張劍波，盧蘭光，李哲

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車(chē)用動(dòng)力電池系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)與學(xué)科前沿

張劍波，盧蘭光，李哲

環(huán)境污染、石油儲(chǔ)量有限及全球氣候變暖迫使人們?cè)谄?chē)動(dòng)力系統(tǒng)領(lǐng)域?qū)で蠹夹g(shù)突破。汽車(chē)電動(dòng)化技術(shù)因其顯著的節(jié)能減排效果、較低的使用成本以及便于維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)已經(jīng)進(jìn)入普及的初期階段。日本計(jì)劃在2020年以前，中國(guó)大陸市場(chǎng)上的動(dòng)力化。從2009年到2011年，三菱、日產(chǎn)、通用相繼開(kāi)始銷(xiāo)售使用鋰離子電池的量產(chǎn)型電動(dòng)汽車(chē)?？稍偕茉蠢脮r(shí)對(duì)儲(chǔ)電能力的需求、車(chē)網(wǎng)與電網(wǎng)聯(lián)合使用的前景、發(fā)生重大自然災(zāi)害時(shí)電動(dòng)汽車(chē)作為應(yīng)急電源的作用等，進(jìn)一步提高了人們對(duì)電動(dòng)汽車(chē)的期待。

然而，目前電動(dòng)汽車(chē)尚存在續(xù)駛里程短、壽命短、初期成本高、安全性差等問(wèn)題。而這些問(wèn)題都來(lái)自于車(chē)用動(dòng)力電池系統(tǒng)在性能、耐久性、成本、安全性上的局限，車(chē)用動(dòng)力電池系統(tǒng)技術(shù)已成為電動(dòng)汽車(chē)走向普及的瓶頸。要攻克這一瓶頸，需要從材料開(kāi)發(fā)、電池設(shè)計(jì)、生產(chǎn)制造、系統(tǒng)集成、商業(yè)模式多方面進(jìn)行探索和突破。本文重點(diǎn)從系統(tǒng)集成層次介紹車(chē)用動(dòng)力電池系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)與學(xué)科前沿問(wèn)題。

1　主要車(chē)用動(dòng)力電池系統(tǒng)的統(tǒng)計(jì)與分析

列出了42款已經(jīng)或即將上市的純電動(dòng)轎車(chē)產(chǎn)品，并給出了其續(xù)駛里程、能耗和電池能量等關(guān)鍵參數(shù)。42款產(chǎn)品中包含全尺寸轎車(chē)車(chē)型9種、中型轎車(chē)14種和小、微型轎車(chē)19 種。可以看出，中小型、微型的純電動(dòng)汽車(chē)（battery electric vehicle, BEV）是市場(chǎng)開(kāi)發(fā)的主流方向，車(chē)輛的電池能量集中在20～30 kWh 區(qū)間，能耗集中在10～20 kWh/（100 km）左右，續(xù)駛里程在100～200 km附近。

為了進(jìn)一步分析車(chē)用動(dòng)力電池系統(tǒng)的技術(shù)特點(diǎn)，對(duì)比了美國(guó)、日本、及歐洲市場(chǎng)上進(jìn)入量產(chǎn)階段的6款代表性的電動(dòng)汽車(chē)電池系統(tǒng)，可以看出，車(chē)用動(dòng)力電池系統(tǒng)技術(shù)呈現(xiàn)以下趨勢(shì)和特點(diǎn)：

1）鋰離子電池成為車(chē)用動(dòng)力電池的主流，純電動(dòng)汽車(chē)和插電式電動(dòng)汽車(chē)均采用鋰離子電池，混合動(dòng)力汽車(chē)的動(dòng)力電池也在從鎳氫電池向鋰離子電池過(guò)渡。

2）與電子產(chǎn)品（數(shù)碼產(chǎn)品或電動(dòng)工具，下同）用電池相比，車(chē)用動(dòng)力電池系統(tǒng)呈現(xiàn)大型化、成組化、模塊化、使用條件更加苛刻等特點(diǎn)。

電子產(chǎn)品用電池的容量多在3 Ah以下，車(chē)用動(dòng)力電池多在15～50 Ah之間。體積、容量的大型化，增加了電池?zé)峁芾砗桶踩Ｕ系碾y度。

小型電子產(chǎn)品用電池多為單節(jié)使用，筆記本電腦成組使用也不過(guò)4～9 節(jié)；車(chē)用動(dòng)力電池系統(tǒng)多為上百節(jié)甚至上千節(jié)混聯(lián)使用，系統(tǒng)的性能、可靠性取決于最弱的一個(gè)電池（短板效應(yīng)），系統(tǒng)的安全性取決于最不穩(wěn)定的一個(gè)電池（底板效應(yīng)），因此，對(duì)單體電池的一致性要求要比電子產(chǎn)品用電池高得多。另一方面，電池的組合使用還可能誘發(fā)、加速較弱電池的性能衰減，使得電池原有的不一致性在使用中不斷加大，從而使均衡電路成為電池系統(tǒng)的必需組成，電池管理系統(tǒng)變得更加復(fù)雜。

為方便布局、提高安全性、增大通用性、加快研發(fā)進(jìn)程，車(chē)用動(dòng)力電池系統(tǒng)基本上都采用模塊化設(shè)計(jì)。日產(chǎn)LEAF 的電池模塊使用鋁板殼體，彌補(bǔ)了單體電池鋁塑膜機(jī)械強(qiáng)度的不足，且對(duì)單體電池有一定的壓緊作用。GM的Volt將散熱流場(chǎng)板組合在一對(duì)電池之間，模塊承擔(dān)了部分熱管理機(jī)能。Daimler 在不同構(gòu)型的電動(dòng)汽車(chē)之間使用同樣規(guī)格的電池模塊，有助于降低成本。A123公司開(kāi)發(fā)出具有較強(qiáng)可擴(kuò)展性的模塊化設(shè)計(jì)，通過(guò)插拔便能簡(jiǎn)便地組裝成不同功率大小的電池系統(tǒng)。電子產(chǎn)品用電池常在室溫附近使用，少有振動(dòng)和沖擊，壽命要求多在三年以?xún)?nèi)；車(chē)用動(dòng)力電池使用環(huán)境溫度范圍寬廣（-30～50℃），常處于頻繁振動(dòng)及惡劣沖擊工況下，壽命要求多在八年以上（車(chē)用動(dòng)力電池在壽命末期仍然有80%左右的容量，有二次利用的可能）。

3）先進(jìn)的量產(chǎn)型電動(dòng)汽車(chē)采用熱電一體化（通用的Volt）、電池系統(tǒng)與電動(dòng)汽車(chē)一體化（日產(chǎn)的LEAF）設(shè)計(jì)，技術(shù)集成度與成熟度較高。

4）在量產(chǎn)型電動(dòng)汽車(chē)電池的正極材料體系上，錳酸鋰及錳基三元鋰離子正極材料占多數(shù)，磷酸鐵鋰正極材料為少數(shù)；在電池負(fù)極材料體系上，石墨仍為主流材料，但硬碳、鈦酸鋰等新型負(fù)極材料也得到了應(yīng)用。

5）電池單體結(jié)構(gòu)上，采用圓柱形卷繞式傳統(tǒng)設(shè)計(jì)的廠(chǎng)家較少，更多廠(chǎng)家采用方形卷繞式或疊片式鋁塑膜軟包型的電池結(jié)構(gòu)。鋁塑膜軟包型電池具有構(gòu)造簡(jiǎn)單、構(gòu)成部件數(shù)量少、厚度薄、散熱性好、內(nèi)部接觸及熱特性容易均勻、閑置空間小、內(nèi)部壓力容易釋放、重量輕等優(yōu)點(diǎn)；存在的問(wèn)題是鋁塑膜的機(jī)械強(qiáng)度不足、封裝部位的耐久性有待實(shí)際驗(yàn)證、組裝速度低等。與軟包型電池相比，硬質(zhì)外殼方形電池具有較高的抗內(nèi)壓能力，能夠較好地抑制內(nèi)部形變、降低接觸阻抗。電子產(chǎn)品用的圓形電池（紐扣型或圓柱形）其形狀尺寸都有相關(guān)國(guó)際規(guī)格限定，有助于在世界范圍內(nèi)通用設(shè)計(jì)、替代使用。動(dòng)力電池中方形或軟包型電池的形狀、尺寸、材質(zhì)、品質(zhì)特性等標(biāo)準(zhǔn)還在討論之中。中國(guó)率先制定了動(dòng)力電池（包括鎳氫電池與鋰離子電池）的形狀和尺寸標(biāo)準(zhǔn)。

6）美國(guó)汽車(chē)公司多從電池廠(chǎng)家選購(gòu)電池，自己進(jìn)行電池系統(tǒng)的設(shè)計(jì)；日本汽車(chē)公司則多與電池廠(chǎng)家進(jìn)行合資，深度介入動(dòng)力電池的研發(fā)與生產(chǎn)，試圖全面掌握電動(dòng)汽車(chē)的核心技術(shù)。

2　車(chē)用動(dòng)力電池系統(tǒng)的組成及其關(guān)鍵技術(shù)

車(chē)用動(dòng)力電池系統(tǒng)主要由電池組、電池管理系統(tǒng)（battery management system, BMS）以及電池箱體等組成。電池組由單體電池及由其連接而成的電池模塊組成，其主要任務(wù)是存儲(chǔ)電能，滿(mǎn)足汽車(chē)功率和續(xù)駛里程的需求。BMS由各類(lèi)傳感器、執(zhí)行器、固化有各種算法的控制器以及信號(hào)線(xiàn)等組成，其主要任務(wù)是保證電池組工作在安全區(qū)間內(nèi)，提供車(chē)輛控制需要的電池信息，在異常情況下采取干預(yù)措施；并根據(jù)環(huán)境溫度、電池狀態(tài)及車(chē)輛需求，決定電池的充放電功率，盡可能延長(zhǎng)電池的使用壽命。BMS的主要功能有：

1）電池參數(shù)檢測(cè)。

含總電壓總電流檢測(cè)、單體電池電壓檢測(cè)（防止出現(xiàn)過(guò)充、過(guò)放、甚至反極現(xiàn)象）、溫度檢測(cè)、煙霧探測(cè)、絕緣檢測(cè)、碰撞檢測(cè)、阻抗檢測(cè)等。

2）電池狀態(tài)估計(jì)。

包括荷電狀態(tài)（state of charge, SOC）或放電深度（depth of discharge, DOD）、健康狀態(tài)（state of health, SOH）、功能狀態(tài)（state of function, SOF）。根據(jù)放電電流、溫度、電壓等條件，估計(jì)電池的SOC 或DOD。根據(jù)電池使用歷程和衰減程度，估計(jì)電池的SOH。根據(jù)電池SOC、SOH 和使用環(huán)境，估計(jì)電池的SOF。

3）在線(xiàn)故障診斷（on-board diagnosis, OBD）。

故障包括：傳感器故障、執(zhí)行器故障、網(wǎng)絡(luò)故障、電池本身故障、過(guò)壓（過(guò)充）、欠壓（過(guò)放）、過(guò)流、超高溫、超低溫、接頭松動(dòng)、可燃?xì)怏w濃度超標(biāo)、絕緣故障、一致性故障、溫升過(guò)快等。

4）電池安全控制與報(bào)警。

包括熱失控控制、高壓電安全控制。當(dāng)診斷到故障后通過(guò)網(wǎng)絡(luò)通知整車(chē)控制器或充電機(jī)，要求整車(chē)控制器或充電機(jī)進(jìn)行處理（超過(guò)一定閾值時(shí)BMS也可以切斷主回路電源），以防止高溫、低溫、過(guò)充、過(guò)放、過(guò)流、漏電等故障造成電池?fù)p害甚至人身傷害。

5）充電控制。

BMS根據(jù)電池的特性以及充電機(jī)的功率等級(jí)，通過(guò)控制充電機(jī)來(lái)給電池充電。

6）電池均衡。

根據(jù)單體電池信息，采用充電均衡、耗散或非耗散式均衡等方式，使單體間的荷電量盡可能一致。

7）熱管理。

根據(jù)電池組內(nèi)溫度分布信息及充電或放電需求，決定是否啟動(dòng)加熱或散熱，并確定加熱功率、散熱功率的大小。

8）網(wǎng)絡(luò)化。

需要在不拆卸的情況下對(duì)電池進(jìn)行在線(xiàn)標(biāo)定與監(jiān)控、代碼自動(dòng)生成及在線(xiàn)程序下載等，一般采用CAN網(wǎng)絡(luò)。

9）信息存儲(chǔ)。

用于存儲(chǔ)關(guān)鍵數(shù)據(jù)，如SOC、SOH、累積充放電安時(shí)數(shù)、故障碼、一致性等。

10）電磁兼容。

由于電動(dòng)汽車(chē)電磁使用環(huán)境惡劣，要求BMS具有好的抗電磁干擾能力，同時(shí)要求BMS 對(duì)外輻射較小。電池組對(duì)應(yīng)的關(guān)鍵技術(shù)是電池組配技術(shù)，電池管理系統(tǒng)對(duì)應(yīng)的關(guān)鍵技術(shù)按功能可分為3種：熱管理技術(shù)、電能管理技術(shù)、安全保障技術(shù)。

2.1電池組配技術(shù)

電池組配技術(shù)主要解決以下問(wèn)題：第一，按照車(chē)輛需求確定電池系統(tǒng)的能量、功率、電壓等參數(shù)；第二，設(shè)計(jì)多節(jié)電池的串并聯(lián)方法；第三，按照一定規(guī)則分選出一致性較好的單體電池；第四，保障電池系統(tǒng)可靠性。

2.1.1滿(mǎn)足車(chē)輛需求的電池系統(tǒng)參數(shù)設(shè)計(jì)

不同構(gòu)型的電動(dòng)汽車(chē)對(duì)電池系統(tǒng)的要求明顯不同，現(xiàn)有動(dòng)力電池技術(shù)水平不能支持設(shè)計(jì)一種通用電池，僅僅通過(guò)它的組合就可以滿(mǎn)足不同車(chē)型的需求，而需要細(xì)致了解不同車(chē)型的對(duì)能量、功率、充放頻率、溫度特性等多方面要求，進(jìn)行量身定做。為了保證續(xù)駛里程，純電動(dòng)汽車(chē)（BEV）要求電池系統(tǒng)的能量較大，需要使用能量型電池，由于使用電池較多，相對(duì)容易具備較大功率，對(duì)單體電池的功率要求不是很高；混合動(dòng)力汽車(chē)（hybrid electric vehicle, HEV）對(duì)動(dòng)力電池系統(tǒng)的功率密度要求較高，其中相比而言，串聯(lián)式混合動(dòng)力（serial HEV）對(duì)電池的能量密度要求較高，并聯(lián)式混合動(dòng)力（parallel HEV）對(duì)功率密度的要求較高；插電式混合動(dòng)力汽車(chē)（plug-in HEV, PHEV）在行駛中兼具HEV與BEV兩方面的特征，對(duì)電池的能量密度和功率密度都有較高的要求，但由于車(chē)上裝有燃油和發(fā)動(dòng)機(jī)可供驅(qū)動(dòng)車(chē)輛和對(duì)電池充電，對(duì)電池能量密度的要求不如BEV那樣高。

從車(chē)重和設(shè)定的典型工況出發(fā)，可以計(jì)算出汽車(chē)行駛所需功率，加上續(xù)駛里程要求與車(chē)輛效率，可以算出所需總能量。要確定對(duì)電池系統(tǒng)的功率、能量要求，還需要考慮電池的功率、容量的衰減及低溫特性，要求電池在壽命末期及低溫情況下仍能滿(mǎn)足工況的各種要求。根據(jù)馬達(dá)、逆變器的輸入電壓范圍及效率曲線(xiàn)，可以確定電池系統(tǒng)的最高電壓與最低電壓。而后可結(jié)合電池的標(biāo)稱(chēng)電壓，確定單體電池的串聯(lián)個(gè)數(shù)。根據(jù)電池系統(tǒng)的功率和總電壓，可以算出總電流。根據(jù)總電流和下節(jié)所述的串并聯(lián)策略，可以確定電池的容量和倍率特性的要求。

決定電池循環(huán)壽命和SOC 使用區(qū)間時(shí)，HEV與BEV有很大不同?；旌蟿?dòng)力汽車(chē)充放電頻率較高，但每次進(jìn)出的能量不大。在確定HEV的SOC使用區(qū)間時(shí)，根據(jù)對(duì)電池系統(tǒng)的保障年數(shù)、使用模態(tài)來(lái)估算總的充放電次數(shù)，再根據(jù)電池衰減與SOC 的關(guān)系，確定SOC的工作范圍。BEV需要使用電池的大部分SOC區(qū)間，根據(jù)質(zhì)保公里數(shù)和滿(mǎn)充電后的續(xù)駛里程，可以確定電池所應(yīng)滿(mǎn)足的充放電次數(shù)（即電池的循環(huán)壽命）。

2.1.2多節(jié)單體電池的電氣連接方法設(shè)計(jì)

為達(dá)到所需電壓、功率，同時(shí)便于監(jiān)測(cè)、控制、并降低成本，車(chē)用動(dòng)力電池組需要通過(guò)多節(jié)單體電池的串聯(lián)或并聯(lián)集合而成。從性能、耐久性和成本上講，串并聯(lián)各有其特征。串聯(lián)時(shí)模塊、系統(tǒng)的性能受限于最弱的電池。充電器若采用整體電壓管理，電壓較高的電池易發(fā)生過(guò)充。并聯(lián)時(shí)容易因單體及環(huán)境差異出現(xiàn)偏流現(xiàn)象，引起SOC不均衡；充放倍率變化時(shí)，電池間會(huì)出現(xiàn)環(huán)流現(xiàn)象。并聯(lián)時(shí)電壓傳感器個(gè)數(shù)、均衡電路個(gè)數(shù)比串聯(lián)時(shí)要少些。

2.1.3電池單體的一致性與選配

可以把電池系統(tǒng)中單體電池出廠(chǎng)時(shí)所帶的固有個(gè)體差異稱(chēng)為一次不一致性，原因包括原料的批次穩(wěn)定性、電極板的制作、活物質(zhì)的量、電極層的均勻度、活物質(zhì)粒子大小的分布、電解液的總量與滲透度、電池中混入的水分量與位置、異物及雜質(zhì)的混入程度與位置、制造環(huán)境（溫度、濕度、清潔度等）的變化等。電池屬于電化學(xué)產(chǎn)品，與機(jī)械產(chǎn)品、電子產(chǎn)品有很大不同。機(jī)械產(chǎn)品直接接觸的部件才有相互作用，相互作用的數(shù)量與構(gòu)成部件的個(gè)數(shù)同一個(gè)量級(jí)。電池電解液將電池內(nèi)部的所有部件連在了一起，即使不直接接觸也會(huì)發(fā)生不容忽視的相互作用，僅兩兩相互作用的個(gè)數(shù)就與構(gòu)成部件個(gè)數(shù)的平方同量級(jí)，這就使得保證一致性變得更加困難。目前，國(guó)內(nèi)電池產(chǎn)品的一次不一致性遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于國(guó)外同類(lèi)產(chǎn)品。國(guó)內(nèi)先進(jìn)廠(chǎng)家的電池容量差異在3%左右，而日本廠(chǎng)家電池容量差異多在0.3%～0.4%以?xún)?nèi)。

可以把使用中逐漸加大的單體電池間的差異稱(chēng)為二次不一致性，原因包括車(chē)載環(huán)境、使用方法、串并聯(lián)位置、自放電的程度等。在國(guó)內(nèi)的電動(dòng)汽車(chē)示范項(xiàng)目中發(fā)現(xiàn)，成組后電池的壽命遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于單體電池的壽命，表明電池組配與使用技術(shù)尚需較大提高。

為了減小電池個(gè)體間的不一致性并抑制其發(fā)展，需要在電池生產(chǎn)、使用的整個(gè)過(guò)程中采取措施：在進(jìn)料時(shí)要檢查，制造時(shí)要控制，集成時(shí)要篩選、配組，使用時(shí)要監(jiān)測(cè)、限制。制造過(guò)程的控制方法是否有效，常常難以得到及時(shí)的反饋。電池測(cè)試既費(fèi)時(shí)又昂貴，往往只能抽檢少量成品來(lái)代表整批產(chǎn)品。因此，需要開(kāi)發(fā)簡(jiǎn)便、快速、有效的方法對(duì)電池的一致性進(jìn)行度量，以支持過(guò)程控制、質(zhì)量管理，指導(dǎo)電池的分級(jí)、選配。有很多指標(biāo)可以度量電池的不一致性，比如容量、開(kāi)路電壓、內(nèi)阻、阻抗譜、自放電率、倍率特性、重量等。這些指標(biāo)之間往往存在相互關(guān)聯(lián)，需要找到能夠比較全面度量電池不一致性的最小指標(biāo)集合，明確各個(gè)指標(biāo)與電池組件、結(jié)構(gòu)的關(guān)聯(lián)，排出指標(biāo)的優(yōu)先次序。

選配標(biāo)準(zhǔn)越嚴(yán)格，一方面會(huì)加大廢品率，致使電池組的初期成本提高，另一方面，使用時(shí)控制的安全余量可以做的比較小，電池的可用容量就比較大，有助于電池組的充分與長(zhǎng)期使用，從而降低電池組全生命期的成本。因此，選配標(biāo)準(zhǔn)的選取及其嚴(yán)格程度的把握非常重要。

2.1.4電池組可靠性技術(shù)

電池（模塊）殼體、電池組箱體還應(yīng)該滿(mǎn)足絕緣安全、碰撞安全、耐震、防水、防塵、電磁兼容等可靠性要求。采用電池組更換方式的商業(yè)模式，對(duì)電池箱的機(jī)械強(qiáng)度、固定方式、導(dǎo)軌的可靠性設(shè)計(jì)、強(qiáng)電連接方式、強(qiáng)電安全設(shè)計(jì)提出了更高的要求。電池的組配設(shè)計(jì)中還應(yīng)注意便于及時(shí)發(fā)現(xiàn)出了故障（或有故障癥候）的單體電池，能夠?qū)⑵涓綦x并能方便更換。

2.2熱管理技術(shù)

鋰離子電池的性能、壽命、安全性均與電池的溫度密切相關(guān)。溫度過(guò)高，會(huì)加快副反應(yīng)的進(jìn)行，增大衰減（大致溫度每升高15 ℃，壽命減少一半），甚至引發(fā)安全事故。溫度過(guò)低，電池的功率、容量會(huì)明顯降低，如不限制功率，可能帶來(lái)鋰離子析出，引起不可逆衰減，并埋下安全隱患。一般鋰離子電池的適宜工作溫度在10～30℃之間。電子產(chǎn)品用鋰離子電池的使用環(huán)境溫度與該適宜溫度范圍相差不大，不需要或只需要簡(jiǎn)單的散熱器件。車(chē)用動(dòng)力電池的使用環(huán)境溫度非常寬廣（-20～50℃），車(chē)內(nèi)電池周?chē)臒岘h(huán)境往往很不均勻，這為電池組的熱管理提出了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。動(dòng)力電池的大型化、成組化使用使得電池（組）的散熱能力大大低于產(chǎn)熱能力，尤其對(duì)于以高倍率放電為特征的HEV、PHEV，更需要設(shè)計(jì)復(fù)雜的散熱系統(tǒng)。單體電池并聯(lián)使用時(shí)（單體電池內(nèi)部極片之間也是并聯(lián)），溫度不均勻會(huì)引起熱電耦合，即溫度高的電池（或部位）內(nèi)阻較小，會(huì)分擔(dān)更多的電流，致使荷電狀態(tài)不均勻，從而加快電池組的劣化。因此，車(chē)用動(dòng)力電池系統(tǒng)的熱管理技術(shù)是保證其性能、壽命、及安全性的關(guān)鍵技術(shù)之一。

車(chē)用動(dòng)力電池的熱管理系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)如下功能：第一，電池組溫度較高時(shí)進(jìn)行散熱，防止電池過(guò)熱引發(fā)安全事故；第二，電池組溫度較低時(shí)對(duì)電池組進(jìn)行加熱，保證電池在低溫環(huán)境下充電和放電的安全性和使用效率；第三，使電池組中不同位置電池和電池不同部位的溫度差異盡可能小，抑制局部熱點(diǎn)或熱區(qū)的形成，使不同位置電池的熱致衰減速率接近一致。一般電池組內(nèi)部溫差要小于5℃，GM的Volt采用熱電一體化的水冷設(shè)計(jì)，可將最大溫差控制在2℃以?xún)?nèi)，有力支持了8年的壽命保證期（GM對(duì)內(nèi)燃機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)的保證期是5年）。

電池組熱管理系統(tǒng)主要由以下幾部分構(gòu)成：1）傳熱介質(zhì)：與電池組的熱交換表面相接觸的介質(zhì)，通過(guò)該介質(zhì)的流動(dòng)將電池組內(nèi)產(chǎn)生的熱量散至外界環(huán)境中；2）流場(chǎng)環(huán)境：傳熱介質(zhì)流經(jīng)的路徑及沿途流速、壓力的分布情況；3）測(cè)溫元件與控制電路：測(cè)溫元件用于測(cè)量電池組不同位置的實(shí)時(shí)溫度，控制電路根據(jù)實(shí)時(shí)溫度進(jìn)行散熱執(zhí)行器的動(dòng)作決策；4）散熱執(zhí)行器：驅(qū)動(dòng)傳熱介質(zhì)進(jìn)行循環(huán)的器件，以風(fēng)扇與泵機(jī)等最為常見(jiàn)。

采用自然通風(fēng)的熱管理系統(tǒng)不包含散熱執(zhí)行器件。總結(jié)了6款電動(dòng)汽車(chē)（包括HEV、PHEV和BEV）電池組的熱管理系統(tǒng)概況。

2.2.1電池組熱管理系統(tǒng)的傳熱介質(zhì)

電池組熱管理系統(tǒng)的傳熱介質(zhì)主要有空氣、液體與相變材料3類(lèi)。

1）以空氣為傳熱介質(zhì)。

在采用空氣作為傳熱介質(zhì)的熱管理系統(tǒng)中，外部環(huán)境或車(chē)箱中的空氣進(jìn)入熱管理系統(tǒng)的流道，與電池組的熱交換表面直接接觸，并通過(guò)空氣流動(dòng)帶走熱量。按照空氣流動(dòng)的自發(fā)程度，可以分為自然通風(fēng)和強(qiáng)制通風(fēng)兩類(lèi)。自然通風(fēng)包括自然對(duì)流及隨車(chē)輛行駛產(chǎn)生的空氣流動(dòng)。強(qiáng)制通風(fēng)主要由風(fēng)扇驅(qū)動(dòng)，風(fēng)扇的瞬時(shí)功率由熱管理系統(tǒng)的控制電路確定。

2）以液體為傳熱介質(zhì)。

采用液體作為傳熱介質(zhì)的熱管理系統(tǒng)主要分為接觸式和非接觸式。接觸式采用高度絕緣的液體如硅基油、礦物油等，可將電池組直接浸泡在傳熱液體中；非接觸式采用水、乙二醇、或冷卻液等導(dǎo)電液體，電池組不能與傳熱液體直接接觸。此時(shí)，需在電池組內(nèi)部布置分布式的密閉管道，傳熱液體從管道中流過(guò)帶走熱量，管道的材質(zhì)及其密閉性保證了導(dǎo)電液體與電池本體的電絕緣。接觸式或非接觸式液冷系統(tǒng)中的液體流動(dòng)主要依靠油泵/水泵等進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。

由于液體的比熱容及導(dǎo)熱系數(shù)大大高于空氣，因此，液冷熱管理系統(tǒng)的散熱效果理論上好于空冷系統(tǒng)。然而，液冷系統(tǒng)的以下兩個(gè)特點(diǎn)降低了其實(shí)際使用中的散熱效率：a）接觸式液冷系統(tǒng)的傳熱介質(zhì)絕緣油具有較高的粘度，需要較高的油泵功率以維持所需流速；b）非接觸式液冷系統(tǒng)需要在電池組內(nèi)部設(shè)計(jì)分布式的密閉流道，這增加了電池組的整體質(zhì)量，并降低了電池表面與傳熱介質(zhì)之間的熱傳遞效率。

3）以相變材料為傳熱介質(zhì)。

某些物質(zhì)在特定溫度下發(fā)生相變并吸收或釋放能量，這些物質(zhì)稱(chēng)為相變材料（phase change material, PCM）。可以通過(guò)調(diào)節(jié)相變材料及添加劑的種類(lèi)與組成比率將其相變溫度調(diào)整在電池適宜工作范圍的上限附近。使用該類(lèi)相變材料包裹電池組，當(dāng)電池溫度上升至相變溫度時(shí)，相變材料將吸收大量潛熱，使得電池溫度維持在電池適宜工作范圍以?xún)?nèi)，有效防止電池組過(guò)熱。

以相變材料作為傳熱介質(zhì)的熱管理系統(tǒng)具有整體構(gòu)造簡(jiǎn)單、系統(tǒng)可靠性及安全性較高的優(yōu)點(diǎn)。Rami Sabbah等學(xué)者指出，在40～45℃溫度與高倍率放電時(shí)，采用復(fù)合PCM 材料對(duì)電池組進(jìn)行散熱的效果優(yōu)于使用一般功率范圍內(nèi)的電扇進(jìn)行風(fēng)冷。

目前，石蠟（及添加劑）作為主流的電池?zé)峁芾硐嘧儾牧鲜艿搅溯^多關(guān)注。這是因?yàn)槭灥南嘧儨囟冉咏姵刈罴压ぷ鳒囟壬舷蓿页杀镜土?、潛熱較高。石蠟的主要問(wèn)題在于其導(dǎo)熱系數(shù)較低，因此，常在石蠟中添加高導(dǎo)熱的其他物質(zhì)，制成復(fù)合的PCM材料。

研究了石蠟、石墨復(fù)合的PCM材料的導(dǎo)熱系數(shù)，以及機(jī)械特性，包括抗拉、抗壓能力及其對(duì)內(nèi)部爆破的耐受性。研究結(jié)果表明，在低溫條件下，機(jī)械特性隨石蠟質(zhì)量分?jǐn)?shù)的提高而逐步改良，而高溫下，機(jī)械特性隨石蠟質(zhì)量分?jǐn)?shù)的提高而逐步惡化。另外，一些文獻(xiàn)還研究了在電池組相變材料內(nèi)部加裝熱管、泡沫鋁和鋁制散熱片的方法，發(fā)現(xiàn)都能夠進(jìn)一步提高PCM的散熱能力?？偨Y(jié)了不同傳熱介質(zhì)的特點(diǎn)。

2.2.2電池組熱管理系統(tǒng)的流場(chǎng)設(shè)計(jì)

電池組向傳熱介質(zhì)的單位面積散熱率表示為：

其中：h為電池組表面的對(duì)流換熱系數(shù)，腳標(biāo)bat與amb分別表示電池組表面和傳熱介質(zhì)。

首先，流場(chǎng)設(shè)計(jì)決定了傳熱介質(zhì)流經(jīng)電池組不同位置的先后順序，將影響（Tbat-Tamb）項(xiàng)的取值，從而影響不同位置的局部散熱速率；第二，流場(chǎng)設(shè)計(jì)決定了傳熱介質(zhì)在不同位置的流速，而流速將影響局部對(duì)流換熱系數(shù)h項(xiàng)；第三，流場(chǎng)設(shè)計(jì)決定了流道的局部形狀，該形狀也將影響到局部對(duì)流換熱系數(shù)h的取值。因此流場(chǎng)設(shè)計(jì)的合理性對(duì)電池組熱管理效果的影響十分顯著。

1）流場(chǎng)的路徑設(shè)計(jì)——串行流道與并行流道。

按照傳熱介質(zhì)在電池組內(nèi)部的通過(guò)路徑，可將流場(chǎng)分為串行流道式與并行流道式。在串行流道設(shè)計(jì)中，傳熱介質(zhì)按照嚴(yán)格的先后順序依次經(jīng)過(guò)每個(gè)單體電池或電池模塊，而并行流道設(shè)計(jì)中，傳熱介質(zhì)進(jìn)入電池組箱體后，通過(guò)并聯(lián)的流道進(jìn)行分流，并聯(lián)式地經(jīng)過(guò)不同的電池子模塊。對(duì)于串行流道設(shè)計(jì)，由于介質(zhì)將在串行流道中逐漸被加溫，因此，處于流道后部的電池模塊將無(wú)法有效散熱，與串行流道相比，并行流道設(shè)計(jì)使得電池組不同位置的溫度均一性更好。

2）流場(chǎng)的速度設(shè)計(jì)——并行流道的調(diào)速法與調(diào)壓法。

對(duì)于并行流道式設(shè)計(jì)，不同流道的流速需盡量均一，以減少電池組內(nèi)部不同位置溫度的不均勻性。保證流速均一的兩種方法：調(diào)速法與調(diào)壓法，并給出了兩種方法聯(lián)用時(shí)的最佳取值組合。調(diào)速法是指，沿并行通道編號(hào)增加的方向，依次減小每個(gè)通道的寬度，以調(diào)整其流動(dòng)阻力，使得傳熱介質(zhì)按照各通道阻力重新分配其流量，從而達(dá)到調(diào)整流速分布的目的；而調(diào)壓法通過(guò)改變進(jìn)口與出口集流板的傾斜角度，改變不同通道兩側(cè)的壓差，從而間接調(diào)整不同通道的流速。

3）其他流場(chǎng)設(shè)計(jì)方案。

美國(guó)Nevada大學(xué)的Rajib Mahamud 等學(xué)者設(shè)計(jì)了一種周期性對(duì)換電池內(nèi)部傳熱介質(zhì)流動(dòng)方向的熱管理方法，該研究指出，當(dāng)以120 s 為周期進(jìn)行流動(dòng)方向?qū)Q時(shí)，電池組內(nèi)部的溫度差異性減小了72%，同時(shí)電池組內(nèi)部的最高溫度下降了1.5℃左右。

通過(guò)在電池組的進(jìn)風(fēng)道中加裝數(shù)級(jí)楔形障礙物，控制流入不同子風(fēng)道的空氣流速，并通過(guò)調(diào)整各級(jí)楔形的高度，實(shí)現(xiàn)不同子風(fēng)道空氣流量的均一化。同時(shí)，還通過(guò)模擬考察了導(dǎo)熱系數(shù)的各向異性與散熱面選擇對(duì)電池內(nèi)最高溫度及分布的影響。

2.2.3電池組熱管理系統(tǒng)的控制策略

熱管理系統(tǒng)通過(guò)測(cè)溫元件測(cè)得電池組不同位置的溫度，據(jù)此熱管理系統(tǒng)控制電路進(jìn)行散熱執(zhí)行器如風(fēng)扇、水/油泵的動(dòng)作決策。因此測(cè)溫方法中的測(cè)點(diǎn)數(shù)量、測(cè)點(diǎn)位置、測(cè)量精度等對(duì)電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)的控制精度都具有重要影響。目前，常見(jiàn)電動(dòng)汽車(chē)電池組的溫度傳感器多貼附在電池箱體的內(nèi)面或電池單體的外表面。在2010年第三代Prius電池組中，部分溫度傳感器布置在電池組內(nèi)部的流道中，另一部分直接貼附在某些典型位置單體的上表面正中，這些單體分別位于電池組的前部、中部與后部。

電動(dòng)汽車(chē)熱管理系統(tǒng)通常根據(jù)電池所處的溫度區(qū)域進(jìn)行分級(jí)管理。Volt 插電式混合動(dòng)力電池?zé)峁芾矸譃橹鲃?dòng)（active）、被動(dòng)（passive）和不冷卻（bypass）3種模式，當(dāng)動(dòng)力電池溫度超過(guò)某預(yù)先設(shè)定的被動(dòng)冷卻目標(biāo)溫度后，被動(dòng)散熱模式啟動(dòng)；而當(dāng)溫度繼續(xù)升高至主動(dòng)冷卻目標(biāo)溫度以上時(shí)，主動(dòng)散熱模式啟動(dòng)。

2.3電能管理技術(shù)

電池組的電能管理主要包括以下幾個(gè)方面：?jiǎn)误w電池高共模電壓精確測(cè)量、電池的狀態(tài)估計(jì)、電池充放電管理、電池一致性評(píng)價(jià)與均衡管理等。

2.3.1單體電池高共模電壓精確測(cè)量

單體電壓測(cè)量（cell voltage measurement, CVM）的主要難度在于：

1）電動(dòng)汽車(chē)電池組有上百節(jié)的單體電池串聯(lián)，測(cè)量電壓通道多，由于測(cè)量單體電池電壓時(shí)存在著累積電勢(shì)，而且每片電池的累積電勢(shì)各不相同，無(wú)法統(tǒng)一補(bǔ)償或者消除，因此在測(cè)量電路的設(shè)計(jì)上存在著一定的困難；

2）電壓測(cè)量精度要求高（特別是LiFePO4/C電池）。SOC等電池狀態(tài)的估計(jì)對(duì)單片電壓精度有很高的要求，因此如果單體電壓采集精度在10mV，采用OCV估計(jì)方法，獲得的SOC誤差<4%，因此對(duì)于LMO/LTO電池，單體電壓采集精度需要小于<10 mV。但LiFePO4/C電池的OCV曲線(xiàn)斜率較小，大部分區(qū)域（除了SOC<40%及75%～80%）內(nèi)每mV電壓對(duì)應(yīng)最大的SOC變化率達(dá)4%，因此，對(duì)單體電壓采集精度的要求很高，需要達(dá)到1 mV左右，而目前單體電池的電壓采集精度多數(shù)只達(dá)到5 mV。

分別對(duì)電池/燃料電池的單體電壓測(cè)量方法進(jìn)行了總結(jié)，包括電阻分壓、光耦隔離運(yùn)放、分立三極管、集散式測(cè)量、光耦繼電器等方法。目前單體電池電壓、溫度的采樣國(guó)外已經(jīng)形成芯片產(chǎn)業(yè)化，列出了目前大多數(shù)BMS中使用的芯片性能比較。

2.3.2電池狀態(tài)估計(jì)

電池狀態(tài)包括荷電狀態(tài)SOC、健康狀態(tài)SOH及功能狀態(tài)SOF。SOH由壽命預(yù)測(cè)與故障診斷共同確定，SOF需要綜合考慮SOH、SOC、直流內(nèi)阻、溫度范圍、不一致性等多方面因素的影響。

1）電池荷電狀態(tài)SOC。

電池SOC估算的相關(guān)研究較為深入，目前，SOC算法主要分為：

a）安時(shí)積分（荷電積分）方法。

安時(shí)積分計(jì)算方法為：

其中：“0”表示起始時(shí)刻的值；CN為額定容量（為電池當(dāng)時(shí)標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的容量，隨壽命變化）；η為Coulomb效率，放電時(shí)，η=1，充電時(shí)，η＜1；充電I為負(fù)，放電I為正。

在初始SOC0比較準(zhǔn)確的情況下，安時(shí)積分法在一段時(shí)間內(nèi)還是具有相當(dāng)好的精度（主要與電流傳感器采樣精度、采樣頻率有關(guān)）。但是它的缺點(diǎn)為：① 初始SOC0影響SOC的精度；② 庫(kù)侖效率受電池的工作狀態(tài)影響大（如SOC、溫度、電流大小等等），難于準(zhǔn)確測(cè)量，會(huì)對(duì)SOC 誤差有累積效應(yīng)；③ 電流傳感器精度，特別是偏差對(duì)會(huì)導(dǎo)致累計(jì)效應(yīng)，影響SOC的精度。因此單純采用安時(shí)積分法很難滿(mǎn)足SOC精度的要求。

b）開(kāi)路電壓法。

SOC與鋰離子在活性材料中的嵌入量有關(guān)，與靜態(tài)熱力學(xué)有關(guān)，充分靜置后的開(kāi)路電壓OCV可以認(rèn)為達(dá)到平衡電動(dòng)勢(shì)，OCV與SOC具有一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系，并且與電池壽命關(guān)系較小，因此，OCV是估計(jì)鋰離子電池SOC的有效方法。但是有些種類(lèi)電池的OCV與充放電過(guò)程（歷史）有關(guān)，如LiFePO4/C電池，充電開(kāi)路電壓與放電開(kāi)路電壓具有滯回現(xiàn)象（鎳氫電池類(lèi)似），需要認(rèn)真考慮滯回現(xiàn)象的影響。

開(kāi)路電壓法最大的優(yōu)點(diǎn)是SOC估計(jì)精度高，但是它的顯著缺點(diǎn)是需要將電池長(zhǎng)時(shí)間靜置以達(dá)到平衡，電池從工作狀態(tài)恢復(fù)到平衡狀態(tài)一般需要一定時(shí)間，該時(shí)間長(zhǎng)短與SOC、溫度等狀態(tài)有關(guān)，低溫下LiFePO4/C電池往往需要3 h以上，所以該方法單獨(dú)使用只適于電動(dòng)汽車(chē)駐車(chē)狀態(tài)，不適合動(dòng)態(tài)估計(jì)。

c）基于電池模型的SOC估算方法。常用的電池模型有：等效電路模型、電化學(xué)模型、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型和模糊邏輯模型等。

目前文獻(xiàn)中常用的12種等效電路模型，包括組合模型、Rint模型（簡(jiǎn)單模型）、考慮零狀態(tài)滯回的Rint 模型、考慮一狀態(tài)滯回的Rint模型、考慮二狀態(tài)低通濾波滯回的Rint模型、考慮四狀態(tài)低通濾波滯回的Rint模型、一階RC模型、考慮一狀態(tài)滯回的一階RC模型、二階RC模型、考慮一狀態(tài)滯回的二階RC模型、三階RC模型、考慮一狀態(tài)滯回的三階RC模型。這些方法可以適用于動(dòng)態(tài)估計(jì)，但是估計(jì)精度與模型精度、信號(hào)采集精度有關(guān)。采用實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，擬合了上述12種等效電路模型的參數(shù)，并比較了模型的精度和復(fù)雜度，研究結(jié)果認(rèn)為，一狀態(tài)滯回的一階RC模型更適合于LiFePO4電池的電壓估計(jì)。

電化學(xué)模型建立在傳質(zhì)理論、化學(xué)熱力學(xué)、動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)上，涉及電池內(nèi)部材料的參數(shù)較多，且很難準(zhǔn)確獲得，同時(shí)模型運(yùn)算量大，一般僅用于電池性能分析與設(shè)計(jì)中。

神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型法估計(jì)SOC是利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的非線(xiàn)性映射特性來(lái)估計(jì)SOC。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法在建立模型時(shí)不用具體考慮電池的內(nèi)部細(xì)節(jié)，方法具有普適性，適用于各種電池的SOC估算，但是，該方法需要大量訓(xùn)練樣本數(shù)據(jù)對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行訓(xùn)練，且估算誤差受訓(xùn)練數(shù)據(jù)和訓(xùn)練方法的影響很大。同時(shí)，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法的運(yùn)算量較大，需要強(qiáng)大的運(yùn)算芯片，如DSP（digital signal processor）等。

模糊邏輯法的基本思路為，根據(jù)大量試驗(yàn)曲線(xiàn)、經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)及模糊邏輯理論，用模糊邏輯模擬人的模糊思維，最終實(shí)現(xiàn)SOC預(yù)測(cè)，該算法的運(yùn)算量也較大。

d）基于上述兩種或多種方法的融合算法。

目前融合方法有簡(jiǎn)單的修正、加權(quán)、Kalman濾波（或擴(kuò)展Kalman 濾波）、滑模變結(jié)構(gòu)等等。簡(jiǎn)單的修正融合算法主要包括：開(kāi)路電壓修正、滿(mǎn)電修正的安時(shí)積分法等；采用加權(quán)融合算法就是將不同方法估計(jì)的SOC按一定權(quán)值進(jìn)行加和得到SOC；采用Kalman濾波的融合算法通常融合安時(shí)積分方法與其它模型成為一個(gè)動(dòng)力系統(tǒng)，其中SOC被當(dāng)成系統(tǒng)的一個(gè)內(nèi)部狀態(tài)來(lái)估計(jì)。Kalman濾波方法將安時(shí)法和開(kāi)路電壓法有機(jī)地結(jié)合起來(lái)，用開(kāi)路電壓法克服了安時(shí)積分法累積誤差的缺點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了SOC的閉環(huán)估計(jì)。同時(shí)，由于在計(jì)算過(guò)程中考慮了噪聲的影響，所以算法對(duì)噪聲有很強(qiáng)的抑制作用。

2）電池健康狀態(tài)SOH。

目前多數(shù)SOH 的定義只限于電池老化的范疇，表征電池老化的主要參數(shù)是容量、內(nèi)阻。一般能量型電池性能衰減用容量的衰減來(lái)表征，功率型電池的性能衰減用電阻的增加來(lái)表征。從機(jī)理上分析，磷酸鐵鋰性能衰減主要機(jī)理為：正極金屬離子與電解質(zhì)產(chǎn)生副反應(yīng)而溶解于電解質(zhì)中，在循環(huán)或擱置過(guò)程中與負(fù)極產(chǎn)生還原反應(yīng)形成固體電解質(zhì)界面膜（solid electrolyte interface, SEI），減少了活性鋰離子數(shù)量。從使用條件分析，影響電池壽命和安全性的主要因素為：高溫（副反應(yīng)加?。?；過(guò)低溫（材料晶格易損、金屬離子容易還原）；高電位或過(guò)充（電解質(zhì)容易分解并與正極產(chǎn)生副反應(yīng)、負(fù)極鋰離子易還原）；過(guò)放（負(fù)極銅箔易腐蝕、正極活性材料晶格易塌陷）；高倍率充放電（溫升高引起副反應(yīng)加劇、活性材料晶格易疲勞塌陷）。

電池的衰減模型可以分為機(jī)理模型和外特性模型，其主要區(qū)別在于，前者側(cè)重于對(duì)電池內(nèi)部副反應(yīng)機(jī)理的研究，并以SEI膜阻、離子濃度等微觀量為觀測(cè)對(duì)象，而后者從實(shí)驗(yàn)規(guī)律出發(fā)，重點(diǎn)關(guān)注電池循環(huán)過(guò)程中表現(xiàn)出來(lái)的容量衰減與內(nèi)阻增加，對(duì)兩類(lèi)模型進(jìn)行了對(duì)比。

根據(jù)正負(fù)極衰老機(jī)理，以循環(huán)鋰離子損失機(jī)理、電池內(nèi)部的材料腐蝕機(jī)理等為基礎(chǔ)，建立了電池SEI膜阻增加模型、循環(huán)衰減后的端電壓模型。由于鋰離子詳細(xì)的衰減機(jī)理復(fù)雜，很難準(zhǔn)確確定模型參數(shù)，同時(shí)運(yùn)算量較大，一般不用于車(chē)用電池管理中。

基于電池外特性的模型，已經(jīng)有較多文獻(xiàn)涉及。最常見(jiàn)的是基于Arrhenius模型，如下文所述。

Toshiba的手冊(cè)中給出了鈷酸鋰電池貯存壽命模型，容量損失率為：

Ira Bloom等進(jìn)行了不同環(huán)境溫度下電池衰減率的實(shí)驗(yàn)與分析，驗(yàn)證了以溫度為加速應(yīng)力的電池容量衰減模型，討論了電池容量保持率與環(huán)境溫度和循環(huán)時(shí)間的關(guān)系，采用式（4）來(lái)擬合實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，阻抗率為：

其中：A為擬合參數(shù)；Ea為活性能量；R是氣體常量；t是時(shí)間；z是時(shí)間的指數(shù)，簡(jiǎn)單情況下，可取1/2。其中：A、Ea/R、z都可以通過(guò)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)擬合得到。

John.Wang等基于Ira Bloom等人的工作，提出了以Ah-throughput為變量的雙因素模型，將放電倍率乘入原有的時(shí)間項(xiàng)，得到以溫度和放電倍率為加速應(yīng)力的電池壽命模型，實(shí)現(xiàn)了雙應(yīng)力加速下20% 以?xún)?nèi)的預(yù)測(cè)誤差，容量損失率為：

其中：Ah為放電電流與放電時(shí)間的乘積項(xiàng)；A為常數(shù)。

Toshio Matsushima研究了大型鋰離子電池的性能衰減，同樣發(fā)現(xiàn)容量的衰減與時(shí)間呈1/2次方關(guān)系，即Qloss=Kf(t/h)1/2，其中Kf為系數(shù)。并發(fā)現(xiàn)容量衰減在30%以?xún)?nèi)的系數(shù)Kf與容量衰減大于30%的系數(shù)Kf不相同。前者較大，說(shuō)明前30% 容量衰減的速度快。Kf服從Arrhenius定律。

基于Arrhenius模型的擴(kuò)展模型，黎火林等根據(jù)鈷酸鋰電池循環(huán)壽命實(shí)驗(yàn)，提出了如下的Arrhenius擴(kuò)展模型，容量衰減率為：

其中：nc為充放電循環(huán)次數(shù)；a、b、c、l、m、f、α、β、λ、η均為常數(shù)，可通過(guò)實(shí)驗(yàn)擬合確定。

Zhe Li等全面考慮了電池壽命的多個(gè)影響因素，如環(huán)境溫度、放電倍率、放電截止電壓、充電倍率和充電截止電壓等，提出了基于耦合強(qiáng)度判斷和多因素輸入的壽命建模方法（模型中溫度的影響也參考了Arrhenius建模方法、電物理量的影響參考逆冪規(guī)律），并基于模型的因素敏感性分析了各因素對(duì)電池壽命影響的權(quán)重，耐久性模型對(duì)電池壽命的預(yù)測(cè)誤差達(dá)到15%以?xún)?nèi)。

其他外特性建模方法還有神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，如Rudolph G. Jungst等對(duì)以L(fǎng)iNi0.8Co0.15Al0.05O2為正極材料的電池貯存壽命進(jìn)行了研究。

上述模型均在恒定條件下試驗(yàn)獲得的經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ?，未考慮實(shí)際車(chē)輛運(yùn)行的多變工況，不能準(zhǔn)確表征車(chē)用電池的性能衰減狀況。借鑒機(jī)械疲勞研究成果，M.Safari等采用機(jī)械疲勞研究中常用的Palmgren–Miner（PM）法則來(lái)預(yù)測(cè)電池容量在簡(jiǎn)單和復(fù)雜工況下的衰減情況，并與損害時(shí)間累計(jì)法（capacity-loss accumulation over time, LAT）進(jìn)行比較，結(jié)果PM法好于LAT法。

2.3.3電池充放電管理

電池功能狀態(tài)的估計(jì)是進(jìn)行充放電管理的基礎(chǔ)。確定電池的充放電功率通常包含以下幾個(gè)步驟：

1）事先，根據(jù)不同溫度、不同SOC下不同衰減時(shí)期電池的內(nèi)阻及輸入、輸出功率的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，制成或建立電池允許輸入、輸出的最大或連續(xù)功率的MAP圖或模型；

2）根據(jù)當(dāng)前的電池狀態(tài)，從MAP 圖或模型確定電池最大或連續(xù)輸入、輸出功率；

3）根據(jù)電池故障級(jí)別對(duì)輸出能力進(jìn)行修正，如某些一級(jí)輕微故障（對(duì)安全不構(gòu)成影響），可以只報(bào)警，不需要限制。某些一級(jí)、二級(jí)、三級(jí)故障，除了報(bào)警，還需要根據(jù)情況降低功率。對(duì)極其危險(xiǎn)的三級(jí)故障（如反極、極高壓、短路、溫度極高、溫升極快、冒煙、著火等等），則立即切斷輸出；

4）確認(rèn)電池在可靠范圍內(nèi)運(yùn)行以減少安全隱患，并盡可能在推薦范圍內(nèi)運(yùn)行以減緩電池衰減。

2.3.4電池一致性評(píng)價(jià)與均衡管理

組成電池組的同一規(guī)格型號(hào)的單體電池在電壓、容量、內(nèi)阻、自放電率等參數(shù)存在一定的差別。隨著使用時(shí)間的增加，這些差別會(huì)變得越來(lái)越大，并導(dǎo)致電池荷電量（電壓）的較大差別，不僅減少電池的可用容量范圍，也會(huì)降低電池組的壽命，甚至帶來(lái)安全隱患，因此必須對(duì)電池的荷電量（電壓）進(jìn)行均衡。

一般采用數(shù)理統(tǒng)計(jì)的方法來(lái)評(píng)價(jià)電池在電壓、容量、內(nèi)阻上的一致性。以電壓參數(shù)作為一致性表征指標(biāo)，對(duì)于SOC-OCV曲線(xiàn)斜率較大且線(xiàn)性度較好的電池體系（如錳酸鋰等）精度較高，但對(duì)于SOC-OCV曲線(xiàn)斜率較小的電池體系（如磷酸鐵鋰）精度較低。采用容量作為電池成組指標(biāo)比較合適，但作為成組后電池運(yùn)行一致性的評(píng)價(jià)，則采用單體電池荷電量來(lái)表征比較合理，因?yàn)閱误w電池間荷電量的差異是電池組壽命低于單體電池平均壽命的主要原因。

均衡方法分為化學(xué)均衡和物理均衡?；瘜W(xué)均衡利用電池在充放電過(guò)程中自身存在的一些副反應(yīng)來(lái)實(shí)現(xiàn)均衡。鉛酸電池和鎳氫電池通過(guò)“過(guò)充電”的均衡充電方法來(lái)實(shí)現(xiàn)各電池性能參數(shù)趨于一致。鋰離子電池一般需要通過(guò)添加氧化還原對(duì)添加劑來(lái)進(jìn)行限壓保護(hù)。物理均衡是通過(guò)外接電路來(lái)對(duì)電池實(shí)現(xiàn)均衡，分為耗散式與非耗散式兩大類(lèi)。耗散式方案是將電池組中需要均衡的單體電池電量用電阻或其它方式消耗。非耗散式是利用一個(gè)活動(dòng)的分流元件或電壓/電流轉(zhuǎn)換器件將能量從一節(jié)單體轉(zhuǎn)移到另一節(jié)單體。這些器件可以是模擬的，也可以是數(shù)字的。非耗散式拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)有：電容與開(kāi)關(guān)陣列、分散式DC/DC變換模塊、同軸多繞組變壓器均衡、電流轉(zhuǎn)向器均衡方法、獨(dú)立充電式。耗散式均衡方法結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、不會(huì)消耗太多的能量，且能夠滿(mǎn)足均衡需求，因此目前應(yīng)用較多。非耗散式均衡方法雖然效率高一些，但是由于結(jié)構(gòu)復(fù)雜、可靠性低、不易實(shí)現(xiàn)等問(wèn)題，目前應(yīng)用不是很多。

2.4安全保障技術(shù)

2.4.1電池系統(tǒng)安全隱患

車(chē)用動(dòng)力電池系統(tǒng)存在強(qiáng)電安全與電池?zé)崾Э貎煞矫娴陌踩[患。強(qiáng)電安全是使用高壓電源系統(tǒng)電動(dòng)汽車(chē)的共同問(wèn)題，通常通過(guò)強(qiáng)電部位絕緣，電池箱體與車(chē)體等電位，檢測(cè)到絕緣老化、發(fā)生事故、或更換、維修時(shí)切斷電路等方式進(jìn)行防護(hù)，已經(jīng)是比較成熟的技術(shù)。而電池的熱失控所引發(fā)的冒煙、著火、爆炸等安全事故一直是困擾鋰離子電池發(fā)展的一大問(wèn)題，也是影響電動(dòng)汽車(chē)走向普及的一大障礙。

目前技術(shù)水平的鋰離子電池是一個(gè)準(zhǔn)穩(wěn)定系統(tǒng)，有以下3個(gè)特征：

1）鋰離子電池是一個(gè)動(dòng)力學(xué)穩(wěn)定系統(tǒng)，而非熱力學(xué)穩(wěn)定系統(tǒng)。鋰離子電池正負(fù)極電位窗很寬（石墨負(fù)極嵌鋰后接近金屬鋰的電位，正極電位多高于金屬鋰電位3～4 V，正在研發(fā)中的高電位正極電位在4～5 V），即便是有機(jī)電解液，能在這么寬的電位窗下保持穩(wěn)定的也不多見(jiàn)。通常是通過(guò)加入添加劑，在正負(fù)極表面形成一層能夠?qū)ㄤ囯x子而電子導(dǎo)電性很弱的SEI 膜，將電解液和正負(fù)極分開(kāi)，大大降低電解液成分在正負(fù)極上的分解反應(yīng)速度（動(dòng)力學(xué)穩(wěn)定），但不能完全阻止這些反應(yīng)的進(jìn)行（熱力學(xué)不穩(wěn)定）。這也是為什么電池即使在存放中也會(huì)發(fā)生容量降低及不可逆劣化的原因。

2）鋰離子電池內(nèi)部組成物質(zhì)之間隱含著一系列在不同溫度下相互反應(yīng)放出可觀熱量的副反應(yīng)。在正常的溫度、電壓范圍內(nèi)，鋰離子電池內(nèi)部只進(jìn)行鋰離子的嵌入和脫出反應(yīng)。如果超出了安全使用范圍，或是制造中存在缺陷，導(dǎo)致內(nèi)部短路，這些副反應(yīng)有可能被引發(fā)并連鎖進(jìn)行，最終導(dǎo)致有機(jī)物電解液劇烈分解/燃燒反應(yīng)，引發(fā)爆炸等熱失控事故。

3）鋰離子電池屬于能量?jī)?chǔ)存兼轉(zhuǎn)換裝置，在熱力學(xué)上是一個(gè)封閉系統(tǒng)，電池的氧化劑、還原劑同處于一個(gè)封閉的空間，僅有一層很?。s10～40 μm）的微孔隔膜隔開(kāi)，系統(tǒng)具有固有的脆弱性，一旦某種原因引起內(nèi)部短路，使處于較高能量狀態(tài)的正負(fù)極活性物質(zhì)相接觸，便可能引發(fā)爆炸、著火等熱失控現(xiàn)象。與此相對(duì)照，內(nèi)燃機(jī)和燃料電池都是能量轉(zhuǎn)換裝置，在熱力學(xué)意義上屬于開(kāi)放系統(tǒng)。在儲(chǔ)存中燃料主體存放在油箱或氫氣罐中，氧氣在大氣中。在運(yùn)行中只有少量燃料和空氣進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸內(nèi)燃燒、或進(jìn)入燃料電池內(nèi)隔膜兩側(cè)進(jìn)行電化學(xué)反應(yīng)。

內(nèi)部短路最終是否演化成為熱失控，與電池荷電狀態(tài)、溫度、及短路部位等多種因素相關(guān)。由于電池材料平均傳熱系數(shù)較低，短路中產(chǎn)生的熵?zé)?、過(guò)電壓熱（歐姆熱、電化學(xué)活性化熱）首先在發(fā)生短路的局部產(chǎn)生熱點(diǎn)，溫度的升高可能觸發(fā)新的放熱分解反應(yīng)。產(chǎn)熱速率與散熱速率的平衡決定電池局部溫度是否持續(xù)上升。只有當(dāng)局部產(chǎn)熱率、產(chǎn)熱總量高于某個(gè)臨界值時(shí)，才會(huì)誘發(fā)下一步連鎖反應(yīng)，甚至演化到熱失控。因此，基于電池局部產(chǎn)熱、傳熱、散熱機(jī)理的單體電池的熱設(shè)計(jì)對(duì)提高熱安全性非常重要。

車(chē)用動(dòng)力電池系統(tǒng)由于單體電池的大型化和成組化使用，給安全問(wèn)題帶來(lái)了新的挑戰(zhàn)。容量的增加使得熱失控的后果更加嚴(yán)重。尺寸增大使得電池的表面積與體積的比值變小，電池的散熱能力相對(duì)產(chǎn)熱能力變小，電池的熱可控性降低，更容易出現(xiàn)溫度不均和局部熱點(diǎn)。大型化也使得電壓、溫度的測(cè)量值對(duì)內(nèi)部狀態(tài)的代表性降低，電池狀態(tài)的可知性減小。多個(gè)單體電池的成組使用對(duì)單體電池的安全系數(shù)提出了更高的要求，也增加了電池間連鎖失控這一新的隱患。

2.4.2安全性標(biāo)準(zhǔn)與測(cè)試

電池系統(tǒng)的安全性要求在實(shí)際使用條件下電池不能發(fā)生劇烈冒煙、著火、爆炸等事故，萬(wàn)一發(fā)生事故時(shí)不能對(duì)人造成傷害，對(duì)機(jī)器、物品的損害要降到最小。目前尚不存在判定電池安全性的理論公式或非破壞試驗(yàn)方法，主要通過(guò)濫用試驗(yàn)來(lái)判斷電池的安全性。如何用一系列試驗(yàn)盡可能多的涵蓋實(shí)際使用中的各種異常情況（包括小概率事件）是濫用實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)所要解決的問(wèn)題。試驗(yàn)對(duì)象與試驗(yàn)項(xiàng)目的設(shè)定、試驗(yàn)方法的確立及標(biāo)準(zhǔn)化對(duì)判定結(jié)果至關(guān)重要。

很多機(jī)構(gòu)都已公布或正在制訂電池的安全標(biāo)準(zhǔn)。對(duì)申請(qǐng)運(yùn)輸?shù)碾姵兀ńM），UN Manual of Tests and Criteria要求對(duì)循環(huán)使用后的電池也做短路測(cè)試。對(duì)筆記本電腦用鋰離子電池， IEEE 1625要求進(jìn)行浮充試驗(yàn)。針對(duì)電動(dòng)車(chē)用動(dòng)力電池（組），SAE J2464增加了不少考慮了車(chē)輛用途的新的試驗(yàn)項(xiàng)目，試驗(yàn)條件也變得更加苛刻，比如要求監(jiān)測(cè)、分析噴出的有害氣體、顆粒物，部分短路試驗(yàn)，高倍率放電，滾翻，水淹等。

現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)、測(cè)試方法存在以下一些問(wèn)題。

1）完備性：現(xiàn)有濫用試驗(yàn)并不能有效反映內(nèi)部短路這一現(xiàn)場(chǎng)熱失控的主要模式。目前有兩種模擬內(nèi)部短路的試驗(yàn)方法，一種是外部鈍物緩慢擠壓，另一種是在電池內(nèi)部植入L形Ni質(zhì)金屬異物，均不能良好再現(xiàn)枝晶在內(nèi)部生長(zhǎng)、引發(fā)短路的過(guò)程。

2）合理性：熱箱試驗(yàn)時(shí)放置時(shí)間為10 min或1 h，此時(shí)，電池內(nèi)部（甚至表面）尚未穩(wěn)定至熱箱設(shè)定溫度。

3）復(fù)合因素的檢驗(yàn)：現(xiàn)場(chǎng)失效往往是在使用過(guò)程中各種因素復(fù)合作用的結(jié)果?，F(xiàn)有濫用試驗(yàn)多是對(duì)新品電池進(jìn)行單個(gè)因素的試驗(yàn)，例如，應(yīng)該增加循環(huán)使用后（及不同時(shí)期）過(guò)充電狀態(tài)下電池對(duì)熱、機(jī)、電復(fù)合濫用應(yīng)力耐受性的考察。

4）判定性試驗(yàn)與表征性試驗(yàn)：對(duì)于成熟的產(chǎn)品，適于采用合格與不合格的判定性試驗(yàn)；對(duì)于尚處于技術(shù)開(kāi)發(fā)初期的車(chē)用動(dòng)力電池，需要開(kāi)發(fā)能夠提供更多技術(shù)信息的表征性試驗(yàn)。

2.4.3提高安全性的主要手段

車(chē)用動(dòng)力電池系統(tǒng)安全性問(wèn)題是一個(gè)系統(tǒng)性問(wèn)題，決非單靠改進(jìn)材料的熱穩(wěn)定性所能徹底解決的。要提高車(chē)用動(dòng)力電池系統(tǒng)的安全性，需要從材料、電池（設(shè)計(jì)、制造）、系統(tǒng)（使用）、車(chē)輛等各個(gè)層次采取措施。

1）抑制內(nèi)部短路的形成幾率。

內(nèi)部短路是引發(fā)現(xiàn)場(chǎng)熱失控的主要原因，其形成機(jī)理與相應(yīng)的對(duì)策包括以下幾種情形。第一，異物混入，刺破隔膜，引起正負(fù)極短路。應(yīng)對(duì)這種情況，一方面要提高制造環(huán)境的清潔度，減少異物混入幾率；另一方面，可以通過(guò)測(cè)試，剔除掉混入異物的電池。一種辦法是在注液前給電池施加階躍電壓，測(cè)量電流，剔除電流較高的電池。另一種辦法是在注液充電之后，長(zhǎng)時(shí)間高溫化成，剔除掉端電壓下降較大的電池。第二，過(guò)充或低溫急充時(shí)，石墨負(fù)極上鋰金屬枝晶的形成。抑制鋰離子枝晶生長(zhǎng)的主要手段是限制過(guò)充，尤其在低溫下限制充電功率。在隔膜表面涂布陶瓷，可以提高其機(jī)械強(qiáng)度和抗穿透能力。第三，制造過(guò)程中混入的水分與鋰鹽反應(yīng)生成腐蝕性很強(qiáng)的氫氟酸，將正極活性物質(zhì)、或雜質(zhì)溶解，溶解出的金屬離子在低電位的負(fù)極析出，逐漸生長(zhǎng)成枝晶，形成內(nèi)短路。應(yīng)對(duì)這種情況，需要保證原料的純度并嚴(yán)格控制電池制造過(guò)程中的環(huán)境濕度，防止水分混入。

2）保證電池工作在安全區(qū)間內(nèi)。

鋰離子電池在存儲(chǔ)和使用過(guò)程中，在溫度、電流、電壓上存在安全的工作區(qū)間。磷酸鐵鋰電池的工作電壓區(qū)間在2.0～3.7 V，放電工作溫度為-20～55℃，充電溫度為0～45℃，如果超出此范圍工作，電池壽命會(huì)大大降低，甚至?xí)?dǎo)致安全問(wèn)題。因此，需要對(duì)鋰離子電池進(jìn)行有效的控制與管理，保證鋰離子電池的溫度、電流、電壓處于安全區(qū)間內(nèi)。

3）將事故控制在危害尚小的初期階段。

市場(chǎng)銷(xiāo)售的電子產(chǎn)品用鋰離子電池已經(jīng)采取了多種多樣的安全機(jī)構(gòu)與安全措施。電池本體里面裝有溫度保險(xiǎn)器件（positive temperature coefficient, PTC）、壓力安全閥、電流切斷器（current interruption device, CID）、低熔點(diǎn)隔膜等。鋰離子電池要求使用專(zhuān)用的充電器。電池包與充電器具備溫度檢測(cè)機(jī)能及過(guò)充、過(guò)放、過(guò)大電流的保護(hù)回路或熔斷絲等保護(hù)對(duì)策。

在小型鋰離子電池上行之有效的一些安全措施在動(dòng)力電池上很難使用，或者效果并不明顯。動(dòng)力電池一般容量大，充放電電流大，CID 將會(huì)增大內(nèi)阻，引起較大損失。大型電池溫度不均勻性較強(qiáng)，隔膜高溫閉孔機(jī)能如果不能在整層隔膜上均勻?qū)崿F(xiàn)，很可能在局部出現(xiàn)融化，致使正負(fù)極大面積接觸，反而引發(fā)更嚴(yán)重的事故，因此增加隔膜整體的熱穩(wěn)定性成為現(xiàn)在研究的熱點(diǎn)。大型動(dòng)力電池需要開(kāi)發(fā)新的單體電池安全防護(hù)措施。

4）加強(qiáng)故障診斷，防范事故于未然。

加強(qiáng)對(duì)單體電池的監(jiān)測(cè)與故障診斷功能，在判定某個(gè)電池有故障癥候時(shí)，及時(shí)將其隔離、更換。開(kāi)發(fā)智能電池，在電池內(nèi)部植入小型芯片，測(cè)量每個(gè)電池的電壓、電流，從中計(jì)算電池的阻抗，通過(guò)與事先制成的圖表以及電池組中其它電池的比較，及時(shí)發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)異常癥候的電池。開(kāi)發(fā)先進(jìn)的非解體、無(wú)損健康診斷技術(shù)，定期在維修店對(duì)電池系統(tǒng)進(jìn)行詳細(xì)體檢，及時(shí)發(fā)現(xiàn)細(xì)微的故障癥候。建立數(shù)據(jù)中心，對(duì)電池運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)處理，區(qū)分正常劣化與異常劣化，及時(shí)發(fā)現(xiàn)、處理出現(xiàn)異常劣化的電池。

故障診斷是保證動(dòng)力電池系統(tǒng)安全的必需技術(shù)之一。國(guó)際電工學(xué)會(huì)（IEC）在1995年制定的電池管理系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)要求：電動(dòng)車(chē)用電池管理系統(tǒng)必須具備一定的電池診斷功能，包括不健康電池早期報(bào)警和提供電池老化信息。我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)《電動(dòng)汽車(chē)用電池管理系統(tǒng)技術(shù)條件》也有電池故障診斷的要求，規(guī)定了故障診斷基本要求項(xiàng)目和可擴(kuò)展的故障診斷項(xiàng)目（項(xiàng)目總計(jì)多達(dá)26項(xiàng)），將故障等級(jí)分為3級(jí)。

故障診斷技術(shù)目前已發(fā)展成為一門(mén)新型交叉學(xué)科。它在診斷對(duì)象工作原理的基礎(chǔ)上，綜合利用了計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)庫(kù)、控制理論、人工智能等技術(shù)，在其它領(lǐng)域中的應(yīng)用已經(jīng)較為成熟。電池故障診斷尚屬于發(fā)展階段，研究主要基于過(guò)程參數(shù)估計(jì)、狀態(tài)估計(jì)及基于經(jīng)驗(yàn)等方法。Oliver Bohlen等人通過(guò)電池內(nèi)阻模型的在線(xiàn)辨識(shí)實(shí)現(xiàn)了電池在線(xiàn)診斷。Yu-Hua Sun通過(guò)觀察鉛酸電池恒流充放電電壓曲線(xiàn)光滑程度的變化來(lái)辨識(shí)電池組可能存在的故障。

3　車(chē)用動(dòng)力電池系統(tǒng)的兩大基礎(chǔ)科學(xué)問(wèn)題

車(chē)用動(dòng)力電池系統(tǒng)在技術(shù)上涉及材料、化學(xué)、電化學(xué)、機(jī)械、熱力學(xué)、傳熱學(xué)、流體力學(xué)、電學(xué)、系統(tǒng)與控制等多個(gè)學(xué)科，橫跨從納微米級(jí)的活性材料、毫米級(jí)的電芯、到米級(jí)的電池組等寬廣的空間尺度。這就決定了要開(kāi)發(fā)一個(gè)具有競(jìng)爭(zhēng)力的動(dòng)力電池系統(tǒng)，很難僅靠一個(gè)機(jī)構(gòu)、一個(gè)學(xué)科來(lái)完成，而需要電池廠(chǎng)與汽車(chē)廠(chǎng)間的密切合作，需要綜合性大學(xué)或研究機(jī)構(gòu)的多學(xué)科支撐。

進(jìn)一步整理、分析車(chē)用動(dòng)力電池系統(tǒng)四大關(guān)鍵技術(shù)可以凝練出以下兩個(gè)共通的、關(guān)于熱的和關(guān)于電的基礎(chǔ)科學(xué)問(wèn)題。對(duì)這兩個(gè)基礎(chǔ)科學(xué)問(wèn)題進(jìn)行深入細(xì)致的研究，可望實(shí)現(xiàn)對(duì)動(dòng)力電池系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)的突破：

1）多約束、多尺度產(chǎn)熱積層體復(fù)合系統(tǒng)的產(chǎn)熱、傳熱、散熱規(guī)律。

◆復(fù)雜工況下的產(chǎn)熱模型

◆熱模型參數(shù)的原位測(cè)量

◆電池及電池組的材料體系、結(jié)構(gòu)、尺度、布局對(duì)產(chǎn)熱、傳熱、散熱等熱過(guò)程的影響規(guī)律

◆熱應(yīng)力下的電池性能演變規(guī)律

◆表面細(xì)微結(jié)構(gòu)、積層體復(fù)合系統(tǒng)結(jié)構(gòu)對(duì)大型電池表面、多電池間熱流密度的影響規(guī)律

◆復(fù)合相變材料的相變潛熱、相變溫度、導(dǎo)熱系數(shù)隨材料組成、結(jié)構(gòu)的變化規(guī)律

◆電池?zé)崾Э剡^(guò)程中電能、熱能、化學(xué)能的耦合、觸發(fā)機(jī)理及演化

◆副反應(yīng)的種類(lèi)、焓變及反應(yīng)速率

2）非線(xiàn)性、時(shí)變、非均一多個(gè)體混聯(lián)電池系統(tǒng)的建模、辨識(shí)及控制理論。

◆電池與電池組壽命的多應(yīng)力快速評(píng)價(jià)與預(yù)測(cè)方法

◆單體電池一致性的度量指標(biāo)體系，一致性的演化規(guī)律與抑制一致性惡化的策略

◆時(shí)變、非均一、多個(gè)體混聯(lián)電池系統(tǒng)的建模理論與狀態(tài)估計(jì)方法

◆電池故障診斷的理論算法體系及故障應(yīng)對(duì)策略

4　總結(jié)與展望

作為電動(dòng)汽車(chē)的核心技術(shù)，動(dòng)力電池系統(tǒng)尚處于技術(shù)發(fā)展的初期階段，需要在多方面取得突破。一個(gè)好的電池系統(tǒng)應(yīng)該在對(duì)材料、電池（組）、以及使用特征充分理解的基礎(chǔ)上針對(duì)用途量身定做，應(yīng)該具備可知性（智能化，可以自檢內(nèi)部狀態(tài)并與外部通訊），可控性（均衡，隔離具有問(wèn)題癥候的電池或模塊），可擴(kuò)性（模塊化設(shè)計(jì)，可以靈活組配滿(mǎn)足多方面的需求），和可換性（具有問(wèn)題癥候的單體電池易于更換，電池組支持換電式商業(yè)模式）。開(kāi)發(fā)一個(gè)好的電池系統(tǒng)需要電池設(shè)計(jì)人員、電動(dòng)汽車(chē)設(shè)計(jì)人員密切配合，需要充分利用示范、實(shí)證、實(shí)際使用中得到的寶貴反饋信息，多次進(jìn)行為汽車(chē)設(shè)計(jì)電池、為電池設(shè)計(jì)汽車(chē)的迭代優(yōu)化。

【作者單位：清華大學(xué)汽車(chē)安全與節(jié)能?chē)?guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室】

（摘自《汽車(chē)安全與節(jié)能學(xué)報(bào)》2012年第2期）

·高被引論文摘要·

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電動(dòng)汽車(chē)技術(shù)進(jìn)展和發(fā)展趨勢(shì)

曹秉剛，張傳偉，白志峰，等

摘要：通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)外電動(dòng)汽車(chē)關(guān)鍵技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀和技術(shù)水平的比較分析，以及H∞二魯棒控制方法在電動(dòng)汽車(chē)驅(qū)動(dòng)控制、再生制動(dòng)控制和運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)上應(yīng)用的研究，展望了電動(dòng)汽車(chē)的發(fā)展趨勢(shì)。首先發(fā)展鉛酸蓄電池電動(dòng)汽車(chē)（CBEV）是明智的選擇，由于開(kāi)發(fā)混合電動(dòng)汽車(chē)（HEV）的難度較大，所以燃料電池電動(dòng)汽車(chē)（HEV）將成為今后的主流技術(shù)，是未來(lái)汽車(chē)的發(fā)展方向。關(guān)鍵詞：電動(dòng)汽車(chē)；技術(shù)進(jìn)展；發(fā)展趨勢(shì) SOC估計(jì)是電動(dòng)汽車(chē)電池管理系統(tǒng)的重要功能。研究人員為了提高電動(dòng)汽車(chē)電池SOC估計(jì)的準(zhǔn)確性做了大量研究工作，采用的主要方法有：放電實(shí)驗(yàn)法、Ah計(jì)量法、開(kāi)路電壓法、負(fù)載電壓法、內(nèi)阻法、線(xiàn)性模型法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法和卡爾曼濾波法。討論了電池SOC定義；介紹了各種SOC估計(jì)方法的原理及應(yīng)用中存在的優(yōu)缺點(diǎn)；分析了充放電倍率、溫度、自放電、老化等因素對(duì)SOC的影響；評(píng)價(jià)了各種SOC估計(jì)方法。 總結(jié)了國(guó)內(nèi)外電動(dòng)汽車(chē)的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì)，重點(diǎn)探討了我國(guó)純電動(dòng)汽車(chē)的發(fā)展方向及能源供給模式，將我國(guó)純電動(dòng)汽車(chē)發(fā)展階段劃分為示范應(yīng)用期和推廣成熟期，分析了現(xiàn)階段純電動(dòng)汽車(chē)發(fā)展的重點(diǎn)和存在的問(wèn)題，同時(shí)針對(duì)純電動(dòng)汽車(chē)能源供給模式，指出了需要開(kāi)展研究的技術(shù)重點(diǎn)和方向。 在政府對(duì)電動(dòng)汽車(chē)產(chǎn)業(yè)的大力推動(dòng)下，我國(guó)電動(dòng)汽車(chē)產(chǎn)業(yè)將步入快速發(fā)展期，這也極大地推動(dòng)了電動(dòng)汽車(chē)充電站和充電樁的建設(shè)，大量電動(dòng)汽車(chē)的充電行為將會(huì)給電網(wǎng)帶來(lái)較大影響。電動(dòng)汽車(chē)的普及程度、類(lèi)型、充電時(shí)間、充電方式以及充電特性的不同會(huì)使電動(dòng)汽車(chē)對(duì)電網(wǎng)的影響發(fā)生變化。從輸電網(wǎng)、配電網(wǎng)角度對(duì)國(guó)內(nèi)外關(guān)于電動(dòng)汽車(chē)接入電網(wǎng)的研究現(xiàn)狀及電動(dòng)汽車(chē)充電對(duì)電網(wǎng)的影響進(jìn)行了詳細(xì)分析。針對(duì)充電站對(duì)電網(wǎng)的諧波污染問(wèn)題，介紹了各種諧波污染的治理方法，并指出電動(dòng)汽車(chē)的充電行為及其儲(chǔ)能特性在未來(lái)電網(wǎng)運(yùn)行中的影響和作用將越來(lái)越大，研究充電設(shè)施建設(shè)的布點(diǎn)規(guī)劃及電動(dòng)汽車(chē)充放電控制策略將成為該領(lǐng)域的重點(diǎn)。 為建立電動(dòng)汽車(chē)電池管理系統(tǒng)的需要，探求鉛酸電池荷電狀態(tài)（SOC）的實(shí)時(shí)測(cè)量和估計(jì)方法，分析了當(dāng)前SOC定義在變電流放電情況下出現(xiàn)不適應(yīng)的原因，現(xiàn)有各種荷電狀態(tài)檢測(cè)方法的特點(diǎn)和存在的問(wèn)題。在此基礎(chǔ)上，對(duì)SOC定義進(jìn)行了修正，提出了“標(biāo)定荷電狀態(tài)”和“動(dòng)態(tài)荷電狀態(tài)”的概念，使之能很好地適應(yīng)電動(dòng)汽車(chē)用電池在變電流狀態(tài)下的實(shí)時(shí)荷電狀態(tài)估計(jì)?；谛拚齋OC定義的電池荷電狀態(tài)檢測(cè)方法和計(jì)算模型具有簡(jiǎn)便、實(shí)用和可靠性。 電動(dòng)汽車(chē)電池既是發(fā)展電動(dòng)汽車(chē)的核心，更是電book=33,ebook=37力工業(yè)與汽車(chē)行業(yè)的關(guān)鍵結(jié)合點(diǎn)。結(jié)合電動(dòng)汽車(chē)的發(fā)展歷史概述了車(chē)用動(dòng)力電池的發(fā)展情況，重點(diǎn)介紹了3種主要電動(dòng)汽車(chē)電池：鉛酸電池、鎳氫電池和鋰離子電池的研究現(xiàn)狀及當(dāng)前的應(yīng)用情況，并從電池化學(xué)性能和商業(yè)化的電動(dòng)汽車(chē)電池組性能2個(gè)角度在技術(shù)和經(jīng)濟(jì)層面進(jìn)行了詳細(xì)的比較分析，最后對(duì)當(dāng)前電動(dòng)汽車(chē)電池的應(yīng)用前景、未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)和研發(fā)中的新電池技術(shù)進(jìn)行了展望，指出中國(guó)電力行業(yè)應(yīng)關(guān)注電動(dòng)汽車(chē)電池技術(shù)的發(fā)展，分析電動(dòng)汽車(chē)充電負(fù)荷對(duì)電網(wǎng)的影響并及時(shí)采取應(yīng)對(duì)措施。 電動(dòng)汽車(chē)和可再生能源發(fā)電的快速發(fā)展為電力系統(tǒng)的安全和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行帶來(lái)了新的挑戰(zhàn)。在此背景下，構(gòu)建了能夠計(jì)及可入網(wǎng)電動(dòng)汽車(chē)（plug-inelectric vehicle, PEV)）和風(fēng)電機(jī)組的不確定性的隨機(jī)經(jīng)濟(jì)調(diào)度模型。首先采用隨機(jī)仿真方法研究PEV的充電與放電功率的概率分布。之后，在假設(shè)風(fēng)速服從Rayleigh分布的前提下，導(dǎo)出了風(fēng)電機(jī)組出力概率分布的表達(dá)式。通過(guò)理論分析得到了風(fēng)電機(jī)組和電動(dòng)汽車(chē)接入網(wǎng)絡(luò)（vehicle to grid, V2G）的電源出力的數(shù)學(xué)期望的解析表達(dá)式，并在此基礎(chǔ)上，構(gòu)建了電力系統(tǒng)隨機(jī)經(jīng)濟(jì)調(diào)度模型。最后，以IEEE118節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)為例說(shuō)明了所提出的隨機(jī)經(jīng)濟(jì)調(diào)度模型的基本特征。 汽車(chē)工業(yè)所帶來(lái)的能源短缺與環(huán)境污染等問(wèn)題越來(lái)越受到世界各國(guó)政府的重視。當(dāng)前，許多國(guó)家政府、世界知名的汽車(chē)企業(yè)和科研機(jī)構(gòu)紛紛研制開(kāi)發(fā)低能耗、低排放，且能滿(mǎn)足現(xiàn)代使用性能要求的新型汽車(chē)。混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(chē)應(yīng)運(yùn)而生，成為當(dāng)代國(guó)際電動(dòng)汽車(chē)開(kāi)發(fā)的熱點(diǎn)和潮流之一。本文試就當(dāng)前國(guó)外混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(chē)的開(kāi)發(fā)狀況及其發(fā)展趨勢(shì)作一介紹和探討。 介紹了中國(guó)政府在發(fā)展電動(dòng)汽車(chē)方面實(shí)施的政策、重大研究計(jì)劃和取得的重要進(jìn)展。通過(guò)對(duì)中國(guó)燃料電池電動(dòng)汽車(chē)、純電動(dòng)汽車(chē)和混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(chē)技術(shù)現(xiàn)狀的研究，以及對(duì)電池、電機(jī)、控制器等電動(dòng)汽車(chē)關(guān)鍵技術(shù)的進(jìn)展，以及企業(yè)高校在電動(dòng)汽車(chē)研發(fā)方面取得的成果的分析，指出在未來(lái)10年中混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(chē)將會(huì)迅速發(fā)展，但遠(yuǎn)景并不樂(lè)觀。其中，充電式混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(chē)更具有發(fā)展前途；雖然燃料電池電動(dòng)汽車(chē)有很好的應(yīng)用前景，但受到價(jià)格的約束，因此近20年內(nèi)不太可能大規(guī)模進(jìn)入市場(chǎng)；純電動(dòng)汽車(chē)有著廣闊的發(fā)展前景，而其中的微型電動(dòng)汽車(chē)更適合中國(guó)的國(guó)情。 首先概述了電動(dòng)汽車(chē)發(fā)展的技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、環(huán)境和政策背景，簡(jiǎn)要綜述了大量電動(dòng)汽車(chē)廣泛應(yīng)用對(duì)電力系統(tǒng)的影響，評(píng)述了現(xiàn)有文獻(xiàn)中提出的電動(dòng)汽車(chē)調(diào)度與控制方法。然后就電動(dòng)汽車(chē)廣泛接入對(duì)電力系統(tǒng)所帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)價(jià)值評(píng)估、電動(dòng)汽車(chē)調(diào)度及其優(yōu)化算法、電動(dòng)汽車(chē)充放電控制等問(wèn)題提出了研究建議。 電動(dòng)汽車(chē)的普及已成為一種趨勢(shì)，將會(huì)對(duì)電力系統(tǒng)運(yùn)行產(chǎn)生深刻影響。電動(dòng)汽車(chē)充電控制將成為系統(tǒng)運(yùn)行控制的重要手段，不僅能夠限制充電負(fù)荷的不利影響，而且能夠?qū)崿F(xiàn)負(fù)荷削峰填谷，促進(jìn)可再生能源吸納，發(fā)揮負(fù)荷調(diào)度的作用。該文介紹了近年來(lái)充電負(fù)荷、充電控制領(lǐng)域內(nèi)的研究成果，涉及充電負(fù)荷仿真分析模型、充電控制效益、充電控制策略研究等方面；同時(shí)指出了尚未解決的問(wèn)題和可能的研究方向。 汽車(chē)控制技術(shù)是推動(dòng)汽車(chē)工業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要保障。在全球汽車(chē)行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)日益激烈的背景下，如何通過(guò)理論與方法的創(chuàng)新，提高我國(guó)汽車(chē)控制系統(tǒng)的自主研發(fā)能力，完成從消費(fèi)大國(guó)向制造強(qiáng)國(guó)的過(guò)渡是我們目前面臨的重大挑戰(zhàn)。本文主要圍繞汽車(chē)動(dòng)力總成系統(tǒng)、主動(dòng)安全系統(tǒng)及新能源汽車(chē)中的關(guān)鍵控制問(wèn)題展開(kāi)論述，總結(jié)國(guó)內(nèi)外的研究狀況，提煉共性問(wèn)題，對(duì)汽車(chē)控制的發(fā)展趨勢(shì)給出了一些觀點(diǎn)。 介紹了電動(dòng)汽車(chē)關(guān)鍵技術(shù)發(fā)展?fàn)顩r，分別從電動(dòng)汽車(chē)用驅(qū)動(dòng)電機(jī)、動(dòng)力電池及電池管理系統(tǒng)、電機(jī)控制及能量回收系統(tǒng)等方面進(jìn)行了概述，并對(duì)電動(dòng)汽車(chē)技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行了展望。在政府的支持下，隨著電機(jī)、電池及電控等電動(dòng)汽車(chē)關(guān)鍵技術(shù)逐步完善，電動(dòng)汽車(chē)必將成為“零污染”的清潔交通工具。 永磁同步電機(jī)具有高效率、高轉(zhuǎn)矩密度等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛地用作電動(dòng)汽車(chē)牽引電機(jī)。永磁同步電機(jī)通常采用磁場(chǎng)定向（field oriented control, FOC）控制算法實(shí)現(xiàn)最大效率控制。該文研究永磁同步電機(jī)在磁場(chǎng)定向控制下的制動(dòng)原理，結(jié)合電動(dòng)汽車(chē)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)（包括永磁同步電機(jī)、逆變器和電池）模型，進(jìn)而分析電動(dòng)汽車(chē)最優(yōu)制動(dòng)能量回饋控制策略。根據(jù)現(xiàn)有的電動(dòng)汽車(chē)電氣和機(jī)械耦合制動(dòng)方案，對(duì)比分析常用的并聯(lián)制動(dòng)控制策略和串聯(lián)制動(dòng)控制策略，得出串聯(lián)制動(dòng)控制策略可實(shí)現(xiàn)最優(yōu)的能量回饋制動(dòng)，并聯(lián)制動(dòng)控制策略通過(guò)改變機(jī)械制動(dòng)的自由行程可實(shí)現(xiàn)較好的能量回饋制動(dòng)。 提出了一種基于電動(dòng)汽車(chē)駕駛、停放特性的考慮時(shí)空分布的電動(dòng)汽車(chē)充電負(fù)荷預(yù)測(cè)方法。采用停車(chē)生成率模型預(yù)測(cè)停車(chē)需求，結(jié)合不同類(lèi)型汽車(chē)、不同停放目的地的停車(chē)特性，建立電動(dòng)汽車(chē)停車(chē)需求時(shí)空分布模型。從電動(dòng)汽車(chē)日行駛里程、日停放需求時(shí)空分布特性入手，分析充電需求。采用蒙特卡洛模擬方法，仿真大規(guī)模電動(dòng)汽車(chē)不同時(shí)間、不同空間的停放、駕駛以及充電行為，預(yù)測(cè)電動(dòng)汽車(chē)充電負(fù)荷的時(shí)空分布特性。以深圳市為例，預(yù)測(cè)結(jié)果表明：電動(dòng)汽車(chē)用戶(hù)充電行為選擇以及公共停車(chē)場(chǎng)充電設(shè)施配建比例不同，充電負(fù)荷也將有不同的分布；居民區(qū)、工作單位配建充電設(shè)施可滿(mǎn)足大部分電動(dòng)汽車(chē)的充電需求；同一城市不同區(qū)域建設(shè)用地類(lèi)型不同，充電負(fù)荷具有明顯差異。 在德國(guó)新能源汽車(chē)產(chǎn)業(yè)政策中可以找到歐盟框架折射下來(lái)的影子，歐盟嚴(yán)格的排放法規(guī)和低碳能源戰(zhàn)略對(duì)德國(guó)汽車(chē)產(chǎn)業(yè)政策的形成產(chǎn)生重大影響。以實(shí)現(xiàn)電動(dòng)化交通和確保汽車(chē)領(lǐng)域的技術(shù)優(yōu)勢(shì)為目的，德國(guó)政府制定了新能源汽車(chē)發(fā)展的戰(zhàn)略目標(biāo)，出臺(tái)系列政策和計(jì)劃，涉及從技術(shù)研發(fā)、配套設(shè)施建設(shè)、示范運(yùn)行到應(yīng)用推廣的整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈，還包括在就業(yè)培訓(xùn)、材料可獲得性等邊緣性領(lǐng)域進(jìn)行全方位、協(xié)調(diào)性和整體性布局，有效地推動(dòng)了德國(guó)新能源汽車(chē)的研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。本文對(duì)德國(guó)新能源汽車(chē)產(chǎn)業(yè)政策的形成背景、演進(jìn)路徑和主要內(nèi)容進(jìn)行分析總結(jié)，以期為我國(guó)新能源汽車(chē)發(fā)展找到一些有益啟示。 增程式電動(dòng)汽車(chē)又稱(chēng)里程延長(zhǎng)式電動(dòng)汽車(chē)，作為純電動(dòng)汽車(chē)的平穩(wěn)過(guò)渡車(chē)型，以其效率高，電池容量小，不會(huì)因缺電拋錨等優(yōu)點(diǎn)受到了廣泛的關(guān)注。該文針對(duì)燃油增程式電動(dòng)汽車(chē)的動(dòng)力部件選型、動(dòng)力系統(tǒng)配置、系統(tǒng)協(xié)調(diào)控制與效率優(yōu)化等關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題進(jìn)行了分析研究。對(duì)比分析國(guó)內(nèi)外相關(guān)技術(shù)方案的同時(shí)，結(jié)合自主研發(fā)的一款增程式電動(dòng)汽車(chē)進(jìn)行了動(dòng)力系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)的探討。最后，展望了增程式電動(dòng)汽車(chē)的技術(shù)發(fā)展，提出了幾個(gè)值得關(guān)注的相關(guān)重要研究課題與研究方向。 由集中充電站、充換電站、配送站、充電樁等有機(jī)組成的電動(dòng)汽車(chē)智能充換電網(wǎng)絡(luò)建設(shè)是應(yīng)對(duì)人口密集地區(qū)電動(dòng)汽車(chē)規(guī)?；l(fā)展的一種較為合理的商業(yè)模式。針對(duì)集中充電統(tǒng)一配送這種換電模式，考慮到電力市場(chǎng)環(huán)境下電力價(jià)格不確定性對(duì)電動(dòng)汽車(chē)集中充電站有序充電及提供調(diào)頻容量服務(wù)決策的影響，基于對(duì)調(diào)頻容量調(diào)用比例和電池?fù)p耗成本的分析，構(gòu)建了單向和雙向兩種能量傳輸模式下，電動(dòng)汽車(chē)集中充電站在日前能量市場(chǎng)和日前調(diào)頻市場(chǎng)協(xié)同調(diào)度的魯棒優(yōu)化模型，以合理制定次日各交易時(shí)段的充電計(jì)劃與所提供的調(diào)頻服務(wù)容量。之后，采用IBM公司開(kāi)發(fā)的高效商業(yè)求解器CPLEX 12.2對(duì)所發(fā)展的魯棒優(yōu)化模型進(jìn)行求解。最后，以一個(gè)為8個(gè)電池配送站提供充電服務(wù)的集中充電站為例，說(shuō)明了所發(fā)展的模型與方法的基本特征。 文章簡(jiǎn)要介紹了混合動(dòng)力汽車(chē)、插電式混合動(dòng)力汽車(chē)、純電動(dòng)汽車(chē)和鋰離子動(dòng)力電池及其關(guān)鍵材料。發(fā)展電動(dòng)汽車(chē)可以大幅度降低人們對(duì)石油的依賴(lài)和改善城市空氣質(zhì)量。鋰離子電池性能優(yōu)越，為電動(dòng)汽車(chē)的發(fā)展提供了支撐。近期，新一代鋰離子動(dòng)力電池正極材料即將走向應(yīng)用，可使電動(dòng)汽車(chē)?yán)锍淘黾右槐?，材料選擇和電池設(shè)計(jì)及制造工藝與電池儲(chǔ)存能量、壽命、安全等密切相關(guān)，尊道而重德，可做出“好”電池。 以寧波市東外環(huán)甬江大橋凸形鋼箱拱肋截面為對(duì)象，應(yīng)用預(yù)應(yīng)力鋼絞線(xiàn)的自平衡加載方式進(jìn)行了1∶4的拱肋節(jié)段縮尺模型荷載試驗(yàn)，采用板殼單元和實(shí)體單元建立了有限元模型，進(jìn)行了非線(xiàn)性分析，研究了考慮初始缺陷和局部屈曲的凸形鋼箱拱肋截面的受力特性、實(shí)際承載能力和局部失穩(wěn)機(jī)理。研究結(jié)果表明：各測(cè)點(diǎn)實(shí)測(cè)應(yīng)力與截面平均應(yīng)力較接近，根據(jù)測(cè)點(diǎn)實(shí)測(cè)應(yīng)力與截面平均應(yīng)力之間的關(guān)系可將凸形截面分成4類(lèi)測(cè)點(diǎn)；有限元所得應(yīng)力與實(shí)測(cè)應(yīng)力趨勢(shì)相同，數(shù)值相近；凸形鋼箱拱肋截面的強(qiáng)度折減系數(shù)為0.94～0.98；縱向加勁肋和橫隔板結(jié)構(gòu)能有效防止凸形截面加勁板件的局部屈曲；在極限荷載作用下節(jié)段出現(xiàn)了凹凸的波節(jié)，由于各加勁板出平面位移過(guò)大而導(dǎo)致無(wú)法繼續(xù)承載。 多點(diǎn)技術(shù)是一種機(jī)電一體化的柔性制造技術(shù)，其核心是高度由計(jì)算機(jī)控制的基本體單元。多個(gè)基本體單元緊密排列在一起，構(gòu)成型面可變的多點(diǎn)模具，用于板類(lèi)零件成形。由于多點(diǎn)模具型面可由計(jì)算機(jī)任意調(diào)整，可代替?zhèn)鹘y(tǒng)模具用于不同形狀的飛機(jī)板類(lèi)部件的對(duì)壓成形、蒙皮拉形等?；倔w單元按照一定距離排列在一起，構(gòu)成多點(diǎn)柔性工裝，不僅可用于飛機(jī)大型板類(lèi)零件成形后的測(cè)量、切割等操作的支撐與定位，還可用于飛機(jī)部件的柔性裝配過(guò)程。應(yīng)用多點(diǎn)技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)飛機(jī)板類(lèi)部件生產(chǎn)過(guò)程的數(shù)字化。 采用高效能超音速等離子噴涂系統(tǒng)，選用純Al2O3粉末，研究了電功率、電流、電壓、氣體流量、送粉量對(duì)飛行粒子速度和溫度的影響。研究結(jié)果表明：Al2O3粒子的溫度、速度隨功率的增大分別呈持續(xù)上升與先增大后下降的趨勢(shì)；在相同功率時(shí)，電流對(duì)粒子速度、溫度的影響大于電壓的影響；加大主氣流量，粒子速度和溫度均先增大后減??；增大送粉量，粒子速度先增大后減小，而粒子溫度則一直減小。最后結(jié)合涂層的形貌、孔隙率、顯微硬度，優(yōu)化出最佳的噴涂參數(shù)。 目前鈦及鈦合金在國(guó)民經(jīng)濟(jì)和國(guó)防工業(yè)上的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，為了提高和改善其使用特性，需要對(duì)其進(jìn)行表面處理。金屬表面電沉積是最常用且比較有效的方法，通過(guò)金屬表面電沉積就可以提高和改善其功能性、裝飾性、耐蝕性以及與涂覆層的結(jié)合強(qiáng)度。金屬電沉積的關(guān)鍵是預(yù)處理問(wèn)題，而預(yù)處理的關(guān)鍵是在其表面形成適宜的“活性膜”。電沉積層的性質(zhì)取決于電解液的組成以及溫度、PH值、電流密度、電沉積時(shí)間等因素。 采用陰極電弧結(jié)合離子源輔助磁控濺射復(fù)合技術(shù)，充分利用薄膜組成多元化、晶體納米化、組成和結(jié)構(gòu)多層化、梯度化的優(yōu)勢(shì)，分別制備了多元素復(fù)合過(guò)渡層緩沖的鎢元素梯度摻雜的和Cr元素納米多層調(diào)制的類(lèi)金剛石（DLC）薄膜，研究摻雜元素含量和調(diào)制層厚book=44,ebook=48度對(duì)薄膜組成與結(jié)構(gòu)、力學(xué)性能和摩擦磨損性能的影響。梯度摻雜、多元、多層結(jié)構(gòu)降低了DLC膜和鋼基體之間因組成和結(jié)構(gòu)不同產(chǎn)生的應(yīng)力，改善了膜基結(jié)合力，材料綜合耐磨損性能大幅度提高。 采用端面摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)考察了層狀硅酸鹽自修復(fù)材料的摩擦學(xué)性能，利用SEM、EDS和納米壓痕儀對(duì)摩擦表面進(jìn)行了形貌、元素和微觀力學(xué)性能分析。結(jié)果表明，層狀硅酸鹽自修復(fù)材料能夠顯著降低摩擦副表面粗糙度，改善摩擦副的潤(rùn)滑狀態(tài)而減少摩擦阻力，可使摩擦因數(shù)均值由0.09降低至0.03，并能夠在摩擦表面形成一層富含C、O、Si、Al、Mg等元素的高硬度表面改性修復(fù)層，有望應(yīng)用于延長(zhǎng)摩擦零部件的使用壽命。 利用15 kW橫流連續(xù)輸出CO2激光器在CCS-B鋼板上熔覆WC顆粒增強(qiáng)Ni基合金涂層，研究了不同WC顆粒含量下熔覆層組織形態(tài)和顯微硬度的變化規(guī)律。結(jié)果表明，在激光熔覆Ni基合金與WC顆?；旌戏勰┑倪^(guò)程中，WC顆粒發(fā)生溶解并與周?chē)叵嗷プ饔眯纬傻腿埸c(diǎn)共晶，析出后分別以樹(shù)枝狀、塊狀與粒狀等形態(tài)存在；隨著WC含量增加，熔覆層上部區(qū)域γ-Ni枝晶先粗化后變細(xì)，熔覆層下部區(qū)域枝晶組織持續(xù)增多且粗化。隨WC含量增加，熔覆層平均硬度增加，WC質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0%時(shí)，熔覆層平均硬度約為基體的3倍，當(dāng)WC質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加到30%時(shí)，熔覆層平均硬度可達(dá)到基體硬度的4倍。 超音速等離子噴涂技術(shù)是熱噴涂技術(shù)的關(guān)鍵技術(shù)之一。從基礎(chǔ)及應(yīng)用的角度，研究了高效能超音速等離子（HEPJet）噴涂粒子的特性，探討了高效能超音速等離子在制備N(xiāo)i/Al等金屬及其合金涂層、WC-Co金屬陶瓷涂層、ZrO2等氧化物陶瓷涂層上的特點(diǎn)。結(jié)果表明，高效能超音速等離子噴涂系統(tǒng)具有焰流溫度高、射流速度快等特點(diǎn)；制備的涂層粒子變形充分，涂層均勻，孔隙率低，結(jié)合強(qiáng)度高，涂層質(zhì)量好；可將適用于噴涂的所有粉末材料制備成高質(zhì)量涂層。 為探討壓氣機(jī)葉片損傷修復(fù)新工藝，采用CO2激光熔覆技術(shù)，在鈦合金表面進(jìn)行了激光熔覆Ti/Cr2O3復(fù)合涂層試驗(yàn)。通過(guò)分析各工藝參數(shù)對(duì)熔覆層質(zhì)量的影響規(guī)律，優(yōu)化參數(shù)組合。結(jié)果表明，激光功率為1.8 kW、掃描速度6 mm/s時(shí)，稀釋率達(dá)到最小，為3.95%，得到連續(xù)、均勻、無(wú)裂紋和氣孔的高質(zhì)量熔覆層，實(shí)現(xiàn)了良好的冶金結(jié)合。顯微硬度明顯提高，最高可達(dá)1050 HV，平均約為基材的3倍。 利用激光重熔技術(shù)對(duì)Ti-6Al-4V（TC4）表面進(jìn)行了處理。用XRD、SEM和TEM分析了合金化層的組成和組織結(jié)構(gòu)。在SRV-IV微動(dòng)摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)上對(duì)TC4基材和激光重熔后TC4的摩擦磨損性能進(jìn)行對(duì)比測(cè)試。結(jié)果表明：激光重熔可以細(xì)化TC4的晶粒，顯著提高TC4的表面硬度和耐磨性能。 為提高鎂合金表面的耐磨性，利用5 kW橫流連續(xù)CO2激光器在AZ31B鎂合金表面熔覆Ni60合金粉末，制備了無(wú)裂紋、氣孔等缺陷的熔覆層。分析討論了不同激光功率下熔覆層的顯微組織和磨損性能。結(jié)果表明：熔覆層的顯微組織為典型的枝晶狀態(tài)，且隨著激光功率的增加，枝晶尺寸增加；不同的激光功率下，熔覆層都由Mg、MgNi2、Mg2Ni3Si、Mg2Ni、Mg2Si和FeNi組成，但當(dāng)激光功率增加時(shí)，Mg相含量逐漸減小，其它相含量逐漸增多。在枝晶細(xì)化和各種金屬間化合物的共同作用下，熔覆層的顯微硬度和耐磨性能都得到提高，且激光功率P=3000 W時(shí)，提高程度最大，即顯微硬度提高了840%～1102%，磨損失量是原始AZ31B鎂合金的8.57%。 熱噴涂涂層與基體機(jī)械咬合的結(jié)合機(jī)理決定了基體表面前處理是熱噴涂涂層中非常重要的處理工藝。文中概述了當(dāng)前廣泛應(yīng)用的噴砂處理的工藝特點(diǎn)，指出砂粒易在基體表面鑲嵌和對(duì)基體造成損傷是噴砂工藝的主要缺點(diǎn)，討論了噴砂對(duì)高溫合金單晶材料和超高強(qiáng)鋼疲勞性能的影響，研究了軟質(zhì)基體表面超音速火焰噴涂WC涂層的免噴砂工藝。同時(shí)介紹了近年來(lái)其他熱噴涂基體表面前處理方面的研究熱點(diǎn)，包括高壓水射流處理技術(shù)、機(jī)械粗化技術(shù)以及激光表面前處理，并重點(diǎn)闡述了其基本原理、特點(diǎn)及應(yīng)用情況。 蠕變時(shí)效成形技術(shù)是利用金屬的蠕變特性，將成形與時(shí)效熱處理同步進(jìn)行的一種成形方法。文章從蠕變時(shí)效成形基本原理以及成形特點(diǎn)出發(fā)，重點(diǎn)闡述了基于零件回彈補(bǔ)償?shù)墓ぱb外型面的優(yōu)化技術(shù)、成形工裝、蠕變時(shí)效成形過(guò)程對(duì)零件材料微觀組織性能的影響和新型可時(shí)效成形鋁合金的開(kāi)發(fā)及應(yīng)用等關(guān)鍵技術(shù)的研究進(jìn)展及發(fā)展趨勢(shì)，并針對(duì)我國(guó)大飛機(jī)的研制需求，結(jié)合國(guó)內(nèi)現(xiàn)有研究基礎(chǔ)和水平，提出了我國(guó)開(kāi)展蠕變時(shí)效成形技術(shù)研究的建議。 研究開(kāi)發(fā)了基于六自由度關(guān)節(jié)式機(jī)器人的自動(dòng)化高速電弧噴涂系統(tǒng)。采用新研制的FeAlNbB噴涂粉芯絲材，設(shè)計(jì)優(yōu)化了發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸軸頸的再制造自動(dòng)化噴涂工藝，在實(shí)驗(yàn)室條件下測(cè)試了涂層的組織及性能，在工廠(chǎng)進(jìn)行的批量應(yīng)用效果表明，曲軸主軸頸和連桿軸頸均可實(shí)現(xiàn)一次性自動(dòng)化噴涂，再制造的零件質(zhì)量穩(wěn)定，節(jié)能、節(jié)材及環(huán)保效果顯著，應(yīng)用前景廣闊。 基于ABAQUS/Explicit和Standard建立的包含回彈與退火的大型復(fù)雜薄壁殼體多道次旋壓全過(guò)程模擬模型，分析了該過(guò)程中壁厚的分布與變化及工藝參數(shù)對(duì)壁厚的影響規(guī)律。結(jié)果表明，壁厚減薄經(jīng)歷了剪切減薄和拉薄兩個(gè)階段，壁厚劇烈減薄部位位于旋輪后方的環(huán)帶并向工件口部移動(dòng)，而且其值逐漸減小；壁厚沿工件book=46,ebook=50母線(xiàn)方向分布不均勻，沿周向分布較均勻；回彈對(duì)壁厚的分布影響不大。摩擦系數(shù)在一定范圍內(nèi)的增大，可以有效地抑制第一道次旋壓過(guò)程中壁厚過(guò)度減薄的發(fā)生，使壁厚分布更均勻；而旋輪進(jìn)給比對(duì)工件壁厚的影響與摩擦系數(shù)的作用相反。在后續(xù)道次旋壓過(guò)程中，工件壁厚差隨著摩擦系數(shù)的增大先減小后增大，隨著旋輪進(jìn)給比的增大逐漸減小。這些結(jié)果可為大型復(fù)雜薄壁殼體多道次旋壓成形參數(shù)的確定和優(yōu)化設(shè)計(jì)提供理論依據(jù)。 剩余壽命預(yù)測(cè)是再制造工程的核心內(nèi)容之一，金屬磁記憶技術(shù)在再制造毛坯壽命預(yù)測(cè)領(lǐng)域極具潛力。文中概述了金屬磁記憶信號(hào)的特征、微觀物理檢測(cè)機(jī)制的研究結(jié)果，探討了利用金屬磁記憶技術(shù)表征疲勞裂紋萌生及擴(kuò)展壽命的途徑和方法，并介紹了該技術(shù)在再制造毛坯壽命評(píng)估領(lǐng)域的初步應(yīng)用。 采用等離子噴涂方法制備Al2O3-13%TiO2涂層，對(duì)涂層進(jìn)行激光重熔處理。利用電子掃描顯微鏡（SEM）觀察涂層斷口組織，金相截面組織和金相表面組織形貌，分析激光重熔處理后涂層的凝固過(guò)程。結(jié)果表明：激光重熔處理，使涂層由塊狀結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)槠叫信帕校怪庇诨w方向生長(zhǎng)的柱狀晶和柱狀枝晶結(jié)構(gòu)。由于金屬基體溫度低、散熱快，使得陶瓷涂層上下溫差大，誘發(fā)了陶瓷晶粒的定向生長(zhǎng)，這是使陶瓷晶粒垂直于基體生長(zhǎng)的主要原因。 納米復(fù)合電刷鍍技術(shù)是一項(xiàng)先進(jìn)的裝備再制造工程技術(shù)。近年來(lái)，其技術(shù)基礎(chǔ)研究不斷深入、應(yīng)用領(lǐng)域不斷拓展。適應(yīng)再制造產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展，文中在前期研究成果的基礎(chǔ)上，介紹了近幾年在雙納米材料復(fù)合電刷鍍、替代硬鉻納米復(fù)合合金電刷鍍和自動(dòng)化納米電刷鍍等方面的研究與應(yīng)用。 采用等離子噴涂技術(shù)在20鋼基體上制備不同ZrO2含量的ZrO2/Al2O3陶瓷涂層，在QG-700型高溫氣氛摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)上測(cè)試了涂層的室溫干滑動(dòng)摩擦磨損性能，用JSM-51 60LV型電鏡（SEM）對(duì)涂層磨損表面和磨屑進(jìn)行微觀形貌觀察。結(jié)果表明：40ZAT涂層的摩擦學(xué)性能較10ZAT與20ZAT涂層的有所改善；ZrO2含量對(duì)等離子噴涂ZrO2/Al2O3陶瓷涂層的磨損性能具有一定的影響；涂層的磨損機(jī)理為微觀斷裂引起的剝落磨損。 為使AlSi-20% Al/Ni超音速等離子噴涂涂層獲得優(yōu)良的結(jié)合性能，采用正交實(shí)驗(yàn)法研究了噴涂距離、噴涂電壓、噴涂電流等噴涂工藝參數(shù)對(duì)結(jié)合強(qiáng)度的影響。利用X射線(xiàn)衍射、掃描電鏡等手段對(duì)涂層的相組成和斷口形貌進(jìn)行分析，利用WDW-E100D微機(jī)控制式萬(wàn)能拉伸試驗(yàn)機(jī)對(duì)涂層結(jié)合強(qiáng)度進(jìn)行測(cè)試。結(jié)果表明：涂層由AlSi和AlNi兩相組成，影響AlSi-20% Al/Ni涂層結(jié)合強(qiáng)度工藝參數(shù)的主次順序?yàn)閲娡烤嚯x、噴涂電壓、噴涂電流，優(yōu)化后的工藝參數(shù)為主氣流量3.2 m3/h，噴涂電流為380 A，噴涂電壓為130 V，噴涂距離為book=47,ebook=5190 mm，在此參數(shù)下制備的涂層組織致密，其結(jié)合強(qiáng)度為65.5 MPa。 在總結(jié)表面工程特點(diǎn)、價(jià)值、功能和發(fā)展前景的基礎(chǔ)上，著重從適應(yīng)科學(xué)技術(shù)發(fā)展需求；支撐再制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展；融合多學(xué)科成果；以及發(fā)展設(shè)計(jì)化、智能化、自動(dòng)化、綠色化、多動(dòng)能化等角度論述了表面工程的發(fā)展趨勢(shì)。從分析我國(guó)表面工程發(fā)展現(xiàn)狀入手，提出了通過(guò)加強(qiáng)行業(yè)宣傳，完善系統(tǒng)理論，增強(qiáng)表面工程技術(shù)服務(wù)能力，增強(qiáng)行業(yè)凝聚力、影響力和自我約束能力，加緊編制行業(yè)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范/規(guī)程，以及做好表面工程技術(shù)職業(yè)技術(shù)人才的培養(yǎng)等促推我國(guó)表面工程發(fā)展的6條措施。 采用CO2橫流激光器制備添加WC顆粒的FeCoCrNiCu高熵合金涂層，研究WC含量對(duì)涂層的組織結(jié)構(gòu)及硬度的影響。結(jié)果表明：不同WC含量的高熵合金涂層均由簡(jiǎn)單的面心立方結(jié)構(gòu)（FCC）和體心立方結(jié)構(gòu)（BCC）兩相組成。隨著WC含量的提高，涂層中FCC相含量不斷減少，BCC相含量不斷增加。WC顆粒在激光熔覆過(guò)程中發(fā)生溶解并完全溶入FCC相和BCC相中，并未引起復(fù)雜碳化物相的生成。不同WC含量的涂層均為樹(shù)枝晶組織。激光熔覆過(guò)程中的快速凝固條件有利于抑制枝晶和枝晶間的成分偏聚。WC含量的提高使枝晶細(xì)化，硬度提高。 鋼板熱沖壓是一種將先進(jìn)高強(qiáng)度鋼板加熱到奧氏體溫度后快速?zèng)_壓，在保壓階段通過(guò)模具實(shí)現(xiàn)淬火并達(dá)到所需冷卻速度，從而得到組織為馬氏體，強(qiáng)度在1500 MPa左右的超高強(qiáng)度零件的新型成形技術(shù)。文章對(duì)鋼板熱沖壓新技術(shù)的關(guān)鍵裝備、核心技術(shù)和優(yōu)缺點(diǎn)做了系統(tǒng)介紹，并指出了其使用現(xiàn)狀和前景。 以馬來(lái)酸酐（MA）和丙烯酸（AA）為原料，采用活潑單體滴加的方式，通過(guò)水溶液自由基共聚合反應(yīng)制備了MA/AA二元共聚物（PMAAA）。采用FTIR對(duì)產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了表征，通過(guò)正交實(shí)驗(yàn)和單因素實(shí)驗(yàn)對(duì)影響聚合反應(yīng)的因素進(jìn)行了考察和優(yōu)化。在N（MA)︰N（AA）=1︰2，聚合溫度85℃，AA滴加時(shí)間為1.5 h，聚合時(shí)間2 h，引發(fā)劑過(guò)硫酸銨用量為總單體質(zhì)量的8%時(shí)，MA的轉(zhuǎn)化率為72.78%。 利用溶液聚合法制備了黃原膠-g-聚丙烯酸/有機(jī)蒙脫土（XG-g-PAA/OMMT）有機(jī)-無(wú)機(jī)雜化復(fù)合高吸水性材料。當(dāng)蒙脫土用量為丙烯酸質(zhì)量的6%時(shí)，XG-g-PAA/OMMT的吸水倍率高達(dá)882 g/g，吸w（NaCl）= 0.9%的水溶液倍率達(dá)到106.5 g/g。借助紅外光譜儀、X射線(xiàn)衍射儀、掃描電鏡、差示掃描量熱儀和熱重分析儀對(duì)合成產(chǎn)物進(jìn)行了研究。結(jié)果表明，黃原膠分子與丙烯酸發(fā)生接枝共聚，蒙脫土的加入改變了XG-g-PAA的晶態(tài)結(jié)構(gòu)，使復(fù)合高吸水性材料形成的網(wǎng)絡(luò)空間增大，吸水抗鹽性能和熱穩(wěn)定性能提高。通過(guò)研究復(fù)合高吸水性材料的吸水溶book=48,ebook=52脹過(guò)程探討其吸水動(dòng)力學(xué)機(jī)理，表明XG-g-PAA/OMMT的吸水動(dòng)力學(xué)擴(kuò)散模型主要為non-Fickon擴(kuò)散。 以烯丙基聚氧乙烯醚、環(huán)氧氯丙烷和氫氧化鈉溶液為原料，采用兩步法來(lái)合成烯丙基聚氧乙烯縮水甘油醚（APGE），然后在鉑催化劑作用下，與1,1,1,3,5,5,5-七甲基三硅氧烷（MDHM）進(jìn)行硅氫化加成反應(yīng)制得聚氧乙烯基縮水甘油醚三硅氧烷（PGETS），最后將其與三甲胺鹽酸鹽進(jìn)行開(kāi)環(huán)反應(yīng)合成出季銨鹽聚氧乙烯醚三硅氧烷表面活性劑（QASPETSS）。用IR和1HNMR對(duì)目標(biāo)產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了表征，并通過(guò)測(cè)定該水溶液的平衡表面張力研究了其表面活性。結(jié)果表明，在臨界膠束濃度為6.3×10-4mol/L時(shí)，可以將水的表面張力降至22.4 mN/m；飽和吸附量、飽和吸附層中每個(gè)QASPETSS分子所占的平均面積和形成膠束的標(biāo)準(zhǔn)自由能分別為3.6×10-6mol/m2、0.46 nm2和-28.2 kJ/mol。關(guān)鍵詞：有機(jī)硅；三硅氧烷；界面性能；表面活性劑 該文對(duì)大孔吸附樹(shù)脂純化黃花蒿黃酮的工藝條件進(jìn)行了研究與優(yōu)化，并對(duì)純化后的黃酮進(jìn)行了抗氧化活性的研究。比較了AB-8，DM-101，DA-201，D-101及SD-401對(duì)黃花蒿中黃酮類(lèi)物質(zhì)的吸附及解吸附性能，結(jié)果顯示，D-101的綜合效果最佳。通過(guò)D-101大孔吸附樹(shù)脂動(dòng)態(tài)吸附解吸實(shí)驗(yàn)，獲得較佳的純化工藝：上樣液黃酮質(zhì)量濃度為1.55 g/L，流速為2 mL/min，上樣100 mL后，用蒸餾水洗脫至溶液無(wú)色，再用250 mL體積分?jǐn)?shù)70%乙醇以1 mL/min洗脫。在該條件下，黃酮質(zhì)量分?jǐn)?shù)從20.10%提高到80.32%，洗脫率達(dá)91.08%，黃酮回收率為68.25%。黃花蒿黃酮對(duì)油脂有明顯的抗氧化性作用；黃花蒿黃酮對(duì)植物油的抗氧化能力強(qiáng)于檸檬酸和抗壞血酸，對(duì)動(dòng)物油脂的抗氧化能力稍弱于抗壞血酸而略強(qiáng)于檸檬酸。 該文介紹了水性聚氨酯的性能特點(diǎn)以及改性新技術(shù)的研究進(jìn)展。論述了合成革用水性聚氨酯樹(shù)脂在生產(chǎn)和應(yīng)用中存在的主要問(wèn)題，由于分子中引入了親水基團(tuán)，水性聚氨酯樹(shù)脂在耐水性、耐溶劑性、透氣透濕性、配伍性和干燥速度等方面表現(xiàn)較差，需要對(duì)其進(jìn)行改性研究，如采用丙烯酸酯改性、有機(jī)硅改性、有機(jī)氟改性、植物油改性、環(huán)氧樹(shù)脂改性、納米材料改性和超支化聚合物改性等，并討論了輻射聚合、交聯(lián)及固化等輻射技術(shù)在共聚物乳液制備上的研究及應(yīng)用。最后對(duì)合成革用水性聚氨酯樹(shù)脂改性設(shè)計(jì)的發(fā)展前景作了展望。 采用鹽酸H2O2/HCOOH法，在微通道反應(yīng)器內(nèi)對(duì)不飽和脂肪酸甲酯進(jìn)行環(huán)氧化反應(yīng)?？疾炝穗p氧水用量、甲酸用量、反應(yīng)溫度及催化劑用量對(duì)反應(yīng)的影響，得到最優(yōu)的反應(yīng)條件為：m（脂肪酸甲酯）︰m（甲酸）︰m（雙氧水）=1︰1.5︰2，反應(yīng)溫度40℃，催化劑濃鹽酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3%（即濃鹽酸質(zhì)量占原料脂肪酸甲酯質(zhì)量的百分?jǐn)?shù)，下同），反應(yīng)時(shí)間為110 s。在該條件下，產(chǎn)品環(huán)氧值為4.32%。

電動(dòng)汽車(chē)SOC估計(jì)方法原理與應(yīng)用

林成濤，王軍平，陳全世

關(guān)鍵詞：電動(dòng)汽車(chē)；SOC估計(jì)；應(yīng)用 純電動(dòng)汽車(chē)（BEV）；能源供給；發(fā)展趨勢(shì)；技術(shù)方向 電動(dòng)汽車(chē)；電網(wǎng)；諧波污染；充電站；充電行為 鉛酸電池；荷電狀態(tài)（SOC）；定義方法；計(jì)算模型 電池；電動(dòng)汽車(chē)；鉛酸電池；鎳氫電池；鋰離子電池 風(fēng)電機(jī)組；可入網(wǎng)電動(dòng)汽車(chē)；隨機(jī)經(jīng)濟(jì)調(diào)度 混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(chē)；混合動(dòng)力系統(tǒng)；可持續(xù)發(fā)展 電動(dòng)汽車(chē)；燃料電池；混合動(dòng)力；電池 電動(dòng)汽車(chē)；電力系統(tǒng)；安全性；經(jīng)濟(jì)性；優(yōu)化調(diào)度；充放電控制 北極海域；漁業(yè)資源；捕撈量；發(fā)展對(duì)策 汽車(chē)控制；發(fā)動(dòng)機(jī)；傳動(dòng)系；主動(dòng)安全；新能源汽車(chē) 電動(dòng)汽車(chē)；電機(jī)；電池；能源管理系統(tǒng)；能量回收系統(tǒng) 永磁同步電機(jī)；磁場(chǎng)定向控制；效率模型；電動(dòng)汽車(chē)；制動(dòng)能量回饋；串聯(lián)制動(dòng) 電動(dòng)汽車(chē)；停車(chē)生成率模型；蒙特卡洛模擬；充電負(fù)荷；時(shí)空分布 德國(guó)；產(chǎn)業(yè)政策；新能源汽車(chē)；歐盟 混合動(dòng)力；增程式電動(dòng)汽車(chē)；動(dòng)力配置；協(xié)調(diào)控制；效率優(yōu)化 電動(dòng)汽車(chē)；集中充電站；單向能量傳輸模式；雙向能量傳輸模式；協(xié)同調(diào)度；魯棒優(yōu)化 電動(dòng)汽車(chē)；鋰離子電池；陰極材料；設(shè)計(jì) 橋梁工程；凸形鋼箱拱肋截面；縮尺模型試驗(yàn)；非線(xiàn)性有限元；強(qiáng)度折減系數(shù)；局部屈曲 多點(diǎn)成形；多點(diǎn)拉形；多點(diǎn)柔性工具；板類(lèi)部件 超音速等離子噴涂；噴涂參數(shù)；粒子速度、溫度 鈦及鈦合金；金屬電沉積；應(yīng)用；發(fā)展 復(fù)合鍍膜技術(shù)；DLC薄膜；摻雜；摩擦學(xué)性能 硅酸鹽；摩擦學(xué)性能；納米硬度；自修復(fù) 激光熔覆；Ni基合金；WC顆粒；微觀組織；硬度 超音速等離子噴涂；噴涂粒子特性；涂層特點(diǎn) 鈦合金；激光熔覆；工藝優(yōu)化；顯微硬度 AZ31B鎂合金；激光熔覆；Ni60合金；顯微組織；磨損性能 熱噴涂；表面前處理；噴砂；高壓水射流處理；機(jī)械粗化；激光表面前處理；研究現(xiàn)狀 蠕變時(shí)效成形；整體壁板；鋁合金 自動(dòng)化；電弧噴涂；再制造；曲軸；金屬間化合物涂層 薄壁殼體；多道次旋壓；全過(guò)程模擬；壁厚變化；工藝參數(shù) 再制造毛坯；金屬磁記憶技術(shù)；磁疇結(jié)構(gòu)；疲勞裂紋；壽命預(yù)測(cè) 等離子噴涂；涂層；激光重熔 裝備再制造；表面工程；納米復(fù)合電刷鍍；新進(jìn)展 等離子噴涂；摩擦磨損；磨損機(jī)理；陶瓷涂層 超音速等離子噴涂；AlSi-20； Al/Ni涂層；工藝參數(shù)；結(jié)合強(qiáng)度；正交實(shí)驗(yàn) 表面工程；表面工程理論；表面工程技術(shù)；表面工程設(shè)計(jì)；納米表面工程 高熵合金；涂層；激光熔覆；WC顆粒 熱沖壓；冷卻；淬火 馬來(lái)酸酐；丙烯酸；轉(zhuǎn)化率；皮革化學(xué)品 黃原膠；有機(jī)蒙脫土；復(fù)合高吸水性材料；吸水動(dòng)力學(xué)；功能材料 大孔吸附樹(shù)脂；黃酮；黃花蒿；分離純化；抗氧化；催化與分離提純技術(shù) 水性聚氨酯；合成革；改性；應(yīng)用；研究進(jìn)展 環(huán)氧化反應(yīng)；環(huán)氧脂肪酸甲酯；環(huán)氧值；微通道反應(yīng)器；橡塑助劑

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我國(guó)純電動(dòng)汽車(chē)的發(fā)展方向及能源供給模式的探討

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凸形鋼箱拱肋截面荷載試驗(yàn)和有限元分析

吳慶雄，陳康明，陳寶春，等

來(lái)源出版物：交通運(yùn)輸工程學(xué)報(bào), 2012, 12(3): 19-27

入選年份：2012

機(jī)械制造工藝與設(shè)備

多點(diǎn)技術(shù)在飛機(jī)板類(lèi)部件制造中的應(yīng)用

劉純國(guó)，李明哲，隋振

來(lái)源出版物：塑性工程學(xué)報(bào), 2008, 15(2): 109-114

入選年份：2012

超音速等離子噴涂參數(shù)對(duì)粒子速度溫度的影響

陸歡，王海軍，郭永明，等

來(lái)源出版物：中國(guó)表面工程, 2008, 21(1): 19-23

入選年份：2013

鈦及鈦合金表面金屬電沉積的預(yù)處理問(wèn)題

屠振密，朱永明，李寧，等

來(lái)源出版物：中國(guó)表面工程, 2010, 23(1): 24-29

入選年份：2013

梯度摻雜和納米多層調(diào)制類(lèi)金剛石薄膜的摩擦學(xué)性能

陳新春，彭志堅(jiān)，付志強(qiáng)，等

來(lái)源出版物：中國(guó)表面工程, 2010, 23(2): 36-41

入選年份：2013

層狀硅酸鹽自修復(fù)材料的摩擦學(xué)性能研究

許一，于鶴龍，趙陽(yáng)，等

來(lái)源出版物：中國(guó)表面工程, 2009, 22(3): 58-61

入選年份：2013

激光熔覆WC顆粒增強(qiáng)Ni基合金涂層的組織與性能

戎磊，黃堅(jiān)，李鑄國(guó)，等

來(lái)源出版物：中國(guó)表面工程, 2010, 23(6): 40-44，50

入選年份：2013

高效能超音速等離子噴涂粒子特性及涂層特點(diǎn)

王海軍，謝兆錢(qián)，郭永明，等

來(lái)源出版物：中國(guó)表面工程, 2010, 23(3): 84-88

入選年份：2013

鈦合金表面激光熔覆修復(fù)技術(shù)

崔愛(ài)永，胡芳友，張忠文，等

來(lái)源出版物：中國(guó)表面工程, 2011, 24(2): 61-64

入選年份：2013

Ti-6Al-4V激光重熔結(jié)構(gòu)及摩擦學(xué)性能

郭純，陳建敏，周健松，等

關(guān)鍵詞：鈦合金；激光重熔；組織結(jié)構(gòu)；摩擦磨損性能

來(lái)源出版物：中國(guó)表面工程, 2011, 24(3): 11-16

入選年份：2013

不同激光功率下鎂合金表面激光熔覆Ni60合金涂層的顯微組織和磨損性能

葛亞瓊，王文先

來(lái)源出版物：中國(guó)表面工程, 2012, 25(1): 45-50

入選年份：2013

熱噴涂基體表面前處理技術(shù)的研究進(jìn)展

楊震曉，劉敏，鄧春明，等

來(lái)源出版物：中國(guó)表面工程, 2012, 25(2): 8-14

入選年份：2013

蠕變時(shí)效成形技術(shù)研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)

曾元松，黃遐，黃碩

來(lái)源出版物：塑性工程學(xué)報(bào), 2008, 15(3): 1-8

入選年份：2013

自動(dòng)化高速電弧噴涂技術(shù)再制造發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸

梁秀兵，陳永雄，白金元，等

來(lái)源出版物：中國(guó)表面工程, 2010, 23(2): 112-116

入選年份：2014

大型復(fù)雜薄壁殼體多道次旋壓過(guò)程中的壁厚變化

詹梅，李虎，楊合，等

來(lái)源出版物：塑性工程學(xué)報(bào), 2008, 15(2): 115-121

入選年份：2013

金屬磁記憶技術(shù)用于再制造毛坯壽命評(píng)估初探

董麗虹，徐濱士，董世運(yùn)，等

來(lái)源出版物：中國(guó)表面工程, 2010, 23(2): 106-111

入選年份：2014

激光重熔等離子噴涂Al2O3-13%TiO2涂層的組織結(jié)構(gòu)

龔志強(qiáng)，吳子健，劉焱飛，等

來(lái)源出版物：中國(guó)表面工程, 2011, 24(1): 12-15

入選年份：2014

面向裝備再制造的納米復(fù)合電刷鍍技術(shù)的新發(fā)展

胡振峰，董世運(yùn)，汪笑鶴，等

來(lái)源出版物：中國(guó)表面工程, 2010, 23(1): 87-91

入選年份：2014

等離子噴涂ZrO2/Al2O3陶瓷涂層的摩擦磨損性能

安家財(cái)，杜三明，肖宏濱，等

來(lái)源出版物：中國(guó)表面工程, 2011, 24(1): 20-24，88

入選年份：2014

超音速等離子噴涂工藝參數(shù)對(duì)AlSi-20%Al/Ni涂層結(jié)合強(qiáng)度的影響

范文超，譚俊，王海軍，等

來(lái)源出版物：中國(guó)表面工程, 2012, 25(1): 71-75

入選年份：2014

表面工程的發(fā)展及思考

涂銘旌，歐忠文

來(lái)源出版物：中國(guó)表面工程, 2012, 25(5): 1-5

入選年份：2014

WC顆粒對(duì)激光熔覆FeCoCrNiCu高熵合金涂層組織與硬度的影響

黃祖鳳，張沖，唐群華，等

來(lái)源出版物：中國(guó)表面工程, 2013, 26(1): 13-19

入選年份：2014

鋼板熱沖壓新技術(shù)介紹

徐偉力，艾健，羅愛(ài)輝，等

來(lái)源出版物：塑性工程學(xué)報(bào), 2009, 16(4): 39-43

入選年份：2014

精細(xì)化學(xué)工程

馬來(lái)酸酐-丙烯酸二元共聚物的合成研究

崔凱，鄒祥龍，蘭云軍

來(lái)源出版物：精細(xì)化工, 2010, 27(2): 179-181

入選年份：2013

XG-g-PAA/OMMT有機(jī)-無(wú)機(jī)雜化復(fù)合高吸水性材料

苗宗成，王蕾，李銘杰，等

來(lái)源出版物：精細(xì)化工, 2012, 29(2): 113-117，191

入選年份：2013

季銨鹽聚氧乙烯醚三硅氧烷表面活性劑的合成與界面性能

羅儒顯，陳耀彬

來(lái)源出版物：精細(xì)化工, 2011, 28(2): 125-129

入選年份：2014

大孔吸附樹(shù)脂純化黃花蒿黃酮及其抗氧化活性

熊利芝，歐陽(yáng)文，李春，等

來(lái)源出版物：精細(xì)化工, 2013, 30(4): 451-455

入選年份：2014

合成革用水性聚氨酯樹(shù)脂的改性研究進(jìn)展

楊建軍，張建安，吳慶云，等

來(lái)源出版物：精細(xì)化工, 2013, 30(3): 241-247

入選年份：2014

微通道反應(yīng)器中合成環(huán)氧脂肪酸甲酯

張躍，俞佳娜，嚴(yán)生虎，等

來(lái)源出版物：精細(xì)化工, 2013, 30(1): 85-88

入選年份：2014

編輯：張寧寧

來(lái)源出版物：西安交通大學(xué)學(xué)報(bào), 2004, 38(1): 1-5

被引頻次：425

來(lái)源出版物：IEEE Transactions on Power Systems, 2010, 25(1): 371-380

被引頻次：417

The impact of charging plug-in hybrid electric vehicles on a residential distribution grid

Clement-Nyns, Kristien; Haesen, Edwin; Driesen, Johan

Abstract:Alternative vehicles, such as plug-in hybrid electric vehicles, are becoming more popular. The batteries of these plug-in hybrid electric vehicles are to be charged atbook=34,ebook=38home from a standard outlet or on a corporate car park. These extra electrical loads have an impact on the distribution grid which is analyzed in terms of power losses and voltage deviations. Without coordination of the charging, the vehicles are charged instantaneously when they are plugged in or after a fixed start delay. This uncoordinated power consumption on a local scale can lead to grid problems. Therefore, coordinated charging is proposed to minimize the power losses and to maximize the main grid load factor. The optimal charging profile of the plug-in hybrid electric vehicles is computed by minimizing the power losses. As the exact forecasting of household loads is not possible, stochastic programming is introduced. Two main techniques are analyzed: Quadratic and dynamic programming. Increasingly stringent legislation controls emissions from internal combustion engines to the point where alternative power sources for vehicles are necessary. The hydrogen fuel cell is one promising option, but the nature of the gas is such that the conversion of other fuels to hydrogen on board the vehicle is necessary. The conversion of methanol, methane, propane, and octane to hydrogen is reviewed. A combination of oxidation and steam reforming (indirect partial oxidation) or direct partial oxidation are the most promising processes. Indirect partial oxidation involves combustion of part of the fuel to produce sufficient heat to drive the endothermic steam reforming reaction. Direct partial oxidation is favored only at high temperatures and short residence times but is highly selective. However, indirect partial oxidation is shown to be the preferred process for all, fuels. The product gases can be taken through a water-gas shift reactor, but still retain similar to 2% carbon monoxide, which poisons fuel-cell catalysts. Selective oxidation is the preferred route to removal of residual carbon monoxide. Low-temperature oxidation in the absence and presence of an excess of hydrogen is reviewed. An-based catalysts show much promise, but precious metal catalysts such as Pt/zeolite have some advantages. Widespread use of electric vehicles can have significant impact on urban air quality, national energy independence, and international balance of trade. An efficient battery is the key technological element to the development of practical electric vehicles. The science and technology of a nickel metal hydride battery, which stores hydrogen in the solid hydride phase and has high energy density, high power, long life, tolerance to abuse, a wide range of operating temperature, quick-charge capability, and totally sealed maintenance-free operation, is described. A broad range of multi-element metal hydride materials that use structural and compositional disorder on several scales of length has been engineered for use as the negative electrode in this battery. The battery operates at ambient temperature, is made of nontoxic materials, and is recyclable. Demonstration of the manufacturing technology has been achieved. With the more stringent regulations on emissions and fuel economy, global warming, and constraints on energy resources, the electric, hybrid, and fuel cell vehicles have attracted more and more attention by automakers, governments, and customers. Research and development efforts have been focused on developing novel concepts, low-cost systems, and reliable hybrid electric powertrain. This paper reviews the state of the art of electric, hybrid, and fuel cell vehicles. The topologies for each category and the enabling technologies are discussed Converting all U.S. onroad vehicles to hydrogen fuel-cell vehicles (HFCVs) may improve air quality, health, and climate significantly, whether the hydrogen is produced by steam reforming of natural gas, wind electrolysis, or coal gasification. Most benefits would result from eliminating current vehicle exhaust. Wind and natural gas HFCVs offer the greatest potential health benefits and could save 3700 to 6400 U.S. lives annually. Wind HFCVs should benefit climate most. An all-HFCV fleet would hardly affect tropospheric water vapor concentrations. Conversion to coal HFCVs may improve health but would damage climate more than fossil/electric hybrids. The real cost of hydrogen from wind electrolysis may be below that of U.S. gasoline. In a world where environment protection and energy conservation are growing concerns, the development of electric vehicles (EV) and hybrid electric vehicles (HEV) has taken on an accelerated pace. The dream of having commercially viable EVs and HEVS is becoming a reality, EVs, and HEVs are gradually available in the market. This paper will provide an overview of the present status of electric and hybrid vehicles worldwide and their state of the art, with emphasis on the engineering philosophy and key technologies. The importance of the integration of technologies of automobile, electric motor drive, electronics, energy storage, and controls and also the importance of the, integration of society strength from government, industry, research institutions, electric power utilities, and transportation authorities are addressed. The challenge of EV commercialization is discussed. With the requirements for reducing emissions and improving fuel economy, automotive companies are developing electric, hybrid electric, and plug-in hybrid electric vehicles. Power electronics is an enabling technology for the development of these environmentally friendlier vehicles and implementing the advanced electrical architectures to meet the demands for increased electric loads. In this paper, a brief review of the current trends and future vehicle strategies and the function of power electronic subsystems are described. The requirements of power electronic components and electric motor drives for the successful development of these vehicles are also presented. Electric-drive vehicles can provide power to the electric grid when they are parked (vehicle-to-grid power). We evaluated the economic potential of two utility-owned fleets of battery-electric vehicles to provide power for a specific electricity market, regulation, in four US regional regulation services markets. The two battery-electric fleet cases are: (a) 100 Think City vehicle and (b) 252 Toyota RAV4. Important variables are: (a) the market value of regulation services, (b) the power capacity (kW) of the electrical connections and wiring, and (c) the energy capacity (kWh) of the vehicle’s battery. With a few exceptions when the annual market value of regulation was low, we find that vehicle-to-grid power for regulation services is profitable across all four markets analyzed. Assuming now more than current Level 2 charging infrastructure (6.6 kW) the annual net profit for the Think City fleet is from US$ 7000 to 70000 providing regulation down only. For the RAV4 fleet the annual net profit ranges from US$ 24000 to 260000 providing regulation down and up. Vehicle-to-grid power could provide a significant revenue stream that would improve the economics of grid-connected electric-drive vehicles and further encourage their adoption. It would also improve the stability of the electrical grid. This paper overviews theoretical and practical design issues related to inductive power transfer systems and verifies the developed theory using a practical electric vehicle battery charger. The design focuses on the necessary approaches to ensure power transfer over the complete operating range of the system. As such, a new approach to the design of the primary resonant circuit is proposed, whereby deviations from design expectations due to phase or frequency shift are minimized. Of particular interest are systems that are neither loosely nor tightly coupled. The developed solution depends on the selected primary and secondary. resonant topologies, the magnetic coupling coefficient, and the secondary quality factor. This paper reviews the relative merits of induction, switched reluctance, and permanent-magnet (PM) brushless machines and drives for application in electric, hybrid, and fuel cell vehicles, with particular emphasis on PM brushless machines. The basic operational characteristics and design requirements, viz. a high torque/power density, high efficiency over a wide operating range, and a high maximum speed capability, as well as the latest developments, are described. Permanent-magnet brushless dc and ac machines and drives are compared in terms of their constant torque and constant power capabilities, and various PM machine topologies and their performance are reviewed. Finally, methods for enhancing the PM excitation torque and reluctance torque components and, thereby, improving the torque and power capability, are described. In order to maximize the capacity/energy utilization and guarantee safe and reliable operation of battery packs used in electric vehicles, an accurate cell state-of-charge (SoC) estimator is an essential part. This paper tries to add three contributions to the existing literature. (1) An integrated battery system identification method for model order determination and parameter identification is proposed. In addition to being able tobook=39,ebook=43identify the model parameters, it can also locate an optimal balance between model complexity and prediction precision. (2) A radial basis function (RBF) neural network based uncertainty quantification algorithm has been proposed for constructing response surface approximate model (RSAM) of model bias function. Based on the RSAM, the average pack model can be applied to every single cell in battery pack and realize accurate terminal voltage prediction. (3) A systematic SoC estimation framework for multi-cell series-connected battery pack of electric vehicles using bias correction technique has been proposed. Finally, three cases with twelve lithium-ion polymer battery (LiPB) cells series-connected battery pack are used to verify and evaluate the proposed framework. The result indicates that with the proposed systematic estimation framework the maximum absolute SoC estimation error of all cells in the battery pack are less than 2%. This article focuses on automatic cruise control for electrically driven vehicles. The objective is to track a given vehicle-velocity profile. For this type of application, the so-called wheel slip plays a key role, as it is a measure for the force transmitted from the wheel to the road. Conventional wheel-slip controllers are usually activated if the absolute value of the slip exceeds pre-assumed thresholds. Furthermore, it is distinguished between a braking and acceleration maneuver using separately designed and implemented controllers. In contrast, the proposed concept requires neither an activation strategy for the slip controller nor a distinction between braking and acceleration. The cascaded control structure is based upon adaptive-gains super twisting sliding-mode algorithm, and the friction force estimator is realized as a second-order sliding-mode observer with constant gains. The effectiveness and robustness of the proposed concept are demonstrated in numerical simulations using a complex multibody vehicle model. Accurate estimations of cell state-of-charge for series-connected battery pack are remaining challenge due to the inhabited inconsistency characteristic. This paper tries to make three contributions. (1) A parametric modeling method is proposed for developing model-based SoC estimation approach. Based on the analysis for the mapping relationship between battery parameters and its SoC, a three-dimensional response surface open circuit voltage model is proposed for correcting erroneous SoC estimation. (2) An improved battery model considering model and parameter uncertainties is developed for modeling multiple cells in battery pack. A filtering process for selecting cell having “average capacity” and “average resistance” of battery pack has been developed to build the nominal battery model. Then a bias correction for single cells based on an average cell model is proposed for improving the expansibility of the nominal battery model. (3) A novel model-based dual-scale cell SoC estimator has been proposed. It uses micro and macro time scale to estimate the SoC of the selected cell and unselected cells respectively. Lastly, the proposed approach has been verified by two lithium-ion battery packs. The results show that the maximum estimation errors for cell voltage and SoC are less than 30 mV and 1% respectively against uncertain diving cycles and battery packs. Lithium-ion battery packs in hybrid and pure electric vehicles are always equipped with a batterybook=40,ebook=44management system (BMS). The BMS consists of hardware and software for battery management including, among others, algorithms determining battery states. The continuous determination of battery states during operation is called battery monitoring. In this paper, the methods for monitoring of the battery state of charge, capacity, impedance parameters, available power, state of health, and remaining useful life are reviewed with the focus on elaboration of their strengths and weaknesses for the use in on-line BMS applications. To this end, more than 350 sources including scientific and technical literature are studied and the respective approaches are classified in various groups. This paper proposes an optimal energy management strategy based on the approximate Pontryagin’s Minimum Principle (A-PMP) algorithm for parallel plug-in hybrid electric vehicles (HEVs). When the driving cycles are known in advance, the Pontryagin’s Minimum Principle (PMP) can help to achieve the best fuel economy, but real-time control has been unavailable due to the massive computational load required by instantaneous Hamiltonian optimization. After observing some regular patterns in numeric PMP results, we were inspired to apply a novel piecewise linear approximation strategy by specifying the turning point of the engine fuel rate for the Hamiltonian optimization. As a result, the instantaneous Hamiltonian optimization becomes convex. Considering the engine state, there are only five candidate solutions for the optimization. For the engine off state, only one of the available torque split ratios (TSR) is one of these five candidates. The other four TSR candidates are for the engine on state, including the TSR when the engine operates at the best efficiency point for the current speed, the TSR when the engine delivers all the required torque and two terminal TSRs. The optimal TSR is the one with the smallest Hamiltonian of the current engine state. The engine state with the smallest Hamiltonian will be requested for the next time step. The results show that the A-PMP strategy reduced fuel consumption by 6.96% compared with the conventional “All-Electric, Charge-Sustaining” (AE-CS) strategy. In addition, the A-PMP shortened the simulation time from 6 h to only 4 min, when compared with the numeric PMP method. Unlike other approximation methods, the proposed novel piecewise linear approximation caused no severe distortion to the engine map model. The engine state switching frequency is also reduced by 43.40% via both the filter and the corresponding engine on/off optimal control strategy. Although plug-in Hybrid Electric Vehicles (pHEVs) can be considered a powerful technology to promote the change from conventional mobility to e-mobility, their real benefits, in terms of CO2emissions, depend to a great extent on the average efficiency of their Internal Combustion Engine and on the energy source mix which is used to supply the electrical demand of pHEV. Furthermore the operating cost of the vehicle should also be taken into account in the design process, since it represents the main driver in the customer’s choice. This article has the purpose of assessing, through numerical simulations, the effects of different technology mixes used to produce electrical energy for the battery recharging, of different Internal Combustion Engines on the pHEV performance, and highlighting the main differences with respect to the regulatory test procedure.In this paper, the design and implementation of a wireless power transfer system for moving electric vehicles along with an example of an online electric vehicle system are presented. Electric vehicles are charged on roadway by wireless power transfer technology. Electrical and practical designs of the inverter, power lines, pickup, rectifier, and regulator as well as an optimized core structure design for a large air gap are described. Also, electromotive force shielding for the electric vehicle is suggested. The overall system wasbook=41,ebook=45implemented and tested. The experimental results showed that 100 kW power with 80% power transfer efficiency under 26 cm air gap was acquired. This paper presents real time fuzzy logic controller (FLC) approach used to design a power management strategy for a hybrid electric vehicle and to protect the battery from overcharging during the repetitive braking energy accumulation. The fuel cell (FC) and battery (B)/supercapacitor (SC) are the primary and secondary power sources, respectively. This paper analyzes and evaluates the performance of the three configurations, FC/B, FC/SC and FC/B/SC during real time driving conditions and unknown driving cycle. The MATLAB/Simulink and SimPowerSystems software packages are used to model the electrical and mechanical elements of hybrid vehicles and implement a fuzzy logic strategy. Compared with other commonly used batteries, lithium-ion batteries are featured by high energy density, high power density, long service life and environmental friendliness and thus have found wide application in the area of consumer electronics. However, lithium-ion batteries for vehicles have high capacity and large serial-parallel numbers, which, coupled with such problems as safety, durability, uniformity and cost, imposes limitations on the wide application of lithium-ion batteries in the vehicle. The narrow area in which lithium-ion batteries operate with safety and reliability necessitates the effective control and management of battery management system. This present paper, through the analysis of literature and in combination with our practical experience, gives a brief introduction to the composition of the battery management system (BMS) and its key issues such as battery cell voltage measurement, battery states estimation, battery uniformity and equalization, battery fault diagnosis and so on, in the hope of providing some inspirations to the design and research of the battery management system. This paper reviews the current status and implementation of battery chargers, charging power levels, and infrastructure for plug-in electric vehicles and hybrids. Charger systems are categorized into off-board and on-board types with unidirectional or bidirectional power flow. Unidirectional charging limits hardware requirements and simplifies interconnection issues. Bidirectional charging supports battery energy injection back to the grid. Typical on-board chargers restrict power because of weight, space, and cost constraints. They can be integrated with the electric drive to avoid these problems. The availability of charging infrastructure reduces on-board energy storage requirements and costs. On-board charger systems can be conductive or inductive. An off-board charger can be designed for high charging rates and is less constrained by size and weight. Level 1 (convenience), Level 2 (primary), and Level 3 (fast) power levels are discussed. Future aspects such as roadbed charging are presented. Various power level chargers and infrastructure configurations are presented, compared, and evaluated based on amount of power, charging time and location, cost, equipment, and other factors. The issues of global warming and depletion of fossil fuels have paved opportunities to electric vehicle (EV). Moreover, the rapid development of power electronics technologies has even realized high energy-efficient vehicles. EV could be the alternative to decrease the global green house gases emission as the energy consumption in the world transportation is high. However, EV faces huge challenges in battery cost since one-third of the EV cost lies on battery. This paper reviews state-of-the-art of the energy sources, storage devices, power converters, low-level control energy management strategies and high supervisor control algorithms used in EV. The comparison on advantages and disadvantages of vehicle technology is highlighted. In addition, the standards and patterns of drive cycles for EV are also outlined. The advancement of power electronics and power processors has enabled sophisticated controls (low-level and high supervisory algorithms) to be implemented in EV to achieve optimum performance as well as the realization of fast-charging stations. The rapid growth of EV has led to the integration of alternative resources to the utility grid and hence smart grid control plays an important role in managing the demand. The awareness of environmental issue and fuel crisis has brought up the sales of EV worldwide. An accurate SoC (state of charge) and SoP (state of power capability) joint estimator is the most significant techniques for electric vehicles. This paper makes two contributions to the existing literature. (1) A data-driven parameter identification method has been proposed for accurately capturing the real-time characteristic of the battery through the recursive least square algorithm, where the parameter of the battery model is updated with the real-time measurements of battery current and voltage at each sampling interval. (2) An adaptive extended Kalman filter algorithm based multi-state joint estimator has been developed in accordance with the relationship of the battery SoC and its power capability. Note that the SoC and SoP can be predicted accurately against the degradation and various operating environments of the battery through the data-driven parameter identification method. The robustness of the proposed data-driven joint estimator has been verified by different degradation states of lithium-ion polymer battery cells. The result indicates that the estimation errors of voltage and SoC are less than 1% even if given a large erroneous initial state of joint estimator, which makes the SoP estimate more accurate and reliable for the electric vehicles application.

Keywords:coordinated charging; distribution grid; dynamic programming; plug-in hybrid electric vehicles; quadratic programming hydrogen; fuel cell; onboard hydrogen generation; hydrocarbon partial oxidation electric drives; electric machines; electric vehicle; fuel cell vehicles; hybrid electric vehicle (HEV); modeling; power electronics electric and hybrid vehicles; electric drives; electric propulsion electric machines; electric vehicles; fuel-cell vehicles; hybrid vehicles; motor drive; plug-in hybrid vehicles; power electronics; propulsion systems; vehicle strategy electric-drive vehicles; energy storage;book=36,ebook=40vehicle-to-grid power; ancillary services; V2G battery charging; electric vehicle; electromagnetic coupling; inductive power transfer; resonance brushless drives; electric vehicles; electrical machines; hybrid vehicles; induction machines; permanentmagnet machines; switched reluctance machines electric vehicles; lithium-ion polymer battery; uncertainty; bias correction; response surface approximate model; state-of-charge automatic cruise control; wheel-slip control; second-order sliding-mode control; adaptive-gains super twisting algorithm lithium-ion battery; inconsistency; uncertainty; model-based; dual-scale; state-of-charge battery monitoring; on-line estimation algorithm; power prediction; state of charge; state of health plug-in hybrid electric vehicle; Energy management; Pontryagin's minimum principle; Piecewise approximation core structure; online electric vehicles (OLEVs); pickup; roadway-powered electric vehicles; wireless power transfer fuel cell hybrid vehicle; power management; fuzzy logic; battery; supercapacitor; fuel cell vehicle lithium-ion battery in electric vehicles; battery management system; cell voltage measurement; battery states estimate; battery uniformity and equalization; battery fault diagnosis charging infrastructure; integrated chargers; levels 1, 2, and 3 chargers; conductive and inductive charging; plug-in electric vehicles (PEVs); plug-in hybrid electric vehicles (PHEVs); unidirectional/bidirectional chargers energy management; electric vehicle; hybrid electric vehicle; supervisory control; optimization; drive cycle electric vehicles; Lithium-ion polymer battery; data-driven; adaptive extended Kalman filter; state of charge (SoC); state of power capability (SoP)