1.4.2 清洁能源动力系统

清洁能源动力系统，将热能和电能转化为机械能，驱动i-EFV行驶，其系统结构包含清洁动力驱动系统以及高效储能系统。基于目前各类清洁能源动力系统发展的情况以及各自的优势，从系统综合性能优化的角度出发，本节给出了动力系统结构，如图1.6所示。其中，高效储能系统包含可外接充电的高压电池组以及超级电容，清洁动力驱动系统主要分为串联与并联式两种系统结构。图1.6a为并联式动力结构，清洁动力驱动系统包含发动机与电机，通过机械连接进行动力耦合并输出。图1.6b为串联式动力结构，清洁动力驱动系统包含车载发电组与电机，其中清洁动力驱动系统与电池直接进行电能耦合，整车动力由电机输出。

从图1.6可以看出，超级电容通过逆变器（DC/DC变换器）与高压电池组连接。从兼顾车辆能量密度与功率密度的角度看，高压电池组与超级电容的集成是一种优化的组合方式。高压电池组比容量大，能够为整车提供足够的驱动能量，而其存在瞬时充放电功率较小、低温工作性能差的缺点。超级电容具有瞬时充放电功率大、低温工作性能好的优点，可以弥补高压电池组的缺点。通过协调控制电池与超级电容，可以降低电池组瞬时充放电电流，提高电池组的循环寿命。此外，由于超级电容能够实现瞬时大功率充电，可进一步提高制动能量回收利用率，优化整车经济性。

图1.6 清洁能源动力系统结构示意图

并联式动力结构中，清洁动力驱动系统包含电机及其控制器和发动机，其中发动机为基于节能、环保要求设计的清洁动力系统，如高效的柴油发动机、改进的汽油机、替代燃料发动机、氢燃料发动机等；串联式动力结构中，车载发电组通过内燃机/发电机组或者燃料电池发动机等动力系统产生电能，并与储能系统进行电能耦合。各类改进的发动机以及车载发电组主要解决目前电池成本高与续驶里程不足的问题。目前，从成本以及技术成熟性的角度，采用优化匹配后的传统内燃机作为驱动发动机或者发电机组是比较可行的方案。

目前，在以电驱动技术为基础的清洁能源动力系统设计方面，国内外已开展了大量的研究，仍存在储能系统成本高、能量密度与功率密度低、系统匹配有待进一步优化等问题。为实现其大规模应用，重点研究内容包含：①基于新结构、新反应原理的高能量密度、低成本的电池；②具有高综合性能的电池管理系统；③高性能、低成本超级电容；④具有高可靠性、低成本的超级电容与高压电池组的集成技术；⑤可应用于实车控制的稳定、效果优异的超级电容与高压电池组协同控制算法；⑥高压电池组与超级电容组合优化设计方法，实现系统成本与动力系统功率与能量密度的综合优化；⑦针对新型特性电池组与超级电容等多能源系统，设计新型的驱动形式与系统构型；⑧发动机与电机工作区间以及效率特性的匹配优化。