汽车新能源技术浅析.docx

毕业院校名称届本科毕业设计论文论文题目汽车新能源技术浅析学生姓名学号院部专业班级指导教师年月日目录摘要关键词前言正文一汽车的新能源技术以及要求二中国新能源汽车发展状况三目前新能源汽车的分类以及优缺点四其他方案五新能源研究领域的最新方向以及各能源的对比六目前新能源技术的主要瓶颈电池和充电技术10七总结致谢词参考文献汽车新能源技术浅析摘要汽车是支柱产业也是基本的交通工具目前各国政府都力求用保持汽车的发展来促进经济的发展和民众生活福利的提高发展新能源汽车可以在保持汽车增长的状况下降低石油消耗保护大气环境各国政府普遍把发展新能源汽车看成实现其能源环境政策和汽车工业可持续发展的重要组成部分因此新能源汽车是世界各国的共同追求关键词交通新能源汽车前言新能源汽车是指除汽油柴油发动机之外所有其它能源汽车包括燃料电池汽车混合动力汽车氢能源动力汽车和太阳能汽车等其废气排放量比较低据不完全统计全世界现有超过400万辆液化石油气汽车100多万辆天然气汽车正文一汽车的新能源技术以及要求新能源又称非常规能源英文名称Newenergyvehicles是指传统能源之外的各种能源形式指刚开始开发利用或正在积极研究有待推广的能源如太阳能地热能风能海洋能生物质能和核聚变能等新能源汽车对于电机控制系统的要求更加严苛作为新能源汽车的核心部件电机控制不仅关系着整车性能还与行车安全息息相关高性能电机控制系统对处理器的处理能力和安全特性都提出了很高要求二中国新能源汽车发展状况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形成了完整的新能源汽车研发示范布局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112月新能源汽车的销量增长主要是乘用车的增长112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112月同比下滑172009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111月新能源乘用车销量同比下降6196至310辆2009年111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17898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个选择5个城市进行对私人购买节能与新能源汽车给予补贴试点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20112015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20162020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2012年5月为加快培育发展新能源汽车新能源汽车项目每年将获1020亿元资金支持年月日国务院总理温家宝主持召开国务院常务会议研究部署政府信息公开重点工作讨论通过节能与新能源汽车产业发展规划年会议指出加快培育和发展节能与新能源汽车产业对于缓解能源和环境压力推动汽车产业转型升级培育新的经济增长点具有重要意义要以纯电驱动为汽车工业转型的主要战略取向争取到年纯电动汽车和插电式混合动力汽车累计产销量达到万辆到年超过万辆年当年生产的乘用车平均燃料消耗量降至每百公里升到年降至升新能源汽车动力电池及关键零部件技术整体上达到国际先进水平三目前新能源汽车的分类以及优缺点根据于2009年7月1日正式实施的新能源汽车生产企业及产品准入管理规则中分类新能源汽车包括混合动力汽车HEV纯电动汽车BEV包括太阳能汽车燃料电池电动汽车FCEV氢发动机汽车其他新能源如高效储能器二甲醚汽车等各类别产品混合动力汽车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优点处于油耗低污染少方便回收制动时下坡时怠速时的能量拥有关停内燃机由电池单独驱动实现零排放降低成本缺点长距离高速行驶基本不能省油纯电动汽车电动汽车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专家认为对于电动车而言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13这主要取决于电池的寿命及当地的油电价格3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23倍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但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所以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优点零排放或近似零排放减少了机油泄露带来的水污染降低了温室气体的排放提高了燃油经济性提高了发动机燃烧效率运行平稳无噪声4氢动力汽车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氢动力汽车是一种真正实现零排放的交通工具因此氢动力汽车是传统汽车最理想的替代方案但是与传统动力汽车相比氢动力汽车成本至少高出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成本过高存储和运输按照目前技术条件来说非常困难氢气的提取需要通过电解水或者利用天然气无法从根本上降低二氧化碳排放天然气和液化石油气汽车燃气成分单一纯度较高能与空气均匀混合并燃烧完全和微粒的排放量较低发动机在低温时的启动和运转性能较好缺点其运输性能比液体燃料差发动机的容积效率低着火延迟较长及动力性有所降低甲醇汽车即用甲醇代替石油燃料的汽车优点资源丰富可以再生属于生物质的能源燃烧完全降低尾气的害物的排放缺点含水量大会对汽车内部造成损害四其他方案提高效率汽柴油内燃机热效率小于30如果算上机械效率以及其他的能量传递损失则总效率仅占燃料放出热能的15左右毫无疑问如果能够提高热机的效率则可在一定程度上缓解石油危机空气动力汽车利用空气作为能量载体使用空气压缩机将空气压缩到30MP以上然后储存在储气罐中需要开动汽车时将压缩空气释放出来驱动启动马达行驶优点是无排放维护少缺点是需要电源空气压力能量输出随着行驶里程加长而衰减高压气体的安全性飞轮储能汽车利用飞轮的惯性储能储存非满负载时发动机的余能以及车辆长大下坡减速行驶时的能量反馈到一个发电机上发电再而驱动或加速飞轮旋转飞轮使用磁悬浮方式在70000rmin的高速下旋转在混合动力汽车上作为辅助优点是可提高能源使用效率重量轻储能高能量进出反应快维护少寿命长缺点是成本高机动车转向会受飞轮陀螺效应的影响超级电容汽车超级电容器是利用双电层原理的电容器在超级电容器的两极板上电荷产生的电场作用下在电解液与电极间的界面上形成相反的电荷以平衡电解液的内电场这种正电荷与负电荷在两个不同相之间的接触面上以正负电荷之间极短间隙排列在相反的位置上这个电荷分布层叫做双电层因此电容量非常大2010上海世博会园区世博专线已使用此车优点是充电时间短功率密度大容量大使用寿命长免维护经济环保等缺点是功率输出随着行驶里程加长而衰减受环境温度影响大等五新能源研究领域的最新方向以及各能源的对比这是年关于新能源研究领域的最新方向原名称叫做热磁振荡发电技术当应用于汽车等可移动的动力设备领域时因可能会成为氢燃料电池的替代方案又叫做物理燃料电池已处于前期开发研究阶段工作原理通过对处于磁路中的一段软磁体迅速加热并冷却使其温度在其居里点上下周期性地振荡引起磁路线圈中的磁通量周期性地增减从而感应出连续的交流电能量是通过燃烧产生热能再直接转化为电能的它的技术原理是物理原理而通常概念中的电池均属化学原理两者不是一回事优点采用外燃方式发电过程高效平稳对燃料性质要求不高甚至可以用固体燃料作能源能使热能直接高效地转化为电能少了一个机械传动的中间环节计算值在以上运动部件只有一个活塞省去了机械传动系统因此使用寿命长维护少实现成本低技术难度小燃料电池是通过低温化学作用产生电能因需要催化剂燃料要求高等难以商业转化这项技术完全克服了化学燃料电池的上述弱点3各种能源方案优缺点综合分析表上表中能源来源能源效率排放三项指标确定了方案的新能源特征即政府的政策支持力度制造成本使用成本维护成本三项指标确定了方案的市场成本补充燃料功率重量行驶里程配套设备四项指标确定了方案的竞争力即用户接受程度从上表中可以看出纯电池力氢燃料电池虽然具有较优的新能源特征但市场竞争力弱混合动力则具有微弱的优势因此混合动力属于过渡方案纯电池力属于辅助方案而氢燃料电池属于难以实施的方案物理燃料电池则兼顾了新能源特征市场及用户的诸多优点所以具有广阔的开发前景适用范围新能源汽车船等动力设备分布式发电领域六目前新能源技术的主要瓶颈电池和充电技术电池技术动力总成系统和电控系统是汽车新能源技术发展进程中首先要攻克的技术难点其中电池和充电技术又是最突出的瓶颈之一1电池技术瓶颈电池技术主要有能量密度功率密度SoC运行范围循环寿命及日历寿命安全性成本是电池系统的六大关键要素目前动力电池重点要解决的问题是可靠性和安全性使用寿命实用性及使用成本孙立清指出安全性一直是锂电使用过程中最突出的问题和焦点所在今年5月26日深圳比亚迪e6电动汽车被碰撞后因为电弧引燃周围物质导致起火同年11月湖南娄底低速电动汽车发生自燃另外美国飓风桑迪袭击致使16辆Karma烧毁这些都反映了电动汽车锂电电池可能存在的安全隐患甚至引发了消费者谈锂恐慌心理除此之外锂电池使用过程暴露出来的问题还有电池寿命使用成本产品商业模式售后服务以及在梯次利用与回收中如何更好地降低电池使用成本和解决环保管理问题等等我们需要深入研究锂电池起火的原因加强电芯和电池组的集成提高电动汽车电池使用安全性孙立清说道就技术发展状况来看新能源汽车已经研发出非晶金属轴向电机具有很好的效率特性在电池方面也有很多进步包括用于锂电池可以显著改善磷酸铁锂锰酸锂等汽车动力电池性能的导电剂碳纳米管以及制造成本仅有锂电池一半的电容电池技术另外还有中科院开发的高安全性阻燃生物质复合材料动力锂电池隔膜中科院金属研究所沈阳材料科学国家联合实验室研发的可在6分钟内完成充电在100次循环之后容量保持率达96的柔性锂离子电池等在超级电容方面目前国内已有企业可以做出能量密度跟镍镉或者是铅蓄电池一样的超级电容部分产品已出口到日本虽然这两年锂电企业陷入了困境但锂电池市场从2015年开始将进入一个快速增长期2充电技术瓶颈众所周知充电对于新能源汽车的发展尤为重要但目前维持电池动力的充电站桩的覆盖面积还只是极小的范围限制了新能源汽车的发展电动汽车充电技术正在向智能化高效化通用化集成化方向发展美国派克研究所预计到2020年全球范围内联机的充电桩数量将达到1140万座其中德国日本美国中国以色列和英国的充电桩数量位于世界前列同时由于纯电动汽车的普及以及各国当地政府的资金援助会有更多的投资商投资建设充电设施方便车主在公共领域进行充电尽管市场就在那里但如果技术没有取得突破性进展新能源汽车的普及依旧遥遥无期也有人认为电动汽车充电桩市场前途未卜他们建议通过无线充电方式给新能源汽车充电对此清华大学汽车研究所所长兼汽车安全与节能国家重点实验室副主任陈全世表示电动汽车无线充电技术的应用于上世纪九十年代已经出现具有一定的先进性但鉴于无线感应充电比较低的效率且无线充电网建设的高成本其可行性不大有待技术的进一步发展换句话说无线充电对于科学来说是合理的对于技术来说是可行的对于工程产品来说还是个疑问七总结新能源的开发早已引起了全球汽车厂的注意世纪末以来世界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使新能源汽车获得了长足发展整个战略性新兴产业当中新能源汽车并不是孤立的它与新能源节能环保新材料高端装备制造业新兴信息产业息息相关甚至与生物产业紧密相连例如利用生物进行发电的电池对于我国发展新能源汽车对整个中国汽车业的发展意义重大可使我国实现从汽车大国到汽车强国的转变继续开辟我国的汽车市场致谢词在本次论文写作过程中得到教研室老师们的悉心指导和热心帮助参考文献