新能源汽車發(fā)展-氫動力時代

課程名稱：__汽車原理_________課程編號：_____07600121x_________學生姓名：_____王__________學號：______A071________年級：_____工業(yè)工程1202______成績：__________________教師簽字：__________________新能源汽車發(fā)展————氫動力時代摘要：氫能汽車是以氫為主要能量作為移動的汽車，用氫作燃料干凈衛(wèi)生，不污染環(huán)境，且發(fā)熱量高。氫能源有諸多其他燃料無法比擬的優(yōu)點，但也有許多至今還無法克服的技術瓶頸導致其未能大范圍推廣和應用。在全球都開始重視氫能源研究的大環(huán)境下，中國要抓住機遇，迎接挑戰(zhàn)，才能在在能源緊缺、交通能源動力系統(tǒng)面臨轉(zhuǎn)型的重要時刻，在國際競爭中立于不敗之地。

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氫能源；燃料電池；技術特點；環(huán)保；發(fā)展方向隨著中國經(jīng)濟的快速發(fā)展與人民生活水平的逐步提升，汽車進入中國普通百姓家庭已是不可改變的事實與趨勢，中國人也一樣要享受快速便捷的現(xiàn)代汽車文明，而且，汽車及相關產(chǎn)業(yè)的發(fā)展將成為中國的重要經(jīng)濟支柱之一。到2020年，預計15％的全球人口擁有汽車，那將會有11億輛汽車上路，排起來足夠繞地球125圈，能源、環(huán)保、全球變暖的壓力都將不堪重負。尋找環(huán)保新能源，成了全球汽車業(yè)“生存還是毀滅”的當務之急?！叭阶摺?，是近年全球汽車業(yè)對于傳統(tǒng)的電動車研發(fā)走進死胡同之后，在汽車能源革命方面逐步統(tǒng)一的共識——近期：推廣柴油、天然氣、乙醇等清潔能源；中期：油電混合動力；遠期：氫動力。氫在地球上不但有巨大蘊藏量，可以通過陽光、水能、風力、植物提取，而且作為汽車的新能源，排放污染幾乎為零。因此氫動力將替代汽油成為未來汽車的主要能源。

一、氫能源汽車的技術特點

氫氣燃料汽車，即以氫氣為能源的汽車，氫氣發(fā)動機屬點燃式發(fā)動機，可以有汽油機或柴油機改制。通常的氫氣使用方法有壓縮氫氣汽車、液化氫氣汽車和吸附氫氣汽車三種。氫能汽車是以氫為主要能量作為移動的汽車。一般的內(nèi)燃機，通常注入柴油或汽油，氫汽車則改為使用氣體氫。燃料電池和電動機會取代一般的引擎，即氫燃料電池

氫能源動力汽車的原理是把氫輸入燃料電池中，氫原子的電子被質(zhì)子交換膜阻隔，通過外電路從負極傳導到正極，成為電能驅(qū)動電動機；質(zhì)子卻可以通過質(zhì)子交換膜與氧化合為純凈的水霧排出。這樣有效減少了其他燃油的汽車造成的空氣污染問題，高速車輛、巴士、潛水艇和火箭已經(jīng)在不同形式使用氫。另一方面能源從來都是個問題，近年來，國際上以氫為燃料的“燃料電池發(fā)動機”技術取得重大突破，而“燃料電池汽車”已成為推動“氫經(jīng)濟”的發(fā)動機。

在1965年，外國的科學家們就已設計出了能在馬路上行駛的氫能汽車。我國也在1980年成功地造出了第一輛氫能汽車，可乘坐12人，貯存氫材料90公斤。二、氫能源的優(yōu)點

氫在常溫常壓下是無色、無味、無毒的氣體。氫可以燃燒，產(chǎn)生熱量。氫氣的來源主要是從水中通過裂解制取。雖然氫氣本身的天然儲量不大，但作為氫的來源水資源卻十分豐富，而且氫燃燒后生成物質(zhì)還是水，能形成資源的快速循環(huán)。氫能源的優(yōu)點有1、干凈衛(wèi)生，氫氣燃燒后的產(chǎn)物是水，不會污染環(huán)境，

2、其次是氫氣在燃燒時比汽油的發(fā)熱量高。

3、氫能汽車行車路遠，使用的壽命長。

4、氫氣可以從電解水、煤的氣化中大量制取，而且不需要對汽車發(fā)動機進行大的改裝。

正是由于以上幾個相對于石油燃料比較顯著的優(yōu)點，因此氫能汽車在現(xiàn)代汽車產(chǎn)業(yè)中具有廣闊的應用前景。三、氫能源汽車的主要研究方向氫氣燃料汽車，目前主要應用的技術途徑有兩個：一是內(nèi)燃機汽車改用氫氣燃料；二是氫氣燃料電池電動車，這依賴于燃料電池技術的發(fā)展

。（一）內(nèi)燃機用氫氣燃料

氫氣發(fā)動機屬點燃式發(fā)動機，可以由汽油機改制，也可以有柴油機改制。由汽油機改制要考慮噴氫器的安裝，由柴油機改制則要考慮加裝點火系統(tǒng)等問題。常用的氫氣使用方法有壓縮清漆汽車、液化氫氣汽車和吸附氫氣汽車三種。

壓縮氫汽車：壓縮氫汽車是指以高壓氣態(tài)攜帶氫的氫燃料汽車，氫氣一20-25MPa的壓力儲存于高壓容器中。工作時經(jīng)降壓、計量和混合后進入汽缸，也可以直接噴入汽缸。由于燃料箱尺寸的問題，難以運用于汽車上。

液化氫汽車：液化氫汽車是指以液態(tài)攜帶氫的氫燃料汽車，工作時液態(tài)氫經(jīng)升溫、降壓和計量，然后直接噴入汽缸，或在機外混合后進入汽缸。一般是直接噴入汽缸。但由于氫氣要在非常低溫條件下（-253攝氏度）才可液化成液化氫。因此液態(tài)容器必須耐超低溫，材料要求很高，管道及閥門要求有極高的絕熱能力及耐低溫能力，而且各街頭處還必須非常密封。因此也有一定的難度。

吸附氫汽車：吸附氫汽車是指以金屬氫化物或納米管攜帶氫的氫燃料汽車，工作時，儲存于金屬氫化物或碳納米管中的氫釋放出來直接噴入汽缸，或在機外與空氣混合后進入汽缸。（二）

氫燃料電池電動車

燃料電池是一種將儲存在燃料和氧化劑中的化學能通過電極反應直接轉(zhuǎn)化為電能的高效率發(fā)電裝臵。目前大多數(shù)燃料電池汽車使用壓縮氫氣或液化氫氣作為燃料。

氫燃料電池裝臵從本質(zhì)上說是水電解的一個逆裝臵。是氫和氧通過電化學反應生成水，并釋放出電能的過程。與使用傳統(tǒng)能源的汽車相比，用氫氣做發(fā)動機燃料的汽車具有明顯的優(yōu)越性：潔凈無污染，能源轉(zhuǎn)化率高（40%以上），噪聲低，續(xù)駛里程可與汽油車相當。同時，氫氣來源廣泛。對于汽油發(fā)動機只需稍加改造，就可燃燒氫氣。所以有人認為未來的燃料是氫氣，氫氣燃料汽車是將來最有希望的交通工具。氫氣汽車還處于研究探索階段。四、世界主要汽車公司氫能源發(fā)展動態(tài)（一）通用汽車公司：

自1964年建立第一個燃料電池實驗室以來，至今已斥資10億多美元用于新能源汽車的研究開發(fā)。通用汽車公司對外宣稱：計劃在2010年實現(xiàn)氫燃料電池車Hywire批量生產(chǎn)，并希望成為第一家售出100萬輛氫燃料電池汽車的汽車制造商。近年來主要成果有：Hywire線傳控燃料電池車、“氫動三號”（HydroGen3）燃料電池車、Sequel氫燃料電池車。這些都全面展示通用汽車在推廣節(jié)能和環(huán)保汽車技術領域的成就（二）福特汽車公司：

福特Focus

FCV

是一款燃料電池概念車。而專門為批量生產(chǎn)而設計的福特U型車，其動力來自于世界第一臺增壓氫動力內(nèi)燃機，再配以混合電動變速器，U型車開創(chuàng)了福特汽車公司繼T型車后的第二個新紀元，也展示了未來汽車的發(fā)展潮流。

（三）豐田汽車公司：

其目標是“在全世界范圍深入普及混合動力汽車”，它被看成環(huán)保汽車技術領導者，在普及混合動力系統(tǒng)的低燃耗、低排放和改進行駛性能方面已經(jīng)走在世界的前列。該公司已經(jīng)開發(fā)出由氫氣和電力驅(qū)動的第五代燃料電池車“FCHV-5”，并向美國加州燃料電池合作組織提供樣車進行實車道路試驗。

（四）日產(chǎn)汽車公司：

日產(chǎn)汽車公司從1996年就開始研發(fā)燃料電池，2002年12月推出了一款X-TRAIL燃料電池車，它以大排量、高油耗的奇駿SUV作為改裝對象

（五）寶馬汽車公司：

寶馬汽車公司旗下的BMW品牌也隆重推出了其在氫動力方面的杰出代表--H2R氫能試驗賽車“車速世界紀錄氫燃料賽車”。2004年9月，H2R氫能試驗賽車在一天之內(nèi)連續(xù)創(chuàng)造了9項世界紀錄，以令人印象深刻的方式證明了燃料電池發(fā)動機汽車的驚人潛力，同時也表明BMW集團對氫燃料完全取代傳統(tǒng)燃料這一全球汽車工業(yè)發(fā)展方向的堅定信念。同時，寶馬公司計劃在2005年大規(guī)模生產(chǎn)氫燃料，為此已投入10億歐元，并且將繼續(xù)追加10億歐元。

（六）大眾汽車公司：

大眾的途安HyMotion，使用氫燃料電池，已經(jīng)可以實現(xiàn)量產(chǎn)。其最大行駛距離為160km。五、氫動力推廣難題（一）環(huán)保問題

一般人認為，以氫燃料為動力的汽車只會產(chǎn)生水，事實也的確是這樣，那為什么說氫燃料汽車并不環(huán)保呢？環(huán)球能源網(wǎng)認為，我們必須從其生產(chǎn)原料上來分析，由于技術水平并不先進，以及考慮到成本等的問題，世界上很多國家的氫燃料的生產(chǎn)并不是以水為原料，而是以天然氣作為生產(chǎn)原料，先前講到了，如果要電解水取得氫氣，那需要很大的能量消耗，而且要生產(chǎn)出能量值與普通汽油燃料相當?shù)臍淙剂?，我們就需要大量的水資源，水同樣也是我們這個星球稀缺的資源，因為我們這里講到的水是淡水，而不是海水。而天然氣的貯存方式相對成熟得多，而且我們可以用并不算多的天然氣生產(chǎn)出能量值與普通汽油燃料相當氫燃料。因此，作為氫燃料生產(chǎn)商來說，為了降低生產(chǎn)成本，他們寧愿選擇天然氣。問題就出在這里，天然氣也屬于化石能源的范疇，那么使用它就必定會產(chǎn)生大量的二氧化碳，從這個層面上來講，我們的氫能汽車并不環(huán)保。（二）經(jīng)濟成本問題

如今我們很多的加油站都是以提供化石燃料為主，而沒有單獨提供氫能燃料的場所，如果我們要利用起的加油站，那么就必須修建大量的輸送管道，而且這樣做的前提是，氫能汽車的數(shù)量一定要達到一個合適的規(guī)模，數(shù)量過少的話，那修建輸送管道的成本就顯得有點高了。而如今，我們只能從一些新能源展會上才能看到氫燃料電池汽車的身影，大街上主要行駛的還是普通汽油驅(qū)動的汽車，即便是在巴西這樣的新能源汽車大國，其80%以上的汽車使用的也是乙醇，而非氫燃料電池。因此在可以預見的將來，我們還很難將氫燃料電池汽車推廣出去，至少在工藝上我們還不過關。（三）節(jié)能降耗問題

我們研究氫能源，最根本的就是要解決能源匱乏的大問題，但是如果為了獲得氫能源要以消耗更多的其他能量為代價，未免有些得不償失，舍本逐末。一般情況下，我們要獲得氫，都會從水里分解出來，這就需要用到電，需要將交流電轉(zhuǎn)化成直流電，這過程將使得氫分子中的能連損失2%-3%，接下來我們開始電解水，在此過程中能效只能達到70%，其余30%的能量被消耗掉。經(jīng)過上述兩個過程，我們獲得了氫氣，但是由于是氣體，因此其體積非常大，這個就需要我們用10000磅/平方英寸的大氣壓強對氫氣進行壓縮處理，這個過程又將耗能15%，即便是經(jīng)過了這一系列處理，同等質(zhì)量的氫燃料所包含的能量值也只有普通汽油燃料的20%所有，并且要貯存這些氫燃料需要很大的存儲設備。此外，為了保持氫燃料電池的穩(wěn)定，我們還要將溫度控制在零下253度，這一過程再次耗能30%-40%。在運輸過程中，由于我們很難保持零下253度的恒溫，因此我們還將損失10%的能量，而在氫燃料被注入汽車前，我們又損失了大約50%的能量，最終我們還將損失10%的能量，因為氫能汽車的能效只有90%。綜合上述所有的過程，我們要驅(qū)動一輛氫能汽車的能耗高達80%！（四）技術瓶頸

為了解決推廣氫能汽車過程中遇到的問題，我們首先需要解決三個技術問題：

4.1大量制取廉價氫氣的方法。傳統(tǒng)的電解方法價格昂貴，且耗費其他資源，無法推廣；

4.2解決氫氣的安全儲運問題。

4.3解決汽車所需的高性能、廉價的氫供給系統(tǒng)。目前常見的供給系統(tǒng)有三種，氣管定時噴射式、低壓缸內(nèi)噴射式和高壓缸內(nèi)噴射式。隨著儲氫材料的研究進展，可以為氫能汽車開辟全新的途徑。而最近，科學家們研制的高效率氫燃料電池，更減小了氫氣損失和熱量散失。六、關于氫能源汽車發(fā)展的幾點建議

1、推出加氫加油站，為普通汽車提供加油服務，并為燃料電池車加氫。

加氫設施與普通加油站內(nèi)的設施沒有太大區(qū)別，加氫過程與一般汽油車加油類似。加氫站面積比一般加油站大，由氫氣分離廠和加氣臺兩部分組成。氫氣分離廠內(nèi)設有氫氣分離罐，工程人員向罐內(nèi)輸入水，在電力的作用下，水便分離成氫氣和氧氣。分離出的氧氣通過管道向空中釋放，同時將氫氣收集在密封壓力罐內(nèi)加壓、儲存，再通過高壓管道為氫汽車加氫。

氫是易燃物，所以人們首先會想到加氫站和氫汽車的安全性。但是只要科研人員成功地解決了管道壓力問題，顧客加氫時絕對安全。

1、

車載氫氧機

車載氫氧機是利用汽車上蓄電池的電力對水進行電解，所產(chǎn)生的氫氧混合氣由進風口被吸入汽車內(nèi)燃機中，和傳統(tǒng)的汽油、柴油或是天然氣混合燃燒。氫氧混合氣只有加入5%左右，即可達到降低燃油消耗10%~40%,同時減少50%的污染排放。車載氫氧機雖沒有完全替代傳統(tǒng)燃料，但能達到節(jié)能減排，也是一個不錯的選擇，畢竟這種方案投資少，見效快，更容易被消費者所接受。

當前全球性金融危機和能源危機對中國汽車企業(yè)來說既是挑戰(zhàn)，也是機遇。如果能抓住機會，重視建設汽車動力主流產(chǎn)品節(jié)油核心技術的研發(fā)和自主創(chuàng)新能力，將會一舉改變中國汽車企業(yè)長期依賴外國公司、在核心技術方面被外國公司控制的狀況，將能以技術先進的汽車在世界主流汽車產(chǎn)品市場上與外國公司競爭。

在能源緊缺、交通能源動力系統(tǒng)面臨轉(zhuǎn)型的重要時刻，氫能源動力技術的發(fā)展對中國的未來尤其重要。希望這些探討能有助于中國能源和技術發(fā)展政策的制定。燃料電池作為一種高效零污染電化學能量轉(zhuǎn)換裝臵，被認為是汽車動力電氣化核心部件的理想選擇；氫能燃料電池作為新一代汽車能源動力系統(tǒng)的轉(zhuǎn)型目標被全球所看好。人類通過持續(xù)不斷的努力。最終實現(xiàn)能源動力系統(tǒng)的根本轉(zhuǎn)型。實現(xiàn)向氫經(jīng)濟過度。仍將是一個比較漫長的過程。根據(jù)國內(nèi)外研究，預計燃料電池轎車的大規(guī)模商業(yè)化大約在2020年左右，最終的氫能經(jīng)濟會在2040-2050年之間實現(xiàn)。從而進入氫動力時代。

[參考文獻][1]《汽車發(fā)動機構造與維修》呂秋霞.人民交通出版社.2007.09

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