能源系统动力学

能源系统动力学（精选11篇）

能源系统动力学 篇1

引言

当前,发展可再生能源已成为世界各国保障能源安全、调整能源结构、减少温室气体排放的重要举措[1]。随着经济社会的发展,我国能源需求持续增长,能源资源和环境问题日益突出,加快开发利用可再生能源已成为我国应对日益严峻的能源环境问题的必由之路。

由于可再生能源资源自身的广域分散性、环境依存性等内在特征,同时相关政策也存在很大的不确定性,可再生能源发展进程中会呈现较大的动态特性。为了定量评估可再生能源在国家整体能源战略中的贡献,有必要从宏观、系统层面上分析可再生能源发展的核心动力与制约因素,探讨各因素对其发展的影响机制和程度。然而,涉及可再生能源发展的各因素间存在着复杂的非线性相互作用和反馈因果关系,常规的数量研究方法难以全面把握其复杂的变化趋势。针对上述问题,作为处理高非线性、复杂时变、高阶次问题的有力工具,系统动力学(System Dynamic)被广泛应用与可再生能源的应用于发展研究。

从具体的应用范畴着手,通过总结和分析国内外学者的研究成果,全面梳理了系统动力学在可再生能源领域的研究与应用现状。同时,基于对现状的深入解析,提出了未来系统动力学可能扩展的研究方向。

1 系统动力学简介

系统动力学由MIT的Forrester于1956年提出,初期主要应用于工业企业管理,处理注入生产与雇员情况的波动、市场股票与市场增长的不稳定性等问题[2]。系统动力学是以管理科学与系统科学为理论基础,以计算仿真技术为手段的交叉、综合性学科。与其他研究方法相比,系统动力学具有以下特点[3]:

1)适用于高度非线性、高阶次、多变量、因果反馈、复杂时变系统问题的研究。

2)系统行为模式与特性主要取决于其内部结构和反馈机制;在内外部因素作用下系统按一定规律发展演化。

3)定性与定量分析相结合,从系统层面进行整体思考与推理,耦合分析与综合方法。

4)决策者、建模人员与专家群众的有机结合;可以运用各种数据、资料、经验与知识,同时融合其他学科理论与方法。

2 基于系统动力学的可再生能源发展战略研究

20世纪90年代,系统动力学在社会经济各领域得到广泛应用与传播。在此期间,产生了世界动力学、城市动力学、企业动力学、能源动力学、工程动力学与生态动力学等多元应用形态。R.F.Naill[4]于1992年首次将系统动力学理论引入能源研究领域,分析了美国国家能源政策规划,并从定量层面确定了美国能源领域对应气候变化的代价。

我国的吴叶君[5]于1998年建立了包括可再生能源等6个子能源模块的系统动力学模型,并对主体模型的主要变量进行了预测模拟。Andrew Ford[6]梳理了2000年以前系统动力学在能源领域的研究状况。近年来,随着可再生能源技术的大规模推广,系统动力学所具备的诸多特点很好地契合了其研究需求,被广泛应用于从宏观层面探讨可再生能源的发展战略。

2.1 政策评估相关研究

可再生能源是实现能源供应多样化、应对气候变化和实现可持续发展的重要替代能源;但其局限性也较为突出,如自身的波动性、间歇性和不可准确预测性等因素导致开发难度大,加上相关技术不成熟,使得可再生能源发展动力相对不足[7]。为了切实推进可再生能源发展,世界各国出台了一系列鼓励政策,主要体现在目标引导、价格激励、财政补贴、税收优惠、信贷扶持、科研和产业化促进等方面[8]。然而,如何评估一套扶持政策是否有效,这是目前亟待解决的问题;而系统动力学则为复杂性政策评估提供了有效的解决途径。Coyle[9]提出了一个系统动力学用于政策评估的基本建模流程,受到学术界公认,被广泛应用于相关研究分析。基于系统动力学的政策评估流程,如图1所示。

E.Alishahi[10]等认为大型风电场的间歇虚性和不确定性因素是主要的投资风险,而系统动力学则可作为一种革新方法应用到其投资规划中。A.Robalino-López[11]等为了研究开发可再生能源和减少化石燃料使用对GDP的影响,搭建了基于卡亚公式、GDP、可再生能源之间关系的系统动力学模型,目的是在尽可能控制CO2排放的情况下使GDP保持增长态势,提高可再生能源的消费比例,调整产业结构。Amy J.C.Trappey[12]等建立了基于系统动力学的投资收益评估方法,适用于评估任何行政区域的可再生能源政策。

在国内,Chiung-Wen Hsu[13]以台湾光伏市场为研究对象,通过分析其市场环境和政策环境,建立了装机补贴和上网电价对光伏装机规模影响的系统动力学模型;基于该模型,模拟了光伏装机容量以及碳排放成本在不同补助政策下的演化情况,并通过对演化结果的分析得出了最适合、有效的补助机制。王欣[14]等对光伏发电系统建立了系统动力学模型。薛万磊[15]为了研究并网保障机制对可再生能源发展的作用,首先分析了可再生能源并网现状、政策环境和其他重要影响因素,以及这些因素之间的制约关系,然后建立了系统动力学评估模型,并根据模拟结果从技术、政策和经济3个层面提出了应对措施。张园[16]等以天津市能源结构为研究对象,运用系统动力学方法评估了3种不同能源结构模式下能源消耗状况和温室气体排放情况,从而确立最佳能源结构形式。赵新刚[17]等在构建绿色证书市场和电力市场均衡模型的基础上,建立了系统动力学模型;通过模型模拟可再生能源配额在2012~2020年的实施情况,并对可再生能源配额的政策效果进行了评估。Chiung-Wen Hsu[18]提出了综合考虑电力需求稳定性、燃料价格、风力发电装机容量和鼓励机制等主要变量的系统动力学模型,同时根据市场情况的差异性提出了相对应的鼓励措施。

综上所述,系统动力学分析方法对于可再生能源政策的动态评估具有较强的适用性,而融合电力和能源改革相关政策的分析则是今后的热点所在。

2.2 中长期预测研究

由于可再生能源应用是一个长期、动态的过程,为了对其未来的发展趋势和水平做出推测和判断,需要通过科学的方法和逻辑推理进行预测研究。

Dagnija Blumberga[19]等基于系统动力学方法模拟了拉脱维亚在现有的政策条件下电力市场结构的长期发展趋势,结果表明:在适当的经济激励、技术持续进步、化石燃料价格上涨的情形下,可再生能源具有很大的发展潜力;到2050年时,CO2排放量可降低70%左右。Andra Blumberga[19]等为了预测到2050年波罗的海能源系统变化趋势,通过分析统计该地区各国家的能源流动、各项发电技术的扶持政策和装机容量,运用系统动力学方法建立了一个动态能源经济模型,结果表明:风能的发展潜力在波罗的海地区占主导地位;由于光伏的投资成本降低,太阳能在2025年开始将更具竞争力;2020~2030年,水能和生物质能的比重会持续增大;而沼气仍未能在发电领域发挥重要作用。Josephine K.Musango[20]等建立了基于系统动力学的生物能可持续评估模型,通过对实际案例的演示和评估,探讨了系统动力学对于处理该问题的优点和局限性。

陶冶[21]等为了研究中国未来能源结构状况,运用系统动力学方法建立了包含经济、能源、环境的定量分析模型,并基于该模型对不同情景下中国2020年的能源结构的动态发展进行了研究。李晨[22]等提出了基于系统动力学的可再生能源并网对电力市场影响的动态分析方法。宋辉[23,24]等基于系统动力学方法对我国碳减排目标和可再生能源替代率目标的实现可能性进行了分析。

2.3 多方法耦合应用研究

EI Mehdi Ben Maalla[25]等以住宅为目标市场,应用系统动力学仿真分析了微型热电联产系统取代集中供电和传统锅炉的中长期发展潜力。模型考虑了学习效应带来的投资成本降低的反馈,还借鉴巴斯模型原理模拟了微型热电联产技术的扩散过程。Changwoong Jeon提出了同时优化可再生能源经济补助和公共研发投资的方法。通过结合系统动力学与实物期权模型,捕捉投资者、消费者和政策制定者以及经济、能源和环境等不确定因素之间的动态关系。该方法使得补助优化更加灵活和准确。根据该模型的评估结果可以在达到光伏既定目标的前提下,补助支出最小的方案。Yi-Hsuan Shih[26]结合系统动力学与生命周期效益评估,分析了可再生能源政策和能效提升政策,评估了能源可持续发展的成本效益,制定了面向可持续发展的能源政策。

3 系统动力学在能源领域的应用研究展望

当前,系统动力学在我国能源领域的应用还停留在理论研究层面。相比于国外将系统动力学应用于能源政策制定、目标引导设定、能源公司战略制定等方面,我国的能源动力学研究还有着广阔的发展空间。

3.1 应用领域的拓展

系统动力学在可再生能源政策的制定和评估方面提供有力支撑。此外,以燃气冷热电三联产系统为主体的分布式能源在我国的发展也处于初级阶段,国家的扶持政策尤为重要。由于分布式能源的自身特性,加上能源市场错综复杂的属性,运用系统动力学来制定和评估分布式能源激励政策,能够在控制财政支出的前提下,达到促进分布式能源发展的目的。再如,随着新能源汽车的出现,国家对新能源汽车也提出了相应的补助措施,对此,也可以将系统动力学应用到新能源汽车补助措施的制定研究中。

目前,世界各国对环境问题愈发重视,2015年法国巴黎气候大会上,我国政府提出了到2030年CO2排放到达峰值,非化石能源占一次能源消耗比重达到20%的战略目标。这样的承诺背后是经过了大量分析和研究,目的在于在不影响经济发展的情况下,实现这些环保目标。而系统动力学可以为这些目标的设定与评估提供理论依据和数据支撑。

对于能源生产和服务企业,系统动力学可以为企业发展战略的制定提供帮助。例如,该方法可以从企业目标市场的锁定、生产规模的大小、以及产品竞争力分析等方面进行模拟研究。

3.2 研究方法的创新

近年来,系统动力学在多个领域得到了快速发展,但是在处理特定和专业性较强的问题时,凸显出模型构建准确性不足的情况。为此,有学者提出将系统动力学与其他学科知识相结合,而结果也证明该方法的有效性与实用性。多方法的耦合应用既可发挥系统动力学的优越,又克服了在面对专业性强问题时所凸显的局限性,使系统动力学的适应性大为提高。例如,将复杂性分析、成本收益法、蒙特卡洛法以及局部优化等方法与系统动力学结合起来,可为更多专业领域的复杂性问题提供解决方法。从事物推动和发展的角度来看,系统动力学与其他学科知识相结合的混合方法模型将是未来系统动力学研究方法的发展趋势。

4 结语

通过对可再生能源领域系统动力学应用文献的梳理可以发现,系统动力学突破了传统分析方法的局限性,在解决复杂的能源系统问题方面具有一定的有效性与实用性。然而,系统动力学也并非完美,在建立系统动力学模型过程中,模型边界的确定、影响因素的量化、模型验证等方面都是建模过程中的难点。因此,需要借助其他学科知识来弥补这些缺陷。系统动力学与专业学科知识相结合的混合模型方法不仅适用于能源领域,同样适用于其他领域的研究。

摘要：根据对系统动力学概念和特性的深入探讨,阐述了系统动力学理论对于从宏观、系统层面研究可再生能源发展战略的适用性。同时,基于对系统动力学在能源领域应用历程的全面回顾,根据其主要研究目的,从政策评估、中长期预测和多方法耦合等3个角度对系统动力学在可再生能源领域的国内外研究现状进行了梳理与评述。在此基础上,从应用领域和研究方法 2个方面提出了未来系统动力学在可再生能源相关研究领域的发展方向。

关键词：系统动力学,可再生能源,现状,展望

未来动力能源方向在哪里？ 篇2

十年后日本道路上行驶汽车动力源的主流会是什么样的呢？最近我就此咨询了很多技术人员和研究学者。“10年后还是汽油机和柴油机是主流，这是可以确定的。”德国技术人员表达了这样的看法。但20年以后呢？日本国内领先的内燃机研究所的老师认为，20年后燃料电池汽车可能占到全体汽车的1%左右，纯电动汽车大概能占到15%，混合动力车大约占30%。这样一来剩下的54%还是使用与现在相同的发动机，混合动力车也搭载发动机，那么仍有84%的汽车需要发动机。

2011年3月11日，日本东北地区太平洋沿岸发生的大地震。那一天，在横滨日产汽车的总部举行了纯电动车“LEAF”的媒体试乘会。远离震源的首都东京和西边的横滨基本上没有遭受损失。但是几天后震源附近的核电站发生了重大事故，考虑到安全性，政府决定停止全国核电站的工作。这样一来日本全国进入了电力不足的状态。刚发售的“LEAF”就因为这种电力不足的情况销量没能上去。

这次地震之后，我向从事纯电动车开发的大学和汽车制造企业的研究所、政府系的研究所进行采访，向他们询问为什么日本纯电动车无法大面积推广。回答很简单，纯电动车的普及计划是建立在核能发电的低价电上的。今后一段时间的日本将会依赖天然气、石油等火力发电，毫无疑问电价会上升，这就推迟了纯电动汽车的普及。

2010年我向日产汽车咨询了对纯电动汽车需求的预测。研究人员告诉我，到2050年，纯电动汽车和混合动力车加起来约占全体汽车的60%左右，但混合动力车也要搭载发动机，那么搭载传统发动机的汽车占到全体汽车的70%左右。因此必须继续传统发动机的研究，而且重型货车和大型客车纯电动化很困难，现在还无法实现。那之后3年的现在，日本国内核电站都处于停止状态。日产汽车与三菱汽车的纯电动车的销售都很困难。丰田汽车和本田汽车的混合动力车卖的都不错。年内富士重工和马自达都准备发售自己的混合动力车，而他们都没有发售纯电动车的计划。

就在前几天，横滨市举办了汽车技术展览会。有很多电动车相关的新技术得以发布。其中，最吸引我的是英国莲花技术开发的增程型电动车。这是一种使用3缸发动机进行发电，电力存储于蓄电池，然后驱动电动机工作的混合动力车。车体是2人乘坐的莲花Evora，用3缸发动机取代原来的V6发动机。

欧洲对应汽车二氧化碳排放的限制很严格，现在开始对超过基准的汽车制造企业处以罚金。这对法拉利和莲花这样专门生产高性能汽车的企业来说是个很严的限制，因此法拉利和保时捷都发布了混合动力车销售的计划，莲花则更进一步，开发了接近于电动车模式的混合动力车。

日本方面，三菱汽车发售了全轮驱动的混合动力SUV“欧蓝德PHEV”，它可以外部充电，既能使用发动机驱动也能使用电机驱动。电动机在前后轴都有安装，使用了三菱汽车独特的全轮驱动技术，达到了和Lancer Evolution相同的高运动性能。我试驾后，感到它的完成度非常高。电动机在中低转速扭矩强，汽油发动机在高转速时发力，两者混合起来是非常理想的动力源。

在混合动力车上先走一步的丰田汽车，采用的系统是通过行星齿轮将发动机、电动机和发电机混合在一起的方式，虽然拥有变速机能，但由于发电机无法脱开而一直处在发电状态，对驱动力存在影响。欧洲系列的混合动力车没有像丰田方式那样改善燃油消耗的效果，但很多系统在加速时电动机能辅助发动机进行工作。同时，像三菱汽车那样接近纯电动汽车，可以外部充电的混合动力车也有不少企业在开发中。

那么哪种方式会成为世界的主流呢？这也是件很有意思的事。

多能源动力总成管理系统仿真分析 篇3

混合动力汽车是介于内燃机和电动汽车之间的一种车型,它继承了电动汽车低排放的优点,又发扬了石油燃料高的比能量和比功率的长处,显著改善了传统内燃机汽车的排放性能和燃油经济性,增加了电动汽车的续驶里程,对于中国这样一个贫油和污染较严重的国家来说具有相当重要的战略意义和现实意义。

多能源动力总成管理系统负责处理整车的能量管理和动力分配策略,协调控制各总成部件,是混合动力汽车最为核心的技术。控制系统能够在各种工况下解析驾驶员的操作意图,计算出车辆行驶的需求转矩,并将其最优化地分配到各个动力驱动装置,以获得更好的燃油经济性和更低的排放。运行过程中控制系统不断的优化整车的能量分配,使混合动力汽车在不同的工作模式之间进行切换,并回收减速或制动时的能量,从而使整车获得最佳的性能。在本文所研究的模型中,多能源管理系统将加速踏板的位置,发动机,发电机以及电动机的速度,还有电池的状态(电压和荷电状态)作为输入信号,通过一系列控制,最终得到的输出信号是电动机和发电机的参考转矩以及节气门的信号。通过多能源动力总成管理系统得到的输出信号再分别输入到发动机模型,发电机和电动机组合而成的电力驱动模型中去,可以实现对三者的控制。从而根据汽车的需求将动力进行合理的匹配,使汽车运行在最佳状态。

1、电池管理系统

作为混合动力汽车的一个主要动力源,电池管理系统起着十分重要的作用。无论是发电机还是电动机,都离不开电池的参与。电池在混合动力汽车中还起到了能量缓冲的作用,在一定的条件下通过充电的方式将电能进行储存,而在车辆需要电动机发出功率时再将能量输出。

在该电池管理模型中,主要是对电池SOC (电池的荷电状态)工作范围进行了设定,这样做的目的是为了防止电池进行过度的充,放电,从而对电池的寿命起到了保护作用。在此模型中,我们将范围限定在了40%到80%之间,设定电池的初始电量为41.53%,利用一个触发器对电池进行控制,从而得到电池的充电功率。

具体的控制策略为:当电池的电量低于40%时,电池需要充电,而电池的额定功率为21Kw,因此电池进行充电直至-21Kw。但只要电池电量还未达到80%时,电池一直保持充电状态。当电量大于80%,电池停止充电。由示波器得到电池的电量波形图为图1所示。

2、汽车所需要的驱动转矩与驱动功率

2.1 驱动转矩

汽车在行驶过程中的驱动转矩主要由加速踏板的位置以及电动机的转速得出。汽车的最大转矩是400N·M,将加速踏板的为位置与之相乘则可得到汽车所需转矩,但是这个转矩有一个限定范围,而该范围则是由电动机的转速来决定的。在这里,电动机的转速与转矩有一定的函数关系,通过这个插值函数,可得到转矩范围,插值函数如图2所示。

在该坐标图中,横坐标代表的是电动机转速,纵坐标代表的是转矩。所以,根据加速踏板的位置所求出来的驱动转矩若在范围内,就为汽车所需的驱动转矩,若在范围外,则驱动转矩为该限定范围的上极限值或是下极限值。

2.2 驱动功率

因为无论是纯电驱动,纯发动机驱动还是混合驱动,最终都需要通过电动机进行驱动,所以根据功率与转矩的关系,汽车行驶所需要的驱动功率为驱动转矩与电动机转速的乘积。

3、混合动力管理系统

3.1 混合动力使能信号

混合动力汽车,顾名思义就是汽车有两个或两个以上个动力源,根据条件的不同,在汽车行驶时可以是单个动力源独立驱动,也可以是多个动力源混合驱动。那么,在何时汽车应该进行混合驱动就成了控制的关键。混合动力使能信号就是用来控制汽车在什么时候开始混合,又是在什么时候停止混合的。在本文中,假定汽车没有混合时,信号输出为0,而汽车混合时,输出信号为1。

在该混合动力汽车的模型中,使能信号是由驱动功率的参考值与电池的充电功率决定的。控制混合使能信号的模型如图3所示。

通过对控制模块的分析得知,对于混合动力信号的最终实现,驱动功率的参考值与充电功率是“或”的逻辑关系。也就是说,当驱动功率的参考值大于设定的12Kw时,这时仅仅靠纯电驱动已经不足以满足汽车行驶的需求了。所以,要开启混合动力模式;“或”当电池的充电功率不等于0时,混合动力也要开启。这是因为由上文中分析的电池管理模块可得知,当电池的SOC低于40%时,为了防止电池的过度放电,电池需要充电。所以,这个条件可以转化为当电池的SOC低于40%时,混合动力开启。那么,反过来,混合动力关闭的条件为当驱动功率的参考值大于12KW“且”电池的SOC大于等于40%。

3.2 发动机参考转速

之所以要求出发动机的参考转速,是为求解后面发电机的参考转矩,电动机的参考转矩等量作铺垫。根据图4所示的控制模型,我们可以得出发动机的参考转速。

要求发动机的参考转速,首先要知道发动机的参考功率。由模型可得:P*ICE=|驱动功率-充电功率|,从这个式子也可说明,当电池处于未充电状态时,发动机的参考功率就是汽车驱动功率的参考值;当电池处于充电状态时,由于充电功率为负值,所以实际上是将驱动功率的值与电池充电的功率值相加,说明了此时只由发动机纯驱动,发动机发出的功率一部分直接驱动汽车,另一部分则通过发电机给电池充电。所要求的发动机参考转速与发动机参考功率间存在着一定的函数关系,于是通过插值函数模块,我们可得到发动机的参考转速,插值函数见图5。

该坐标图中,横坐标代表参考功率,纵坐标代表的是参考转速。由该插值函数得到的参考转速还要再乘以AccelGain=1.1,然后判断得到的值是否在750～5000rpm之间,若在,则输出值为发动机参考转速;若低于750rpm,则为750rpm;若高于5000rpm,则为5000rpm。

3.3 发电机参考转矩

(1)发动机的参考转矩

该模块被用来计算ICE所需要的转矩,并且它还被用来在混合动力关闭时,计算使ICE停止所需要的转矩。具体模型见图6。

我们可以看到控制发动机的参考转矩有三条支路:第一条支路是与发电机的转速相关的。根据设定的值,我们发现:当发电机的速度<200rad/s时,该支路输出信号为0,发动机是不输出转矩的,当发电机速度>300rad/s时,该支路输出信号为1,发动机才有转矩输出。

第二条支路是用来求解发动机的参考转矩的,即把发动机的参考功率除以参考速度。在这条支路中,我们采用了采样与保持模块来进行控制。即当使能信号一开始为0时,转矩输出为0;当使能信号为1时,输出计算出的转矩;在这以后,当使能信号又为0时,那么使发动机停止的转矩则保持上一时间段内使能信号为1时的转矩值。

第三条支路用来对发动机的参考转矩进行修正,其值在0—1之间。

这三条支路的乘积就是发动机的参考转矩T*ICE。为了验证以上三条支路,我们将发电机转速输出信号,使能信号和发动机参考转矩放在一张图上进行说明,见图7。

在图7中,蓝色代表转矩,红色代表发电机转速输出信号,绿色代表使能信号。我们可以看到,只有当红线为1时,发动机才有转矩输出,当红线为0时,发动机不输出转矩。

(2)发电机的参考转矩

由行星齿轮机构可得知,发动机的转矩与发电机的转矩是存在一定的比例关系的。在这个模型中也可以得到验证,见图8。

T*Gen=T*ICE(-1/(Kb-1)),Kb=-2.6。对发电机的转矩也有范围的限制,在上文中我们已经知道了发电机的额定功率为30Kw,所以发电机的转矩范围为。

3.4 电池的可利用功率

该模型主要是对电池在充电和不充电时刻所利用的功率进行输出,同时还输出了发动机功率的参考值和测量值。见图9。

(1)电池可得功率

当电池充电功率为0时,电池可得功率为发动机功率的参考值与测量值之差。即Baterry Power P*ICE-P＿ICE。因为当电池充电功率为0时,发动机的参考功率等于汽车的驱动功率,而汽车此时由发动机和电池共同驱动,所以电池的功率为驱动功率减去发动机的测量功率,即P*ICE-P＿ICE。当电池在充电时,电池功率为充电功率。

(2)发动机功率(参考值,测量值)

发动机功率的参考值在上文我们已经求出了,但是当P*ICE<11Kw时,发动机不输出参考功率;只有当P*ICE>12Kw时,才输出功率参考值。

发动机功率的测量值就是将发动机转矩和转速的测量值相乘。

3.5 电动机的参考转矩

电动机参考转矩的输出是由电动机的转速控制的。其模型图见图10。

当电动机转速<100rpm时,此时汽车处于纯电动驱动模式,电动机的参考转矩输出为汽车的驱动转矩；当电动机转速>200rpm时,电动机的参考转矩为电动机的参考功率除以电动机的转速。我们知道,电动机的所有电能来自于发电机和电池,所以电动机的参考功率为发电机参考功率与电池功率之和。因此,对应于不同的电动机转速,电动机的参考转矩有不同的输出。

4、结论

本文对多能源动力总成管理系统中的各个子模型进行了详细地分析。根据加速踏板位置信号,电池的状态以及发动机,发电机,电动机三者的转速,通过该系统的控制策略,将动力进行合理的匹配,最后得到了发动机的节气门信号,电动机和发电机的参考转矩。再将这些输出信号输入到发动机模型和电力驱动模型中,实现对发动机,发电机和电动机的合理控制。

参考文献

[1]康龙云.新能源汽车与电力电子技术[M].北京:机械工业出版社,2011:50-54.

[2]蔡梦贫.混合动力系统概述[J].汽车电器,2005,(1):55-59.

[3]Floyd A.Wyczalek,Market Mature 1998 Hybrid Vehicles[J].IEEE,1999:93-96.

能源系统动力学 篇4

2011年硕士研究生招生复试办法

大连理工大学机械工程与材料能源学部能源与动力学院根据《大连理工大学2011年硕士研究生招生复试办法》的精神，结合我院实际情况，本着公平、公正、公开的原则，坚持执行政策透明、规则公开、程序公正、结果公开、监督机制健全，维护考生合法权益，特制定本实施办法和相关安排。

能源与动力学院2011年硕士研究生招生按一级学科划线录取，本年计划招收工学硕士79人（其中推免生17人）；招收全日制专业学位硕士研究生16人（其中推免生14人）。工学硕士研究生学制三年；全日制专业学位硕士研究生学制二年。全日制专业学位硕士研究生与学术型硕士研究生的复试办法相同，复试、录取同时进行。

一、复试分数线及比例

能源与动力学院2011年硕士研究生招生达到工学门类线的生源不足，按工学照顾学科确定复试分数线实行差额复试。参加复试的考生人数确定以本学科招生规模（不含校内外推免生）的140%且满足工学照顾学科复试最低分数线。复试名单另附。

能源与动力学院本研究生招生复试分数线

院内各专业在合格生源不足招生规模时可首先进行院内调剂。参加第一志愿专业面试淘汰下来的考生可调剂到招生规模不足专业方向。院内调剂需要填写《院内调剂申请表》，表格可到各专业复试记录员处或到研究生教务办（机械学部217房间）领取，经本院第一志愿报考专业和接收调剂专业的专业负责人双方同意后方可参加院内调剂复试，各专业负责人名单及联系方式近期在学院二楼研究生公告栏内查阅。

1二、报到时间及报到手续

能源与动力学院2011年硕士研究生招生复试报到时间定于3月24日。大连理工大学本校参加复试的考生安排上午报到（9点开始），校外考生24日下午报到。报到地点：能源与动力学院 208会议室，具体时间详见复试工作日程表。

同等学力考生加试的两门专业主干课考试时间安排在24日进行；小语种（俄语、日语等）听力测试安排在24日晚17:30进行，具体考试时间及考试地点请查阅复试工作日程表。请相关考生安排好报到时间。

学院将对考生复试资格进行严格审查，通过资格审查后方可进行复试，请所有参加复试的考生带齐所有审查材料（审查材料不齐全者不能参加复试）。审查内容包括：

（1）准考证（准考证丢失的考生需要提供信息采集表）

（2）身份证（须交一份复印件, 新版身份证要求同一张纸复印身份证正反2面）；

（3）本科学习期间成绩证明（参加复试考生均收取在校期间学习成绩单，作为

复试参考，务必带由教务处盖章的成绩单，）；

（4）应届本科毕业考生须提交本人所在学校教务处出具的在学证明、学生证，否则视为同等学力考生。往届考生需要提交本科毕业证书原件（定向、委培考生须交一份复印件），无原件考生一律不准参加复试；在国外获得学位的考生，应提供由教育部留学服务中心出具的国外学历、学位认定证书，无此证明者不得录取；

（5）属于下列情况者视为同等学力：成人教育的应届本科毕业生（成人脱产、业余、夜大学、函授、电视教育、网络教育）、国家承认学历的本科结业生及高职高专毕业生。同等学力考生获得国家承认的毕业学历后，工作两年或两年以上（从毕业到2011年9月1日，下同），修完本科学位主干课11门以上并成绩合格（必须出具有资质的开课单位教务处的成绩证明），并在国家核心期刊上发表一篇以上学术论文（署名前2名）的考生。专科毕业需研究生院审核同意后，方可参加复试。

需要注意：同等学力的考生除参加复试中的专业课笔试外，还须要加试两门所报学科、专业本科主干课程，每门考试时间3小时，满分均为100分，不计入复试总成绩。任一门课不及格（不足60分）者不能被录取，不再进入学院（系、部）复试程序。加试统一由研究生院招生办负责，时间安排在3月24日进行，地点在研究生院会议室，请考生务必在3月21日之前与能动学院院办李老师直接联系（联系电话0411-84707076），以便安排加试科目的相关工作。如果不提前联系者视为自动放弃。

（6）少数民族骨干考生还须提交《“少数民族高层次骨干人才计划”硕士研究生考生登记表》及考生所在单位证明。

（7）考生核对证件号码、姓名、通讯地址及联系电话等信息；交纳复试费。

特别注意：

〃属于自考生毕业证书应盖有下列印章：毕业证书中应有××省（市、区）高等教育自学考试委员会名称和印章、主考学校或就读学校名称和印章。

〃网络教育省发证时间：必须是2010年11月14日前，否则没有资格参加复试及录取。

〃自考生获得毕业证时间须是2010年11月14日以前。

〃本科结业指的是没有毕业证书者，属于同等学力考生。

〃高职高专毕业：必须工作两年以上（截止日期为：从毕业到2011年9月1日），且须出具有资质的开课单位教务处证明的本科阶段11门以上主干课程成绩合格单，同时具有国家核心期刊发表一篇以上学术论文，署名前2名。由研究生院审核同意后，方可参加复试。

〃国外学位、学历的考生须提供教育部留学服务中心出具的学位、学历认定书。

三、复试方式及内容

复试包含三方面内容：专业素质和能力、综合素质和能力、体检。

专业素质考核是指全面考核考生对本学科（专业）理论知识和应用技能掌握程度，利用所学理论发现、分析、和解决问题的能力，对本学科发展动态的了解以及在本专业领域发展的潜力；大学阶段的学习情况；外语听说能力；创新精神和创新能力等。

综合素质考核则指对学生思想政治素质和道德品质，本学科（专业）以外的学习、科研、社会实践或实际工作表现，事业心、责任感、纪律性、协作性、心理健康以及人文素养等方面的考核。

本复试总成绩满分为330分。专业课笔试成绩、外语听力和口语测试成绩、综合面试成绩、特殊学术专长或具有突出培养潜质加分四者相加，即为考生的复试总成绩。

复试期间发现考生不符合报考规定条件、考试违纪、替考、身体及政治思想道德状况不符合录取要求的，一律视为不合格，不予录取。凡复试总成绩低于200分、综合面试成绩低于120分、专业课笔试成绩低于60分、外语听力测试缺考、同等学力考生的加试科目中的任何一门考试成绩低于60分的，即为不合格，不予录取。

（1）笔试

动力机械及工程专业报考1－5研究方向的考生专业课笔试科目：《内燃机原理》，参考教材：①内燃机原理教程，许锋编著，大连理工大学出版社，2010；②Internal Combustion Engine Fundamentals, John Heywood, McGraw-Hill, 1988。动力机械及工程专业报考

6－7研究方向以及其他专业考生专业课笔试科目：《大学物理学》（力学、热学、电磁学三部分）；参考教材：《大学物理学》——21世纪高等院校教材余虹主编，科学出版社出版。

笔试时间为2小时，满分100分，计入复试总成绩。

（2）外语听力测试

外语听力测试满分15分，时间20分钟，计入复试总成绩。

（3）综合面试和口语测试

综合面试的目的是为了更加全面了解考生情况，考查其综合素质，识别少数专攻考研课程的应试考生所学专业知识的程度。综合面试时间每生一般不少于20分钟，满分200分，计入复试总成绩。口语测试满分15分，外语口语测试与综合面试一起进行，计入复试总成绩。

（4）心理素质测试

心理素质测试于专业综合笔试一起进行，需带2B铅笔和橡皮。此测试结果不计入复试总成绩，仅供录取时参考。

另外，对有特殊学术专长或具有突出培养潜质者，以及在科研或相关实践中表现突出者，达到学院制定选拔标准（报研究生院备案），复试过程中由专家复试小组会议提交说明材料，经校研究生招生工作领导小组审核同意，并在网上公布，可适当加分，最高加分额度为50分，计入复试总成绩。

四、复试结束后拟录取考生须办理的相关手续

所有复试通过的考生均需要参加体检（包括校内外推荐免试硕士生），体检不合格者不予录取。体检工作在复试期间由校医院完成（具体时间详见学院复试工作日程表）。对于校内外推荐免试攻读硕士学位的研究生，由于复试工作已经在全国统一报名前（2010年10月）完成，不需要参加此次统招生复试，校内推荐免试硕士生也要参加此次学校安排的体检；外校推荐免试硕士生可在当地指定的二级甲等以上医院进行体检；体检结果请于5月初前直接寄给校研究生招生办。体检不合格者不予录取。

复试结束当天公布录取名单。拟录取考生须办理下列相关手续：

（1）自筹经费生:签订自筹经费合同书，自筹经费生学费7500元/年（包括非推免的全日制专业学位硕士研究生），合同书一式两份，考生和研招办各保留一份。

（2）保留资格生：需填写“保留资格申请”一式2份，本人留存1份，交研招办

1份（国防生均录取为定向生并保留资格2年，保留资格返回考生须填写《保留资格返回申请表》一式2份，院（系、部）留存1份，交研招办1份。以上表格在研究生招生主页下载表格。

（3）校外考生到学院领取本人档案的调档函，自行带回所在单位档案管理部门。少

民骨干生发放，其他定向、委培生不发放调档函。

（4）定向、委培生：到研究生招生办（研究生院301室）上交毕业证书、身份证复印件

并签订定向、委培协议书（须出具考生本人所在单位人事部门开具的同意报考我校定向、或委培硕士研究生的证明材料）。定向生不收培养费，委培生交培养费3万元。

（5）所有拟录取考生均须提供身份证复印件一份供制作建行龙卡使用（新版身份证

要求同一张纸复印身份证正反2面）。银行卡随录取通知书一同邮寄，邮寄时间在6月20日左右，请考生仔细核对报考时的通讯地址，如果认为收到录取通知书之前地址会发生变化，请到学院进行登记，统一到研究生院变更。

（6）对拟录取考生要求本人对身份证号、姓名等关键信息进行核对，如有问题，考

生务必带有效证件原件及复印件到研招办进行更正；如仅通讯地址、邮政编码等信息有误的，请到学院进行登记，统一汇总上报并更正。注意：考生报考信息中“最后学历码”一栏，是本科毕业的考生，如网报中错填为“3－本科结业”的，必须考生本人向研招办提交一份信息更正说明及相关证明材料。

五、调剂

学院复试结束后，学术型研究生合格生源不足招生规模时可以在相近的学科（类别）、专业（领域）调剂考生。调入学科（类别）、专业（领域）与第一志愿学科（类别）、专业（领域）应相同或相近，一般应统考科目相同，自命题考试科目相同或相近。考生初试科目中须有数学一（按规定数学

二、数学三不可调往数学一）。

全日制专业学位研究生复试结束后在没有满足录取规模时，可在满足我校有关校内调剂要求的前提下，由本院参加学术型硕士研究生复试但未被录取的考生中进行调剂，考生需要提出攻读全日制专业学位的申请，并填写校内调剂申请表。单独考试的考生不得调剂录取。

校内校外调剂录取考生均按自筹经费录取。

（1）校内调剂

校内调剂考生初试成绩须同时满足第一志愿学科（类别）、专业（领域）和拟接收调剂学科（类别）、专业（领域）的复试基本分数基本要求。调剂考生须经研究生院招生办公室审批同意后方可参加拟接收学科（类别）、专业（领域）组织的第二次复试。

经第二次复试，满足第一志愿学科（类别）、专业（领域）复试分数基本要求的考生数量还不足招生规模时，可以选择初试成绩达到学校对其第一志愿学科（类别）、专业（领域）所在学科门类（类别）初试成绩基本要求，且满足拟接收学科（类别）、专业（领域）的复试基本分数基本要求的考生进行再次复试调剂。调剂考生必须填写《大连理工大学硕士生校内调剂申请表》。

（2）校外调剂

从校外调剂复试的考生原则上是本科就读经教育部批准设立研究生院高校的学生，且满足教育部规定的调剂录取条件、初试成绩满足我校拟接收学科（类别）专业（领域）的复试基本分数线。调剂工作要通过“全国硕士研究生招生调剂服务系统”进行。

六、其它

● 复试报到及具体时间安排详见2011年硕士研究生复试工作日程表

● 复试期间参加复试的考生要时时注意查看学院二楼研究生公告栏内相关通知，复试最新动态我们会随时公布。

● 复试结束后，拟录取考生在收到可离校通知后方可离校。

能源与动力学院

智慧能源：加速布局动力三元市场 篇5

孔铭：远东福斯特是国内18650锂电池龙头，产量全球排名第三，仅次于三星和松下，国内排名第一。截止2016年底，估算公司具备1.7GWh三元动力电芯和6万套PACK的年产能，继续排名国内第一。但按照统计，随着竞争对手扩产的加速，2017年底公司有可能失去国内第一的位置。

《动态》：本次收购对智慧能源有什么意义？

孔铭：按照公司规划，本次定增项目将建设6条全进口动力电芯生产线，3条PACK生产线，建成年产13万套全自动化PACK生产线；4条进口钢壳和20条进口盖帽生产线等配套设备，实现年产3GWh的动力及储能锂电池的产量。按照初步测算，新建项目达产后新增年净利润可达7亿元，而增发股本上限仅为3.45亿股，即使产能利用率只有50%，亦可显著增厚公司每股收益。

《动态》：本次智慧能源募投项目任务之一就是进行高能量密度锂电池的研发。对此，你怎么看？

孔铭：公司布局储能，研发高能量密度锂电池是大势所趋。据悉，提高电池能量密度是我国“十三五”期间的重要课题。虽然，在目前的成本水平下，三元锂电池并不适用于工业级储能，但未来三元锂电用作家庭储能是一个重要的方向。此外，如果三元电池成本可快速下降，工业级应用并非不可能；三元电池的梯次利用也是一个可行的路径。本次产能扩张后，公司将视电动汽车与储能行业的发展，灵活配置产能，降低风险，并具备一定的协同效应。

《动态》：感觉到智慧能源的资本运作一直没有间断过，此次又新聘任了新董秘，看来公司是准备大干一场啊！

孔铭：并购常态化应该会成为公司未来重要的发展策略。我们看到，2014年公司通过控股上海艾能电力和北京水木源华，介入发电端和配电端；2015年又收购远东福斯特，并控股一批企业，形成“源-网-荷-储”协调发展、集成互补的能源互联网全产业链布局。

从2016年预期净利润构成来看，近两年并购的企业已占到利润贡献的50%。本次新聘任的董秘王征，具备丰富的资本市场运作经验，并曾担任互联网公司CEO，未来将对公司“买卖宝”、“材料交易中心”的运作以及持续外延式发展产生重要的推动作用。

《动态》：复牌之后，智慧能源股价高开低走，最终收出一根大阴线，你怎么看？

孔铭：智慧能源停牌时间不长，复牌又正值大盘回调，所以在经历了以涨停高开后，最终低走，收盘仅上涨了3.1%。从K线形态来看，一根大阴线看上去还是比较吓人的，但目前来看均线还未被破坏，股价有望整固之后重新开启向上趋势，投资者可关注。

能源系统动力学 篇6

HEV汽车根据其的动力传动结构可分为以下3大类,即串联结构、并联结构及混联结构等,它们在构造与特性上都有其各自的优势,其中,串联结构(Series Sehedule,简称SHEV)的优越性在于它解决了蒸汽机和内燃机的不能持续长时间工作的问题;并联结构(Parallel Sehedule,简称PHEV)的优越性在于它能保障整个汽车的能量供应;而混联结构(Series一Parallel sehedule)的优越性主要体现在汽车的性能上,其优于串联结构和并联结构,但它的缺点是对技术水平有很高的需求[3]。笔者通过采用Altera的Cyclone II系列的EP2C70F895C6N芯片为主控制芯片,实现了对混合动力汽车动力源的控制系统。

1 顶层设计

本设计中的三个动力源是按照混联方式连接的,首先将太阳能电池板和蓄电池做简单串联;其次考虑到太阳能电池板的电量可能过剩或者电量在不足以维持车辆正常运行时产生的电量需要用蓄电池贮存起来,所以必须将他们并联起来;最后在电能和内燃机车发电机组之间采用并联式结构,以保证一个动力源工作的情况下汽车能够正常运行。下面就系统的外部电路和SOPC bulider硬件设计作一简要介绍。

1.1 外部电路框架

能源管理系统主要由电源管理、信号采集、D A转换、主控、LCD显示、存储(SDRAM存储模块和FLASH存储模块)、继电器和USB下载器等7个模块电路组成。它完成了三种能源之间的自动切换,是以太阳能为主要动力源、蓄电池为辅助动力源、内燃机组为保障动力源的混联式混合动力汽车。其中,太阳能电池板与蓄电池之间采用并联式连接,当太阳能电池板能够提供足够能量时,由太阳能为汽车提供动力源,并将多余的能量存储到蓄电池中;当太阳能够不能提供汽车运行所需能量时,直接由蓄电池为汽车提供动力,但太阳能电池板产生的电量可直接存储到蓄电池中,此时太阳能与蓄电池是作为串联式连接的。还有一种情况就是太阳能和蓄电池都不能够提供汽车运行所需的动力时,这时由蓄电池通过马达启动内燃机,使内燃机工作,从而保证汽车的正常运行。总体的硬件设计框架见图1。

1.2 SOPC设计框架

采用SOPC Builder建立的硬件设计见图2,设计框架主要由nios II,SDRAM,EPCS,JTAG,PLL,FLASH,SYSID,PIO(IN,OUT),USB,LCD和Tri-State Bridge等组成。

SOPC硬件的设计成功后,生成.ptf.v文件,建立SOPC后并可生成原件的封装原理图,在此基础上可以配置外围器件,从而使整个FPGA的设计达成一致,这样封装的元件便于日后的升级和调用,此设计框架与其他方法设计的控制电路相比具有明显的优越性。

2 模块设计

2.1 AD转换模块

在本设计中AD0804转换芯片有两片,其连接方式采用是并联方式[4,5]。AD0804是8位输出的AD转换芯片,其工作电压为5 V,模拟输入电压为0V或者5 V,输出为0~255 V,可通过上述数据求出当前待测电压值和蓄电池的剩余电量。其电路设计图见图3。

2.2 LCD显示模块

SOPC Builder提供了字符LCD控制器的IP核,可以控制16×2字符型和Optrex 16027 LCD。该LCD控制器并没任何用户可配置的选项,直接添加就可以[6]。

具有Avalon接口的Optrex 16027 LCD控制器内核为提供给Nios II处理器在Optrex 16027(或者相当的)16×2字符型LCD显示字符所需要的硬件接口和软件驱动程序,设备驱动程序在HAL系统库中提供给Nios II处理器。Nios II程序使用ANSI C标准库函数访问LCD控制器(属于字符型设备),如printf()。LCD控制器需要安装到SOPC Builder中,以便将其加入到Nios II系统中。本设计中LCD用来显示当前的动力源工作状态,太阳能只有在光照条件下产生一定的电量,为人们提供了脚动力源实时状态的直观平台,使人们及时掌握车辆运行时的时间状态。

2.3 继电器模块

本设计将用到三个继电器,它们分别为继电器1、继电器2和继电器3,其输入回路全部使用控制芯片的引脚来直接控制,引脚状态为置0或置1,当引脚置0时,输入回路没有电流通过,输入电压为0 V,即继电器不工作;当引脚置1时,输入回路有电流通过,输入电压为5 V,即继电器开始工作。

继电器1用来控制太阳能电池板的通断,同时还对蓄电池进行互锁,并设置多个常开和常闭的输出回路的继电器,太阳能电池板接常开端,蓄电池接常闭端。当输入回路没有电流时,太阳能电池板在继电器1处处于开路模式,而蓄电池在继电器1处处于闭路模式。

继电器2单独用来控制蓄电池的通断,当继电器2的输入回路有电流(达到临界值)通过时,将使电路蓄电池给电动机供电,从而作为动力源为汽车提供动力;当继电器2的输入回路没有电流(未达到临界值)时,将使蓄电池回路与电动机之间断开,从而进入存储电量的状态。

继电器3用来控制汽车马达来保证内燃机的正常启动,当继电器3输入回路没有电流(未达到临界值)时,汽车马达即输出回路处于常开状态,即内燃机不启动;当继电器3输入回路有电流(达到临界值)时,汽车马达即输出回路处于闭合状态,从而通过马达启动汽车的内燃机作为汽车行驶的动力源。

3 软件设计

在太阳能电池板、蓄电池、内燃机组等3种能源中,将以太阳能作为优选能源,蓄电池作为过渡能源,内燃机作为保障能源,利用AD的实时采样来判断是否满足汽车运行的基本要求,即在程序中判断其值是否大于x1,若AD1的值大于x1,则控制Out2输出高电平,使得继电器1处于工作状态;反之,判断AD2的值,若AD2的值大于x2,则控制Out1输出高电平,使得继电器2处于工作状态;若同时不能满足AD1的值大于x1、AD2的值大于x2,则控制Out0输出高电平,使得继电器3开始工作。本设计中的软件流程见图4。

4 结束语

文章提出了一种新型的基于FPGA的混合动力汽车能源控制系统的设计方案,根据动力源状态,采用verilog语言进行描述,在设计中运用了FSM(有限状态机),该状态及方案相对固定、可靠性高,控制核心为FPGA芯片,具有稳定、便于修改和移植、可重用性高等特点。最后制作出电路板,并进行了功能验证,达到本设计的要求。

参考文献

[1]王紫婷,吴蓉.EDA技术与应用[M].兰州:兰州大学出版社,2003.

[2]马骏杰.基于DSP2812的混合动力汽车电机驱动控制器的研究[D].黑龙江:哈尔滨理工大学,2008.

[3]俞明,罗玉涛,黄榕清.一种混联式电动汽车驱动系统[J].华南理工大学学报:自然科学版,2001(8):90-92.

[4]沈振乾.基于NiosⅡ嵌入式喷涂控制系统的硬件设计与实现[D].天津:天津大学,2006.

[5]糜峰.基于SOPC的智能仪器多接口程控模块的设计与实现[D].江苏:江苏大学,2010.

能源系统动力学 篇7

(1) 人均能源拥有量低、储备量低

我国能源相对稀缺, 人均能源资源量远低于世界平均水平。

(2) 我国石油消费总体呈上升趋势。

2005年, 我国石油表观消费量为3.2亿吨。2006年全球石油消费只增长了0.7%, 但中国石油消费量增长近6.7%, 接近过去10年的平均增长率。07年上半年, 中国经济的高速增长推动了石油产量和消费量的双双攀升, 预计全年石油表观消费量将达到3.7亿吨。根据分析, 到2020年我国石油消费量将达到5.2-5.5亿吨。

下图为1978年-2007年我国石油年度消费量。

(3) 中国石油对外依存度不断攀升。

近10年来, 中国石油消费量年均增长率达到7%左右, 而国内石油供应年增长率仅为1.7%。这种供求矛盾使中国自1993年成为石油净进口国之后, 2004年对外依存度迅速达到42%。2005-2020年期间, 国内石油天然气产量远远不能满足需求, 且供需缺口越来越大。主要表现在:受国内石油资源的限制, 2010年中国石油进口量将达到2-2.4亿吨, 2020年将增加到3.2-3.6亿吨, 而成为世界第一大油品进口国。2010年后, 中国石油对外依存度将超过60%, 到2020年石油对外依存度将达到70%左右。

2 汽车对石油的消耗与依赖分析

(1) 汽车保有量的快速上升, 导致我国对石油的需求大增。

截止2007年6月, 中国机动车保有量为152, 807, 598辆。其中, 汽车53, 558, 098辆, 摩托车83, 548, 340辆, 挂车800, 345辆, 上道路行驶的拖拉机14, 880, 466辆, 其他机动车20, 349辆。汽车耗油约占整个石油消费量的1/3, 预计2020年中国汽车保有量将达1.5亿辆, 石油消费比例将上升到57%。这些汽车将需要每天增加200万至300万桶石油供应。

(2) 石油的替代能源状况不容乐观。

对于汽车工业来说, 替代能源的前途的确不可乐观。一段时间, 人们寄希望于核能、太阳能和风能等替代能源。然而, 实际上, 核能利用同样需要石油, 虽然产生同样数量的功率, 核能利用使用的石油量小;核能利用伴随着巨大危险, 而且处理核废弃物也是尚未解决的难题;核能利用需要建设核反应堆 (站) , 要保证燃料的供给和运输, 比煤能利用需要使用更多的能源, 并且处理放射性物质也需要大量能源。如果想让核能利用更加安全, 就需要使用比使用煤能多几倍的能源, 而且其能源大部分要依靠石油。与石油能源相比, 太阳能和风能利用的瓶颈是能源密度低、效率差, 无法保证稳定供能。所以人们都认为它不可能成为主要能源。而且太阳能和风力能利用所需要的设备非常庞大, 在制造这些设备时同样需要耗费大量能源。

3 能源动力系统发展的战略选择

在能源压力下, 我国必须把低能耗与新能源汽车和氢能及燃料电池技术列入优先主题和前沿技术。

(1) 节能汽车。

优化现有以石油和内燃机为基础的车用能源动力系统, 发展节能汽车, 重点发展直喷式内燃机及其混合动力系统。

(2) 混合动力汽车。

混合动力汽车是介于内燃机汽车和电动汽车之间的一种形式, 能够兼顾降低燃油消耗和减少排放污染。混合动力技术为汽车动力系统的转型奠定了基础平台, 是联结现有汽车节能环保技术与新能源汽车技术之间的桥梁。

(3) 电动车。

除了短期内可见利润的先进柴油车和混合动力汽车之外, 电动车的发展前途也为多数业内人士所看好。电动车包括燃料电池汽车和纯电动车两种。

(4) 汽车清洁代用燃料技术。

因此如何在后石油时代, 针对我国自然条件和能源资源特色, 逐步改变汽车能源结构, 发展汽车清洁代用燃料, 在发动机上实现高效、低污染的燃烧, 控制汽车发动机有害排放对我国城市大气质量带来的日趋严重的影响, 已成为我国能源与环境研究中的一个十分重大和紧迫的研究课题。本文介绍了国内外各种汽车清洁代用燃料及其技术发展趋势。

①液化石油气和天然气。

天然气 (NG) 和液化石油气 (LPG) 由于具有低的污染物排放被认为是内燃机的较理想代用燃料, 已经被成功地应用于汽油机。

作为车用燃料LPG的主要成份是丙烷、丁烷和少量烯烃和戊烷。LPG辛烷值较高, 燃料费比酒精、汽油、柴油等便宜, CO、NOx等有害排放量低于汽油机排放, 基本上消除黑烟和颗粒物 (PM) , 发动机工作噪音低。天然气的主要成份是甲烷 (一般为83%～99%) 及少量其他烃类和CO2等。天然气具有较高的辛烷值, 抗爆性能好, 与汽油相比, 燃烧更完全。天然气汽车因为其良好的排放特性及丰富的储量而成为各种代用燃料汽车的首选。

②氢气。

氢气 (H2) 作为汽车燃料, 氢气辛烷值高, 发动机热效率高, 发动机可在空气过量系数 (λ) 较大的范围内稳定燃烧, 点火能量低, 不到汽油最低点火能量的1/10, 且氢燃料的火焰传播速度快, 低温下易起动, 其燃烧生成物主要是水和NOx, 不产生HC、CO和碳烟排放。 但在发动机上使用还有回火、早燃、燃烧控制等问题尚待解决。

氢的主要缺点是储运性能很差, 氢的沸点为-253℃, 以液态方式储存时成本高, 不适宜长期储存。氢的制取原料有天然气、煤、水。从水制取氢有电解法、热化学法、光解法及微生物法。至今这些制氢方法的成本及能耗都较高、难以进行大规模制氢用于车用燃料, 因此氢气必须在解决降低生产成本、储存运输等难题后, 才能走向实用。

③醇类燃料。

醇类燃料甲醇和乙醇, 具有辛烷值高、汽化潜热大、热值较低等特点。作为汽车燃料, 醇类燃料自身含氧, 在发动机燃烧中可提高氧燃比, CO和HC的排放较汽油和柴油的低, 几乎无碳烟排放;另外, 由于汽化潜热高, 可降低进气温度, 提高充气效率, 使最高燃烧温度低, 发动机的NOx排放较低。

④二甲醚。

二甲醚 (Dimethyl ether) , 简称DME, 是一种含氧燃料, 它无毒性, 常温常压下为气态, 常温时可在五个大气压下液化, 具有与液化石油气相似的物性。二甲醚无C-C链, 其十六烷值大于55, 具有优良的压燃性, 非常适合于压燃式发动机, 用作为柴油机的代用燃料。

⑤生物燃料。

地球变暖已引起世界各国的关注, 人们正在开发来源广泛的生物能源。生物燃料是指从农作物或动物的脂肪中提取的可再生燃料。目前, 已研制成功并投入使用的植物油型燃料有菜籽油、棉籽油、棕榈油、豆油、甲醇酯混合油等。生物柴油中的富氧可以加快燃烧速度, 减少CO、HC和微粒排放。一般的酯化燃料十六烷值较高, 燃料的性质与轻柴油接近, 但发动机喷油系统金属会受到甲酯的腐蚀。生物燃料是一种可再生能源, 特别在环境效益上, 生物质生产过程中会吸收大气中的CO2, 有助于减轻地球室温效应。

摘要：世界性能源危机已经显现, 中国能源相对稀缺, 而且中国能源尤其是石油能源的消费总量和对外依存度逐年上升。目前汽车耗油约占整个石油消费量的1/3, 预计2020年中国汽车石油消费比例将上升到57%。汽车采用新能源动力系统和燃料电池迫在眉睫。

能源系统动力学 篇8

现阶段,能源问题和环境问题已经成为了世界性的问题,各行各业在发展的过程中,也应该注重行业对能源和环境的影响。汽车行业也是一样,在不断发展的过程中,应该不断创新商业模式,构建煤-电-车的产业链,注重电动汽车的发展,明确电动汽车的产业路径,提高电动汽车的生产制造水平。

2 纯电动城市微型物流车动力系统的总体设计

2.1 纯电动城市微型物流车动力系统的总体设计要求

电动汽车已经有近百年的发展历史,纯电动汽车的动力主要有两个部分提供,车载能源系统和驱动系统总成。车载能源系统总成主要包括继电保护系统、BMS系统、电池PACK系统、高低压线束系统、充电机系统和DC/DC电源系统,还有一些相关的辅助配套系统;驱动系统总成主要包括传动系统、电机系统、辅助系统和电机驱动器。其中,驱动系统是整个纯电动汽车的主要能源提供部位,也是核心关键总成总件,对汽车总体能源的系哦啊好、加速度、最高车速、载重量和爬坡度等都具有非常大的影响[1]。而车载能源系统则会影响整个汽车的总质量、车辆安全性、充电时间以及行驶的里程。在对动力系统进行总体设计时,应该满足一下几个重要的原则和要求。(1)城市工况特点:纯电动微型物流车的设计应该考虑到城市的工况特点,也就是城市所处的地理位置以及城市的总体建设等情况。车辆的行驶道路可以分为快速路、主干道、次干路和支路,通过行驶的工况来对纯电动车进行设计。(2)物流特点:除了城市的工况之外,城市的物流特点也是在纯电动车设计过程中需要考虑的问题,根据配送的区域进行划分,可以将现代物流分为国家物流、城市物流和国际物流,城市物流具有自身的特点,纯电动汽车设计时应该对此进行考虑。(3)成本需求:纯电动汽车的设计还要考虑到电动汽车的成本需求,而成本需求又应该从材料成本、工艺成本、后期使用维护成本等方面考虑。

2.2 纯电动城市微型物流车动力系统总图布置设计

对纯电动城市微型物流车动力系统总图布置设计首先应该从城市物流原型车整车结构开始,纯电动城市微型物流车一般是在原有燃油微客车的基础上进行改造,将原来汽车中的变速箱、驱动桥、燃油系统、发动机等进行拆卸,不对原车进行大改,自主设计电驱动系统和动力电池等系统,可以大大减少成本,并且实现较好的效果。另外,还需要对汽车驱动系统进行布置。电动汽车的动力系统主要包括变速器、电机、传动轴、差速器、车轮和半轴等,结构形式也分为电动轮式传动、电动桥式传动、单档机械传动和机械传动,确定机械传动形式也可以参考汽油车的结构,传动系统仍然保持原来的结构,通过这种方式,可以有效减少电动汽车的开发周期,不需要对原来的车辆进行大范围的修改,也成功的将成本控制在较低的范围内,还能够有效的提升汽车系统的质量。对动力传动系统进行重新布置,可以采用4×2的驱动方式[2]。对于电池的布置,则可以采用整体式布置和分体式布置,电池的具体放置的位置主要有变速箱位置、原车发动机位置、底板上部位置和底板下部位置,应给根据实际情况选择合理的位置。

3 纯电动城市微型物流车能源管理系统硬件设计

3.1 硬件设计方案

在设计能源管理系统硬件设计方案时,首先应该对能源管理系统的需求进行分析,根据实际的需求来设计,从而更好的满足现实需求。对能源管理系统进行全面的分析之后,就是对能源管理系统硬件总体架构进行设计,设计过程中应该根据功能需求,将硬件部分分为总控模块和电池测控模块这两个部门。BMS主要有3种结构,分别为统一型、星型和菊链型。BMS总控模块结构的核心为总控MCU微控制单元,可以实现采集电池组电流的功能,接收电池状态信息并针对具体的信息发出有效的指令,电池的测控的核心结构主要为测控IC,主要用于采集单体的电池电压,可以实现总控MCU和其他测控IC通道,根据总控的发出的指令来对电池的均衡性进行控制[3]。

3.2 总控模块硬件电路设计

在对总控模块硬件电路进行设计时,应该遵循模块化、集成化、简单化、最优化和可靠性的原则,在MCU的选型过程中,应该根据硬件电路的设计来进行选型,可以选择HCS08系列嵌入式单片机MC9S08DZ60,采用8位40-MHz HCS08中央处理器,最多可以进行32个复位或者中断源,在实际运行过程中,还可以支撑两个超低消耗的停止模式,从而大大发挥节能的效果。在等待时,可以采用等待模式,等待模式的能源消耗非常少,有效降低了能源的消耗。不仅如此,其还支持外部和内部的时钟源,对系统具有强大的保护功能,如果时钟信号出现丢失,还能够寻回。不仅如此,MC9S08DZ60在工作过程中可以实现在线编程内存。为了使电路设计更加可靠,可以选择降压转换器TPS5420来提供稳定的电压输出[4]。

3.3 电池测控模块硬件设计

在电池测控模块的硬件设计中,首先应该选取合适的电池检测方案选型。电池检测主要包括对运行过程中电流、电池的电压以及温度等状态的数据和状况进行的采集。电池组可以采用96个电池通过串联的方式组成,总电压可以达到320伏。在采集不同形式的状态量时,对电压的采集具有最大的难度,采集难度远远大于电流的采集和温度的采集。因此,在进行电池检测方案的选择时,应该优先选择电压信息采集比较简单的方案。电压检测方案主要包括基于精密电阻分压的电压检测、基于(Photo MOS)光耦继电器开关阵列的电压检测和基于专用集成芯片的电压检测,不同的电压检测方法具有自身独特的特点,在实际选择过程中,应该度不同方案的电路的复杂性、电压采集的难易程度、电压采集的精度、电阻匹配、成本以及是否存在漏电等情况进行比较。相对而言,基于专用集成芯片的电压检测方案的运营更加广泛,因为其可以精确的采集电压,并且电路的复杂性较小。此外,还应该设计电压采集单元和温度采集单元。温度采集方法主要包括热敏电阻方式和数字化温度测量器件方式,在电池测控模块IC集成附加模拟输入,实现对温度的采集[5]。

4 纯电动城市微型物流车能源管理系统软件设计

(1)软件设计总体方案的确定:在纯电动城市微型物流车能源管理系统软件设计中,首先要设计软件设计的总体方案,在硬件设计的基础上,对电池信息进行分析处理,能源管理系统是通过MC9S08DZ60的C语言来实现的,软件设计总体方案的确定应该包括电池均衡控制、电池状态判断和电池信息采集。(2)其次是实现电池信息采集,电池信息的采集主要分为电池电压的采集、温度的采集和电池组电流的采集。在采集电池组的电流时,可以根据检测到的电流的正负和大小来判断电动汽车现在处于放空状况、充电状态还是空闲状态。当电流值超过了设定的阈值,就会触发过流报警系统,从而发出报警,避免电动汽车由于电流太大造成损坏。当采集电池电压和温度时,通过配置对IC的CELLSCANEN寄存器扫描位进行测量来进行采集。在每一次采集温度之前,都应该配置ACQCFG寄存器建立附加时间,电路在额外时间测量之前就能达到稳定状况。(3)电池状况判断:电池的状态判断应该是为了检测电池的电压有没有出现欠压或者过压的情况,电路回路电流是否太高、电池的温度是否正常等,同时根据状态信息作出及时有效的应对,从而有效减少异常情况对系统造成损坏[6]。

5 结语

纯电动城市微型物流车的动力系统设计应该要满足动力系统的总体设计要求,动力系统总图布置设计一般是在原有燃油微客车的基础上进行改造,减少了改动,同时还能够有效控制成本。对汽车能源管理系统的设计主要从硬件设计和软件设计两个方面进行,实现对整车使用的电池电压、电流和温度的采集,满足城市物流工况的需求。

摘要：在经济不断发展的背景中,汽车行业得到了快速的发展,汽车行业的发展虽然为人们的生活带来了很大的便捷,但是同时也会环境造成了一定的危害,汽车的发展对石油提出了更大的需求,需要消耗大量的能源。近年来,随着人们环保意识的不断增强,汽车行业的能源问题和环境问题引起了人们的高度重视,新能源汽车在很多城市都得到了大力的发展,成为汽车产业的未来发展趋势。本文就纯电动城市微型物流车能源和动力系统的设计进行探讨,旨在为同行提供参考。

关键词：纯电动车,微型物流车,动力系统

参考文献

[1]蒋亚萍,李洲.微型纯电动扫路车动力系统的参数匹配设计[J].建设机械技术与管理,2013,32(11):85-86.

[2]周伟.某微型纯电动汽车动力系统匹配设计与性能研究[D].湖南大学,2013.

[3]吴智勇.纯电动物流车动力系统参数匹配与仿真分析[J].时代汽车,2016,12(4):112-113.

[4]黄振邦.新型微型电动车底盘设计及操纵稳定性分析[D].武汉理工大学,2008.

[5]张建宝.轮毂电机驱动微型物流电动车的设计与研究[D].华北理工大学,2015.

能源系统动力学 篇9

本文运用系统协同学的理论, 构建城市能源动力设施系统和环境保护设施系统两大系统的系统评价指标体系, 利用主成分分析法对我国城市能源动力设施系统与环境保护设施系统进行综合评价。

1 评价指标体系

对公共基础设施评价主要表现在以下两个方面: (1) 宏观层面比较国家或者地区的竞争力, 其中公共基础设施评价成为宏观评价区域竞争力的重要组成部分。通过总体情况、基础设施、宏观经济环境、健康与基础教育等12个层面对全球各区域经济体的竞争能力进行评价;从评价各国的旅游产业竞争力的角度, 对公共基础设施的环境发展可持续性、空中交通基础设施、地面交通基础设施进行国际间的比较。 (2) 对公共基础设施本身进行评价, 这类文献主要以国内学者为主。从环境设施等5个维度22个指标对我国287个地级以上城市公共基础设施进行评价。

公共基础设施同时兼具经济效益、社会效益和环境效益。在公共基础设施评价指标选取过程中, 首先, 为科学区分城市公共基础设施经济效益不同的产生途径和作用机制, 将指标分为增量指标和存量指标两大类。增量指标用来描述样本城市公共基础设施新增投资数量, 具体表现为投资规模;存量指标用来描述样本城市公共基础设施建成投入使用数量, 即城市公共基础设施系统所能提供的用于城市生产生活的设施数量。为更加明确、细致地表示公共设施的存量, 进一步将存量指标分为服务水平和质量效率, 其中服务水平表示公共设施的服务能力, 质量效率表示公共设施的服务效率。依据指标体系设计的科学性、全面性、可操作性原则和多维矩阵结构指标体系的设计思路, 通过征询专家意见法、检索统计文献使用频度法, 并注意使用可获得的统计数据指标, 设计能源动力设施系统、环境保护设施系统评价指标体系, 并分别用A表示城市能源设施的综合发展指数、B表示城市环境保护设施综合发展指数, 如表1所示。

2 数据标准化处理

为了消除变量间在数量级和量纲上的区别, 由于各类指标数据自身的特点和分析评价要求不同, 因此需要对原始数据采用极值法进行标准化分析。

正向指标:

逆向指标:

逆向指标指的是人均电力消费量、能源消费总量、电力消费总量、人均能源消费量电力消耗增长速度与GDP增长速度的比值、人均工业粉尘排放量、人均二氧化硫排放量、人均烟尘排放量, 其他的都属于正向指标。

3 协调度模型的构建

经济、能源和环境系统记为Si (i=1, 2, 3) , 各个系统所包含的指标标准化后的向量为XSi= (xi1, xi2, …xin) , 各个指标相应的权重为WSi= (Wi1, Wi2, …Win) 经济、能源和环境协调度分别为Ec、Ee、和Ev。本文将在单个系统的协调度、两个系统的协调发展度以及经济、能源和环境的综合协调度这三个方面进行分析。

对单个子系统协调度的计算公式为:

本文的权重主要采用德尔菲法以及主成分分析法进行确定, 通过这样的方式能够体现出评价者的决策意愿, 而且可以避免评价者的主观意愿与实际情况出现偏差, 与此同时, 还可以充分利用原始数据的信息。在主成分分析法确定权重中, 可以依次找出各个系统的主要指标, 将各个主成分的方差贡献率的方差贡献率αi与因子载荷 (k=1, 2…, m;i=1, 2…, n) 线性组合求得各个指标对整个系统的贡献度。对于两个系统的协调度定义为:

通过公式可以计算出经济、能源和环境两两系统之间的协调度。虽然能够反映出两个系统协调的程度, 但是却不能反映出系统之间协调发展水平的高低。本文采用的模型计算协调发展度为:

对经济、能源和环境的综合协调度以一般函数为基础, 经过权衡分析, 可以用公式表示为:

4 城市能源动力与环境保护设施系统协调度测算

本文的原始数据来源于《中国统计年鉴》 (2002~2012) 、《中国能源统计年鉴》 (2002~2012) 和《中国环境统计年鉴》 (2002~2012) 。

式中:U (A/B) 指的是A系统相对B系统的协调度;UA指的是A系统的实际值;UA′指的是通过并选取回归方程A=f (B) 得到B系统对A系统要求的协调值;S2为A系统实际值的方差。从式 (7) 中可看出, 实际值越与协调值相近, 如果状态协调度U越大, 则表示系统协调程度越高, 如果状态协调度U越小, 则表示系统协调程度越低, 当实际值等于协调值时, 状态协调度U=1, 表示系统完全协调。通过状态协调U可以对两个系统间的协调程度进行评价。取式 (8) 作为包含能源动力与环境保护设施系统的系统协调度。

式中:U (AB) 为A系统与B系统的协调度指数;U (A/B) 的值越大, 说明两系统间协调发展的程度越高;反之, 两系统间协调发展程度越低;而当U (A/B) 与U (B/A) 相等时, 说明两系统间完全协调。2001~2011年两大系统的协调度结果如表2所示, 协调度曲线如图1所示。

5 结语

城市工程性基础设施包括给排水及污水处理、防灾、能源动力、邮电通信、环境保护、道路交通等六大系统, 各系统协调配合, 才能为高度密集的城市生产、生活活动提供物质基础和保障, 城市能源动力设施系统与环境保护设施系统密切相关, 相互作用和影响。

(1) 公共设施综合评价值代表公共设施的发展水平。能源生产增长速度、电力生产增长速度指标对提高能源动力设施系统的评价值推动作用明显。

(2) 城市能源动力与环境保护设施系统的协调状态不平稳, 处于震荡状态, 可见两系统的协调状态很不稳定, 处于持续波动状态之中。

(3) 应长期加强能源动力设施系统与环境保护设施系统之间协调性监测研究, 同时, 在公共政策制定过程中, 应关注能源动力设施系统与环境保护设施系统的协调情况, 以保证能源动力设施系统与环境保护设施系统向社会更和谐有序地提供公共设施服务。

参考文献

[1]黄金川, 黄武强, 张煜.中国地级以上城市基础设施评价研究[J].经济地理2011 (1) :47~54.

[2]吴建楠.基础设施与区域经济系统协调发展分析[J].经济地理, 200 (10) :1624~1628.

阮殿波：为新能源车添“芯”动力 篇10

正如该人士所言，随后几年，超级电容器在世界范围内得到了广泛关注，在新能源领域掀起了研究热潮。在美国、俄罗斯、法国和日本等国家，超级电容器更是被作为国家重点扶持的战略性技术，广泛应用于军工与航空航天等高端领域。

在我国，超级电容器的研究同样受到了各方的关注和重视，我国科研人员在该领域也取得了非常突出的成就。前不久，宁波南车新能源科技有限公司（下称宁波南车）自主研制的世界最大容量超级电容器单体成功实现批量生产，首批9500F超级电容器产品顺利交付用户。这也意味着，目前为止我国已经牢牢占据了这一世界前沿技术的高地。

强大优势令其成为研究热点

什么是超级电容器？通俗地讲就是第三代物理式储能装置，也可称为电化学电容器，是近几年较为热门的一种能够大量存储电能，介于传统电容器与锂离子电池之间的新型储能器件，也是当今世界最值得研究的课题之一。

宁波南车总工程师阮殿波研究超级电容器已有14年，他介绍说，这种电容器构造与电池类似，主要由正负电极、电解液、隔膜和集流体组成，具有使用寿命长、环境适应力强、高充放电率、高能量密度四大特点，以及绿色、节能、环保等优势。

超级电容器的电极主要由高孔隙率的高性能活性炭构成，这种材料的使用能够有力地增加超级电容器电极比表面积，使其拥有10～100倍于电解电容器的电量。如果将它用作手机的储能装置，那么仅需2秒就能为手机充满电。使用了超级电容器的储能式轻轨列车，最长仅需充电30余秒就能满足正常使用。

事实上，超级电容器在新能源领域并不是一个陌生的名词，它已经经历了30多年的发展历程。微型的超级电容器在许多小型机械设备上已经得到了广泛应用，例如电脑内存系统、照相机、音频设备和间歇性用电的辅助设施等。而一些大尺寸的柱状超级电容器则多被用在汽车领域和自然能源的采集上，并且不少专业人士认为，在这两个领域未来的市场上，超级电容器将会有着无限的发展潜力。

超级电容器备受青睐的另一个重要原因在于其较高的安全性，这是因为它采用无任何化学反应的纯物理吸脱附“双电层储能机理”进行电荷存储。相关机构曾做过测试，在正常应用范围内，电容器使用的电解液本身发生爆炸、起火等安全性问题的几率微乎其微。世界知名超级电容器厂商Maxwell的产品就是最好的例子，该公司生产的超级电容器其电解液大部分都渗透进了碳电极中，可流动的部分非常少，且还有着较高的密封性，电解液一般不会轻易渗漏。同时，超级电容系统在设计时也会有相应的电器方面的保护，万一真的出现故障，保护系统则会隔离故障元件以保证系统的安全。

所以，尽管目前生产成本并不算便宜，但集众多优势于一身的超级电容器还是吸引了不少目光，面对这一块新鲜出炉的蛋糕，谁都想在第一时间品尝它的美味。可以预见的是，一旦超级电容器相关技术成熟，生产成本大幅降低，仅以可以快速充放电这一特性，就能让超级电容器实现快速普及，产生巨大的经济和环保价值。

争做世界第一为圆绿色能源梦

阮殿波初次接触超级电容器是在2000年左右，当时市场上常见的储能装置多为铅酸电池、锂电池和氢燃料电池，但这类电池成本高、寿命短、安全隐患大、报废后易产生二次污染等弱点，与逐渐盛行的节能环保观念显得格格不入。与此同时，超级电容器这种可回收、无污染，既有较高能量密度，又有较广工作温度区间的新型储能装置的出现，犹如夏日里的一道清风，令人神清气爽。

阮殿波敏锐地意识到，这或许会是储能领域的一次变革，自己决不能错过。于是，他开始关注并研究超级电容器，沉醉其中不能自拔。2003年，阮殿波开始自己的创业之路，全身心投入到用纯物理性材料制作超级电容的研发当中。2007年，他和团队负责的“新型超级电容品及其应用”获得国家级科技成果奖。

但这些并不能让阮殿波感到满足，说起目标和理想，他一点儿也不掩饰自己的“野心”：“追赶甚至超越美国，让中国的超级电容器成为世界第一。”这个理想看起来虽然霸气，不过摆在阮殿波面前的难题是—如果没有雄厚力量的支持，仅凭他和几个伙伴，要实现这个目标异常艰难。

当阮殿波和团队在中关村奋力坚持的时候，远在千里之外的宁波，中国南车计划投资18亿元，兴建全球最先进的超级电容研发、生产基地，他们决定邀请阮殿波团队加入。对于阮殿波而言，这仿佛就是久旱之后终于迎来了一场甘露，他第一时间奔赴宁波，赴这场圆梦之约。

回想当时的情景，阮殿波坦言，自己并没有想很多。随着对超级电容器了解的进一步加深，他更加理解为何发达国家如此重视超级电容器的发展，也更加笃定要在这条路上探索下去。他说：“要努力实现绿色能源的中国梦，在超级电容器的研究上就决不能落后于其他国家。”

到达宁波南车后，阮殿波肩负起了筹建实验室的重任，为了尽快拿出研究成果，他们摒弃新建厂房的念头，直接利用旧厂房改建实验室。随后，在这个条件简陋的实验室里，阮殿波团队开启了废寝忘食、昼夜颠倒的攻关模式。一年之后，他们率先成功研发7500F超级电容器，远超美国Maxwell的3000F和韩国的6200F，震惊业界。未等大家的心情平复，2013年8月，阮殿波团队又以9500F超级电容器单体的成绩刷新纪录，使世界超级电容器单体最高容量又提升了一个新高度，再次轰动业界。

许多专家对阮殿波团队的一系列产品进行了严格的电化学测试，并给出“各个性能指标均达到世界领先技术水平”的评价。至此，中国超级电容器一跃站上世界领先地位，阮殿波的“世界第一”梦想得以实现，而他也因在超级电容器领域的突出贡献，被人们冠以“中国超级电容器研究牛人”的称号。

nlc202309040413

瞄准最好“芯”动力蓄势待发

有了人才、资金的保障，宁波南车的超级电容器产业发展犹如驶上了快车道，不仅顺利建成两条国际一流的超级电容器全自动化生产线，而且为了保证科研产品的快速产业化，又率先成立了中国首个超级电容器研究所和专家委员会，人才队伍也从最初的几人发展成拥有10多名国内外顶级专家、学者的专业化团队。

除了内部的研究项目，公司目前还承担多项国家级、省级、市级科研项目的研究工作，包括宁波市重大科技专项“基于石墨烯电极的超级电容器研制”、“8000F高比能石墨烯超级电容器研制”，广东省战略性新兴产业核心技术攻关项目“储能式现代有轨电车关键技术与成果示范”，以及国家863项目“高比能、低成本的新型超级电容器关键技术研究”等。

据了解，目前超级电容器的应用主要集中在电子设备的备用电源、混合动力汽车或机车的辅助启动电源和军用航空领域的低温启动与导弹反射等领域，阮殿波所看好的城市公共交通领域，超级电容器的应用则相对较少。这无疑是一个非常好的市场缺口。

于是，基于高容量型超级电容器在产品性能上的优异表现，中国南车独辟蹊径创造性地将其应用到公共交通领域，成功开发出以超级电容器为主动力源的100%低地板有轨电车。阮殿波透露，该车不仅能降低城市建设成本，还能实现机车的全程无网运行，目前已在广州海珠线进行调试，预计年底即可投入商业使用。此外，同样以超级电容器作为能源动力的无轨电车（即公交车）也已顺利下线，公司正在与广州、宁波、淮安、深圳等多个城市进行洽谈，不久人们就能乘坐这种新型公交车实现绿色、智能出行。

除了公共交通，阮殿波也很看好超级电容器在分布式充电站、风力发电以及地铁能量回收装置等领域的潜力，他认为，在不久的将来超级电容器在这些市场将会呈现出指数型的发展态势，一个依托超级电容器的巨大产业市场正在逐步孕育。

近些年，宁波南车在超级电容的结构设计、材料制备、器件加工、系统集成等领域取得了诸多拥有自主知识产权的发明和创新，突破了若干制约超级电容器技术发展的关键瓶颈，打破了国外技术的封锁，使中国成为世界上少数具有大功率超级电容器研发能力的国家。

但是，阮殿波表示，这不是终点，他们的目标是做中国新能源汽车最好的核“芯”动力，成为世界最大、实力最强的超级电容研发机构。阮殿波坚信，在宁波这个梦想之城，有南车这个舞台，他的绿色能源梦将不再是空中楼阁。

新能源动力总成的自主创新 篇11

中国的传统汽车工业是“以市场换技术”的典型产业, 20多年实践的结果是:极为宝贵的资源——轿车市场的绝大部分轻易地让出去了, 但掌握先进技术、开发自主品牌汽车的目标, 基本没有达到。仅换来一般的制造技术, 没有产品开发方面的核心技术, 其根本原因就在于外方掌握着关键零部件的核心技术, 中国政府已深刻地意识到这一点。《节能与新能源汽车发展规划 (2011年至2020年) 》 (以下简称《规划》) 出台后, 中国自主创新的核心零部件将成为新政策的最大受益者, 电动机、电控、电池等核心零部件企业将进入高速发展期。根据《规划》, 2020年中国将形成支撑电动汽车大规模产业化的关键零部件产业体系, 形成关键零部件大型企业集团。在动力电池、电动机、电控等关键零部件领域, 分别形成3～5家骨干企业, 产业集中度超过60%。

因此, 金田公司不失时机地通过科技创新、自主创新也进入了新能源汽车的快行线, 为中国汽车工业的振兴贡献微薄之力。

金田动力总成的研发与制造

无锡金田精密模具有限公司纯电动轿车动力总成的研发与试制始于2011年, 7.5～50kW直流永磁无刷电动机、电动机控制器、两挡式自动变速器已开发成功。

金田公司平稳增长的同时一直谋求产业结构的延伸及转型, 坚持科技创新、自主创新, 经多年努力整合组建了一流的研发团队, 在两挡式自动变速器、各类电动机控制、电池管理及整车控制策略等领域, 具有自主开发能力。目前已与湖南大学、合肥工大及江苏大学签订了院企联合协议书, 共同研制新能源轿车动力总成。基于产品的核心技术, 自行研制各种试验验证平台和开发平台, 既缩短了新产品开发周期, 又降低了开发费用。尤其是在保证产品综合性能的前提下, 设计开发、试验、批产具有融会贯通的能力, 可进一步优化组合国内的配套资源, 使开发的新产品具有更高的性价比。对多数企业而言, 一般只能委托国外或国内大公司供应产品的生产线、试验台, 开发各类测试软件等, 导致设备投入的周期长、费用高。而金田公司具备的设计开发能力和制造能力, 只需很少的资金投入, 就能满足产品开发、试验验证、批量生产的各项要求。在这一过程中形成的技术积累还可以不断进行升级优化, 又回馈到设计、试验验证、生产等环节中, 使公司的整体实力不断地提升, 具有可持续发展的优势。

金田公司由于掌握了电动机、两挡式自动变速器、整车控制、电池管理等关键技术, 有条件按整车动力总成的一体化进行系统优化, 因此更具备进行纯电动汽车、混合动力汽车的动力总成集成的综合优势, 将会在国内市场保持领先优势。产品性能居国内领先, 接近国际先进水平, 价格仅为国外同类产品的60%～70%, 故比国内外同类产品更具有市场竞争的优势。

金田的核心技术

现代电动轿车的核心技术是高效、清洁以及智能化地利用电能驱动车辆。其关键技术包括汽车制造技术、电子技术、信息技术、能源技术、电力驱动技术、能量管理技术、自动控制技术、材料技术、化学工艺技术和优化技术等, 还涉及智能交通网络互联、全球定位和自动驾驶等相关技术。将相关的技术全面整合, 并且控制好成本是新能源轿车技术成功的核心。

金田公司正是通过新能源轿车动力总成的研发制造切入到新能源汽车行列, 目前掌握了七项关键技术。

1. 新能源轿车两挡式自动变速器

要保证新能源汽车的动力性与电池的续驶里程, 必须为新能源汽车动力传动系配置一套两挡式自动变速器。经过调研, 目前国内没有生产此类新能源汽车两挡自动变速器的厂商, 现在国内混合动力、纯电动汽车电动机驱动动力总成, 采用的是定速比的减速机构, 只能满足起步与低速工作要求设计的减速比, 不能满足高速使用要求;反之, 如果设计满足高速要求, 则使用时电动机经常在低效的恒转矩工作区段, 耗能偏大, 使车载电源的续驶里程受到严重影响。因此, 新能源汽车的传动系迫切需要一种变速机构来满足上述两种使用要求。金田公司新能源汽车两挡式自动变速器 (见图1) 的研发制造成功, 填补了国内新能源汽车技术领域在此方面的空白。

如图2所示, 在相同循环工况下, 采用两挡变速的电动机最高转速小于6500r/min, 而采用固定速比电动机最高转速大于9000r/min。采用两挡变速的电动机运行工作点更加趋向于高效率区, 综合效率提高大于8%。采用两挡变速, 对电动机的功率和转速要求降低, 电动机的重量、体积和成本都会相应减少。在低速工况下, 是由机械变速速比来决定动力输出扭矩, 因此降低了电池的放电电流强度, 延长了电池使用寿命。在同等工况条件下, 还可以延长续驶里程。

2. 直流永磁无刷电动机

金田公司针对新能源轿车动力总成研发制造的7.5～50k W的直流永磁无刷电动机 (见图3) 已成功通过测试。其特点如下:具有高的转矩密度和功率密度;具有非常宽的速度运行区间, 可以覆盖低速爬行区和高速巡航区;在较大的转矩和转速范围内, 都能保持高的运行效率;具有很宽的恒功率运行区间;具有较高的转矩能力, 可以帮助电动轿车起动和爬坡;具有较大的过载能力;具有较高的可靠性和鲁棒性, 从而可以运行在各种车况下;很低的噪声;能在宽的速度范围内, 具有较高的发电效率和合理的电压调节范围;结构紧凑, 体积较小, 重量轻;价格合理。

3. 电动机控制器

电力驱动系统是电动轿车的心脏, 而电动机驱动装置是电力驱动系统的核心。金田公司针对新能源轿车动力总成研发制造的控制器 (见图4) , 采用了以人工智能为参考的控制策略, 概括为人工智能控制 (AIC) , 如模糊逻辑控制、神经网络控制和模糊神经网络控制等, 实现了真正的专业变频控制。

用模糊逻辑控制、神经网络控制来驱动直流永磁无刷电动机是当前最先进的控制方案, 它可以比较有效地处理系统的非线性和对参数的敏感性。该控制系统还兼顾到效率最优控制 (EOC) 和直接转矩控制 (DTC) 的策略。直接转矩控制并不依赖于电流控制, 也对电动机参数变化不敏感, 它可以独立控制转矩和磁链两个变量, 按照预定的转矩和磁链曲线, 通过逆变器输出相应的电压矢量, 从而使转矩和磁链按照预定的曲线运行, 通过电枢电流和电励磁电流的在线协调控制, 能实现电动机的效率最优控制。

该控制器还可对两挡式自动变速器上的转速传感器及位置传感器数据进行采集和分析, 并实现无冲击的自动换挡, 提高了驾驶舒适性。该控制器留有CAN总线接口, 可与整车控制器进行数据通信, 还具备再生制动功能 (ERB) 。在满足制动规程 (ECE) 条件下, 基于车速、制动踏板行程、能量储存装置的荷电状态, 以及预置在控制器中的控制准则, 控制电制动的运行。因为控制了机械和电制动转矩, 所以能获得满意的制动效果, 并尽可能多地回收可用的再生制动能量, 进而提高续航里程。该控制器使用的是目前较先进的电器元件, 功能强大而成本低、体积小, 能完全符合电动轿车的技术要求。

该控制器具有如下特点:高功率密度和高瞬时输出功率;在电动轿车低速或者爬坡时, 能提供低速大转矩输出, 高速时能为巡航提供高速地转矩特性;具有宽调速范围, 包括恒转矩区和恒功率区;转矩响应快速;在较宽的转速和转矩工作区内, 保持较高能量效率;再生制动时, 可实现高的能量回收效率;在各种工况下, 具有高的可靠性和鲁棒性;电器元件先进, 体积小, 节省空间;价格合理。

4. BEV动力总成技术

金田公司自主研发了两挡自动变速器、电动机、控制器等核心零部件, 完全拥有核心技术的优势在于:对新能源轿车动力总成进行集成和持续改进、不断优化, 保证产品具有高性能和低价位的双重优势。优秀的研发团队在不断完善已有产品技术状态的同时, 还可根据市场需求连续研发能满足客户所需要的新品, 具备了可持续发展的基础。

5. 核心部件及动力总成的测试技术

测试与产品研发同等重要, 金田新能源工程技术研究中心在湖南大学及合肥工大的技术支持下, 自主研发制造相关的各种测试台架, 编制测试软件, 通过连续的试验, 逐步建立自己的数据库, 并据此进行产品的优化。

6. 能量管理系统 (BMS)

当前, 电动轿车的车载能量源还比不上燃油汽车, 因此为了最大限度地利用电动轿车所带有的能量源, 以便增加行驶里程, 需要相应的能量变换系统, 并优化能量管理系统。金田公司正在研发的BMS可通过安装在电动轿车内的各种传感器得到所需要的全部信息, 从而可以实现以下功能:优化系统能量流;实时显示所剩的能量和可继续行驶的里程数;提供最佳的驾驶模式;从制动过程中获取能量并存储;根据外界气温, 实时调节车内温度;根据外界光照条件, 自动调节车内外的灯光系统;分析能源, 尤其是蓄电池的工作记录;诊断能源错误的工作方式, 并监控能源的运行状况。

另外, 通过把BMS系统和电动轿车导航系统结合起来, 就可以规划能源的最佳利用, 锁定充电站的位置。

总之, 该BMS系统可以最大限度地利用电动轿车的能源, 优化配置, 使电动轿车高效运行。

7. 混合动力汽车 (HEV) 动力总成

目前湖南大学申报的国家863项目中的混合动力汽车动力总成项目已经获批, 金田公司就是该项目的主要实施者。

金田公司研发团队的不断努力使纯电动轿车 (BEV) 动力总成技术日趋成熟, 在此基础上开展混合动力汽车 (HEV) 动力总成关键技术的研究水到渠成。运用混合动力控制系统理论和设计工具, 分析混合动力汽车功率分配中的能量管理和控制策略, 利用遗传算法全局优化, 实现混合动力汽车功率控制策略的优化, 主要解决混合动力汽车燃油经济性优化和基于遗传算法的多目标优化等问题, 从而达到降低混合动力汽车燃油消耗和改善排放的目的。

金田公司目前研究的HEV动力总成技术是基于湖南大学所研制并已量产的无级变速器 (CVT) , 故而能打破国外在HEV汽车核心技术上的垄断, 填补国内空白, 达到国内领先的水平, 下一步将依托金田公司积极推动该技术在实车上的应用。

金田的产业化能力

金田公司支撑研发团队的基础是已经具备的高端精密制造及非标设备、生产线设计制造能力。

1.总装线

以10万台/年的BEV动力总成生产为例, 研发其柔性自动装配线所涉及的关键技术及装备。

金田公司研制的两挡式自动变速器及BEV动力总成自动装配线 (见图5) 所遵循的几项原则为:保证安全, 安全保障措施达到“STOP6” (指杜绝六种不安全因素, 即可能被夹住或卷入、与重物接触、与车辆接触、可能坠落、可能触电、与高热物接触) 的要求;保证产品质量, 体现“质量在工序中保证”的思想, 保证产品质量的措施齐全和有效, 出现质量异常时生产线能自动停止;成本一定尽可能低;体现准时化思想, 具备较高的可动率;具备柔性化, 能根据市场情况进行一定范围内的产量调整, 同时兼顾一定范围内的品种通过性, 可快速换型;采用模块化的设计理念。模块的功能相对完整, 同时受整个装配线集中控制。根据需要选择不同模块构建成自动化装配生产线, 从而形成适应多品种共线生产柔性装配线。

2.各类测试台架

动力总成在研发及产业化过程中, 质量的保证最重要, 而其核心是各种检测方法。金田公司经过多年的技术积累及专家的指导, 已具备自主研制各类相关测试台架的能力 (如动力总成性能测试台和疲劳寿命测试台) , 以保证产品质量。

结语

中国与西方发达国家在新能源汽车方面的差距, 相比在传统汽车技术领域要小许多。最起码, 所有的汽车企业在市场拓展上几乎都处于同一水平。

金田精密模具有限公司将坚持“智慧引领未来”的理念, 不断进行技术创新和产品开发, 与国内有关科研院所建立长期密切合作关系, 创立“以技术为纽带, 以项目为载体, 优势互补, 共同攻关”的模式, 努力做到产品品种、工艺技术和质量达到国际水平, 并不断开发新产品。