速度為30km／h（n＝2200r／min，效率＝0．847），則制動充電電流為37．6A，對鎳氫電池來說不到0．4C，可以安全地持續充電。

盡管本課題針對純電動車，但由于混合動力車與純電動車的能量回收規律相似，因此以上討論同樣適用于各種混合動力車，主要區別在于電池放電倍率大小不同。

電動汽車論文:電動汽車應用現狀及對策分析

摘要：隨著低碳經濟成為中國經濟發展的主旋律，電動汽車作為新能源戰略和智能電網的重要組成部分，以及國務院確定的戰略性新興產業之一，是今后中國汽車工業和能源產業發展的一個重點。但是，結合電動汽車在長三角地區的應用現狀，我們有必要重新審視電動汽車所冠以的“新能源”和“低碳”這兩個字眼，并積極尋找發展新能源汽車真正有效的措施和途徑。

關鍵詞：電動汽車；應用現狀；新能源；低碳

在“十五”863電動汽車重大專項和“十一五”863節能與新能源汽車重大項目連續支持下，中國電動汽車領域自主創新取得了重要進展，形成了以燃料電池、混合動力和純電動汽車為“三縱”，多能源動力總成控制、驅動電機和動力蓄電池為“三橫”的開發格局，自主開發的產品已經開始進入規模化示范運行。截至2010年12月，全國累計投入示范運行車輛7097輛，累計示范運行里程23890萬公里。此外，國家出臺《關于開展私人購買新能源汽車補貼試點的通知》，規定插電式混合動力車每輛較高可享受5萬元補貼，而純電動車較高可享受6萬元補貼。

2010年，國家電網已在全國27個城市建立75座充電站和6209個充電樁。國家發改委、科技部出臺的汽車產業調整和振興規劃指出，2011年，中國純電動、充電式混合動力和普通型混合動力等新能源汽車數量將達到50萬輛；到2020年中國新能源汽車的比例要占全部汽車的一半，約為6500萬輛。《汽車與新能源汽車產業發展規劃》（2011-2020年）提出到2020年，新能源汽車產業化和市場規模達到世界及時，新能源汽車保有量達到500萬輛。以混合動力汽車為代表的節能汽車銷量達到世界及時，年產銷量達到1500萬輛以上。

一、長三角地區電動汽車應用現狀

在上海世博會上，500輛純電動汽車和燃料電池汽車承擔了園區內的公交零排放任務，載客總數超過1.2億人次，運行強度達到上海公交車輛的10倍，電動汽車經受住了高溫、高強度、高濕度、高安全要求的考驗。電動汽車在長三角地區的發展自此如火如荼地展開，其又集中體現在各地充（換）電站、充電樁的建設。

由表1可知，目前長三角地區大多數充電樁和充電站仍在建設中，充電不便等因素使得電動汽車的個人或家庭用戶還比較少，現在電動汽車主要應用在公交、出租領域。下面僅以在杭州投入運營的電動出租車為例分析電動汽車的應用現狀。

（一）優勢

杭州電動出租車上路半月以后，根據當地記者對其進行的追蹤報道，電動汽車在性能方面顯示了其優越性。主要體現在兩點：一是沒有馬達聲，很安靜；二是動力性能也較好，車子起步和加速時動力都很強勁。

（二）劣勢

1、動力電源使用成本高，續駛里程短。電動汽車滿載后電量消耗大大超過理論數據，一組新電池跑不到原定的80公里。其成本之高也是顯而易見的：按照普通出租車新車平均油耗每公里0.6元、舊車油耗每公里0.7元、電動出租車每公里成本0.5元、司機一個大班平均跑500公里來算，司機24小時油錢在300元-350元，電動出租車則是250元左右。但是雖然能節省50元-100元，但最少要換6次電瓶，盡管每次換電瓶不到5分鐘，但由于充換電站少，浪費在換電瓶路上的成本也不少。特別是，電動出租車每次拉客不敢隨意跑，要挑短途客人，而開出租就要跑遠途賺頭才大。一位出租車司機陳師傅的看法更極端：“電動出租車就是政府的‘炒作’行為，每次充電跑80公里，用于私家車上下班開開還差不多，拿來跑出租？行不通。”

2、營業額低，缺乏吸引力，司機流失情況嚴重。經過半個月的運行，電動出租車較高的日營業額都未超過200元，有的甚至少于100元。而杭州在跑的一般出租車每天的承包費為350元，一個司機正常的月收入為3200元-3500元。雖然出租車公司對電動出租車司機實行新辦法：每月1300元保底收入加上繳納“五金”。但這個收入顯然偏低，缺乏吸引力，又由于推出時間是春節之前，因此司機崗位有不少空缺——自1月26日開始真正在路上跑的電動出租車，實際只有10多輛。

二、長三角地區電動汽車發展中的問題

電動汽車發展的不足在上海等地的示范運行中或許并未得到充分暴露，但在半個多月的出租車運營中，如下幾方面的問題突出顯現出來：

及時，電動汽車研究開發不夠，投入不足。某些關鍵技術（如電子控制技術）、關鍵原材料、關鍵零部件，中國汽車工業企業仍然未能真正掌握。在關鍵的電池、電機和控制系統，中國企業技術水平與產品成熟度，與外國企業存在著相當大的差距。汽車用鋰電池的輕量化、性與外國有關企業的產品相比，差距明顯。電池生產缺乏一致性。目前，已經在試運行的某些新能源汽車，實際上關鍵零部件仍然是從海外跨國公司購買的，成本仍然比較高。

第二，發展新能源汽車的基礎設施和市場環境建設滯后。中國新能源汽車的技術標準、為新能源汽車運行服務的基礎設施的技術標準制定，目前均落后于發達國家。最重要的配套設施——充電站建設滯后也成為阻礙電動汽車發展的一個因素。原因主要有：一是建設充電站的一次性投入大，回收期長，商業前景尚不明朗，直接影響了投資的積極性；二是充電模式不一（插電式、更換電池式等），加上“插電式”下的充電接口不盡相同，“更換電池式”下的電池尺寸大小不等，直接影響了充電站的標準化建設；三是大規模建設充電站的土地來源問題。

第三，電動汽車是否該得到更多的政策支持仍是一個爭議，畢竟，它并不是真正的低碳、無污染、能源效率高的交通工具。新能源浪潮下“天使產業”工業文明發展到今天，資源枯竭和環境問題讓人類開始焦慮下一個千年發展計劃。核能、風能、太陽能、生物質能等新能源登上了人類歷史舞臺，新能源浪潮在金融危機背景下風生水起。但是，我們有必要重新審視電動汽車所冠以的“新能源”和“低碳”這兩個字眼。

首先，電動汽車不等于新能源汽車。其實，電動車的發展史比燃油汽車更長，世界上及時輛機動車就是電動車。后來，由于燃油汽車技術的迅速發展，而電動車在能源技術和行駛里程的研制上長期未能取得突破，從20世紀20年代初至60年代末，發展進入了一個沉寂期。70年代以來，由于中東石油危機的爆發以及人類對自然環境的日益關注，電動車才再度成為技術發展的熱點。新能源是有嚴格定義的，《能源詞典》的表述是“在新技術的基礎上系統地開發利用的可再生能源，如太陽能、風能、生物質能、海洋能、地熱能、氫能等。”新能源是世界新技術革命的重要內容，是未來世界持久能源系統的基礎。電力和天然氣都是老能源、傳統能源，況且電動汽車的動力——電，來自于電網，而電網82%的電力來自煤炭。所以純電動汽車、混合動力汽車、燃氣汽車都不是真正意義上的新能源汽車。否則，電動自行車是不是也可以稱為新能源自行車？

其次，電動汽車不是中國現今的低碳環保車。不同的國家發展純電動汽車其節能減排的作用是不同的。像挪威、瑞典、加拿大等電源結構以水電為主的國家，發展純電動汽車等于以水電代油，能夠起到節能減排的作用；像法國這樣電源結構以核電為主的國家，發展純電動汽車等于以核能替代石油，可以節約石油、減排二氧化碳；像美國、英國等以油、氣、煤、核等多種能源發電的國家，發展純電動汽車節能減排效果不顯著，但也不會增加二氧化碳的排放量。中國目前一次能源消費的特點是以煤為主，這必然導致中國發電能源以煤為主，因此用純電動汽車替代燃油汽車，相當于用煤來代油，是用高碳能源替代中碳能源，由分散排放污染物走向集中排放污染物，由汽車排放污染物走向電廠排放污染物。研究表明，在其他條件相同的情況下，一臺依靠煤電充電的純電動車與一臺配有1.4tsi汽油發動機大眾汽車相比，在整個鏈條上所產生的二氧化碳基本相當。燃油汽車和純電動汽車能耗折算成標準煤之后，兩者的能源消耗量基本上是相等的。

所以，只有當煤炭從中國一次能源消費中退出之后，用純電動汽車替代燃油汽車才是減排二氧化碳的。但是由于中國電力需求的快速增長，而且在近日日本地震之后，中國核電發展戰略的調整使得未來的電力供應愈加依賴于火力發電。用純電動汽車去替代燃油汽車，很可能是可以減少石油進口，但卻要增加煤炭進口，因此對進口能源的依存度并不會降低，進口能源的安全性也不會有什么根本性的變化。

三、電動汽車發展對策分析

針對上文提出的問題，本文試圖在如下幾方面對發展電動汽車提出意見和建議。

及時，正確理清概念。發展電動汽車需要重新定義新能源汽車和審視低碳的內涵。

首先，重新定義新能源汽車。只有真正利用新能源作為汽車的動力，才是新能源汽車。針對目前“新能源”汽車發展呈現一哄而上、遍地開花之勢：地方政府為了政績而大力推動，有條件的地區和企業在上，一些不具備基本條件的地區和企業盲目創造條件也在上，社會各界應用一種審慎樂觀的態度來看新能源汽車的前景，冷靜、更理性地討論這個問題，制定統一的標準與規劃進行適當的建設，以防掉進新能源的“”陷阱，過度投資，將嚴重的產能過剩、大量的環境污染遺禍子孫萬代。

其次，審視低碳內涵。不能為了低碳而低碳，以發展低碳的名義做高碳——一味追求節能汽車的保有量，大力投資昂貴的充電站建設，忽視控制汽車消費這一根本性的節能減排措施，以及其他真正需要治理的環境問題。“低碳”的口號提出易、踐行難，發展新能源或清潔能源時，要注重生產和制造能源過程中的資源消耗和污染。如果對發展低碳經濟、建設低碳城市內涵不清、路徑不明，盲目跟風不僅不能推動低碳發展，反而可能由于急功近利、草率行動，而干擾城市整體發展的秩序，讓城市發展偏離既定的軌道，造成資源、人員的浪費。

第二，樹立系統觀念，將能源結構、整體的充電網絡、工業標準以及各個環節的流程協同計劃和控制，用類似于“電動交通”這樣的系統工程的概念來取代“電動汽車”的孤立概念，尋找并發展適合中國資源稟賦、符合市場環境和需求的真正的新能源汽車。一是加速推出有關技術標準，降低中國廉價供國外進行電動車運營測試的社會成本；二是重點對稀土、鋰等戰略資源的開發和利用，加強統一規劃和管理，建立戰略資源儲備制度，提高開采技術，為電動汽車產業的持續發展提供基礎保障。

第三，注重引導企業加大對于新能源汽車關鍵技術和關鍵零部件的投入，向處于經驗豐富地位的國家學習，如汽車發動機方面：美國、日本和德國；新能源方面：歐洲和美國。對于共性關鍵技術，國家可組織力量進行聯合開發，支持關鍵零部件和原材料的產業化，幫助國內車企解決關鍵零部件的供應問題，同時大幅度降低零部件的價格，從而降低整車成本，避免關鍵零部件為國外企業所壟斷，為企業的自主研發開創有利條件。

第四，在真正的新能源電動汽車成功產業化之前，給予傳統燃油汽車足夠的重視。中國在相當長的時間里還要以燃油汽車為主，更需要適度控制汽車消費，從而節能減排。

電動汽車論文:對于湖北省電動汽車產業鏈構建與發展探析

論文摘要：針對“低碳經濟”這一經濟熱題，對湖北省電動汽車產業鏈構建中存在的問題進行了調查分析，并給出了相關的建議。

論文關鍵詞：低碳經濟;電動汽車;產業鏈

1 問題引出

所謂低碳經濟，是指在可持續發展理念指導下，通過技術創新、制度創新、產業轉型、新能源開發等多種手段，盡可能地減少煤炭石油等高碳能源消耗，減少溫室氣體排放，達到經濟社會發展與生態環境保護雙贏的一種經濟發展形態。

在低碳經濟概念的指引下，為了在未來十年成為全球新能源汽車的老大，中央財政總體上將投入超過1000億元支持節能與新能源汽車核心技術的開發與推廣。湖北省也采取了很多措施來保障電動汽車產業鏈的構建和發展。

本文對湖北省電動汽車產業的構建和發展狀況進行了分析研究，發現其還存在著很多的問題，結合這些問題，提出了具體的建議。

2 湖北省電動汽車產業鏈存在的問題

2.1 湖北省電動汽車市場建設中的技術研發還不成熟

對于電動汽車來說，電池、電機等核心技術一直是湖北省各大汽車廠家研究的重點。目前湖北省電池、電機等核心技術還很不成熟，需要進一步研究。如果電動汽車在每個環節的技術不能過關，如果電動汽車的開發研究沒有后續的努力，那么電動汽車的生命力將受到致命的威脅。因此，電動汽車的技術產品化的結果如何以及電動汽車后續發展的力量，將決定湖北省電動汽車產業鏈構建的命運。目前主要的制約湖北省電動汽車產業鏈的瓶頸在于電動汽車的電瓶無法通用。因為各廠商生產各自規格的電瓶使得電瓶無法通用，從而制約了電動汽車充電站的建設和發展。

2.2 湖北省電動汽車產業鏈技術標準不統一

要實現電動汽車的市場化，在研究核心技術的同時，制定和統一技術標準是很關鍵的。但是目前，湖北省乃至國家對于電動汽車的標準、電池的標準還未達成統一，既容易造成資源浪費，又加大了普及難度。

2.3 湖北省電動汽車產業鏈售后服務環節力度不夠

售后服務關鍵是要掌握好電池與電機的維修、保養與回收技術，但湖北省目前這方面技術人才和隊伍還有待不斷培養。同時，平衡生產廠家與分銷商的利益關系還存在問題。由于電池技術復雜，更換和維修需要廠家支持，而廠家支持力度的大小對分銷商的利益將造成較大影響。

2.4 湖北省電動汽車保險和金融服務等環節力度不夠

由于目前電動汽車成本相對較高，對于用戶來說，除了湖北省政府給予補貼外，如果保險與銀行等金融機構能給予支持，將對電動汽車市場化有助推作用。但目前由于湖北省電動汽車還處于發展初期，有關電動汽車的保險業務和金融服務業務尚處于摸索階段。

2.5 “新能源汽車央企大聯盟”成員利益協調一致尚有困難

“新能源汽車央企大聯盟”既然要結束各車企“各自為戰”的局面，那各車企業新能源汽車發展規劃就勢必要做出相應調整。而這種調整必然帶來車企業間的又一場利益博弈的過程。其中的東風汽車公司生產基地主要位于湖北省，并且東風公司在襄樊建立了新能源汽車生產基地，是國內及時家同時獲得混合動力和純電動城市客車生產資質的企業，年產3萬輛的新能源客車生產線正在建設中。而其他的成員大部分也在湖北省有生產基地。因此，湖北省電動汽車的供應競爭十分激烈，成員利益矛盾突出。

“新能源汽車央企大聯盟”共分三組，及時個是包括一汽、東風、長安等在內的整車組，第二個是電池組，第三個是能源供給和服務組，包括國家電網、中海油、中石化等在內，承擔充電站建設等。電的使用是要劃入國家電網的，而中石化和中石油原來是加油站，現在卻要投成充電站，有跑馬圈地的“嫌疑”。“新能源汽車央企大聯盟”在湖北省的發展同樣易形成跑馬圈地形成的資源浪費和不合理競爭。

2.6 容易形成地方保護

湖北省新能源汽車的發展離不開政府的推動,然而,新能源汽車的進一步發展卻遭到來自地方保護的制約。此外，國內的競爭十分激烈，北京、上海、西安等地先后盛名開發出了電動汽車，有的已投入營運使用。湖北雖然已有較好的基礎和聲望，但如發展不快，進展不利，隨時都有可能被競爭對手拋在身后。政府如何做好眾多利益主體的調整整合是一大難題。

2.7 “低碳經濟”下能源升級與能源接軌的實現還存在問題

湖北省目前的汽車產業依然使用的是傳統能源，面對新興的電動汽車產業，如何真正的將傳統能源與電能接軌，如何實現傳統能源的升級還是一個很棘手的問題。電動汽車產業正處于初步發展階段，而從傳統能源過度到電能還需要一段很長的時間。而湖北省政府如何真正構建起綠色環保的電動汽車產業鏈，還尚待思考。

與此同時，湖北省傳統汽車的批量淘汰和傳統加油站的改造還存在問題。如果將來湖北省的充電汽車市場擴大，隨之而來的問題就是傳統汽車的批量淘汰和傳統加油站的改造問題，這些雖然是遠景，但勢必是發展電動車和推廣電動車需要考慮的問題之一。

3 對發展完善電動車產業鏈的建議

3.1 積極完善電動汽車各項核心技術

針對目前的充電汽車生產而言，電池、電機等核心技術一直是湖北省各大汽車廠家研究的重點。因此，政府應當適時發揮作用，加大相關方面的研發投入，尤其是可以利用湖北省高校集中的科研優勢，在引進先進技術的同時做好自主研發工作。

3.2 增加對電動汽車制造和銷售環節的政府扶持和投入

電動汽車的產業化發展目前局勢仍不明朗，其中一個關鍵限制因素是市場上銷售的新能源汽車主要以混合動力為主。而其技術水平尚處于初級階段,較高的購車成本限制了其普及。而純電動汽車的銷售推廣目前仍困難重重。對于解決這一問題政府部門應當加大政策上的傾斜力度。在制造環節可以通過建立嚴格的尾氣排放標準和汽車生產工藝來限定非電動汽車的生產，而對電動汽車的生產進行相關稅收政策的扶持。在銷售環節，可通過減免車船使用稅和養路費等政策來鼓勵消費者購買電動汽車。

3.3 對電動汽車產業鏈中各項產品和技術進行標準化

現有的汽車制造廠商在電動汽車的生產方面各自為戰，這也導致了電動汽車電池、電機等核心零件難以進行統一的標準化生產。這既增加了電動汽車的生產成本，也增加了電動汽車的推廣難度。湖北省可以根據東風汽車公司現有的生產規格在湖北省甚至是中部地區搭建起一個標準化生產的平臺，對于處于這一生產鏈中的各制造商采用統一的生產規格，從而提高生產效率，也便于將研發成果及時應用于生產。

3.4 提高電動汽車購買的各項售前售后服務

針對目前許多民眾對于電動汽車了解較少，對購買或使用電動汽車持觀望態度這一情況，政府部門可以設立相關的機構以供市民咨詢。同時各汽車生產廠商可以建立統一熱線和售后平臺，解決各類電動汽車的售后問題。

3.5 構建企業聯盟，協調各方利益

針對目前的央企聯盟和可能出現的地方保護主義，湖北省相關政府部門應當權衡各方利弊，根據現有的電動汽車產業鏈建立起相關企業聯盟，通過資源共享、互利互惠的企業系統來促進電動汽車的產業化發展。

同時，由于中石油中石化等和國家電網之間存在的競爭關系，使很多充電能源設施建設在某種程度上淪為爭奪未來發展空間的“圈地”行為，充電站等基礎設施建設的實際利用率令人擔憂。因此在充電汽車產業鏈中的能源供給鏈中也可以通過協議建立起能源巨頭如中石油中石化和國家電網間的聯合。中石油中石化控制的加油站由于早進入市場因而其地理位置優越，成為城市交通的重要補給，而國家電網則是借此次充電汽車研發推廣之風才進入到這一領域，因此在充電站選址建設方面存在限制。在這些能源巨頭中搭建一個能源轉換的平臺可以使得雙方互利共贏，同時也達到真正合理利用資源的效果，避免各自為戰對國家能源資源帶來的浪費。

3.6 思考從傳統汽車向新能源汽車的更新換代

傳統汽車向新能源汽車的轉型是必然之勢，但如何進行其中的更新換代，進行傳統汽車的批量淘汰是擺在政府及企業面前的難題。建議政府部門在計劃傳統汽車更新換代的同時，積極研發如何將傳統汽車進行改裝成混合動力型汽車，繼而向純電動汽車時代平穩過渡。

電動汽車論文:電動汽車鋰電池管理系統故障診斷探究

摘要：鋰電池管理系統是電動汽車的重要組成部分，它是車載動力電池和電動汽車之間連接的關鍵紐帶。因此，電動汽車鋰電池管理系統能否正常運行對電動汽車至關重要，鋰電池管理系統故障的診斷成為保障電動車安全正常運行的關鍵。本文先對電動汽車鋰電池管理系統做了簡單介紹，然后論述根據實際經驗總結得出的電池管理系統故障診斷的方法

關鍵詞：鋰電池電動汽車；管理系統；故障診斷

目前，我國大力倡導綠色經濟，電動汽車的出現正好響應了這個號召，所以現在電動汽車的使用量大幅增加。鋰電池管理系統是電動汽車中的一個重要的組成部分，并且該系統帶有高壓，他的正常運轉對電動汽車的正常使用十分重要。電動汽車中的鋰電池管理系統故障具體可分為以下三種：一是執行器發生故障，二是傳感器發生故障，三是元部件發生故障。以上三種故障輕則可降低鋰電池管理系統使用性能，重則可導致電動汽車發生交通事故，給電動汽車使用者造成人身安全和經濟損失。因此，電動汽車電池管理系統故障的診斷十分重要。

一、電池管理系統的簡單介紹

電動汽車鋰電池管理系統有被叫做電池管家，他是連接電動汽車動力系統和電動汽車的紐帶。鋰電池管理系統的主要作用是：一是對電池狀態估算，二是對電動汽車電壓系統診斷和預警，三是控制電動汽車行車時的放電。鋰電池管理系統可以通過控制電池的充放電過程避免的電池的過度使用，增加了電池的使用壽命。

二、電動汽車鋰電池管理系統故障的分類

（一）充放電電路故障

充放電電路故障是一種由于電流短路造成的故障。當電動汽車鋰電池發生充放電路故障時，輕則會造成鋰電池損壞，重則會引發電池爆炸和電動汽車爆炸，后果十分嚴重。所以，電動汽車應根據鋰電池相對應的電池容量配備電路熔斷器，在電路發生短路時自動斷開電路連接，防止充放電路故障的發生，保護電動汽車鋰電池的安全。

（二）電池組故障

電池組時電動汽車鋰電池管理系統的重要組成部分，電池組能否安全有效的運行對電動汽車的正常使用特別重要。電池組是由多個相同的鋰電池組成，而這些電池個體的性能參數是有差異的，在電池組長時間的充放電運行過程中，對單個電池造成的疲勞損傷都是不同的，這種不同會隨著電池組使用時的增加而逐漸累加，所用使用時間較長的電池組中的單個電池充放電時間差距會越來越大。電池組可供電動汽車使用的時間也越來越短。因此，為避免過度充放電造成的電池損傷，電動汽車應及時更換老化電池。

（三）BMS故障

BMS系統的作用是監視和管理電動汽車鋰電池組，加入BMS系統出現故障，則無法對電動汽車電池組進行有效的監管。BMS系統的組成部件很多，出故障的可能性也較大，所以加強對BMS系統故障的預防和處理是什么有必要的。

（四）電動汽車鋰電池管理系統故障診斷系統的介紹

電動汽車鋰電池管理系統故障診斷主要是從車和人的安全出發，預防并制止一些危險狀況。由于電動汽車中電壓遠遠高于人體所能承受的安全電壓，所以，電動汽車一旦出現電壓和電解液泄露的狀況，將會導致汽車自燃、爆炸等危險現象。因此電動汽車鋰電池管理系統在這些危險動作將要發生時迅速做出反應進行制止，避免造成電動汽車損傷和人員傷亡。

（五）接觸器故障診斷

接觸器對于電動汽車鋰電池管理系統有著十分重要的作用。當電動汽車鋰電池管理系統出現故障時，必須迅速切斷接觸器，已達到保護鋰電池組合電動汽車的目的。

（六）高壓絕緣檢測

高壓電系統是電動汽車中非常重要的組成部分，電動汽車高壓系統的主要作用包含以下三個方面：一是可以保障整個電動汽車電力系統的正常輸送；二是可以自由地對高壓系統的故障進行檢測；三是能夠確保整個電動汽車中的設備和人員的安全性。BCM對整個電動汽車的高壓系統安全起到控制作用。BCM在監測過程中發現車內電壓異常和電池絕緣異常，為保障安全可以采用分級報警的策略保障安全。

（七）碰撞安全介紹

電動汽車鋰電池組中都存在高壓，如果發生泄漏會其他一些故障都可對人的生命安全造成威脅。電池組是由多個單體電池組合而成，在電動汽車運行期間難免會產生碰撞與摩擦，如果碰撞比較劇烈則可能會造成高壓回路短接的危險狀況。所以，我們應當在電動汽車的BCM上接入一個加速度傳感器的信號輸入電路，用來防止這種危險情況的發生。

三、結束語

綜上所述，電動汽車屬于綠色環保型交通工具，為響應國家綠色環保的號召，將來會有越來越多的人使用電動汽車出行。所以，對動力鋰電池組進行系統故障診斷有利于提高電動汽車系統的性和安全性，對電動汽車的大力推廣有積極促進的作用。本文對電動汽車鋰電池管理系統的故障診斷功能做了簡單介紹，從充放電電路、電池組以及BMS三個方面進行分析，較好的證實了故障診斷系統對于提高整車性的重要作用。

作者:宋玲安 單位:山東理工職業學院汽車工程學院

電動汽車論文:新能源電動汽車充電樁產業環境分析

摘要：新能源電動汽車行業正在逐步擴大，而充電樁的建設與發展成為推動電動汽車行業發展的一個瓶頸。鑒于此，文章對充電樁行業進行了SWTO分析，并且針對充電樁行業存在的性能不完善、企業盈利不樂觀、銷售市場不理想、售后服務不完善等問題提出了相對應的對策與建議，為充電樁行業營造一個更加健康有序的發展環境。

關鍵詞：SWTO分析；問題；建議

如今低碳、經濟、環保已經成為我國和全世界經濟發展的主旋律。為了更好地響應國家節能減排號召，對于交通業來說，盡快實現汽車動力系統由汽油型向充電型的產業結構轉型勢在必行。隨著新能源電動汽車的逐步推廣，對充電樁行業來說，盡快進行充電樁技術研發、制造、銷售充電樁不僅符合大眾需求而且也符合未來交通業發展的要求。但是由于新興行業發展的局限性，即進行技術研發、產品銷售及售后服務都需要很大成本，企業不愿意冒著盤虧的風險進行充電樁技術的研發以及生產銷售。因此為了協調好企業、消費者、政府之間的矛盾，有必要對充電樁行業進行調研分析，提出相應對策。

一、新能源電動汽車充電樁行業的SWTO分析

（一）優勢

1.價格優勢。我國是石油消費大國和石油進口大國，并且近幾年來石油價格只增不減。因此，相比于燃油來說，使用充電樁充電的成本更低。2.快捷方便。在加油站，客流量大的時候需要排隊等工作人員加油。但是，每臺充電樁有很多個插頭供消費者使用，相比于加油來說，更能節約消費者的時間，更方便。3.安全系數高。加油站存在很多安全隱患，需要進行一系列的安全預防措施。充電樁相比于加油站來說安全系數則更高。4.清潔環保。加油站有各種燃油揮發的氣味，而且加油站的“漏油”現象對環境可能造成污染，相比之下，充電更清潔環保。

（二）劣勢

1.無序競爭狀態。目前充電樁產品質量參差不齊，很多公司在打價格戰，充電樁行業還沒有一套嚴格完整的行業發展標準與準則，整個行業處于無序競爭狀態。2.銷售渠道窄。目前的充電樁企業主要通過參加展會以及通過銷售人員的推銷來宣傳，沒有進行大規模的有力宣傳。3.研發成本高。國內充電樁行業在發展的過程中，核心技術和自主創新能力嚴重不足，制約了整個充電樁行業的發展，目前國內難以自主制造重要的充電樁零部件，對于國外市場的發展有較強的依賴性。

（三）機會

1.綠色環保。環保電動汽車符合國家綠色發展的理念，備受政府推崇，而充電樁正是為這一趨勢更好發展提供了強有力的配套。2.發展前景廣。在美國、加拿大和歐洲一些對汽車排放要求較高的國家，其燃油汽車的使用率逐漸下降，這將促進充電樁行業的大力發展。據業內專家預測,到2020年,中國10%～20%的乘用車銷量將來自純電動車、充電式混合動力和其他新能源汽車。3.國家的大力支持。按照《電動汽車充電基礎設施發展指南》（2015~2020年）規劃，到2020年我國將建成1.2萬座充換電站，480萬臺充電樁。國家出臺的各項鼓勵措施形成了有利于新能源電動汽車充電樁發展的良好環境。

（四）威脅

1.可利用的土地資源緊張。目前充電樁僅在一線城市進行推廣銷售，而我國一線城市普遍呈現地少人密的狀態，為充電樁占領一席之地也是企業面臨的一大難題。2.預期政府補貼力度的減少。隨著新能源汽車的不斷推進，政府極有可能降低甚至取消對新能源電動汽車行業以及充電樁行業的各種補貼來控制充電樁行業的市場容量。3.行業競爭壓力加大。充電樁行業巨大的發展潛力，吸引了眾多民營和國營資本的進入。各企業主要利用政府的補貼進行充電樁技術研發與創新改造，不斷地增強企業的產品競爭優勢，使各企業之間的競爭壓力加大。

二、電動汽車充電樁行業存在的問題及困難

（一）充電樁性能不完善

充電樁行業作為一個新興行業，充電樁的技術處于不成熟階段。例如電池自身技術不過關就可能引發自燃、起火等各種安全事故，很多外在原因成為安全事故的導火索，因此于現在的新能源汽車來說，某些方面還存在一定的安全隱患。另外許多企業的充電樁采用的是一對一接口的模式，并非對所有新能源汽車適用，這是一個非常致命的弱點。通過查閱文獻，了解到目前的充電樁能在0.5~3小時為電動汽車進行常規充電，相比燃油汽車加油的時間，充電樁充電時間過長。

（二）充電樁行業處于無序競爭狀態

目前電動汽車充電樁企業數量過多，大部分企業都是從其他行業轉型過來的，這就會導致充電樁產品質量參差不齊。其次是國家沒有相應的規章制度對充電樁行業進行約束，很多公司仍然在打價格戰。再加上充電樁作為一個新興產業，一些企業盲目跟風，片面追求規模和眼前利潤，不利于充電樁行業的長久發展。種種現象致使整個充電樁行業處于無序競爭狀態。

（三）銷售量不理想

目前充電樁還沒有大批量的進入市場，銷量并不樂觀。主要是因為宣傳力度不夠導致消費者對充電樁的認知度不夠，目前的充電樁企業主要是通過參加展會來介紹產品，銷售人員采用互聯網、電話的方式進行宣傳，推銷達到的效果并不明顯。因此，到目前為止，大部分人并不了解充電樁行業，導致了銷量不理想。

（四）企業盈利不樂觀

充電樁行業正處于初級發展階段，使企業遇到了各種各樣的困難，比如研發成本、建設成本和維護成本高、投入周期長、充電樁使用率不高、銷售數量不多等，這些都是企業盈利不樂觀的原因。（五）售后服務不完善目前充電樁行業的售后服務并不完善，甚至有些企業還沒有建立售后服務中心，這也成為了當前和未來一段時期發展新能源電動汽車和充電樁行業的主要障礙之一。

三、發展充電樁行業的建議

（一）充電樁性能的完善

充電樁企業必須將安全保障放在首位，再來提高其性能。提高充電樁兼容性、實現快速充電等是提高性能的關鍵。只有不斷地提高充電樁的性能，才能提高充電樁企業的核心競爭力。

（二）開拓消費者市場

企業應該加強充電樁的推廣，例如可以創立一個微信公眾號，對充電樁的銷售、安裝、售后服務等內容做一個的推送，讓更多人了解充電樁。另外，充電樁企業可以在大型商場、超市以及居民小區等人流量多的地方建設公共充電樁充電車位，方便消費者使用。充電樁企業也可以與4S店合作，比如說可以利用客戶充電的時間為新能源汽車提供4S增值保養服務。企業還可以與房地產開發商建立合作，比如說建設新能源立體車庫，配套充電樁等基礎設施以方便消費者充電。

（三）企業對消費者的補貼

企業可以適當給予消費者一些優惠或補貼。例如可以讓消費者免費試用充電樁，不僅可以使消費者對充電樁有更深入地了解和認識，還可以把試用的問題及時反饋給企業。在充電樁銷售初期，要給予消費者更多的優惠條件與附加服務才能提高消費者對充電樁的接受度和購買力度。

（四）政府的補貼與扶持

國家要盡快完善對充電樁行業的扶持政策，比如說加大補貼力度來鼓勵地方政府和社會資本投資建設充電樁，對充電樁企業實行減免稅，提高充電樁技術研發與創新的獎勵力度等。政府也可以對消費者進行充電補助，比如說替消費者承擔一部分的電費等。同時，希望盡快建立充電樁行業協會，以便對充電樁行業進行更好地監督與管理，規范充電樁行業秩序，及時地反映問題，解決問題，以促進充電樁行業更好地發展。

四、總結

目前新能源電動汽車在當前市場上所占份額小，充電樁作為一個新興行業，早期建設充電樁需要投入的資金巨大，短期收益不明顯。另外政府的補貼與扶持力度不夠、政策不完善，導致充電樁發展面臨著不少困難與阻礙。從微觀角度來看，充電樁銷售渠道窄、產品本身技術不過關、售后服務不完善等一系列問題都沒有得到合理解決，因此充電樁銷量不高。解決這些問題一方面要靠企業開拓消費者市場、讓使用充電樁的潛在用戶逐步增加；提高充電樁的核心技術，使性能更加完善；對消費者進行適當的補貼，帶給客戶滿意的產品及的服務。另一方面還要依賴于政府鼓勵性政策的扶持。因此，充電樁產業的發展不僅需要企業迎難而上，更需要政府的大力扶持與鼓勵。

作者:向柔情 王照照 李怡芳 單位:上海海洋大學

電動汽車論文:電動汽車直流充電系統設計

摘要：

分析電動汽車恒流恒壓充電法、三段式充電法和脈沖式充電法的缺點，設計一種電動汽車自適應快速直流充電系統。電動汽車充電模塊功率變換系統采用模塊化結構，由18只3kW的小模塊并聯而成，各功率模塊由內部單片機進行控制，再由計算機主機統一通過串口控制。測試結果表明，系統能夠根據檢測到的電池組充電狀態，自適應調整充電電流的大小及脈寬，發揮電池較大接收電流的能力，達到快速充電的目的。

關鍵詞：

電動汽車；自適應；快速充電；模塊化；電流脈寬

0引言

隨著石化能源的日益減少以及價格的不斷上漲，新能源電動汽車由于其零排放、耗能低等優異特點，倍受各方關注。然而電動汽車電池的快速充電一直是阻礙其發展的瓶頸。目前對電動汽車電池的充電方式有：1）恒流恒壓充電法，先以恒定電流充電到額定值，然后改為恒定電壓，完成剩余的充電過程；2）三段式充電法，先以恒定電流充電到額定電壓，然后改為恒定電壓充電到額定的電流值，改為涓流充電到結束；3）脈沖式充電法，用固定寬度的脈沖電流對電池充電，然后讓電池停充固定時間，再以固定寬度的脈沖電流對電池充電，如此反復循環，直到充滿。以上三種充電方式存在共同的缺點是充電的電流不能太大，因而充電的速度不快［12］。電動汽車自適應快速直流充電系統則能夠在電動汽車充電之前，對電動汽車的電池組狀態進行檢測，利用單片機控制充電系統的充電電流大小及電流的脈寬進行充電，并實時檢測充電狀態，及時調整充電電流的大小及充電電流的脈寬，自適應發揮電池較大接收電流的能力，從而達到對電動汽車快速充電的目的［35］。

1系統總體設計

本文中單臺充電機電功率大于50kW，較大充電電流達400A，電能的轉換效率達92％，功率因數大于98．5％。如果功率變換系統做成一個大的充電模塊，其安全性能及性都較低，而且不利于維護。因此，功率變換系統采用模塊化結構，由18只3kW的小模塊進行并聯而成，每只3kW小模塊的電路充電電壓、電流都由內部的單片機進行控制，18只3kW的小模塊內部的單片機則由計算機主機統一通過串口控制。采用這種模式不僅充電系統的功率有足夠冗余，而且產品的性得到很大的提高。3kW模塊電路。電動汽車直流充電系統自適應快速充電過程：首先用單片機檢測電路檢測出電池實際容量，從而控制輸出電路的脈沖充電電流寬度，使電池在深度放電后，以較小脈沖寬度電流充電，即平均電流約0．1C，有利于激活電池內的反應物質；當單片機檢測電路檢測出電池可以接收較大電流充電時，此時調寬充電脈沖，使其以大電流快速充電30min，即平均電流約1C；而后再根據電池接收能力，調窄充電脈沖，完成充電過程。

2系統硬件設計

系統硬件設計主要包括輸入EMI濾波和整流電路設計、功率因數校正電路設計、移相全橋電路設計、單片機控制電路設計、輸出控制電路設計和充電接口設計等［7－10］。

2．1輸入EMI濾波和整流電路設計輸入

EMI濾波和整流電路如圖3所示。交流市電經EMI濾波后，再通過由二極管組成的全橋整流電路將交流市電整流成脈沖的直流電，該脈沖直流電一路輸入功率因數校正電路，另一路輸入輔助電源電路。

2．2功率因數校正電路設計

。功率因數校正電路以L4981A芯片為核心，可以提高本充電器的功率因數，減少電路損耗。經過功率因數校正后的脈沖市電進入移相全橋開關電路。

2．3移相全橋電路設計

移相全橋電路如圖5所示。移相全橋電路以UC3895芯片為核心，輸出PWM脈沖信號驅動移相全橋電路四個MOSFET開關管。移相全橋開關電路將市電脈沖電流轉換成所需的直流電源，送到輸出控制電路［1113］。此外，本文在充電系統主電路上采用了在有源功率因數校正電路和移相全橋電路之間再增加濾波電路，隔離有源功率因數校正電路和移相全橋電路相互之間的高頻干擾，使系統的各單元電路更能穩定地工作。為增加隔離濾波電路前后脈沖信號對比波形。對比發現，采用隔離濾波電路有效抑制了高頻干擾。

2．4單片機控制電路設計

選擇性能穩定的MCS51系列單片機AT89C2051芯片及其外圍電路器件。單片機檢測電路先檢測電池的狀態，然后控制輸出控制電路，使其輸出足夠大小的電流和電流的脈寬［1415］。

2．5輸出控制電路設計

輸出控制電路如圖8所示。通過單片機檢測電池的電壓狀態，然后控制輸出控制電路，從而獲得足夠大小的電流和電流的脈寬。如電池在深度放電后，單組鉛酸電池的電壓會低于10．5V，此時電池接收充電電流的能力較小，宜采用較小脈沖寬度電流充電，否則會損壞電池；當單組鉛酸電池電壓大于10．5V時，電池接收充電電流的能力較大，可采用較大脈沖寬度電流充電，有利于完成電動汽車電池的快速充電；當單組鉛酸電池電壓大于14．1V時，電池接收充電電流的能力下降，可采用較小脈沖寬度電流充電，有利于完成電動汽車電池充滿電。此電路設計達到電池接收較大電流的能力，調整充電電流的大小及電流的脈寬，及時完成快速充電的功能。

2．6充電接口設計

采用具有防熱功能的充電接口電路，增加了快速充電接口的使用壽命。在通用充電接口容易發熱的金屬觸頭處安裝溫度檢測探頭，電動汽車充電時，如果插座與插頭接觸不良，充電接口溫度會上升，超過國家標準中規定的70℃時，充電接口電路發出信號到充電機控制電路，減少充電電流并報警，使充電接口中火線金屬觸頭、零線金屬觸頭溫度不再上升，防止由于金屬觸頭溫度過高而造成電路短路，燒毀電氣設備，引起火災等突發事故，延長充電設備使用壽命。經測試，本設計的接口裝置充電10000次以上未出現發熱現象，填補了國內空白。

3系統軟件設計

本充電機的顯示和主要控制部分是由計算機來完成。通過可視化的VB語言編程，實現刷卡充電，充電過程有語音提示，充電結束由微型打印機打出憑條，通過對程序的升級，實現充電聯網。

4系統測試

對四組18只3kW模塊進行并聯后。18個并聯的3kW模塊輸出電流均接近于10A，不論在重載還是輕載的情況下，都可以實現均流充電。這一技術將為以后研制更大功率的充電設備打下基礎。

5結論

本文介紹了一種電動汽車自適應直流快速充電系統，電動汽車充電模塊功率變換系統采用模塊化結構。采利用該方法充電，可實現對電池無損害情況下快速充電，克服電動汽車發展的瓶頸。通過對充電機實際測試，可得如下結論：1）采用防熱功能的快速充電接口電路，可使充電接口使用壽命延長1．5倍以上。2）增加濾波電路，有效隔離了有源功率因數校正電路和全橋移相電路之間存在的高頻干擾。3）多只3kW轉換模塊并聯時，不論在重載還是輕載下，都能均流工作。4）先采用寬脈沖對電池組進行自適應充電，當容量達90％后，采用尖脈沖微分波形對電池組進行充電，可使其容量激活到較大。

作者：沈翠鳳 單位：鹽城工學院電氣工程學院

電動汽車論文:電動汽車電池管理系統設計研究

摘要：

動力電池是電動汽車能量的主要來源，安全、有效的電動汽車電池管理系統是電動汽車的核心技術之一。本文對電動汽車電池管理設計方案進行研究，主要討論了系統的主要功能、存在的問題以及電動汽車SOC預測方法。

關鍵詞：

電動汽車；電池管理系統；設計方案

如何減少在交通領域的能源消耗及污染排放，成為促使新能源汽車發展的重要原因。電動汽車電池管理是基于微計算機技術、檢測技術和自動控制技術對電池組運行狀態的動態監控、測量、安全保護并使電池工作在狀態。一套完整的電池管理系統能夠實現電池的狀態監測、信息交互、安全保護，確保電動車運行過程中能量利用的安全、合理與高效。

1電動汽車電池管理系統主要功能

電動汽車電池管理系統作為電池的安全管家，肩負著監測電池狀態、維護電池安全、發揮電池效率的重要作用[1]。電動汽車電池管理系統包含以下功能：電池信息采集：由采集板上傳感器采集電池組工作電壓、充放電電流、環境溫度等信息，借助總線傳遞給主控芯片。剩余電量估算：通過采集到的電池信息，由主控芯片依據某類算法完成對動力電池組剩余電量（SOC）的估算，為駕駛者提供續駛里程參考。電氣控制管理：電動汽車在充放電過程中，動力電池有可能會發生過充、過放、電池間電量不均衡等問題，大大影響到電池的使用壽命和工作效率。當上述情況發生時，電池管理的系統應能迅速做出反應，有效執行預定措施，如切斷充放電回路等，從而保障電池組的正常使用、安全使用。電池安全保護：安全管理主要負責監控電池在工作過程中是否出現工作異常，一旦發現，系統應能及時做出處理，保障電池組的正常運行，防止爆炸等危險事故的發生。數據通信顯示：收集到的電池信息首先被送往主控芯片進行電量估算與均衡控制等處理，再將處理結果通過CAN總線發送給其他設備使用，同時通過串口通信將信息顯示在上位機。

2當前電動汽車電池管理系統技術難點

就當前電動汽車電池管理系統來說存在的主要問題有：采集數據精度低。在電池充放電過程中，采集來的電壓、電流如果存在較大誤差或大范圍波動將會直接誘導過充與過放現象的發生，從而威脅電池安全。SOC估算精度不高。電池的剩余電量決定了電動汽車的續駛里程，雖然目前有多種估測SOC的方法，但在度和適用性上沒有一種能夠滿足不同行駛條件下的精度要求[2]。均衡控制技術不成熟。由于受到單體電池能量的限制，電動汽車一般采用幾十節至上百節電池組合成電池包，這些電池間的性能差異容易導致電池性能不能充分發揮，制約了能量的使用效率[3]。然而，現在的均衡控制方式仍有許多不足之處，如受到元器件的限制，尚不能有效地解決問題。抗干擾能力不強。電動汽車行駛環境復雜多變，除了本身存在的電磁干擾外，環境帶來的影響不容忽視，如高溫、潮濕的環境下，系統各項功能會大大受到影響，存在數據監測、通訊、控制失效的危險。

3常用的SOC預測方法

傳統的SOC預測方法有按時計量法、開路電壓法、負載電壓法、卡爾曼濾波法等。智能方法有神經網絡預測法。安時計量法是已知某一時刻電池的電量，并對電池充放電電荷進行一段時間內的累計，從而得到下一時刻電池荷電狀態的一種方法。電荷的累計則是通過計算該時間段內對電流的積分得到的。開路電壓法是通過測量電池的直流端電壓來估計剩余電量。當電池在長時間靜置的條件下，其電動勢EMF與電池SOC有固定的對應關系，即電池在工作電流為零的情況下，開路電壓等效為電池電動勢，故此時可以通過測量電池的開路電壓，利用SOC-EMF曲線來間接估算電池的SOC值。負載電壓法是基于開路電壓法所做的改良，目的就是為了解決開路電壓法不能實時估測SOC的問題。卡爾曼濾波法是一種基于模型的控制算法，其將電池作為非線性動態系統，把SOC作為其中一個狀態，建立電池數學模型，給出電池狀態方程和觀測方程，對狀態做出最小方差意義上的估計。神經網絡是一個高度復雜的非線性動力學系統，具有信息分布式存儲、自適應和自學習能力、非線性映射功能、泛化功能等特點[4]，針對非線性問題有很強的適應性和性。電動汽車動力電池是一個復雜的非線性系統問題，而神經網絡不需要建立數學模型，只要通過分析輸入輸出數據，就能通過自我訓練獲得輸入與輸出間的關系。輸入為電池電壓、充放電電流、電池溫度、老化程度等變量，輸出為電池的SOC。

4結束語

本文對電動汽車電池管理系統設計方案進行了詳細分析，討論了管理系統的主要功能及主要技術難點，并對常用的SOC預測方法進行分析。本文研究的內容對電動汽車電池管理系統設計實踐和應用具有一定的參考作用。

作者：嚴其艷 楊立波 譚漢洪 單位：廣東科技學院機電工程系

電動汽車論文:電動汽車對電力營銷的影響

【摘要】電動汽車一般都是以高效電池為動力源，相比于傳統汽車，電動汽車是一種替代性能源汽車，擁有廣闊的發展前景。不僅有著一定的環保優勢，還能讓企業獲得較大的經濟效益。當前，我國在快速增加電動汽車行業的相關投資的同時，大力推出了一些優惠與補貼政策，這些都會給電力營銷市場帶來一定影響。

【關鍵詞】電動汽車;電力營銷市場;優惠補貼政策;影響探究

一、前言

作為新能源應用的主要形式，電動汽車不僅能夠在我國建設環保社會中帶來積極影響，也能夠推動一系列相關產業的進一步發展，尤其是電力營銷方面。在實際發展中需要注意的是，電動汽車的廣泛推行給電力營銷市場帶來了諸多發展契機的同時，也在電力負荷、電量計算等方面迎來了諸多挑戰，因此，為了充分利用電力汽車發展優勢，對電力營銷做出進一步優化，必須要對其影響因素與完善策略做出深入探究。

二、電動汽車發展給電力營銷帶來的消極影響

一是，充電行為給電網帶來的影響。這種影響的產生主要是因為電動汽車蓄電池充電通常都屬于非線性，所以在充電中極易產生諧波，進而在電動汽車數量快速提升的同時，會給電網帶來不同程度的污染。諧波的產生不僅會給變壓器帶來一定的附加損害，其電壓、電流的不但增加也會引發安裝裝置、繼電保護方面出現誤動，若達到一定程度甚至還會引導一系列安全事故。此外，電動汽車在充電中，也可能會給電網穩定性帶來不利影響，尤其是在電動車處于集中狀態時，瞬間增加的負荷也會給電網的負荷能力帶來較大沖擊[1]。二是，電能計量方式受到的沖擊。當前，電動汽車主要采用的有快充、慢充兩種方式。前者主要可以大幅度減少充電時間，但充電回路往往會形成相對較大的負荷，因而必然會對載流能力、以及計算能力的性提出較大要求。若應用的是慢充方式，雖然在回路中不會形成過大的負載電流，但通常都會消耗較長的充電時間，且對小負荷計算能力的方面提出的要求也相對較高。在此背景下，電能計量裝置往往需要同時進行較小、較大電流的計算，這必然會給電能計量技術帶來較高要求[2]。當前，我國采用的電力測量方式主要是電子、感應測量兩種，且這兩種方式收到的諧波影響都比較大，特別是對于電能表來講，諧波的產生極易影響其計量性，進而影響最終測量的精準性。然而，諧波計算都是電動汽車充電設備所不可或缺的一項功能，因此，要想得到更的計算結果，就必須要加強技術創新研究。三是，電動汽車發展引發的連鎖反應。現階段，對電動汽車電費的收取上，我國供電企業還未推行統一標準。而供電企業之所以積極配合電動汽車行業的進一步發展，并在充電站建設上投入了大量自己，就是為了能夠在其行業發展中獲得更大的經濟效益。但由于不同地區充電成本存在的差異，所以電動汽車的充電成本也是各不相同的。為了促進我國電動汽車行業的快速、健康發展，應結合當前的商業、居民電價情況來做出科學協調，制定出標準價格，或者是在此之前，設計出一個更加新穎合理的電價類別。

三、電動汽車發展給電力營銷帶來的發展機遇

1.不斷推動電量增長

隨著電動汽車的進一步發展，供電企業的售電量也會隨之不斷增加。對于電動汽車車主來講，充電通常都會在兩個時間段進行：一是，上班后在自身工作時間內，在單位停車場、公用停車場來完成充電，時間大約在八到九小時左右，在此過程中，主要集中于用電瓶段期，電量大多都是以商業性質，或者是非居民照明為主；另一個是下班后，在家中或是小區的車庫中，利用夜晚這一時間段來完成充電，時間通常都為九到十小時左右，這段時間的用電往往都處于低谷時期，電量一般都是以居民照明為主。這樣在大力推行電動汽車之后，我國電力銷售量一定會得到大幅度提升，進而給供電企業帶來更大效益[3]。

2.推行新的收費方式

從電動汽車充電電費層面來考慮，供電企業通常都需要針對充電基礎設施建設投入大量資金，需要面臨較大風險，對此，首先為了盡可能消除收費上帶來的一系列困擾，對于公用充電樁可以結合具體情況實施投幣式的計費方式，這樣不僅能夠大幅度降低供電部門在管理人員方面的投入，更高效的將電費收回，也能夠為用戶隨時進行充電提供一定保障。其次，電力汽車車主還可以在相應的營銷網點購買與話費充值卡相似的電費充值卡，這樣在需要充電時，在充電卡裝的計量裝置上插入電費卡就可以隨時進行充電了，且計量裝置會清楚的呈現出電量與扣減的費用，以此來方便用戶掌握。同時，在運用這種充值卡時，用戶還可以撥打相關服務熱線，通過輸入客戶編號與驗證碼即可輕松完成繳費。這種繳費模式雖然既方便又高效，但是就目前來講，在營銷服務手段方面仍舊處于空白情況，但在電動汽車不斷更新發展中，這種便捷的繳費模式也一定會得到廣泛應用與推廣。此外，在信息時代高速發展背景下，電網建設也取得了較為顯著的發展成果，因而，對電動汽車充電電量計費方面也一定會提出新的項目與要求，如，在計費裝置方面增加充值、收費等一系列功能，以此來為電力營銷拓展出更廣闊的市場，電力市場也能夠為電動汽車的進一步發展提供有力支持[4]。

3.帶動后續產業發展

經過相關調查分析得出，國家電網已經在各個省市進行了電動汽車充電站建設的推進，功用充電站、交流充電樁也在隨之不斷增加，這也在一定程度上推動了電動汽車產業的創新發展。由此可見，在充電設施推行帶動下，其設施的維護、后續服務等各種后續產業也會獲得更廣闊的發展空間。對于供電企業來講，電池配送也是今后發展后續服務中應給予重點關注的內容。主要是因為電動車充電具有時間較長且分散的特點，不僅會對用戶的正常使用帶來一定影響，也不利于供電企業的高效有序管理，而若選擇快充，在給電池壽命帶來不利影響的同時，也會產生較大電流，從而給電網穩定性帶來不同程度的影響，且還可能會產生更大的諧波[5]。因此，怎樣對充電時間做出統一科學的調配，給用戶的正常、高效使用帶來一定便捷，并拓展供電企業的效益空間，也是當前應關注、探討的重要問題。而在公共充電站進行電池更換就是一種合理高效的解決方式。白天，充電站可以對空電池進行回收，然后再在夜間用小電流實施長時間充電，以此來為其他客戶提供循環電池。這樣，充電站不僅可以在低谷用電段，集中進行電池充電，大幅度提升負荷利用率，同時，也因為電池充電都是實行慢充模式，也能夠盡可能的減小給電網帶來的不利影響，且對電源容量也不再需要提出過高要求，從而在給用戶提供便捷，給供電企業帶來更大效益的同時，也能夠進一步帶動相關后續服務的發展。但需要注意的是，更對于換電池這種模式來講，要想順利實施還需要我國在電動汽車電池方面推行統一標準，只有這樣才能夠真正將這種便捷提供給用戶。除此之外，為了促進電動汽車的發展，僅僅是企業自身努力是不夠的，還需要國家在政策方面的支持和鼓勵。國家需要明確當前的電動汽車發展趨勢，認識到電動汽車發展對于電力營銷的影響，通過政策合理的調控兩者之間的關系，促進我國電動汽車行業的長久發展。

四、結語

綜上所述，在今后的創新發展中，電動汽車的廣泛推行不論是對增供擴銷電力市場，還是大幅度提升經濟效益上都會產生積極的引導作用。對此，各電網企業應對電動汽車發展機遇做出把握，充分整合現有條件資源加強能源供給網絡建設，從不用層面做好營銷分析，探索出更新穎的業務模式，以此來促進電量增長點的不斷增加，也以此來真正實現經濟、社會效益的有機融合，為電力營銷拓展出更廣闊的空間。

作者:李建華 王利強 孫景 單位:西安特銳德智能充電科技有限公司

電動汽車論文:市場環境下電動汽車的電力服務

【摘要】隨著社會的發展，人們越來越重視環境的保護和治理。在當前的市場環境下，電動汽車也逐漸受到社會的廣泛關注，彰顯出蓬勃的生命力。電動汽車具有噪音低、效率高、污染低等特點，這些特點決定了電動汽車的開發前景非常廣闊。筆者結合自身的經驗，就市場環境下電動汽車的電力服務談一談自己的看法。

【關鍵詞】市場環境;電動汽車;電力服務

一、前言

隨著科技的發展以及當前能源緊缺，無污染和少污染、節約能源的電動汽車已經成為社會關注的熱點。電動汽車的發展為企業的發展提供了新的發展機遇。企業要抓住時機，做好電力配套服務，及早進行開發和調研，制定好合理的電價，建立電動汽車的充電網絡，較大程度上滿足電動汽車快速發展對電力的需求，促進企業和電動汽車的共同發展。

二、電動汽車的特點

（一）可使用多種能源

電動汽車與普通的汽車不同，電動汽車可使用清潔能源，即二次能源，包括風能、太陽能、水力和核能等，這些二次能源可以產生電力供電動汽車使用，電動汽車的行駛不再拘束于石油資源。這樣，一方面可以降低污染，另一方面也可以緩解石油資源帶來的壓力，較大程度上節省石油資源。

（二）噪音低

普通汽車在行駛的時候會產生較大的噪音，這些噪音大多數都是來源于汽車的動力部分，尤其是振動，非常明顯。而電動力汽車則與此不同。與燃油發動機相比，電動力汽車的振動和噪音都要明顯降低，尤其是在加速的時候，可以明顯看出振動的幅度要比使用燃油發動機的汽車要低，噪音也非常低，這是燃油發動機汽車無法取代的優勢[1]。

（三）污染低

普通的汽車在行駛的過程中會產生大量的二氧化碳。電動汽車則不同，電動汽車的驅動力主要是電力，而電力是一種綠色能量，不會讓電力汽車在行駛的過程中產生有害的氣體。即使部分電力汽車所使用的電力是由火力發電廠提供的，雖然火力發電廠使用了化石燃料，但是與同類型汽油車相比，火力發電廠的大氣污染物排放量也非常低，不到10%[2]。

（四）效率高

普通汽車在制動的時候還有怠速損失，而電力汽車沒有。電力汽車在制動的時候會將能量進行回收，超過80%的電池能量都能被回收后由電動機轉化為汽車動力。由此可見，電動汽車的行駛效率非常高。

三、電動汽車市場環境下企業的思考

隨著環境污染的加劇和能源的日益緊張，電動汽車的市場也得到進一步擴大，在市場環境下，電動汽車要想獲得健康穩定的發展，不僅需要企業和電池配套廠商的合作，還需要電動汽車生產廠家以及政府的通力合作。尤其是供電企業，在這過程中發揮著十分重要的作用，扮演的角色也不簡單，不僅需要給充電站提供電力，還要抓住形勢，對充電設備進行研發，不斷擴大供電企業的業務范圍，同時還要建立健全充電服務體系，努力提高電力服務質量，在市場環境下取得核心競爭力，增強企業的實力。鑒于此，企業要抓住時機，和一些高等院校以及電動汽車制造商等進行緊密的聯系，研發出便捷多樣、符合電力系統要求的充電站系統。同時還要針對電動車充電電價進行合理的探討和制定，既要制定便捷、安全的充電站管理辦法，開發簡便易行的收費軟件，提高電力服務質量[3]。

（一）制定合理的充電電價

制定合理的充電電價是維持電力汽車市場穩定的前提和基礎，企業可以根據充電站的性質制定合理的電動汽車充電電價。在目前已有的電價種類范圍內，充電站可以結合實際情況做出相應的調整。比如常規性的充電站，可以按照商業電價的標準進行執行，同時在此基礎上，再根據充電時間的不同執行分時電價，這樣就可以提高充電電價的合理性。又如應急充電站，可以按照商業電價高峰時段電價進行執行。譬如某地的商業電價是每千瓦時0.872元，在高峰時段，可以將充電電價上調50%，每千瓦時收取1.3元，在低谷的時候可以下調50%，每千瓦時收取0.45元，這樣可以較大程度上保障收費的合理性。除此之外，還可以針對電動汽車的充電電價采取另行制定的方式，如果供電企業全部承擔充電站的建設資金，供電企業還要在制定充電電價的基礎上對建設充電站成本的回收問題進行考慮，將計算出來的綜合電價上報給物價部門，請求物價部門的批準[4]。

（二）建立電動汽車的充電網絡

在設計和建設電動汽車充電站的時候，要根據電動汽車的技術特性和應用領域，充分考慮都充電電池的應急充電、常規充電、充電電流以及電壓等級等一系列問題。電動汽車充電網絡可以分為公共充電設施和家用充電設施兩個部分，家用充電設施主要有帶停車場的公寓或多層住宅、私人車庫。而公共充電設施包含蓄電池更換站、應急充電站、常規充電站三個部分。應急充電站主要是一些臨時停車場，比如電影院、超市、火車站和飛機場等，此外還有公共停車場。而常規充電站主要有公交車輛停車場、工作場所和居民區等。蓄電池更換站主要為客戶提供更換蓄電池的服務，這些客戶多數是沒有能夠及時為電池充電而續航里程又非常長的客戶。電動汽車用戶可以將自己已經耗盡的蓄電池更換下來，租用蓄電池更換站已經充滿電的電池，這樣不僅方便，而且十分快捷。對于已經換下來的蓄電池，蓄電池更換站可以在用電低估時間段進行充電，這樣可以有效減少充電成本。應急充電站的作用主要是為了應急，通常都是建立在電影院、旅游景點、超市、購物中心、醫院、酒店、火車站、機場等一些臨時的公用停車場。應急充電站提供的電流非常大，一般在150安培到400安培之間，因為充電時間短，只有提供大電流才能在最短的時間內為用戶的電動汽車充滿電。也正是如此，企業在建設應急充電站的時候要保障設計上的安全性，防止出現漏電、觸電事故的發生。常規的充電站是非常常見的一種充電站，相對于應急充電站，電流要小得多，充電的電流一般低于15安培，充電的時間非常長，通常都在6個小時左右。常規充電站的建設成本比較低，用戶可以利用低谷時間段對電動汽車進行充電，這樣不僅可以降低充電的成本，而且還能較大程度延長充電池的使用壽命。

（三）研發充電設備，擴大業務范圍

電動汽車在我國的發展還處在一個起步階段，但是發展前景非常廣闊，這是毋庸置疑的。企業要抓住這個時機，加強對相關核心技術的研究，及早掌握核心技術，為電動汽車充電站設備的建設提供給良好的設備保障。隨著能源的進展，電動汽車的使用數量也會呈現大幅度增長的趨勢，在電動汽車中，充電機將會成為一個必備的設備，應用量也會大幅度增加。加上生產廠家少，科技含量高等特點，充電設備的利潤率將會非常高，市場前景十分廣闊。企業要抓住這個時機，借此擴大企業的業務范圍。

四、結論

綜上所述，隨著人們對綠色環境和綠色生活的追求，電動汽車的市場也將會得到進一步的擴大。在市場環境下，企業要想獲得健康穩定的發展，必須要抓住時機，通過制定合理的充電電價、建立電動汽車的充電網絡、研發充電設備等方式，擴大企業的業務范圍，增強企業的實力，提高電力服務的質量，促進電動汽車行業的健康發展。

作者:王利強 孫景 李建華 單位:西安特銳德智能充電科技有限公司