汽車文化 第八章 汽車新型技術(shù)

1、第八章 汽車車新型技術(shù)術(shù)p汽車車保有量持續(xù)續(xù)增加，燃油消耗增加p排氣污氣污染日益嚴嚴重（NOx,HC)NOx,HC)pCO2CO2引起全球溫溫室效應應p石油資資源枯竭p石油價格上升，對國對國外石油的依賴賴程度增加 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，為為了減減少汽車車油耗及全球溫溫室效應應，實現(xiàn)實現(xiàn)汽車車零排放，美國國以及歐歐洲一些國國家開開始對電動對電動汽車車（EVEV）進進行研研究開發(fā)開發(fā)。但高能量蓄電電池技術(shù)術(shù)一直沒沒有取得突破性

2、進進展，電動電動汽車車的性價比無法與傳統(tǒng)與傳統(tǒng)的內(nèi)內(nèi)燃機汽車車相抗衡，電動電動汽車車只能用于短途行駛駛。p電動電動汽車車的主要問題問題： 1 1）鉛鉛酸蓄電電池比能量低，一次充電電的續(xù)駛續(xù)駛里程短； 2 2）蓄電電池比功率小，重量和體積積大，導導致電動電動汽車動車動力性 能無法與傳統(tǒng)與傳統(tǒng)汽車車相媲媲美； 3 3）蓄電電池充電時間長電時間長，且需要建設設地面充電檢測電檢測等設設施； 4 4）蓄電電池（尤其鎳氫鎳氫、鋰鋰離子、燃料電電池）價格昂貴昂貴。一 蓄電電池電動電動汽車車（EV） 主要由電池組、控制系統(tǒng)、驅(qū)動系統(tǒng)及安全保護系統(tǒng)等組成電池組轉(zhuǎn)向系統(tǒng)輔助電器電動機控制系統(tǒng)電池管理轉(zhuǎn)向控制汽車輔

3、助電器控制信號處理節(jié)氣門制動驅(qū)動電動機控制系統(tǒng)蓄電池電動汽車結(jié)構(gòu)組成二 混合動動力電動電動汽車車（HEV）混合動力汽車混合動力汽車 （Hybrid Electric VehicleHybrid Electric Vehicle) )u傳統(tǒng)內(nèi)傳統(tǒng)內(nèi)燃機汽車與純電動車與純電動汽車車相結(jié)結(jié)合的一種種汽車車型式，由輔輔助動動力單單元（汽油機、柴油機、燃氣輪氣輪機、燃料電電池）、電電機和能量儲儲存裝置（蓄電電池、慣慣性飛輪飛輪、超級電級電容器）組組成。u如果輔輔助動動力單單元能單獨驅(qū)動單獨驅(qū)動車輪車輪（與與電動電動機并聯(lián)并聯(lián)），稱為并聯(lián)稱為并聯(lián)型混合動動力系統(tǒng)統(tǒng)(PHEV)；如果輔輔助動動力單單元的作用

4、是向發(fā)發(fā)電電機發(fā)電發(fā)電，只能由電動電動機驅(qū)動驅(qū)動車輪車輪，稱為稱為串聯(lián)聯(lián)型合混合動動力系統(tǒng)統(tǒng)(SHEV)。u比傳統(tǒng)內(nèi)傳統(tǒng)內(nèi)燃機汽車節(jié)約兩車節(jié)約兩倍能源，排放降低。 u據(jù)預測預測，如果全世界所有使用汽油發(fā)動發(fā)動機的汽車車全部改為為混合動動力汽車車，全球溫溫室效應將減應將減少47%。u第一臺木制的汽油機- -電電機混合驅(qū)動驅(qū)動汽車車出現(xiàn)現(xiàn)在1916年，這輛車這輛車在低速時時用電電機驅(qū)動驅(qū)動，高速時時用發(fā)動發(fā)動機驅(qū)動驅(qū)動，并并向電電池充電電。6060年后，19761976年美國國能源部開開始支持大學學生開開展混合動動力汽車車的仿真真、設計設計和試驗研試驗研究。串聯(lián)式動力：串聯(lián)式動力由發(fā)動機、發(fā)電機和

5、電動機三部分動力總成組成發(fā)動機驅(qū)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(gòu)驅(qū)動汽車小負荷時由電池驅(qū)動電動機驅(qū)動車輪，大負荷時由發(fā)動機帶動發(fā)電機發(fā)電驅(qū)動電動機 串聯(lián)式結(jié)構(gòu)適用于城市內(nèi)頻繁起步和低速運行工況，可以將發(fā)動機調(diào)整在最佳工況點附近穩(wěn)定運轉(zhuǎn)，通過調(diào)整電池和電動機的輸出來達到調(diào)整車速的目的。使發(fā)動機避免了怠速和低速運轉(zhuǎn)的工況，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(jīng)轉(zhuǎn)換，機械效率較低。串聯(lián)式結(jié)構(gòu) 并聯(lián)式動力：并聯(lián)式裝置的發(fā)動機和電動機共同驅(qū)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(qū)動又可以單

6、獨驅(qū)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(gòu)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(gòu)驅(qū)動車輪，這種裝置更接近傳統(tǒng)的汽車驅(qū)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(jié)構(gòu) 混合動力汽車的優(yōu)點是：混合動力汽車的優(yōu)點是：1）再生制動動電動電動機處處于發(fā)電發(fā)電機模式使汽車車制動動，產(chǎn)產(chǎn)生的電電能儲儲存于電電池中，回收了一部分在傳統(tǒng)傳統(tǒng)機械制動動器中做為熱為熱能而消耗掉的能量。2）消除怠速工況況（或怠速工況況大大減減少）電動電動機作為為起動

7、電動電機，使得發(fā)動發(fā)動機可以在停車車期間間和減減速制動動期間關(guān)閉間關(guān)閉，消除了怠速工況況，節(jié)節(jié)省了燃油。3）當發(fā)動當發(fā)動機關(guān)閉時關(guān)閉時，能量儲儲存裝置為為附屬設備屬設備（空調(diào)調(diào)，車內(nèi)車內(nèi)照明燈等）提供電電能；或者發(fā)動發(fā)動機以高于怠速的轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速驅(qū)動驅(qū)動附屬設備屬設備，剩余的功率則則向儲儲存裝置充電電。4）發(fā)動發(fā)動機排量減減少由于電動電動機的助力作用，使得發(fā)動發(fā)動機的額額定功率減減少，可使發(fā)動發(fā)動機運運行在具有更高效率的較較高負負荷區(qū)區(qū),油耗減減少，排放降低。且發(fā)動發(fā)動機重量更輕輕，有利于燃油經(jīng)濟經(jīng)濟性。5）某些混合動動力汽車車的發(fā)動發(fā)動機還還能在最大效率點運運行。6）電動電動機驅(qū)動驅(qū)動某些混合動動

8、力汽車車的電動電動機可以單獨驅(qū)動單獨驅(qū)動汽車車起步加速，避免了發(fā)動發(fā)動機在低效區(qū)運區(qū)運行。 混合動力汽車燃油經(jīng)濟性的限制因素：混合動力汽車燃油經(jīng)濟性的限制因素：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）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(jīng)濟性的提高將使）發(fā)動機燃油經(jīng)濟性的提高將使 COCO2 2排放減少；排放減少； 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

9、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(qū)動汽車驅(qū)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(qū)動輔助驅(qū)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

10、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 消耗耗日本：u本田汽車車公司，19991999年1212月在美國國市場場推出混合動動力汽車車INSIGHTINSIGHT。INSIGHTINSIGHT以平均68英里/加侖侖的成績連續(xù)績連續(xù)四年被評為評為美國國最省油的車車。20012001

11、年1212月在日本國內(nèi)國內(nèi)市場場推出了CivicCivic，CivicCivic油耗為為29.5km/L29.5km/L，超過過了PriusPrius的29km/L29km/L。u日產(chǎn)產(chǎn)汽車車公司，20002000年在日本市場銷場銷售了一定數(shù)數(shù)量的TinoTino Hybrid Hybrid。市區(qū)區(qū)使用電動驅(qū)動電動驅(qū)動系統(tǒng)統(tǒng)，在高速及公路上使用內(nèi)內(nèi)燃機驅(qū)動驅(qū)動系統(tǒng)統(tǒng)。它與與它與與同級別級別的汽油車車相比油耗減減少一半，百公里油耗僅為僅為4 4升，COCO2 2排放量減減少一半。豐田是全世界第一臺正式批量生產(chǎn)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

12、，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(qū)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、 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） 美國國：u福特汽車車公司已開發(fā)開發(fā)出兩兩款混合動動力汽車車。福特愛愛仕( (EscapeEscape) )混合動動力電動電動汽車車于20032003年推出。u克萊萊斯勒汽車車公司在19981998年就推出了第二代混合動動力電動電動汽車車ESX2ESX2。u通用

13、汽車車公司宣布20042004年將將生產(chǎn)產(chǎn)70007000輛輛混合動動力汽車車，并并計劃計劃在未來來5年內(nèi)內(nèi)至少推出12款混合動動力電動電動汽車車。已開發(fā)并開發(fā)并投入營運營運的并聯(lián)并聯(lián)型混合動動力bus，2004年生產(chǎn)產(chǎn)GMC Sierra 皮卡（Flywheel Alternator Starter,有怠速起停，燃料切斷斷和再生制動動，無助力功能，經(jīng)濟經(jīng)濟性提高10%），2006年推出輕輕度混合動動力汽車車Saturn VUE（Belt Alternator Starter,有怠速起停，燃料切斷斷和再生制動動，無助力功能，EPA經(jīng)濟經(jīng)濟性提高12%） 。并計劃并計劃采用汽缸關(guān)閉關(guān)閉技術(shù)開發(fā)經(jīng)

14、濟術(shù)開發(fā)經(jīng)濟性能提高30%的重度并聯(lián)并聯(lián)混合動動力汽車車（SUV和皮卡）。 我國在“八五”和“九五” 期間都有計劃地開展了電動汽車的關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)和整車研制，在此基礎(chǔ)上也進行了混臺動力電動汽車的若干技術(shù)領(lǐng)域的開發(fā) 清華大學在混合動力電動汽車關(guān)鍵技術(shù)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(nèi)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(nèi)混合動力汽車的發(fā)展：國內(nèi)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(nèi)燃機汽車； 2）最大爬坡度35%； 3）燃油經(jīng)濟性：6.8L/100km（與同級別車型相比，降低油耗20%以上） 4

15、）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 燃料電電池電動電動汽車車（FCEV）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：產(chǎn)生電能的過程不生產(chǎn)任何污染物氫作為一種能源，盡管是以水這樣的化合物存在，但其之不盡1. 節(jié)約礦物資源并減少二氧化碳的排放燃氣氣汽車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：壓縮天然氣汽車（CNGV）1. 液化石油氣汽車（LPGV）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的排放也相應減少熱效率高 CNG辛烷值高達130，LPG也在100左右，