第一章 新能源汽车概述

汽车工程系甘秀芹2011年09月新能源汽车2222新能源汽车概述2第一章Q2：什么叫新能源汽车？3第一章新能源汽车概述A1：★为了解决汽车与环境之间的问题★汽车问世100多年来，汽车能源基本是石油制品，造成了局部地区环境问题：大气污染、噪声及粉尘等。★汽车尾气HC、CO、NOx的排放；芳香碳氢化合物和乙醛碳氢化合物的排放；导致酸雨形成的SO2的排放；重金属（铅和铬）的排放。见《第一章新能源汽车P17和P42》4第一章新能源汽车概述A1：减少和消除对石油的依赖是一项有关国家经济安全和能源安全的紧迫任务具体途径：研究各种降低百公里油耗的方法开发各种替代石油的新燃料开发不用或少用汽油的新型车辆5第一章新能源汽车概述A2：新能源汽车定义：（1）除汽油、柴油发动机之外所有其它能源汽车。（2）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。66第一章新能源汽车概述A2：新能源汽车分类：混合动力电动汽车氢动力汽车天然气与液化石油气醇类汽车二甲醚汽车太阳能汽车生物质能汽车7第一章新能源汽车概述汽车对新能源的基本要求1、能源要储存丰富2、能源的能量密度要高3、能源的污染要小4、经济性5、要有良好的使用性能（储存方便；运输方便，成本低；安全性好）8第一章新能源汽车概述国际相关研究美国、欧洲和日本是新能源汽车技术和产业化探索的领先者。日本偏重于混合动力，已经开发了可以大规模应用的油-电混合动力技术；美国在混合动力方面落后于日本，技术研发的重点是氢燃料电池汽车和可插电的混合动力汽车，在应用领域已经大规模推广乙醇燃料电池；欧洲研发的重点是氢燃料电池和氢内燃机汽车，此外在生物柴油汽车产业化应用领域处于世界领先地位。巴西在生物燃料汽车应用方面处于世界领先水平。9第一章新能源汽车概述混合动力汽车概述定义分类优缺点10第一章新能源汽车概述混合动力汽车——概述在20世纪五六十年代，甚至更早就有人对混合动力汽车进行研究，但是直到20世纪90年代这一课题才又重新受到重视。目前，混合动力驱动系统越来越引起人们的重视，以丰田、本田为代表，技术最为成熟，已经在北美、日本和欧洲成功实现了商业化。丰田的Prius是最早实现商业化的代表，丰田的混合动力汽车全球销量累计已突破100万，中国目前销售约3000多辆。2005年我国长春一汽成为国内首家混合动力车生产厂商。（2008年比亚迪双模电动汽车投入市场，上海荣威750等）11第一章新能源汽车概述混合动力汽车——定义包含两种或两种以上动力源并能协调工作的车辆。采用传统燃料，同时配以电动机和发动机来改善低速动力输出和燃油消耗的车型。注：燃料可以是汽油，柴油，也可以是甲醇，酒精，液化石油气，天然气等代用燃料。选用的原动机可以是内燃机，也可以是燃气轮机等其它热机。12第一章新能源汽车概述混合动力汽车——分类汽油混合动力（主流）柴油混合动力（国际市场）按动力系统结构，可以主要分为：串联式混合动力汽车(SHEV)并联式混合动力汽车(PHEV)混联式混合动力汽车(PSHEV)13第一章新能源汽车概述混合动力汽车——优缺点优点：可以在排放控制区内零排放行驶正常行驶时油耗低、排放少（比传统汽车节约燃油30%一50%）能量利用率高减小了对电池技术的依耐性，有利于商品化缺点：长距离高速行驶基本不能省油、价格高、效率低、仍然使用较多汽油/柴油的问题14第一章新能源汽车概述混合动力汽车——发展方向目前HEV的发展方向是可外接充电式混合动力电动汽车(Plug一inHybridElectricVehicle，PHEV)。PHEV是指可以使用电力网(包括家用电源插座，例如220V电源)对动力电池进行充电的混合动力电动汽车。具有低噪音、零排放及高能量效率的特点，可利用外部公用电网(主要是晚间低谷电力)对车载动力电池进行均衡充电，不仅可改善电厂发电机组效率、解决电价问题，而且可大大降低对石油的依赖，从而减少去加油站加油的次数。15第一章新能源汽车概述电动汽车——概述是未来真正的节能环保汽车，是汽车产业的发展方向在按照自己设计的路线向前推进。在插电式电动汽车被国际社会共同认可后，很快就发现，还有很多问题没有解决，仍然存在不同的发展方向和路线，电动汽车的全景并没有因此而清晰。（北奥会，50辆纯电动客车）16第一章新能源汽车概述电动汽车——概述日本是以高效混合动力汽车和插电式纯电动汽车的研究为主，代表车型是丰田公司的普锐斯、雷克萨斯和日产公司的叶子。美国是以增程式电动汽车为主攻方向，代表车型是通用公司的Volt。中国则是全面开花，有比亚迪的双模混合动力车型，也有多家公司正在研发的插电式纯电动汽车，还有吉利公司的超级电容汽车。上述所有的车型和技术路线都不可能实现完全的商业化，它们无论将技术水平提高到何种地步，也必须依赖政府的补贴才能生存。17第一章新能源汽车概述电动汽车——定义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。18第一章新能源汽车概述电动汽车——分类纯电动单纯以蓄电池作为动力源燃料电池电动以燃料电池作为动力源注：主要燃料为：氢气、甲醇、汽油和柴油混合动力电动电力和其他动力混合19第一章新能源汽车概述电动汽车——优缺点优点：无污染，噪声低，技术相对简单成熟，电能的来源方式多，只要有电力供应的地方都能够充电。缺点：蓄电池单位重量储存的能量太少（能量密度低），一次充电后行驶里程不理想;高储量的电池使用寿命较短，使用成本高，纯电动汽车总体成本比较高，当然这也和纯电动汽车没有实现商业化、无法形成规模经济有关。20第一章新能源汽车概述氢动力汽车——定义在现有的引擎基础上加以改造，从氢气(或其他辅助燃料)和空气的混合燃烧产生能量从而获得动力的汽车。。与氢燃料电池汽车不同的是，氢动力汽车使用的是内燃机，而氢燃料电池汽车是电动机，没有氢的燃烧过程。（北奥会，上海大众制造的20辆帕萨特领驭氢燃料电池轿车，作为公务用车在奥运中心区完成运送任务）21第一章新能源汽车概述氢气1、氢是宇宙中含量最丰富的元素之一2、用水作原料，取之不尽，用之不竭3、无污染、可再生4、汽油中掺入5%的氢，效率提高50%5、长距离运输成本是运输电成本的五分之一22第一章新能源汽车概述氢气制取氢的原料：（1）水：根本（2）天然气：最经济（3）煤：30个大气压、1800℃熔炉中（4）硫化氢：置于电场，所耗能量仅为电解水的几分之一，地下深层油气中的气体含硫化氢有限23第一章新能源汽车概述制氢技术1、将水加热成约1000℃高温水蒸气，在较低电压下实施电解2、将微压下的水蒸气通入等离子—化学反应器，水分子发生电离，带电离子在电场作用下加速运动，相互碰撞时分解成氢原子和氧原子3、将CO2通入等离子—化学反应器，分解成CO和O2，然后再将CO通入密封的水箱中，在水箱内CO与水发生反应生成CO2和H2O，耗能少24第一章新能源汽车概述制氢技术4、利用催化剂和上、下联通的反应器。上腔内装有水和某种化学物质，下腔内装有另一种化学物质。当上下腔阀门开启时，上腔溶液滴入下腔，在下腔内发生化学反应产生氢气5、采用特殊半导体作阳极，铂作阴极，二者用导线连接，两个电极浸泡在硝酸钾电解质水溶液中，当这种半导体受到太阳光辐射，产生电流，水被分解。25第一章新能源汽车概述氢气汽车——优点1、来源丰富氢是宇宙中含量最丰富的元素之一。原料：水、天然气、煤、硫化氢2、污染很少唯一不含碳；燃烧产物水、空气中的氮气、剩余的氧气、高温下生成的NOx，无CO、HC以及微粒、铅、硫等有害物质，不会诱发光化学烟雾，也没有导致温室效用的CO23、热效率高26第一章新能源汽车概述氢气汽车——优点3、热效率高（1）火焰传播速度：4.85m/s汽油的：0.83m/s气态燃料，混合气形成质量好，分配均匀，允许采用稀混合气（2）自燃温度比汽油高，辛烷值高，较高压缩比热效率高、燃料消耗低27第一章新能源汽车概述氢气汽车——主要问题1、成本高氢气储量高，制氢成本高2、储带不便气态氢储存不便，能量密度低液态氢：-253℃每天蒸发损失3%前景：金属氢化物3、动力性较差热效率高，密度很小(空气的1/14.5)，占用容积大，影响空气量；单位热值高，单位容积热值低方法：混烧，低油耗率，动力性下降不多28第一章新能源汽车概述天然气1、成分：地表下岩石储集层中自然存在的以轻质碳氢化合物为主体的气体混合物的总称。成分：甲烷85%~95%；少量乙烷、丙烷、丁烷、杂质氮、二氧化碳等2、来源气田气、油田伴生气、煤成气油田伴生气：溶解在石油中：溶解气聚集在含气已饱和的油层顶部：气顶气29第一章新能源汽车概述液化石油气1、丙烷、丁烷为主体的碳氢化合物的混合物，来源于油井气、石油加工副产品和煤制取液体燃料时的副产品等。2、常温常压下为气态，在-0.5℃或15℃、0.8MPa为液态（我国上海80%的出租车使用LPG燃料）30第一章新能源汽车概述天然气与液化石油气汽车——优点1、来源丰富天然气探明储量与石油相当，储产比大，世界40年，我国百年以上液化石油气没有天然气丰富，但较丰富2、燃料经济性好（1）燃料价格低1m3售价1.5元；1kg汽油售价3元；1m3天然气（1.5元）=0.8kg汽油（2.43元）液化石油气每吨1000多元注：影响燃油价格因素很多31第一章新能源汽车概述天然气与液化石油气汽车——优点（2）热效率高。辛烷值高，许用压缩比高，理论循环热效率可提高7%~12%，两用，压缩比不变，热效率提高不明显，辛烷值高、抗爆性好，液化石油气辛烷值比不上天然气，但是比汽油高，也可提高压缩比，提高循环热效率，天然气和液化石油气与空气形成的混合气质量比汽油与空气的好，燃烧更完全，有利于提高热效率3、排污少32第一章新能源汽车概述天然气与液化石油气汽车——优点（1）天然气燃烧完全CO低90%，CH低50%，微粒低40%（2）天然气混合气的热值低，燃烧温度低，NOx小30%（3）天然气中含硫少，SO2排放低70%（4）天然气中不含铅，铅排放为0（5）含碳元素少，发热量相同时，CO2低23%33第一章新能源汽车概述天然气与液化石油气汽车——优点4、发动机使用寿命长天然气及液化石油气含硫少，燃烧产物中硫化物少，腐蚀性磨损小气态方式供应，对汽缸壁冲刷小，对润滑污染轻5、维修费用较少燃烧产物中极少含中、常温下为液态的成分，发动机润滑油被稀释污染少，换油周期长；不含重金属成分，燃烧完全，积炭少，火花塞、活塞环寿命长6、怠速及过渡工况运行稳定性好混合气形成质量好，跟随性好34第一章新能源汽车概述天然气与液化石油气汽车——主要问题1、动力性较差天然气/空气混合热值：3.36MJ/m3汽油/空气：3.82MJ/m3进气量少，动力性下降约20%液化石油气没有天然气下降大若改装：考虑原车动力性，汽车使用性能2、储气瓶占用空间大1m3常压天然气装入20MPa储气瓶，5L与之等热量的汽油，1.1L，容积系数4.4735第一章新能源汽车概述天然气与液化石油气汽车——主要问题液化石油气的容积系数1.343、汽车用户的初始投资大储气瓶、安全阀等要求严格，成本较高应用较多两用燃料，数千到数万不等天然气系统，数千液化石油供气系统4、建站费用高建加气站，500~1000万元5、携带不便气体携带不便36第一章新能源汽车概述醇类汽车——优点1、来源丰富，具有一定可再生性甲醇：天然气、煤、石脑油、重质燃料、木材、垃圾、海藻等乙醇：化工原料（乙烯）、含糖作物（甘蔗、甜菜等）、含淀粉作物（木薯、土豆、玉米等）、纤维类原料（草木秸秆等）2、具有有利于提高热效率的一些特性（1）辛烷值高，许用压缩比高如添加10%体积的乙醇，辛烷值可提高3个单位（2）着火界限宽，火焰传播速度快，有利于采用稀混合气37第一章新能源汽车概述醇类汽车——优点3、可降低污染甲醇含氧量：50%，乙醇含氧量：34.7%，改善燃烧质量，降低排污量与汽油混烧，含氧燃料，添加7.7%乙醇