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备注：翻译第一部分，第二部分，第四部分（4,4.1,4.2,4.3第一段）第五部分第一段，第七部分
关于电动汽车的尖端技术以及其影响与前景的叙评
Jia YingYonga, VignaK.Ramachandaramurthya, KangMiaoTana, N.Mithulananthanb
a电能质量研究组、电气工程系、马来西亚国家能源大学，吉隆坡，43000，加影，雪兰莪州，马来西亚
b昆士兰大学信息技术与电气工程学院，布里斯班QLD 4072，澳大利亚
摘要
电气化交通运输是缓解气候变化问题的一种有效方法。采用电动汽车进入市场已经对各个领域产生了显著影响，尤其是电网。已经实施了各种政策来培育电动汽车的部署问题,最近一些年电动汽车的采纳增加趋势一直让人满意,电动汽车的动力传动系统,电池,充电技术的持续发展已经极大地提高了电动汽车技术让其更广泛地被吸收，尽管环境和经济效益，电动汽车充电引入对现有网络的运行产生负面影响，可以实施适当收费管理策略以应付这个问题。此外，在智能电网上的电动汽车集成可以带来许多潜在的机会，特别是从汽车电网技术的角度和可再生能源的间歇性的解决方案，本文综述了电动汽车技术的最新发展,电动汽车推出的影响以及电动汽车部署带来的机遇。
- 引言
温室气体(GHG)的排放是有害的副产品，通常与为了能源需求燃烧化石燃料有关。温室气体排放引起气候变化的严重程度已经到了一个危险水平,从当前全球变暖以及大型冰山融化可以容易地注意到。需要紧急预防措施和气候政策来减缓恶化的气候变化的影响。为了应对这个问题上，国际能源机构（IEA）概述了关于未来的能源系统以限制到2050年全球平均气温上升两摄氏度[1]。如果没有主动采取措施以应付这种情况，温室气体排放量预计到2050年将翻一番 [2]。在2009年交通运输部门占能源相关的温室气体排放量的四分之一。
正在进行各种努力以减少来自运输部门的排放量，重点是为车辆开发新的燃料和引进清洁技术功能，目的是减少温室气体排放，也改善了车辆的性能。
交通电气化是其中一个有前途的方法，有很多的好处。电动汽车可以通过使能源来源多样化提高能源安全,创造新的先进产业促进经济增长和最重要的是通过减少尾气排放来保护环境。由于使用更高效的传动系统和电动马达，电动汽车相比内燃机汽车表现出更好的性能，世界各国政府正在实施不同的举措，政策和更广泛的电动汽车摄取的方案。补贴电动汽车购买成本、发展充电基础设施建设,提高公众意识到电动汽车的优点是能够促销电动汽车的措施。随着电动汽车开始获得公众的接受，努力似乎得到了回报。根据电动汽车倡议（EVI）和国际能源署（IEA）编制的全球EV展望[4]，全球电动汽车的保有量在2012年底超过了18万，这显示电动车占用了全球汽车保有量的0.02％以及继续参与研究与开发。
电动汽车技术的不断发展，是提高电动汽车的性能，并确保竞争力的关键因素。例如，发展的重点一直放在动力总成，电池及充电基础设施技术，为了满足各方面的要求，动力传动系的不同配置沿着电动车的开发过程设计，例如串联，并联和串联 - 并联配置[5]。由于使用高效率的电动马达，这些动力传动系配置可能提高燃油经济性，提高车辆行驶范围 [3]，同样地，电池技术从铅酸电池演变为斑马镍基电池最后成为锂基类型，为了找到一种具有高能量密度，高功率密度，重量轻，价格低廉，安全耐用的存储技术[6]，研究一直专注在金属—空气电池，其具有高能量密度高达1700瓦时/千克，
性能可与常规的内燃机汽车竞争[7]，充电基础设施提供高的充电功率，如正逐步采用直流（DC）快速充电站来取代缓慢的充电器，这是为了解决电动汽车司机的里程焦虑问题[8]。
研究正在实施以分析电动汽车占用的影响,主要关注经济、环境和电网上的技术问题,将在第四节全面调查，电动汽车的成本影响是高度依赖于用于电动汽车充电的发电组合。
当电动汽车依赖于电网的电力推进,发电成本的强烈影响电动汽车的使用成本，电动汽车的部署的经济影响可以从电网和电动汽车车主的视点来评价。当电动汽车车主在目前的时间必须支付电动汽车的高初始购买成本时，电网需要更多的发电储能以应对额外的电动汽车负荷，然而，随着协调充电，能源交易和各类电价政策的实施，电动汽车部署能够从电网操作和电动汽车车主获取利润。电动汽车的推出对环境的影响是主观的[10,11]。明显的现象是电动汽车的排放没有尾气，对环境而言是干净和绿色的。然而电动汽车使用
的电来自电网,发电的过程确实造成了温室气体的排放。因此，电动汽车的使用对环境的影响主要取决于电力的来源，近来可再生能源被广泛采用并赞同相比常规内燃机车辆来说电动汽车对环境更环保[12]。电动汽车与电网的互连收到的费用提高了人们对电动汽车充电对电网的负面影响的担忧。基于大量的文献搜索,预期的电动汽车充电问题是谐波,系统损失,电压下降,相不平衡,电力需求的增加,设备过载和稳定性问题(13、14)。电动汽车充电对电网的影响将在4.3章节进一步讨论。
本文的目的是回顾电动汽车现状,电动汽车技术的发展,电动汽车的部署影响和电动汽车领域带来的未来潜力。本文分为几个部分。第一节引出了了介绍。第二部分描述了电动汽车简史及其当前状态。第三节深入地了解了当前电动汽车技术,特别是在动力系统,电池和给电池充电方面。电动汽车的部署影响在第四节解释，未来电动汽车的技术和电动汽车在智能电网上的部署潜能在第5部分展示，目前电动汽车领域的研究空白和局限性在第六节论证，第七部分总结全文。
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国家 |
电动汽车保有量 |
电动汽车供电设备 |
国家的电动汽车目标 |
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美国 日本 法国 中国 英国 荷兰 德国 葡萄牙 印度 丹麦 瑞士 西班牙 芬兰 |
71174 44727 20000 11573 8183 6750 5555 1862 1428 1388 1285 787 271 |
15192 5009 2100 8107 2866 3674 2821 1350 999 3978 1215 705 2 |
到2015年1000000辆 到2020年占总销量的20% 到2020年2000000辆 到2015年500000辆 到2020年1500000辆 到2025年1000000辆 到2020年1000000辆 到2020年7500000辆 到2020年6000000-7000000辆 到2020年200000辆 到2015年6000辆 到2014年250000辆 到2020年80000辆 |
2 电动汽车历史和当前的状态
从十九世纪到现在电动汽车已经经历了巨大的改变。得知电动汽车曾经是交通使用工具的最好选择是令人惊讶的，电力推进的车辆的出现由于电动马达的发明而被支持, 在1832年至1839年年间，第一个电动原型车，是由罗伯特·安德森发明的通过非充电的原电池供电[15]。在此之后,不同的电动运输原型被发明但不幸的是,由于缺少有效的电动马达和实用的可充电电池, 他们都是不适合实际的开发, 在1856年和1881年之间,直流电动机和可充电电池经历了一系列的发展, 高效率的直流电机得到了发展,大多数的信任给了沃纳西门子,安东尼奥-帕奇诺蒂和齐纳布·格拉姆 [15], 此外，第一个实用的可充电铅酸蓄电池是由加斯顿·普兰特于1859年发明的，在大约1881年由阿尔方斯·卡米尔福雷改进成市场化的产品[16], 直流电机和可充电电池的技术进步对电动汽车产业提供了一个主要的推动, 例如在纽约,第一个商用电动车是于1897年引入市场的电动出租车。在短短三年,电动汽车占了28%的公路车辆,最受欢迎的选择[17]。
然而，电动汽车在十年后面临着极大的挑战。 在1908年，汽油为动力的车辆如福特T型车被亨利·福特带入市场。 1912年，查尔斯·凯特林发明的电起动器去除了需要手动曲柄来启动汽油为动力的车辆。此外，相比电动车廉价汽油的实用性造成了汽油车更低的使用成本. 另一方面，电动车只可以旅行相对较短的距离，只有有限的充电站是可用的[18]。由于所有这些因素，汽油为动力的车辆获得了极大的认可和电动汽车淡出视野。在1935年，在道路上没有一个电动汽车. 几十年之后,汽油动力车辆的排放问题和高油价更新了电动汽车的利益。政府实施监管措施减少空气排放,促进电动及混合动力汽车发展。这些监管措施之一是1990年加州的零排放车辆任务,要求车辆总数的百分之二和百分之十分别到1998年和2003年没有排放.
许多汽车制造商努力生产混合动力汽车。在1996年,通用汽车生产和租赁EV1模型[17]。第二年,丰田推出了世界上第一个商业混合动力电动汽车(HEV),在第一个生产年,普锐斯在日本售出了18000台. 随着油价不断增加,更多的汽车制造商们致力于汽车电气化, 从2010年起,电池电动汽车和插电式混合动力汽车,如日产聆风,三菱I-MIEV,雪佛兰Volt和特斯拉Model-S已开始进入汽车行业. 基于电动汽车倡议（EVI）和国际能源署（IEA）编制的全球EV展望, 全球电动汽车库存在2012年底超过18万[4], 表1显示了当前全球电动汽车的现状, 国家的电动汽车库存量和在2012年安装电动汽车的供应设备(EVSE)的数量,以及国家电动汽车的目标如表1中所示
在这种背景下,电动汽车被定义为乘用车纯电动汽车，插电式混合动力车和燃料电池电动车。 EVSE被定义为非住宅慢速和快速充电器。美国拥有最多的电动汽车在路上,超过70000辆或者占用全球电动汽车保存量的38%,安装电动汽车的供应设备数量超过15000台, 日本是第二大的电动汽车的国家,占据全球24%的电动汽车的保有量, 欧洲国家占大约11%的全球电动汽车的保有量, 世界各国高国家电动汽车的目标是在不久的将来实现。已经采取了不同的政策和行动来实现这个目标,如鼓励电动汽车购买成本和充电基础设施建设。世界各国高国家电动汽车的目标是在不久的将来实现。已经采取了不同的政策和行动来实现这个目标,如补贴电动汽车购买成本和充电基础设施建设。
在马来西亚，电动汽车和相关基础设施的发展受到国家汽车政策推广[24]。马来西亚的能源部，绿色技术部及水部门已任命马来西亚绿色科技为马来西亚电动汽车的部署发展一幅路线图, 其中采取的一个措施是在2011年实施了电动车试点项目,这就是布特拉加亚和赛柏再也的车队计划测试车辆, 该FTV的实施将确保电动汽车路线图的条款是全面的以及向公众推广电动汽车. 2013年,三菱I -MIEV和日产聆风作为在马来西亚前两个电动汽车被带入马来西亚市场, 公共充电站也为了电动汽车司机的方面性而建立, 例如，第一能源网络建立了位于在孟沙购物中心，苏利亚吉隆坡会议中心，十家购物中心和在沙登的国家石油公司的电动汽车充电站, 最近, 一个叫马来西亚电动汽车1代项目的同步研发实施是为了促进电力推进概念进入公共交通, 目标是达到在2020年马来西亚的道路上有2000辆电动公交车 [27].
图1.动力传动配置：（a）串联式混合动力汽车，（b）并联式混合动力汽车（c）串并联式混合动力汽车（d）串联插电式混合动力汽车，（e）并联插电式混合动力汽车，（f）串并联插电式混合动力汽车
4. 电动汽车部署的影响
已经进行了广泛的研究来调查的电动汽车部署的影响。注意力集中在三个主要影响：电动汽车的推出对经济的影响，环境的影响和对电网的影响。这三个类别的核心发现将在下面的章节中详细讨论.
4.1经济的影响
电动汽车部署对经济的影响可以从来自电网的角度和电动汽车用户观点的角度这两个角度来评价,从电网的角度来看,电动汽车是额外的负载,需要插入电网接受充电。为了应对这个巨大的额外的电动汽车负荷, 由于增加了燃料用于发电系统成本会增加[75], 电网提供这些电动汽车负荷在电力传输过程中也会有更多的功率损耗. 为了应对这种大规模的额外电动汽车负荷，系统成本将增加，因为用于更发电[75]增加了燃料。也有整个电网提供这些电动汽车负荷的电力传输过程中更多的功率损耗。不过，这种情况是可以通过管理电动汽车充电而彻底改变[76]。控制电动汽车充电可以显著地减少系统成本与节约高达60％[77]。特别是风能的可再生能源资源在电网中的整合会使成本降低得更好。
从电动车主的角度来看，电动车因为使用高效的电动马达和廉价的电力而具有低的运行成本[78]。但是，相比传统内燃机汽车，电动汽车首次购买成本较高，由于昂贵的电池组件。被称为“电动汽车回收期”的术语被引入来估计收回电动汽车 [79]投资成本所需的时间长度。许多行动可以实施以减轻电动车的高初始购买成本，如大规模生产电动车[80]，实施
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