清洁能源汽车

新源汽车研究综述课程名称：清洁能源技术：原理与应用课程代码：PO903姓名：金荃学号：5141309062指导老师：房建华学院：国际与公共事务学院专业：公共管理类（行政管理）时间：2015年12月新能源汽车研究综述【摘要：】当今的中国，受到能源和环境的双重压力，汽车工业的发展开始朝向新能源汽车领域大步迈进。只是，中国新能源汽车发展的历程如何，中国新能源汽车的发展动力何在，新能源汽车发展的阻碍因素有哪些，非常值得进一步研究归纳，希望能对想要了解这一领域的人提供一定的帮助。【关键词】新能源汽车环境政策核心技术1、新能源汽车介绍1.1新能源汽车的概念所谓的新能源汽车是指使用除了汽油和柴油常规燃料以外的其他车用燃料来作为动力来源的汽车，或是使用常规车用燃料，可是运用新式的车载动力装置的汽车，综合车辆动力控制和驱动等先进技术，具有全新的结构、采用不同于传统技术的汽车。新能源汽车主要包含以下种类：燃气汽车、纯电动车、燃料电池电动汽车、混合动力汽车、太阳能汽车、二甲醚汽车、生物燃料汽车等等。1.2新能源汽车分类1.21从专业角度分类从专业角度分类，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。混合动力是指那些采用传统燃料的，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车型。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。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。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。1.22从技术角度分类（图片来源：电子发烧友网）技术角度由简到繁分为纯电动、串联混合动力、并联混合动力及混联混合动力，具体如图1所示。其中P0表示BSG（Beltstartergenerator，带传动启停装置）系统，P1代表ISG（Integratedstartergenerator，启动机和发电机一体化装置）系统、电机处于发动机和离合器之间，P2中电机处于离合器和变速器输入端之间，P3表示电机处于变速器输出端或布置于后轴，P03表示P0和P3的组合。从统计表中可以看出，各种结构在国内外乘用或商用车中均得到广泛应用，相对来说P2在欧洲比较流行，行星排结构在日系和美系车辆中占主导地位，P03等组合结构在四驱车辆中应用较为普遍、欧蓝德和标致3008均已实现量产。新能源车型选择应综合考虑结构复杂性、节油效果和成本增加，例如由通用、克莱斯勒和宝马联合开发的三行星排双模系统，尽管节油效果较好，但由于结构复杂且成本较高，近十年间的市场表现不尽如人意。1.3新能源汽车三大核心技术1.31VCUVCU是实现整车控制决策的核心电子控制单元，一般仅新能源汽车配备、传统燃油车无需该装置。VCU通过采集油门踏板、挡位、刹车踏板等信号来判断驾驶员的驾驶意图；通过监测车辆状态（车速、温度等）信息，由VCU判断处理后，向动力系统、动力电池系统发送车辆的运行状态控制指令，同时控制车载附件电力系统的工作模式；VCU具有整车系统故障诊断保护与存储功能。下图为VCU的结构组成，共包括外壳、硬件电路、底层软件和应用层软件，硬件电路、底层软件和应用层软件是VCU的关键核心技术。（图片来源：电子发烧友网）1.32MCUMCU是新能源汽车特有的核心功率电子单元，通过接收VCU的车辆行驶控制指令，控制电动机输出指定的扭矩和转速，驱动车辆行驶。实现把动力电池的直流电能转换为所需的高压交流电、并驱动电机本体输出机械能。同时，MCU具有电机系统故障诊断保护和存储功能。MCU由外壳及冷却系统、功率电子单元、控制电路、底层软件和控制算法软件组成，具体结构如图所示。（图片来源：电子发烧友网）MCU硬件电路采用模块化、平台化设计理念（核心模块与VCU同平台），功率驱动部分采用多重诊断保护功能电路设计，功率回路部分采用汽车级IGBT模块并联技术、定制母线电容和集成母排设计；结构部分采用高防护等级、集成一体化液冷设计。MCU关键技术方案包括：基于32位高性能双核主处理器；汽车级并联IGBT技术，定制薄膜母线电容及集成化功率回路设计，基于AutoSAR架构平台软件及先进SVPWMPMSM控制算法；高防护等级壳体及集成一体化水冷散热设计。1.33电池包是新能源汽车核心能量源，为整车提供驱动电能，它主要通过金属材质的壳体包络构成电池包主体。模块化的结构设计实现了电芯的集成，通过热管理设计与仿真优化电池包热管理性能，电器部件及线束实现了控制系统对电池的安全保护及连接路径；通过BMS实现对电芯的管理，以及与整车的通讯及信息交换。电池包组成如图5所示，包括电芯、模块、电气系统、热管理系统、箱体和BMS。BMS能够提高电池的利用率，防止电池出现过充电和过放电，延长电池的使用寿命，监控电池的状态。BMS是电池包最关键的零部件，与VCU类似，核心部分由硬件电路、底层软件和应用层软件组成。但BMS硬件由主板（BCU）和从板（BMU）两部分组成，从版安装于模组内部，用于检测单体电压、电流和均衡控制；主板安装位置比较灵活，用于继电器控制、荷电状态值（SOC）估计和电气伤害保护等。BMU硬件部分完成电池单体电压和温度测量，并通过高可靠性的数据传输通道与BCU模块进行指令及数据的双向传输。BCU可选用基于汽车功能安全架构的32位微处理器完成总电压采集、绝缘检测、继电器驱动及状态监测等功能。底层软件架构符合AUTOSAR标准，模块化开发容易实现扩展和移植，提高开发效率。应用层软件是BMS的控制核心，包括电池保护、电气伤害保护、故障诊断管理、热管理、继电器控制、从板控制、均衡控制、SOC估计和通讯管理等模块，应用层软件架构如图6所示。2、中国新能源汽车产业发展现状2.1中国新能源汽车的发展现状近年来，国内的新能源汽车推广取得了明显进展，2013-2015年，39个城市群推广目标为33.6万辆；2013年，推广1.8万辆，完成率5.3%，有35个城市群完成率在10%以下，推广量在1000辆以上的城市只有浙江、合肥、北京、深圳、郑州；2014年，以《指导意见》为驱动力，示范推广工作大提速，推广6.14万辆，累计推广7.96万辆，完成率23.7%；到2015年4月，累计推广10.6万辆，完成率31.5%。1从行业整体来看，全球新能源汽车市场渗透明显加速；我国新能源汽车呈快速增长态势，新能源汽车产品线日趋丰富，截至2014年底，新能源汽车生产厂家138家，车型1268款公告车型，累计生产12万辆，其中，2014年生产8.4万辆，占总产量的71%。从推广车辆用途看，私人领域41038辆，占总数39%；公共领域65324辆，占总数61%，公共领域以公交车和租赁用车为主。新能源汽车公共领域，公交车22779辆，租赁用车21265辆，出租车6139辆，环卫车3200辆，公务车4990辆，企业通勤车3959辆，邮政车681辆，物流车1004辆，旅游客车1206辆，工程车21辆，其他用途80辆。从各城市（区域）推广应用进展情况来看，截至2015年4月底，推广应用数量超过10000辆的城市（区域）有3个，占推广总量的40.48%；推广应用数量在3000-10000辆的城市（区1数据来源于2015年随州专用汽车论坛域）有7个，占推广总量的34.76%。诚然，2015年，我国新能源汽车行业迎来了爆发式增长。“2015年，我国汽车业整体产销增速急剧下滑，但新能源汽车产销同比却实现了高速增长。据工信部统计，今年10月，中国新能源汽车产量突破5万辆，同比增长8倍，销售逾2万辆，销量增长3.1倍，呈现供需两旺、产销齐增的势头。工信部副部长预计，新能源汽车今年产量约为20万辆。2015年中国就将超越，成为全球第一大新能源汽车市场——全年的新能源汽车销量有望达到22万—25万辆。”23中国新能源汽车产业发展的影响因素3.1环境污染、能源危机下的刚性需求因素随着汽车保有量的逐年上升，汽车给地球带来的能源紧张和大气污染等问题都越来越明显地体现出来，全球也都意识到汽车带来的排放污染问题，从1992年联合国制定的《联合国气候变化框架公约》，到1997年的《京都议定书》，再到2011年的板的气候大会，2012年的哥本哈根会议，一直在呼吁各国减少排放，改变目前气候变暖的状况。这种讨论不仅影响政府的决策，还影响着消费者购买。自从2001年开始，中国的石油消费量开始了快速增长。海关总署在2007年向外界公布，中国的原油进口总量已经达到了1.63亿吨，与上年相比增长了12.4%；中国成品油进口已经达到了3380万吨的总数量，与上年相比下跌了7.1%[3]；按照这个数据来计算，中国对国外石油的依存度仍然是将近50%。中国石油的储藏量非常有限，而中国的人口很多，需要的资源相应的也多，所以一旦需要过多的石油，我们只能是依靠进口。据有关资料显示，1996年，中国的石油消耗量在全世界排第三位，2003年，中国石油的进口量在全世界排第2凤凰时报二位，按照现在汽车数量的增长趋势来看，我国的石油进口量还会继续增大。在这种能源危机下，中国新能源汽车能够满足在能源危机情况下的刚性需求。同时，消费者驾驶清洁能源汽车会被视为是一种负责。在中国当下较为严重的空气污染的情况下，中国国民对于清洁能源会有一种特殊的关注，因为在这种环境下，消费者驾驶清洁能源汽车会被视为一种爱护环境从我做起的典范。3.2政府对于中国新能源汽车产业发展的支持政策我国新能源汽车政策可分为以下三个阶段。第一阶段：2001-2008年，以重大科技专项为主《十五电动汽车重大科技专项》、《十一五节能与新能源汽车重大项目》，为迎接产业化的到来，提前布局了生产准入管理规则《新能源汽车生产准入管理规则》。第二阶段：2009-2013，以将新能源汽车列入战略性新兴产业、制定《节能与新能源汽车产业发展规划（2012-2020）》为标志，形成了国家新能源汽车战略，并初步形成了以财政补贴为主导的推广应用政策。第三阶段：2014以来，以《国务院办公厅关于加快新能源汽车推广应用的指导意见》为指引，进入了新能源汽车政策密集制定发布期，政策体系日臻成熟。有关扶持中国新能源汽车的相关政策密集出台，国家地方两级大力支持。今年10月，91%的国产新能源汽车均为列入《免征车辆购置税的新能源汽车车型目录》的车型，政策影响可见一斑。2015年度中央财政新能源汽车推广应用补助标准如下：车辆类型纯电续驶里程R（工况法、里程）2015补助（万元/辆）纯电动乘用车80≤R＜1503.15150≤R＜2504.5R≥2505.4插电式混合动力乘用车（含增程式）R≥503.15纯电动专用车按电池容量每千瓦时补贴1800元，每辆车补贴总额不超过13.5万。燃料电池乘用车18燃料电池商用车45新能源客车2015年补助标准与2013年相同，具体如下：车辆类型车长L（米）补助（万元/辆）纯电动客车6≤L＜8308≤L＜1040L≥1050插电式混合动力客车（