英语原文共 21 页，剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料
锂电池中重量轻但能量容量较高，但循环寿命是主要缺点。锂离子聚合物电池可被包装成各种各样的封装形状，可靠性和耐用性较强，但它具有较差的导电性和较低的功率密度。在高功率密度的锂电池中，锂-铁磷酸盐电池是其中不错的选择，它具有比大部分锂电池更高的放电电流。除此之外，锂-铁磷酸盐电池是一种热化学稳定性优越的电池，比锂离子电池具有更好的安全特性。钛酸锂电池相比锂离子电池具有的优点是充电速度更快，Mitsubishirsquo;s i-MiEV电动汽车就是使用的钛酸锂电池。
其他类型的电池如锌空气电池是另一种有前景的电池。该电池具有比锂电池高的比能量和高能量密度。然而，主要缺点是功率系数低，循环寿命有限且体积庞大[23]。目前，锌空气电池尚处于研究阶段，还没有进行商业化推广。由于锂空气电池的能量密度比锌空气电池高，因此它将成为所有电动汽车的目标。
3.1.2超级电容器（UC）
超级电容器（UC）或超级电容器与正常电容器具有相似的结构，但不同之处在于UC具有比电容器高的电容（20倍的高能量容量）。超级电容器的特点包括免维护操作，更长的操作循环寿命以及对环境温度变化不敏感。目前，纯电动汽车与混合动力汽车使用的超级电容有三种类型：即双电层电容器（EDLC）-碳/碳，伪电容器和混合电容器。它们之间的区别在于储能机制和它们使用的电极材料不同。对于95％的有效脉冲，这三种类型超级电容的比功率密度几乎相当于1000-2000kW / kg左右，但双电层电容器比其他类型的超级电容具有更高的功率密度。EDLC的比能量密度最低（5-7 Wh / kg）。然而，其他两个具有几乎相似的能量密度（10-15Wh / kg）。超级电容的寿命可以达到40年，这是所有储能装置中最长的。
3.1.3飞轮储能（FES）
飞轮储能是通过转子/飞轮旋转存储/保持动能的存储设备。飞轮技术有两种方法，即动能（旋转能量）作为输出和电能作为输出能量。Torotrk公司的业务经理Chris Brockbank提到，从制动到飞轮储能的能量效率是70％，这是从制动转换到电能再到飞轮储能能量的两倍[29]。 如果使用磁性轴承和真空，整体飞轮储能机械效率可高达97％，往返效率高达85％。目前，研究机构（如美国的劳伦斯利弗莫尔国家实验室（LLNL），阿什曼技术公司，AVCON，诺斯罗普格鲁曼公司，动力研发公司，Rocketdyne / Rockwell Trimity飞轮美国飞轮系统公司，UT Austin的Power Center等）已经开发出用于电动汽车的超高速飞轮系统。通常情况下，系统可以达到10-150 Wh / kg的能量和2-10 kW / kg的功率。例如， LLNL建立了一个在20厘米直径和30厘米高度上实现 60,000 rpm，1 kWh和100 kW的高标准。与超级电容相比，飞轮储能具有更高的能量密度和功率密度。不幸的是，如果飞轮储能在交通方面未能管理好，其安全问题和陀螺力是飞轮储能的不利条件[14,30]。然而，与其他储能设备相比，飞轮储能仍然可以用于运输，因为它具有一些特点，如使用寿命超过15年，维护成本低等。飞轮储能动力响应时间短，充电时间短，能达到电动汽车的要求。此外，它可以在较大温度范围内工作，对环境造成的损害较小[31,32]。
3.1.4氢能
氢动力汽车是使用氢能作为车载能源驱动汽车的。通过燃烧氢冰或通过使氢气与氧气发生反应而转化为机械能进行发电。每单位重量的氢含有丰富的能量，但每单位体积的能量很少，这是运输的一个缺陷。本·莱恩博士[33]声称用典型的汽油箱储存等量的能量，在常温常压下需要约800倍体积的氢气。表5总结了行驶相同距离和相同类型车辆的车辆中的储氢系统的比较。储氢有三种主要方式：压缩氢气（7000倍大气压），低温系统（氢气在-253℃液化），贮氢材料（在压力或温度下吸收氢）。氢气可以用三种方式被吸收：首先是在压力下通过金属（纯净和合金）制造金属氢化物。那么加热时氢化物会释放出氢气。第二种方法是通过活性炭吸收氢气，通过高压和高温使用小玻璃球（微球体），碳纳米管和富勒烯可以达到相等的液态氢储存密度。第三种方法是当温度降低时，氢被固定在固体基质中，并且可以通过再次加热固体来释放氢。出于安全原因（防止氢气起火），氢气罐密封管道，环境通风良好，并尽量减少近火源[33-35]。今天，储氢技术已经成熟，没有安全屏障可以防止今天的汽油系统使用氢气作为燃料[36]。然而，氢气生产仍然缺乏高效的氢气生产方法。目前它是通过电解水和酒精类型制成的。纳米光催化水分解的直接生产是最有前途的方法之一[37]。 如果通过电解产生氢气，利用可再生资源，燃料电池电动汽车的一次能源消耗比电动汽车多130％ 它比双倍消耗更多[38]。
3.2.能源生产单位
汽车的集成发电机并不是一个新想法，但它是延长车辆行驶里程的有前途的方法。在将电池用作储能器而不是燃料箱之后，可以在车辆中安装更多的发电机。下面将讨论几种类型的能源发电机。
3.2.1燃料电池（FC）
燃料电池是一种能量转换装置，其中化学能通过电解过程转化为电能。燃料电池的副产品是热量和水。因此，燃料电池技术被证明可以减少石油资源和有害二氧化碳排放，这在[27,28]中有所描述。燃料电池有几种类型：直接甲醇燃料电池（DMFC），质子交换膜燃料电池（PEMFC），碱性电解质燃料电池（AFC），磷酸燃料电池（PAFC），熔融碳酸盐燃料电池（MCFC）和固体氧化物燃料电池（SOFC）。图1所示为美国能源部“能源效率和可再生能源”（2011年2月）[39]中的燃料电池技术。目前，DMFC由于其低温运行，快速充电和更多的能量容量而被用于便携式电子设备，如手机，PDA，平板电脑，笔记本电脑等。与密度为620Wh / L的锂离子电池相比，甲醇的能量密度为4390Wh / L。在燃料电池中，直接甲醇燃料电池、质子交换膜燃料电池、碱性电解质燃料电池和磷酸燃料电池被归类于低温工作燃料电池。这些电池目前用于Citaro燃料电池公共汽车和本田FCX Clarity（乘用车）等交通工具熔融碳酸盐燃料电池和固体氧化物燃料电池是高温工作燃料电池，由于其高功率输出，通常用于电力和分布式发电。燃料电池在交通运输应用中的主要优势是能够在高效率，低排放，零噪音的情况下运行，并且燃料电池系统很简单[39,40]。
3.2.2光伏电池（PV）
自20年前以来，太阳能或光伏（PV）作为车用AES已经存在[41-43]。 那个期间，使用太阳能电池板不适用于传统内燃机汽车[44]。然而，如今太阳能电池板再次引起人们的关注，制造商为提高乘客舒适度的目标，如2010普锐斯，Aptera2，奥迪AS和马自达929都有太阳能天窗来和通风功能。表6列出了七种光伏技术[45-53]。目前，由于中国制造商[54]，太阳能电池板的价格降至40％。目前，市场上领先的制造光伏技术来自晶体硅光伏和薄膜光伏，一些汽车晶体硅PV可分为三种类型：单晶，多晶和带状硅。 晶体硅光伏电池的整体效率约为15-20％，极少可以到最高30％。 这种光伏在制造上的成本非常高，这种光的吸收体相对较差，其晶体圆厚且体积大。然而，薄膜PV有6-11％左右的整体效率，在罕见情况下可达到最高21％。 这种光伏技术可以具有多种表面材料（玻璃，塑料和钢），每瓦成本最低（Wp）。但薄膜光伏采用全球有限数量的稀土元素。表6所示的其他光伏技术是与CJystalline PV相比，全球光伏发电规模较小的新型光伏技术。
太阳能车辆由于光伏空间的限制而仍然是一个挑战，而且发电量也不高。 然而，当一架飞机超过24小时的太阳能飞行并安全降落时[56]，这使得每一架飞机都需要再次发射。许多研究人员开始在车辆上安装太阳能电池板，并希望在不久的将来，电力完全由光伏发电。它们使车辆的表面最大化以容纳 PV面板[57]。参考[58]导出控制算法来增加PV产生的功率，结果表明整体效率提高了60％。文献[59]研究了电动汽车在车顶上使用的转换器，并证明存在燃油经济性问题。一些汽车制造商也开始将PV装在车辆的车顶上，例如雪佛兰Volt和Prius。这些制造商将车顶上的光伏整合在一起，使功率高达130瓦。丰田普锐斯汽车使用光伏能量来冷却车辆内部。在2007年至2008年期间，帕尔默路易斯已经建造了自己的6米\太阳能动力车（太阳能出租车），在534天内行驶53,451公里[6 0]。然而，这些仍然无法与目前质量150公斤，ESS容量5千瓦时，电力生产 1.8千瓦，表面积覆盖光伏近12米\和更好效率的太阳能动力汽车相比[61,62]。
3.2.3汽车热电发生器（ATEG）
热电发电机或TEG是将热能转化为电能的装置。目前，在获得ICE车辆或电动车辆的最佳燃油经济性和总效率方面非常受欢迎。如图3所示，这是由于热能的能量损失造成的最高。因此ATEG是一种可将ICE燃烧中的废热转化为电能的装置。来自[63] 的研究人员构建了原型ATEG模块并且证明了这一点。它可以达到40％至70％的效率。ATEG的续航时间在正常情况下可达10至20年不需要维护，每瓦安装能力低。燃油经济性测试也将根据车辆类型将燃油经济性提高1％至4％。
由于高导电性和低导热性，具有高塞贝克效应的材料是半导体。最常用的材料是Bi\Te\\PbTe和SiGe。其他材料如n型BiSb，p型TAGS和FeSi\具有良好的热电性能，但使用较少。这是由于各种实际困难，如升华率高，机械强度差以及缺少同型或p型材料等。 表7显示了TEG材料的特性[64,65]。符号ZT是热电材料的有效性，其中高ZT意味着特定的TEG可以将更多的热能转换成电能作为ZT。有一些汽车制造商测试TEG与他们的车辆，如日产，通用雪佛兰郊区和2006年宝马530i。
3.2.4 再生制动
当车辆处于滑行和制动模式时，来自移动车辆的动能产生电力返回到供电侧，这被称为再生制动。目前，有四种方法可以捕获再生制动产生的能量。 首先，所产生的电力直接存储在 ESS中。其次，液压马达可以通过压缩空气将能量储存在小罐中。除此之外，能量也可以作为旋转能量存储在FES中。 最后一种方法是通过弹簧将再生能量存储为重力能量（潜在能量）。表8显示了恢复制动能量的不同方法[66,67]。当车辆开始减速时，再生制动以一定比例与摩擦制动器一起运行。这是因为再生制动系统没有产生足够的能量来物理停车。它也用作车辆的安全目的。为了改善再生制动操作，有一些需要考虑的问题。考虑因素包括发电机的能力或规模，电池的充电状态和UC，电路设计和驱动循环[68]。
今天，通过再生制动产生的能量仅适用于ESS容量较高的车辆，包括HEV和AEV。这是由于发电机在制动过程中产生的功率非常高，可能在15-60 kW范围内。例如，即使马自达的 i ELOOP用于传统的ICE车辆，但它仍具有再生制动系统。这种车型可以将电能储存在电容器中，并对电池进行充电，以减少交流发电机的使用，据称能够将燃油经济性提高10％[69]。研究表明，传统的ICE车辆使用量少于总燃料能量的20％来推动[70,71]。近一半的可再生能量可以被回收并直接增加约10％至25％的驱动能量范围; 例如在GM Impact中 4高达25％[72,73]。大多数传统的ICE车辆使用com 压缩气体储能和FES。压缩气体能量储存将动能转化为气体中的弹性能量。然后当车辆重新通过时，气体通过泵出来加速。 FES或动能回收系统（I lt;ERS）目前仅供F1使用[74]。 两种压缩气体是储和FES是处理再生制动的有前途的方法，因为它具有功率密度大和物理尺寸小的优点[67]。
3.3. 电动汽车中的节能选择
电动车中的能耗是另一个重要方面，因为它影响车辆的整体率和性能。 如图3所示，传统的ICE车辆仅消耗总能量的大约15％。一般来说，常规ICE车辆中的大多数电气附件载荷与EV相当。这是因为大多数汽车制造商仍然专注于最大化车辆行驶距离以及EV中使用的ESS。电动助力转向系统，电动刹车系统，空调系统，前大灯，无线电系统，导航系统，辅助电池等。在过去，这些电气负载仅由14 V工作电压供电[76]。然而，这种新技术导致发明了比传统负载消耗更高功率的更先进的电气负载，例如高效可调速度空调装置，电力电子控制转向，电子制动力分配（EBO或EBFD）等）。为了满足日益增长的需求，电动汽车中的配电系统采用42V运行。新技术负载的优点包括高效率和高性能，运行成本和程序更便宜，由于集成了机械和液压功率进入电力系统并降低整体设计的复杂性[77]。 除此之外，还可以使用高效电气负载来降低功耗，从而延长电池的每个周期放电时间。例如，高强度发光装置（LED）是现代车辆中使用的高能效产品之一。总而言之，所有电动汽车附件的总功耗约为1320瓦[78]，而这些附件的总能耗约为200-600瓦[26]。
3.4用于储能的充电技术
除了电池容量之外，充电还是电动汽车的另一项挑战，特别是PHEV和BEV。 充电时间仍然是大容量ESS需要很长时间才能充满电的问题。此外，充电设施（充电站）尚未普遍可用且可访问。然而，电力电子技术的进步改善了电池充电技术。有两种类型的充电器，即电感耦合和导电耦合 前一种是没有接触介质的充电器，但电力是磁性传输的。它具有连接坚固的优点，对于驾驶者来说，它比导电耦合更安全，同时有更好的电源兼容性和耐用性。尽管电感耦合给驾驶者带来了方便，但这种方法尚未达到高效水平。这项技术需要仔细考虑，包括使用的频率范围，磁化电感，漏感和显着的离散并联电容[80,81]。至于后一种充电方法，传导充电是传统的充电方法，其通过接触金属将电力传输到充电器与车辆之间的金属。在导电充电器的设计中，必须强调安全问题及其电路接口配置。目前，导电充电方式应用最为广泛，有
全文共9291字，剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料
资料编号：[11407]，资料为PDF文档或Word文档，PDF文档可免费转换为Word
以上是毕业论文外文翻译，课题毕业论文、任务书、文献综述、开题报告、程序设计、图纸设计等资料可联系客服协助查找。
