電動汽車的發(fā)電能源主要包括車載電池和電動機，這里主要介紹，車載電池和電動機的充電方法與能源管理，具體如下：

1 車載電池模型預測充電控制[1]

家庭能源管理系統(tǒng)（HEMS,圖1）的重要性在不斷增長，因為它可以自動滿足供需平衡的需求，同時明確考慮客戶需求。因此，本文提出了一種車載電池充電控制的綜合策略，該策略優(yōu)化車載電池的充電/放電過程，以使用家庭電力負載和家庭未來車輛狀態(tài)的預測信息?；诎腭R爾可夫模型和動態(tài)規(guī)劃，建立未來車輛狀態(tài)預測算法。實時家庭能源管理系統(tǒng)（HEMS）中隨機建模/預測與模型預測控制（MPC）的組合是本文的主要貢獻之一。所提出的充電控制的有效性通過使用實驗測試臺來證明。

圖1 HEMS管理系統(tǒng)

在預測部分，首先利用自回歸（AR）模型對家庭用電負荷預測進行研究，然后對最有可能的未來車輛狀態(tài)序列即家庭出行和到達時間剖面進行預測。這是通過使用基于每日車輛使用的統(tǒng)計數(shù)據(jù)設計的半馬爾可夫模型的動態(tài)規(guī)劃（DP）來實現(xiàn)的[23]，[24]?？紤]到許多重要的限制，HEMS優(yōu)化了車載電池的充電/放電曲線。通過使用混合整數(shù)線性規(guī)劃（MILP）來制定優(yōu)化，從而基于預測將日常家庭電力成本最小化。

為了最大限度地減少日常家庭電力成本，擬議的HEMS以后退的方式安排車輛電池的充電和放電。從實施HEMS實驗試驗臺提出的方案，已經(jīng)驗證了以下問題：

(1)作為MPC的集成，即在實際限制下EV電池的充電/放電的預測，優(yōu)化和執(zhí)行的整合成功制作并實時執(zhí)行；

(2)由于后退水平方案，所提出的HEMS對建模和預測誤差具有魯棒性，如電池動力學，家庭負荷和車輛狀態(tài)；

(3)擬議的HEMS具有經(jīng)濟潛在收益。預測方案的改進以及所提出的HEMS與實時定價系統(tǒng)的融合將是我們未來的工作。

2 溫度對電池-超級電容器（UC）電動車中能量管理的影響[2]

文中已經(jīng)廣泛描述了具有多個電源的電動車輛（EV）的能量管理策略（圖2）。研究的能源包括電池、超級電容器、燃料電池、飛輪和太陽能電池板。管理策略決定如何以最佳方式組合兩個或更多個來源。但是，這些能源的行為以及電驅動器的行為取決于它們的溫度。此外，溫度在汽車應用中可能具有極端值，并影響能源管理任務。在本文中，為了研究電池/超級電容器驅動電動車的溫度效應，我們針對這些存儲組件以及傳動系統(tǒng)組件本身介紹了與溫度相關的模型：電力電子和電機。隨著溫度的升高，平均電機鐵損和超級電容器損耗趨于降低，而平均電機銅損和功率電子損耗趨于隨溫度升高而增加。這兩種相反的趨勢導致傳動系統(tǒng)的總損失對于所考慮的EV和在所考慮的溫度范圍內(nèi)隨著溫度具有相當小的變化。因此，電動汽車的能源管理策略不必依靠溫度來獲得最大效率。

圖2 能源與動力需求匹配方案

為了檢驗溫度對本研究的影響，提出了一個兩階段能量管理策略，通過這種方式，對電池壽命產(chǎn)

由于快速的響應時間，要求超級電容器滿足或恢復來自EV瞬時功率的需求。

為所有EV中組件構建了與溫度相關的模型：電池、UC、帶齒輪箱的電機和電力電子設備的傳動系中。電機和變頻器受溫度影響最大。仿真結果表明，隨著溫度的降低銅損失的增加大致抵消了鐵損的減少，隨著溫度升高，總效率僅有小幅下降。當溫度從20℃開始變化時，總效率從78.49%降至76.36%。由于總驅動效率僅隨溫度略有下降，因此可以得出結論，溫度對EV沒有顯著影響。

3 城市電動汽車電池和超級電容器（SC）能量管理的新戰(zhàn)略[3]

本文提出了城市電動汽車電池和超級電容器之間的能量管理新策略（圖3）。這兩個電源通過兩個雙向DC-DC轉換器并聯(lián)連接到直流母線，從而實現(xiàn)對每個電源的功率流量進行單獨控制。

圖3 城市電動汽車電池與超級電容系統(tǒng)

考慮在電機軸上施加負載轉矩的車輛動力學，這種能量管理策略允許根據(jù)各個來源的充電狀態(tài)以及停車、加速、下坡和上坡巡航、減速等車輛位移狀態(tài)在兩個電源之間劃分能量。該策略的目的是通過在靜止階段或施加在車輛上的負載很小時，通過將能量從電池轉移到SC來最大化SC的使用效果，充分利用能量；那么超級電容器將在緊急情況下準備就緒，如快速加速或爬山。為了驗證控制設計和評估我們的能源管理策略的性能，使用MATLAB/Simulink軟件對城市混合動力汽車運動進行了仿真。

能源管理系統(tǒng)（EMS）是考慮由電池組和超級電容器組組成的混合儲能系統(tǒng)而開發(fā)的。在MATLAB庫中，電池和超級電容器塊實現(xiàn)了通用模型的參數(shù)化，以代表最流行的可充電電池和超級電容器類型。在本研究中，我們使用鋰電池作為主要儲能裝置，額定電壓278V，額定容量90Ah。輔助電源額定值（超級電容）為240V電壓和23.9F的電容。兩個DC-DC轉換器連接到相同的DC-Link，一個管理電池電力流，另一個管理SC電力流。SC和電池與DC-Link接口的兩個并聯(lián)DC-DC轉換器可以提供良好的靈活性電源管理，無論是能量流向DC-Link時升高作為升壓行為的電壓電平，還是能量從DC-Link流出時到顯示典型降壓行為的電壓電平，都是有效的。

4 電動四輪驅動車輛的輪轂電機選擇策略[4]

本文旨在分析主要為城市交通而設計的電動汽車不同驅動系統(tǒng)的效率、重量和成本。驅動系統(tǒng)基于輪轂電機，并對兩輪和四輪驅動配置進行評估。此外，在四輪驅動（圖4）的情況下，分析具有相同或不同輪轂電機特征的配置。

圖4 獨立電池包的4輪驅動系統(tǒng)結構

提出了一個簡單的電氣等效電路和一個實驗方法，它可以建模逆變器-BLDC系統(tǒng)的損耗。然而，在這項研究中，沒有考慮逆變器損耗，因為我們的目標是分析電動汽車驅動系統(tǒng)的效率，成本和重量如何依賴于輪轂電機的數(shù)量和特性。因此，對于我們的研究而言，僅定義電機模型非常重要。

為了分析驅動系統(tǒng)效率，有必要參考考慮到機械和電力損失的電動機模型。分析了兩輪驅動和四輪驅動的驅動系統(tǒng)。在第二種情況下，已經(jīng)模擬了具有不同和相同標準功率的BLDC（無刷直流電機）。對于每種配置，已經(jīng)設計了特定的電池逆變器系統(tǒng)，并考慮了它們的重量和價格。就能耗、總重量和成本而言進行了比較，表明具有兩輪驅動的驅動系統(tǒng)是最便宜和最輕的，但是它在能量消耗方面是最差的。相反，使用四輪驅動可降低能耗，但會增加成本和重量。研究表明，使用具有不同特性曲線的兩對不同的電機，可以改善四個相同電機的推進系統(tǒng)的能耗。這種混合解決方案可以降低相對于均勻推進系統(tǒng)的成本和重量。此外，已經(jīng)表明，就成本和重量而言，在2WD和4WD均勻配置的情況下，比混合動力驅動系統(tǒng)更昂貴。因此，與2WD或4WD均勻配置相比，混合驅動系統(tǒng)具有最佳性能，此外，它們的特征可以改進設計具有特定特性曲線的特設電動機。

這項研究的主要結果指出，混合動力配置相對于兩輪驅動或同質四輪驅動解決方案具有更好的性能。

5 電動車輛的PLC三相異步電動機調(diào)速的電驅動系統(tǒng)[5]

該系統(tǒng)的設計范圍是通過三種方式來調(diào)整三相異步電機平臺的速度：自動（在這種方式下，速度曲線遵循用戶在電機啟動開始時施加的曲線），手動（通過這種方式，速度曲線可以從電位器或顯示面板中選擇）或在“GSM”中-在此模式下，模塊GPRS使用手機接收用戶的SMS，并發(fā)出命令切換處于正常狀態(tài)的數(shù)字輸入的狀態(tài)是邏輯“0”。在改變數(shù)字輸入狀態(tài)后，PLC自動進入，這樣速度曲線遵循用戶在啟動發(fā)動機時開始施加的曲線）。

通過按下提供接觸器線圈K1（硬件按鈕）的按鈕啟動該過程，從而導致從變速驅動器（VSD）激活PLC接收到的就緒信號。該就緒信號是運行PLC程序所必需的。

驅動三相電機的控制方案如下（圖5）。

圖5 驅動系統(tǒng)配置

為使操作電路正常工作，電源電路必須由三相電網(wǎng)供電，并且PLC的數(shù)字輸入必須滿足以下條件：

●斷路器Q閉合；

●提供要接觸器線圈（硬件按鈕）的按鈕;

●接觸器K處于閉合位置;

●從變頻器接收到的READY信號被激活。

如果在PLC的數(shù)字量輸入上滿足這四個條件，則在HMI（人機界面）屏幕上將顯示兩種三相電機速度控制方式。

如果我們選擇自動控制三相電機的調(diào)節(jié)速度模式，那么我們可以定義一個由用戶施加的四個值組成的速度曲線，最后一個速度值是電機的額定速度。

需要異步電機速度控制的工業(yè)應用是多種多樣的。

這種用于使用PLC對三相異步電動機進行速度調(diào)節(jié)的電驅動系統(tǒng)（圖5）是用于推進電動車輛的合適解決方案。

這個驅動系統(tǒng)的最重要的優(yōu)點是：

●節(jié)省大量能源;

●通過啟動和保持低于標稱值的平滑斜坡起動電流來實現(xiàn)電源故障;

●保護設備。

6 電動車和混合動力車用交流電動機和驅動器[6]

目前基于三相感應電機的混合動力驅動已經(jīng)在不同類型的車輛（即地面，船舶，飛行器）領域得到了廣泛的應用。它們的嚴重缺點是逆變器中的高能量損失，這些損耗的存在由逆變器晶體管的高開關頻率來解釋。

圖6 多相感應電機結構

為了消除這個缺點，有必要使用混合交流動力系統(tǒng)的設計方法。根據(jù)這些新穎的原理，上述系統(tǒng)不得包含任何以高頻工作的功率電子元件。這種新型混合動力系統(tǒng)在多相（即相數(shù)超過四相）AC發(fā)電機（例如柴油發(fā)電機）和非傳統(tǒng)受控多相感應電動機的基礎上是可能的。在不同類型的車輛（即地面、海洋、飛行器）領域中使用多相異步線性和非線性驅動器的前景已在多篇論文中提出并描述。然而，異步電驅動系統(tǒng)的相數(shù)的增加不僅可以提高其許多技術性和經(jīng)濟性，而且具有更簡單的設計和控制單元以及更少的能量損失（與類似的現(xiàn)有混合動力驅動器相比）。這些新型混合動力牽引驅動裝置基于使用多相交流柴油發(fā)電機和非傳統(tǒng)可控多相感應電機。本文介紹了新一代混合動力傳動的設計基本原理。這些基本的設計原則如下：

（1）交流柴油發(fā)電機和感應電動機相數(shù)超過四個

（2）多相感應電動機作為超同步控制方式（OSM）和相位控制方式（PPM）的應用。

（3）使用新的多相交流感應電機設計（圖6）。

PPM控制的多相感應電機實際上是一種多速電機，與三相單速感應電機的繞組相同。如果PPM控制的多相交流感應電動機的相數(shù)增加，則電動機速度離散值的數(shù)量會增加。因此，在這種多相混合動力牽引驅動器中不需要使用晶體管逆變器來調(diào)節(jié)感應電動機轉子速度。相應的晶閘管或機電換向器用于新型的多相混合動力驅動器而不是晶體管逆變器。這種換向器的工作頻率遠小于上述逆變器IGBT的工作頻率。由于這個原因，新一代多相混合動力驅動（與現(xiàn)有的類似混合動力驅動相比）的能量損失要少的多，并且電動機控制過程要簡單的多。

7 直驅電動車用軸向磁通無刷直流電動機的設計和比較[7]

由于其高扭矩密度，高效率和極其緊湊的結構，具有集中繞組的軸向通量永磁無刷直流（AFPM?BLDC，圖7）電機是直接驅動應用的非常有吸引力的選擇。本文介紹了具有常規(guī)插槽和極數(shù)的AFPM?BLDC電機的比較，即插槽數(shù)與極數(shù)比為3或者2；或者類似的插槽和極數(shù)。而且，未來的工業(yè)車輛必須將所得到的結果納入設計步驟。為了估計軸向磁通電機的所需扭矩，考慮包括滾動阻力、氣動阻力和爬坡阻力的簡單車輛模型受力狀態(tài)。在這項研究中，使用高精度三維有限元（3-D FE）方法獲得兩個AFPM?BLDC電動機的齒槽轉矩、磁鏈反電動勢、繞組電感和電磁轉矩。它提供了在設計AFPMBLDC電機時需要考慮的有用結果。

圖7 YASA拓撲結構的AFPM電機

為了比較電機性能，電機具有相同的尺寸，磁性和電力負載。針對15插槽/10極AFPM電機（電機A）和12插槽/10極AFPM電機（電機B）進行比較。

轉矩波形具有關于電動機性能的主要信息，包括轉矩平均和轉矩脈動，并且可以根據(jù)不同應用選擇電動機。本研究考慮的機器配有120?直流相電流波形（模擬無刷直流運行）和幅值為34A。輸出轉矩如文中圖6所示。電動機的最大轉矩、最小轉矩、平均轉矩和轉矩脈動如文中表6所示?？梢钥闯?，由于較高的繞組系數(shù)，具有相似極數(shù)的電機B具有較高的轉矩值，而具有傳統(tǒng)極槽組合的電機A具有較低的轉矩脈動，因此非常適合低噪聲和振動很重要的應用。

8 減少混合動力電動汽車電池組縮小能量的機率[8]

本文提供了一種方法（圖8），為混合動力電動汽車（HEV）中的電池組進行小型化。除了利用率，溫度，壽命和成本之外，還引入并分析了新術語和失去能源機會的新度量?；谀Ｐ偷墓β氏拗扑惴ㄓ糜谟嬎汶姵氐膶崟r功率容量。在輕型混合動力汽車中評估SOC的充電。參數(shù)化的電熱模型用于捕獲電壓，充電狀態(tài)和溫度。整合半經(jīng)驗老化模型來預測小尺寸包裝電池容量的損失。電池老化模型是基于的實驗開發(fā)的，以闡明操作SOC對電池退化的影響。參數(shù)研究表明，電池組中的電池數(shù)量可以從76個減少到64個，同時將標稱工作SOC從50%轉換到35%，而不改變電池組的能量通量。這將導致每個電池的能源利用率增加19%，容量衰減增加0.5%，內(nèi)阻增加2.9%，而包裝成本將降低10%。該優(yōu)化策略優(yōu)化的速度結果，可以作為將來設計太陽能電動汽車提供了依據(jù)。

圖8 電池包小型化對電池功率影響研究方法

具體來說，定量分析考慮了包括能量利用率、溫度升高、RMS電流、充電和放電損失的能量機會、容量衰減和電阻增加以及成本等性能指標。該分析適用于循環(huán)操作下的輕載HEV設計，并具有規(guī)定的負載。電池組可以從76個減小到64個電池，而不會發(fā)生任何能量損失。由于充電失去能量的情況大大減少，總能量增加。在評估感興趣的電池的性能時，使用等效電路電熱模型和半經(jīng)驗容量衰減和電阻增加模型來捕獲鋰離子電池的SOC、電壓、溫度、容量衰減和電阻增加。特別是，容量衰減和電阻增加模型使用新的實驗中收集的數(shù)據(jù)進行參數(shù)化，其中使用來自HEV的積極的聯(lián)邦行駛時間表US06的實際功率分布。根據(jù)標稱運行SOC，容量衰減和每個電池的能量，引入了損失能量機會的新性能指標，以確定零損失能量機會的區(qū)域（不拒絕請求的功率）。由于電池小型化，10%的成本可以降低，這是通過使用阿貢國家實驗室的電池性能和成本（BatPac）模型來評估的。

9 電動汽車驅動電機釹鐵硼磁體的回收利用[9]

近年來，混合動力汽車和電動汽車的電動汽車得到了各國政府和公司的大力推動，市場份額不斷增加。2015年，全球約有50萬輛電動車銷售，其中大多數(shù)電動車配備了永磁電機。盡管報廢汽車的數(shù)量仍然很低，但必須適應電動汽車引入的特定組件和材料，以實現(xiàn)高回收率，特別是小金屬回收率。對于永磁電機，主要挑戰(zhàn)是在已建立的回收過程中回收含有釹鐵硼磁體的鋼鐵回收路線。在熔化過程中，只有鐵被回收，而稀土則和爐渣一起失去。雖然釹鐵硼磁體的工業(yè)回收工藝至少在中國和其他一些國家計劃中實施，但關于必要的上游工藝的公開信息甚少，包括從報廢車輛產(chǎn)品中拆卸電動機，電機拆卸到轉子/定子水平，以及從磁鐵中抽出。德國MORE項目是針對幾乎整個回收鏈的幾個已知活動之一。該項目展示了整個回收鏈的技術可行性。此外，結果表明，即使在高工資國家（從2014年開始的金屬價格），包括磁鐵在內(nèi)的電動馬達的再利用可以實現(xiàn)盈利，并且與主要原材料生產(chǎn)相比具有生態(tài)優(yōu)勢。先決條件是具有成本效益的機械化和自動化拆卸技術。然而，由于數(shù)據(jù)是來自于有限數(shù)量的測試車輛和發(fā)動機，示范裝置以及小規(guī)模試點工廠獲得的，因此仍存在明顯的不確定性。此外，這些計算是基于當前的汽車模型，并沒有體現(xiàn)出新車型設計，輪轂電機以及電動機中電力電子器件的集成等趨勢。即使MORE項目示例性地表明包含釹鐵硼磁體的電驅動電機可以回收利用，仍然存在許多挑戰(zhàn)和不確定性。因此，未來的研究和開發(fā)需要改進數(shù)據(jù)庫，擴大已開發(fā)的流程并使其適應即將到來的趨勢。

圖9 簡化的流程圖-MORE項目濕法冶金回收

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