新能源汽车论文(谁帮我写一篇新能源汽车的论文)
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一、技术概述
电动汽车是指以车载电源为动力,用电机驱动车轮行驶,符合道路交通、安全法规各项要求的车辆。它使用存储在电池中的电来发动。在驱动汽车时有时使用12或24块电池,有时则需要更多。
1、电动车技术特点
●无污染,噪声低
电动汽车无内燃机汽车工作时产生的废气,不产生排气污染,对环境保护和空气的洁净是十分有益的,几乎是“零污染”。众所周知,内燃机汽车废气中的CO、HC及NOX、微粒、臭气等污染物形成酸雨酸雾及光化学烟雾。电动汽车无内燃机产生的噪声,电动机的噪声也较内燃机小。噪声对人的听觉、神经、心血管、消化、内分泌、免疫系统也是有危害的。
●能源效率高,多样化
电动汽车的研究表明,其能源效率已超过汽油机汽车。特别是在城市运行,汽车走走停停,行驶速度不高,电动汽车更加适宜。电动汽车停止时不消耗电量,在制动过程中,电动机可自动转化为发电机,实现制动减速时能量的再利用。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。
另一方面,电动汽车的应用可有效地减少对石油资源的依赖,可将有限的石油用于更重要的方面。向蓄电池充电的电力可以由煤炭、天然气、水力、核能、太阳能、风力、潮汐等能源转化。除此之外,如果夜间向蓄电池充电,还可以避开用电高峰,有利于电网均衡负荷,减少费用。
●结构简单,使用维修方便
电动汽车较内燃机汽车结构简单,运转、传动部件少,维修保养工作量小。当采用交流感应电动机时,电机无需保养维护,更重要的是电动汽车易操纵。
●动力电源使用成本高,续驶里程短
目前电动汽车尚不如内燃机汽车技术完善,尤其是动力电源(电池)的寿命短,使用成本高。电池的储能量小,一次充电后行驶里程不理想,电动车的价格较贵。但从发展的角度看,随着科技的进步,投入相应的人力物力,电动汽车的问题会逐步得到解决。扬长避短,电动汽车会逐渐普及,其价格和使用成本必然会降低。
2、电动车基本结构
电动汽车的组成包括电力驱动及控制系统、驱动力传动等机械系统、完成既定任务的工作装置等。电力驱动及控制系统是电动汽车的核心,也是区别于内燃机汽车的最大不同点。电力驱动及控制系统由驱动电动机、电源和电动机的调速控制装置等组成。电动汽车的其他装置基本与内燃机汽车相同。
2.1. 电源
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,许多新型电池也在发展中。这些电源(电池)主要有钠硫电池、镍铬电池、锂电池、燃料电池、飞轮电池等,新型电源的应用,为电动汽车的发展开辟了广阔的前景。
2.2. 驱动电动机
驱动电动机的作用是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。目前电动汽车上广泛采用直流串激电动机,这种电机具有"软"的机械特性,与汽车的行驶特性非常相符。但直流电动机由于存在换向火花,比功率较小、效率较低,维护保养工作量大,随着电机技术和电机控制技术的发展,势必逐渐被直流无刷电动机(BCDM)、开关磁阻电动机(SRM)和交流异步电动机所取代。
2.3. 电动机调速控制装置
电动机调速控制装置是为电动汽车的变速和方向变换等设置的,其作用是控制电动机的电压或电流,完成电动机的驱动转矩和旋转方向的控制。
早期的电动汽车上,直流电动机的调速采用串接电阻或改变电动机磁场线圈的匝数来实现。因其调速是有级的,且会产生附加的能量消耗或使用电动机的结构复杂,现在已很少采用。目前电动汽车上应用较广泛的是晶闸管斩波调速,通过均匀地改变电动机的端电压,控制电动机的电流,来实现电动机的无级调速。在电子电力技术的不断发展中,它也逐渐被其他电力晶体管(入GTO、MOSFET、BTR及IGBT等)斩波调速装置所取代。从技术的发展来看,伴随着新型驱动电机的应用,电动汽车的调速控制转变为直流逆变技术的应用,将成为必然的趋势。
在驱动电动机的旋向变换控制中,直流电动机依靠接触器改变电枢或磁场的电流方向,实现电动机的旋向变换,这使得电路复杂、可靠性降低。当采用交流异步电动机驱动时,电动机转向的改变只需变换磁场三相电流的相序即可,可使控制电路简化。此外,采用交流电动机及其变频调速控制技术,使电动汽车的制动能量回收控制更加方便,控制电路更加简单。
2.4. 传动装置
电动汽车传动装置的作用是将电动机的驱动转矩传给汽车的驱动轴,当采用电动轮驱动时,传动装置的多数部件常常可以忽略。因为电动机可以带负载启动,所以电动汽车上无需传统内燃机汽车的离合器。因为驱动电机的旋向可以通过电路控制实现变换,所以电动汽车无需内燃机汽车变速器中的倒档。当采用电动机无级调速控制时,电动汽车可以忽略传统汽车的变速器。在采用电动轮驱动时,电动汽车也可以省略传统内燃机汽车传动系统的差速器。
2.5. 行驶装置
行驶装置的作用是将电动机的驱动力矩通过车轮变成对地面的作用力,驱动车轮行走。它同其他汽车的构成是相同的,由车轮、轮胎和悬架等组成。
2.6. 转向装置
专项装置是为实现汽车的转弯而设置的,由转向机、方向盘、转向机构和转向轮等组成。作用在方向盘上的控制力,通过转向机和转向机构使转向轮偏转一定的角度,实现汽车的转向。多数电动汽车为前轮转向,工业中用的电动叉车常常采用后轮转向。电动汽车的转向装置有机械转向、液压转向和液压助力转向等类型。
2.7. 制动装置
电动汽车的制动装置同其他汽车一样,是为汽车减速或停车而设置的,通常由制动器及其操纵装置组成。在电动汽车上,一般还有电磁制动装置,它可以利用驱动电动机的控制电路实现电动机的发电运行,使减速制动时的能量转换成对蓄电池充电的电流,从而得到再生利用。
2.8. 工作装置
工作装置是工业用电动汽车为完成作业要求而专门设置的,如电动叉车的起升装置、门架、货叉等。货叉的起升和门架的倾斜通常由电动机驱动的液压系统完成。
3、电动汽车的技术内容包括:
●驱动电池技术:镍氢电池,镍镉电池,铅酸电池,钠硫电池,锂离子电池、燃料电池等,应具有比功率和比能量高,能满足动力性和续驶里程的要求:充电时间短、充电动循环多,以方便使用和保证寿命。
●电机技术:主要有四种电机:直流电机、永磁电机、开关磁阻电机、交流感应电机。要求重量轻、效率高、可靠性好。
●驱动系统控制与集成技术:多采用单片机和功率器件配合作为控制系统,功率器件主要使用IGBT(绝缘栅双极晶体管)。
●电池监视与管理系统技术
●充电系统技术
●电动汽车整车布置及匹配技术
二、现状及国内外发展趋势
二十世纪九十年代以来,国外将电动汽车技术的重点放在关键的电池技术研究上,美国三大汽车公司投资26亿美元,进行合作研究,美国电池制造商联合进行的USABC项目也把目标指向电动汽车用的电池。 目前电池技术的现状与电动汽车的实用要求还有相当距离,使电动汽车在动力性能、续驶里程、制造成本和可靠性等方面无法和常规汽车相比。电动汽车的前景基本上取决于电池技术的突破。近年来镍氢、锂、燃料等类电池被相对看好,投入大量资金进行研究,铅酸、镍镉等传统电池的改进工作也在进行。
国家科委、计委在"八五" 、"九五"期间组织了电动汽车的攻关课题,最近又把电动汽车项目列入"十五"规划,国内大型汽车企业、高等院校、研究单位对电动汽车的研究也持积极的态度,通过改装电动汽车,进行了多轮试制,力争在"十五"结束时达到电动汽车的产业化。
三、"十五"目标及主要研究内容
①目标:解决关键技术,完成可实用的电动汽车的开发,并实现产业化。
②主要研究内容:电动汽车的总体设计;先进的电池技术;电动机及控制驱动系统;整车监控与管理系统、使用环境与配套技术等。
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近几年来,我国的经济发展水平在不断提高,人们的物质生活条件和水平也都不断改善和提高,对生活中事物的要求也越来越高,但是随着工业化和城市化的推进,我国的生态环境日益恶劣,私家车越来越多,这也给环境带来了很大的压力,由此新能源汽车应运而生。文章就围绕新能源汽车产业展开叙述,将低碳经济贯彻到汽车产业当中,提高人们对生态环境的重视程度,同时推动我国新能源汽车产业的健康发展。关键词:低碳经济;新能源汽车;对策
1引言
改革开放以来,我国的经济迅速发展,社会在不断进步,与此同时,为了便利人们的出行,汽车产业涌现,给人们的生产和生活带来了极大的便利,也促进了社会的进步发展,但是在这个过程中,我国的生态环境遭到了很大的破坏,人们的生活环境日益恶劣,在这样的背景下,我国将生态文明建设写入党章,不断发展低碳经济,推行可持续发展战略,为了满足人们的多样化需要,新能源汽车产业逐渐发展起来,为经济和生态都做出了巨大的贡献。
2关于低碳经济的概述
2.1关于低碳经济的提出背景及概念概述
人类从曾经的农业文明社会进入工业文明社会,在这个过程中,人口数量不断增加,经济发展速度不断加快,与此同时对生态环境造成了严重的破坏,在这样的背景下,低碳经济等概念应运而生[1]。低碳经济是指在可持续发展理念的指导之下,相关人员尽可能减少温室气体排放,减少煤、石油等高碳能源消耗,主要通过制度、技术、产业等多种手段来推动自然与生态和谐发展[2]。
2.2关于低碳经济的目的、意义概述
低碳经济主要是希望能够通过一些措施来尽可能地减少温室气体的排放,同时还要构造一个“低能耗、低污染”的经济发展体系,这个经济发展体系内部包括低碳技术、低碳能源以及低碳产业,其中的低碳技术指的是二氧化碳捕捉及存储技术和清洁煤技术,低碳能源主要是指发展风能、地热能以及太阳能等清洁能源,低碳产业包括工业节能和新能源汽车等产业,希望能够推动新兴产业的发展,同时保护生态环境[4]。
2.3关于低碳经济的面临问题概述
虽然随着经济的发展和社会的进步,人们对于生活环境和生态环境越来越重视,但是低碳经济的推行仍然存在很多挑战,影响着可持续发展的进程,首先,我国的城市化、工业化进程都在加速发展,人们的需求不断增加,在这个阶段发展低碳经济,很大程度上会受到阻碍;其次,我国本身的油气资源就相对较少,同时煤炭资源较丰富,这种能源富含结构就造成了我国的能源使用现状;再次,工业是我国的主要产业,但是目前我国的工业水平还不高,就会对低碳技术等的发展造成限制;最后,我国的整体科技水平和综合实力等都与发达国家存在差距,低碳经济的发展还需要一个长期的过程[5]。
3关于新能源汽车产业发展的概述
3.1关于新能源汽车的概念及分类概述
新能源汽车最大的不同之处就是其动力来源的特殊,一般来讲,新能源汽车都是应用非常规的车用燃料或者一般的车用燃料的。这就会造成在选择车辆的驱动方式以及动力控制方式的时候一定要应用先进的技术来进行完善。新能源汽车有很多种,其中包括增程式电动汽车、燃料电池电动汽车、其他新能源汽车、纯电动汽车、混合动力汽车以及氢发动机汽车等。
3.2新能源汽车的特点
不同的新能源汽车有着不同的特点,其中混合动力汽车的优点是可以利用现有的加油站进行加油,采用混合动力技术提高环保效益,能够让电池保持在良好的工作状态,使用寿命较长;纯电动汽车的特点就是技术简单、充电方便;燃料电池汽车的特点是运行平稳,无噪声,同时还可以减少机油造成的水污染;超级电容汽车具有充电时间短、使用寿命长等多种特点。
4关于新能源汽车产业发展的问题概述
4.1关于新能源汽车产业的布局风险问题概述
虽然低碳经济的推行为新能源汽车产业的发展提供了机遇,但是我国新能源汽车产业的布局风险还是存在的,当前我国的新能源整车项目多达二百,涉及了巨额的投入资金,这就会造成新能源汽车项目布局过大的问题,容易造成新能源汽车的产能过剩,虽然目前这个状况还不明朗,但是相关人员以就要提高重视程度。
4.2关于新能源汽车产业的专利问题概述
当前,我国的新能源汽车产业还面临严重的专利问题,专利作为新能源汽车中的核心技术知识产权,依然发挥着至关重要的作用,我国在新能源汽车这方面的专利申请主要集中于电池系统等方面,缺乏驱动电机系统的核心技术专利,目前我国新能源汽车面临着很高的专利风险,同时我国新能源汽车的整体技术实力还不够。
4.3配套设施不完善
首先,充电基础设备仍制约着新能源汽车的发展。现在中国的车桩比仅达到3.5∶1,随着新能源汽车数目的逐步增长,新能源汽车市场的逐渐扩大,充电这种基础性问题将会变得越来越明显。2020年规划建设公共充电桩数量约50万个,但是与同期新能源汽车发展的规模仍然不匹配。另一方面,充电设施布局不够合理。在城市中,公共充电桩的使用率小于15%,可持续的商业发展模式还没有形成,存在着运营企业盈利困难和消费者反映充电价格偏高的双向矛盾。其次,核心技术还需进一步突破,从动力电池方面而言,产业整体创新能力不够强,先进技术的研发、产品的保障性与跨国企业相比还存在着不小的差距。从整车技术上而言,真正意义上新一代纯电驱动的平台大多没有被纳入企业的研发计划,以企业为主体,产学研用相结合的创新体系还需要进一步完善。
5关于低碳经济背景下我国新能源汽车产业发展的对策概述
5.1建立、完善新能源汽车产业的相关体系
我国的新能源汽车产业作为一种新兴产业,它面临着经济新常态的大环境,为了能够促进其健康发展,相关部门就应当积极建立、健全相关的政策法规以及标准体系,让新能源汽车产业在该标准体系内部进行发展,通过不断的调研和分析,进一步为建立标准体系提供丰富全面的依据,与此同时相关人员还应该提高对新能源汽车的技术标准,通过技术标准的建立来提升其品质,推动其发展。
5.2提高新能源汽车产业的相关技术
我国新能源汽车产业虽然已经取得了众多的进步,但是在技术方面还是存在很多短板,影响着其在我国进一步发展,同时它与发达国家还存在很大差距,这就导致其竞争力较弱,因此相关人员应该不断提高其技术,提升电池、电机以及电控方面的技术。例如:对于汽车混合动力来讲,其是目前较为先进的技术了,指的是应用发动机和电动机进行混合应用的方式来共同作用。而目前来讲一般分为三种,第一种为曾程动力技术,指的是通过发动机或者电动机中的一种来进行做功的方式进行提供动力。第二种是:并联式混合动力,指的是通过发电机同时进行发电和驱动的两种工作方式来进行共同作用,而电动机仅仅是提供动力而已的一种方式。第三种,混连式发动机的方式,指的是发动机同时进行发电和提供驱动力的方式。除此之外,这种方式因为具有多种的优点,所以目前比较受到大家的欢迎。其主要的优点为:不用考虑电池的原因,只要燃料充分就行了。第二个就是汽车的电池可以直接充电。第三点是对于燃料的消耗程度比较低。但是也有一些缺点,主要体现在能源方式进行转换的时候效率比较低。
5.3明确新能源汽车产业的发展方向
新能源汽车是我国汽车行业未来发展的方向,所以需要做出很多的努力来为其保驾护航。首先一点,在汽车行业的创新体系方面,需要不断的进行完善,从而对于新能源汽车的未来发展提供强有力的支持。目前最为可靠的途径就是根据发展的方向以及市场的情况进行全面把控,从而对其进行全面的创新。除此之外,还要尽快明确免征新能源汽车车购税政策延续实施,以稳定市场预期。完善新能源汽车和充电基础设施监管信息平台,实现对车辆、充电设施等运行状态的实时监控,提高新能源汽车安全运行水平。建立新能源汽车市场化发展长效机制,做好补贴退坡退出后的接续政策跟进,实施《企业平均燃料消耗量和新能源汽车积分并行管理办法》,研究建立积分交易经济奖惩措施,激活积分交易市场。推进居民区和工作场所建桩工作,提升现有充电桩使用效率,稳妥做好车桩接口升级,优化充电环境。完善行业管理制度,制定出台《道路机动车辆生产管理条例》,健全企业退出机制,促进行业健康发展。
6结语
文章将新能源汽车产业作为叙述的主体,在低碳经济的背景下对新能源汽车产业的发展进行了探讨,首先对我国的生态环境状况与社会发展程度进行了简单地介绍,其次针对我国的低碳经济展开了研究,其中包括低碳经济的提出背景、概念、实现方式、目的、意义、面临问题以及重要途径等内容,再次围绕新源汽车产业的发展进行描述,包括新能源汽车的概念、分类、特点以及新能源汽车产业的发展现状,之后明确指出了其在布局、核心竞争力、专利以及推广等方面的问题,最后从宏观调控、体系、技术以及方向四方面指出了其发展的策略,希望能够推动新能源汽车产业的迅速发展。
参考文献:
[1]侯文涛.低碳经济背景下我国新能源汽车产业发展的对策探讨[J].工程技术:文摘版:00169-00170.
[2]张韦.低碳经济背景下我国新能源汽车产业发展模式及政策研究[D].武汉纺织大学,2015.
[3]汪文彬.低碳经济背景下新能源汽车发展对策研究[J].高考,2016(27).
[4]王蕾.低碳经济背景下安徽发展新能源汽车的政策研究[D].安徽农业大学,2014.
作者:曹瑞华 刘兆鑫 齐洪磊 单位:中通客车控股股份有限公司
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立帜汽车制造网 随着世界能源危机和环保问题日益突出,汽车工业面临着严峻的挑战。一方面,石油资源短缺,汽车是油耗大户,且目前内燃机的热效率较低,燃料燃烧产生的热能大约只有35%—40%用于实际汽车行驶,节节攀升的汽车保有量加剧了这一矛盾;另一方面,汽车的大量使用加剧了环境污染,城市大气中CO的82%、NOx的48%、HC的58%和微粒的8%来自汽车尾气,此外,汽车排放的大量CO2加剧了温室效应,汽车噪声是环境噪声污染的主要内容之一。我国作为石油进口国和第二大石油消费大国,污染严重,世行认定的20个污染最严重的城市有16个在中国。国内汽车产品水平与国外差距很大,平均油耗高出10%—30%,排放约为15—20倍,汽车工业面临的压力更大。上个世纪末以来世界各国和各大汽车公司以及国内各大科研机构和高等院校纷纷致力于开发清洁节能汽车,新能源汽车获得了长足发展。汽油和柴油是传统内燃机汽车的能源,利用除此以外的能源提供汽动力的汽车均可称为新能源汽车。目前正在开发的新能源包括天然气、液化石油气、醇类、二甲醚、氢、合成燃料、生物气、空气以及电荷燃料电池等。
本文介绍新能源汽车技术的发展概况,并对其发展前景提出看法。
1 新能源汽车的种类及其特点
1.1 天然气汽车和液化石油气汽车
天然气汽车又被称为“蓝色动力”汽车,主要以压缩天然气(CNG)、液化天然气(LNG)、吸附天然气(ANG)为燃料,常见的是压缩天然气汽车(CNGV)。液化石油气汽车(LPGV)是以液化石油气(LPG)为燃料。CNG和LPG是理想的点燃式发动机燃料,燃气成分单一、纯度高,与空气混合均匀,燃烧完全,CO和微粒的排放量较低,燃烧温度低因而NOx排放较少,稀燃特性优越,低温起动及低温运转性能好。其缺点是储运性能比液体燃料差、发动机的容积效率较低、着火延迟期较长。这两类汽车多采用双燃料系统,即一个汽油或柴油燃料系统和一个压缩天然气或液化石油气系统,汽车可由其中任意一个系统驱动,并能容易地由一个系统过渡到另一个系统。康明斯与美国能源部正合作开发名为“先进往复式发动机系统(ARES)”的新一代天然气发动机,根据开发目标,该发动机热效率达50%(热电联产时达到80%以上),NOx排放量低于0.1g/km,制造成本为400450美元/kW,维护费用低于0.01美元/kwh,在满足这些目标的同时,发动机具有较高的可靠性。
1.2 醇类汽车
醇类汽车就是以甲醇、乙醇等醇类物质为燃料的汽车,使用比较广泛的是乙醇,乙醇来源广泛,制取技术成熟,最新的一种利用纤维素原料生产乙醇的技术其可利用的原料几乎包括了所有的农林废弃物、城市生活有机垃圾和工业有机废弃物。目前醇类汽车多使用乙醇与汽油或柴油以任意比例掺和的灵活燃料驱动,既不需要改造发动机,又起到良好的节能、降污效果,但这种掺和燃料要获得与汽油或柴油相当的功率,必须加大燃油喷射量,当掺醇率大于15%—20%时,应改变发动机的压缩比和点火提前角。乙醇燃料理论空燃比低,对发动机进气系统要求不高,自燃性能差,辛烷值高,有较高的抗爆性,挥发性好,混合气分布均匀,热效率较高,汽车尾气污染可减少30%以上。这种汽车最早由福特公司在20世纪80年代中期开发,到2003年底,美国有230多万辆乙醇汽车,其中多数是道奇和克莱斯勒厢式车——2003年已卖出233466辆。
1.3 氢燃料汽车
氢是清洁燃料,采用氢气作燃料,只需略加改动常规火花塞点火式发动机,其燃烧效率比汽油高,混合气可以较大程度地变稀,所需点火能量小,有利于节约燃料。氢气也可以加入其它燃料(如CNG)中,用于提高效率和减少N02排放。氢的质量能量密度是各种燃料中最高的一种,但体积能量密度最低,其最大的使用障碍是储存和安全问题。宝马公司一直致力于氢气发动机研制,开发了多款氢发动机汽车,其装有V12氢发动机的7系列轿车是世界上首批量产的氢发动机,该发动机可使用氢气和汽油两种燃料。
1.4 二甲醚汽车
二甲醚(DME)是一种无色无味的气体,具有优良的燃烧性能,清洁、十六烷值高、动力性能好、污染少,稍加压即为液体,非常适合作为压燃式发动机的代用能源,使用该燃料的车辆可达到美国加州的超低排放标准。日本NKK公司成功地开发出用劣质煤生产二甲醚的设备,并且和住友金属工业公司于1998年完成了用二甲醚作为汽车燃料的试验,二甲醚汽车(DMEV)不会排放黑色气体污染环境,产生的NOX比柴油少20%。
1.5 气动汽车
以压缩空气、液态空气、液氮等为介质,通过吸热膨胀做功供给驱动能量的汽车称为气动汽车,气动发动机不发生燃烧或其他化学反应,排放的是无污染物辐射的空气或氮气,真正实现了零污染。目前开发比较成功的是压缩空气动力汽车(APV),工作原理类似于传统内燃机汽车,只不过驱动活塞连杆机构的能量来源于高压空气。APV介质来源方便、清洁,社会基础设施建设费用不高,较容易建造。无燃料燃烧过程,对发动机材料要求低,结构简单,可借鉴现有内燃机技术因而研发周期短,设计和制造容易。但目前APV能量密度和能量转换率还不够高,续驶里程短。1991年法国工程师Guy Negre获得了压缩空气动力发动机的专利,并加盟MDI公司,2000年MDI公司推出的名为“进化”(evolution)的APV,质量仅700kg,其发动机质量仅为35kg,速度可达120km/h,一次充满压缩空气可行驶200km,充气费用仅为0.3美元,在城市中约可行驶10h,在压缩空气站充气2min就可完成,用气泵充气3h可完成。
1.6 电动汽车
世界上第一辆电动车(EV)由美国人在19世纪90年代制造。EV大致分为蓄电池电动汽车(BEV)、燃料电池电动汽车(FCEV)和混合动力电动汽车(HEV)。电动汽车的一个共同特点是汽车完全或部分由电力通过电机驱动,能够实现低排放和零排放。
蓄电池电动汽车是最早出现的电动汽车。使用铅酸电池的汽车整车动力性、续驶里程与传统内燃机汽车有较大的差距,而使用高性能镍氢电池或者锂电池又会使成本大大增加。而JtBEV都需有一定充电时间及相应的充电设备,使用场合受到了限制。燃料电池具有近65%的能量利用率,能够实现零排放、低噪声,国外最新开发的高性能燃料电池已经能够实现几乎与传统内燃机汽车相当的动力性能,发展前景很好,但成本却是制约其产业化的瓶颈。在加拿大进行的示范试验表明,使用燃料电他的公共汽车制造成本为120万加元,而使用柴油机的公共汽车仅为27.5万加元。
混合动力汽车融合了传统内燃机汽车和电动汽车的优点,同时克服了两者的缺点,近年来获得了飞速发展,并已经实现了产业化和商业化,PRIUS和INSIGHT两款混合动力汽车的成功向人们展现了混合动力技术的魅力和巨大的市场潜力。
1.7 以植物油为燃料的汽车
为了寻找可代替石油的新能源,科学家也将目光投向了植物油,正在研制以植物油如大豆油、玉米油及向日葵油为原料的内燃机油。科学家们还在研究生物柴油,这是一种以植物油为原料的燃料,将来可作为柴油的替代品大量用于卡车和轮船。生物柴油中不含硫,因此不会对环境造成酸雨威胁。为生产生物柴油,化学家们正在对植物油进行酯化加工,使之变成甲基酯化合物,燃烧起来更干净,发动机内残留物也较少。
2 我国新能源汽车的发展概况
我国天然气资源丰富,分布广泛,海南、北京、上海、重庆等省市被列为国家燃气汽车重点示范城市,各地均在燃油汽车基础上研制开发改装了压缩天然气汽车和液化石油气汽车,主要用于出租车、公交客车、大型车辆和工程设施等。一汽—大众公司开发了捷达LPG,上海交大研制成LPG轿车并和申沃客车联合开发成功改装型LPG城市bus,北京开发了CNG城市bus。
山西是产煤大省,甲醇汽车项目已进行多年,目前已达到商业运行阶段,所用甲醇汽车采用灵活燃料系统,既可用甲醇,也可用汽油,将乙醇当作有氧燃料使用,现在在河北和黑龙江等地推广。同时国家制定了乙醇汽油燃料相关标准。我国云岗汽车公司大同汽车制造厂开发了甲醇中巴车。
我国煤炭资源丰富,政府支持以煤炭为原料制造车用燃料项目。煤直接液化和间接液化制取车用燃料的项目正在积极进行。“十五”期间在云南和陕西建立了煤直接液化示范厂,以煤为原料合成石油或二甲醚等车用燃料。西安交通大学与中国科学院煤化工研究所经过5年协同攻关,于2000年研制出了“超低排放二甲醚汽车”,通过在TYll00单缸柴油机及装备有大连柴油机厂生产的CA498柴油机的面包车上燃用二甲醚的试验,发现发动机的功率可提高10%-15%,热效率提高2—3个百分点,噪声降低10%-15%。
我国从事燃料电池研究的单位有20余家,质子交换膜(PEM)燃料电池技术已取得较大进展,但与国外还有不小差距,例如,国外将功率50—80kW的PEM燃料电池用于轿车,而我国最大的PEM燃料电池单堆功率为5kW,离轿车使用相距甚远。我国的金属燃料电池技术已经达到世界先进水平。
我国的镍氢电池和锂电池技术水平也已经达到国际先进水平,比亚迪在2005年上海车展展出的E1电动车已经具备了很好的整车动力性能。
目前国内对压缩空气动力汽车的研究报道最多的是浙江大学,他们已经开发出压缩空气动力摩托车研究平台,探索出不少有益的结论,正在进一步深入研究,此外重庆大学和同济大学也做过一些探索性研究。应当说APV在国内的发展才刚刚起步。
3 代用燃料汽车的发展前景
在各种汽车代用燃料中,LPG和CNG最方便投入使用,而且目前已经具有好的配套基础设施。在排放和经济性能要求较高而动力性能要求一般的公共交通领域具有很好的应用前景,美国近年来新型公交客车中天然气汽车就占据了较大比例。在中国这样的农业大国特别是一些农业大省,乙醇资源丰富,乙醇汽车有良好的应用前景。二甲醚等合成燃料具有很好的排放特性,也将具有很好的应用前景,特别是作为代用柴油应用于混合动力汽车。混合动力汽车毫无疑问是下一代汽车动力系统的主要形式。
蓄电池电动汽车的使用性能不如混合动力汽车和燃料电池汽车,且成本高。氢燃料发动机的能量利用率不如氢氧燃料电池。因而蓄电池电动汽车和氢发动机汽车的发展前景不是十分乐观。当然随着太阳能电池技术的发展和突破,也许纯电动汽车能迎来一个不错的发展局面。压缩空气动力汽车虽然实现了零污染,但其整车性能与传统汽车相差太远,只能在较小的范围内应用于特定场合。
燃料电池是目前技术条件下能量利用率最高的车用能源。燃料电池的比能量可达200—350Wh/kg,为锂离子电池的2—3倍;能量转换效率高达60%~80%,是汽油机或柴油机的1.5~2倍,能实现超低污染甚至零污染,而且燃料电池使用的氢能源是可再生的。目前以甲醇燃料电池技术最为成熟。国外各大石油公司和汽车均在致力于燃料电池汽车的研发以抢占在未来汽车发展中的滩头。戴姆勒—奔驰汽车公司从1993年到2000年先后推出了NecarI—NecarⅣ和Nebas等系列FCEV,2001年5月Necar4在美国试车,功率55kW,最高车速145km/h,装载行程450km,最新推出的Necar V-FCEV采用甲醇燃料电池。1997年Ballard动力公司和福特汽车公司组建了Xcellsis公司开发燃料电池轿车,美国AR—CO、壳牌、德士古等石油公司和加州CARB先后加盟,组成世界上最强大的燃料电池车开发联盟。日本电力中央研究所正在开发一种全面使用耐热陶瓷的燃料电池,电池在发电效率非常高的1000℃的高温下工作,电解质的输出功率达到1W/cm2,相当于传统燃料电池的5倍。EvomR公司致力于开发铝和锌燃料电池,已具有相当水平。
总之对代用燃料的综合评价应考虑以下因素:燃料成本;车辆成本;对进口石油的依赖程度;有效能源利用率;温室效应;排放污染;生产、储运、分销、加注设施;装载行驶里程和加注时间;安全性。基于这些因素,目前最容易投入使用的代用燃料是CNG和LPG。电、甲醇和乙醇的综合评价指数都低于汽油。可以预计LPG和CNG以及乙醇的市场份额将会不断增加。二甲醚和合成柴油在十年后其市场份额会快速稳定增长。混合动力汽车会进一步发展,迅速增加市场份额。而燃料电池汽车会在20年之后开始实现产业化逐渐增加市场份额。传统汽油机汽车的市场份额会在20年之后开始出现明显的下降,但柴油车会在重型车辆领域继续保持很高的市场份额。
4 结束语
在未来的20年内,汽油和柴油仍是汽车主要的能量来源,但汽油和柴油的质量要求越来越高,发动机技术将快速发展以提高能量利用率。代用燃料会得到迅速运用,天然气汽车和乙醇汽车会率先大规模投入使用,二甲醚和合成燃料会逐步扩大应用。
混合动力系统会得到快速发展和应用,混合动力汽车将至少在30年内都是汽车工业最切实可行的解决能源问题和污染问题的途径。因此应当整合资源加速混合动力汽车的开发,抢占汽车技术发展的新高地。
燃料电池是最有前途的车用能量,也是未来汽车的主要能量源,国内石油工业应该与汽车工业联手开发先进的燃料电池技术,抢占未来先进汽车技术的前沿阵地!
中国新能源汽车产业始于21世纪初。2001年,新能源汽车研究项目被列入国家“十五”期间的“863”重大科技课题,并规划了以汽油车为起点,向氢动力车目标挺进的战略。“十一五”以来,我国提出“节能和新能源汽车”战略,政府高度关注新能源汽车的研发和产业化。2008年,新能源汽车在国内已呈全面出击之势。2008年成为我国“新能源汽车元年”。2008年1-12月新能源汽车的销量增长主要是乘用车的增长,1-12月新能源乘用车销售899台,同比增长117%,而商用车的新能源车共销售1536台,1-12月同比下滑17%。
2009年,在密集的扶持政策出台背景下,我国新能源汽车驶入快速发展轨道。虽然新能源汽车在中国汽车市场的比重依然微乎其微,但它在中国商用车市场上的增长潜力已开始释放。2009年1-11月,新能源乘用车销量同比下降61.96%,至310辆。2009年1-11月,新能源商用车——主要是液化石油气客车、液化天然气客车、混合动力客车等——销量同比增长178.98%,至4034辆。相比在乘用车市场的冷遇,“新能源汽车”在中国商用车市场已开始迅猛增长。
2010年,我国正加大对新能源汽车的扶持力度,2010年6月1日起,国家在上海、长春、深圳、杭州、合肥等5个城市启动私人购买新能源汽车补贴试点工作。2010年7月,国家将十城千辆节能与新能源汽车示范推广试点城市由20个增至25个。新能源汽车正进入全面政策扶持阶段。
在能源和环保的压力下,新能源汽车无疑将成为未来汽车的发展方向。“十二.五”期间,我国新能源汽车将正式迈入产业化发展阶段:2011-2015年开始进入产业化阶段,在全社会推广新能源城市客车、混合动力轿车、小型电动车。“十三.五”期间即2016-2020年,我国将进一步普及新能源汽车、多能源混合动力车,插电式电动轿车,氢燃料电池轿车将逐步进入普通家庭。
据调查,新型能源多种多样,如电能、太阳能、氢能、核能、乙醇等等,目前已发展比使用在汽车上面的有电能、氢能、天然气与液化石油气、醇类。在新能源的发展当中,我们不仅要注意能源是否足够,还要注意其是否对环境造成破坏。针对不同能源的汽车,我们将一一对其了解。
1.纯电动汽车
电动汽车顾名思义就是主要采用电力驱动的汽车,大部分车辆直接采用电机驱动,有一部分车辆把电动 机装在发动机舱内,也有一部分直接以车轮作为四台电动机的转子,其难点在于电力储存技术。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、风力、光、热等,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。有关研究表明,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”。有专家认为,对于电动车而言,目前最大的障碍就是基础设施建设以及价格影响了产业化的进程,与混合动力相比,电动车更需要基础设施的配套,而这不是一家企业能解决的,需要各企业联合起来与当地政府部门一起建设,才会有大规模推广的机会。
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。
缺点: 目前蓄电池单位重量储存的能量太少,还因电动车的电池较贵,又没形成经济规模,故购买价格较贵,至于使用成本,有些试用结果比汽车贵,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、电价格。
2.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。燃料电池的化学反应过程不会产生有害产物,因此燃料电池车辆是无污染汽车,燃料电池的能量转换效率比内燃机要高2~3倍,因此从能源的利用和环境保护方面,燃料电池汽车是一种理想的车辆。
单个的燃料电池必须结合成燃料电池组,以便获得必需的动力,满足车辆使用的要求。
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术性挑战,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。
3.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。与传统动力汽车相比,氢动力汽车成本至少高出20%。中国长安汽车在2007年完成了中国第一台高效零排放氢内燃机点火,并在2008年北京车展上展出了自主研发的中国首款氢动力概念跑车“氢程”。
随着“汽车社会”的逐渐形成,汽车保有量在不断地呈现上升趋势,而石油等资源却捉襟见肘,另一方面,吞下大量汽油的车辆不断排放着有害气体和污染物质。最终的解决之道当然不是限制汽车工业发展,而是开放替代石油的新能源,燃料电池车的四轮快速又安静地滚过路面,辙印出新能源的名字——氢。
几乎所有的世界汽车巨头都在研制新能源汽车。电曾经被认为是汽车的未来动力,但蓄电池漫长的充电时间和重量使得人们渐渐对它兴味索然。而目前(指2009年)的电与汽油合用的混合动力车只能暂时性地缓解能源危机,只能减少但无法摆脱对石油的依赖。这个时候,氢动力燃料电池的出现,犹如再造了一艘诺亚方舟,让人们从危机中看到无限希望。
以氢气为汽车燃料这种说法刚出来时吓人一跳,但事实上是有根据的。氢具有很高的能量密度,释放的能量足以使汽车发动机运转,而且氢与氧气在燃料电池中发生化学反应只生成水,没有污染。因此,许多科学家预言,以氢为能源的燃料电池是21世纪汽车的核心技术,它对汽车工业的革命性意义,相当于微处理器对计算机业那样重要
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。
4.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。
目前,燃气仍然是世界汽车代用燃料的主流,在我国代用燃料汽车中占到90%左右。美国的目标是,到2010年,公共汽车领域有7%的汽车使用天然气,50%的出租车和班车改为专用天然气的汽车;到2010年,德国天然气汽车数量将达到10万至40万辆,加气站将由目前的180座增加到至少300座。
业内专家指出,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。
以燃气替代燃油将是中国乃至世界汽车发展的必然趋势。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,根据国情应该做到:
一是要限制燃气价格,使油、气价格之间保持合理的差价,如四川省、重庆市的油、气差价,即可保证燃气汽车适度发展;
二是鉴于加气站投资大,回收期长,政府适当给予一定补贴,在加气站售出的气价和汽车用户因用气节省的燃料费用之间,调节好利益分配;
三是对加气站的所得税,应参照高新技术产业开发区政策,采取免二减三的税收政策;
四是将加气站用电按照特殊工业用电对待,电价从优;另外,对加气站用地,能按重大项目和环保产业对待,特事特办,不要互相推诿、扯皮,积极采用国外先进建站标准,科学确定消防安全距离,节省土地资源。
5.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。用乙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)
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