新能源汽车论文.doc

发展可再生能源对于缓解石油供应的紧张问题以及燃烧石油所产生的一系列环境问题具有重要意义。 一．新能源汽车的概念和分类 1.概念：新能源汽车是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而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。 2.分类：新能源汽车的分类较广，按照能源的来源划分，新能源汽车可以划分为以下五类。 （1）基于传统石油燃料的节能环保汽车，如先进柴油汽车和混合动力汽车。 （2）基于天然气和石油伴生品的燃料汽车。 （3）基于化石燃料化工的替代燃料汽车，如煤制油。 （4）生物燃料汽车，包括燃料乙醇和生物柴油汽车。 （5）燃料电池汽车和纯电动汽车。 二．发展新能源汽车的必要性 能源短缺、环境污染、气候变暖是全球汽车产业面临的共同挑战，各国政府以及业界纷纷提出各自发展战略，积极应对，以保持汽车产业的可持续发展，并提高未来的国际竞争力。新能源汽车已成为21世纪汽车工业发展的热点。 （1）能源短缺 世界能源包括石油、天然气、煤炭和核能等。目前全球已探明石油储量为18550443.77万吨，同比增长0.89%，人类开采时间不超过95年 。天然气储量为179万亿立方米，可开采65年。煤炭储量为107539亿吨，可开采155年，随着可探明技术的发展，可开采年数在200年以上。 在全世界能源消耗总量中，石油占35%，煤占29%，天然气占23%，水利和核电各占6%。随着时间的推移，能源消费结构会发生变化。我国是一个能源短缺的国家，却是一个能源消费大国，我国在2009年石油消费对外依存度达到了43%，石油进口造成了我国对石油出口国的依赖，以至于我国在外交、政治、经济上受制于石油输出国。 环境污染 燃油汽车在行驶过程中会产生大量的有害气体，不但污染环境，还大大地影响了人列的健康。 汽车排放物主要有：碳氢化合物（HC）、氮氧化合物（NOx）、一氧化碳（CO）、二氧化硫（SO2）、臭氧、可吸入颗粒物。其中碳氢化合物中含有苯、甲苯和二甲苯等，可引发人体血癌、贫血、血小板减小、黏膜出血以及头晕、失眠、呕吐等疾病。氮氧化合物对人的呼吸系统有刺激作用，汽车排放中尤其以氮氧化合物的排放居多。一氧化碳浓度较高时，会使人中毒，严重者危及生命。二氧化硫会损害人的呼吸道和肾、肝和心脏。低空中的臭氧对身体各部分都有危害。进入21世纪以后，汽车生产和销售量更是以两位数高速增长，从而加剧了环境的污染。 气候变暖 能源的消耗带来了温室气体排放问题。二氧化碳是全球最重要的温室气体，而它主要来自于化石燃料的燃烧。中国是仅次于美国的第二大二氧化碳排放国，据世界上许多科学家预测，未来50~100年人类将完全进入一个变暖的世界，由于人类的活动，未来100年全球地表温度将上升1.4~5.8℃，到2050年，我国品均气温将上升2.2℃。 三．汽车新能源的素质 汽车是一种数量大、普及面广和具有高度机动性的运输工具，这就决定了汽车新能源必须具有来源丰富、能量密度高、污染小、经济和实用性能良好等一系列的“特”质。 来源丰富 “来源丰富”是指这种能源本身的储量或能够经济合理地转换为这种能源的原料丰富。汽车的不断增加，意味着每年都要消耗大量的资源，而汽车所消耗的主要是石油制品，如果没有大量的储备和丰富的来源，根本不可能作为汽车的能源，即使作为过渡或局部地区应用的能源，其量值也不能太小。因此，作为汽车能源，如果来源不丰富，连石油的缺额都不能填补，就更谈不上替代了。 污染小 大气污染已经成为人类的公害，其祸害的例子更是不乏少数，1873年12月的伦敦烟雾事件造成268人死亡，最严重的时候，气温处于零下，湿度达到100%，连续四天不见太阳，1943年的美国洛杉矶光化学烟雾，1979年的日本东京光化学烟雾。毫无疑问，不论是在全世界范围内还是在我国，低污染应当是汽车能否生产使用和某种能源作为汽车能源的决定性因素。 能量密度高 能量密度是指单位质量或单位容积能源所含的能量。能量密度对汽车的续驶里程，动力性，汽车的质量指标和汽车的有效装载质量等一系列性能指标有重要影响。 经济 作为替代燃料应当在其整个周期中具有良好的经济性。并且主机成本低，要求主机不太复杂，继承性好，制造容易或改装容易。使用成本低，能源的热效率高，市场价格低，可靠，维修费用少，寿命长。配套设施合理，必须有配套的运输设备，储存设备和销售网点设施不能太贵，有合理的投资回收期和诱人的收益。 使用性能好 运输性能好，储存方便、安全、添加速度快。燃料供给方便，燃料容器（燃油箱或储气瓶）不能太大，容易供给给发动机。工作性能好，包括汽车的动力性，操控性，启动性，最高车速，加速性，爬坡能力，故障率低，且维修费用低。 四．各种新能源详细介绍 （一）电能 1.电能的优势 （1）.来源丰富 电能作为一种二次能源，原则地讲，它可以来源于任何一种其他的能源。它的来源形式主要有火力发电，水力发电，核电，风力发电，潮汐发电，地热能。因此电动汽车的能源来源是极其丰富的。 （2）运行零污染且噪声小 电动汽车在行驶中无废弃排出，因此不污染环境，从这个意义上讲，电动汽车可以说是“零污染汽车”。电动汽车的电动机运转只做回转运动，震动和机械噪声都很小，同时没有内燃机令人讨厌的燃烧噪声和进排气噪声。 （3）结构简单，维修方便 电机相对于内燃机而言，结构较为简单，工作条件较好（不承受内燃机所承受的高温、高压和交变载荷），零件故障少，维修方便等。 （4）能源效率高 下图作为电动汽车与汽油机汽车能源利用总效率的比较。       电动汽车还具有停车不消耗能源和制动能量易回收的有点，按目前的水平电动汽车的能源利用总效率比汽油车约高40%，比柴油机也高。另外，电动汽车可利用夜间剩余电力充电，使发电设备的利用率提高。 电动汽车的应用实例 （1）油电混合动力汽车。最著名的当属丰田普锐斯混合动力第三代。Prius的关键动力部件是一台1.5升四缸75hp马力的汽油发动机、一个功率50kw的电动马达以及一个500伏的镍氢电池。这三个部分在行驶过程中相互配合工作，达到各自优势的最大化，这是Prius最了不起的地方。在启动和低速时，汽车主要利用电能来获取动力，当车速较高或加速时，汽车发动机和电动马达共同提供动力，通过TOYOTA油电混合动力系统将汽油发动机与电动机完美组合，在达成高水平的燃油经济性和环保性能的前提下，实现了出色的动力性。在城市工况下，排量为1.5L的PRIUS普锐斯达到了相当于2.4L传统车型的动力性能；而油耗仅相当于1.0L的传统车型。 其他例子还有许多，比如日产350Z，BMW X6、750,奥迪Q5,奔驰S400。 纯电动汽车 其中国内最出名的当属比亚迪e6，比亚迪e6采用了比亚迪自主生产的ET—Power铁电池技术，这款纯电动e6动力强劲，最大功率75千瓦，官方公布的0-100公里/小时加速时间在10秒以内，最高车速可达到160km/h以上，百公里油耗为18度电以内，费用约为35元 电动车e6使用方便，慢充为220v家用电源，快充为3C充电，15分钟左右可充满电池80%。续驶里程为在60km等速的情况下达到400km，是目前世界上续驶里程最长的纯电动轿车。而电池组可以充放电次数达4000次以上，循环2000次后电池容量还可以达到新电池容量的80%以上。 燃料电池电动汽车 燃料电池汽车的工作原理是，使作为燃料的氢在汽车搭载的燃料电池中，与大气中的氧发生化学反应，从而产生出电能启动电动机，进而驱动汽车。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。 近几年来，燃料电池技术已经取得了重大的进展。世界著名汽车制造厂，如戴姆勒－克莱斯勒、福特、丰田和通用汽车公司已经加快脚步研究燃料电池汽车。 3.电能作为汽车能源的主要问题 电动汽车目前面临的主要问题是成本高、蓄电池充电时间长、寿命短和电池能量密度低等以及由此派生出来的汽车续驶里程短、动力性差，以及体积质量大等问题。 能量密度低。由于现阶段的技术问题，电池能量密度低，为了保证必要的续驶里程，就要装备庞大、笨重的电池组，既占用空间，又影响有效装载。 充电时间长电池充电一般需要6~10个小时，就像是在汽车上用一个小口径的滴管向汽车油箱慢慢注油一样。上班族可以利用下班后夜里不用车的空闲时间充电。但是无奈的选择。根本方法是研究出一种快速充电技术。令人欣慰的是技术的发展已经可以让充电时间缩短到几十秒钟了，比如说五十铃与富士电气化公司研究的活性炭和低浓度硫酸电池。但有待进一步商业化。 成本高。同档次的电动汽车比普通汽车高出10多万元，在原车基础上改装，则需要3~7万元，但是如果批量生产达到30万辆以上，则电动汽车（除电池外）的成本就会降到与普通汽车价格相当。 4.电能在汽车上的应用前景 电能用作汽车的能源，有许多突出的优点。首先是它的来源及其丰富，即便是地球上的矿物能源消耗殆尽，作为二次能源的电能任然可以从太阳能、水能、风能、地热能以及海洋能等无穷无尽地获取。再就是电动汽车在运行中不排放污染物，是各种交通新能源中难得的可以称得上零污染的汽车能源。电动汽车的噪声、能源效率高、结构简单、维修方便等优点也相当突出。这些优点是人们一直以来追求电动汽车的动力。而且量产后电动汽车的价格会下降，随着技术的发展，电池技术的发展，电池的续驶里程加长，电池容量变大，电池重点效率提高，尤其在近些年来，世界范围内能源意识和环保意识空前加强，电动汽车受到广泛的关注，在高度发展的现代科技前，攻克电动汽车技术难关不再是旷日持久的事。根据世界能源的发展格局、电动汽车基础能源多样性的特点以及世界各国对电动汽车重视程度和研究势头。随着技术的成熟，电动汽车很有可能会成为汽车市场的领头羊。 （二）.天燃气,液化石油气 1.天然气汽车的优点 天然气汽车和液化石油气汽车具有能源来源丰富、燃料经济性好、排污少、发动机寿命长、维修费用少、怠速及过渡工况运行稳定等优点近年来在世界范围内发展迅速。 来源丰富 世界天然气的探明储量与是有相当，由于开发程度上不及石油，所以天然气将会伴随人类更多的岁月。液化石油气的储量亦非常丰富。 燃料经济性好 天然气的热效率高，天然气的辛烷值比汽油高，其RON和MON高达120，即抗爆性好，发动机的动力输出工作平顺，发动机的工作寿命长。许用压缩比高，若汽油机的压缩比为10，则天然气的压缩比可提高到14~18，相应的循环热效率可以提高12%~14%。价格较低，93号汽油为6.8元/升,天然气的价格4.5元/立方米。所以便宜40%多。 排污少 天然气与汽油相比，CO少排放70%，HC低40%，微粒低40%，SO2几乎为零，NOX排放减小30%，CO2排放减少23%. 发动机寿命长，维修费用少 天然气及液化石油气含硫少，是发动机的磨损大为减轻，对汽缸壁的冲刷作用小，对润滑油的污染。 2.天然气和液化石油气作为汽车能源的问题 （1）动力性较低 使用天然气与汽油相比，混合气的热值低（天然气/空气混合气热值为3.36MJ/m3，汽油/空气混合气的热值为3.82MJ/m3），进气量少，分子变得更系数小，动力性约下降20%，如果匹配不良，动力性将恶化到严重的程度。 （2）储气瓶占用空间大 气态天然气的能量密度比汽油小得多，同续驶里程下CNG所占的容积是汽油的4.5倍。且高压瓶本身的质量较大，使得汽车的整备质量增加，这在小汽车上的问题显得更为突出。液化石油气也有类似问题。 汽车用户和建站费用大 天然气和液化石油气汽车的部件如储气瓶、安全阀等要求严格，成本较高，改装需要增加数千元至上万元不等，而且建站费用相当高，需要数百万至上千万，此问题成为发展的一个重大瓶颈。 3.天然气和液化石油气在汽车上的应用前景 天然气和液化石油气作为汽车能源具有来源丰富，污染小，经济性好等优点，也存在不可忽视的缺点，在现阶段已经有了初步的发展，许多城市已经把出租车和汽车改成了天然气，世界天然气汽车保有量达到了6000万辆。在未来20到30年内将会向是由挑战，但是还不可能和传统汽车抗衡，估计到21世纪中叶，天然气汽车会在汽车保有量中占有举足轻重的地位。 醇类 醇类主要指甲醇和乙醇，属含氧燃料，也可作为化工原料，由于醇类汽车在世界尤其是在巴西等盛产甘蔗、玉米作为醇类原料的国家有一定的气候，故可作为一种单独的燃料。 醇类用作汽车能源的优点 （1）来源较为丰富，且具有一定的可再生性 生产甲醇的原料有天然气、煤、石油重质燃料以及木材、垃圾、海藻等。乙醇的燃料主要有乙烯、甘蔗、甜菜、木薯、土豆、玉米以及草木秸秆等。 （2）具有有利于提高热效率的一些特征 辛烷值高，许用压缩比高。如果采用混烧，添加10%的乙醇可提高汽油辛烷值4个单位。着火界限宽，火焰传播速度快，有