大客车节能环保技术的发展

大客车节能环保技术的发展清华大学教授陈全世PDF文件使用pdfFactoryPro试用版本创建ÿ截止到上世纪末，随着汽车技术的发展和市场需求的推动，大客车的基本性能，例如，动力性、经济性、可靠性等方面的技术指标已经达到了人们较为满意的水平。近几年来，大客车的研发与创新则更集中于通过电子化等新技术手段，进一步提高客车的舒适性、安全性及节能环保性能诸方面。在今天强调以人为本，即系心于人，用心于车的理念来说，在这3个方面的创新则是年年不断。尤其是在节能环保技术方面更是研发的热点和竞争的关键。PDF文件使用pdfFactoryPro试用版本创建一、背景材料：1．1、经济的发展和城市化进程的加速，必然带来城市公交车辆的大量需求。我国的城市化进程在党的十六大报告和国民经济中长期发展规划中都有详细的描述。乡村变为城镇，城镇变为小城市，小城市变为中等城市，中等城市变为大城市，大城市变为超过1000万人口的特大城市。有城市必然要有公交车辆，我国近几年公交大客车的迅猛发展，就是在这一背景下取得的。1．2、大城市的交通和车辆排放污染形势严峻：大城市，尤其是象北京、上海这样的超大城市，高楼林立、人口密集、交通拥挤、环境恶化，工作效率和居民生活质量严重下降，这不但是正在走向工业化的国家面临的重大问题，也是发达国家超大城市同样面临的重大挑战。PDF文件使用pdfFactoryPro试用版本创建．3、北京2008奥运会和我国加入WTO为解决这些问题提供了重大机遇：政府的重视（公交车辆是城市的形象），会有大量资金的投入，加入WTO打开国门后国际资本和技术的涌入带来激烈的市场竞争。1．4、认准方向、作好规划、抓住机遇、迎接挑战。国内大客车企业要利用这些机遇，主动迎接国内外的挑战。PDF文件使用pdfFactoryPro试用版本创建二、汽车节能环保技术的发展大趋势2．1、我国汽车近几年产量的增长情况和今后的增长数据预测见表1和表2：表1：中国汽车产量的增长情况统计单位：万辆年代产量1996147.51997158.31998162.91999183.22000206.82001234.22002325.12003444.12004507.5单位：万辆PDF文件使用pdfFactoryPro试用版本创建：中国汽车的需求增长预测单位：万辆研究机构200520102020中国汽车技术研究中心510～535781～8501100～1300国务院发展研究室5188591673PDF文件使用pdfFactoryPro试用版本创建．2、能源短缺、未雨绸缪：国际市场石油价格一路飙升，从2002年（美国伊拉克战争前）的20美元/桶上升到2005年6月的60美元/桶，而且还有继续上升的趋势。世界石油产量已趋峰值，欧佩克已经拿不出产油能力来平抑油价。我国的能源，尤其是石油资源的形势非常严峻。我国石油消耗已位居世界第二，而交通用油呈快速上升势头，年平均增长超过10%（1995-2000）。我国进口石油迅速增长，2000年进口7000万吨，2003年超过一亿吨，预计2010年进口将超过1.4亿吨，国家能源安全面临严峻挑战。节约能源，尤其是节约石油资源，不但是经济问题，而是关系国家能源安全的政治问题PDF文件使用pdfFactoryPro试用版本创建．3、环境污染和二氧化碳排放问题：由于经济的快速发展和粗放式的发展模式，我国的资源和环境与经济发展的矛盾异常突出，大气污染非常严重，尤其是大城市。2002年在全世界污染最严重的10个城市中中国占5个；而在城市中交通工具，尤其是汽车，造成的CO和噪声污染分别占各自污染物总量的70～90%以上。为此，我国也颁布了较为严格的机动车辆排放法规，2003年已经全面实施了欧Ⅱ排放标准，明年可能会实施欧Ⅲ标准。2010年以后与国际接轨。我国CO2排放量已排在美国之后，位居世界第二。我国已经正式加入了关于减少全球CO2排放量的“京都议定书”。汽车CO2排放即将成为全球关注的重大环保问题PDF文件使用pdfFactoryPro试用版本创建．4、基于节能和环保问题的汽车动力系统发展方向：据国内外专家、学者和企业界的研究结论，从节能和环保两个方面综合考虑，汽车动力系统将从今天的燃油的内燃机（汽油机、柴油机、代用燃料发动机）过渡到内燃机与电动机的混合动力系统，再过渡到使用蓄电池的纯电动汽车和燃料电池电动汽车。汽车动力系统的发展方向如图1所示。本文主要介绍电动汽车、混合动力电动汽车和燃料电池电动汽车的研发情况。PDF文件使用pdfFactoryPro试用版本创建．1、电动汽车的优点：1）“零排放”：电动汽车在运行中无废气排放，即使将发电厂的排放进行等效换算，也是超低排放。此外，电厂可以远离市区建设，对城市污染较小。2）解除汽车对石油资源的依赖：电是二次能源，可以从多种途径获得，例如，煤、水、风、太阳能、潮汐、生物质、核能等，其中许多为可再生能源。3）系统效率高：燃油汽车的能量循环：从原油－精炼－加油站－燃油汽车。电动汽车的能量循环：从原油－粗炼－发电厂－充电站－电动汽车。据日本学者的研究结果，后者比前者能量效率高12～17％。此外，电动汽车可以利用晚间电网的低谷电充电，以提高电网总的能量效率。4）电动汽车的噪声低、振动小。PDF文件使用pdfFactoryPro试用版本创建基于以上原因，从上世纪80年代，国内外掀起了电动汽车的研发热潮，法国、日本、美国、德国等都经过试验和示范运行，开发出具有商品化水平的纯电动汽车，如法国PSA公司的标志P106和雪铁龙AX电动轿车，日本丰田汽车公司的RAV-4EV电动轿车，美国通用汽车公司的EV1电动轿车等。我国也将电动汽车的研究开发列入“八五”、“九五”国家科技攻关项目，并于1996年6月建成广东汕头国家电动汽车试验示范基地。“十五”期间，国家科技部将电动汽车项目列入国家“863”重大专项。成了资助电池、电机及其控制系统、整车控制系统以外，重点资助北京市（北京理工大学牵头）进行纯电动大客车的研发和示范运行。2005年6月21日由国家发改委正式批准，14辆铅酸电池纯电动公交大客车在北京公交121路线投入商业化运行。另一个课题资助天津清源动力公司（中国汽车技术研究中心）进行纯电动轿车的研究开发和示范运行。其中有5辆纯电动轿车于2005年初首次出口到美国。PDF文件使用pdfFactoryPro试用版本创建．2、目前电动汽车推广应用中的困难1)电池的性能低、价格贵、寿命短；使得电动汽车一次充电行驶里程短（铅酸电池在100km左右，Ni-MH电池在150km左右），尚不能满足人们对汽车机动性的要求；电池的价格昂贵，一套整车使用的Ni-MH电池或锂离子电池的价格比汽车（不含电池）还高，且2～3年必须全部更换，使用费用大。目前尚未研制出性能价格比能与内燃机相比的电池。2)电动汽车的充电时间长，充满一次需要4～8小时。充电设施投资大、建设周期长。3)当前世界石油供应相对充分，石油资源枯竭的问题尚不明显。而各级政府对电动汽车应该采用的优惠政策，如峰谷电价差别、排放补贴等并未实施。因此，从全世界范围看，由于受电池技术和价格的制约，纯电动车目前只能在特殊地区－如大城市市区、商贸、旅游、体育、娱乐中心、居民小区等作为短途公共交通车，以及特殊地点、特殊用途－如机场、码头、车站、仓库、商场等作为特殊运输工具而使用。PDF文件使用pdfFactoryPro试用版本创建．3、混合动力电动汽车的优势：混合动力电动汽车（HybridElectricVehicle，简称HEV）是将电力驱动与辅助动力（APU）结合起来，充分发挥二者各自的优势及二者相结合产生的优势的车辆。辅助动力可以采用燃烧某种燃料的原动机，如内燃机、燃气轮机等或其它动力发电机组图2混合动力电动汽车的结构原理和布置方式PDF文件使用pdfFactoryPro试用版本创建所示。东风电动汽车公司开发的并联式混合动力大客车的结构参数如表3所示。表3东风电动汽车公司开发的并联式混合动力电动大客车的结构参数项目单位技术参数车长m11载客人85车重（空载/满载）kg10050/16500总电压/蓄电池V336/镍氢高功率型－28个模块加速时间s16（0~40km/h）最高车速km/h＞72电机开关磁阻电机；最大功率：27kW；发动机进口康明斯6BTA发动机（电控、高压共轨、达到欧3排放标准）其它说明发动机和电机混合驱动；制动空压机、液压助力转向系统和空调压缩机均由发动机直接驱动。PDF文件使用pdfFactoryPro试用版本创建混合动力电动汽车的优势：与纯电动汽车比较：(1).由于电池的容量大大减小，而使整车自重减小、成本降低。(2).汽车的续驶里程和动力性可达到内燃机的水平。不必要重新建设庞大的充电设施和取消每天的充电维护工作；(3).保证驾车和乘坐的舒适性（保证空调、暖风、动力转向等的使用）。与传统内燃机汽车比较：(1).可使原动机在最佳的工况区域稳定运行，从而降低发动机的排放污染、噪声和油耗。(2).在人口密集的商业区、居民区或其它对环保要求特别严格的地区，可关闭发动机，采用纯电动方式驱动车辆，实现“零排放”。(3).通过电动机回收汽车减速和制动时的能量，进一步降低汽车的能量消耗和排放污染。PDF文件使用pdfFactoryPro试用版本创建混合动力电动汽车的商业化已经在日本和美国逐渐推广。丰田汽车公司的Prius混合动力轿车已经在日本和美国销售了39万辆以上。混合动力公交大客车在美国纽约、西雅图和加州等地也已经销售和示范运行数百辆。巴西在里约热内卢用混合动力方式改造了几条公交路线，采用柴油机和铅酸电池串连式混合动力结构，取得了节油和降低排放的良好效果。PDF文件使用pdfFactoryPro试用版本创建四、燃料电池电动汽车的研究开发进展4．1燃料电池的种类和特点：到目前为止，人们研究开发出的燃料电池的种类、工作温度、可应用范围、优缺点等见表4。表4燃料电池的种类和特点类型工作温度应用范围优点缺点质子交换膜60～100运输业、便携式电源工作温度低、起动快重量小、结构紧凑需用贵金属作催化剂、成本高、对燃料的纯度要求较高碱性90～100军事、航空、航天在碱性电解液中阴极反应较快需要除去燃料、氧化剂中的杂质气体，例如：CO2磷酸型175～200电力工业、运输业工作特性好、效率较高、对燃料的纯度要求不高铂作催化剂、体积和重量较大、输出的电流、功率较低熔融碳酸盐600～1000电力工业效率较高、成本较低可使用多种材料作催化剂有腐蚀性，高温加速燃料电池部件的损坏固体氧化物600～1000电力工业效率高，可用多种燃料、催化剂成本低、便于维护高温加速燃料电池部件的损坏PDF文件使用pdfFactoryPro试用版本创建．2、质子交换膜燃料电池的工作原理质子交换膜燃料电池的结构和原理如图3所示。电池单体主要由膜电极（阳极、阴极）质子交换膜和集流板组成。其具体反应步骤为：经增湿后的H2和O2分别进入阳极室和阴极室，经电极扩散层扩散到达催化层和质子交