第1章
新能源汽车能量管理概述

自 18 世纪工业革命以来，机器生产开始逐步取代手工作业，世界工业进入快速发展时期，为了满足发展需要，人类对传统矿物燃料的依赖日益增加。大量矿物燃料燃烧不仅会破坏自然生态系统，还会加速减少全球矿物储存，因此节能环保已经成为当今社会各行各业可持续发展的重要研究课题。发展“低碳经济”，以新型的、可再生的、对环境低伤害或零伤害的清洁能源代替传统能源成为人类可持续发展的必然要求。全球碳组织统计的全球和欧盟从 1960—2018 年的二氧化碳的排放趋势如图 1.1 所示，从图中可以看出二氧化碳的排放总量仍然逐年上升，这无疑加重了环境负担。基于此，我们对碳排放量位居前十的国家历年排放情况进行了统计，其统计结果如图 1.2 所示，从图中可以看出近几年全球碳排放量增速均已趋于平缓，但目前我国的碳排放量还处于世界靠前位置，这表明我国的碳排放量问题不容乐观，亟待采取有效措施来减缓碳排放量的增长速度。

中华人民共和国生态环境部发布的《中国机动车环境管理年报 2021》显示：2020 年，全国机动车保有量达到 3.72 亿辆（其中汽车 2.81 亿辆），机动车中新能源汽车占比 1.75％。截至 2021 年年底，国内登记的机动车保有量已经突破 3.95 亿辆。庞大的燃油车保有量，不仅加剧了我国的对外石油依赖，威胁能源安全，也直接导致了各种因为尾气排放引起的环境污染问题。2020 年，国内机动车 4 项污染物排放总量为 1 593.0 万t，其中，一氧化碳 769.7 万t，碳氢化合物 190.2 万t，氮氧化物 626.3万t，颗粒物 6.8 万t。汽车是污染物排放总量的主要贡献者，其排放的一氧化碳、碳氢化合物、氮氢化物和颗粒物超过机动车排放总量的 90％。除了国内环境保护的需要，作为一个负责任的大国，中国政府一直对国际社会践行着节能减排的承诺，我国政府计划到 2025 年，绿色低碳循环发展的经济体系初步形成，重点行业能源利用效率大幅提升。到 2030 年，经济社会发展全面绿色转型取得显著成效，重点耗能行业能源利用效率达到国际先进水平。到 2060 年，绿色低碳循环发展的经济体系和清洁低碳安全高效的能源体系全面建立，能源利用效率达到国际先进水平，非化石能源消费比重达到 80％以上，碳中和目标顺利实现，生态文明建设取得丰硕成果，开创人与自然和谐共生新境界。2020 年，由工业和信息化部指导、中国汽车工程学会组织全行业 1 000 余名专家历时一年半修订编制的《节能与新能源汽车技术路线图2.0》在上海发布，其中明确了坚持纯电驱动发展的方向以及混合动力汽车、燃料电池车型的发展目标。要求到 2025 年，我国新能源汽车在汽车总销量中的占比将达到 20％左右；到 2030 年，新能源汽车在总销量中的占比提升至 40％左右；到 2035年，新能源汽车成为国内汽车市场主流（占总销量的 50％以上）。由此可见，汽车新能源化已成为未来国内汽车工业的发展方向，新能源汽车将越来越多地推向市场，并以节能、环保的优点顺应节能减排的社会共识。

由于动力系统可能包含了多个动力源以及动力电池，新能源汽车的控制相比传统燃油汽车更为复杂，因此新能源汽车往往需要增加一个控制单元进行多个动力源以及动力电池的协调控制，即整车控制器（Vehicle Control Unit，VCU）。能量管理是整车控制器的核心功能之一，以混合动力汽车为例，能量管理的目标主要是响应驾驶员的油门踏板与刹车踏板操作，合理协调多个动力源输出相应的需求转矩，使不同部件工作在高效区间，提升整车的经济性。发动机、驱动电机以及燃料电池等不同动力源的工作特性差异巨大，因此需要综合考虑不同部件的工作特性、电池荷电状态（State of Charge，SOC）以及行驶环境等因素进行动力源之间的能量管理，能量管理策略的优劣将显著影响混合动力汽车的经济性、舒适性与动力性。因此，开发高效、适应不同行驶环境的新能源汽车能量管理策略是提升新能源汽车能耗经济性的关键，可以有效促进新能源汽车的推广与应用。 7cgJdRaG7MMAKz6S5pLlR3KghzW/ZVtpyMguMYd5rmWz6ZiAX0zlADBmc+AH5qkd