汽车新能源技术 1 概述

武汉理工大学汽车学院杨胜兵汽车新能源技术概述能源危机及环境污染问题从全球来看，已探明的石油储量只能用到2040年，天然气也只能延续50-60年左右，即使是储量最丰富的煤炭最多也只能够维持二三百年。就连近代才发展起来的核能发电的原料铀的储量也是有限的，而且还存在安全和污染的难题。石油40年天然气50年煤碳240年风能生物质能太阳能波浪能地热能太阳能的开发和利用当前，包括我国在内的绝大多数国家都以石油、天然气和煤炭等矿物燃料为主要能源。随着矿物燃料的日益枯竭和全球环境的不断恶化，传统能源(如煤、石油、天然气等)的供给已出现严重短缺局面，人类开始将目光转向可再生能源的发展。人们对核能以及太阳能、风能、地热能、水力能、生物能等可再生能源资源的利用日益重视，在整个能源消耗中所占的比例正在显著地提高。在未来的一段时间内，可再生能源将能够与矿物燃料相抗衡，从而结束矿物燃料一统天下的局面。可再生能源主要有以下几个方面：①太阳能：据天文物理学家的计算表明，太阳系还能存在45亿年，太阳每年辐射到地球的总能量相当于人类能源消耗的1.2万倍。②氢能源：利用自然界大量存在的水，由电解水产生氢，或者由太阳能光催化水分解氢。③风力发电、小水电与潮汐发电：可提供可观的电力。④生物能：包括城市垃圾的转化、人类粪便的转化等。这些能源原本是人类的废弃物所转化过来的，只要有人类的存在，就会有生物能，所以这种能源也可以说是用之不竭的。⑤核能：与传统能源的发电厂相比，核能的利用率较高，对环境的污染小，并且使用核燃料的成本远远低于传统燃料的成本，而核燃料所释放出来的能量却远远高于传统能源所释放出来的能量。什么是新能源汽车国家发改委《新能源汽车生产准入管理规则》中规定：新能源汽车系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、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，但不包括采购新能源汽车完整车辆、二类及三类底盘改装形成的汽车。新能源汽车新能源汽车包括燃料电池电动汽车（FCEV）、混合动力电动汽车（HEV）、纯电动汽车（BEV，包括太阳能汽车）、其他新能源（如超级电容器、飞轮等高效储能器）汽车等。非常规的车用燃料指除汽油、柴油、天然气（NG）、液化石油气（LPG）、乙醇汽油（EG）、甲醇、二甲醚之外的燃料。如何助燃气汽车“一臂之力”燃气汽车目前，燃气仍然是世界汽车代用燃料的主流，在中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。美国奥巴马政府的新能源政策大力发展清洁能源奥巴马的新能源计划在一方面是向石油公司收取利润美国新能源发展的长期目标放在关注气候变化上。为减少美国对于外国石油的进口依赖和应对全球变暖″总量控制和碳排放交易″发经济有效的气候变化解决方案。污染额度拍卖得来的补贴一部分每年约150亿美元将帮助发展下一代生物燃料和清洁能源运输工具,这些措施提升能源安全奥巴马新能源政策将在未来10年内投资1500亿美元加速插电式混合动力汽车的商业化,促进可再生能源的商业规模扩大,鼓励高能效,发展下一代网转换。能源资源多元化奥巴马的新能源政策要求到2012年美国电量的10%来自于可再生能源;在保证安全的前提下发70%。提高汽车燃料效率奥巴马的新能源政策计划每年将汽车燃料经济标准提高4%。到20151002012年前实现美国联邦政府购买的车辆中一半创建一个全国低碳燃料标LCFS加速引进低碳非耗油汽车。节能、节约成本和高能耗到202015%为此开展的节能计划是,到2030年将让消费者节省1300502030都实现″碳中和″或″零碳排放″;对目前的联邦能效标准进行大幅修整。联邦政府在2008财年能源消耗达1455年之内将所有联邦政府建筑能效提高40%所有新修联邦政府建筑到2025年实现零排放;实施新刺激方案促进公共事业公司提高能效;源发电。节能、环保和安全技术是汽车工业“永恒的三大主题”，其中的核心是新能源技术。国际上对汽车技术发展方向基本已达成共识：起点是传统汽柴油车，终点是氢燃料电池车。从传统的汽油燃料技术发展到理想的燃料技术之前，必须经过相当长的一个过渡时期。目前世界各国对过渡期的技术路线有分歧。各国根据本国的不同资源结构，形成了具有本国特点的不同见解和不同技术路线:欧洲是柴油动力，日本是混合动力，美国是氢动力。国内以比亚迪等本土车企为代表的企业表示，电动车才是未来的方向。一新能源汽车是人类社会持续发展的需要二新能源汽车是汽车工业发展的主要方向三新能源汽车的发展状况四新能源汽车的分类一电动汽车是人类社会持续发展的需要汽车工业在给人来带来福祉的同时也带来灾害。如：42%的环境污染是来源于燃油汽车的排放，80%的城市噪声是由交通工具产生的，当今世界石油储量日趋减少，燃油汽车是消耗石油的大户!在巨大的石油危机和环境污染双重压力下，汽车工业发展势必寻求替代能源、低噪声、零排放一百多年以前就己产生且几度沉浮的电动汽车，由于具有能源利用率高、能源多样性和环境保护的特点，在20世纪90年代再次获得世界各大汽车公司的青睐，纷纷投巨资予以研究与开发VOCVOC是挥发性有机化合物(volatileorganiccompounds)的英文缩写。其定义有好几种，例如：美国ASTMD3960-98标准将VOC定义为任何能参加大气光化学反应的有机化合物。美国联邦环保署(EPA)的定义：挥发性有机化合物是除CO、CO2、H2CO3、金属碳化物、金属碳酸盐和碳酸铵外，任何参加大气光化学反应的碳化合物。世界卫生组织(WHO,1989)对总挥发性有机化合物（TVOC）的定义为，熔点低于室温而沸点在50～260℃之间的挥发性有机化合物的总称。BENZENEBENZENE苯及苯系物为无色或浅黄色透明油状液体,具有强烈芳香的气体,易挥发,易燃,有毒。甲苯、二甲苯属于苯的同系物,都是煤焦油分馏或石油的裂解产物。目前,苯及苯系物已经被世界卫生组织确定为强烈致癌物质。二电动汽车是汽车工业发展的主要方向电动汽车?电力驱动（或机电混合）道路车辆蓄能系统（发电装置）、能量管理、能量回收系统优化、最优控制技术机电一体化、以信息技术为基础、电子化、智能化、数字化与人类社会持续发展要求（节能、低排放）相协调三电动汽车的发展状况电动汽车历史电动汽车发展现状电动汽车历史Inthelate1890selectricvehicles(EVs)outsoldgasolinecarstentoone.EVsdominatedtheroadsanddealershowrooms.Someautomobilecompanies,likeOldsmobileandStudebakeractuallystartedoutassuccessfulEVcompanies,onlylatertransitioningtogasoline-poweredvehicles.Infact,thefirstcardealershipswereexclusivelyforEVs.电动汽车历史EarlyproductionofEVs,likeallcars,wasaccomplishedbyhandassembly.In1910,volumeproductionofgasolinepoweredcarswasachievedwiththemotorizedassemblyline.Thisbreakthroughmanufacturingprocesskilledoffallbutthemostwell-financedcarbuilders.Independents,unabletobuycomponentsinvolumediedoff.Theinfrastructureforelectricitywasalmostnon-existentoutsideofcityboundaries–limitingEVstocity-onlytravel.电动汽车历史AnothercontributingfactortothedeclineofEVswastheadditionofanelectricmotor(calledthestarter)togasolinepoweredcars–finallyremovingtheneedforthedifficultanddangerouscranktostarttheengine.Duetothesefactors,bytheendofWorldWarI,productionofelectriccarsstoppedandEVsbecamenichevehicles–servingastaxis,trucks,deliveryvans,andfreighthandlers.电动汽车历史ThoseEVswereproducedinverylowvolumes–essentiallyhand-builtliketheirearlypredecessors.However,astheZEVmandatewasweakenedovertheyears,theautomakersstoppedmakingEVs–ToyotawasthelastmajorautomakertostopEVproductionin2003.电动汽车历史Inthelate1960sandearly1970s,therewasarebirthofEVspromptedbyconcernsaboutairpollutionandtheOPECoilembargo.Intheearly1990s,afewmajorautomakersresumedproductionofEVs–promptedbyCalifornia’slandmarkZeroEmissionVehicle(ZEV)Mandate.电动汽车历史几点事实：1834年，ThomasDavenport发明（不可充电）蓄电池电动车1859年，GastonPlante发明可充电铅酸蓄电池电动车1895年，第一次机动车辆比赛，电动车获胜1896年第一次销售电动车电动汽车历史1900年，33%蒸汽车,33%电动车,33%汽油车1960年代，第一次石油危机，小型电动车1990年，California（加州）establishestheZeroEmissionVehicle(ZEV零排放)Mandate;requires2%ofvehiclestobeZEVsby1998,10%ZEVsby2003.1990年，ＧＭEV１（Impact）；1997年，ToyotaPriushybridgas-electricvehicle电动汽车发展现状USABC,PNGV,FREEDUMCAREuropeonTomorrowcars中国八.五、九.五、十.五电动汽车研究开发与产业化计划PNGV（ThePartnershipforaNewGenerationofVehicles“开发新一代汽车合作计划”）,是1993年由克林顿政府与美国汽车研究理事会（USCAR）所设立的旨在提高美国汽车工业在国际上的综合竞争力，减少美国对进口国外石油的依赖程度的一项汽车研究与开发计划。研究的目标是要开发燃料经济性相当于1994年家庭轿车（如concord/Taurus/lum