汽車文化 第八章 汽車新型技術

1、第第八八章章 汽車新型技術汽車新型技術p汽車保有量持續(xù)增加，燃油消耗增加汽車保有量持續(xù)增加，燃油消耗增加p排氣污染排氣污染日日益嚴重（益嚴重（NOx,HCNOx,HC) )pCO2CO2引起全球溫室效應引起全球溫室效應p石油資源枯竭石油資源枯竭p石油價格上升，對國外石油的依賴程度增加石油價格上升，對國外石油的依賴程度增加 各國相繼開始新型汽車的研究和開發(fā)根據(jù)所使用的基本動力能源不同，可分為 蓄電池電動汽車（EV） 混合動力汽車（HEV） 燃料電池汽車（FCEV）一 蓄電池電動汽車（EV）p7070年代石油危機之后，為了減少汽車油耗及全球溫室效應，年代石油危機之后，為了減少汽車油耗及全球溫室效應

2、，實現(xiàn)汽車零排放，美國以及歐洲一些國家開始對電動汽車實現(xiàn)汽車零排放，美國以及歐洲一些國家開始對電動汽車（EVEV）進行研究開發(fā)。但高能量蓄電池技術一直沒有取得突）進行研究開發(fā)。但高能量蓄電池技術一直沒有取得突破性進展，電動汽車的性價比無法與傳統(tǒng)的內燃機汽車相抗破性進展，電動汽車的性價比無法與傳統(tǒng)的內燃機汽車相抗衡，電動汽車衡，電動汽車只能用于短途行駛。只能用于短途行駛。p電動汽車的主要問題：電動汽車的主要問題： 1 1）鉛酸蓄電池比能量低，一次充電的續(xù)駛里程短；）鉛酸蓄電池比能量低，一次充電的續(xù)駛里程短； 2 2）蓄電池比功率小，重量）蓄電池比功率小，重量和和體積大，導致電動汽車動力性體積大，

3、導致電動汽車動力性 能無法與傳統(tǒng)汽車相媲美；能無法與傳統(tǒng)汽車相媲美； 3 3）蓄電池充電時間長，且需要建設地面充電檢測等設施；）蓄電池充電時間長，且需要建設地面充電檢測等設施； 4 4）蓄電池（尤其鎳氫、鋰離子、燃料電池）價格昂貴。）蓄電池（尤其鎳氫、鋰離子、燃料電池）價格昂貴。一一 蓄電池電動汽車（蓄電池電動汽車（EVEV） 主要由電池組、控制系統(tǒng)、驅動系統(tǒng)及安全保護系統(tǒng)等組成電池組轉向系統(tǒng)輔助電器電動機控制系統(tǒng)電池管理轉向控制汽車輔助電器控制信號處理節(jié)氣門制動驅動電動機控制系統(tǒng)蓄電池電動汽車結構組成二二 混合動力電動汽車（混合動力電動汽車（HEVHEV）混合動力汽車混合動力汽車 （Hybr

4、id Electric VehicleHybrid Electric Vehicle) )u傳統(tǒng)內燃機汽車與純電動汽車相結合的一種汽車型式，由傳統(tǒng)內燃機汽車與純電動汽車相結合的一種汽車型式，由輔助動力輔助動力單元（汽油機、柴油機、燃氣輪機、燃料電池）、單元（汽油機、柴油機、燃氣輪機、燃料電池）、電機電機和和能量儲存能量儲存裝置（蓄電池、慣性飛輪、超級電容器）裝置（蓄電池、慣性飛輪、超級電容器）組成。組成。u如果如果輔助動力單元能單獨驅動輔助動力單元能單獨驅動車輪（車輪（與與電動機并聯(lián)），稱為并聯(lián)型電動機并聯(lián)），稱為并聯(lián)型混合動力系統(tǒng)混合動力系統(tǒng)(PHEV)；如果如果輔助動力單元的作用是向發(fā)輔助

5、動力單元的作用是向發(fā)電機發(fā)電，電機發(fā)電，只能由電動機只能由電動機驅動驅動車輪，車輪，稱為串聯(lián)型合混合動力系統(tǒng)稱為串聯(lián)型合混合動力系統(tǒng)(SHEV)。u比傳統(tǒng)內燃機汽車節(jié)約兩倍能源，排放降低。比傳統(tǒng)內燃機汽車節(jié)約兩倍能源，排放降低。 u據(jù)據(jù)預測，如果全世界所有使用汽油發(fā)動機的預測，如果全世界所有使用汽油發(fā)動機的汽車汽車全部改為混合動力全部改為混合動力汽車汽車，全球溫室效應將減少，全球溫室效應將減少47%47%。u第一臺第一臺木制的汽油機木制的汽油機- -電機混合電機混合驅動驅動汽車汽車出現(xiàn)在出現(xiàn)在19161916年，這輛車在年，這輛車在低速時用低速時用電機電機驅動，高速時驅動，高速時用發(fā)動機用發(fā)動

6、機驅動，并向電池充電。驅動，并向電池充電。6060年后，年后，19761976年美國能源部開始支持大學生開展年美國能源部開始支持大學生開展混合動力汽車的仿真、設計混合動力汽車的仿真、設計和和試驗研究試驗研究。串聯(lián)式動力：串聯(lián)式動力由發(fā)動機、發(fā)電機和電動機三部分動力總成組成發(fā)動機驅動發(fā)電機發(fā)電，電能通過控制器輸送到電池或電動機，由電動機通過變速機構驅動汽車小負荷時由電池驅動電動機驅動車輪，大負荷時由發(fā)動機帶動發(fā)電機發(fā)電驅動電動機 串聯(lián)式結構適用于城市內頻繁起步和低速運行工況，可以將發(fā)動機調整在最佳工況點附近穩(wěn)定運轉，通過調整電池和電動機的輸出來達到調整車速的目的。使發(fā)動機避免了怠速和低速運轉的工

7、況，從而提高了發(fā)動機的效率，減少了廢氣排放。但是它的缺點是能量幾經轉換，機械效率較低。串聯(lián)式結構 并聯(lián)式動力：并聯(lián)式裝置的發(fā)動機和電動機共同驅動汽車，發(fā)動機與電動機分屬兩套系統(tǒng)可以分別獨立地向汽車傳動系提供扭矩，在不同的路面上既可以共同驅動又可以單獨驅動當汽車加速爬坡時，電動機和發(fā)動機能夠同時向傳動機構提供動力，一旦汽車車速達到巡航速度，汽車將僅僅依靠發(fā)動機維持該速度電動機既可以作電動機又可以作發(fā)電機使用，又稱為電動發(fā)電機組。由于沒有單獨的發(fā)電機，發(fā)動機可以直接通過傳動機構驅動車輪，這種裝置更接近傳統(tǒng)的汽車驅動系統(tǒng)，機械效率損耗與普通汽車差不多，得到比較廣泛的應用。并聯(lián)式結構 混合動力汽車的優(yōu)

8、點是：混合動力汽車的優(yōu)點是：1）再生制動）再生制動電動機處于發(fā)電機模式使汽車制動，產生的電能儲存于電池中，電動機處于發(fā)電機模式使汽車制動，產生的電能儲存于電池中，回收了一部分在傳統(tǒng)機械制動器中做為熱能而消耗掉的能量?；厥樟艘徊糠衷趥鹘y(tǒng)機械制動器中做為熱能而消耗掉的能量。2）消除怠速工況（或怠速工況大大減少）消除怠速工況（或怠速工況大大減少）電動機作為起動電機，使得發(fā)動機電動機作為起動電機，使得發(fā)動機可以在停車期間可以在停車期間和和減速制動期間關閉，消除了怠速工況，節(jié)省了燃油。減速制動期間關閉，消除了怠速工況，節(jié)省了燃油。3）當發(fā)動機關閉時，能量儲存裝置為附屬設備（空調，車內照明燈等）提供電）當

9、發(fā)動機關閉時，能量儲存裝置為附屬設備（空調，車內照明燈等）提供電能；或者發(fā)動機以高于怠速的轉速驅動附屬設備，剩余的功率則向儲存裝能；或者發(fā)動機以高于怠速的轉速驅動附屬設備，剩余的功率則向儲存裝置充電。置充電。4）發(fā)動機排量減少）發(fā)動機排量減少由于電動機的助力作用，使得發(fā)動機的額定功率減少，可由于電動機的助力作用，使得發(fā)動機的額定功率減少，可使發(fā)動機運行在具有更高效率的較高負荷區(qū)使發(fā)動機運行在具有更高效率的較高負荷區(qū),油耗減少，排放降低。且發(fā)動油耗減少，排放降低。且發(fā)動機重量更輕，有利于燃油經濟性。機重量更輕，有利于燃油經濟性。5）某些混合動力汽車的發(fā)動機還能在最大效率點運行。某些混合動力汽車的

10、發(fā)動機還能在最大效率點運行。6）電動機驅動電動機驅動某些混合動力汽車的電動機可以單獨驅動汽車起步加速，某些混合動力汽車的電動機可以單獨驅動汽車起步加速，避免了發(fā)動機在低效區(qū)運行。避免了發(fā)動機在低效區(qū)運行。 混合動力汽車燃油經濟性的限制因素：混合動力汽車燃油經濟性的限制因素：1 1）較高的重量較高的重量 能量儲存單元、電機和其他元件增加了混合動能量儲存單元、電機和其他元件增加了混合動力汽車的重量。力汽車的重量。2 2）電力損失）電力損失l 混合動力汽車排放減少的原因混合動力汽車排放減少的原因 ： 1 1）發(fā)動機燃油經濟性的提高將使）發(fā)動機燃油經濟性的提高將使 COCO2 2排放減少；排放減少；

11、2 2）采用較小排量的發(fā)動機使）采用較小排量的發(fā)動機使HCHC和和NOxNOx降低。降低。車輛工作模式車輛工作模式啟動啟動加速加速巡航巡航減速減速停車停車發(fā)動機模式發(fā)動機模式發(fā)動機啟動發(fā)動機啟動驅動汽車驅動汽車停止供油停止供油自 動 怠 速自 動 怠 速停停電動機模式電動機模式輔助驅動輔助驅動發(fā)電發(fā)電/ /停機停機再生制動再生制動停機停機電電池池荷荷電電狀狀態(tài)態(tài)充滿充滿IMAIMA電機帶電機帶動 發(fā) 動 機動 發(fā) 動 機啟動啟動部分負荷和部分負荷和全負荷時助全負荷時助力力停止發(fā)電停止發(fā)電停止充電停止充電自 動 怠 速自 動 怠 速停 系 統(tǒng) 啟停 系 統(tǒng) 啟動動高高為為1212伏系統(tǒng)伏系統(tǒng)供電

12、供電回收再生制回收再生制動能量動能量全負荷時助全負荷時助力力低低為電池系統(tǒng)為電池系統(tǒng)充電充電零零啟動電機帶啟動電機帶動發(fā)動機動發(fā)動機不助力不助力充電充電IMAIMA對燃油效對燃油效率的貢獻率的貢獻 啟動時的最啟動時的最佳燃油控制佳燃油控制 通過電機助力通過電機助力降低發(fā)動機負降低發(fā)動機負荷和燃油消耗荷和燃油消耗通過有效的電通過有效的電池控制減少不池控制減少不必要的供電量必要的供電量和負荷和負荷回收和儲存回收和儲存制動能量，制動能量，無燃油消耗無燃油消耗 無 燃 油 消無 燃 油 消耗耗日日本：本：u本田汽車公司，本田汽車公司，19991999年年1212月在美國市場推出混合動月在美國市場推出混

13、合動力汽車力汽車INSIGHTINSIGHT。INSIGHTINSIGHT以平均以平均68英里英里/加侖的成加侖的成績連續(xù)四年被評為美國最省油的車。績連續(xù)四年被評為美國最省油的車。20012001年年1212月在月在日日本國內市場推出了本國內市場推出了CivicCivic，CivicCivic油耗為油耗為29.5km/L29.5km/L，超過了超過了PriusPrius的的29km/L29km/L。u日日產汽車公司，產汽車公司，20002000年在年在日日本市場銷售了一定數(shù)量本市場銷售了一定數(shù)量的的TinoTino Hybrid Hybrid。市區(qū)使用電動驅動系統(tǒng)，在高速。市區(qū)使用電動驅動系統(tǒng)

14、，在高速及公路上使用內燃機驅動系統(tǒng)。它與與同級別的汽及公路上使用內燃機驅動系統(tǒng)。它與與同級別的汽油車相比油耗減少一半，百公里油耗僅為油車相比油耗減少一半，百公里油耗僅為4 4升，升，COCO2 2排放量減少一半排放量減少一半。豐田是全世界第一臺正式批量生產的混合動力車的制造者，自從1997年開始，Prius就開始在日本銷售該車自重1515kg，裝用頂置凸輪軸四缸，1500cc排量汽油機，最大功率426kW4600rmin，帶永磁無刷發(fā)電機，驅動電機亦為永磁無刷的額定功率30kW，采用氫鎳電池，實現(xiàn)串并聯(lián)控制方式，百公里油耗為34L，比原汽油車減少了一半， C O2排量也相應減少了一半， C O

15、、 HC、NOX僅為現(xiàn)行法規(guī)允許值的10，售價每輛216萬日元（約15000美元） 美國：美國：u福特汽車公司福特汽車公司已開發(fā)出兩款混合動力汽車。福特愛仕已開發(fā)出兩款混合動力汽車。福特愛仕( (EscapeEscape) )混合動力電動汽車于混合動力電動汽車于20032003年推出。年推出。u克萊斯勒汽車公司克萊斯勒汽車公司在在19981998年就推出了第二代混合動力電動汽年就推出了第二代混合動力電動汽車車ESX2ESX2。u通用汽車公司通用汽車公司宣布宣布20042004年將生產年將生產70007000輛混合動力汽車，并輛混合動力汽車，并計計劃在未來劃在未來5年內至少推出年內至少推出12款

16、混合動力電動汽車。已開發(fā)并款混合動力電動汽車。已開發(fā)并投入營運的并聯(lián)型混合動力投入營運的并聯(lián)型混合動力bus，2004年年生產生產GMC Sierra 皮卡（皮卡（Flywheel Alternator Starter,有怠速起停，燃料切有怠速起停，燃料切斷斷和和再生制動，無助力功能，經濟性提高再生制動，無助力功能，經濟性提高10%），），2006年年推出推出輕度混合動力汽車輕度混合動力汽車Saturn VUE（Belt Alternator Starter,有怠速起停，燃料切斷有怠速起停，燃料切斷和和再生制動，無助力功能，再生制動，無助力功能，EPA經濟性提高經濟性提高12%） 。并計劃采用

17、汽缸關閉技術開發(fā)經濟性能。并計劃采用汽缸關閉技術開發(fā)經濟性能提高提高30%的重度并聯(lián)混合動力汽車（的重度并聯(lián)混合動力汽車（SUV和和皮卡）。皮卡）。 我國在“八五”和“九五” 期間都有計劃地開展了電動汽車的關鍵技術攻關和整車研制，在此基礎上也進行了混臺動力電動汽車的若干技術領域的開發(fā) 清華大學在混合動力電動汽車關鍵技術和系統(tǒng)及理論方面作了許多工作，1995年就開始這方面的研究 到目前為止國內已有幾個單位試制出了混合動力電動汽車的樣車，如長安，奇瑞，一汽，上汽等國內混合動力汽車的發(fā)展：國內混合動力汽車的發(fā)展：1）最高車速160km/h，加速性能優(yōu)于同類內燃機汽車； 2）最大爬坡度35%； 3）燃

18、油經濟性：6.8L/100km（與同級別車型相比，降低油耗20%以上） 4）排放限值滿足國IV要求； 5）車外噪聲(加速時最大)不大于74dB6）長安杰勛HEV的售價將在18萬元-20萬元左右 長安杰勛HEV混合動力車 三三 燃料電池電動汽車（燃料電池電動汽車（FCEVFCEV）利用氫和氧在燃料電池中的反應發(fā)電作為動力的電動汽車稱為燃料電池電動汽車優(yōu)點：1. 產生電能的過程不生產任何污染物2. 氫作為一種能源，盡管是以水這樣的化合物存在，但其之不盡3. 節(jié)約礦物資源并減少二氧化碳的排放燃氣汽車燃氣汽車以燃氣為燃料的汽車稱為燃氣汽車目前常用的燃氣汽車有：1. 壓縮天然氣汽車（CNGV）2. 液化石油氣汽車（LPGV）1.有害氣體排放低 其都為氣態(tài)，容易與空氣混合形成均勻的可燃混合氣，燃燒完全，可以大幅度減低CO、HC和微粒的排放，而且由于CNG和LPG的火焰溫度低，NOx的排放也相應減少