畢業(yè)設計（論文）淺談新能源汽車現(xiàn)狀與發(fā)展前景

1、河南工業(yè)貿(mào)易職業(yè)技術學院河南工業(yè)貿(mào)易職業(yè)技術學院 20122012 級畢業(yè)論文（設計）級畢業(yè)論文（設計） 題目：題目： 淺談新能源汽車現(xiàn)狀與發(fā)展前景淺談新能源汽車現(xiàn)狀與發(fā)展前景 院院 系：系： 機電工程系機電工程系 專專 業(yè)：業(yè)： 汽車技術服務與營銷汽車技術服務與營銷 班班 級級: : 0909 級汽營級汽營 101101 班班 學學 號：號： 姓姓 名：名： 指導教師: 二零一二年四月十日二零一二年四月十日 1.1 尋求新動力源的背景 .2 1.2 我國發(fā)展新能源汽車的重要意義.3 2 2 新能源汽車的主要種類及技術狀況新能源汽車的主要種類及技術狀況 .3 3 2.1 混合動力汽車 .4 2

2、.2 純電動汽車 .5 2.3 燃料電池汽車.5 2.4 氫動力汽車.6 2.5 燃氣汽車.6 2.6 生物乙醇汽車.6 2.7 各種能源方案優(yōu)缺點綜合分析表.6 3 3 新能源汽車的其他方案新能源汽車的其他方案 .7 7 3.1 提高舊能源汽車的效率.7 3.2 空氣動力汽車.7 3.3 飛輪儲能汽車.7 3.4 超級電容汽車.8 4 4 新能源汽車發(fā)展主要障礙及其解決方案新能源汽車發(fā)展主要障礙及其解決方案 .8 8 5 5 結束語結束語 .9 9 參考文獻參考文獻 .1010 1.11.1 尋求新動力源的背景 隨著世界能源危機和環(huán)保問題日益突出，汽車工業(yè)面臨著嚴峻的挑戰(zhàn)。 一方面，石油資源

3、短缺，汽車是油耗大戶，且目前內(nèi)燃機的熱效率較低， 燃料燃燒產(chǎn)生的熱能大約只有 35%40%用于實際汽車行駛，節(jié)節(jié)攀升的 汽車保有量加劇了這一矛盾；另一方面，汽車的大量使用加劇了環(huán)境污染， 城市大氣中 co 的 82%、nox 的 48%、hc 的 58%和微粒的 8%來自汽車尾氣， 此外，汽車排放的大量 co2加劇了溫室效應，汽車噪聲是環(huán)境噪聲污染的 主要內(nèi)容之一。我國作為石油進口國和第二大石油消費大國，污染嚴重， 世行認定的 20 個污染最嚴重的城市有 16 個在中國。國內(nèi)汽車產(chǎn)品水平 與國外差距很大，平均油耗高出 10%30%，排放約為 1520 倍，汽車工 業(yè)面臨的壓力更大。 新能源汽車

4、生產(chǎn)企業(yè)及產(chǎn)品準入管理規(guī)則 已于 2009 年 7 月 1 日 正式實施，規(guī)則強調(diào)說明：新能源汽車是指采用非常規(guī)的車用燃料作 為動力來源（或使用常規(guī)的車用燃料、采用新型車載動力裝置），綜合車 輛的動力控制和驅動方面的先進技術，形成的技術原理先進、具有新技術、 新結構的汽車。新能源汽車包括混合動力汽車、純 電動汽車（bev，包括 太陽能汽車）、燃料電池電動汽車（ fcev）、氫發(fā)動機汽車、其他新能 源（如高效儲能器、 二甲醚）汽車等各類別產(chǎn)品。 1.2 我國發(fā)展新能源汽車的重要意義 (1)發(fā)展新能源汽車是國民經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展的需要 我國用于汽車能源的石油資源是有限的，在幾十年后必然會出現(xiàn)枯竭， 要

5、大量依賴從國外進口石油。屆時世界石油資源也會出現(xiàn)匱乏，各國對石油 資源的競爭必將更加激烈，石油在國家安全方面的重要性日益上升。所以節(jié) 制使用石油資源，發(fā)展新能源汽車將會促進我國能源結構的調(diào)整，有利于國 民經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展。 （2）發(fā)展新能源汽車是控制城市污染的需要 燃油汽車的尾氣排放已給環(huán)境帶來了破壞，世界各國都己認識到這一點， 紛紛制定了相關嚴格的汽車排放標準，以求減少對環(huán)境的污染。因此尋求無 污染或低污染的 “綠色汽車”成為各國的基本國策，也是人類可持續(xù)發(fā)展 的需要。 （3）發(fā)展新能源汽車能夠縮短我國汽車工業(yè)與世界先進汽車工業(yè)的差距。 2 新能源汽車的主要種類及技術狀況 新能源汽車是指采用

6、非常規(guī)的車用燃料作為動力來源 (或使用常規(guī)的 車用燃料，但采用新型車載動力裝置 )，綜合車輛的動力控制和驅動方面 的先進技術，形成的技術原理先進、具有新技術、新結構的汽車。新能源 汽車包括有：混合動力汽車 (hev)、純電動汽車 (bev)、燃料電池汽車 (fcev)、氫發(fā)動機汽車以及燃氣汽車、醇醚汽車等等 。 汽車對新能源的基本要求 ： （1） 能源要儲量豐富 我國汽車保有量預計2010年將達到3430萬輛，汽車對能源的消耗巨大， 作為汽車動力的能源必須儲量豐富，才能保證汽車的可持續(xù)發(fā)展。 （2）能源的能量密度要高 能源的能量密度越高，汽車的燃料箱體積就越小，就會減輕汽車的自重。 在同樣的條

7、件下，汽車的續(xù)駛里程就越長，并且動力性能越好。因此對汽車 的能源要求密度越高越好。 （3）能源的污染要小 目前，大規(guī)模使用石油產(chǎn)品的汽車，已造成了環(huán)境的嚴重污染，各國政 府都在考慮制定更加嚴格的汽車尾氣排放標準。因此新能源汽車必須要明顯 減少尾氣排放的污染，甚至要達到零排放，才能被人們廣泛接受。 （4）經(jīng)濟性要好 世界汽車工業(yè)競爭激烈，新能源汽車要廣泛進入市場，必須在價格上占 有一定的優(yōu)勢，這就要求車用能源售價低廉，并且使用費用低。 （5）使用性能要好 新能源汽車的能源必須使用儲存方便，能夠長距離運輸，并且運輸成本 低廉，要有較高的運輸安全性，不易燃燒、爆炸。 2.1 混合動力汽車 混合動力是

8、指那些采用傳統(tǒng)燃料的，同時配以電動機 /發(fā)動機來改善 低速動力輸出和燃油消耗的車型。按照燃料種類的不同，主要又可以分為 汽油混合動力和柴油混合動力兩種。 混合動力汽車 的優(yōu)點： （1）采用混合動力后可按平均需用的功率來確定內(nèi)燃機的最大功率， 此時處于油耗低、污染少的最優(yōu)工況下工作。需要大功率內(nèi)燃機功率不足 時，由電池來補充；負荷少時，富余的功率可發(fā)電給電池充電，由于內(nèi)燃 機可持續(xù)工作，電池又可以不斷得到充電，故其行程和普通汽車一樣。 （2）因為有了電池， 可以十分方便地回收制動時、下坡時、怠速時 的能量。 （3）在繁華市區(qū)，可關停內(nèi)燃機，由電池單獨驅動，實現(xiàn) “零”排 放。 （4）有了內(nèi)燃機可

9、以十分方便地解決耗能大的空調(diào)、取暖、除霜等 純電動汽車遇到的難題。 （5）可以利用現(xiàn)有的加油站加油，不必再投資。 （6）可讓電池保持在良好的工作狀態(tài)，不發(fā)生過充、過放，延長其 使用壽命，降低成本。 混合動力汽車 的缺點:長距離高速行駛基本不能省油。 2.2 純電動汽車 電動汽車顧名思義就是主要采用電力驅動的汽車，大部分車輛直接采 用電機驅動，有一部分車輛把電動機裝在發(fā)動機艙內(nèi)，也有一部分直接以 車輪作為四臺電動機的轉子，其難點在于電力儲存技術。 純電動汽車的優(yōu)點:技術相對簡單成熟，只要有電力供應的地方都能 夠充電。 純電動汽車的缺點: 目前蓄電池單位重量儲存的能量太少，還因電動 車的電池較貴，

10、又沒形成經(jīng)濟規(guī)模，故購買價格較貴，至于使用成本，有 些試用結果比汽車貴，有些結果僅為汽車的13，這主要取決于電池的 壽命及當?shù)氐挠汀㈦妰r格。 2.3 燃料電池汽車 燃料電池汽車是指以氫氣、甲醇等為燃料，通過化學反應產(chǎn)生電流， 依靠電機驅動的汽車。其電池 的能量是通過氫氣和氧氣的化學作用，而不 是經(jīng)過燃燒，直接變成電能 的。燃料電池的化學反應過程不會產(chǎn)生有害產(chǎn) 物，因此燃料電池車輛是無污染汽車，燃料電池的能量轉換效率比內(nèi)燃機 要高 23 倍，因此從能源的利用和環(huán)境保護方面，燃料電池汽車是一種 理想的車輛。 單個的燃料電池必須結合成燃料電池組，以便獲得必需的動力，滿足 車輛使用的要求。 燃料電池汽

11、車具有以下優(yōu)點： （1）零排放或近似零排 放；（2）減少了機油泄露帶來的水污染 ； （3）降低了溫室氣體的排放 ；（4）提高了燃油經(jīng)濟性 ； （5）提高了發(fā)動機燃燒效率 ；（6）運行平穩(wěn)、無噪聲。 2.4 氫動力汽車 氫動力汽車是一種真正實現(xiàn)零排放的交通工具，排放出的是純凈水， 其具有無污染，零排放，儲量豐富等優(yōu)勢，因此，氫動力汽車是傳統(tǒng)汽車 最理想的替代方案。 氫動力汽車的優(yōu)點：排放物是純水，行駛時不產(chǎn)生任何污染物。 氫動力汽車缺點：氫燃料電池成本過高，而且氫燃料的存儲和運輸按 照目前的技術條件來說非常困難，因為氫分子非常小，極易透過儲藏裝置 的外殼逃逸。另外最致命的問題，氫氣的提取需要通過

12、電解水或者利用天 然氣，如此一來同樣需要消耗大量能源，除非使用核電來提取，否則無法 從根本上降低二氧化碳排放。 2.5 燃氣汽車 燃氣汽車是指用壓縮天然氣 (cng)、液化石油氣 (lpg)和液化天然氣 (lng)作為燃料的汽車。燃氣汽車由于其排放性能好，可調(diào)正汽車燃料結 構，運行成本低、技術成熟、安全可靠，所以被世界各國公認為當前最理 想的替代燃料汽車。 2.6 生物乙醇汽車 乙醇俗稱酒精，通俗些說，使用乙醇為燃料的汽車，也可叫酒精汽車。 在汽車上使用乙醇，可以提高燃料的辛烷值，增加氧含量，使汽車缸 內(nèi)燃燒更完全，可以降低尾氣的害物的排放。 乙醇汽車的燃料應用方式：一、摻燒，指乙醇和汽油摻合

13、應用。在混 合燃料中，乙醇和容積比例以 “e”表示，如乙醇占 10%，15%，則用 e10，e15來表示，目前，摻燒占乙醇汽車占主要地位。二、純燒，即單燒 乙醇，可用e100%表示，目前應用并不多，屬于試行階段；三、變性燃料 乙醇，指乙醇脫水后，再添加變性劑而生成的乙醇，這也是屬于試驗應用 階步；四、靈活燃料，指燃料既可用汽油，又可以使用乙醇或甲醇與汽油 比例混合的燃料，還可以用氫氣，并隨時可以切換。如福特，豐田汽車均 在試驗靈活燃料汽車（ ffv）。 2.7 各種能源方案優(yōu)缺點綜合分析表 類別能源 來源 能 源 效 率 排 放 制造 成本 使 用 成 本 維 護 成 本 補 充 燃 料 功

14、率 重 量 行駛 里程 配套 設備 普通 內(nèi)燃 機 受限低差一般一 般 一 般 方 便 大輕 400 完善 純電 池力 一般最 高 無高最 低 高不 方 小重 500 完善 氫燃 料電 池 困難高無高最 高 高不 方 便 小一 般 300 不完 善 從上表中可以看出，純電池力、氫燃料電池雖然具有較優(yōu)的新能源特 征，但市場競爭力弱，混合動力則具有微弱的優(yōu)勢。因此，混合動力屬于 過渡方案，純電池力屬于輔助方案，而氫燃料電池屬于難以實施的方案。 物理燃料電池則兼顧了新能源特征、市場及用戶的諸多優(yōu)點，所以具有廣 闊的開發(fā)前景。 3 新能源汽車的其他方案 3.1 提高舊能源汽車的效率 目前的汽柴油內(nèi)燃機

15、熱效率小于 30%，如果算上機械效率以及其他的 能量傳遞損失，則總效率僅占燃料放出熱能的15%左右。毫無疑問，如果 能夠提高熱機的效率，則可在一定程度上緩解目前的石油危機。 3.2 空氣動力汽車 利用空氣作為能量載體，使用空氣壓縮機將空氣壓縮到30mp 以上， 然后儲存在儲氣罐中。需要開動汽車時將壓縮空氣釋放出來驅動啟動馬達 行駛。優(yōu)點是無排放、維護少，缺點是需要電源、空氣壓力（能量輸出） 隨著行駛里程加長而衰減、高壓氣體的安全性。 3.3 飛輪儲能汽車 利用飛輪的慣性儲能，儲存非滿負載時發(fā)動機的余能以及車輛長大下 坡、減速行駛時的能量，反饋到一個發(fā)電機上發(fā)電，再而驅動或加速飛輪 旋轉。飛輪使

16、用磁懸浮方式，在 70000r/min 的高速下旋轉。在混合動力 汽車上作為輔助，優(yōu)點是可提高能源使用效率、重量輕儲能高、能量進出 反應快、維護少壽命長，缺點是成本高、機動車轉向會受飛輪陀螺效應的 影響。 3.4 超級電容汽車 超級電容器是利用雙電層原理的電容器。在超級電容器的兩極板上電 荷產(chǎn)生的電場作用下，在電解液與電極間的界面上形成相反的電荷，以平 衡電解液的內(nèi)電場，這種正電荷與負電荷在兩個不同相之間的接觸面上， 以正負電荷之間極短間隙排列在相反的位置上，這個電荷分布層叫做雙電 層，因此電容量非常大。 其優(yōu)點是充電時間短、功率密度大、容量大、使 用壽命長、免維護、經(jīng)濟環(huán)保等，缺點是功率輸出

17、隨著行駛里程加長而衰 減，受環(huán)境溫度影響大等。 4 新能源汽車發(fā)展主要障礙及其解決方案 新能源汽車雖然可以有效減少市區(qū)有害氣體的排放和煙霧濃度,同時也 減少co2 的排放。許多國家和廠商都積極開發(fā)純電動汽車( pev) 、混合動力 電動汽車(hev) (包括插電式混合動力電動汽車phev)和燃料電池汽車( fcv) 。但是諸多障礙和困難限制了新能源汽車的發(fā)展和普及,從全球范圍來看, 一場打破約束、沖出困境的行動已經(jīng)開展。 （1）充電基礎設施 推廣pev和phev的主要困難就是缺少全面的電池充電基礎設施。然而,目 前全球許多廠商和政府已經(jīng)啟動了電動汽車基礎設施項目,來評估建立充電 基礎設施的方法

18、,并正著手進行實際應用。 （2）氫燃料補給基礎設施 開發(fā)氫燃料補給設施是一個巨大工程。目前,為汽車研究提供支持的汽 車用氫燃料補給站已基本建立。在補給站內(nèi)儲存氫燃料仍然是一個難題。 （3）氫燃料的生產(chǎn) 氫的生產(chǎn)是一項重要的全球性業(yè)務。目前絕大多數(shù)氫的生產(chǎn)是采用蒸氣 甲烷重整法,這意味著該方法產(chǎn)生co2。其他生產(chǎn)方法包括煤(產(chǎn)生co2 )或生 物質氣化、高溫水裂解和一些新興技術,如利用陽光從水中分出氫的光解方 法。用化石燃料發(fā)電,再用電使水分解的方法也產(chǎn)生co2 ,水解的效率只有大 約70% ,氫氣壓縮的效率大約為90% ,在電動機輸出階段,燃料電池將燃料能 量轉化為直流電的效率最大為65% ,

19、因此,電能輸出到電動機輸出的效率大約 為41%。相比之下,直接向純電動汽車的鋰離子電池充電時, ac - dc 蓄電池 的充電效率大約為89% ,電池效率為94% , dc - ac 轉化效率為95% ,因此, 最終效率為79%。 （4） 續(xù)駛里程 充電電池的續(xù)航能力有限和充電時間較長一直是阻滯純電動汽車普及的 主要障礙，對許多消費者來說,在電動模式時, pev 和phev行駛距離有限仍 是個問題。尤其是pev,它沒有裝載續(xù)駛里程較大的內(nèi)燃機( ice) ,再充電時 也需要很長時間。盡管如此,戴姆勒克萊斯勒的研究指出大多數(shù)歐洲人每天 行駛距離約50 km,而pev的續(xù)駛里程是其2倍為97 km

20、,對于這些消費者來說已 足夠。類似的雪佛蘭volt車每次再充電的續(xù)駛里程目標約為64 km,對于美國 大約78%的上班族來說已足夠。目前所選用制造商的23輛pev的續(xù)駛里程,平 均值為185 km,行駛里程范圍64402 km。僅使用電動模式的10 輛phev 平 均續(xù)駛里程為68 km,行駛里程范圍2697 km。 （5） 成本 目前hev和pev所使用的蓄電池組的價格依然昂貴,首批大規(guī)模銷售的pev 和phev所需的研發(fā)成本將由消費者承擔。通用汽車公司認為phev的電動續(xù)駛 里程每增加16 km其成本將增加約1 500美元,但豐田的prius續(xù)駛里程增加16 km的成本為5 000美元。 （6）核心部件 作為新能源汽車核心部件，電機及其控制系統(tǒng)的性能至關重要。在國內(nèi) 隨著“十城千輛”新能源汽車示范工程的推進，國內(nèi)一些車用電機產(chǎn)品已經(jīng) 進行小批量生產(chǎn)并通過裝車考核，能夠很好地滿足整車需求。 5 結束語 發(fā)展新能源汽車是對百年來汽車動力技術最重要的