畢業(yè)設計（論文）外文翻譯-電動汽車的電池和超級電容

1、電動汽車的電池和超級電容By 仿真結(jié)果說明，省油的混合動力電動汽車可以設計成使用電池或者超級電容，而這是由兩者之間的技術(shù)本錢和使用年限決定的。摘要電池和超級電容器在純電動汽車、充電保持型混合動力汽車和插電式混合動力汽車上的電能存貯單元中應用已經(jīng)被詳細地進行了研究。對于混合動力汽車而言，內(nèi)燃機和氫燃料電池的使用時作為初級的替代能源來考慮的。研究重點是鋰電池和碳/雙層碳超級電容器作為能量存貯技術(shù)非?？赡軕迷谖磥砥嚿?。這項研究的主要結(jié)果如下：1電池和超級電容器的能量密度和功率密度特點對設計純電動汽車、充電保持型混合動力汽車和插電式混合動力汽車有著足夠的吸引力。2持續(xù)充電，混合動力汽車引擎動力可以

2、被設計成使用電池或者超級電容器從而使燃油經(jīng)濟性改善50%甚至更好。3插電式混合動力汽車可以設計成相對較小的鋰電池使有效行程在30-60公里的范圍內(nèi)。對較長的日常駕駛范圍80-150公里插電式混合動力汽車燃油經(jīng)濟消耗率可以非常高大于100mpg，因為絕大局部能量大于75%通過電流用于驅(qū)動汽車。4輕度混合動力汽車可以設計使用一個儲能容量75-150Wh的超級電容器。使用超級電容器時的燃油經(jīng)濟性提升要比使用同質(zhì)量的電池組高10%-15%，這是因為超級電容器的高效率和更高效率的引擎運轉(zhuǎn)。5用氫燃料電池供能的混合動力汽車可以使用電池組或者超級電容器作為儲能器。仿真結(jié)果說明，在同等車重和道路負載情況下，燃

3、料電池汽車的等效燃油經(jīng)濟性是汽油機汽車燃油經(jīng)濟性的2-3倍。相比一輛引擎驅(qū)動的混合動力汽車，氫燃料電池的等效燃油經(jīng)濟性會是它的1.66-2倍。關(guān)鍵詞： 電池組 控制策略 燃料電池 混合動力汽車 改善燃油經(jīng)濟性 超級電容器為了提高傳動系統(tǒng)效率，提供比其他道路交通方式更加節(jié)省石油能量，世界各地的汽車公司正在開發(fā)混合動力和燃料電池引擎。這些車輛的動力傳動系統(tǒng)利用電動機和電能儲存器補充引擎輸出或者車輛在加速和巡航時燃料電池的補充以及制動時的能量回收。目前正在利用的能量存儲技術(shù)是充電電池和超級電容器電化學電容器。能量儲存單元可以從發(fā)動機、燃料電池或者電網(wǎng)充電，非常像一輛電動汽車。在后來的例子(通常稱為插

4、電式混合動力汽車)，車輛可以同時使用液體或者氣體燃料和電力網(wǎng)。插電式混合動力汽車的一個有吸引力的功能就是允許使用除了石油外的其他能源產(chǎn)生的電能。本文主要是關(guān)于供電電池，插電式混合動力汽車使用的引擎，燃料電池汽車使用的氫燃料的設計及其性能。特別令人感興趣的是如何將儲存的電能單元能最好的利用在一些動力系統(tǒng)中組建的配置和控制策略，提高傳動系統(tǒng)的效率，各種駕駛循環(huán)和車輛使用模式下的能量使用燃料和電力電網(wǎng)。通過不同設計方案的詳細模擬結(jié)果進行評價，當可以利用時，記錄下車輛測試數(shù)據(jù)。應用在汽車仿真中能量存儲和燃料電池組件的特點對應于現(xiàn)在的這些技術(shù)以及預測其性能在未來的改善。電能儲存單元必須具有較大的容量，使

5、他們儲存足夠的能量千瓦時，并提供足夠的車輛峰值功率使車輛有一定的加速性能和滿足適當?shù)鸟{駛循環(huán)的能力。對于這些用于重大的全電動范圍的汽車設計，儲能單元必須儲存足夠的電能滿足在現(xiàn)實世界駕駛的范圍要求。此外，能量儲存單元必須符適宜當?shù)闹芷诤蛪勖?。這些需求將會有很大的差異性，這主要取決于被設計的車輛傳動系電池或燃料電池或混合動力發(fā)動機，但是一旦車輛的性能目標被確定，它們自然也被簡單合理的決定了。建立能量存儲單元所需的重量，體積和本錢并非直截了當，而是非常困難的。有了這些特點限制，顯然將排除汽車的成功設計和銷售，但是設置實際的限度去獲得可行的設計是相當隨意的。本文采用的方法是注意與各種技術(shù)的性能特點

6、瓦時/千克，瓦時/升，瓦/千克，等等所對應的適宜的儲能單元質(zhì)量和體積。在本文中不考慮本錢問題。如上所述，能量存儲單元的大小決定于一個能量儲存或者功率需求。就電動汽車供能的電池而言，電池容量的大小取決于車輛指定的范圍。電池的質(zhì)量和體積可以從車輛能量消耗的需求瓦時/千米以及電池能量密度瓦時/千克，瓦時/升通過適當?shù)姆烹姕y試周期對應的時間來簡單的計算得到。在大多數(shù)電動汽車的例子中，電池的規(guī)模很容易滿足車輛的一個指定的加速性能，爬坡能力的功率要求和最高巡航速度。在此應用的電池都是利用的電網(wǎng)電力定期深放電和充電。因此，深放電循環(huán)壽命是一個主要的考慮因素，電池符合一個指定的最低要求是非常有必要的。就使用引

7、擎或者燃料電池作為初級能量轉(zhuǎn)化器和電池作為儲藏能源的混合動力汽車，能量儲存單元的大小主要由車輛在加速時單位峰值功率大小決定的。在大多數(shù)混合動力汽車，電池的能量存貯被考慮做得比需求更大以滿足車輛適當?shù)鸟{駛循環(huán)?？墒?，多余的能量儲藏只允許電池運行超過一段相對狹隘的范圍通常最多5%-10%，還極大的延伸電池的循環(huán)壽命。原那么上，決定混合動力汽車電池質(zhì)量體積只有電池的脈動功率密度瓦/千克，瓦/升。然而，對于一個特定的電池技術(shù)，它并不如確定適當?shù)墓β拭芏戎的敲春唵?，因為應該考慮做出這個決定的效率。一個適當?shù)拿}沖功率值并不是，因為那時的效率非常低接近50%。一個更加適宜的電池峰值功率計算公式如下表達式：

8、是峰值功率脈沖效率。在這個等式中，假設脈沖接近于，其中。對于一個90%的效率，高效率的電池脈沖功率大約為數(shù)值的。由于將討論該文的下一局部，甚至使用上面的表達式，應用在混合動力汽車中的先進電池設計擁有高功率的能力，使得它們與充電式混合動力汽車相配合使用。超級電容器也可以用于插電式混合動力汽車。在這種情況下，能量存儲單元大小決定于能量存儲瓦時需求，因為超級電容器的能量密度瓦/千克相對更低5-10瓦/千克而有用功率密度很高1-2千瓦/千克。從超級電容器的可用功率可使用下面的表達式估計： 是峰值功率脈沖效率。在這個等式中，假設脈沖峰值功率發(fā)生在時，效率為，其中。能量存儲的需求標準對于設計和使用超級電容

9、器的動力總成的實用性是至關(guān)重要的。正如在本文后面的討論，功的需求完全取決于混合動力汽車上動力系統(tǒng)的超級電容器充放電的控制策略。儲能規(guī)格范圍在75-150瓦時對于輕度混合動力汽車是比擬合理的。與之相對應的超級電容器的重量在15-30千克，峰值功率在18-36千瓦之間。在這些功率下，能量單元的往返效率是90%-95%。超級電容器需要面對駕駛條件時周期性的深放電，但是在大多數(shù)時間下放電深度較淺。用在輕度混合動力汽車上的超級電容器循環(huán)壽命需求將在50萬次以上。決定插電式混合動力汽車的能量存儲單元的大小比純電動或者充電保持式混合動力汽車復雜的多。這是因為就全電動范圍的汽車的不確定性或者用專業(yè)術(shù)語詳細來說

10、“全電動范圍。在最簡單的術(shù)語，全電動范圍意思就是混合動力汽車可以使用電池供能行駛指定的距離而沒有啟動引擎或者燃料電池。在這種情況下，電力驅(qū)動系統(tǒng)和純電動汽車相同，而能量存儲需求千瓦時可以通過能量消耗瓦時/千米和指定的全電動范圍來計算。所以，對于大的全電動范圍，電池規(guī)?？梢匀Q于能量需求，對于較小的全電動范圍，電池規(guī)模可以取決于功率需求。對于設計一輛特殊的汽車，將不得不慎重考慮對于電池的優(yōu)化設計能量和功率特性，以滿足對能量存儲千瓦時和功率千瓦的要求。和所有化學電池一樣，電池內(nèi)存在著能量密度和有用功率密度之間的均衡。對于電池特性的詳細考慮將在下一局部詳細介紹。對于相對較短的15千米或者更少的全電動

11、范圍，電池和超級電容器的組合將會是一種可行的方案。進一步復雜化插電式混合動力汽車的問題，所有的全電動范圍的概念可以被解釋為大多數(shù)驅(qū)動采用電池供能，只有當功率要求很高或者車速超過一指定數(shù)值時有發(fā)動機或者燃料電池協(xié)助供能。結(jié)果顯示，大多數(shù)的電池能量用于驅(qū)動汽車，燃油經(jīng)濟性非常高100mpg或者更高。這樣，電動傳動系電動馬達和電池的功率需求會比一輛所謂的純電動汽車更少。能量的消耗瓦時/千米也可能減少。因此，電池的能量和功率需求的減小產(chǎn)生了在相同效率的全電動范圍里程更小，花費更少的電池。就插電式混合動力汽車而言，電池可以從引擎或者燃料電池充電或者通過墻上插座充電。插電式混合動力汽車的一個吸引人的地方是

12、相當一局部驅(qū)動車輛的能量可以通過除了石油外其他能源產(chǎn)生的電力來提供。因此，對插電式混合動力汽車，電池循環(huán)壽命成為了一個重要的問題。電池從低狀態(tài)充電深放電后比純電動汽車的電池更加頻繁。因此，插電式混合動力汽車的電池循環(huán)壽命會比純電動汽車要求更高。至少需要2000-3000次循環(huán)。因此，在功率和循環(huán)壽命上，插電式混合動力汽車對電池的要求要高于純電動汽車。在這一局部，電池和超級電容器的技術(shù)現(xiàn)狀將被回憶。就電池而言，技術(shù)中主要考慮了密封的鉛酸，鎳氫和鋰離子。對于超級電容器，只有碳/雙層碳器件被考慮，因為這個技術(shù)是唯一被商業(yè)化的。 1電池：大多數(shù)的電池供能和混合動力汽車測試和市場化到最新2006年都用的

13、是鎳金屬氫化物電池。鋰電池開展取得的重大進展使得其正被考慮參加到電動汽車和混合動力汽車的電池使用中。很多最近的電池開展考慮到對混合動力汽車對應高功率電池，對電動汽車使用能量密度不高的電池。就像上局部所討論的，功率需求影響混合動力汽車的電池規(guī)模多一些，而能量密度對它的影響就少多了。插電式混合動力汽車的電池既需要高功率，也需要高能量密度。更不用說很多用于開展插電式混合動力汽車電池的工作，但是它們的特性可能介于混合動力汽車和電動汽車之間。 電池特性關(guān)于電動汽車和混合動力汽車應用的總結(jié)見表1。這些數(shù)據(jù)是從一大堆資源1-7中收集到的。一般而言，混合動力汽車的電池的相關(guān)資訊比電動汽車的要新一點，因為大多數(shù)

14、最新的電池開展都是直接向著混合動力汽車的應用而不是電動汽車的應用。根據(jù)數(shù)據(jù)外表來看，混合動力汽車的電池和電動汽車的電池相比在幾個方面上有所不同。首先，電動汽車的電池單元的容量安時)考慮到要比混合動力汽車的電池來得大。這是非常有必要的，因為這兩個系統(tǒng)的電壓是差不多的，但是混合動力汽車上面的電池容量就要比電動汽車的小很多。這也可以從表1看出來，為混合動力汽車而設計的電池其功率能力比電動汽車要高得多。這項需求是直接來自于低重量的混合動力汽車電池以及其在電池充放能量時的高效率。表1 各種技術(shù)/類型電池在汽車電動汽車和混合動力汽車上應用的特點如前所述，電池要有高功率的能力就需要其電池內(nèi)阻很低。因此，電池

15、內(nèi)阻的相關(guān)知識對于評估電池功率能力的大小是至關(guān)重要的。還要注意的是混合動力汽車電池的能量密度顯然要低于相同化學成分的電動汽車電池。例如，電動汽車的鋰電池能量密度可以到達100-150瓦時/千克，而混合動力汽車的電池是60-75瓦時/千克。能量密度和功率密度之間的權(quán)衡是在一些特殊汽車電池優(yōu)化設計中的關(guān)鍵特點。目前為止還沒有專門為插電式混合動力汽車設計的可用電池。理想情況下，這樣的電池需要接近于電動汽車的能量密度和接近于混合動力汽車的功率密度。插電式混合動力汽車的電池大小會比電動汽車的小，因為它的容量大多設計為電動汽車的1/3-1/4。插電式混合動力汽車必須被設計成深放電，長循環(huán)壽命，而不像其他混

16、合動力汽車那樣設計成淺放電。因此，插電式混合動力汽車的電池特性相對普通混合動力汽車更接近于電動汽車，但是比電動汽車具有更高的功率。關(guān)鍵問題是增加了電動汽車電池的功率密度同時會犧牲較小的循環(huán)壽命。這對于插電式混合動力汽車而言，在相對較短的全電動范圍里確實是一個問題。2超級電容器：超級電容器在汽車上的應用是在1990年以后開始開展的。大多數(shù)的開展用的都是微孔電極做的雙層碳電容器。從這項工作一開始，就有兩個被要求到達的目標，分別是至少5瓦時/千克的能量密度和放電時較高的功率密度8。循環(huán)壽命至少500000次深放電。為了證明超級電容器的開展是一項和高功率電池完全不同的技術(shù)，電容器的功率和循環(huán)壽命特點要

17、比高功率電池好很多，因為電容器的能量密度比電池要少得多。近來，有關(guān)于超級電容器的研究9-11是說用電容或者電池的材料做成其中一個電極，而另外一個電極使用微孔碳。這項工作要做的就是提高設備的能量密度。目前在一些公司瑪克斯韋爾、內(nèi)斯、愛普科斯、日本化工12-14已經(jīng)有可用的商業(yè)化碳設備。表格2 碳超級電容器的特性所有這些公司市場的大型設備容量在1000-5000法之間。這些設備適合于高功率汽車的應用。一些設備的性能表現(xiàn)在表2中給出了。顯示的能量密度瓦時/千克對應于設備的有用功，設備是基于之間恒功率放電測試。峰值功率密度通過對應的阻抗和95%的有效脈沖給出。對于大多數(shù)超級電容器的應用，高效率的功率密

18、度是該設備的功率能力的適當衡量。對于大型的設備，能量密度在大多數(shù)可用的設備中是3.5-4.5瓦時/千克，95%的能量密度在800-1200瓦/千克之間。近年來，設備的能量密度通過碳/雙層碳的技術(shù)逐漸上升，通過乙腈作為電解液，電池的端電壓也上升到了2.7伏。目前的超級電容器性能適合于使用引擎或者燃料電池作為初級能量轉(zhuǎn)換器的輕度混合動力汽車。輕度混合動力汽車是指即使能量存儲單元被耗盡時，引擎和燃料電池的功率也足夠大，能提供令人滿意的性能表現(xiàn)。超級電容器單元的大小是由能量儲存需求75-150瓦時來決定的。超級電容器的功率密度能力能到達最大功率75-150瓦，使得其超過動力傳動系統(tǒng)的電力需求。超級電容

19、器不適合作為插電式混合動力汽車的初級能量儲存，但是被證明可以和電池結(jié)合用于較短的全電動范圍的插電式混合動力汽車上。在這種情況下，電池組這么小以至于不能滿足車輛加速的要求和制動時可用能量的回收。將超級電容器用于純電動汽車是不可能的了。仿真結(jié)果寫在本文下面關(guān)于電動汽車電池的局部，充電保持型混合動力汽車使用電池和超級電容器，插電式混合動力汽車使用電池和氫燃料電池來驅(qū)動汽車。所有的汽車將被設計為具有相同的加速性能，使得設計方案比擬關(guān)鍵的方法是每公里總能耗效率和插電式混合動力汽車的多少能量可以作為是電網(wǎng)電力。引擎驅(qū)動的汽車將會在有效燃油經(jīng)濟消耗率的根底上比擬。引擎和燃料電池驅(qū)動的汽車是在相當于用汽油和氫

20、燃料作為等效燃油經(jīng)濟性的根底上進行比擬的。 很多汽車的類型和設計都是通過用于混合汽車的仿真軟件ADVISOR15來做的，SIMPLEV工程在愛達荷州國立工程圖書館開發(fā)用于車輛的電池和燃料電池。燃料電池車的幾個模擬結(jié)果通過加州大學戴維斯分校的建模方案而提出的。在適當?shù)那闆r下，不同的仿真工具得到的結(jié)果和文獻的模擬結(jié)果相互比擬。在所有的情況下，比擬了車輛的統(tǒng)一特性測試重量、風阻系數(shù)、滾動阻力系數(shù)。結(jié)果是依據(jù)假設所提出來的關(guān)于傳動部件的特點和運作的控制策略。尤其對引擎驅(qū)動的混合動力汽車特別真實。關(guān)于建模的細節(jié)，在引用和參考里，這里不再重復使用了。表格3 電動汽車鋰電池的特性傳動系統(tǒng)的關(guān)鍵參數(shù)，如能量存

21、儲千瓦時和電動馬達以及發(fā)動機/燃料電池功率千瓦將在汽車仿真結(jié)果中被引述。 第一組仿真結(jié)果的討論時電動汽車和插電式混合動力汽車。這些設計方案都允許電網(wǎng)電力全部或大局部替代傳統(tǒng)內(nèi)燃機驅(qū)動的車輛使用液體燃料。電池供電的車輛需要有活動范圍限制，而電池的充電時間很長6-8小時。插電式混合動力汽車就克服了電動汽車的這個范圍限制。兩種使用鋰電池的電動汽車的仿真結(jié)果在表3表4中給出了。兩種車輛擁有大約240千米的范圍，其中電動汽車甚至是使用了最適合最大的鋰電池140瓦時/千克。里程較短的車輛可以設計成更小的電池包。 下面，考慮通過ADVISOR獲得的仿真結(jié)果。這個車當做一輛下降20%的電動汽車使用，也可以作為

22、一輛充電保持并聯(lián)式混合動力汽車。用在插電式混合動力汽車上的鋰電池重量是裝在電動汽車上的1/3。一輛緊湊型轎車的仿真結(jié)果總結(jié)在圖1、表格5和表格6。 插電式混合動力汽車的仿真結(jié)果說明，即使是在較長的日常行駛范圍里，他們的燃油消耗率汽油也可以非常高，因為他們可以使用一大局部的電力來代替汽油的消耗。這個可以使用相對較小的電池組就98千克的緊湊型車仿真而言。 模擬還進行了混合動力汽車幾乎為全零電范圍的情況。該電力傳動系統(tǒng)是被來更加有效的運行引擎和制動能量的回收。在這些汽車的設計中，發(fā)動機是工作在開關(guān)模式下，但是他并不是關(guān)閉了很長的時間。該電能存儲單元沒有充電網(wǎng)格，但他發(fā)動機發(fā)出的功率維持在一個指定的充

23、電狀態(tài)。因此這些混合動力汽車只能用汽油或者其他燃料。 能量存儲單元和能量存儲是比擬小的，而且存儲單元的大小是由功率需求來決定的。能量存儲單元可以是電池或者超級電容器?，F(xiàn)在，這種類型的所有混合動力汽車被各大汽車公司市場化，用的都是鎳氫電池。先前使用鋰電池的車輛正在被測試，可能會在不久的將來上市。超級電容器正在被考慮使用到充電保持混合動力汽車上。但是只有有限的工作被納入到了實際的混合汽車中18-20。仿真將給出充電保持混合動力汽車使用電池和電容器的結(jié)果。表4 鋰電池電動汽車的仿真結(jié)果設計這樣的汽車中考慮的一個關(guān)鍵問題是電力傳動系統(tǒng)馬達的最大功率能力和引擎相對應的功率大小。如果電機的功率較大50千瓦

24、或者更大，那么該引擎可以精簡，該混合動力汽車稱為全混合動力汽車。如果電動馬達的功率很小少于20千瓦，那么該引擎并沒有較大的縮減，這種混合可以被稱為“輕度或者中度混合動力汽車。電池可以使用在任何全混合動力汽車或者輕度混合動力汽車上，而超級電容器只適合于輕度混合動力電動汽車，只有在能量存儲需求上相對較小75150瓦可用能源。仿真結(jié)果將對各方案的燃油經(jīng)濟性進行比擬，還可以使用各種設計方法進行預期改良。一般情況下，使用全混合動力汽車的方案的燃油經(jīng)濟性提高非常大，但是這些混合動力汽車的動力系統(tǒng)的本錢花費比輕度混合動力汽車要高的多。因此，比擬這兩種方法之間的燃油經(jīng)濟性的改善非常有意思。這些本文的仿真結(jié)果直

25、接取自于21-24。這些資料通過各種方法對充電保持混合動力汽車進行了詳細的研究分析。這些報告的主要研究結(jié)論是：1使用輕度混合動力汽車可以提高燃油經(jīng)濟性40%-50%，而動力系統(tǒng)相對較低的花費使得比全混合動力汽車更有效率。2利用超級電容器作為能量儲存可以比電池提高10%-15%的燃油經(jīng)濟性，即使是高功率的鋰電池。第二個結(jié)論的可行性取決于超級電容器本錢在0.25-0.5美分每法拉25，26的持續(xù)減少。無論使用什么設計方法，仿真結(jié)果說明充電保持混合動力汽車在所有使用汽油或者柴油的汽車中有著大幅度提高燃油經(jīng)濟性的吸引人的方式。以上討論的結(jié)果可以通過21-24給出的額外的仿真來說明其合理性。首先，考慮了

26、各種大小車輛和發(fā)動機類型的全混合動力和輕度混合的比擬。仿真結(jié)果和由此得出的經(jīng)濟性比擬在表7-10給出21-22。這些結(jié)果顯示了通過多尺寸和發(fā)動機類型的充電保持混合動力汽車試驗可以提高大幅度的燃油經(jīng)濟性。對于全混合動力汽車和輕度混合動力汽車在燃油經(jīng)濟性和車輛本錢花費上的總結(jié)在圖2。權(quán)衡的百分比在獨立的汽車種類中是必須的。注意下輕度混合動力汽車和全混合動力汽車的曲線斜率說明輕度混合動車比全混合動力汽車的花費效率更高。表5 插電式混合動力汽車FUDS循環(huán)仿真結(jié)果表6 緊湊型插電式混合動力汽車在美國聯(lián)邦公路上的仿真結(jié)果表7 不同設計的混合動力汽車的特點 圖1.ADVISOR關(guān)于插電式混合動力汽車在FU

27、DS的輸出緊湊型轎車接下來，要考慮在輕度混合動力汽車上使用超級電容器。這種設計在23和24中已經(jīng)被分析了。評估超級電容器在混合動力汽車上使用的關(guān)鍵問題是建立能量存儲的需求。如果存儲容量太大，重量、體積和花費就會太高使得超級電容器不能和電池相比，尤其是鋰電池。能源需求對于混合動力汽車的控制策略是至關(guān)重要的。在23和24中，顯示了控制策略可以使用一種“鋸齒策略，是指和一些列混合動力汽車相似在全電模式和發(fā)動機模式下繼續(xù)運轉(zhuǎn)。這種控制策略允許發(fā)動機工作在較高的效率，該動力既驅(qū)動了車輛還對超級電容器充電。使用了這種策略的混合動力汽車的模擬輸出在圖3。請注意超級電容器在充電狀態(tài)是完全充電和近50%時使用了

28、這種策略的FUDS駕駛循環(huán)。 該發(fā)動機的相應操作顯示在了圖4中。請注意發(fā)動機大局部時間工作在高效率這個例子的平均能效是29%。超級電容器的規(guī)模大小應該被規(guī)定，使得發(fā)動機開關(guān)之間的時間不是太短。仿真結(jié)果說明對于FUDS和聯(lián)邦公路循環(huán)，能量存儲時100瓦時可用能量的中等汽車至少可以保持開關(guān)時間在30s以上。引擎在一個FUDS局部循環(huán)情況在圖5中。表8 使用PFI汽油機汽車的根本特性 幾種超級電容器和電動馬達結(jié)合的中等汽車測試重量1680千克仿真結(jié)果見表格11。注意燃油經(jīng)濟性相比超級電容器單元的大小重量和能量存儲更依賴于電動馬達的功率。因此對于中型客車，電動傳動系應該有一個大小為30千瓦峰值功率，但

29、是超級電容器的能量存儲需求那么不必大于100瓦時。從使用麥克斯韋商業(yè)電容器的仿真說明在FUDS和高速公路駕駛循環(huán)中平均電容器的使用效率大于92%，即使是在電容器深放電到50%一般的額定電壓。鋸齒策略是用來減少能量存儲的需求使得其相比電池更加適合超級電容器，因為超級電容器的低電阻和高效率。這種策略比其他策略擁有更高的發(fā)動機效率，但是相比于輕度混合動力汽車的一般控制策略，其對電力傳動系統(tǒng)的要求較高。這是因為有一大局部能量用于驅(qū)動汽車，通過使用鋸齒策略可以大幅度提高引擎的效率。要在輕度混合動力汽車上得到燃油經(jīng)濟性的提高，需要引擎在關(guān)閉模式或者效率最低的時候不要激發(fā)。影響發(fā)動機在燃油經(jīng)濟性的提高在文2

30、4中有研究。表格12顯示的結(jié)果說明發(fā)動機摩擦力的影響是非常重要的，但是燃油經(jīng)濟性等級的提升還是保持在較大值。 人們普遍認為做有效的方法就是使用燃料，尤其是氫，傳統(tǒng)的汽車是直接將燃料電池轉(zhuǎn)換成電能 。燃料電池汽車的傳動系統(tǒng)和電動汽車類似，而是將電池取代為燃料電池和氫儲能單元見圖6。這個傳動系統(tǒng)是用于混合動力的設計，燃料電池可以負載使用小的電池或者超級電容器，非常像充電保持混合動力電動汽車。氫能源的存儲相比于電池要大的多。例如，3千克的氫相當于3加侖的汽油或者100千瓦時。對于一輛客車，它就可以比電池多存儲能量。燃料電池的運行特性和電池在一些參數(shù)電壓，電流和電阻上是相似的。該燃料電池有大約1.2伏

31、的開環(huán)電壓，隨著電池數(shù)的增加，電壓和電流也會減少。用氫和空氣的PEM燃料電池25,26的伏安特性在圖7。單元和系統(tǒng)效率也被顯示在了圖上。注意燃料電池的效率要高于內(nèi)燃機，最高時是在低功率小電流而不是相對高功率的發(fā)動機。燃料電池具有高效率使得在相同尺寸和性能表現(xiàn)下，其燃油經(jīng)濟性遠遠高于汽油汽車。燃料電池汽車的一個關(guān)鍵問題是在同等的燃油經(jīng)濟性下，燃料電池的基準會比汽油高。大多數(shù)燃料電池的研究關(guān)于氫的需求都是假設提高了2-3倍?？紤]到測試數(shù)據(jù)和仿真結(jié)果是否支持這種假設是有意義的。和這個最相關(guān)最近2006的可用數(shù)據(jù)是本田FCX汽車27，在表13中給出了。基于城市/高速公路循環(huán)的燃油經(jīng)濟性25/34mpg

32、)根本線為根底，F(xiàn)CX在2005年城市循環(huán)中提高了2.5倍，高速公路上提高了1.5倍，平均為提高了2倍。燃料電動汽車的仿真結(jié)果根本是一致的，只是略微超過了本田FCX的測試數(shù)據(jù)。因此，將燃油經(jīng)濟性提高2-3倍是可行的。氫燃料電池汽車的燃油經(jīng)濟性仿真在文獻28-30。結(jié)果列表在表格14。大多數(shù)的燃料電池汽車在未來可能與能量存儲電池或者超級電容器混合，允許燃料電池大小小于電力傳動系統(tǒng)要求的峰值功率和制動能量的回收。燃料電池汽車的能量存儲系統(tǒng)并不是利用混合動力引擎電力傳動系統(tǒng)來提高初級能量轉(zhuǎn)換燃料電池或者引擎的效率，因為燃料電池是在一個相對較小的功率見圖7下效率到達最大。就燃料電池而言，能量存儲是用來回收制動能量和減少尺寸和燃料電池的本錢。表格9 車輛輕度混合動力系統(tǒng)的使用屬性表10 全混合動力汽車動力系統(tǒng)的使用屬性圖2 燃油經(jīng)濟性和本錢花費在輕度混合動力汽車和全混