新能源汽车论文

1 浅析新能源汽车 目录 摘要 3 一 新能源汽车研究的背景 3 概念 3 2 背景 3 二 新能源汽车研究的目的和意义 4 目的 4 意义 4 三 新能源汽车的技术 6 混合动力 6 天然气车 8 纯电动车 9 燃料电池 10 四 新能源汽车的发展前景 13 五 未来的发展趋势 14 六 目前面临的问题 15 七 总结 17 摘要 在全球能源短缺 提倡清洁能源的大背景下 新能源汽车是汽车行业 发展的必然选择 从新能源汽车兴起的背景出发 提出我国新能源汽车发 展的挑战和促进我国新能源汽车巅峰相关措施 对我国新能源汽车的发展 有重要意义 3 1 新能源汽车发展的背景 1 新能源汽车的概念 新能源又称非常规能源 是指传统能源之外的的各种能源形式 新 能源汽车是相对于传统汽车提出来的 传统的汽车是以汽油 柴油为燃料 而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 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 具有新动力系统的汽车 目前在工程上可 实现的新能源汽车技术包括 混合动力 天然气车 纯电动车和燃料电池 同时新能源汽车被认为是现阶段减少空气污染和减缓能源短缺的有效方式 2 新能源汽车的研究背景 世界性的石油紧缺 开发新能源是未来时期广为关注的研究课题 新 能源的研发和应用会直接影响到汽车行业的未来命运 率先生产出新能源 产品将成为利在当代 功在千秋的伟业 能源紧缺问题严重 全球石油资源储量的稀缺毋庸置疑 因此 发展 新能源汽车成为世界汽车发展的必然选择 由于石油价格不断飙升 新能 源汽车显示出使用成本低的优势 各大汽车制造厂商也看到了新能源汽车 的发展空间开始加大研发和推广的力度 全球环境保护的呼声日益高涨 新能源汽车能够满足更为苛刻的环保 要求 并且一定程度上抑制温室气体排放 我国在汽车产业飞速发展的今 天同时面临着严峻的环境挑战 以雾霭为主的环境污染已成为我国政府面 临的一大问题 因为汽车尾气的排放是我国环境污染的一个主要来源 针 4 对汽车尾气污染问题 世界多个国家和地区针对汽车尾气排放的标准液越 来越严格 而为了应对不断严格的汽车尾气排放标准 各大汽车厂商目前 主要采用改进发动机 提升效率的方法 也面临技术提升难度越来越大 此时 发展新能源汽车 代替常规汽车 可以从根本上解决汽车尾气排放 问题 从而改善空气质量 保护环境 2 新能源汽车的研究意义和目的 汽车工业是国民经济的支柱产业 并且汽车与人们的生活息息相关 已成为现代社会必不可少的组成成分 但是 以石油为燃料的传统的汽车 工业 在为人们提供快捷 舒适的交通工具的同时 增加了国民经济对化 石能源的依赖 加深了能源生产与消费之间的矛盾 随着资源与坏境双重 压力的持续增大 发展新能源汽车已成为未来汽车工业发展的方向 1 发展新能源汽车是缓解石油短缺的重要措施 发展新能源汽车 是减少对石油依赖 解决快速增长的能源需求与石油资源终将枯竭的矛盾 的必由之路 近年来 我国汽车市场发展迅速 2012 年乘用车产销量就已突破 1500 万辆 加之我国正处于工业化 城市化和机动化的重要阶段 汽车需 求的快速增长难以避免 且汽车消费市场还有相当大的发展空间 因此 大力发展新能源汽车是缓解我国石油短缺 降低石油对外依存度的重要措 施 二 发展新能源汽车是降低环境污染的有效途径 新能源汽车与 传统汽车相比 具有良好的环保性能 不仅排放低 而且效率高 近年来 世界各国高度关注温室气体排放和气候变化问题 我国虽然 5 是发展中国家 但由于我国的高速发展 目前也面临着严峻的环境问题 我国如果能在新能源汽车领域率先实现突破 将会改变我国在气候变化上 的被动地位 并为全球解决日益严重的能源环境问题作出积极贡献 3 发展新能源汽车是汽车工业发展的必由之路 新能源汽车将催 生汽车动力技术的一场革命 并必将带动汽车产业升级 建立新型的国民 经济战略产业 是汽车工业发展的必由之路 4 发展新能源汽车 电动车 是智能电网建设的重要内容 传统 的电力系统 实际用电负荷的波动性与发电机组额定工况下所要求的用电 负荷稳定性之间存在固有矛盾 如何处理电力系统的峰谷差一直是电网企 业头疼的问题 我国电力装机已突破 8 亿千瓦 并将持续增长 然而许多机组是为了 应对电力系统短时间的峰值负荷而建设的 如果措施得法 建设 6 亿千瓦 的装机容量就够用了 可以预计 作为智能电网建设的重要组成部分 电 动车的发展能协助解决这一问题 5 新能源汽车研究的目的 立足于化学学科对能源知识的学习 利用原电池原理和电解池原理 结合个人兴趣爱好 并借助研究性学习 深入了解新能源汽车 了解新能 源汽车的动力系统 活学活用化学学科的知识 尽我们所能 尽可能的透 彻研究动力系统 尤其是纯电动车和混合动力 并根据研究结果运用到日 常生活中去 形成环保选车 环保出行的意识 三 新能源汽车的技术 一 混合动力汽车 6 1 概念 混合动力车辆是指使用两种或以上能源的车辆 目前的混合动力车多 数以内燃机及电动机推动 此类混合动力车叫油电混合动力车 Hybrid electric vehicle 简称 HEV 多数油电混合动力车使用燃油 因消耗燃油较 少 且性能表现不错 被视为比一般由内燃引擎发动车辆更为环保的选择 近年有的车辆可以从输电网络上向内部电池充电 叫插电式混合动力汽车 Plug in hybrid 简称 PHEV 若发电厂使用可再生能源或碳排放量低的发 电方式 那就可以进一步降低碳排放量 2 分类 混合动力汽车的种类目前主要有 3 种 一种是以发动机为主动力 电 动马达作为辅助动力的 并联方式 这种方式主要以发动机驱动行驶 利用电动马达所具有的再启动时产生强大动力的特征 在汽车起步 加速 等发动机燃油消耗较大时 用电动马达辅助驱动的方式来降低发动机的油 耗 这种方式的结构比较简单 只需要在汽车上增加电动马达和电瓶 另 外一种是在低速时只靠电动马达驱动行驶 速度提高时发动机和电动马达 相配合驱动的 串 并联方式 启动和低速时是只靠电动马达驱动行驶 当速度提高时 由发动机和电动马达共同高效地分担动力 这种方式需要 动力分担装置和发电机等 因此结构复杂 还有一种是只用电动马达驱动 行驶的电动汽车 串联方式 发动机只作为电力的动力源 汽车靠电动 马达驱动行驶 3 工作原理 混合动力电动汽车的动力系统主要由控制系统 驱动系统 辅助动力 7 系统和电池组等部分构成 以串联混合动力电动汽车为例 介绍一下混合动力电动汽车的工作原 理 在车辆行驶之初 电池组处于电量饱满状态 其能量输出可以满足车 辆要求 辅助动力系统不需要工作 电池电量低于 60 时 辅助动力系统 起动 当车辆能量需求较大时 辅助动力系统与电池组同时为驱动系统提 供能量 当车辆能量需求较小时 辅助动力系统为驱动系统提供能量的 同时 还给电池组进行充电 由于电池组的存在 使发动机工作在一个相 对稳定的工况 使其排放得到改善 混合动力汽车采用能够满足汽车巡航需要的小排量发动机 依靠电动 机或其它辅助装置提供加速与爬坡所需的附加动力 其结果是提高了总体 效率 同时并未牺牲性能 混合动力车装配可回收制动能量装置 在传统 汽车中 当司机踩制动时 这种本可用来给汽车加速的能量作为热量被白 白浪费 而混合动力车却能回收大部分这些能量 并将其暂时贮存起来供 加速时再用 混合动力车通过对动力系统的智能控制来取得最大的效率 比如在公路上巡航时使用汽油发动机 而在低速行驶时 可以单靠电机驱 动 不用汽油发动机辅助 某些情况下 两者相结合以获得最有效率 5 优 缺点 混合动力汽车通过把内燃机和电动机的巧妙结合 取得了效率的最优 在保证动力的足够输出的前提下 有效节省燃油 其二 在目前充电站并 未大规模建成的情况下 混合动力汽车可继续依靠现有加油站来保证它的 8 正常使用 但混合动力汽车还存在一定的技术问题 电池效率和成本还有 待进一步优化 以降低实际使用成本 来实现大规模推广使用 2 天然气车 1 概念 简单地说 天然气汽车是以天然气为燃料的一种气体燃料汽车 天然 气的甲烷含量一般在 90 以上 是一种很好的汽车发动机燃料 目前 天 然气被世界公认为是最为现实和技术上比较成熟的车用汽油 柴油的代用 燃料 2 天然气车的工作原理 目前 国内外汽车使用天然气时 都是将原来的燃油发动机进行改装 以适应燃烧天然气 按燃烧天然气的特点专门设计 制造的发动机还比较 少 天然气车的工作原理根据工作原理的不同 改用天然气的工作方式有 以下几种 1 汽油车的改装使用天然气作为燃料的工作原理与原来的汽 油机相同 将高压气瓶中储存的天然气经过减压后送到混合器中 在此与 空气混合 进入气缸 使用原汽油机的点火系统中的火花塞点火 原汽油 机的压缩比不变 原发动机结构基本不变 只是另外加上天然气的储气瓶 减压阀及相应的开关 2 柴油汽车的改装有两类方法 第一类是原柴油 机结构基本不变 按电点火方式改装 即按汽油机工作原理工作 第二种 是原柴油机的燃料系统不变 再加上和上面相同的天然气燃料系统 一般 压缩比不变 发动机气缸吸入空气和天然气的混合气后 由原来的柴油喷 油器喷入少量的柴油作引燃用 柴油压燃着火后 点燃可燃混合气进行工 作 这就是双燃料天然气发动机 9 3 天然气车的优缺点 优点 天然气汽车是清洁燃料汽车 天然气汽车有显著的经济效益 可降低汽车营运成本 比汽油汽车更安全 首先与汽油相比 压缩天然气本身就是比较安 全的燃料 天然气燃点高 与汽油相比不易点燃 密度低 很难形成遇火燃 烧的浓度 辛烷值高 抗爆性能好 爆炸极限窄 天然气燃烧困难 其次 压缩天然气汽车所用的配件比汽油车要求更高 缺点 cng 汽车的动力性略有降低 燃用天然气时 动力性略下降 5 15 改装一次性投资较大 目前 改装一辆 cng 汽车大约需 4000 6000 元 不过随着日后技术的不断进步 费用会继续降低 3 纯电动车 1 概念 指以事前已充满电的蓄电池供电给电动机 由电动机推动的车辆 但这不代表电动车不会产生污染或排碳 在产生电力给纯电动车驱动的过 程中 视发电方式不同而会有不同程度的污染及碳排放 在制造过程 纯 电动车产生的碳排放量也较多 主要体现在电池的制造上 电池的生产过 程会产生大量二氧化碳 占整个生产过程的 43 大大增加纯电动车的排 碳量 2 增程式电动车 10 增程式电动车 是搭载了增程器能发电的电动汽车 电力由增程器 燃油发电机 或外接电源提供 其传到变速箱上的动力完全由电动机提 供 这种方式较好地解决了目前电动车行驶距离短 约 100 公里 的问题 可将单次行驶里程提升到近 500 公里 Volt 3 纯电动车工作原理 电动汽车由电力驱动及控制系统 驱动力传动等机械系统构成 电 力驱动及控制系统是电动汽车的核心 也是区别于内燃机汽车的最大不同 点 电力驱动及控制系统由驱动电动机 电源和电动机的调速控制装置等 组成 电动汽车的其他装置基本与内燃机汽车相同纯电动车所用的电池多 是镍氢电池 Ni MH 或锂离子电 Li ion 可回收再用 4 纯电动车的优缺点 1 环境污染小 这是电动汽车最突出的优点 电动汽车使用过程中不会产生废气 与传统 汽车相比根本不存在大气污染的问题 因为电力来源是多样化的 许多能 源像水能 风能 太阳能 潮汐能 核能都可以高效地转化为电能 也就 是说使用电动汽车还是减小了绝大部分空气污染 此外 如果避开用电高 峰夜间充电 那还可以进一步减少能源的浪费 2 无噪音 噪声低 这是电动汽车最直观的特点 与燃油车相比 电动汽车在这方面有绝 对的优势 它在行驶运行中基本是宁静的 特别适合在需要降低噪声污染 的城市道路行驶 3 高效率 11 这是电动汽车能源利用方面最显著的特点 在城市中 道路上车辆行 驶较多 而且经常遇到红绿灯 车辆必须不断的停车和启动 对于传统燃 油汽车而言 这不仅意味着消耗大量能源 而且也意味着更多汽车尾气排 出 而使用电动汽车 减速停车时 可以将车辆的动能通过磁电效应 再生 地转化为电能并贮存在蓄电池或其他储能器中 这样在停车时 就不必让电机空转 可以大大提高能源的使用效率 减少空气污染 4 结构简单 使用维修方便 经久耐用 这是电动汽车运行成本方面的最大亮点 与传统燃油汽车相比 电动 汽车容易操纵 结构简单 运转传动部件相较对少 无需更换机油 油泵 消声装置等 也无需添加冷却水 维修保养工作量少 如果有好的蓄电池 它的使用寿命也比燃油车长 5 使用范围广 不受所处环境影响 这是电动汽车另一优势所在 在特殊场合 比如不通风 冬天低温 场所 或者高海拔缺氧的地方 内燃机车要么不能工作 要么效率降低 而电动车则完全不受影响 4 燃料电池汽车 1 概念 燃料电池 Fuel cell 是一种主要透过氧或其他氧化剂进行氧化还原 反应 把燃料中的化学能转换成电能的电池 而最常见的燃料为氢 一些 碳氢化合物天然气 甲烷 有时亦会作燃料使用 燃料电池有别于原电池 因为需要穏定的氧和燃料来源 以确保其运作供电 燃料电池的化学反应 过程不会产生有害产物 因此 燃料气车也是无污染汽车 从能源的利用 12 和环境保护方面 燃料电池汽车是一种理想的车辆 2 目前情况 虽然目前还没有可供商业销售的燃料电池车 但自 2009 年以来已发 布超过了 20 款类型的 FCEVs 的原型车和示范车 且在北京奥运会上 有 20 辆氢燃料电池车被投入运行 一些专家则认为燃料电池汽车将永远不会 被大规模使用 因为与其他技术相比 成本过高 安全性不够 3 燃料电池汽车的工作原理 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 甲醇 天然气和汽油也可以代替氢 不过将会产生极度少的二氧化 碳和氮氧化合物 但总的来说 这类化学反应除了电能就只产生水 因此 燃料电池汽车被称为 地道的环保车 燃料电池汽车的燃料电池的基本元件是两个电极夹着一层高分子薄膜 作为电解质 阴阳两极 除碳粉外也包含白金粉末 便于加快氧化反应 独立的燃料电池堆是不能应用于汽车的 它必须和燃料供给与燃料循 环系统 氧化剂供给系统 水 热管理系统和一个能控制各种开关和泵的控 制系统组成燃料电池发动机才对外输出功率 燃料供给和循环系统在提供 燃料的同时回收阳极尾气中未反应的燃料 目前最成熟的技术是以纯氢为 燃料 系统结构相对简单 仅由氢源 减压阀和循环回路组成 燃料电池电动汽车的主要电机有 1 永磁电机 2 无刷直流 电动机 3 开关磁阻电机 4 特种电机 4 燃料电池汽车的优点 13 1 零排放或近似零排放 2 减少了机油泄漏带来的水污染 3 降低了温室气体的排放 4 提高了燃油经济性 5 提高了发动机燃烧效率 6 运行平稳 无噪声 四 新能源汽车的发展前景 政府对新能源汽车的支持有目共睹 据 十二五 规划 中国未来 5 年将投入超过 1000 亿元资金 扶持新能源汽车发展 根据 节能与新能 源汽车产业发展规划 2015 年我国电动汽车累计销售要达到 50 万辆 2020 年达到 500 万辆 而由于中国电动汽车市场启动缓慢 包括公交车和 公用事业用车 2009 2011 年仅售出 1 3 万辆 1 9 月国内主要乘用车企业 已销售新能源汽车 6982 辆 结合我国的实际 预计新能源汽车 2015 年销 量将达 25 万辆 2020 年 300 万辆 相对于 2012 年 9000 多辆的水平 未 来新能源汽车的销量将增加近 27 倍 新能源汽车快速发展 能带动给整个汽车产业技术升级 也是实施国 家能源发展战略 建设资源节约型 环境友好型社会的重要举措之一 在 当前我国汽车产业结构调整振兴的关键时期 面对金融危机和国际市场普 遍萧条的影响 新能源汽车产业的发展不仅有助于弱势的中国汽车产业加 强自主创新 形成新的竞争优势 而且其潜在的巨大市场对于形成以内需 为主导的经济发展模式也起到了举足轻重的作用 5 未来的发展趋势 14 1 我国发展节能与新能源汽车有较好的基础 我国发展新能源汽车 是应对节能减排重大挑战的需要 同时也是汽 车产业跨越式发展和提升国际竞争力的需要 我国传统汽车领域和国外相 比还比较落后 但在新能源汽车方面 我们和发达国家是战在同一个起跑 线上 我们有机会在新能源汽车领域与西方发达国家在一个平衡的层面上 创新 我国汽车工业以纯电驱动作为技术转型的主要战略方向 重点突破 电池 电机 和电控技术 推进纯电动汽车 插电式混合动力汽车产业化 实现汽车工业跨越式发展 到目前为止 共有 160 多款各类电动汽车进入 我国汽车产品公告 建成 30 多个电动汽车国家重点实验室等国家级别的 技术创新平台 制定电动汽车相关标准 40 多项 目前 我国电动汽车整 车已经进入规模化应用阶段 包括动力性 经济型 续驶里程 噪声等指 标已经达到国际水平 目前是城市公交 现在乘用车产品也越来越多 截 至 2010 年年底 已建设各种类型充电站大约 100 座 充电桩 300 多个 2 发展新能源汽车已成为世界各国的共识 目前 全球能源和环境系统面临巨大的挑战 汽车作为石油消耗和二 氧化碳排放的大户 需要进行革命性的变革 目前全球新能源汽车发展已 经形成了共识 从长期来看 包括纯电动 燃料电池技术在内的纯电驱动 将是新能源汽车的主要技术方向 短期内 油电混合 插电式混合动力将 是重要的过度路线 3 2012 以后将是电动车高潮 事实上自金融危机以来 经济和能源 环境压力重叠 某种程度上加 速了汽车能源动力系统的电气化步伐 平心而论 全球各大汽车企业 在 15 主要的新能源汽车技术上 其实都有不少投入和技术储备 这也是金融危 机后 各个企业能够快速产品 转向 的根本原因 2012 年前后迎来国际 电动汽车产业化发展的一次高潮 电动汽车一旦取得市场突破 必将对国 际汽车产业格局产生巨大而深远的影响 因此顺应国际汽车工业发展潮流 把握交通能源动力系统转型的战略机遇 坚持自主创新 动员各方面的力 量 加快推动电动汽车产业发展 对抢占未来汽车产业竞争制高点 实现 我国汽车工业有大变强和自主发展至关重要 也十分紧迫 4 各国政府加大政策支持力度 加快电动汽车产业化 政府加大对消费者的政策激励 加快电动汽车的市场培育 各国政府 实行不同政策已达到政策支持的目的 另一方面 政府通过加大信贷支持 等措施 鼓励整车企业加快电动汽车产业化 尤其美国政府对电动汽车生 产予以贷款资助 5 清洁替代燃料汽车 燃料供应丰富地区理想的汽车解决方案 6 混合动力汽车 现阶段节能环保汽车较现实的解决方案 7 电动汽车 未来真正的节能环保汽车解决方案 6 目前面临的问题 1 缺少行业统一标准 目前新能源汽车除了混合动力之外 纯电动车及其他代用燃料车尚 无统一行业标准 目前在很大程度上继续沿用传统的整车测试标准 已不 能满足新能源汽车的要求 尤其是在动力系统集成及通讯服务接口方面很 难达到统一 二 政策补贴难以发放到位 16 财政部对于新能源汽车的补贴预算为 50 亿元 并且按照当初计划 如果补贴实行效果不错 还会增加预算 但从目前销售情况来看 真正用 于私人购买新能源汽车 的财政补贴资金还不到 1 亿元 3 基础配套设施不完善 充电不便等现实的问题 使新能源汽车的一些优点可望而不可即 目前专业汽车充电站稀缺 而家庭用户又普遍没有安置电源的私人车库 小区里的私人停车位上也无家用电源 四 私家车充电桩建设困境 新能源车配备充电柜 很不容易 需要与有关部门协调安装 5 政策出台缓慢 新能源政策不落实 企业不敢过多进行研发和投资 毕竟企业所承 受的财力有限 业内人士认为 在新能源汽车的国家战略制定上 一些具 体的细则和标准迟迟不能出台 是本土汽车厂商研发新能源汽车步伐迟缓 的主要原因 六 技术突破尚需火候 新能源汽车在 2015 年之前不可能有真正的市场 只是一个示范市场 是一个产品不断改进的市场 据中国汽车技术研究中心技术专家分析 对于新能源汽车来说 电池技术是主要瓶颈 另外如何保证由电机系统组 成的动力总成与整车匹配 也是亟待解决的技术问题 并且相关引导政策 的缺位现象比较突出 七 产业链配套尚未形成体系 对于新能源汽车来说 供应商的地位将远比传统燃油车时代重要 17 电池 电机 电控等三大电动车核心零部件 将会占电动车整车成本的 70 以 上 掌握核心技术的供应商无疑会在整个产业链中占据主导权 八 各方利益关系需协调 除了现在经常强调的技术突破以及消费补贴外 迫切需要解决的课题 其实是协调新能源汽车参与主体的利益关系 七 总结 新能源汽车的发展将继续延续下去 并将成为主流 汽车也将摆脱 内燃机的驱动 由电动机代替 但目前电动车使用环境尚显羞涩 个人消 费市场的开拓始终严峻 其二 电动车技术看似吸引人 但在整体技术水 平还参差不齐的环境下 未必是节能环保的最佳选择 因此无论是成本问 题还是技术攻关方面 电动车技术还是有一段路要走 混合动力始终绕不 过 而天然气车仅作为一种减少污染排放的选择 燃料电池也难以成为市 场主流