車輛CO2排放法規並不新鮮，多年來一直由政府車輛監理機構實施。但最近的各國的目標更為提升，也為汽車電氣化趨勢更添動力。
中國身為全球最大的汽車市場，最近承諾禁止石化燃料汽車，挪威希望2025年銷售的所有乘用車都是零排放車輛，荷蘭則設定了2025年銷售的乘用車中50%需是零排放車輛的較低目標。印度正在推動到2030年只銷售電動車，而這可能只是我們將在全世界看到的法規的開始。從圖1可以看出，目前歐盟CO2排放目標將在2020年中實現，預計今後的排放限制將按照趨勢繼續下去。這些目標對內燃機(Internal Combustion Engine, ICE)的設計形成挑戰，如果沒有電動傳動系統元件作為車輛的混合動力或替代非石化燃料來源的貢獻，就無法實現這些挑戰。
空氣品質惡化催生電動車商機
但挑戰不僅僅是石化燃料的消費和由此產生的二氧化碳排放而已。直接注射為基礎的內燃機(如柴油和高性能汽油發動機)產生的氮氧化物排放和顆粒物都是攸關健康的問題。這在都市中是不被接受的，導致相關法規愈趨嚴格－倫敦和巴黎等大城市正在禁止車輛進入市中心，而中國城市則透過日期限制車輛的使用。
車輛電氣化迫在眉睫，但市場將以多快的速度採用？(圖2)匯整了2050年以前車輛發展趨勢，ICE的比重將逐年減少，例如在2032年，50%的車輛將有電動馬達協助傳動系統。不過，燃油車輛要到2045年市占率才會低於50%。當然，未來道路上混合動力或電動車的確切數量將取決於許多經濟和社會因素，例如：
資料來源：Strategy Analytics、Evercore、NXP CMI
．汽油和柴油價格與電力價格比較。
．技術進步－規模經濟、電池成本效益提升、電池化學性能的改善以提高能量密度(範圍)、充電基礎設施的普及。
．越來越令人關切的問題：環境及氣候變化。
．消費者行為和對車輛擁有權的態度以及電動汽車技術接受度。
．關於燃油經濟性、二氧化碳排放和污染的法規的態度。
從圖2中還可以看到，有不同形式的電動汽車，從輕混合動力(Mild Hybrid, MHEV)到全混合動力(Full Hybrid EV, FHEV)和插電式混合動力電動汽車(Plug-in Hybrid EV, PHEV)到純電池電動汽車(Pure Battery EV, BEV)。未來每輛車，至少有一個電動機，協助燃油車。不出意外的話，隨著電力行駛的比重持續提升，二氧化碳減排效果將越來越明顯。
油電混合車發展迅速
傳統的ICE需要在寬鬆的駕駛條件下行駛。因此，在某些領域，特別是低速度/高扭力的效率受到影響。電動機是ICE的好夥伴，因為它們在低速時輸出最大扭力，這意味著ICE可以根據更適合的條件進行優化。
第一輛混合動力汽車是FHEV車型。由豐田普銳斯(Toyota Prius)，於1997年首次推出，目前仍是銷量最高的混合動力汽車。自普銳斯問世以來，已經取得了許多進步，最顯著的是PHEV，其中增加了外掛程式功能為電池充電。在純電模式下，PHEV僅適用於短距離，通常為20~30公里。FHEV和PHEV往往從類似的電壓水準運行，約為400V(圖3)。
最近的FHEV和PHEV車輛有兩個電動機，一個是針對電池的剎車動能回收和充電而優化的，另一個是針對扭力和功率進行優化以帶動車輛。然而，由於電機在低速時非常強大，ICE可以在容量上縮小規模，也可以使用更省油的控制策略，比如Atkinson迴圈。在這種情況下，當活塞向上移動壓縮時，進氣閥保持打開時間更長，這會減少活塞向上移動的摩擦，使發動機效率更高，但使其變慢。另一種方法是REEV它有一個小ICE來為電池充電，而不是驅動車輪。
48V系統提升車輛效能
最近的一個創新以取代FHEV的是48V MHEV。這些基於ICE動力總成補充及一個中型鋰離子電池和一個可逆的48V電動機。其目的是支援低速加速，並在煞車時給電池充電。與傳統的12V系統相較，48V系統滿足了以更低的成本和體積，提供更多電力需求。在高壓混合動力汽車中可減少二氧化碳排放量近20~30%(CO2/km)的情況下，48V MHEV據稱可減少10~20%。因此，MHEV以20~30%的成本帶來了PHEV二氧化碳減排效益的70%。此外，48V系統可以很容易地整合到現有的車輛動力總成和架構。
48V系統帶來的第二個好處是能夠透過將機械負載轉換為48V電源的電氣負載，減少內燃機的負載，而減少二氧化碳排放。需要更高功率不間斷運行的應用最適合，如空調壓縮機、電子渦輪增壓、主動懸吊和動力轉向。與PHEV和FEV中使用的高壓系統相比，另一優勢是不需要特殊的隔離和保護(圖4)。
BEV將大約60%的電能從電網轉換為車輪上的電能。傳統汽油車輛只將儲存能量的20%轉化為車輛動力之前，這聽起來並不是很有效。為了提高消費者對電動車的認識，消除大眾採用的障礙，增加電池容量是實現這一目標的方法之一，但這也增加了重量、降低了效率。業界需要考慮其他系統方面的問題，如：
．減少電力驅動系統的損耗－儘管比ICE更有效率，但透過電動傳動系統仍有16%的能量損失。
．增加電車動能回收的使用－當剎車，車輛的慣性轉動電動發電機，產生電力，然後儲存在電池。
．減少充電損耗－當充電的電池，能量損失轉換交流電轉換到直流使用電池，以及在克服電池的充電阻力。
提升電動車效能各顯神通
為了提高電動傳動系統的效率，車廠不斷研究發展電機的科學及其在電動汽車上的應用。例如，BMW i3採用革命性的混合同步永磁磁阻電機來減少問題，同時在較高的速度範圍內提供高功率的技術發展。電機的速度越來越快，而在最有效的地方運行電機的需要，控制方法也越來越先進，涉及的數學模型越來越多。
多相電機的主題也在重新驗證，趨勢是六或更高的相位元數目。無論是純六相方法或雙工三相位設置，機械安裝與彼此固定的轉移。使用多相電機，每個相位的電流更小，因此可以調整元件的尺寸，再加上減少扭矩紋波，而有可能優化直流電容器的尺寸，並改善電池波動，最終可能改進範圍。多相控制的另一個好處是冗餘，因為即使在元件發生故障的情況下，操作也可以在較低的級別上繼續進行。
預測模型控制技術可用於利用卡爾曼濾波(Kalman Filtering)或狀態空間建模(State Space Modelling)來提高ICE或電動機的暫態效率。但另一種提高傳動系統效率和整體車輛效率的方法是更完善地決定在旅途的各個階段使用什麼扭力源。混合動力控制單元(Hybrid Control Unit, HCU)位於ICE控制、電機控制、電池管理系統和制動控制器上方的車輛電氣結構中，決定車輛扭矩和能源策略或者具體決定何時使用每個加速或減速汽車。
決策可以在即時的基礎上進行，在目前的情況下，什麼是車輛執行的最佳方式，但隨著更多資訊的增加與決策時間範圍的增加，決策整個旅程規劃的品質得到了大幅的提高。例如，如果對精確位置、交通狀況、平均路線速度、預期行程持續時間、充電站位置、計畫路線的漸變和司機風格都是已知的，那麼可以在哪裡進行預測，在哪裡使用ICE，在哪裡使用電機，其中將使用剎車動能回收系統以增加電池充電狀態。
有了這一系列的車輛資料，再加上其他道路消費者的人群來源資料，可以利用人工智慧技術進行大數據數學計算的控制策略，而顯著提高車輛效率範圍。研究表示，當駕駛向HCU提供更多的預測控制，如預測排檔選擇(從GPS對丘陵的瞭解或攝像機觀察交通)和速度，效率節省高達30%是可能的。
只有提高車輛的效率，才能實現潛在的二氧化碳減排。從對傳動系統的精確、即時控制，到數學密集型能量優化策略，再加上車上不同電源的定時精確同步，並透過階梯式功能提高來實現可用的計算性能。
