混合動力汽車

1、 南 京 理 工 大 學(xué)畢業(yè)設(shè)計(論文)外文資料翻譯學(xué) 院：機械工程學(xué)院專業(yè)（方向）： 車輛工程姓 名： 狄豪學(xué) 號：912101560112附 件：1.外文資料翻譯譯文；2.外文原文。 外文出處：By C. C. Chan, Fellow IEEE,Dr. Chan is a Fellow of the Royal Academy of Engineering, U.K., the Chinese Academy of Engineering, The Ukraine Academy of Engineering Sciences, IEE, and HKIE.指導(dǎo)老師評語：翻譯質(zhì)量： 。

2、簽名： 年 月 日附件一：外文翻譯 電氣與藝術(shù)的結(jié)合，混合動力和燃料電池汽車憑借其卓越的燃油經(jīng)濟性和性能，混合動力汽車將有可能在未來幾年普及?？刂评碚摰倪M一步發(fā)展為混合動力車進步起了至關(guān)重要的作用。摘要：考慮到燃油經(jīng)濟性和對排放的更嚴(yán)格的法律法規(guī)，還有全球變暖的現(xiàn)象和對能源資源的限制，混合動力電動車和燃料電池車吸引了越來越多的汽車制造商，政府，和客戶的關(guān)注。這類汽車的研究和開發(fā)一直專注于開發(fā)新概念，低成本，有可靠的混合動力傳動系統(tǒng)的汽車。本文綜述的是混合動力電動車和燃料電池汽車的現(xiàn)有技術(shù)狀況，將對每個類別的應(yīng)用技術(shù)進行討論。 關(guān)鍵詞：電驅(qū)動；電機；電動車；燃料電池汽車；混合動力電動汽車（HEV

3、）；造型；電力電子一、引言和傳統(tǒng)的汽車相比，由于對發(fā)動機的操作和動能的優(yōu)化，混合動力電動汽車（混合動力車）更省油。插電式混合動力汽車（PHEV），該車輛在純電動模式下運行的驅(qū)動里程可達30-60公里。PHEV汽車可以通過可再生能源產(chǎn)生的電能進行充電，例如風(fēng)能和太陽能和核能。燃料電池汽車（FCV）使用氫作為燃料產(chǎn)生電力，因此，它們是基本上是零排放。當(dāng)連接到電力電網(wǎng)（V2G），燃料電池汽車可以在停電期間利用備用電源進行緊急充電。由于氫生產(chǎn)，儲存，和燃料電池等當(dāng)前存在技術(shù)限制，燃料電池汽車不能面向普通市民普及。混合動力電動汽車有可能未來幾年隨著技術(shù)的進步而普及。由于混合動力技術(shù)可用于幾乎所有類型的發(fā)

4、動機，因此，它不是一種過渡技術(shù)?；旌蟿恿夹g(shù)的路線圖如圖1所示。圖1 混合動力技術(shù)的路線圖混合動力汽車和燃料電池汽車可以同時使用多個電子元件，如電機，電力電子轉(zhuǎn)換器，電池，超級電容器，傳感器和微控制器。除了這些電氣化組件或子系統(tǒng)，傳統(tǒng)內(nèi)燃機（ICE）和機械系統(tǒng)還有液壓系統(tǒng)也仍然可以使用。由于這些先進器件而帶來的挑戰(zhàn)包括推進系統(tǒng)和先進的動力總成的零部件設(shè)計，例如電力電子轉(zhuǎn)換器，電機和能量存儲裝置; 電源管理系統(tǒng); 造型和模擬傳動系;混合動力控制與車輛控制方面的優(yōu)化。本文對電動汽車（EV），混合動力汽車和燃料電池汽車的現(xiàn)有技術(shù)進行概述，重點講的是電動車。第二節(jié)試圖回答一個基本問題：為什么選擇混合動

5、力電動汽車和燃料電池汽車？它將一些關(guān)鍵問題上作出回答。第三節(jié)回顧了混合動力電動汽車和燃料電池汽車的發(fā)展歷史。第四節(jié)將突出講混合動力電動車和燃料電池汽車的工程原則。第五節(jié)介紹混合動力電動汽車和燃料電池汽車的結(jié)構(gòu)。第六節(jié)將對混合動力汽車和燃料電池汽車的現(xiàn)有技術(shù)進行概述。第七節(jié)討論關(guān)鍵技術(shù)，包括電動電機技術(shù)，功率變流技術(shù)，控制及電源管理技術(shù)，與儲能設(shè)備方面的技術(shù)。最后，第八節(jié)作出總結(jié)。二、為什么選擇混合動力電動汽車和燃料電池汽車？配備有常規(guī)內(nèi)燃發(fā)動機的車輛（ICE）已經(jīng)存在了100多年。隨著世界人口的增加，在過去的十年里，人們?yōu)閭€人運輸?shù)能囕v需求急劇增加。增加的這種趨勢在發(fā)展中國家只會越來越強，如中

6、國，印度和墨西哥。這些國家對石油的需求已顯著增加。隨著車輛的不斷增加，與之相關(guān)的另一個問題就是個人車輛的排放量。溫室效應(yīng)和全球變暖已經(jīng)是非常嚴(yán)重的問題，我們必須面對。而且能源已經(jīng)有部分緊張局勢，這將加劇世界能源危機。政府機構(gòu)和相關(guān)組織已經(jīng)制定了更嚴(yán)格的燃料消耗和排放的標(biāo)準(zhǔn)。然而，在過去100年里，使用ICE技術(shù)已經(jīng)逐漸成熟，我們雖然會繼續(xù)完善汽車電子技術(shù)，但主要依靠其它可能的方法來顯著提高燃料經(jīng)濟性和減少排放量。以電池為動力的電動車輛的提出是其中的一個解決方案，以解決能源危機和全球變暖的問題。然而，初始成本高，行駛里程短，充電（加油）時間長，還要減少客運量和壓縮貨運空間，這些都是已被證明的限制

7、電池供電電動車的條件?；旌蟿恿﹄妱榆嚨拈_發(fā)是為了同時克服內(nèi)燃機汽車和純電池驅(qū)動電動車的缺點?；旌蟿恿ζ嚥捎密囕dICE轉(zhuǎn)換器從車載汽油或柴油中獲得機械能，用來驅(qū)動車載電動機。車載電動機（多個）是用作優(yōu)化內(nèi)燃機效率的裝置，還可以彌補剎車或滑行車的過程中動能的不足。如果車輛停止，或者車輛速度比預(yù)先設(shè)定的閾值低，ICE就會停止工作，此時電動機被用來驅(qū)動車輛行駛。ICE是通過調(diào)節(jié)速度和扭矩以優(yōu)化引擎。如果發(fā)動機產(chǎn)生的動力比駕駛員要求的高，電動機就會使用超額的功率為電池充電，如果發(fā)動機提供的功率不能滿足駕駛員要求，電動機就會提供額外的動力來協(xié)助驅(qū)動。由于ICE的優(yōu)化操作，維修車輛的次數(shù)可顯著減少，如更換

8、機油，排氣維修，更換制動裝置等。另外，車載電動機為車輛的控制提供了更多的靈活性和可控性，比如有防抱死制動系統(tǒng)（ABS）和車輛穩(wěn)定控制（VSC）系統(tǒng)。燃料電池汽車用燃料電池從氫里產(chǎn)生電力。電力要么用來驅(qū)動車輛要么被存儲在能量存儲裝里，例如電池或超級電容器。由于燃料電池產(chǎn)生的電力來自化學(xué)反應(yīng)（恒溫），他們不燒燃料，氫燃料電池反應(yīng)的副產(chǎn)品是水，因此不產(chǎn)生污染物。一輛燃料電池汽車可以提供安靜舒適的駕駛旅程。表1 電動汽車，混合動力電動汽車和燃料電池汽車的主要特征電動車類型純電動車混合動力電動車燃料電池電動車動力·電動馬達驅(qū)動·電動馬達驅(qū)動·內(nèi)燃發(fā)動機·電動馬達驅(qū)

9、動能源系統(tǒng)·電池·超級電容器·電池·超級電容器·ICE發(fā)動機組·燃料·必要的電池/為提升啟動功率而設(shè)計超級電容能量來源·電網(wǎng)充電設(shè)施·加油站·電網(wǎng)充電設(shè)施(為插電式混合動力車）·氫·氫的產(chǎn)生和運輸?shù)幕A(chǔ)設(shè)施特征·零排放·能量利用率高·不依賴原油·行駛里程相對較短·初始成本較高·可以商業(yè)化·非常低的排放量·同ICE汽車相比有更高的燃油經(jīng)濟性·更長的行駛里程·依賴原油（對于非插電式

10、混合動力車）·成本較ICE汽車高·能量利用率的提高和排放量的減少取決于電動機和電池的功率以及驅(qū)動周期·可以商業(yè)化·零排放或極低排放量·能量利用率高·不依賴原油（如果不使用汽油來產(chǎn)生氫）·令人滿意的行駛里程·成本高·還在開發(fā)中主要問題·電池和電池的管理·充電設(shè)施·成本·多能源的控制，優(yōu)化和管理·蓄電池的容量·燃油消耗，循環(huán)使用壽命和可靠性·產(chǎn)生氫能的基本設(shè)施雖然它擁有很多優(yōu)點，但他們也有一定的局限性。主要問題包括由于引進電機，能源存儲系統(tǒng)

11、，功率轉(zhuǎn)換器而增加成本；由于車店缺少電工而引起的關(guān)于可靠性和保修方面的擔(dān)憂；由于引進高電壓車輛系統(tǒng)而引起的安全性方面的擔(dān)憂；和高頻大電流在電動動力系統(tǒng)中的電磁干擾。與燃料電池汽車相關(guān)的問題包括燃料成本高，氫的生產(chǎn)，存儲和運輸，燃料電池的循環(huán)使用壽命等。電動汽車，混合動力電動汽車和燃料電池汽車的主要特征的比較如表1所示。三、電動汽車，混合動力電動汽車，和燃料電池汽車的歷史A. 電動汽車的歷史電動車發(fā)明于1834年。在19世紀(jì)最后十年，美國，英國和法國的一些企業(yè)已經(jīng)在生產(chǎn)電動汽車。在倫敦，有出租車公司出租電動車。然而，由于電池的限制和內(nèi)燃機汽車技術(shù)在快速進步，自1930年以來，電動汽車幾乎從市場消

12、失。然而，在70年代初，一些國家受能源危機的影響，開始重新提起在電動汽車方面的興趣。 1976年，美國推出了電動和混合動力汽車的研究，開發(fā)和示范。在21世紀(jì)初，美國加州對零排放汽車的使用做出了規(guī)定。今天，由于電池的限制，電動汽車主要用于小車輛和短距離的應(yīng)用。在倫敦，由于新的法令要求在城區(qū)使用零排放車輛，近日，各地有900多輛小型電動車已經(jīng)開始使用。由于輔助智能交通系統(tǒng)的幫助，電動車可以用在汽車共享系統(tǒng)中，當(dāng)用戶需長距離行駛時，用戶可以在另一個中途服務(wù)站進行完全充電。B. 混合動力汽車的歷史1898年，費迪南德·保時捷博士在德國制造了他的第一輛車，Lohner Electric Cha

13、ise。這是世界上第一個前輪驅(qū)動的汽車。保時捷的第二輛汽車是一個混合動力車，它使用ICE旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生能量，并把能量提供給位于車輪輪轂的發(fā)電機。 電池獨自使用時，汽車可以行駛近40英里。到1900年，美國的汽車公司已經(jīng)生產(chǎn)了1681輛蒸汽汽車，1575輛電動車，和936輛汽油車。在紐約舉行的第一次全國汽車展中，一項民意調(diào)查顯示，受顧客青睞的電動車是他們的第一選擇，緊隨其后的是蒸汽動力汽車。在20世紀(jì)最初的幾年里，全世界生產(chǎn)了成千上萬的電動和混合動力汽車。1903年，克羅格公司生產(chǎn)了一輛混合動力車，它用汽油發(fā)動機給電池組供電。1904年，亨利·福特克服了汽油動力車的噪音和振動所帶來的挑戰(zhàn)，開

14、始用流水作業(yè)的方法生產(chǎn)低價，輕便，以天然氣為動力的汽車。亨利·福特的裝配線和自啟動燃氣發(fā)動機的到來使混合動力汽車的銷量在1920年急劇下降。在短短幾年內(nèi)，該電動車公司破產(chǎn)。 1905年，一位名為 H. Piper的美國工程師申請了汽油電力混合動力車輛的專利。他的想法是使用電動馬達來幫助一個ICE，使其能夠?qū)崿F(xiàn)每小時25英里的速度。兩個杰出的電動車制造商， Baker of Cleveland 和Woods of Chicago，提供了混合動力汽車。伍茲聲稱他們的混合動力車所能達到的最高速度為35英里每小時，還能實現(xiàn)48 mpg的燃油效率。但伍茲的雙電源系統(tǒng)成本很昂貴，和汽油汽車相比，

15、不具有強大的競爭力，所以賣得不好。之后混合動力電動車便消失了。直到20世紀(jì)70年代，由于阿拉伯的石油禁運使汽油價格飆升，由此使美國對電動汽車產(chǎn)生了新的興趣。美國能源部對由不同廠商生產(chǎn)的電動和混合動力汽車進行了測試。從此，世界開始走上一條新的道路，1997年的時候，第一個現(xiàn)代混合動力電動汽車，豐田普銳斯，在日本出售。兩年后，在美國見證了另一輛混合動力車，本田Insight，的第一次銷售。還有在這兩個車之后的本田思域混合動力車，他們標(biāo)志著面向市民的汽車發(fā)生了一次根本性的轉(zhuǎn)變。這些電池電動汽車也為我們已經(jīng)使用了超過100年的傳統(tǒng)的汽油動力汽車和卡車帶來了一些益處。由此，已經(jīng)有超過20款混合動力客車被

16、引入到汽車市場。C. 燃料電池汽車的歷史燃料電池的開發(fā)始于1839年，由始威廉·格羅夫爵士最先開始研究。因為當(dāng)時人們對電力的認識不夠深，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。（堿性燃料電池系統(tǒng)與多孔電極）。 在20世紀(jì)50年代，燃料電池在阿波羅太空計劃中使用。由于空間的原因，這是最好的選擇：核能太危險，太陽能太笨重，電池太沉重。燃料電池在阿波羅和雙子座航天飛機中被使用。1967年，通用汽車公司開發(fā)出了六座的混合動力電動車，但為了安全起見，它僅限在公司內(nèi)部使用。在近幾十年中，許多制造商，包括主要的汽車制造商和各政府機構(gòu)都支持正在進行的關(guān)于燃料電池技術(shù)

17、的研究開發(fā)。隨著燃料電池被用于手機燃料電池和為車輛應(yīng)用的高功率燃料電池和固定式發(fā)電，其可能逐步取代傳統(tǒng)電源。四、電動汽車，混合動力電動汽車，燃料電池汽車的工程哲學(xué)電動動汽車總的設(shè)計理念基本上是汽車工程和電氣工程的整合。因此，為了使電動汽車具有良好的性能同時成本也要合理，系統(tǒng)的集成和優(yōu)化是主要考慮因素。由于電力推進的特性基本上不同于發(fā)動機推進的特性，由此，一種新的設(shè)計方法是必不可少。此外，先進的能源和智能能源管理系統(tǒng)也是電動汽車可以同內(nèi)燃機汽車競爭的關(guān)鍵因素。當(dāng)然，總的成本效益才是電動車市場化的基本因素?，F(xiàn)代電動車的設(shè)計方法應(yīng)該包括國家最先進的技術(shù)，有汽車工程，電氣和電子工程，還有化學(xué)工程。它應(yīng)該采用獨特的設(shè)計，要特別適用于電動汽車，并應(yīng)采用適用于電動車的特殊的制造技術(shù)。應(yīng)盡一切努力來優(yōu)化電動汽車的能源利用情況。電動車工程哲學(xué)就像汽車工程和電氣工程的婚姻。這包括電機，電力電子轉(zhuǎn)換器，控制器，電池或其它能量存儲裝置和能源管理系統(tǒng)?；橐鲆馕吨履锖托吕梢呀?jīng)完全了解對方的性格并能和諧相處，最好的配合以實現(xiàn)駕駛性能的要求，最大的能源利用效率和最低的排放量?；旌蟿恿ζ嚨墓こ陶軐W(xué)可以實現(xiàn)1加1大于2的的作用。這意味著從發(fā)動機動力與電機動力的整合中獲得了附加值，并充分利用了他們的優(yōu)點。電子靈活性與控制技術(shù)，不僅會增加能源效