Alternating current heating techniques for lithium-ion batteries in electric vehicles:Recent advances and perspectives

The significant decrease in battery performance at low temperatures is one of the critical challenges that electric vehicles(EVs)face,thereby affecting the penetration rate in cold regions.Alternating current(AC)heating has attracted widespread attention due to its low energy consumption and uniform heating advantages.This paper introduces the recent advances in AC heating from the perspective of practical EV applications.First,the performance degradation of EVs in low-temperature environments is introduced briefly.The concept of AC heating and its research methods are provided.Then,the effects of various AC heating methods on battery heating performance are reviewed.Based on existing studies,the main factors that affect AC heating performance are analyzed.Moreover,various heating circuits based on EVs are categorized,and their cost,size,complexity,efficiency,reliability,and heating rate are elaborated and compared.The evolution of AC heaters is presented,and the heaters used in brand vehicles are sorted out.Finally,the perspectives and challenges of AC heating are discussed.This paper can guide the selection of heater implementation methods and the optimization of heating effects for future EV applications.

Driving and Braking Control of PM Synchronous Motor Based on Low-resolution Hall Sensor for Battery Electric Vehicle

Resolvers are normally employed for rotor positioning in motors for electric vehicles, but resolvers are expensive and vulnerable to vibrations. Hall sensors have the advantages of low cost and high reliability, but the positioning accuracy is low. Motors with Hall sensors are typically controlled by six-step commutation algorithm, which brings high torque ripple. This paper studies the high-performance driving and braking control of the in-wheel permanent magnetic synchronous motor （PMSM） based on low-resolution Hall sensors. Field oriented control （FOC） based on Hall-effect sensors is developed to reduce the torque ripple. The positioning accuracy of the Hall sensors is improved by interpolation between two consecutive Hall signals using the estimated motor speed. The position error from the misalignment of the Hall sensors is compensated by the precise calibration of Hall transition timing. The braking control algorithms based on six-step commutation and FOC are studied. Two variants of the six-step commutation braking control, namely, half-bridge commutation and full-bridge commutation, are discussed and compared, which shows that the full-bridge commutation could better explore the potential of the back electro-motive forces （EMF）, thus can deliver higher efficiency and smaller current ripple. The FOC braking is analyzed with the phasor diagrams. At a given motor speed, the motor turns from the regenerative braking mode into the plug braking mode if the braking torque exceeds a certain limit, which is proportional to the motor speed. Tests in the dynamometer show that a smooth control could be realized by FOC driving control and the highest efficiency and the smallest current ripple could be achieved by FOC braking control, compared to six-step commutation braking control. Therefore, FOC braking is selected as the braking control algorithm for electric vehicles. The proposed research ensures a good motor control performance while maintaining low cost and high reliability.

Realization and Analysis of Good Fuel Economy and Kinetic Performance of a Low-cost Hybrid Electric Vehicle

By using high-power and high-efficiency propulsion systems,current hybrid electric vehicles（HEVs） in market can achieve excellent fuel economy and kinetic performance.However,it is the cost of current HEVs that hinders HEVs coming into widespread use.A novel hybrid electric propulsion system is designed to balance HEV cost and performance for developing markets.A battery/supercapacitor-based hybrid energy storage system（HESS） is used to improve energy conversion efficiency and reduce battery size and cost.An all-in-one-controller（AIOC） which integrates engine electronic control unit（ECU）,motor ECU,and HESS management system is developed to save materials and energy,and reduce the influence of distribution parameters on circuit.As for the powertrain configuration,four schemes are presented：belt-driven starter generator（BSG） scheme,four-wheel drive HEV scheme,full HEV scheme,and ranger-extender electric vehicle（EV） scheme.Component selection and parameter matching for the propulsion system are performed,and an energy management strategy is developed based on powertrain configuration and selected components.Forward-facing simulation models are built,comprehending the control strategy based on the optimal engine torque for the low-cost hybrid electric propulsion system.Co-simulation of AVL CRUISE and Matlab/Simulink is presented and the best scheme is selected.The simulation results indicate that,for the best design,fuel consumption in urban driving condition is 4.11 L/（100 km） and 0-50 km/h accelerating time is 10.95 s.The proposed research can realize low-cost concept for HEV while achieving satisfactory fuel economy and kinetic performance,and help to improve commercialization of HEVs.

混合工质电动汽车空调全生命周期气候性能分析

空调作为整车系统中环境调控的关键子系统,其全生命周期的碳排放对于电动汽车的环保和排放要求至关重要。本文结合汽车空调系统全生命周期气候性能LCCP模型及相关数据,对全国各省份电动汽车空调系统的LCCP情况进行分析,同时对两种不同制热方案以及不同电力碳强度下的LCCP进行了比较分析。结果表明,RE170/R134a低GWP混合工质(二甲醚与R134a质量分数比90∶10)替换后电动汽车空调LCCP值降低了11.2%~28.1%,而采用热泵替换PTC电加热器后电动汽车空调LCCP值降低了0~33.1%,此外,随着未来我国电力碳强度与电动汽车保有量的变化,至2035年单辆车的LCCP值将会下降31.7%~39.3%,而全国整体电动汽车LCCP值将大幅上升。

低碳目标下计及电动汽车V2G的虚拟电厂优化调度方法

促使风电、光伏等分布式能源和电动汽车保有量快速增长。考虑电动汽车到电网(vehicle to grid,V2G)能量互动对多元化能源发电出力随机性及波动性的平抑作用,以及提升风/光电的消纳水平,采用虚拟电厂(virtual power plant,VPP)技术实现对二者的统一协调管理,进而结合电动汽车全生命周期碳排放数量和分布式能源运行时碳排放数量,构建电动汽车参与的虚拟电厂整体多目标优化模型,采用粒子群优化算法对该模型进行求解,从而优化系统运行成本及碳排放成本。在结合真实数据配置的算例模型上进行实验分析,实验结果表明,提出的优化模型可以有效调度虚拟电厂各要素,充分发挥电动汽车V2G入网充放电带来的运行和碳排放收益,可以为低碳目标背景下电网系统的安全稳定运行提供技术参考。

基于转鼓转速传感的中低速新能源汽车联合制动系统控制方法

中低速新能源汽车是常见的交通工具,但是其制动控制存在响应时间长、控制效果差的问题,设计一种基于转鼓转速传感的中低速新能源汽车联合制动系统控制方法。首先,构建基于转鼓转速传感的中低速新能源汽车动力学方程,采集传感信息,然后,考虑开环控制容易导致控制系统的稳定性和鲁棒性差的问题,基于转鼓转速传感的联合制动系统传递函数推导出开环、闭环双传递函数,最后,根据系统传递函数,设计PID控制器的参数,通过PID控制器输出电-液联合制动控制信号,实现汽车联合制动系统控制。实验结果表明:所提方法的速度-位移曲线与现实速度-位移曲线基本一致,加速误差在-0.5 m/s2~0.5 m/s2范围内,平均制动控制响应时间为0.075 s,具有良好的制动控制能力。

Green neighbourhoods in low voltage networks:measuring impact of electric vehicles and photovoltaics on load profiles

In the near future, various types of low-carbon technologies(LCTs) are expected to be widely employed throughout the United Kingdom. However, the effect that these technologies will have at a household level on the existing low voltage(LV) network is still an area of extensive research. We propose an agent based model that estimates the growth of LCTs within local neighbourhoods,where social influence is imposed. Real-life data from an LV network is used that comprises of many socially diverse neighbourhoods. Both electric vehicle uptake and the combined scenario of electric vehicle and photovoltaic adoption are investigated with this data. A probabilistic approach is outlined, which determines lower and upper bounds for the model response at every neighbourhood.This technique is used to assess the implications of modifying model assumptions and introducing new model features. Moreover, we discuss how the calculation of these bounds can inform future network planning decisions.

我国低空经济的技术经济范式分析与发展对策

低空经济作为我国战略性新兴产业,具有典型的新质生产力特征。从低空经济的发展看,其符合技术经济范式的一般特征。低空经济发展遵循包含驱动力、新结构与新形态、价值创造活动、价值创造结果四要素的范式。目前,我国低空经济发展总体处于起步阶段,政策风口效应明显,发展前景广阔。依照技术经济范式,从驱动力看,我国正在逐步构建低空技术牵引、低空基础设施保障、低空经济政策助推的驱动力体系;从新结构与新形态看,我国低空经济已经广泛融入农业生产、观光旅游、物流配送、环境监测、应急救援等领域,在信息维度、能量维度、情绪维度的价值不断显现,同时部分城市依托低空经济产业链走出低空经济特色发展之路;从价值创造活动看,我国在低空飞行器制造、低空服务、低空运营维保等领域涌现出一批代表性企业,低空经济的场景和规模不断扩充,价值创造活动前景广阔;从价值创造结果看,近年来我国低空经济规模保持较快增长,在直接带动经济增长的同时展现出降低成本、提高效率、促进就业等社会效益。总体而言,发展低空经济是一项系统工程。尽管我国通用航空发展为低空经济奠定了基础,但与发达国家相比,我国低空经济发展仍然存在诸多不足,顶层设计亟待加强,体制机制有待理顺,技术创新有待加强,场景拓展有待加快,综合成本有待下降,行业保障有待提升。因此,应制定战略规划,统筹低空经济发展,优化低空空域管理,加大财政金融支持,推动低空经济产业链协同发展,加快技术创新与人才队伍建设,加强低空经济基础设施和法规标准体系建设以及安全保障。

计及电动汽车的综合能源系统多主体协同低碳经济调度

针对未充分挖掘具有源荷双重特性的电动汽车集群调度潜力以辅助电力系统低碳运行的问题,提出了计及电动汽车的综合能源系统内多主体协同低碳经济调度策略。首先,考虑综合能源系统内多主体的电能交易构建了风电主体优化运行模型、计及碳捕集与电转气系统综合灵活运行的电-热耦合系统优化运行模型以及电动汽车主体优化运行模型;其次,基于纳什谈判理论建立了综合能源系统内多主体合作运行模型,将其分解为多主体联盟效益最大化子问题和电能交易支付谈判子问题,并采用交替方向乘子法对上述两个子问题进行了分布式求解以保护各主体的隐私;最后,通过算例仿真验证了所提策略能够充分挖掘碳捕集-电转气系统和电动汽车集群支撑风电消纳实现综合能源系统碳减排的潜力,提高各主体的运行效益以及合作联盟的整体效益,有效实现综合能源系统内各主体协同互济,促进新能源消纳、提升系统低碳性和经济性。

汽车高速驱动电机轴承高低温试验机

新能源电动汽车驱动电机轴承的性能及寿命是用户和轴承生产厂家非常重视的问题,驱动电机轴承出厂前需进行一系列相关检测。为满足轴承出厂前的检验要求,研制出一台驱动电机轴承试验机,主要由试验主体、试验台架、加载系统、驱动系统、高低温环境发生系统以及电气测控系统组成。通过6206深沟球轴承的装机试验,试验过程中试验机整体运转平稳,各测量参数显示正常,试验后轴承的各项尺寸精度指标满足产品设计要求。

基于阶梯碳交易的综合能源微电网联合控制研究

在“双碳”目标背景下,为实现微电网系统的低碳排放和风电消纳最大化,提出了一种含碳捕集电厂(carbon capture power plant,CCPP)及电转气(power-to-gas,P2G)耦合的综合能源系统(integrated energy system,IES)和电车入网(vehicle to grid,V2G)的双层模型优化调度策略。首先,在低碳技术层面上,针对CCPP和P2G设备在时间上运行不同步的问题,在CCPP和P2G设备中间加设储液罐作为CO_(2)的缓冲站,建立含CCPP、P2G设备、燃气轮机的数学模型并建立阶梯碳交易对IES进行低碳排放约束;其次,为了充分发挥电动汽车负荷和储能的双重特性,以IES的弃风时段和高峰时段制定策略引导电动汽车进行充放电,来进行能量时移;最后,在经济效益层面上,以综合运行成本最低为目标函数,采用MATLAB调用GUROBI求解器进行求解。通过设置不同场景进行对比,结果表明,该调度策略能在提高微电网风电消纳水平的同时,实现系统的低碳经济运行。

计及电动汽车充电方式与多能耦合的综合能源系统低碳经济优化运行

为使多能耦合的综合能源系统(IES)在低碳经济运行下可满足负荷多样性的需求,提出一种在电动汽车(EV)不同充电方式下多能耦合的IES低碳经济运行双层优化配置方法.首先,搭建涵盖冷-热-电-气耦合的IES模型.然后,在日内调度运行阶段考虑阶梯碳交易机制以及EV不同充电方式等因素,实现日调度成本最低;在配置规划阶段以设备投资成本与年运行费用总和最低为目标配置设备容量.最后,利用Cplex求解上述两阶段目标函数并通过相互迭代得到最优配置方案与调度结果.结果表明:考虑剩余电量的EV充电方式与碳交易机制能显著降低碳排放量与系统运行成本,所提配置方法可实现多能耦合的IES低碳经济运行.

基于电驱系统高频注入的电动汽车电池包快速加热控制算法

对锂离子电池进行低温加热是缓解其低温环境性能衰减的有效措施。该文从电动汽车整体架构出发,提出一种多周期偏置方波注入法,向电机d轴混叠注入直流电流与高频电压,使得电池母线端激励正负交变电流,该电流流过电池内阻产生焦耳热,实现电池自发热。所提控制方法,仅采用原有电驱系统硬件结构,在矢量控制基础上增加注入信号,实现方式简单,适配所有包含电驱系统的电动汽车。该文详细分析注入高频可在母线产生交变激励电流的原理,针对电池自发热目标,通过调节注入信号的频率与幅值,实现激励电流灵活可调。实验结果表明,所提控制策略能在电池侧有效激励交变电流,且幅值、频率可调。与理论分析一致。最后,搭建整车环境仓电池自发热平台,进一步验证所提方法在实际场景应用中的可行性。

纯电动汽车低压电源管理优化策略研究

随着汽车技术的不断发展,汽车的电气设备种类越来越多,电器消耗的电能占整车能量比重不断上升,对汽车低压电源管理提出更高要求。为满足用户日益增长的汽车电子设备用电需求,达到减少整车能量消耗、提高电池充电效率的目的,在对纯电动汽车负载进行分类的基础上,利用遗传算法对用于电量安全分级的低压电池荷电状态(state of charge,SOC)进行优化,并提出一种基于SOC的4级恒流低压锂电池充电管理策略;利用AVL-Cruise和MATLAB-Simulink软件联合仿真搭建车辆模型,采用不同工况进行仿真验证和对比分析。结果表明,低压锂电池电源管理策略能够满足纯电动汽车的电量安全性要求,在一定程度上提高了整车经济性;优化后的锂电池充电效率有一定的提高,充电时间也有所减少。

考虑新能源出力的分布鲁棒低碳经济调度

为提高风电并网能力并降低碳排放,文中提出了一种考虑碳交易和电动汽车的两阶段分布鲁棒低碳经济调度模型。引入碳交易成本,通过电动汽车的储能技术和风力发电的协同配合来降低系统的碳排放量,提高系统对风电的消纳能力。考虑到风电的不确定性,利用历史风电出力数据的矩信息,采用基于通用矩不确定性的分布鲁棒优化方法,建立分布鲁棒模糊集以刻画不确定的风电出力特性。利用对偶原理和线性决策规则将分布鲁棒模型转换为二次规划模型,并通过CPLEX对模型进行求解。实验结果表明,所提方法使风电消纳量提高了11.35%,碳排放量减少了1579 t,验证了两阶段分布鲁棒模型的有效性和优越性。

计及电动汽车充电需求的城市配电网多场景低碳优化调度研究

【目的】随着光伏、储能、电动汽车负荷在配电网中占比不断增加,高比例新能源的波动性与不确定性给配电网低碳运行带来了巨大挑战。为了有效地减少配电网的碳排放量,【方法】提出了一种考虑电动汽车负荷充电需求的配电网低碳经济优化调度方法。首先给出了基于动态碳排放因子的配电网负荷侧碳排放量计算方法,并针对居民用户、商业用户场景,构建城市配电网多场景下的电动汽车负荷充电模型,并将电动汽车负荷充电状态作为决策变量,以调度成本和碳排放量最小为目标,对配电网进行优化调度。通过在改进IEEE-33节点配电网中进行算例分析【结果】以夏季典型日为例,在可协调SOC调度模式下,居民负荷调度成本和碳排放量相比于无序SOC调度模式分别降低了8.06%、13.92%,商业负荷调度成本和碳排放量相比于无序SOC调度模式分别降低了4.31%、4.87%。【结论】结果表明,针对不同的用户场景,对电动汽车充电负荷采用可协调SOC的充电调度方法,可以有效减小配电网的调度成本,降低配电网的碳排放量。

电动汽车路径规划模型与算法研究进展

电动车技术的发展为物流企业提供了一种配送车辆的新方案。电动车具有低污染、低噪音等优点,其续航短、充电站有限等特性也带来了新的挑战。电动车路径问题(electric vehicle routing problems,EVRPs)在交通运输、物流管理等领域得到了广泛应用,受到了众多学者的关注。整理了电动车路径问题及其主流变体的问题描述,分析了其各自的提出背景与适用场景。对EVRPs的求解方法和技术做了归类,分析了各方法的优劣,并介绍了相关实际应用。给出了EVRP基准数据集与带时间窗的电动车辆路径问题的基准数据集的基本信息和部分节点分布图,对比分析了已对EVRP基准数据集应用的算法。展望了EVRPs的发展前景。

多配电台区电动汽车充电设施柔性协同运行方法

随着配电网中电动汽车规模化接入,其无序充电行为引发的充电负荷增长趋势日益显著,导致配电变压器过载、配电台区网损增大以及负载不均衡等诸多问题。文章围绕配电网台区电动汽车接纳能力提升问题开展研究,针对电动汽车的无序充电行为导致配电网运行经济性差、安全运行风险高等问题,提出了基于柔性互联的多配电台区电动汽车充电设施协同优化运行方法,考虑用户参与意愿、充电费用、用户满意度、配电网安全性等,结合智能软开关(soft open point,SOP)功率互送的能力,实现了台区间的互联互供。算例分析证明,文章的方法可降低变压器过载风险,大幅增加台区运行的经济性,通过台区间的柔性互联设备实现充电负荷转移与灵活资源共享,从而大幅提升配电台区对电动汽车的接纳能力。

考虑低碳的多目标冷链混合车队路径规划研究

为提高冷链物流运输效率,实现节能减排的低碳目标,探讨了多目标低碳冷链车辆路径问题(multi-objective low carbon vehicle routing problem in cold-chain logistics distribution,MOLCVRPCLD)。与现有文献相比,考虑了更为低碳的电动车与燃油车混合车队,建立了以综合成本最优、碳排放最小为目标的优化模型。其中,综合成本包括车辆的固定成本、时间窗成本、货损成本、油耗成本、耗电成本,碳排放包括燃油碳排放和制冷碳排放。根据模型特点,设计了贴合模型的非支配排序遗传算法(non-dominated sorting genetic algorithm Ⅱ,NSGA-Ⅱ)对该模型进行求解,并利用遗传算法(genetic algorithm,GA)分别对两个目标进行优化以验证模型和算法的有效性。

稀土顺丁橡胶在电动汽车轮胎中的应用

电动汽车的快速发展对汽车轮胎提出更高的技术要求,轮胎中橡胶原料的选择对提升轮胎性能具有至关重要的作用。研究了稀土顺丁橡胶在电动汽车轮胎中的应用。实验结果表明,中国石化燕山石化公司生产的稀土顺丁橡胶Nd40制备的胎面胶的基本物理机械性能优异,滚动阻力低于国外稀土顺丁橡胶A1和国产镍系顺丁橡胶BR9000。使用Nd40制备的胎侧胶强度高、生热低、屈挠龟裂性能优异,有利于延长轮胎寿命。使用Nd40制备的205/55R1691V型电动汽车轮胎滚阻性能达到A级,制备的235/45ZR1898W型电动汽车轮胎湿路面抓着性能达到B级、滚阻性能为C级,满足国内电动车厂商的要求。