电动汽车先进技术的分析及前景展望外文翻译资料

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电动汽车先进技术的分析及前景展望

摘要：电动汽车交通就解决气候变化问题来说是一种很有前景的方式。电动汽车的市场化给很多领域带来了巨大的影响，尤其是电网。为促进电动汽车的推广，大量的政策已经被执行。近几年，电动汽车逐渐被消费者接受的这种趋势是很让人欣慰的。驱动系统、电池、充电技术的发展大大推动了电动汽车整体技术的提高。虽然电动汽车在环保、经济方面带来了利益，但其充电给现存的电网操作带来了消极的影响。适当的充电管理措施应该被实施以解决这个问题。此外，智能电网中的整车集成技术带来很多机会，尤其是从车辆到电网技术和可再生能源的间歇性问题方面。本文阐述了电动汽车技术的最新发展、电动汽车出现的影响和电动汽车商业化带来的机遇。

关键词：电池充电；电动汽车；可再生能源；智能电网；车辆到电网技术

1 前言

温室气体是不必要的副产品，它的排放通常与化石燃料的燃烧有关。由于温室气体排放引发的气候变化的严重性已经达到了产生威胁性的高度，你可以通过目前的气候变暖和冰山融化很容易的察觉到。为了延缓气候的恶化，直接的预防措施和相关政策必须被执行。针对这一问题，国际能源机构概述了未来能源系统情况，到2050年全球平均气温增长不超过2℃。如果不采取措施解决这个问题，到2050年温室气体的排放量将增长两倍。在2009年交通运输业占据温室气体排放量的四分之一。

交通运输业已经尽各种各样的努力为了较少温室气体的排放，焦点就是开发新能源和研发汽车的新技术。电动汽车运输是比较有前景的方法之一。电动汽车通过多样化的能源来源提高能源安全，通过创造新的先进的工业促进经济增长，最重要的是，通过较少尾气排放保护环境。因为高效的传动系统和电动机，电动汽车的性能要比内燃机汽车好。世界各国政府为推广电动汽车采取了不同的措施、政策和方案。推广电动汽车的措施中包括对电动汽车成本的补贴，充电配套基础设施的建设及电动汽车好处在公众中认可度的提高。随着电动汽车获得大众的认可，这些努力似乎是有所回报。根据电动汽车倡议和国际能源机构提出的全球电动汽车展望，截止到2012年年底，电动汽车股票超过180000，这意味它占据着全球汽车股票的0.02%，也使得它得以继续研发。

电动汽车技术的不断发展是提高电动汽车性能和确保其竞争力的关键因素。例如，发展的重点已经被放在传动系统、电池及充电设备的技术问题上。为了满足不同的需求，电动汽车发展过程中传动系被设计成不同的布置形式，比如串联式、并联式还有混联式。这些传动形式可以提高燃油经济性，因为电动机的高效利用也提高了电动汽车的动力范围。与之类似地，为了找到一个具有高能量密度、高功率密度、质量轻、价格低、安全耐用的存储技术，电池从铅酸电池发展到镍电池再到锂离子电池。近期主要研究的金属空气电池具有高达1700瓦时每千克的能量密度，可与内燃机汽车的性能媲美。能够提供高充电量的充电基础设施，比如直流快速充电，已经逐步代替慢速充电由于司机的续驶里程短的焦虑。

关于发展电动汽车带来的影响方面的研究正在开展，主要集中在经济、环境和技术问题上，这方面在第四部分将会做一个综合的研究。电动汽车的成本很大程度上取决于电力产生的成本，因为电动汽车对电力的依赖从电网到驱动，所以电力来源的成本严重影响着电动汽车的使用成本。就配套基础设施而言的电动汽车的经济影响，可以从电网和消费者两角度来看。目前，电网因电动汽车额外的负载需求需要更多的发电量，那么消费者就需要支付较高的购买价格。但是，随着充电系统、能源交易、电价政策的多方协调，配套基础设施的建设对双方来说都是有利可图的。电动汽车在环境方面的影响是主观的，最明显地就是，电动汽车的零尾气排放，这对环境来说是清洁环保的。但是，电动汽车使用来自于电网的电能，电能形成的过程中的确会有温室气体的排放。因此，使用电动汽车给环境带来的影响主要取决于电能来源。最近可再生能源被广泛利用，这使得纯电动汽车比传统的混合燃料汽车更加的环境友好。电动汽车进入电网这个过程中收取费用增加了电动汽车使用电网获取电能方面的负面影响。基于对文献的广泛搜索，电动汽车充电涉及到的预期问题包括谐波、系统损耗、电压下降、相位不平衡、电力需求增加、超负荷和稳定性问题等。电动汽车充电对电网的影响将在第4.3节中进一步讨论。

本文的目的在于分析电动汽车发展现状，电动汽车技术，推广电动汽车的影响及电动汽车带来的潜在机遇。文章第一部分是引言，第二部分是电动汽车发展史及其现状，第三部分是解析电动汽车技术的目前水平，主要是传动系统、电池及电池充电方面，第四部分是推广电动汽车带来的影响，第五部分展望置于智能电网背景下的电动汽车未来发展的技术突破和潜力。第六、七部分总结了当前电动汽车研究的空白和不足之处。

2 电动汽车发展史和现状

从19世纪至今，电动汽车的发展经历了巨大的变化。令人惊讶的是，电动汽车曾经作为交通工具的首选。电力驱动汽车的发明得力于电动机的出现。在1832到1839年间，第一辆电力驱动马车，搭载不可充电电池，由罗伯特安德森发明。从那以后，各种各样的电力驱动马车被发明，但不幸的是，因为高效率电动机和可充电电池的缺乏，它们中的任何一个都没有存活下来。

在1856到1881年间，直流电动机和可充电电池取得了一系列的突破。因为高效率的直流电动机被开发，大部分银行贷款发给西门子、帕奇诺蒂、诺布克。除此之外，1859年，加斯东发明了第一个具有可行性的可充电的铅酸电池，在1881年左右，卡米尔阿尔福尔将其市场化。直流电动机和可充电电池技术的提高，极大地促进了电动汽车工业的发展。比如说，1897年，纽约引进的第一辆商用电动汽车是电动出租车，三年后，电动汽车占据了汽车市场的28%，并成为很受欢迎的汽车选择类型。

但是十年后电动汽车面临着一个巨大的挑战。1908年，由亨利福特制造的汽油机T型车被引进市场。1912年，由查尔斯凯瑟琳发明的汽油机电动启动代替了其手动启动。除此之外，价格低廉的汽油使汽油机汽车的使用成本低于电动汽车。另外，电动汽车的续驶里程相对较短，充电站数量也有限。归咎于以上众多因素，汽油机汽车被消费者接受，而电动汽车却淡出了人们的视野。到1935年，道路上就看不见电动汽车的踪影了。

几十年之后，由于汽油机的排放问题和高昂的油价，人们又对开发电动汽车产生兴趣。政府已经实施监管行动，减少尾气排放，提倡电动汽车和混合动力汽车的开发。监管行动之一就是1990年加利福尼亚州颁布的汽车零排放规定，到1998年汽车总量的2%要实现零排放，到2003年10%要实现零排放。因此，许多汽车生产厂商都致力于混合动力汽车的研究。1996年，通用公司生产和租赁EV1车型，第二年，日本的丰田公司将第一种商业化电动汽车普锐斯引入市场，在第一年就突破了18000的产量。随着油价的持续升高，越来越多的企业致力于汽车电气化。从2010年起，纯电动汽车和插电式混合动力电动汽车，如日产聆风，三菱的i-MiEV，雪佛兰沃尔特和特斯拉Model S已开始进入汽车行业。

基于由电动汽车倡议和国际能源机构颁布的全球汽车展望，到2012年年底，全球电动汽车股票已超过180000，表1呈现了当前世界各国电动汽车市场股票的数据。国家的电动汽车股票和电动汽车配套基础实施的数量是2012年统计的，与此同时，国家电动汽车目标在表1中也有所描述。在表格中，电动汽车包括纯电动汽车、插电式混合动力汽车和燃料电池汽车。配套基础设施包括非住宅的快、慢充电形式。美国拥有最大数量的电动汽车市场，占据70000股，相当于全球电动汽车股票的38%。配套基础实施的安装超过15000个。日本是全球第二大电动汽车市场，占据24%。欧洲市场占据将近11%。世界各国都制定了较高的电动汽车市场目标。为实现目标，各种政策、措施都相继出台，如对电动汽车成本进行补贴和配套基础实施的建设。

表1 当前世界各国电动汽车市场股票份额

在马来西亚，国家汽车工业政策促进了电动汽车和相关基础设施的发展。能源、绿色科技、水资源部任命“绿色科技”为马来西亚电动汽车发展设计一个发展路线。采取措施之一是2011年实施的电动汽车电动汽车示范工程，即在布城和赛城举办的“船队计划试验车”。这个项目的实施确保了发展路线的广泛性和电动汽车在公众中的宣传力度。2013年，三菱的i-MiEV和日产聆风作为最前两款电动汽车进入马来西亚市场。为了方便司机，公共充电站已逐步建立。例如，第一能源网络在孟沙购物中心、苏利亚吉隆坡会展中心以及沙登购物中心建立了充电站。最近，一个名为“电动公交一号”项目被执行，旨在提高电动汽车在公共交通中的影响力。此项工程的目标是到2020年马来西亚公路上出现2000辆电动公交车。

3 电动汽车技术

在电动汽车收获今天的成绩之前经历了一系列的技术革新。为了与传统的混合燃料汽车竞争同时促进自己的进一步发展，电动汽车技术需要不断的进步。人们已经非常注重电动车技术的发展，尤其是在传动系统、电池和充电设施方面。因此，随着电动车技术的发展这些部分的技术也在提高。传动系统有不同的布置方法，串联式、并联式和混联式。与之类似地，电池技术由铅酸电池发展到镍电池最后到锂离子电池。还有许多非常有潜力的电池类型，比如金属空气电池，能够与传统的内燃机汽车的能量密度相比。提供快速充电的基础设施已进入市场，解决了目前慢充充电时间过长的问题。

3.1传动系统

根据汽车杂交率的不同，电动汽车可以分为几种类型，包括混合动力汽车、插电式混合动力汽车和纯电动汽车。混合动力电动汽车通过内燃机和电动机两者驱动，混合动力汽车无法接受外部能源供给，比如说电网。其电池充电是通过内置内燃机或能量回收装置。这种装置是将机械能转化为电能供给蓄电池。插电式混合动力电动汽车与混合动力电动汽车类似，但是还有一些其他特征，如它有很大的电池组，可以从外部电网和传统电源中充电。

混合动力电动汽车和插电式混合动力汽车均是有两种能量来源驱动。二者的运行都是在内燃机和电动机的基础上。为了提高燃油经济性、动力性、降低成本，二者的传动系统布置形式多种多样。最常见的就是串联、并联和混联式，如图1所示。

如图1(a)所示，一个串联的混合动力电动汽车把电动即作为唯一的动力来源。除了能量回收装置给蓄电池充电，当电池电量低的时候，内燃机和发电机也都能给蓄电池充电。电动机是机械地连接在变速器和轮子上的，但是内燃机却没有和变速器和车轮相连。串联式混合动力汽车适合于城市出行，因为它能够处理频繁的起步、停车动作。这种形式的混和动力车能将整车效率提高到25%左右，而且易于设计、控制和操作。

并联式的混合动力车如图1(b)所示。此种情况下，电动机和内燃机都与变速器机械相连，同时传输动力驱动车轮运转。由于并联式混合动力车的动力来源与两个，它的效率比串联式的高处将近40%。并联式混合动力车适用于城市和公路两种驱动模式，因为在不同的驾驶条件，电机和内燃机可以互相补充。

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