混合动力汽车

南京理工大学毕业设计(论文)外文资料翻译学院：机械工程学院专业（方向）：车辆工程姓名：狄豪学号：912101560112附件：1.外文资料翻译译文；2.外文原文。外文出处：ByC.C.Chan,FellowIEEE,Dr.ChanisaFellowoftheRoyalAcademyofEngineering,U.K.,theChineseAcademyofEngineering,TheUkraineAcademyofEngineeringSciences,IEE,andHKIE.指导老师评语：翻译质量：。签名：年月日附件一：外文翻译电气与艺术的结合，混合动力和燃料电池汽车——凭借其卓越的燃油经济性和性能，混合动力汽车将有可能在未来几年普及。控制理论的进一步发展为混合动力车进步起了至关重要的作用。摘要：考虑到燃油经济性和对排放的更严格的法律法规，还有全球变暖的现象和对能源资源的限制，混合动力电动车和燃料电池车吸引了越来越多的汽车制造商，政府，和客户的关注。这类汽车的研究和开发一直专注于开发新概念，低成本，有可靠的混合动力传动系统的汽车。本文综述的是混合动力电动车和燃料电池汽车的现有技术状况，将对每个类别的应用技术进行讨论。关键词：电驱动；电机；电动车；燃料电池汽车；混合动力电动汽车（HEV）；造型；电力电子一、引言和传统的汽车相比，由于对发动机的操作和动能的优化，混合动力电动汽车（混合动力车）更省油。插电式混合动力汽车（PHEV），该车辆在纯电动模式下运行的驱动里程可达30-60公里。PHEV汽车可以通过可再生能源产生的电能进行充电，例如风能和太阳能和核能。燃料电池汽车（FCV）使用氢作为燃料产生电力，因此，它们是基本上是零排放。当连接到电力电网（V2G），燃料电池汽车可以在停电期间利用备用电源进行紧急充电。由于氢生产，储存，和燃料电池等当前存在技术限制，燃料电池汽车不能面向普通市民普及。混合动力电动汽车有可能未来几年随着技术的进步而普及。由于混合动力技术可用于几乎所有类型的发动机，因此，它不是一种过渡技术。混合动力技术的路线图如图1所示。图1混合动力技术的路线图混合动力汽车和燃料电池汽车可以同时使用多个电子元件，如电机，电力电子转换器，电池，超级电容器，传感器和微控制器。除了这些电气化组件或子系统，传统内燃机（ICE）和机械系统还有液压系统也仍然可以使用。由于这些先进器件而带来的挑战包括推进系统和先进的动力总成的零部件设计，例如电力电子转换器，电机和能量存储装置;电源管理系统;造型和模拟传动系;混合动力控制与车辆控制方面的优化。本文对电动汽车（EV），混合动力汽车和燃料电池汽车的现有技术进行概述，重点讲的是电动车。第二节试图回答一个基本问题：为什么选择混合动力电动汽车和燃料电池汽车？它将一些关键问题上作出回答。第三节回顾了混合动力电动汽车和燃料电池汽车的发展历史。第四节将突出讲混合动力电动车和燃料电池汽车的工程原则。第五节介绍混合动力电动汽车和燃料电池汽车的结构。第六节将对混合动力汽车和燃料电池汽车的现有技术进行概述。第七节讨论关键技术，包括电动电机技术，功率变流技术，控制及电源管理技术，与储能设备方面的技术。最后，第八节作出总结。二、为什么选择混合动力电动汽车和燃料电池汽车？配备有常规内燃发动机的车辆（ICE）已经存在了100多年。随着世界人口的增加，在过去的十年里，人们为个人运输的车辆需求急剧增加。增加的这种趋势在发展中国家只会越来越强，如中国，印度和墨西哥。这些国家对石油的需求已显著增加。随着车辆的不断增加，与之相关的另一个问题就是个人车辆的排放量。温室效应和全球变暖已经是非常严重的问题，我们必须面对。而且能源已经有部分紧张局势，这将加剧世界能源危机。政府机构和相关组织已经制定了更严格的燃料消耗和排放的标准。然而，在过去100年里，使用ICE技术已经逐渐成熟，我们虽然会继续完善汽车电子技术，但主要依靠其它可能的方法来显著提高燃料经济性和减少排放量。以电池为动力的电动车辆的提出是其中的一个解决方案，以解决能源危机和全球变暖的问题。然而，初始成本高，行驶里程短，充电（加油）时间长，还要减少客运量和压缩货运空间，这些都是已被证明的限制电池供电电动车的条件。混合动力电动车的开发是为了同时克服内燃机汽车和纯电池驱动电动车的缺点。混合动力汽车采用车载ICE转换器从车载汽油或柴油中获得机械能，用来驱动车载电动机。车载电动机（多个）是用作优化内燃机效率的装置，还可以弥补刹车或滑行车的过程中动能的不足。如果车辆停止，或者车辆速度比预先设定的阈值低，ICE就会停止工作，此时电动机被用来驱动车辆行驶。ICE是通过调节速度和扭矩以优化引擎。如果发动机产生的动力比驾驶员要求的高，电动机就会使用超额的功率为电池充电，如果发动机提供的功率不能满足驾驶员要求，电动机就会提供额外的动力来协助驱动。由于ICE的优化操作，维修车辆的次数可显著减少，如更换机油，排气维修，更换制动装置等。另外，车载电动机为车辆的控制提供了更多的灵活性和可控性，比如有防抱死制动系统（ABS）和车辆稳定控制（VSC）系统。燃料电池汽车用燃料电池从氢里产生电力。电力要么用来驱动车辆要么被存储在能量存储装里，例如电池或超级电容器。由于燃料电池产生的电力来自化学反应（恒温），他们不烧燃料，氢燃料电池反应的副产品是水，因此不产生污染物。一辆燃料电池汽车可以提供安静舒适的驾驶旅程。表1电动汽车，混合动力电动汽车和燃料电池汽车的主要特征电动车类型纯电动车混合动力电动车燃料电池电动车动力·电动马达驱动·电动马达驱动·内燃发动机·电动马达驱动能源系统·电池·超级电容器·电池·超级电容器·ICE发动机组·燃料·必要的电池/为提升启动功率而设计超级电容能量来源·电网充电设施·加油站·电网充电设施(为插·氢·氢的产生和运输的基电式混合动力车）础设施特征·零排放·能量利用率高·不依赖原油·行驶里程相对较短·初始成本较高·可以商业化·非常低的排放量·同ICE汽车相比有更高的燃油经济性·更长的行驶里程·依赖原油（对于非插电式混合动力车）·成本较ICE汽车高·能量利用率的提高和排放量的减少取决于电动机和电池的功率以及驱动周期·可以商业化·零排放或极低排放量·能量利用率高·不依赖原油（如果不使用汽油来产生氢）·令人满意的行驶里程·成本高·还在开发中主要问题·电池和电池的管理·充电设施·成本·多能源的控制，优化和管理·蓄电池的容量·燃油消耗，循环使用寿命和可靠性·产生氢能的基本设施虽然它拥有很多优点，但他们也有一定的局限性。主要问题包括由于引进电机，能源存储系统，功率转换器而增加成本；由于车店缺少电工而引起的关于可靠性和保修方面的担忧；由于引进高电压车辆系统而引起的安全性方面的担忧；和高频大电流在电动动力系统中的电磁干扰。与燃料电池汽车相关的问题包括燃料成本高，氢的生产，存储和运输，燃料电池的循环使用寿命等。电动汽车，混合动力电动汽车和燃料电池汽车的主要特征的比较如表1所示。三、电动汽车，混合动力电动汽车，和燃料电池汽车的历史A.电动汽车的历史电动车发明于1834年。在19世纪最后十年，美国，英国和法国的一些企业已经在生产电动汽车。在伦敦，有出租车公司出租电动车。然而，由于电池的限制和内燃机汽车技术在快速进步，自1930年以来，电动汽车几乎从市场消失。然而，在70年代初，一些国家受能源危机的影响，开始重新提起在电动汽车方面的兴趣。1976年，美国推出了电动和混合动力汽车的研究，开发和示范。在21世纪初，美国加州对零排放汽车的使用做出了规定。今天，由于电池的限制，电动汽车主要用于小车辆和短距离的应用。在伦敦，由于新的法令要求在城区使用零排放车辆，近日，各地有900多辆小型电动车已经开始使用。由于辅助智能交通系统的帮助，电动车可以用在汽车共享系统中，当用户需长距离行驶时，用户可以在另一个中途服务站进行完全充电。B.混合动力汽车的历史1898年，费迪南德·保时捷博士在德国制造了他的第一辆车，LohnerElectricChaise。这是世界上第一个前轮驱动的汽车。保时捷的第二辆汽车是一个混合动力车，它使用ICE旋转产生能量，并把能量提供给位于车轮轮毂的发电机。电池独自使用时，汽车可以行驶近40英里。到1900年，美国的汽车公司已经生产了1681辆蒸汽汽车，1575辆电动车，和936辆汽油车。在纽约举行的第一次全国汽车展中，一项民意调查显示，受顾客青睐的电动车是他们的第一选择，紧随其后的是蒸汽动力汽车。在20世纪最初的几年里，全世界生产了成千上万的电动和混合动力汽车。1903年，克罗格公司生产了一辆混合动力车，它用汽油发动机给电池组供电。1904年，亨利·福特克服了汽油动力车的噪音和振动所带来的挑战，开始用流水作业的方法生产低价，轻便，以天然气为动力的汽车。亨利·福特的装配线和自启动燃气发动机的到来使混合动力汽车的销量在1920年急剧下降。在短短几年内，该电动车公司破产。1905年，一位名为H.Piper的美国工程师申请了汽油电力混合动力车辆的专利。他的想法是使用电动马达来帮助一个ICE，使其能够实现每小时25英里的速度。两个杰出的电动车制造商，BakerofCleveland和WoodsofChicago，提供了混合动力汽车。伍兹声称他们的混合动力车所能达到的最高速度为35英里每小时，还能实现48mpg的燃油效率。但伍兹的双电源系统成本很昂贵，和汽油汽车相比，不具有强大的竞争力，所以卖得不好。之后混合动力电动车便消失了。直到20世纪70年代，由于阿拉伯的石油禁运使汽油价格飙升，由此使美国对电动汽车产生了新的兴趣。美国能源部对由不同厂商生产的电动和混合动力汽车进行了测试。从此，世界开始走上一条新的道路，1997年的时候，第一个现代混合动力电动汽车，丰田普锐斯，在日本出售。两年后，在美国见证了另一辆混合动力车，本田Insight，的第一次销售。还有在这两个车之后的本田思域混合动力车，他们标志着面向市民的汽车发生了一次根本性的转变。这些电池电动汽车也为我们已经使用了超过100年的传统的汽油动力汽车和卡车带来了一些益处。由此，已经有超过20款混合动力客车被引入到汽车市场。C.燃料电池汽车的历史燃料电池的开发始于1839年，由始威廉·格罗夫爵士最先开始研究。因为当时人们对电力的认识不够深，所以最初是不成功的。第一次成功是弗朗西斯·培根在1932完成的。（碱性燃料电池系统与多孔电极）。在20世纪50年代，燃料电池在阿波罗太空计划中使用。由于空间的原因，这是最好的选择：核能太危险，太阳能太笨重，电池太沉重。燃料电池在阿波罗和双子座航天飞机中被使用。1967年，通用汽车公司开发出了六座的混合动力电动车，但为了安全起见，它仅限在公司内部使用。在近几十年中，许多制造商，包括主要的汽车制造商和各政府机构都支持正在进行的关于燃料电池技术的研究开发。随着燃料电池被用于手机燃料电池和为车辆应用的高功率燃料电池和固定式发电，其可能逐步取代传统电源。四、电动汽车，混合动力电动汽车，燃料电池汽车的工程哲学电动动汽车总的设计理念基本上是汽车工程和电气工程的整合。因此，为了使电动汽车具有良好的性能同时成本也要合理，系统的集成和优化是主要考虑因素。由于电力推进的特性基本上不同于发动机推进的特性，由此，一种新的设计方法是必不可少。此外，先进的能源和智能能源管理系统也是电动汽车可以同内燃机汽车竞争的关键因素。当然，总的成本效益才是电动车市场化的基本因素。现代电动车的设计方法应该包括国家最先进的技术，有汽车工程，电气和电子工程，还有化学工程。它应该采用独特的设计，要特别适用于电动汽车，并应采用适用于电动车的特殊的制造技术。应尽一切努力来优化电动汽车的能源利用情况。电动车工程哲学就像汽车工程和电气工程的婚姻。这包括电机，电力电子转换器，控制器，电池或其它能量存储装置和能源管理系统。婚姻意味着新娘和新郎已经完全了解对方的性格并能和谐相处，最好的配合以实现驾驶性能的要求，最大的能源利用效率和最低的排放量。混合动力汽车的工程哲学可以实现1加1大于2的的作用