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汽车新能源的研究现状
郑州交通职业学院
毕业论文
论文题目:
汽车新能源的研究现状
所属系别
专业班级
姓 名
学 号
指导教师
撰写日期2011年4月
摘要
面对全球范围日益严峻的能源形势和环保压力,寻找能够代替石油的新能源车成为了重要解决问题途径。
近年来,世界主要汽车生产国都把发展新能源汽车作为提高产业竞争能力、保持经济社会可持续发展的重大战略举措。
新能源汽车成为市场新的增长点。
我国在新能源方面投入大量的人力、物力以及财力,就是希望能够抓住这新的制高点。
通过持续开展的技术攻关,我国的新能源汽车产品日益成熟,但仍存在许多问题。
本论文主要谈论新能源汽车种类和技术发展程度,各类新能源汽车的技术瓶颈,以及中国政府对这个行业的态度,其在政策和市场上存在的不足,未来可行的发展方法。
关键词:
新能源、汽车、技术
Abstract
Thefaceoftheincreasinglyseriousworldenergysituationandenvironmentalpressuretofindnewenergysourcescanreplaceoil,carshavebecomeanimportantwaytosolvetheproblem.Inrecentyears,theworld'smajorcarproducingcountriesregardthedevelopmentofnewenergyvehiclesforimprovingtheindustrialcompetitivenessandmaintaineconomicandsocialdevelopmentofmajorstrategicinitiatives.Newenergyvehiclesasnewgrowthmarkets.Chinatoinvestheavilyinnewenergysourcesofmanpower,materialandfinancialresources,ishopingtoseizethisnewhighground.Technologythroughongoingresearch,China'snewenergyautomotiveproductsbecomemoresophisticated,buttherearestillmanyproblems.Thispapertalkingaboutthenewenergyvehicletypesanddegreeoftechnologicaldevelopment,allkindsofnewenergyvehiclesoftechnologicalbottlenecks,andtheChinesegovernment'sattitudetothisindustry,itspoliciesandlackofmarketpresence,thefuturedevelopmentoffeasiblemethods.
KeyWords:
Newenergy,automotive,technology
目录
1引言1
2新能源汽车种类及发展现状1
2.1混合动力汽车1
2.2纯电动汽车2
2.3燃料电池汽车3
2.4氢动力汽车4
2.5燃气汽车4
2.6生物乙醇汽车5
3新能源在国外的现状5
4目前新能源汽车领域存在的问题7
5新能源汽车发展趋势8
参考文献9
致谢10
1引言
21世纪,全球能源与环境形势异常严峻。
有关资料统计,到2010年和2020年,我国机动车的燃油需求量分别达到1.38亿吨和2.56亿吨,而全球石油储量仅够再用约40年,能源短缺已经成为全球问题。
目前,我国正处于建设“两型社会”和产业结构调整的关键时期,节能减排已经成为我国政府和各行各业工作的重中之重。
新能源汽车可以宽泛地理解为出了燃用汽油和柴油的传统动力汽车以外的第排放环保汽车。
对于我国这个石油资源匮乏和环境压力大的国家说,大力发展新能源汽车有着重要的现实意义和战略意义。
新能源汽车是指采用非常规的车用燃料作为动力来源(或使用常规的车用燃料,但采用新型车载动力装置),综合车辆的动力控制和驱动方面的先进技术,形成的技术原理先进、具有新技术、新结构的汽车。
新能源汽车包括有:
混合动力汽车(HEV)、纯电动汽车(BEV)、燃料电池汽车(FCEV)、氢发动机汽车以及燃气汽车、醇醚汽车等等.
2新能源汽车种类及发展现状
2.1混合动力汽车
采用传统燃料的,同时配以电动机/发动机来改善低速动力输出和燃油消耗的混合动力汽车。
按照燃料种类的不同,主要又可以分为汽油混合动力和柴油混合动力两种。
目前国内市场上,混合动力车辆的主流都是汽油混合动力,而国际市场上柴油混合动力车型发展也很快。
混合动力汽车的关键是混合动力系统,它的性能直接关系到整车性能。
经过十多年的发展,混合动力系统总成已从原来发动机与电机离散结构向发动机电机和变速箱一体化结构发展,即集成化混合动力总成系统。
混合动力总成以动力传输路线分类,可分为串联式、并联式和混联式等三种。
串联式动力:
串联式动力由发动机、发电机和电动机三部分动力总成组成,它们之间用串联方式组成SHEV动力单元系统,发动机驱动发电机发电,电能通过控制器输送到电池或电动机,由电动机通过变速机构驱动汽车。
小负荷时由电池驱动电动机驱动车轮,大负荷时由发动机带动发电机发电驱动电动机。
当车辆处于启动、加速、爬坡工况况时,发动机、电动机组和电池组共同向电动机提供电能;当电动车处于低速、滑行、怠速的工况时,则由电池组驱动电动机,当电池组缺电时则由发动机-发电机组向电池组充电。
串联式结构适用于城市内频繁起步和低速运行工况,可以将发动机调整在最佳工况点附近稳定运转,通过调整电池和电动机的输出来达到调整车速的目的。
使发动机避免了怠速和低速运转的工况,从而提高了发动机的效率,减少了废气排放。
但是它的缺点是能量几经转换,机械效率较低。
并联式动力:
并联式装置的发动机和电动机共同驱动汽车,发动机与电动机分属两套系统,可以分别独立地向汽车传动系提供扭矩,在不同的路面上既可以共同驱动又可以单独驱动。
当汽车加速爬坡时,电动机和发动机能够同时向传动机构提供动力,一旦汽车车速达到巡航速,汽车将仅仅依靠发动机维持该速度。
电动机既可以作电动机又可以作发电机使用,又称为电动-发电机组。
由于没有单独的发电机,发动机可以直接通过传动机构驱动车轮,这种装置更接近传统的汽车驱动系统,机械效率损耗与普通汽车差不多,得到比较广泛的应用。
混联式动力:
混联式装置包含了串联式和并联式的特点。
动力系统包括发动机、发电机和电动机,根据助力装置不同,它又分为发动机为主和电机为主两种。
以发动机为主的形式中,发动机作为主动力源,电机为辅助动力源;以电机为主的形式中,发动机作为辅助动力源,电机为主动力源。
该结构的优点是控制方便,缺点是结构比较复杂。
总的来说混合动力汽车的缺点:
长距离高速行驶基本不能省油。
2.2纯电动汽车
纯电动汽车顾名思义就是主要采用电源为电动汽车的驱动电动机提供电能,电动机将电源的电能转化为机械能,通过传动装置或直接驱动车轮和工作装置。
目前,电动汽车上应用最广泛的电源是铅酸蓄电池,但随着电动汽车技术的发展,铅酸蓄电池由于比能量较低,充电速度较慢,寿命较短,逐渐被其他蓄电池所取代。
正在发展的电源主要有钠硫电池、镍镉电池、锂电池、燃料电池、飞轮电池等。
优点:
技术相对简单成熟,只要有电力供应的地方都能够充电。
纯电动汽车本身不排放污染大气的有害气体,即使按所耗电量换算为发电厂的排放,除硫和微粒外,其它污染物也显著减少,由于电厂大多建于远离人口密集的城市,对人类伤害较少,而且电厂是固定不动的,集中的排放,清除各种有害排放物较容易,也已有了相关技术。
由于电力可以从多种一次能源获得,如煤、核能、水力等,解除人们对石油资源日见枯竭的担心。
电动汽车还可以充分利用晚间用电低谷时富余的电力充电,使发电设备日夜都能充分利用,大大提高其经济效益。
有些研究表明,同样的原油经过粗炼,送至电厂发电,经充入电池,再由电池驱动汽车,其能量利用效率比经过精炼变为汽油,再经汽油机驱动汽车高,因此有利于节约能源和减少二氧化碳的排量,正是这些优点,使电动汽车的研究和应用成为汽车工业的一个“热点”。
缺点:
目前蓄电池单位体积重量储存的能量太少,使用周期短,从几个月到几年不等。
还因电动车的电池成本较高,又没形成经济规模,故购买价格较贵,至于使用成本,有些使用结果比汽车贵,有些结果仅为汽车的1/3,这主要取决于电池的寿命及当地的油、电价。
燃料电池汽车的成本较高,尤其是燃料电池所需的各种金属,都很昂贵,造成整车价位的提高。
另外大型混合动力汽车的能量耦合设计仍然是个很大的挑战。
2.3燃料电池汽车
燃料电池汽车是指以氢气、甲醇等为燃料,通过化学反应产生电流,依靠电机驱动的汽车。
其电池的能量是通过氢气和氧气的化学作用,而不是经过燃烧,直接变成电能或的。
近几年来,燃料电池技术已经取得了重大的进展。
世界著名汽车制造厂,如戴姆勒-克莱斯勒、福特、丰田和通用汽车公司已经宣布,计划在2004年以前将燃料电池汽车投向市场。
目前,燃料电池轿车的样车正在进行试验,以燃料电池为动力的运输大客车在北美的几个城市中正在进行示范项目。
在开发燃料电池汽车中仍然存在着技性挑战,如燃料电池组的一体化,提高商业化电动汽车燃料处理器和辅助部汽车制造厂都在朝着集成部件和减少部件成本的方向努力,并已取得了显著的进步。
与传统汽车相比,燃料电池汽车具有以下优点:
1、零排放或近似零排放。
2、减少了机油泄露带来的水污染。
3、降低了温室气体的排放。
4、提高了燃油经济性。
5、提高了发动机燃烧效率。
6、运行平稳、无噪声。
2.4氢动力汽车
氢动力汽车是一种真正实现零排放的交通工具,排放出的是纯净水,其具有无污染,零排放,储量丰富等优势,因此,氢动力汽车是传统汽车最理想的替代方案
优点:
排放物是纯水,行驶时不产生任何污染物。
缺点:
氢燃料电池成本过高,而且氢燃料的存储和运输按照目前的技术条件来说非常困难,因为氢分子非常小,极易透过储藏装置的外壳逃逸。
另外最致命的问题,氢气的提取需要通过电解水或者利用天然气,如此一来同样需要消耗大量能源,除非使用核电来提取,否则无法从根本上降低二氧化碳排放。
2.5燃气汽车
燃气汽车是指用压缩天然气(CNG)、液化石油气(LPG)和液化天然气(LNG)作为燃料的汽车。
近年来,世界上各国政府都积极寻求解决这一难题,开始纷纷调整汽车燃料结构。
燃气汽车由于其排放性能好,可调正汽车燃料结构,运行成本低、技术成熟、安全可靠,所以被世界各国公认为当前最理想的替代燃料汽车。
替代燃料的作用是减轻并最终消除由于石油供应紧张带来的各种压力以及对经济发展产生的负面影响。
近期,中国仍将主要用压缩天然气、液化气、乙醇汽油作汽车的替代燃料。
汽车代用燃料能否扩大应用,取决于中国替代燃料的资源、分布、可利用情况,替代燃料生产与应用技术的成熟程度以及减少对环境污染等;替代燃料的生产规模、投资、生产成本、价格决定着其与石油燃料的竞争力;汽车生产结构与设计改进必须与燃料相适应。
燃气仍然是世界汽车代用燃料的主流,以燃气替代燃油将是中国乃至世界汽展的必然趋势。
我国应尽快组织力量,制定出国家级燃气汽车政策。
考虑到我国能源安全主要是石油的状况,发展包括燃气汽车在内的各种代用燃料汽车,已是刻不容缓的事。
2.6生物乙醇汽车
乙醇俗称酒精,通俗些说,使用乙醇为燃料的汽车,也可叫酒精汽车
在汽车上使用乙醇,可以提高燃料的辛烷值,增加氧含量,使汽车缸内燃烧更完全,可以降低尾气的害物的排放。
醇代替石油燃料的活动历史已经很长,无论是从生产上和应用上的技术都已经很成熟,近来由于石油资源紧张,汽车能源多元化趋向加剧,乙醇汽车又提到议事日程。
目前世界上已有40多个国家,不同程度应用乙醇汽车,有的已达到较大规模的推广,乙醇汽车的地位日益提升。
在汽车上使用乙醇,可以提高燃料的辛烷值,增加氧含量,使汽车缸内燃烧更完全,可以降低尾气的害物的排放。
乙醇汽车的燃料应用方式:
一、掺烧,指乙醇和汽油掺合应用。
在混合燃料中,乙醇和容积比例以“E”表示,如乙醇占10%,15%,则用E10,E15来表示,目前,掺烧占乙醇汽车占主要地位。
二、纯烧,即单烧乙醇,可用E100%表示,目前应用并不多,属于试行阶段;三、变性燃料乙醇,指乙醇脱水后,再添加变性剂而生成的乙醇,这也是属于试验应用阶步;四、灵活燃料,指燃料既可用汽油,又可以使用乙醇或甲醇与汽油比例混合的燃料,还可以用氢气,并随时可以切换。
如福特,丰田汽车均在试验灵活燃料汽车(FFV)。
我国政府对新能源态度:
我国提早开始了技术储备。
在“十五”电动汽车重大专项和清洁汽车科技行动攻关计划的基础上,“十一五”期间,在“863”计划中又启动了“节能与新能源汽车”重大项目,继续支持节能与新能源汽车关键技术研发和产业化。
这期间,我国科技计划累计投入近20亿元,分别组织实施了“电动汽车重大科技专项”和“节能与新能源汽车重大项目”,确立了“三纵三横”的研发布局,即燃料电池汽车、混合动力汽车、纯电动汽车三种整车技术为“三纵”,多能源动力总成系统、驱动电机、动力电池三种关键技术为“三横”。
3新能源在国外的现状
在汽车工业相对发达的欧洲等国家,新能源汽车在政府和消费者的支持下,已经取得了显著成绩。
下面我们对法国、美国以及英国等国家对新能源汽车的保护作一些简单的介绍,希望能对我们发展新能源汽车有所帮助和借鉴。
法国:
为鼓励支持新能源汽车的发展,法国政府对汽车经销有这样的政策:
经销商每卖出5辆常规动力汽车,就必须卖出一辆清洁燃料汽车。
与此同时,政府制定了清洁汽车减免税额的政策。
无论是生产厂商,还是经销商,从经销环节和研发环节所产生的巨额成本,大部分被政府的优惠政策和补贴所消化了,故而不会过多地转嫁给消费者。
美国:
同一车型的混合动力车比装配传 统发动机的车贵3000多美元,但政府对每辆车实行2000美元到4000美元的税收优惠政策,高出的价格被政府的优惠政策冲抵,这意味着有些混合动力车的售价比普通轿车还便宜。
英国:
大家都知道,驾车进入英国首都 伦敦是要收费的,但是如果你驾驶一辆混合动力车进入伦敦市区,将免收5英镑进入市区的费用,可见,英国政策对新能源汽车的支持是非常大的。
日本:
日本政府对大学、研究所从事燃料电池开发给予了较多的补贴。
同时,对开发燃料电池也投入了大量资源。
1997年丰田公司开始销售混合动力汽车,每台汽车60万日元,买一台车政府给予消费者20万日元补贴。
油价上涨到70美元后,混合动力汽车的优势开始显现。
据专家介绍,与发达国家相比,我国新能源车战略缺少的不只是基础设施的配套,亟待补课的地方还很多。
对于新能源汽车来说,电池技术是主要瓶颈。
研制成本低、体积小、持续能力强,并且使用寿命长的电池是破解新能源汽车难题的关键。
此外,如何保证由电机系统组成的动力总成与整车匹配,是亟待解决的技术问题。
目前,新能源汽车除了混合动力之外,纯电动车及其他代用燃料车尚无国 家统一标准。
在标准缺失的情况下,新能源车型的审批上市就不可避免地遭遇许多标准的盲区。
而采用什么样的国家标准,将直接影响到未来零部件配套、生产设备改造等各方面,对每个参与的企业来说影响重大。
,我国新能源车战略应尽快形成上下一盘棋的局面。
而当前各地争相上马新能源汽车联盟和产业基地,或将导致更严重的地方保护主义,不利于新能源战略的全国推广。
另外,国内节能与新能源汽车生产企业并没有足够的技术实力迎接产业化的到来。
在混合动力汽车关键零部件领域,国内企业的产品可靠性以及自动变速箱生产经验等方面均与国外产品存在一定差距,自主混合动力系统产品的总量还不足千套,急需通过不久前启动的节能与新能源汽车示范推广试点,在3至5年的补贴期内增强自主创新产品竞争力,以顺利进入产业化阶段。
指出,中国新能源汽车的研究比国外起步要晚20年,在新能源领域即使取得了一定成功,我们也不应好大喜功,盲目乐观。
而应时刻保持清醒看到我们与先进水平的差距,只有这样才能不断的进度,从而取得更大的成果。
4目前新能源汽车领域存在的问题
2009年2月5日,科技部和财政部联合出台《节能与新能源汽车示范推广财政补助资金管理暂行办法》,宣布为鼓励节能汽车发展,中央财政将对购置节能与新能源汽车给予一次性定额补助,鼓励全国13个试点城市率先在公交、出租车、公务、环卫和邮政等公共服务领域推广使用节能与新能源汽车。
《办法》明确规定,中央财政对购置节能与新能源汽车将按同类传统汽车的基础价差,并适当考虑规模效应、技术进步等因素给予一次性定额补贴。
其中,长度10米以上城市公交客车是此次补贴的重点,混合动力客车最高每辆补贴42万元,纯电动和燃料电池客车每辆补贴分别高达50万元和60万元。
在国家政策的鼓励下,新能源车近来发展势头迅猛。
对此,有专家指出,我国新能源汽车在技术方面尚未完全成熟,各地在制定发展战略时要保持清醒。
中国汽车技术研究中心北京工作部副主任傅连学说,各地争相成立新能源汽车联盟、建设产业化基地,很重要的原因是备战科技部和财政部开始实施的新能源汽车“十城千辆”示范运行计划,争夺政府补贴。
据专家介绍,与发达国家相比,我国新能源车战略缺少的不只是基础设施的配套,亟待补课的地方还很多。
对于新能源汽车来说,电池技术是主要瓶颈。
研制成本低、体积小、持续能力强,并且使用寿命长的电池是破解新能源汽车难题的关键。
此外,如何保证由电机系统组成的动力总成与整车匹配,是亟待解决的技术问题。
目前,新能源汽车除了混合动力之外,纯电动车及其他代用燃料车尚无国 家统一标准。
在标准缺失的情况下,新能源车型的审批上市就不可避免地遭遇许多标准的盲区。
而采用什么样的国家标准,将直接影响到未来零部件配套、生产设备改造等各方面,对每个参与的企业来说影响重大。
更重要的是,我国新能源车战略应尽快形成上下一盘棋的局面。
而当前各地争相上马新能源汽车联盟和产业基地,或将导致更严重的地方保护主义,不利于新能源战略的全国推广。
另外,国内节能与新能源汽车生产企业并没有足够的技术实力迎接产业化的到来。
在混合动力汽车关键零部件领域,国内企业的产品可靠性以及自动变速箱生产经验等方面均与国外产品存在一定差距,自主混合动力系统产品的总量还不足千套,急需通过不久前启动的节能与新能源汽车示范推广试点,在3至5年的补贴期内增强自主创新产品竞争力,以顺利进入产业化阶段。
最后专家还指出,中国新能源汽车的研究比国外起步要晚20年,在新能源领域即使取得了一定成功,我们也不应好大喜功,盲目乐观。
而应时刻保持清醒看到我们与先进水平的差距,只有这样才能不断的进度,从而取得更大的成果。
5新能源汽车发展趋势
各国政府、科研机构及国际汽车大公司对传统内燃机汽车与新能源汽车的发展形成了共同的的认识:
在未来的20年内,汽油和柴油仍是汽车的主要的能量来源,打传统汽油机汽车的市场份额将在此后明显下降,而柴油车仍将在重型车辆领域继续保持很高的市场份额;新能源汽车的近期解决方案是传统内燃机新技术和替代燃烧汽车;中期方案是混合动力汽车大幅度降低油耗和排放;远期方案是纯电动汽车和燃料电池汽车,特别是资源极为丰富、且完全没有污染的氢燃料电池汽车将重新定义汽车产业格局。
虽然新能源汽车提供了使用替代燃料的燃料汽车、混合动力汽车,以及利用车载氢燃料电池发电和电动系统的燃料电池汽车等多元化选择,但是由于现在的技术发展水平,因此寻找多元化的替代燃料如天然气、乙醇,开发更接近市场的混合动力技术,成为目前开发可替代能源的最切实可行的一步。
而纯电动车和氢燃料电池汽车由于其技术仍难取得革命性的突破,难以成为汽车行业近期发展目标。
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[9]VictorHammerModernElectricVehicleTechnology[M].Beijing:
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[10]AdrianMcKinneyNewEnergyTechnologyAutomotive[M].ChinaCommunicationsPress,2003
致谢
三年的学习生涯马上就要画上句号了,毕业前所有努力与付出都凝聚在这篇论文里面。
相信它虽然算不上上乘之作,但却是我用心血浇灌的答卷。
而且更有论文指导老师您的耐心点拨和诚恳建议。
感谢您以及各位任课老师,他们丰厚的知识积累和敬业精神,给予了我很多的教益。
同时也感谢我的同学们,正是和他们三年的朝夕相处,一起上课一起讨论问题,让我逐渐有了对问题的思考意识,从而更好地规划自己的学业。
三年的求学时光给我留下了美好的回忆,它将成为我今后人生旅途中新的起点。
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