車用動力電池系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)與學科前沿

張劍波，盧蘭光，李哲

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車用動力電池系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)與學科前沿

張劍波，盧蘭光，李哲

環(huán)境污染、石油儲量有限及全球氣候變暖迫使人們在汽車動力系統(tǒng)領域?qū)で蠹夹g(shù)突破。汽車電動化技術(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等優(yōu)點已經(jīng)進入普及的初期階段。日本計劃在2020年以前，中國大陸市場上的動力化。從2009年到2011年，三菱、日產(chǎn)、通用相繼開始銷售使用鋰離子電池的量產(chǎn)型電動汽車。可再生能源利用時對儲電能力的需求、車網(wǎng)與電網(wǎng)聯(lián)合使用的前景、發(fā)生重大自然災害時電動汽車作為應急電源的作用等，進一步提高了人們對電動汽車的期待。

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

1　主要車用動力電池系統(tǒng)的統(tǒng)計與分析

列出了42款已經(jīng)或即將上市的純電動轎車產(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車型9種、中型轎車14種和小、微型轎車19 種。可以看出，中小型、微型的純電動汽車（battery electric vehicle, BEV）是市場開發(fā)的主流方向，車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。

為了進一步分析車用動力電池系統(tǒng)的技術(shù)特點，對比了美國、日本、及歐洲市場上進入量產(chǎn)階段的6款代表性的電動汽車電池系統(tǒng)，可以看出，車用動力電池系統(tǒng)技術(shù)呈現(xiàn)以下趨勢和特點：

1）鋰離子電池成為車用動力電池的主流，純電動汽車和插電式電動汽車均采用鋰離子電池，混合動力汽車的動力電池也在從鎳氫電池向鋰離子電池過渡。

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

電子產(chǎn)品用電池的容量多在3 Ah以下，車用動力電池多在15～50 Ah之間。體積、容量的大型化，增加了電池熱管理和安全保障的難度。

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4～9 節(jié)；車用動力電池系統(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電池（短板效應），系統(tǒng)的安全性取決于最不穩(wěn)定的一個電池（底板效應），因此，對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)變得更加復雜。

為方便布局、提高安全性、增大通用性、加快研發(fā)進程，車用動力電池系統(tǒng)基本上都采用模塊化設計。日產(chǎn)LEAF 的電池模塊使用鋁板殼體，彌補了單體電池鋁塑膜機械強度的不足，且對單體電池有一定的壓緊作用。GM的Volt將散熱流場板組合在一對電池之間，模塊承擔了部分熱管理機能。Daimler 在不同構(gòu)型的電動汽車之間使用同樣規(guī)格的電池模塊，有助于降低成本。A123公司開發(fā)出具有較強可擴展性的模塊化設計，通過插拔便能簡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，少有振動和沖擊，壽命要求多在三年以內(nèi)；車用動力電池使用環(huán)境溫度范圍寬廣（-30～50℃），常處于頻繁振動及惡劣沖擊工況下，壽命要求多在八年以上（車用動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）先進的量產(chǎn)型電動汽車采用熱電一體化（通用的Volt）、電池系統(tǒng)與電動汽車一體化（日產(chǎn)的LEAF）設計，技術(shù)集成度與成熟度較高。

4）在量產(chǎn)型電動汽車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)；在電池負極材料體系上，石墨仍為主流材料，但硬碳、鈦酸鋰等新型負極材料也得到了應用。

5）電池單體結(jié)構(gòu)上，采用圓柱形卷繞式傳統(tǒng)設計的廠家較少，更多廠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；存在的問題是鋁塑膜的機械強度不足、封裝部位的耐久性有待實際驗證、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)國際規(guī)格限定，有助于在世界范圍內(nèi)通用設計、替代使用。動力電池中方形或軟包型電池的形狀、尺寸、材質(zhì)、品質(zhì)特性等標準還在討論之中。中國率先制定了動力電池（包括鎳氫電池與鋰離子電池）的形狀和尺寸標準。

6）美國汽車公司多從電池廠家選購電池，自己進行電池系統(tǒng)的設計；日本汽車公司則多與電池廠家進行合資，深度介入動力電池的研發(fā)與生產(chǎn)，試圖全面掌握電動汽車的核心技術(shù)。

2　車用動力電池系統(tǒng)的組成及其關(guān)鍵技術(shù)

車用動力電池系統(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，其主要任務是存儲電能，滿足汽車功率和續(xù)駛里程的需求。BMS由各類傳感器、執(zhí)行器、固化有各種算法的控制器以及信號線等組成，其主要任務是保證電池組工作在安全區(qū)間內(nèi)，提供車輛控制需要的電池信息，在異常情況下采取干預措施；并根據(jù)環(huán)境溫度、電池狀態(tài)及車輛需求，決定電池的充放電功率，盡可能延長電池的使用壽命。BMS的主要功能有：

1）電池參數(shù)檢測。

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

2）電池狀態(tài)估計。

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，估計電池的SOC 或DOD。根據(jù)電池使用歷程和衰減程度，估計電池的SOH。根據(jù)電池SOC、SOH 和使用環(huán)境，估計電池的SOF。

3）在線故障診斷（on-board diagnosis, OBD）。

故障包括：傳感器故障、執(zhí)行器故障、網(wǎng)絡故障、電池本身故障、過壓（過充）、欠壓（過放）、過流、超高溫、超低溫、接頭松動、可燃氣體濃度超標、絕緣故障、一致性故障、溫升過快等。

4）電池安全控制與報警。

包括熱失控控制、高壓電安全控制。當診斷到故障后通過網(wǎng)絡通知整車控制器或充電機，要求整車控制器或充電機進行處理（超過一定閾值時BMS也可以切斷主回路電源），以防止高溫、低溫、過充、過放、過流、漏電等故障造成電池損害甚至人身傷害。

5）充電控制。

BMS根據(jù)電池的特性以及充電機的功率等級，通過控制充電機來給電池充電。

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，決定是否啟動加熱或散熱，并確定加熱功率、散熱功率的大小。

8）網(wǎng)絡化。

需要在不拆卸的情況下對電池進行在線標定與監(jiān)控、代碼自動生成及在線程序下載等，一般采用CAN網(wǎng)絡。

9）信息存儲。

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

10）電磁兼容。

由于電動汽車電磁使用環(huán)境惡劣，要求BMS具有好的抗電磁干擾能力，同時要求BMS 對外輻射較小。電池組對應的關(guān)鍵技術(shù)是電池組配技術(shù)，電池管理系統(tǒng)對應的關(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)主要解決以下問題：第一，按照車輛需求確定電池系統(tǒng)的能量、功率、電壓等參數(shù)；第二，設計多節(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滿足車輛需求的電池系統(tǒng)參數(shù)設計

不同構(gòu)型的電動汽車對電池系統(tǒng)的要求明顯不同，現(xiàn)有動力電池技術(shù)水平不能支持設計一種通用電池，僅僅通過它的組合就可以滿足不同車型的需求，而需要細致了解不同車型的對能量、功率、充放頻率、溫度特性等多方面要求，進行量身定做。為了保證續(xù)駛里程，純電動汽車（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，相對容易具備較大功率，對單體電池的功率要求不是很高；混合動力汽車（hybrid electric vehicle, HEV）對動力電池系統(tǒng)的功率密度要求較高，其中相比而言，串聯(lián)式混合動力（serial HEV）對電池的能量密度要求較高，并聯(lián)式混合動力（parallel HEV）對功率密度的要求較高；插電式混合動力汽車（plug-in HEV, PHEV）在行駛中兼具HEV與BEV兩方面的特征，對電池的能量密度和功率密度都有較高的要求，但由于車上裝有燃油和發(fā)動機可供驅(qū)動車輛和對電池充電，對電池能量密度的要求不如BEV那樣高。

從車重和設定的典型工況出發(fā)，可以計算出汽車行駛所需功率，加上續(xù)駛里程要求與車輛效率，可以算出所需總能量。要確定對電池系統(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足工況的各種要求。根據(jù)馬達、逆變器的輸入電壓范圍及效率曲線，可以確定電池系統(tǒng)的最高電壓與最低電壓。而后可結(jié)合電池的標稱電壓，確定單體電池的串聯(lián)個數(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，HEV與BEV有很大不同?；旌蟿恿ζ嚦浞烹婎l率較高，但每次進出的能量不大。在確定HEV的SOC使用區(qū)間時，根據(jù)對電池系統(tǒng)的保障年數(shù)、使用模態(tài)來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)和滿充電后的續(xù)駛里程，可以確定電池所應滿足的充放電次數(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計

為達到所需電壓、功率，同時便于監(jiān)測、控制、并降低成本，車用動力電池組需要通過多節(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)生過充。并聯(lián)時容易因單體及環(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，電池間會出現(xiàn)環(huán)流現(xiàn)象。并聯(lián)時電壓傳感器個數(shù)、均衡電路個數(shù)比串聯(lián)時要少些。

2.1.3電池單體的一致性與選配

可以把電池系統(tǒng)中單體電池出廠時所帶的固有個體差異稱為一次不一致性，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。電池屬于電化學產(chǎn)品，與機械產(chǎn)品、電子產(chǎn)品有很大不同。機械產(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)成部件的個數(shù)同一個量級。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發(fā)生不容忽視的相互作用，僅兩兩相互作用的個數(shù)就與構(gòu)成部件個數(shù)的平方同量級，這就使得保證一致性變得更加困難。目前，國內(nèi)電池產(chǎn)品的一次不一致性遠遠大于國外同類產(chǎn)品。國內(nèi)先進廠家的電池容量差異在3%左右，而日本廠家電池容量差異多在0.3%～0.4%以內(nèi)。

可以把使用中逐漸加大的單體電池間的差異稱為二次不一致性，原因包括車載環(huán)境、使用方法、串并聯(lián)位置、自放電的程度等。在國內(nèi)的電動汽車示范項目中發(fā)現(xiàn)，成組后電池的壽命遠遠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)、使用的整個過程中采取措施：在進料時要檢查，制造時要控制，集成時要篩選、配組，使用時要監(jiān)測、限制。制造過程的控制方法是否有效，常常難以得到及時的反饋。電池測試既費時又昂貴，往往只能抽檢少量成品來代表整批產(chǎn)品。因此，需要開發(fā)簡便、快速、有效的方法對電池的一致性進行度量，以支持過程控制、質(zhì)量管理，指導電池的分級、選配。有很多指標可以度量電池的不一致性，比如容量、開路電壓、內(nèi)阻、阻抗譜、自放電率、倍率特性、重量等。這些指標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集合，明確各個指標與電池組件、結(jié)構(gòu)的關(guān)聯(lián)，排出指標的優(yōu)先次序。

選配標準越嚴格，一方面會加大廢品率，致使電池組的初期成本提高，另一方面，使用時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期使用，從而降低電池組全生命期的成本。因此，選配標準的選取及其嚴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、電池組箱體還應該滿足絕緣安全、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，對電池箱的機械強度、固定方式、導軌的可靠性設計、強電連接方式、強電安全設計提出了更高的要求。電池的組配設計中還應注意便于及時發(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)。溫度過高，會加快副反應的進行，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。溫度過低，電池的功率、容量會明顯降低，如不限制功率，可能帶來鋰離子析出，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，不需要或只需要簡單的散熱器件。車用動力電池的使用環(huán)境溫度非常寬廣（-20～50℃），車內(nèi)電池周圍的熱環(huán)境往往很不均勻，這為電池組的熱管理提出了嚴峻的挑戰(zhàn)。動力電池的大型化、成組化使用使得電池（組）的散熱能力大大低于產(chǎn)熱能力，尤其對于以高倍率放電為特征的HEV、PHEV，更需要設計復雜的散熱系統(tǒng)。單體電池并聯(lián)使用時（單體電池內(nèi)部極片之間也是并聯(lián)），溫度不均勻會引起熱電耦合，即溫度高的電池（或部位）內(nèi)阻較小，會分擔更多的電流，致使荷電狀態(tài)不均勻，從而加快電池組的劣化。因此，車用動力電池系統(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。

車用動力電池的熱管理系統(tǒng)主要實現(xiàn)如下功能：第一，電池組溫度較高時進行散熱，防止電池過熱引發(fā)安全事故；第二，電池組溫度較低時對電池組進行加熱，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計，可將最大溫差控制在2℃以內(nèi)，有力支持了8年的壽命保證期（GM對內(nèi)燃機動力系統(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)，通過該介質(zhì)的流動將電池組內(nèi)產(chǎn)生的熱量散至外界環(huán)境中；2）流場環(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）測溫元件與控制電路：測溫元件用于測量電池組不同位置的實時溫度，控制電路根據(jù)實時溫度進行散熱執(zhí)行器的動作決策；4）散熱執(zhí)行器：驅(qū)動傳熱介質(zhì)進行循環(huán)的器件，以風扇與泵機等最為常見。

采用自然通風的熱管理系統(tǒng)不包含散熱執(zhí)行器件。總結(jié)了6款電動汽車（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。

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)境或車箱中的空氣進入熱管理系統(tǒng)的流道，與電池組的熱交換表面直接接觸，并通過空氣流動帶走熱量。按照空氣流動的自發(fā)程度，可以分為自然通風和強制通風兩類。自然通風包括自然對流及隨車輛行駛產(chǎn)生的空氣流動。強制通風主要由風扇驅(qū)動，風扇的瞬時功率由熱管理系統(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、或冷卻液等導電液體，電池組不能與傳熱液體直接接觸。此時，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帶走熱量，管道的材質(zhì)及其密閉性保證了導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)中的液體流動主要依靠油泵/水泵等進行驅(qū)動。

由于液體的比熱容及導熱系數(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)的以下兩個特點降低了其實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)部設計分布式的密閉流道，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)稱為相變材料（phase change material, PCM）?？梢酝ㄟ^調(diào)節(jié)相變材料及添加劑的種類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。使用該類相變材料包裹電池組，當電池溫度上升至相變溫度時，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內(nèi)，有效防止電池組過熱。

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)造簡單、系統(tǒng)可靠性及安全性較高的優(yōu)點。Rami Sabbah等學者指出，在40～45℃溫度與高倍率放電時，采用復合PCM 材料對電池組進行散熱的效果優(yōu)于使用一般功率范圍內(nèi)的電扇進行風冷。

目前，石蠟（及添加劑）作為主流的電池熱管理相變材料受到了較多關(guān)注。這是因為石蠟的相變溫度接近電池最佳工作溫度上限，且成本低廉、潛熱較高。石蠟的主要問題在于其導熱系數(shù)較低，因此，常在石蠟中添加高導熱的其他物質(zhì)，制成復合的PCM材料。

研究了石蠟、石墨復合的PCM材料的導熱系數(shù)，以及機械特性，包括抗拉、抗壓能力及其對內(nèi)部爆破的耐受性。研究結(jié)果表明，在低溫條件下，機械特性隨石蠟質(zhì)量分數(shù)的提高而逐步改良，而高溫下，機械特性隨石蠟質(zhì)量分數(shù)的提高而逐步惡化。另外，一些文獻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)都能夠進一步提高PCM的散熱能力。總結(jié)了不同傳熱介質(zhì)的特點。

2.2.2電池組熱管理系統(tǒng)的流場設計

電池組向傳熱介質(zhì)的單位面積散熱率表示為：

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

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

1）流場的路徑設計——串行流道與并行流道。

按照傳熱介質(zhì)在電池組內(nèi)部的通過路徑，可將流場分為串行流道式與并行流道式。在串行流道設計中，傳熱介質(zhì)按照嚴格的先后順序依次經(jīng)過每個單體電池或電池模塊，而并行流道設計中，傳熱介質(zhì)進入電池組箱體后，通過并聯(lián)的流道進行分流，并聯(lián)式地經(jīng)過不同的電池子模塊。對于串行流道設計，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法有效散熱，與串行流道相比，并行流道設計使得電池組不同位置的溫度均一性更好。

2）流場的速度設計——并行流道的調(diào)速法與調(diào)壓法。

對于并行流道式設計，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)用時的最佳取值組合。調(diào)速法是指，沿并行通道編號增加的方向，依次減小每個通道的寬度，以調(diào)整其流動阻力，使得傳熱介質(zhì)按照各通道阻力重新分配其流量，從而達到調(diào)整流速分布的目的；而調(diào)壓法通過改變進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）其他流場設計方案。

美國Nevada大學的Rajib Mahamud 等學者設計了一種周期性對換電池內(nèi)部傳熱介質(zhì)流動方向的熱管理方法，該研究指出，當以120 s 為周期進行流動方向?qū)Q時，電池組內(nèi)部的溫度差異性減小了72%，同時電池組內(nèi)部的最高溫度下降了1.5℃左右。

通過在電池組的進風道中加裝數(shù)級楔形障礙物，控制流入不同子風道的空氣流速，并通過調(diào)整各級楔形的高度，實現(xiàn)不同子風道空氣流量的均一化。同時，還通過模擬考察了導熱系數(shù)的各向異性與散熱面選擇對電池內(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)通過測溫元件測得電池組不同位置的溫度，據(jù)此熱管理系統(tǒng)控制電路進行散熱執(zhí)行器如風扇、水/油泵的動作決策。因此測溫方法中的測點數(shù)量、測點位置、測量精度等對電池熱管理系統(tǒng)的控制精度都具有重要影響。目前，常見電動汽車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。

電動汽車熱管理系統(tǒng)通常根據(jù)電池所處的溫度區(qū)域進行分級管理。Volt 插電式混合動力電池熱管理分為主動（active）、被動（passive）和不冷卻（bypass）3種模式，當動力電池溫度超過某預先設定的被動冷卻目標溫度后，被動散熱模式啟動；而當溫度繼續(xù)升高至主動冷卻目標溫度以上時，主動散熱模式啟動。

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方面：單體電池高共模電壓精確測量、電池的狀態(tài)估計、電池充放電管理、電池一致性評價與均衡管理等。

2.3.1單體電池高共模電壓精確測量

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

1）電動汽車電池組有上百節(jié)的單體電池串聯(lián)，測量電壓通道多，由于測量單體電池電壓時存在著累積電勢，而且每片電池的累積電勢各不相同，無法統(tǒng)一補償或者消除，因此在測量電路的設計上存在著一定的困難；

2）電壓測量精度要求高（特別是LiFePO4/C電池）。SOC等電池狀態(tài)的估計對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估計方法，獲得的SOC誤差<4%，因此對于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曲線斜率較小，大部分區(qū)域（除了SOC<40%及75%～80%）內(nèi)每mV電壓對應最大的SOC變化率達4%，因此，對單體電壓采集精度的要求很高，需要達到1 mV左右，而目前單體電池的電壓采集精度多數(shù)只達到5 mV。

分別對電池/燃料電池的單體電壓測量方法進行了總結(jié)，包括電阻分壓、光耦隔離運放、分立三極管、集散式測量、光耦繼電器等方法。目前單體電池電壓、溫度的采樣國外已經(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

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由壽命預測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）安時積分（荷電積分）方法。

安時積分計算方法為：

其中：“0”表示起始時刻的值；CN為額定容量（為電池當時標準狀態(tài)下的容量，隨壽命變化）；η為Coulomb效率，放電時，η=1，充電時，η＜1；充電I為負，放電I為正。

在初始SOC0比較準確的情況下，安時積分法在一段時間內(nèi)還是具有相當好的精度（主要與電流傳感器采樣精度、采樣頻率有關(guān)）。但是它的缺點為：① 初始SOC0影響SOC的精度；② 庫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），難于準確測量，會對SOC 誤差有累積效應；③ 電流傳感器精度，特別是偏差對會導致累計效應，影響SOC的精度。因此單純采用安時積分法很難滿足SOC精度的要求。

b）開路電壓法。

SOC與鋰離子在活性材料中的嵌入量有關(guān)，與靜態(tài)熱力學有關(guān)，充分靜置后的開路電壓OCV可以認為達到平衡電動勢，OCV與SOC具有一一對應的關(guān)系，并且與電池壽命關(guān)系較小，因此，OCV是估計鋰離子電池SOC的有效方法。但是有些種類電池的OCV與充放電過程（歷史）有關(guān)，如LiFePO4/C電池，充電開路電壓與放電開路電壓具有滯回現(xiàn)象（鎳氫電池類似），需要認真考慮滯回現(xiàn)象的影響。

開路電壓法最大的優(yōu)點是SOC估計精度高，但是它的顯著缺點是需要將電池長時間靜置以達到平衡，電池從工作狀態(tài)恢復到平衡狀態(tài)一般需要一定時間，該時間長短與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，所以該方法單獨使用只適于電動汽車駐車狀態(tài)，不適合動態(tài)估計。

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、電化學模型、神經(jīng)網(wǎng)絡模型和模糊邏輯模型等。

目前文獻中常用的12種等效電路模型，包括組合模型、Rint模型（簡單模型）、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態(tài)估計，但是估計精度與模型精度、信號采集精度有關(guān)。采用實驗數(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雜度，研究結(jié)果認為，一狀態(tài)滯回的一階RC模型更適合于LiFePO4電池的電壓估計。

電化學模型建立在傳質(zhì)理論、化學熱力學、動力學基礎上，涉及電池內(nèi)部材料的參數(shù)較多，且很難準確獲得，同時模型運算量大，一般僅用于電池性能分析與設計中。

神經(jīng)網(wǎng)絡模型法估計SOC是利用神經(jīng)網(wǎng)絡的非線性映射特性來估計SOC。神經(jīng)網(wǎng)絡法在建立模型時不用具體考慮電池的內(nèi)部細節(jié)，方法具有普適性，適用于各種電池的SOC估算，但是，該方法需要大量訓練樣本數(shù)據(jù)對網(wǎng)絡進行訓練，且估算誤差受訓練數(shù)據(jù)和訓練方法的影響很大。同時，神經(jīng)網(wǎng)絡法的運算量較大，需要強大的運算芯片，如DSP（digital signal processor）等。

模糊邏輯法的基本思路為，根據(jù)大量試驗曲線、經(jīng)驗數(shù)據(jù)及模糊邏輯理論，用模糊邏輯模擬人的模糊思維，最終實現(xiàn)SOC預測，該算法的運算量也較大。

d）基于上述兩種或多種方法的融合算法。

目前融合方法有簡單的修正、加權(quán)、Kalman濾波（或擴展Kalman 濾波）、滑模變結(jié)構(gòu)等等。簡單的修正融合算法主要包括：開路電壓修正、滿電修正的安時積分法等；采用加權(quán)融合算法就是將不同方法估計的SOC按一定權(quán)值進行加和得到SOC；采用Kalman濾波的融合算法通常融合安時積分方法與其它模型成為一個動力系統(tǒng)，其中SOC被當成系統(tǒng)的一個內(nèi)部狀態(tài)來估計。Kalman濾波方法將安時法和開路電壓法有機地結(jié)合起來，用開路電壓法克服了安時積分法累積誤差的缺點，實現(xiàn)了SOC的閉環(huán)估計。同時，由于在計算過程中考慮了噪聲的影響，所以算法對噪聲有很強的抑制作用。

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表征，功率型電池的性能衰減用電阻的增加來表征。從機理上分析，磷酸鐵鋰性能衰減主要機理為：正極金屬離子與電解質(zhì)產(chǎn)生副反應而溶解于電解質(zhì)中，在循環(huán)或擱置過程中與負極產(chǎn)生還原反應形成固體電解質(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（副反應加?。贿^低溫（材料晶格易損、金屬離子容易還原）；高電位或過充（電解質(zhì)容易分解并與正極產(chǎn)生副反應、負極鋰離子易還原）；過放（負極銅箔易腐蝕、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理模型和外特性模型，其主要區(qū)別在于，前者側(cè)重于對電池內(nèi)部副反應機理的研究，并以SEI膜阻、離子濃度等微觀量為觀測對象，而后者從實驗規(guī)律出發(fā)，重點關(guān)注電池循環(huán)過程中表現(xiàn)出來的容量衰減與內(nèi)阻增加，對兩類模型進行了對比。

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

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

Toshiba的手冊中給出了鈷酸鋰電池貯存壽命模型，容量損失率為：

Ira Bloom等進行了不同環(huán)境溫度下電池衰減率的實驗與分析，驗證了以溫度為加速應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)時間的關(guān)系，采用式（4）來擬合實驗數(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是時間；z是時間的指數(shù)，簡單情況下，可取1/2。其中：A、Ea/R、z都可以通過實驗數(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間項，得到以溫度和放電倍率為加速應力的電池壽命模型，實現(xiàn)了雙應力加速下20% 以內(nèi)的預測誤差，容量損失率為：

其中：Ah為放電電流與放電時間的乘積項；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%以內(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，說明前30% 容量衰減的速度快。Kf服從Arrhenius定律。

基于Arrhenius模型的擴展模型，黎火林等根據(jù)鈷酸鋰電池循環(huán)壽命實驗，提出了如下的Arrhenius擴展模型，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)，可通過實驗擬合確定。

Zhe Li等全面考慮了電池壽命的多個影響因素，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電池壽命影響的權(quán)重，耐久性模型對電池壽命的預測誤差達到15%以內(nèi)。

其他外特性建模方法還有神經(jīng)網(wǎng)絡模型，如Rudolph G. Jungst等對以LiNi0.8Co0.15Al0.05O2為正極材料的電池貯存壽命進行了研究。

上述模型均在恒定條件下試驗獲得的經(jīng)驗模型，未考慮實際車輛運行的多變工況，不能準確表征車用電池的性能衰減狀況。借鑒機械疲勞研究成果，M.Safari等采用機械疲勞研究中常用的Palmgren–Miner（PM）法則來預測電池容量在簡單和復雜工況下的衰減情況，并與損害時間累計法（capacity-loss accumulation over time, LAT）進行比較，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)的估計是進行充放電管理的基礎。確定電池的充放電功率通常包含以下幾個步驟：

1）事先，根據(jù)不同溫度、不同SOC下不同衰減時期電池的內(nèi)阻及輸入、輸出功率的實驗數(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)電池故障級別對輸出能力進行修正，如某些一級輕微故障（對安全不構(gòu)成影響），可以只報警，不需要限制。某些一級、二級、三級故障，除了報警，還需要根據(jù)情況降低功率。對極其危險的三級故障（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）確認電池在可靠范圍內(nèi)運行以減少安全隱患，并盡可能在推薦范圍內(nèi)運行以減緩電池衰減。

2.3.4電池一致性評價與均衡管理

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

一般采用數(shù)理統(tǒng)計的方法來評價電池在電壓、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，對于SOC-OCV曲線斜率較大且線性度較好的電池體系（如錳酸鋰等）精度較高，但對于SOC-OCV曲線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比較合適，但作為成組后電池運行一致性的評價，則采用單體電池荷電量來表征比較合理，因為單體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。

均衡方法分為化學均衡和物理均衡?；瘜W均衡利用電池在充放電過程中自身存在的一些副反應來實現(xiàn)均衡。鉛酸電池和鎳氫電池通過“過充電”的均衡充電方法來實現(xiàn)各電池性能參數(shù)趨于一致。鋰離子電池一般需要通過添加氧化還原對添加劑來進行限壓保護。物理均衡是通過外接電路來對電池實現(xiàn)均衡，分為耗散式與非耗散式兩大類。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活動的分流元件或電壓/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。非耗散式拓撲結(jié)構(gòu)有：電容與開關(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、獨立充電式。耗散式均衡方法結(jié)構(gòu)簡單、不會消耗太多的能量，且能夠滿足均衡需求，因此目前應用較多。非耗散式均衡方法雖然效率高一些，但是由于結(jié)構(gòu)復雜、可靠性低、不易實現(xiàn)等問題，目前應用不是很多。

2.4安全保障技術(shù)

2.4.1電池系統(tǒng)安全隱患

車用動力電池系統(tǒng)存在強電安全與電池熱失控兩方面的安全隱患。強電安全是使用高壓電源系統(tǒng)電動汽車的共同問題，通常通過強電部位絕緣，電池箱體與車體等電位，檢測到絕緣老化、發(fā)生事故、或更換、維修時切斷電路等方式進行防護，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)展的一大問題，也是影響電動汽車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準穩(wěn)定系統(tǒng)，有以下3個特征：

1）鋰離子電池是一個動力學穩(wěn)定系統(tǒng)，而非熱力學穩(wěn)定系統(tǒng)。鋰離子電池正負極電位窗很寬（石墨負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），即便是有機電解液，能在這么寬的電位窗下保持穩(wěn)定的也不多見。通常是通過加入添加劑，在正負極表面形成一層能夠?qū)ㄤ囯x子而電子導電性很弱的SEI 膜，將電解液和正負極分開，大大降低電解液成分在正負極上的分解反應速度（動力學穩(wěn)定），但不能完全阻止這些反應的進行（熱力學不穩(wěn)定）。這也是為什么電池即使在存放中也會發(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放出可觀熱量的副反應。在正常的溫度、電壓范圍內(nèi)，鋰離子電池內(nèi)部只進行鋰離子的嵌入和脫出反應。如果超出了安全使用范圍，或是制造中存在缺陷，導致內(nèi)部短路，這些副反應有可能被引發(fā)并連鎖進行，最終導致有機物電解液劇烈分解/燃燒反應，引發(fā)爆炸等熱失控事故。

3）鋰離子電池屬于能量儲存兼轉(zhuǎn)換裝置，在熱力學上是一個封閉系統(tǒng)，電池的氧化劑、還原劑同處于一個封閉的空間，僅有一層很?。s10～40 μm）的微孔隔膜隔開，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。與此相對照，內(nèi)燃機和燃料電池都是能量轉(zhuǎn)換裝置，在熱力學意義上屬于開放系統(tǒng)。在儲存中燃料主體存放在油箱或氫氣罐中，氧氣在大氣中。在運行中只有少量燃料和空氣進入發(fā)動機氣缸內(nèi)燃燒、或進入燃料電池內(nèi)隔膜兩側(cè)進行電化學反應。

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)生的熵熱、過電壓熱（歐姆熱、電化學活性化熱）首先在發(fā)生短路的局部產(chǎn)生熱點，溫度的升高可能觸發(fā)新的放熱分解反應。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。只有當局部產(chǎn)熱率、產(chǎn)熱總量高于某個臨界值時，才會誘發(fā)下一步連鎖反應，甚至演化到熱失控。因此，基于電池局部產(chǎn)熱、傳熱、散熱機理的單體電池的熱設計對提高熱安全性非常重要。

車用動力電池系統(tǒng)由于單體電池的大型化和成組化使用，給安全問題帶來了新的挑戰(zhàn)。容量的增加使得熱失控的后果更加嚴重。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。大型化也使得電壓、溫度的測量值對內(nèi)部狀態(tài)的代表性降低，電池狀態(tài)的可知性減小。多個單體電池的成組使用對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安全性標準與測試

電池系統(tǒng)的安全性要求在實際使用條件下電池不能發(fā)生劇烈冒煙、著火、爆炸等事故，萬一發(fā)生事故時不能對人造成傷害，對機器、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方法，主要通過濫用試驗來判斷電池的安全性。如何用一系列試驗盡可能多的涵蓋實際使用中的各種異常情況（包括小概率事件）是濫用實驗設計所要解決的問題。試驗對象與試驗項目的設定、試驗方法的確立及標準化對判定結(jié)果至關(guān)重要。

很多機構(gòu)都已公布或正在制訂電池的安全標準。對申請運輸?shù)碾姵兀ńM），UN Manual of Tests and Criteria要求對循環(huán)使用后的電池也做短路測試。對筆記本電腦用鋰離子電池， IEEE 1625要求進行浮充試驗。針對電動車用動力電池（組），SAE J2464增加了不少考慮了車輛用途的新的試驗項目，試驗條件也變得更加苛刻，比如要求監(jiān)測、分析噴出的有害氣體、顆粒物，部分短路試驗，高倍率放電，滾翻，水淹等。

現(xiàn)有標準、測試方法存在以下一些問題。

1）完備性：現(xiàn)有濫用試驗并不能有效反映內(nèi)部短路這一現(xiàn)場熱失控的主要模式。目前有兩種模擬內(nèi)部短路的試驗方法，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、引發(fā)短路的過程。

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

3）復合因素的檢驗：現(xiàn)場失效往往是在使用過程中各種因素復合作用的結(jié)果?，F(xiàn)有濫用試驗多是對新品電池進行單個因素的試驗，例如，應該增加循環(huán)使用后（及不同時期）過充電狀態(tài)下電池對熱、機、電復合濫用應力耐受性的考察。

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

2.4.3提高安全性的主要手段

車用動力電池系統(tǒng)安全性問題是一個系統(tǒng)性問題，決非單靠改進材料的熱穩(wěn)定性所能徹底解決的。要提高車用動力電池系統(tǒng)的安全性，需要從材料、電池（設計、制造）、系統(tǒng)（使用）、車輛等各個層次采取措施。

1）抑制內(nèi)部短路的形成幾率。

內(nèi)部短路是引發(fā)現(xiàn)場熱失控的主要原因，其形成機理與相應的對策包括以下幾種情形。第一，異物混入，刺破隔膜，引起正負極短路。應對這種情況，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，可以通過測試，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，長時間高溫化成，剔除掉端電壓下降較大的電池。第二，過充或低溫急充時，石墨負極上鋰金屬枝晶的形成。抑制鋰離子枝晶生長的主要手段是限制過充，尤其在低溫下限制充電功率。在隔膜表面涂布陶瓷，可以提高其機械強度和抗穿透能力。第三，制造過程中混入的水分與鋰鹽反應生成腐蝕性很強的氫氟酸，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極析出，逐漸生長成枝晶，形成內(nèi)短路。應對這種情況，需要保證原料的純度并嚴格控制電池制造過程中的環(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)。

鋰離子電池在存儲和使用過程中，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，電池壽命會大大降低，甚至會導致安全問題。因此，需要對鋰離子電池進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。

市場銷售的電子產(chǎn)品用鋰離子電池已經(jīng)采取了多種多樣的安全機構(gòu)與安全措施。電池本體里面裝有溫度保險器件（positive temperature coefficient, PTC）、壓力安全閥、電流切斷器（current interruption device, CID）、低熔點隔膜等。鋰離子電池要求使用專用的充電器。電池包與充電器具備溫度檢測機能及過充、過放、過大電流的保護回路或熔斷絲等保護對策。

在小型鋰離子電池上行之有效的一些安全措施在動力電池上很難使用，或者效果并不明顯。動力電池一般容量大，充放電電流大，CID 將會增大內(nèi)阻，引起較大損失。大型電池溫度不均勻性較強，隔膜高溫閉孔機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，致使正負極大面積接觸，反而引發(fā)更嚴重的事故，因此增加隔膜整體的熱穩(wěn)定性成為現(xiàn)在研究的熱點。大型動力電池需要開發(fā)新的單體電池安全防護措施。

4）加強故障診斷，防范事故于未然。

加強對單體電池的監(jiān)測與故障診斷功能，在判定某個電池有故障癥候時，及時將其隔離、更換。開發(fā)智能電池，在電池內(nèi)部植入小型芯片，測量每個電池的電壓、電流，從中計算電池的阻抗，通過與事先制成的圖表以及電池組中其它電池的比較，及時發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)異常癥候的電池。開發(fā)先進的非解體、無損健康診斷技術(shù)，定期在維修店對電池系統(tǒng)進行詳細體檢，及時發(fā)現(xiàn)細微的故障癥候。建立數(shù)據(jù)中心，對電池運行數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計處理，區(qū)分正常劣化與異常劣化，及時發(fā)現(xiàn)、處理出現(xiàn)異常劣化的電池。

故障診斷是保證動力電池系統(tǒng)安全的必需技術(shù)之一。國際電工學會（IEC）在1995年制定的電池管理系統(tǒng)標準要求：電動車用電池管理系統(tǒng)必須具備一定的電池診斷功能，包括不健康電池早期報警和提供電池老化信息。我國標準《電動汽車用電池管理系統(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目和可擴展的故障診斷項目（項目總計多達26項），將故障等級分為3級。

故障診斷技術(shù)目前已發(fā)展成為一門新型交叉學科。它在診斷對象工作原理的基礎上，綜合利用了計算機網(wǎng)絡、數(shù)據(jù)庫、控制理論、人工智能等技術(shù)，在其它領域中的應用已經(jīng)較為成熟。電池故障診斷尚屬于發(fā)展階段，研究主要基于過程參數(shù)估計、狀態(tài)估計及基于經(jīng)驗等方法。Oliver Bohlen等人通過電池內(nèi)阻模型的在線辨識實現(xiàn)了電池在線診斷。Yu-Hua Sun通過觀察鉛酸電池恒流充放電電壓曲線光滑程度的變化來辨識電池組可能存在的故障。

3　車用動力電池系統(tǒng)的兩大基礎科學問題

車用動力電池系統(tǒng)在技術(shù)上涉及材料、化學、電化學、機械、熱力學、傳熱學、流體力學、電學、系統(tǒng)與控制等多個學科，橫跨從納微米級的活性材料、毫米級的電芯、到米級的電池組等寬廣的空間尺度。這就決定了要開發(fā)一個具有競爭力的動力電池系統(tǒng)，很難僅靠一個機構(gòu)、一個學科來完成，而需要電池廠與汽車廠間的密切合作，需要綜合性大學或研究機構(gòu)的多學科支撐。

進一步整理、分析車用動力電池系統(tǒng)四大關(guān)鍵技術(shù)可以凝練出以下兩個共通的、關(guān)于熱的和關(guān)于電的基礎科學問題。對這兩個基礎科學問題進行深入細致的研究，可望實現(xiàn)對動力電池系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)的突破：

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

◆復雜工況下的產(chǎn)熱模型

◆熱模型參數(shù)的原位測量

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

◆熱應力下的電池性能演變規(guī)律

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

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

◆電池熱失控過程中電能、熱能、化學能的耦合、觸發(fā)機理及演化

◆副反應的種類、焓變及反應速率

2）非線性、時變、非均一多個體混聯(lián)電池系統(tǒng)的建模、辨識及控制理論。

◆電池與電池組壽命的多應力快速評價與預測方法

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

◆時變、非均一、多個體混聯(lián)電池系統(tǒng)的建模理論與狀態(tài)估計方法

◆電池故障診斷的理論算法體系及故障應對策略

4　總結(jié)與展望

作為電動汽車的核心技術(shù)，動力電池系統(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。一個好的電池系統(tǒng)應該在對材料、電池（組）、以及使用特征充分理解的基礎上針對用途量身定做，應該具備可知性（智能化，可以自檢內(nèi)部狀態(tài)并與外部通訊），可控性（均衡，隔離具有問題癥候的電池或模塊），可擴性（模塊化設計，可以靈活組配滿足多方面的需求），和可換性（具有問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）。開發(fā)一個好的電池系統(tǒng)需要電池設計人員、電動汽車設計人員密切配合，需要充分利用示范、實證、實際使用中得到的寶貴反饋信息，多次進行為汽車設計電池、為電池設計汽車的迭代優(yōu)化。

【作者單位：清華大學汽車安全與節(jié)能國家重點實驗室】

（摘自《汽車安全與節(jié)能學報》2012年第2期）

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電動汽車技術(shù)進展和發(fā)展趨勢

曹秉剛，張傳偉，白志峰，等

摘要：通過對國內(nèi)外電動汽車關(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汽車驅(qū)動控制、再生制動控制和運動控制系統(tǒng)上應用的研究，展望了電動汽車的發(fā)展趨勢。首先發(fā)展鉛酸蓄電池電動汽車（CBEV）是明智的選擇，由于開發(fā)混合電動汽車（HEV）的難度較大，所以燃料電池電動汽車（HEV）將成為今后的主流技術(shù)，是未來汽車的發(fā)展方向。關(guān)鍵詞：電動汽車；技術(shù)進展；發(fā)展趨勢 SOC估計是電動汽車電池管理系統(tǒng)的重要功能。研究人員為了提高電動汽車電池SOC估計的準確性做了大量研究工作，采用的主要方法有：放電實驗法、Ah計量法、開路電壓法、負載電壓法、內(nèi)阻法、線性模型法、神經(jīng)網(wǎng)絡法和卡爾曼濾波法。討論了電池SOC定義；介紹了各種SOC估計方法的原理及應用中存在的優(yōu)缺點；分析了充放電倍率、溫度、自放電、老化等因素對SOC的影響；評價了各種SOC估計方法。 總結(jié)了國內(nèi)外電動汽車的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢，重點探討了我國純電動汽車的發(fā)展方向及能源供給模式，將我國純電動汽車發(fā)展階段劃分為示范應用期和推廣成熟期，分析了現(xiàn)階段純電動汽車發(fā)展的重點和存在的問題，同時針對純電動汽車能源供給模式，指出了需要開展研究的技術(shù)重點和方向。 在政府對電動汽車產(chǎn)業(yè)的大力推動下，我國電動汽車產(chǎn)業(yè)將步入快速發(fā)展期，這也極大地推動了電動汽車充電站和充電樁的建設，大量電動汽車的充電行為將會給電網(wǎng)帶來較大影響。電動汽車的普及程度、類型、充電時間、充電方式以及充電特性的不同會使電動汽車對電網(wǎng)的影響發(fā)生變化。從輸電網(wǎng)、配電網(wǎng)角度對國內(nèi)外關(guān)于電動汽車接入電網(wǎng)的研究現(xiàn)狀及電動汽車充電對電網(wǎng)的影響進行了詳細分析。針對充電站對電網(wǎng)的諧波污染問題，介紹了各種諧波污染的治理方法，并指出電動汽車的充電行為及其儲能特性在未來電網(wǎng)運行中的影響和作用將越來越大，研究充電設施建設的布點規(guī)劃及電動汽車充放電控制策略將成為該領域的重點。 為建立電動汽車電池管理系統(tǒng)的需要，探求鉛酸電池荷電狀態(tài)（SOC）的實時測量和估計方法，分析了當前SOC定義在變電流放電情況下出現(xiàn)不適應的原因，現(xiàn)有各種荷電狀態(tài)檢測方法的特點和存在的問題。在此基礎上，對SOC定義進行了修正，提出了“標定荷電狀態(tài)”和“動態(tài)荷電狀態(tài)”的概念，使之能很好地適應電動汽車用電池在變電流狀態(tài)下的實時荷電狀態(tài)估計。基于修正SOC定義的電池荷電狀態(tài)檢測方法和計算模型具有簡便、實用和可靠性。 電動汽車電池既是發(fā)展電動汽車的核心，更是電book=33,ebook=37力工業(yè)與汽車行業(yè)的關(guān)鍵結(jié)合點。結(jié)合電動汽車的發(fā)展歷史概述了車用動力電池的發(fā)展情況，重點介紹了3種主要電動汽車電池：鉛酸電池、鎳氫電池和鋰離子電池的研究現(xiàn)狀及當前的應用情況，并從電池化學性能和商業(yè)化的電動汽車電池組性能2個角度在技術(shù)和經(jīng)濟層面進行了詳細的比較分析，最后對當前電動汽車電池的應用前景、未來發(fā)展趨勢和研發(fā)中的新電池技術(shù)進行了展望，指出中國電力行業(yè)應關(guān)注電動汽車電池技術(shù)的發(fā)展，分析電動汽車充電負荷對電網(wǎng)的影響并及時采取應對措施。 電動汽車和可再生能源發(fā)電的快速發(fā)展為電力系統(tǒng)的安全和經(jīng)濟運行帶來了新的挑戰(zhàn)。在此背景下，構(gòu)建了能夠計及可入網(wǎng)電動汽車（plug-inelectric vehicle, PEV)）和風電機組的不確定性的隨機經(jīng)濟調(diào)度模型。首先采用隨機仿真方法研究PEV的充電與放電功率的概率分布。之后，在假設風速服從Rayleigh分布的前提下，導出了風電機組出力概率分布的表達式。通過理論分析得到了風電機組和電動汽車接入網(wǎng)絡（vehicle to grid, V2G）的電源出力的數(shù)學期望的解析表達式，并在此基礎上，構(gòu)建了電力系統(tǒng)隨機經(jīng)濟調(diào)度模型。最后，以IEEE118節(jié)點系統(tǒng)為例說明了所提出的隨機經(jīng)濟調(diào)度模型的基本特征。 汽車工業(yè)所帶來的能源短缺與環(huán)境污染等問題越來越受到世界各國政府的重視。當前，許多國家政府、世界知名的汽車企業(yè)和科研機構(gòu)紛紛研制開發(fā)低能耗、低排放，且能滿足現(xiàn)代使用性能要求的新型汽車?；旌蟿恿﹄妱悠噾\而生，成為當代國際電動汽車開發(fā)的熱點和潮流之一。本文試就當前國外混合動力電動汽車的開發(fā)狀況及其發(fā)展趨勢作一介紹和探討。 介紹了中國政府在發(fā)展電動汽車方面實施的政策、重大研究計劃和取得的重要進展。通過對中國燃料電池電動汽車、純電動汽車和混合動力電動汽車技術(shù)現(xiàn)狀的研究，以及對電池、電機、控制器等電動汽車關(guān)鍵技術(shù)的進展，以及企業(yè)高校在電動汽車研發(fā)方面取得的成果的分析，指出在未來10年中混合動力電動汽車將會迅速發(fā)展，但遠景并不樂觀。其中，充電式混合動力電動汽車更具有發(fā)展前途；雖然燃料電池電動汽車有很好的應用前景，但受到價格的約束，因此近20年內(nèi)不太可能大規(guī)模進入市場；純電動汽車有著廣闊的發(fā)展前景，而其中的微型電動汽車更適合中國的國情。 首先概述了電動汽車發(fā)展的技術(shù)、經(jīng)濟、環(huán)境和政策背景，簡要綜述了大量電動汽車廣泛應用對電力系統(tǒng)的影響，評述了現(xiàn)有文獻中提出的電動汽車調(diào)度與控制方法。然后就電動汽車廣泛接入對電力系統(tǒng)所帶來的經(jīng)濟價值評估、電動汽車調(diào)度及其優(yōu)化算法、電動汽車充放電控制等問題提出了研究建議。 電動汽車的普及已成為一種趨勢，將會對電力系統(tǒng)運行產(chǎn)生深刻影響。電動汽車充電控制將成為系統(tǒng)運行控制的重要手段，不僅能夠限制充電負荷的不利影響，而且能夠?qū)崿F(xiàn)負荷削峰填谷，促進可再生能源吸納，發(fā)揮負荷調(diào)度的作用。該文介紹了近年來充電負荷、充電控制領域內(nèi)的研究成果，涉及充電負荷仿真分析模型、充電控制效益、充電控制策略研究等方面；同時指出了尚未解決的問題和可能的研究方向。 汽車控制技術(shù)是推動汽車工業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要保障。在全球汽車行業(yè)競爭日益激烈的背景下，如何通過理論與方法的創(chuàng)新，提高我國汽車控制系統(tǒng)的自主研發(fā)能力，完成從消費大國向制造強國的過渡是我們目前面臨的重大挑戰(zhàn)。本文主要圍繞汽車動力總成系統(tǒng)、主動安全系統(tǒng)及新能源汽車中的關(guān)鍵控制問題展開論述，總結(jié)國內(nèi)外的研究狀況，提煉共性問題，對汽車控制的發(fā)展趨勢給出了一些觀點。 介紹了電動汽車關(guān)鍵技術(shù)發(fā)展狀況，分別從電動汽車用驅(qū)動電機、動力電池及電池管理系統(tǒng)、電機控制及能量回收系統(tǒng)等方面進行了概述，并對電動汽車技術(shù)發(fā)展趨勢進行了展望。在政府的支持下，隨著電機、電池及電控等電動汽車關(guān)鍵技術(shù)逐步完善，電動汽車必將成為“零污染”的清潔交通工具。 永磁同步電機具有高效率、高轉(zhuǎn)矩密度等優(yōu)點，被廣泛地用作電動汽車牽引電機。永磁同步電機通常采用磁場定向（field oriented control, FOC）控制算法實現(xiàn)最大效率控制。該文研究永磁同步電機在磁場定向控制下的制動原理，結(jié)合電動汽車驅(qū)動系統(tǒng)（包括永磁同步電機、逆變器和電池）模型，進而分析電動汽車最優(yōu)制動能量回饋控制策略。根據(jù)現(xiàn)有的電動汽車電氣和機械耦合制動方案，對比分析常用的并聯(lián)制動控制策略和串聯(lián)制動控制策略，得出串聯(lián)制動控制策略可實現(xiàn)最優(yōu)的能量回饋制動，并聯(lián)制動控制策略通過改變機械制動的自由行程可實現(xiàn)較好的能量回饋制動。 提出了一種基于電動汽車駕駛、停放特性的考慮時空分布的電動汽車充電負荷預測方法。采用停車生成率模型預測停車需求，結(jié)合不同類型汽車、不同停放目的地的停車特性，建立電動汽車停車需求時空分布模型。從電動汽車日行駛里程、日停放需求時空分布特性入手，分析充電需求。采用蒙特卡洛模擬方法，仿真大規(guī)模電動汽車不同時間、不同空間的停放、駕駛以及充電行為，預測電動汽車充電負荷的時空分布特性。以深圳市為例，預測結(jié)果表明：電動汽車用戶充電行為選擇以及公共停車場充電設施配建比例不同，充電負荷也將有不同的分布；居民區(qū)、工作單位配建充電設施可滿足大部分電動汽車的充電需求；同一城市不同區(qū)域建設用地類型不同，充電負荷具有明顯差異。 在德國新能源汽車產(chǎn)業(yè)政策中可以找到歐盟框架折射下來的影子，歐盟嚴格的排放法規(guī)和低碳能源戰(zhàn)略對德國汽車產(chǎn)業(yè)政策的形成產(chǎn)生重大影響。以實現(xiàn)電動化交通和確保汽車領域的技術(shù)優(yōu)勢為目的，德國政府制定了新能源汽車發(fā)展的戰(zhàn)略目標，出臺系列政策和計劃，涉及從技術(shù)研發(fā)、配套設施建設、示范運行到應用推廣的整個產(chǎn)業(yè)鏈，還包括在就業(yè)培訓、材料可獲得性等邊緣性領域進行全方位、協(xié)調(diào)性和整體性布局，有效地推動了德國新能源汽車的研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化進程。本文對德國新能源汽車產(chǎn)業(yè)政策的形成背景、演進路徑和主要內(nèi)容進行分析總結(jié)，以期為我國新能源汽車發(fā)展找到一些有益啟示。 增程式電動汽車又稱里程延長式電動汽車，作為純電動汽車的平穩(wěn)過渡車型，以其效率高，電池容量小，不會因缺電拋錨等優(yōu)點受到了廣泛的關(guān)注。該文針對燃油增程式電動汽車的動力部件選型、動力系統(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)問題進行了分析研究。對比分析國內(nèi)外相關(guān)技術(shù)方案的同時，結(jié)合自主研發(fā)的一款增程式電動汽車進行了動力系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)的探討。最后，展望了增程式電動汽車的技術(shù)發(fā)展，提出了幾個值得關(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、充電樁等有機組成的電動汽車智能充換電網(wǎng)絡建設是應對人口密集地區(qū)電動汽車規(guī)?；l(fā)展的一種較為合理的商業(yè)模式。針對集中充電統(tǒng)一配送這種換電模式，考慮到電力市場環(huán)境下電力價格不確定性對電動汽車集中充電站有序充電及提供調(diào)頻容量服務決策的影響，基于對調(diào)頻容量調(diào)用比例和電池損耗成本的分析，構(gòu)建了單向和雙向兩種能量傳輸模式下，電動汽車集中充電站在日前能量市場和日前調(diào)頻市場協(xié)同調(diào)度的魯棒優(yōu)化模型，以合理制定次日各交易時段的充電計劃與所提供的調(diào)頻服務容量。之后，采用IBM公司開發(fā)的高效商業(yè)求解器CPLEX 12.2對所發(fā)展的魯棒優(yōu)化模型進行求解。最后，以一個為8個電池配送站提供充電服務的集中充電站為例，說明了所發(fā)展的模型與方法的基本特征。 文章簡要介紹了混合動力汽車、插電式混合動力汽車、純電動汽車和鋰離子動力電池及其關(guān)鍵材料。發(fā)展電動汽車可以大幅度降低人們對石油的依賴和改善城市空氣質(zhì)量。鋰離子電池性能優(yōu)越，為電動汽車的發(fā)展提供了支撐。近期，新一代鋰離子動力電池正極材料即將走向應用，可使電動汽車里程增加一倍，材料選擇和電池設計及制造工藝與電池儲存能量、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象，應用預應力鋼絞線的自平衡加載方式進行了1∶4的拱肋節(jié)段縮尺模型荷載試驗，采用板殼單元和實體單元建立了有限元模型，進行了非線性分析，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、實際承載能力和局部失穩(wěn)機理。研究結(jié)果表明：各測點實測應力與截面平均應力較接近，根據(jù)測點實測應力與截面平均應力之間的關(guān)系可將凸形截面分成4類測點；有限元所得應力與實測應力趨勢相同，數(shù)值相近；凸形鋼箱拱肋截面的強度折減系數(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大而導致無法繼續(xù)承載。 多點技術(shù)是一種機電一體化的柔性制造技術(shù)，其核心是高度由計算機控制的基本體單元。多個基本體單元緊密排列在一起，構(gòu)成型面可變的多點模具，用于板類零件成形。由于多點模具型面可由計算機任意調(diào)整，可代替?zhèn)鹘y(tǒng)模具用于不同形狀的飛機板類部件的對壓成形、蒙皮拉形等?；倔w單元按照一定距離排列在一起，構(gòu)成多點柔性工裝，不僅可用于飛機大型板類零件成形后的測量、切割等操作的支撐與定位，還可用于飛機部件的柔性裝配過程。應用多點技術(shù)，可以實現(xiàn)飛機板類部件生產(chǎn)過程的數(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；在相同功率時，電流對粒子速度、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民經(jīng)濟和國防工業(yè)上的應用越來越廣泛，為了提高和改善其使用特性，需要對其進行表面處理。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)合強度。金屬電沉積的關(guān)鍵是預處理問題，而預處理的關(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、電沉積時間等因素。 采用陰極電弧結(jié)合離子源輔助磁控濺射復合技術(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，分別制備了多元素復合過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度對薄膜組成與結(jié)構(gòu)、力學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機考察了層狀硅酸鹽自修復材料的摩擦學性能，利用SEM、EDS和納米壓痕儀對摩擦表面進行了形貌、元素和微觀力學性能分析。結(jié)果表明，層狀硅酸鹽自修復材料能夠顯著降低摩擦副表面粗糙度，改善摩擦副的潤滑狀態(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層，有望應用于延長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^程中，WC顆粒發(fā)生溶解并與周圍元素相互作用形成低熔點共晶，析出后分別以樹枝狀、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，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)量分數(shù)為0%時，熔覆層平均硬度約為基體的3倍，當WC質(zhì)量分數(shù)增加到30%時，熔覆層平均硬度可達到基體硬度的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。從基礎及應用的角度，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Ni/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。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；制備的涂層粒子變形充分，涂層均勻，孔隙率低，結(jié)合強度高，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。 為探討壓氣機葉片損傷修復新工藝，采用CO2激光熔覆技術(shù)，在鈦合金表面進行了激光熔覆Ti/Cr2O3復合涂層試驗。通過分析各工藝參數(shù)對熔覆層質(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，稀釋率達到最小，為3.95%，得到連續(xù)、均勻、無裂紋和氣孔的高質(zhì)量熔覆層，實現(xiàn)了良好的冶金結(jié)合。顯微硬度明顯提高，最高可達1050 HV，平均約為基材的3倍。 利用激光重熔技術(shù)對Ti-6Al-4V（TC4）表面進行了處理。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微動摩擦磨損試驗機上對TC4基材和激光重熔后TC4的摩擦磨損性能進行對比測試。結(jié)果表明：激光重熔可以細化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，但當激光功率增加時，Mg相含量逐漸減小，其它相含量逐漸增多。在枝晶細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，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械咬合的結(jié)合機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。文中概述了當前廣泛應用的噴砂處理的工藝特點，指出砂粒易在基體表面鑲嵌和對基體造成損傷是噴砂工藝的主要缺點，討論了噴砂對高溫合金單晶材料和超高強鋼疲勞性能的影響，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。同時介紹了近年來其他熱噴涂基體表面前處理方面的研究熱點，包括高壓水射流處理技術(shù)、機械粗化技術(shù)以及激光表面前處理，并重點闡述了其基本原理、特點及應用情況。 蠕變時效成形技術(shù)是利用金屬的蠕變特性，將成形與時效熱處理同步進行的一種成形方法。文章從蠕變時效成形基本原理以及成形特點出發(fā)，重點闡述了基于零件回彈補償?shù)墓ぱb外型面的優(yōu)化技術(shù)、成形工裝、蠕變時效成形過程對零件材料微觀組織性能的影響和新型可時效成形鋁合金的開發(fā)及應用等關(guān)鍵技術(shù)的研究進展及發(fā)展趨勢，并針對我國大飛機的研制需求，結(jié)合國內(nèi)現(xiàn)有研究基礎和水平，提出了我國開展蠕變時效成形技術(shù)研究的建議。 研究開發(fā)了基于六自由度關(guān)節(jié)式機器人的自動化高速電弧噴涂系統(tǒng)。采用新研制的FeAlNbB噴涂粉芯絲材，設計優(yōu)化了發(fā)動機曲軸軸頸的再制造自動化噴涂工藝，在實驗室條件下測試了涂層的組織及性能，在工廠進行的批量應用效果表明，曲軸主軸頸和連桿軸頸均可實現(xiàn)一次性自動化噴涂，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雜薄壁殼體多道次旋壓全過程模擬模型，分析了該過程中壁厚的分布與變化及工藝參數(shù)對壁厚的影響規(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，而且其值逐漸減?。槐诤裱毓ぜook=46,ebook=50母線方向分布不均勻，沿周向分布較均勻；回彈對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程中壁厚過度減薄的發(fā)生，使壁厚分布更均勻；而旋輪進給比對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，隨著旋輪進給比的增大逐漸減小。這些結(jié)果可為大型復雜薄壁殼體多道次旋壓成形參數(shù)的確定和優(yōu)化設計提供理論依據(jù)。 剩余壽命預測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測領域極具潛力。文中概述了金屬磁記憶信號的特征、微觀物理檢測機制的研究結(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估領域的初步應用。 采用等離子噴涂方法制備Al2O3-13%TiO2涂層，對涂層進行激光重熔處理。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?，垂直于基體方向生長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，這是使陶瓷晶粒垂直于基體生長的主要原因。 納米復合電刷鍍技術(shù)是一項先進的裝備再制造工程技術(shù)。近年來，其技術(shù)基礎研究不斷深入、應用領域不斷拓展。適應再制造產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展，文中在前期研究成果的基礎上，介紹了近幾年在雙納米材料復合電刷鍍、替代硬鉻納米復合合金電刷鍍和自動化納米電刷鍍等方面的研究與應用。 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機上測試了涂層的室溫干滑動摩擦磨損性能，用JSM-51 60LV型電鏡（SEM）對涂層磨損表面和磨屑進行微觀形貌觀察。結(jié)果表明：40ZAT涂層的摩擦學性能較10ZAT與20ZAT涂層的有所改善；ZrO2含量對等離子噴涂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，采用正交實驗法研究了噴涂距離、噴涂電壓、噴涂電流等噴涂工藝參數(shù)對結(jié)合強度的影響。利用X射線衍射、掃描電鏡等手段對涂層的相組成和斷口形貌進行分析，利用WDW-E100D微機控制式萬能拉伸試驗機對涂層結(jié)合強度進行測試。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)合強度工藝參數(shù)的主次順序為噴涂距離、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)合強度為65.5 MPa。 在總結(jié)表面工程特點、價值、功能和發(fā)展前景的基礎上，著重從適應科學技術(shù)發(fā)展需求；支撐再制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展；融合多學科成果；以及發(fā)展設計化、智能化、自動化、綠色化、多動能化等角度論述了表面工程的發(fā)展趨勢。從分析我國表面工程發(fā)展現(xiàn)狀入手，提出了通過加強行業(yè)宣傳，完善系統(tǒng)理論，增強表面工程技術(shù)服務能力，增強行業(yè)凝聚力、影響力和自我約束能力，加緊編制行業(yè)相關(guān)標準、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顆粒在激光熔覆過程中發(fā)生溶解并完全溶入FCC相和BCC相中，并未引起復雜碳化物相的生成。不同WC含量的涂層均為樹枝晶組織。激光熔覆過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化，硬度提高。 鋼板熱沖壓是一種將先進高強度鋼板加熱到奧氏體溫度后快速沖壓，在保壓階段通過模具實現(xiàn)淬火并達到所需冷卻速度，從而得到組織為馬氏體，強度在1500 MPa左右的超高強度零件的新型成形技術(shù)。文章對鋼板熱沖壓新技術(shù)的關(guān)鍵裝備、核心技術(shù)和優(yōu)缺點做了系統(tǒng)介紹，并指出了其使用現(xiàn)狀和前景。 以馬來酸酐（MA）和丙烯酸（AA）為原料，采用活潑單體滴加的方式，通過水溶液自由基共聚合反應制備了MA/AA二元共聚物（PMAAA）。采用FTIR對產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)進行了表征，通過正交實驗和單因素實驗對影響聚合反應的因素進行了考察和優(yōu)化。在N（MA)︰N（AA）=1︰2，聚合溫度85℃，AA滴加時間為1.5 h，聚合時間2 h，引發(fā)劑過硫酸銨用量為總單體質(zhì)量的8%時，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/有機蒙脫土（XG-g-PAA/OMMT）有機-無機雜化復合高吸水性材料。當蒙脫土用量為丙烯酸質(zhì)量的6%時，XG-g-PAA/OMMT的吸水倍率高達882 g/g，吸w（NaCl）= 0.9%的水溶液倍率達到106.5 g/g。借助紅外光譜儀、X射線衍射儀、掃描電鏡、差示掃描量熱儀和熱重分析儀對合成產(chǎn)物進行了研究。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)，使復合高吸水性材料形成的網(wǎng)絡空間增大，吸水抗鹽性能和熱穩(wěn)定性能提高。通過研究復合高吸水性材料的吸水溶book=48,ebook=52脹過程探討其吸水動力學機理，表明XG-g-PAA/OMMT的吸水動力學擴散模型主要為non-Fickon擴散。 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）進行硅氫化加成反應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行開環(huán)反應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對目標產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)進行了表征，并通過測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，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QASPETSS分子所占的平均面積和形成膠束的標準自由能分別為3.6×10-6mol/m2、0.46 nm2和-28.2 kJ/mol。關(guān)鍵詞：有機硅；三硅氧烷；界面性能；表面活性劑 該文對大孔吸附樹脂純化黃花蒿黃酮的工藝條件進行了研究與優(yōu)化，并對純化后的黃酮進行了抗氧化活性的研究。比較了AB-8，DM-101，DA-201，D-101及SD-401對黃花蒿中黃酮類物質(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D-101大孔吸附樹脂動態(tài)吸附解吸實驗，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色，再用250 mL體積分數(shù)70%乙醇以1 mL/min洗脫。在該條件下，黃酮質(zhì)量分數(shù)從20.10%提高到80.32%，洗脫率達91.08%，黃酮回收率為68.25%。黃花蒿黃酮對油脂有明顯的抗氧化性作用；黃花蒿黃酮對植物油的抗氧化能力強于檸檬酸和抗壞血酸，對動物油脂的抗氧化能力稍弱于抗壞血酸而略強于檸檬酸。 該文介紹了水性聚氨酯的性能特點以及改性新技術(shù)的研究進展。論述了合成革用水性聚氨酯樹脂在生產(chǎn)和應用中存在的主要問題，由于分子中引入了親水基團，水性聚氨酯樹脂在耐水性、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，需要對其進行改性研究，如采用丙烯酸酯改性、有機硅改性、有機氟改性、植物油改性、環(huán)氧樹脂改性、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用。最后對合成革用水性聚氨酯樹脂改性設計的發(fā)展前景作了展望。 采用鹽酸H2O2/HCOOH法，在微通道反應器內(nèi)對不飽和脂肪酸甲酯進行環(huán)氧化反應?？疾炝穗p氧水用量、甲酸用量、反應溫度及催化劑用量對反應的影響，得到最優(yōu)的反應條件為：m（脂肪酸甲酯）︰m（甲酸）︰m（雙氧水）=1︰1.5︰2，反應溫度40℃，催化劑濃鹽酸質(zhì)量分數(shù)為3%（即濃鹽酸質(zhì)量占原料脂肪酸甲酯質(zhì)量的百分數(shù)，下同），反應時間為110 s。在該條件下，產(chǎn)品環(huán)氧值為4.32%。

電動汽車SOC估計方法原理與應用

林成濤，王軍平，陳全世

關(guān)鍵詞：電動汽車；SOC估計；應用 純電動汽車（BEV）；能源供給；發(fā)展趨勢；技術(shù)方向 電動汽車；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；計算模型 電池；電動汽車；鉛酸電池；鎳氫電池；鋰離子電池 風電機組；可入網(wǎng)電動汽車；隨機經(jīng)濟調(diào)度 混合動力電動汽車；混合動力系統(tǒng)；可持續(xù)發(fā)展 電動汽車；燃料電池；混合動力；電池 電動汽車；電力系統(tǒng)；安全性；經(jīng)濟性；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)展對策 汽車控制；發(fā)動機；傳動系；主動安全；新能源汽車 電動汽車；電機；電池；能源管理系統(tǒng)；能量回收系統(tǒng) 永磁同步電機；磁場定向控制；效率模型；電動汽車；制動能量回饋；串聯(lián)制動 電動汽車；停車生成率模型；蒙特卡洛模擬；充電負荷；時空分布 德國；產(chǎn)業(yè)政策；新能源汽車；歐盟 混合動力；增程式電動汽車；動力配置；協(xié)調(diào)控制；效率優(yōu)化 電動汽車；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 電動汽車；鋰離子電池；陰極材料；設計 橋梁工程；凸形鋼箱拱肋截面；縮尺模型試驗；非線性有限元；強度折減系數(shù)；局部屈曲 多點成形；多點拉形；多點柔性工具；板類部件 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；應用；發(fā)展 復合鍍膜技術(shù)；DLC薄膜；摻雜；摩擦學性能 硅酸鹽；摩擦學性能；納米硬度；自修復 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 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；機械粗化；激光表面前處理；研究現(xiàn)狀 蠕變時效成形；整體壁板；鋁合金 自動化；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；壽命預測 等離子噴涂；涂層；激光重熔 裝備再制造；表面工程；納米復合電刷鍍；新進展 等離子噴涂；摩擦磨損；磨損機理；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)合強度；正交實驗 表面工程；表面工程理論；表面工程技術(shù)；表面工程設計；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 馬來酸酐；丙烯酸；轉(zhuǎn)化率；皮革化學品 黃原膠；有機蒙脫土；復合高吸水性材料；吸水動力學；功能材料 大孔吸附樹脂；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；應用；研究進展 環(huán)氧化反應；環(huán)氧脂肪酸甲酯；環(huán)氧值；微通道反應器；橡塑助劑

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王錫凡，邵成成，王秀麗，等

來源出版物：中國電機工程學報, 2013, 33(1): 1-10

聯(lián)系郵箱：邵成成，C.C.Shao22@gmail.com

汽車控制的研究現(xiàn)狀與展望

陳虹，宮洵，胡云峰，等

來源出版物：自動化學報, 2013, 39(4): 322-346

聯(lián)系郵箱：陳虹，chenh@jlu.edu.cn

電動汽車關(guān)鍵技術(shù)發(fā)展綜述

王丹，續(xù)丹，曹秉剛

來源出版物：中國工程科學, 2013, 15(1): 68-72

聯(lián)系郵箱：王丹，wangdan10@stu.xjtu.edu.cn

電動汽車永磁同步電機最優(yōu)制動能量回饋控制

盧東斌，歐陽明高，谷靖，等

來源出版物：中國電機工程學報, 2013, 33(3): 83-91聯(lián)系郵箱：盧東斌，hustludb@126.com

考慮時空分布的電動汽車充電負荷預測方法

張洪財，胡澤春，宋永華，等

來源出版物：電力系統(tǒng)自動化, 2014, 38(1): 13-20

聯(lián)系郵箱：胡澤春，zechhu@tsinghua. edu.cn

德國新能源汽車產(chǎn)業(yè)政策及其啟示

陳翌，孔德洋

來源出版物：德國研究, 2014, 29(1): 71-81

燃油增程式電動汽車動力系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)綜述

王耀南，孟步敏，申永鵬，等

來源出版物：中國電機工程學報, 2014, 34(27): 4629-4639

聯(lián)系郵箱：王耀南，yaonan@hnu.edu.cn

集中充電模式下的電動汽車調(diào)頻策略

姚偉鋒，趙俊華，文福拴，等

來源出版物：電力系統(tǒng)自動化, 2014, 38(9): 69-76

聯(lián)系郵箱：文福栓，fushuan.wen@gmail.com

電動汽車與鋰離子電池

黃學杰

來源出版物：物理, 2015, 44(1): 1-7

聯(lián)系郵箱：黃學杰, xjhuang@iphy.ac.cn

A systematic state-of-charge estimation framework for multi-cell battery pack in electric vehicles using bias correction technique

Sun, Fengchun; Xiong, Rui; He, Hongwen

來源出版物：Applied Energy, 2016, 162: 1399-1409

Robust cascaded automatic cruise control of electric vehicles

Reichhartinger, M; Horn, M

來源出版物：International Journal of Robust and Nonlinear Control, 2016, 26(4): 662-680

A novel dual-scale cell state-of-charge estimation approach for series-connected battery pack used in electric vehicles

Sun, Fengchun; Xiong, Rui

來源出版物：Journal of Power Sources, 2015, 274:

582-594

Critical review of the methods for monitoring of lithium-ion batteries in electric and hybrid vehicles

Waag, Wladislaw; Fleischer, Christian; Sauer, Dirk Uwe

來源出版物：Journal of Power Sources, 2014, 258:

321-339

Approximate Pontryagin’s minimum principle applied to the energy management of plug-in hybrid electric vehicles

Hou, Cong; Ouyang, Minggao; Xu, Liangfei; et al.

來源出版物：Applied Energy, 2014, 115: 174-189

Real CO2emissions benefits and end user’s operating costs of a plug-in Hybrid Electric Vehicle

Millo, Federico; Rolando, Luciano; Fuso, Rocco; et al.

來源出版物：Applied Energy, 2014, 114: 563-571

A real time fuzzy logic power management strategy for a fuel cell vehicle

Hemi, Hanane; Ghouili, Jamel; Cheriti, Ahmed; et al.

來源出版物：Energy Conversion and Management, 2014, 80: 63-70

A review on the key issues for lithium-ion battery management in electric vehicles

Lu, Languang; Han, Xuebing; Li, Jianqiu; et al.

來源出版物：Journal of Power Sources, 2013, 226: 272-288

Review of battery charger topologies, charging power levels, and infrastructure for plug-in electric and hybrid vehicles

Yilmaz, Murat; Krein, Philip T

來源出版物：IEEE Transactions on Power Electronics, 2014, 28(5): 2151-2169

A review of energy sources and energy management system in electric vehicles

Tie, Siang Fui; Tan, Chee Wei

來源出版物：Renewable & Sustainable Energy Reviews, 2013, 20: 82-102

A data-driven adaptive state of charge and power capability joint estimator of lithium-ion polymer battery used in electric vehicles

Xiong, Rui; Sun, Fengchun; He, Hongwen; et al.

來源出版物：Energy, 2013, 63: 295-308

編輯：衛(wèi)夏雯

交通運輸工程

凸形鋼箱拱肋截面荷載試驗和有限元分析

吳慶雄，陳康明，陳寶春，等

來源出版物：交通運輸工程學報, 2012, 12(3): 19-27

入選年份：2012

機械制造工藝與設備

多點技術(shù)在飛機板類部件制造中的應用

劉純國，李明哲，隋振

來源出版物：塑性工程學報, 2008, 15(2): 109-114

入選年份：2012

超音速等離子噴涂參數(shù)對粒子速度溫度的影響

陸歡，王海軍，郭永明，等

來源出版物：中國表面工程, 2008, 21(1): 19-23

入選年份：2013

鈦及鈦合金表面金屬電沉積的預處理問題

屠振密，朱永明，李寧，等

來源出版物：中國表面工程, 2010, 23(1): 24-29

入選年份：2013

梯度摻雜和納米多層調(diào)制類金剛石薄膜的摩擦學性能

陳新春，彭志堅，付志強，等

來源出版物：中國表面工程, 2010, 23(2): 36-41

入選年份：2013

層狀硅酸鹽自修復材料的摩擦學性能研究

許一，于鶴龍，趙陽，等

來源出版物：中國表面工程, 2009, 22(3): 58-61

入選年份：2013

激光熔覆WC顆粒增強Ni基合金涂層的組織與性能

戎磊，黃堅，李鑄國，等

來源出版物：中國表面工程, 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

王海軍，謝兆錢，郭永明，等

來源出版物：中國表面工程, 2010, 23(3): 84-88

入選年份：2013

鈦合金表面激光熔覆修復技術(shù)

崔愛永，胡芳友，張忠文，等

來源出版物：中國表面工程, 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

來源出版物：中國表面工程, 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

來源出版物：中國表面工程, 2012, 25(1): 45-50

入選年份：2013

熱噴涂基體表面前處理技術(shù)的研究進展

楊震曉，劉敏，鄧春明，等

來源出版物：中國表面工程, 2012, 25(2): 8-14

入選年份：2013

蠕變時效成形技術(shù)研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢

曾元松，黃遐，黃碩

來源出版物：塑性工程學報, 2008, 15(3): 1-8

入選年份：2013

自動化高速電弧噴涂技術(shù)再制造發(fā)動機曲軸

梁秀兵，陳永雄，白金元，等

來源出版物：中國表面工程, 2010, 23(2): 112-116

入選年份：2014

大型復雜薄壁殼體多道次旋壓過程中的壁厚變化

詹梅，李虎，楊合，等

來源出版物：塑性工程學報, 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估初探

董麗虹，徐濱士，董世運，等

來源出版物：中國表面工程, 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，吳子健，劉焱飛，等

來源出版物：中國表面工程, 2011, 24(1): 12-15

入選年份：2014

面向裝備再制造的納米復合電刷鍍技術(shù)的新發(fā)展

胡振峰，董世運，汪笑鶴，等

來源出版物：中國表面工程, 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，杜三明，肖宏濱，等

來源出版物：中國表面工程, 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AlSi-20%Al/Ni涂層結(jié)合強度的影響

范文超，譚俊，王海軍，等

來源出版物：中國表面工程, 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

來源出版物：中國表面工程, 2012, 25(5): 1-5

入選年份：2014

WC顆粒對激光熔覆FeCoCrNiCu高熵合金涂層組織與硬度的影響

黃祖鳳，張沖，唐群華，等

來源出版物：中國表面工程, 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，羅愛輝，等

來源出版物：塑性工程學報, 2009, 16(4): 39-43

入選年份：2014

精細化學工程

馬來酸酐-丙烯酸二元共聚物的合成研究

崔凱，鄒祥龍，蘭云軍

來源出版物：精細化工, 2010, 27(2): 179-181

入選年份：2013

XG-g-PAA/OMMT有機-無機雜化復合高吸水性材料

苗宗成，王蕾，李銘杰，等

來源出版物：精細化工, 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

來源出版物：精細化工, 2011, 28(2): 125-129

入選年份：2014

大孔吸附樹脂純化黃花蒿黃酮及其抗氧化活性

熊利芝，歐陽文，李春，等

來源出版物：精細化工, 2013, 30(4): 451-455

入選年份：2014

合成革用水性聚氨酯樹脂的改性研究進展

楊建軍，張建安，吳慶云，等

來源出版物：精細化工, 2013, 30(3): 241-247

入選年份：2014

微通道反應器中合成環(huán)氧脂肪酸甲酯

張躍，俞佳娜，嚴生虎，等

來源出版物：精細化工, 2013, 30(1): 85-88

入選年份：2014

編輯：張寧寧

來源出版物：西安交通大學學報, 2004, 38(1): 1-5

被引頻次：425

來源出版物：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)