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汽车运用技术（专科）毕业论文

题 目： 汽车新能源技术浅析

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指导教师：

二○一三年四月二十日

目 录
摘 要 ……………………………………………………… 1
关键词 ……………………………………………………… 1
前 言 ……………………………………………………… 1
正 文
一、汽车的新能源技术以及要求 ………………………………… 1
二、中国新能源汽车发展状况 …………………………………… 2
三、目前新能源汽车的分类以及优缺点 ………………………… 3
四、其他方案 ……………………………………………………… 6
五、新能源研究领域的最新方向以及各能源的对比 …………… 8
六、目前新能源技术的主要瓶颈——电池和充电技术 ………… 10
七、总结 …………………………………………………………… 11
致谢词 ……………………………………………………… 12
参考文献 …………………………………………………… 12
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：New energy vehicles。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1-12月新能源汽车的销量增长主要是乘用车的增长，1-12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，1-12月同比下滑17%。
2009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1-11月，新能源乘用车销量同比下降61.96%，至310辆。2009年1-11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178.98%，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：2011-2015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2016-2020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10-20亿元资金支持。
2012年4月18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(2012—2020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2015年，纯电动汽车和插电式混合动力汽车累计产销量达到50万辆，到2020年超过500万辆；2015年当年生产的乘用车平均燃料消耗量降至每百公里6.9升，到2020年降至5.0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。
1．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：⑴、处于油耗低、污染少
⑵、方便回收制动时、下坡时、怠速时的能量。
⑶、拥有关停内燃机，由电池单独驱动，实现“零”排放。
⑷、降低成本。
缺点:长距离高速行驶基本不能省油。
2．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1/3，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2～3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：⑴、零排放或近似零排放。
⑵、减少了机油泄露带来的水污染。
⑶、降低了温室气体的排放。
⑷、提高了燃油经济性。
⑸、提高了发动机燃烧效率。
⑹、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20%。
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：⑴、成本过高
⑵、存储和运输按照目前技术条件来说非常困难
⑶、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。
5、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，CO 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。
6、甲醇汽车
即用甲醇代替石油燃料的汽车[3]。
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
1、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。　
2、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。　
3、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70000r/min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。　
4、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2009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。　
1、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。
2、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40%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。
4、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1,140万座，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，20 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
[1] 新能源汽车 百度百科
[2] 张瑞吟 中国新能源汽车产业发展现状与技术瓶颈 《集成电路应用》杂志2012年第12期