汽車新能源技術(shù)應(yīng)用畢業(yè)論文

1、<p>　　汽車新能源技術(shù)應(yīng)用論文</p><p>　　學(xué) 院： 汽車與交通工程學(xué)院 </p><p>　　專 業(yè)： 車輛工程 </p><p>　　班 級： 車輛工程105班 </p><p>　　學(xué) 號： </p><

2、p><b>　　摘 要</b></p><p>　　新能源汽車是指采用非常規(guī)的車用燃料作為動力來源（或使用常規(guī)的車用燃料、采用新型車載動力裝置），綜合車輛的動力控制和驅(qū)動方面的先進技術(shù)，形成的技術(shù)原理先進、具有新技術(shù)、新結(jié)構(gòu)的汽車。新能源汽車包括混合動力汽車（HEV）、純電動汽車（BEV，包括太陽能汽車）、燃料電池電動汽車（FCEV）、氫發(fā)動機汽車、其它新能源（如高效儲能器、二甲醚）

3、汽車等各類別產(chǎn)品。</p><p>　　汽車新能源技術(shù)繁多,新能源汽車發(fā)展方向如何。本課題以此為出發(fā)點,著重分析目前主要的新能源汽車技術(shù)以及這些技術(shù)的優(yōu)缺點,得出電動汽車將是未來發(fā)展趨勢。然后探討電動汽車充電站整車充電、更換電池兩種運營模式,最終得出未來充電站將以更換電池為主，整車充電為輔的主流模式。</p><p>　　關(guān)鍵詞：新能源汽車；新技術(shù)；發(fā)展趨勢；充電站</p>

4、<p><b>　　Abstract</b></p><p>　　New energy vehicles refers to the vehicles of using unconventional vehicle fuels as a power source (or the use of conventional motor vehicle fuels but using ne

5、w-vehicle power unit), integrated with the power control and advanced drive technology, thus forming the kind of vehicles that have the advantages of advanced technical principles, new technology and new structure. New e

6、nergy vehicles, including hybrid electric vehicles (HEV), pure electric vehicles (BEV, including solar car), fuel cell el</p><p>　　Automobile new energy technology is various and what is the direction of new

7、 energy vehicle development. This article is on the basis of what is mentioned above as a starting point, focusing on the analysis of the current main new energy vehicle technologies and the advantages and disadvantages

8、of them to draw the conclusion that electric vehicles will be a trend in the future development; then explores the two operating modes of vehicle charging station ,that is electric vehicle charging statio</p><

9、p>　　Keywords: new energy vehicles; new technology; development trends; charging station</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　1 緒論1</b></p><p>　　2 汽車新能源技術(shù)的種類

10、2</p><p>　　2.1 天然氣汽車2</p><p>　　2.1.1 CNG—汽油兩用燃料汽車2</p><p>　　2.1.2 電控噴射天然氣汽車3</p><p>　　2.2 液化石油氣汽車4</p><p>　　2.3 醇類汽車4</p><p>　　2.4 氫燃料汽車

11、5</p><p><b>　　2.5電動汽車5</b></p><p>　　2.5.1 純電動汽車6</p><p>　　2.5.2 混合動力電動汽車7</p><p>　　2.5.3 燃料電池電動汽車8</p><p>　　3 汽車新能源技術(shù)的主要比較10</p>&l

12、t;p>　　3.1 各種新能源汽車技術(shù)的特點分析10</p><p>　　3.1.1 天然氣汽車10</p><p>　　3.1.2 醇類燃料汽車10</p><p>　　3.1.3 氫燃料汽車10</p><p>　　3.1.4 混合動力汽車11</p><p>　　3.1.5 燃料電池汽車11&l

13、t;/p><p>　　3.1.6 純電動汽車11</p><p>　　3.2 能量轉(zhuǎn)化效率的比較11</p><p>　　3.3 減少耗油量的比較12</p><p>　　3.4 減少碳排放的比較12</p><p>　　3.5 綜合比較13</p><p>　　3.6 電動汽車的應(yīng)用缺陷

14、和瓶頸13</p><p>　　4 電動汽車應(yīng)用的解決方式14</p><p>　　4.1 整車充電模式14</p><p>　　4.1.1 常規(guī)充電14</p><p>　　4.1.2 快速充電14</p><p>　　4.2 更換電池模式15</p><p>　　4.2.1 電池

15、租賃15</p><p>　　4.2.2 電池的快速更換15</p><p>　　4.2.3 電池的維護15</p><p>　　5 未來電動汽車充電站的發(fā)展方向16</p><p>　　5.1 整車充電中的慢速充電方式可以充分利用16</p><p>　　5.2 換電池模式屬于能源新物流模式16</

16、p><p>　　5.3 整車充電中的快充大量發(fā)展將使得電網(wǎng)諧波污染問題突出16</p><p>　　6 結(jié) 論17</p><p><b>　　參考文獻18</b></p><p><b>　　致 謝19</b></p><p><b>　　1 緒論<

17、;/b></p><p>　　目前，各國能源消費依然嚴(yán)重依賴石油，而石油儲量有限的事實向全球經(jīng)濟發(fā)展提出了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。自2006年起，中國取代日本成為僅次于美國的世界第二大新車消費市場。中國能源問題已經(jīng)成為國民經(jīng)濟發(fā)展的戰(zhàn)略問題，并成為中國能源安全戰(zhàn)略的核心內(nèi)容。汽車能源消耗不僅是造成全球石油短缺的主要原因，也是環(huán)境污染和全球溫室氣體排放的重要原因。目前有80％以上的一氧化碳、40％以上的氮氧化物以及20％

18、～30％的城市顆粒污染物，均來自于機動車尾氣的排放。環(huán)境污染的問題越來越引起我國的重視，實現(xiàn)交通能源動力系統(tǒng)轉(zhuǎn)型、發(fā)展新能源汽車將是未來汽車行業(yè)發(fā)展的主要方向[1]。</p><p>　　歐、美、日各國把發(fā)展新能源汽車作為解決目前能源短缺的重要途徑，但在不同時期的新能源汽車技術(shù)路徑是不同的?？偟膩砜?，新能源汽車發(fā)展趨勢可歸納為：能源逐漸由化石燃料向可再生、低排放甚至零排放的能源形式過渡是基本趨勢，電能、生物燃料和

19、氫能將是汽車能源的最終解決方案。但在電能、生物燃料和氫能最終替代化石燃料前，汽車能源呈現(xiàn)多元化局面。新能源汽車技術(shù)將出現(xiàn)多種技術(shù)共存的的局面，先進汽油車、先進柴油車、混合動力汽車、純電動汽車、天燃氣汽車、醇類燃料汽車、燃料電池汽車都將占據(jù)一定的市場份額。</p><p>　　但是由于目前汽車新能源汽車技術(shù)繁多，每個國家在新能源汽車領(lǐng)域發(fā)展方向有所不同。本課題以此為出發(fā)點，著重分析目前新能源汽車技術(shù)優(yōu)缺點，并最終得

20、出電動汽車將是未來發(fā)展趨勢。然而,電動汽車由于目前在蓄電池技術(shù)上存在著續(xù)航能力不足，充電時間過長等問題。通過分析本課題最終提出解決這一問題的主要方案就是加快充電站的建設(shè)，并且充電站建設(shè)將是以更換電池為主，整車充電為輔的運營模式。</p><p>　　2 汽車新能源技術(shù)的種類</p><p><b>　　2.1 天然氣汽車</b></p><p>

21、;　　天然氣汽車又被稱為“藍色動力”汽車，由于天然氣儲量在我國非?？捎^，加上近幾年國家的大力開發(fā)以及天然氣管道網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的完逐步完善，天然氣汽車將是未來十幾年新能源發(fā)展的主要過渡產(chǎn)品。目前按存儲天然氣的壓力和形態(tài)可分為：壓縮天然氣汽車、常壓天然氣汽車、液化天然氣汽車、吸附天然氣汽車。按燃料的組成與應(yīng)用可分為：單燃料汽車、CNG—汽油兩用燃料汽車、CNG—柴油雙燃料汽車。按燃料供給的控制方式分為：機械控制式天然氣汽車、機電聯(lián)合控制式天然氣汽

22、車、電控式天然氣汽車。</p><p>　　目前各國天然氣加氣站基本上沒有形成網(wǎng)絡(luò)，所以，壓縮天然氣汽車大部分是在汽油機或柴油機的基礎(chǔ)上改造的兩用燃料汽車。目前廣泛使用的就是CNG—汽油兩用燃料汽車。</p><p>　　2.1.1 CNG—汽油兩用燃料汽車</p><p>　　所謂的CNG—汽油兩用燃料汽車，就是將原來的燃料供給系統(tǒng)保留不變，增加一套“車用壓縮天然

23、氣裝置。改裝后的汽車油氣兩種燃料轉(zhuǎn)換非常方便，即可使用原來的汽油工作，也可以用天然氣工作，但不能同時使用。“車用壓縮天然氣裝置”由天然氣儲氣系統(tǒng)、天然氣供給系統(tǒng)、油氣燃料轉(zhuǎn)換系統(tǒng)3個系統(tǒng)組成。天然氣儲氣系統(tǒng)主要由充氣閥、高壓截止閥、天然氣儲氣瓶、高壓管線、高壓接頭、壓力傳感器及氣量顯示器等組成；天然氣供給系統(tǒng)主要由天然氣濾清器、天然氣高壓電磁閥、減壓調(diào)節(jié)閥、混合器等組成；油氣燃料轉(zhuǎn)換系統(tǒng)主要由油氣燃料轉(zhuǎn)換開關(guān)、天然氣電磁閥、汽油電磁閥等

24、組成[2]。</p><p>　　目前我國使用的CNG汽車,有機械控制式和機電控制式兩大類。機電控制式車用壓縮天然氣裝置工作原理方塊圖如圖2.1所示。充氣站將壓縮天然氣,通過充氣閥充入儲氣瓶至20mpa。當(dāng)使用天然氣作燃料時，手動截止閥打開，安裝在駕駛室內(nèi)的汽油燃料轉(zhuǎn)換開關(guān)扳到“氣”的位置，此時天燃氣電磁閥打開，汽油電磁閥關(guān)閉，儲氣瓶內(nèi)的20mpa高壓天然氣通過高壓管路進入減壓調(diào)節(jié)器減壓，再通過低壓管路、動力閥，

25、進入混合器，并與經(jīng)空氣濾清器進入的空氣混合，經(jīng)化油器通道進入發(fā)動機氣缸燃燒。減壓調(diào)節(jié)器與混合器相匹配，根據(jù)發(fā)動機的各種不同工況產(chǎn)生不同的真空度，自動調(diào)節(jié)減壓調(diào)節(jié)器的供氣量，并使天然氣與空氣均勻混合，滿足發(fā)動機不同工況的使用要求。</p><p>　　圖2.1 CNG—汽油兩用燃料汽車工作原理方塊圖</p><p>　　當(dāng)使用汽油作燃料時，將油氣燃料轉(zhuǎn)換開關(guān)扳到“油”的位置，此時天然氣電磁閥

26、關(guān)閉，汽油電磁閥打開，汽油通過汽油電磁閥進入化油器，并吸入氣缸燃料。有的CNG汽車用晶體管電動油泵代替汽油電磁閥，其性能基本相同。</p><p>　　2.1.2 電控噴射天然氣汽車</p><p>　　由目前市面上大部分汽車使用的汽車都是電控噴射的汽油車，因此汽油電噴兩用燃料發(fā)動機改裝系統(tǒng)應(yīng)運而生。</p><p>　　電控噴氣燃料供給形式有兩大類：缸外供氣方式和

27、缸內(nèi)供氣方式。缸外供氣方式是將氣體燃料噴射到進氣門之間的進氣道或進氣管中。缸內(nèi)噴射是指將氣體燃料直接噴到氣缸內(nèi)，噴氣閥裝在汽缸蓋上。 </p><p>　　從工作原理來看電控噴氣系統(tǒng)由空氣供給系統(tǒng)、燃氣供給系統(tǒng)和控制系統(tǒng)三大部分組成?？諝夤┙o系統(tǒng)主要包括空氣濾清器、進氣管和進氣歧管等。這些部件與一般發(fā)動機的空氣供給系統(tǒng)基本相同；燃氣供給系統(tǒng)主要包括儲氣瓶、燃氣過濾器、調(diào)壓器、噴氣閥和輸氣管線等；控制系統(tǒng)主要包括傳

28、感器、電控單元和執(zhí)行元件。在發(fā)動機運轉(zhuǎn)過程中，空氣自空氣濾清器吸入后，經(jīng)進氣管、節(jié)流閥體、進氣門，進入氣缸。氣體燃料從儲氣瓶輸出后，經(jīng)燃氣過濾器濾去雜質(zhì)，再經(jīng)過減壓閥降至所需求的壓力，最后電控系統(tǒng)中的電控單元根據(jù)各種傳感器隨時傳來的信息，經(jīng)過分析處理、計算出與發(fā)動機運行工況相對應(yīng)的最佳供氣量，并向燃氣供給系統(tǒng)中的噴氣閥發(fā)出控制指令。</p><p>　　2.2 液化石油氣汽車</p><p&g

29、t;　　液化石油氣(簡稱LPG)的主要成分是丙烷C3H8，此外還含有少量的丙烷C4H10，丙烷C3H6和丁烯C4H8，作為車用燃料來說，液化石油氣的能量密度比天然氣大，在中小型汽車上推廣比較容易。</p><p>　　目前，對于LPG加氣站不足的地區(qū)，還不具備發(fā)展純LPG汽車的條件，大多數(shù)國家仍以發(fā)展液化石油氣—汽油兩用燃料汽車為主。</p><p>　　由于液化氣和天然氣的性質(zhì)相似決定了

30、它們的結(jié)構(gòu)相似性，故液化石油氣汽車的主要專用部件與天然氣汽車大部分一致。液化石油氣汽車與天然氣汽車的主要區(qū)別在于液化石油氣汽車必須有蒸發(fā)調(diào)壓器。所謂LPG蒸發(fā)調(diào)壓器是集預(yù)熱、蒸發(fā)、減壓、調(diào)壓功能于一體，LPG被發(fā)動機冷卻水加熱后蒸發(fā)氣化，再經(jīng)減壓達到接近大氣壓時供發(fā)動機使用。</p><p><b>　　2.3 醇類汽車</b></p><p>　　醇類汽車就是以甲醇

31、、乙醇等醇類物質(zhì)為燃料的汽車，使用比較廣泛的是乙醇，乙醇來源廣泛，制取技術(shù)成熟，最新的一種利用纖維素原料生產(chǎn)乙醇的技術(shù)其可利用的原料幾乎包括了所有的農(nóng)林廢棄物、城市生活有機垃圾和工業(yè)有機廢棄物。目前醇類汽車多使用乙醇與汽油或柴油以任意比例摻和的靈活燃料驅(qū)動，既不需要改造發(fā)動機，又起到良好的節(jié)能、降污效果，但這種摻和燃料要獲得與汽油或柴油相當(dāng)?shù)墓β剩仨毤哟笕加蛧娚淞?，?dāng)摻醇率大于15%—20%時，應(yīng)改變發(fā)動機的壓縮比和點火提前角。乙醇燃

32、料理論空燃比低，對發(fā)動機進氣系統(tǒng)要求不高，自燃性能差，辛烷值高，有較高的抗爆性，揮發(fā)性好，混合氣分布均勻，熱效率較高，汽車尾氣污染可減少30%以上。</p><p>　　目前醇類燃料在汽車上的燃燒方式可分為摻燒和純燒兩種方式。</p><p>　　(1) 摻燒是目前醇類汽車使用的主要方式。因為使用方便并且無需對發(fā)動機做改動因此受到廣泛使用。</p><p>　　(2

33、) 在純燒醇類燃料時，應(yīng)對發(fā)動機進行必要的改動：①混合氣的形成裝置必須與醇較低的熱值及較少的空氣需要量相適應(yīng)；②加大輸油泵的供油能力，以避免氣阻；③采用高壓縮比以充分利用醇高辛烷值的特性；④更合適的混合氣形成裝置；⑤火花塞和火花塞間隙的選擇，壓縮比提高后，宜采用冷型火花塞；⑥解決冷啟動不利的因素；⑦加大燃料箱，以保證必要續(xù)航里程；⑧改善有關(guān)零部件的抗腐蝕性和抗溶脹性等。</p><p>　　目前醇類燃料在柴油車上

34、的使用比較復(fù)雜。由于醇類易于自然吸水且相對密度小于柴油，故與柴油的互溶性較差。此外，醇類十六烷值很低著火性能很差，使得醇類用作壓燃式發(fā)動機燃料比用作點燃式發(fā)動機燃料困難。因此再將醇類燃料在柴油車上使用時，必須采用預(yù)混的方法，就是在進氣管上加裝一個醇燃料引入器，將醇燃料引入器進入進氣管的醇燃料迅速霧化、蒸發(fā)并與空氣混合，壓縮行程接近終了時，柴油從噴油器噴入氣缸，引燃醇燃料空氣預(yù)混合氣。</p><p><b&

35、gt;　　2.4 氫燃料汽車</b></p><p>　　氫是清潔燃料，采用氫氣作燃料，只需略加改動常規(guī)火花塞點火式發(fā)動機，就可以使用。其燃燒效率比汽油高，混合氣可以較大程度地變稀，所需點火能量小，有利于節(jié)約燃料。氫氣也可以加入其它燃料(如CNG)中，用于提高效率和減少N02排放。氫的質(zhì)量能量密度是各種燃料中最高的一種，但體積能量密度最低，其最大的使用障礙是儲存和安全問題[3]。</p>

36、<p>　　汽車使用氫燃料較簡單的技術(shù)是在發(fā)動機進氣管里進行預(yù)混，經(jīng)過進氣道在進氣形成送入氣缸，由火花塞或電熱塞引燃，也可以用柴油引燃。由于氫的分子量很小，在等能量情況下，氣態(tài)氫比甲烷等其他氣體占的體積大，因此機外混合的容積效率低，功率只有原來石油燃料發(fā)動機的80%左右；混合氣在進氣行程進入氣缸，又經(jīng)過壓縮行程的作用，氫與空氣的混合時間時間較長，又較容易從外界創(chuàng)造條件促進混合氣混合均勻，因此混合氣的品質(zhì)容易保證，但這種汽車的

37、動力性較低，易產(chǎn)生回火，綜合性能較差。盡管預(yù)混技術(shù)簡單，發(fā)動機變動較小，也可以采用一些措施來提高發(fā)動機功率及避免回火，然而汽車的綜合性能難以達到較高水平。</p><p>　　理論分析、試驗結(jié)果及實踐經(jīng)驗都表明，采用缸內(nèi)形成混合氣的氫燃料汽車的動力性、熱效率及燃料經(jīng)濟性都明顯地優(yōu)于使用石油燃料的汽車。噴氫器是實現(xiàn)缸內(nèi)直噴的重要條件。壓縮行程開始后，氣缸內(nèi)氣體壓力是逐步上升的，在壓縮行程初期、中期或末期噴入缸內(nèi)氫氣

38、壓力也必須是不同的，壓力高低需要與缸內(nèi)氣體壓力相適應(yīng)。</p><p><b>　　2.5電動汽車</b></p><p>　　電動汽車是以電力作為能源，由電動機驅(qū)動的汽車。在外型上電動汽車與傳統(tǒng)的汽車并無顯著區(qū)別，它們的主要區(qū)別在于動力源和驅(qū)動系統(tǒng)。目前電動汽車的種類主要包括：純電動汽車、混合動力電動汽車以及燃料電池電動汽車三類。純電動汽車完全由蓄電池提供電能，經(jīng)過

39、電動機和驅(qū)動系統(tǒng)，驅(qū)動汽車行駛，如果一輛電動汽車同時采用電動機和發(fā)動機作為動力驅(qū)動系統(tǒng)，就構(gòu)成了所謂混合型電動汽車或稱混合動力汽車；如果采用燃料電池作為電源就稱為燃料電池汽車。</p><p>　　由于電能是二次能源，它可以來源于如風(fēng)能、水能、核能、熱能、太陽能、等多種方式，所以電動汽車是非常有發(fā)展前景的替代能源汽車。目前，制約電動汽車發(fā)展的主要因素為蓄電池技術(shù)。</p><p>　　2.

40、5.1 純電動汽車</p><p>　　目前純電動汽車系統(tǒng)主要由三個子系統(tǒng)組成(圖2.2)，即電力驅(qū)動子系統(tǒng)，能源子系統(tǒng)和輔助控制子系統(tǒng)。其中，電力驅(qū)動子系統(tǒng)由電控系統(tǒng)、電機、機械傳動系統(tǒng)和驅(qū)動車輪等部分組成；能源子系統(tǒng)由主電源和能量管理系統(tǒng)組成，能量管理系統(tǒng)是實現(xiàn)能源利用監(jiān)控、能量再生、協(xié)調(diào)控制等功能的關(guān)鍵部件；而輔助控制子系統(tǒng)(整車控制器)，它接受駕駛員的踏板信號和其它信號，然后作出相應(yīng)的判斷，控制各個部件作

41、出動作，驅(qū)動汽車正常行駛，并盡可能實現(xiàn)比較高的能量使用效率。電動汽車與傳統(tǒng)汽車相比結(jié)構(gòu)簡單。傳統(tǒng)汽車的動力是通過剛性聯(lián)軸器和傳動軸傳遞的，而電動汽車的能量則基本上是通過柔性的電線傳輸?shù)?，并且其電機及傳動系可以有多種不同的選擇，因此電動汽車各個部件的選擇和布置有很大的靈活性。 </p><p>　　圖2.2 電動汽車的基本結(jié)構(gòu)</p><p>　　(1) 電力驅(qū)動及控制系統(tǒng)是電動汽車的核心，

42、也是區(qū)別于內(nèi)燃機汽車的最大不同點。電力驅(qū)動及控制系統(tǒng)由驅(qū)動電機、電源和電機的調(diào)速控制裝置等組成。電動汽車的其它裝置基本與內(nèi)燃機汽車相同。電源為電動汽車的驅(qū)動電機提供電能，電機將電源的電能轉(zhuǎn)化為機械能，通過傳動裝置或直接驅(qū)動車輪和工作裝置。</p><p>　　(2) 驅(qū)動電機的作用是將電源的電能轉(zhuǎn)化為機械能，通過傳動裝置或直接驅(qū)動車輪和工作裝置。原來電動汽車上廣泛采用直流串激電機，但直流電機由于存在換向火花，比功

43、率較小、效率較低，維護保養(yǎng)工作量大，隨著電機技術(shù)和電機控制技術(shù)的發(fā)展，勢必逐漸被直流無刷電機(BCDM)、開關(guān)磁阻電機(SRM)和交流異步電機所取代[4]。</p><p>　　(3) 電機調(diào)速控制裝置是為電動汽車的變速和方向變換等設(shè)置的，其作用是控制電機的電壓或電流，完成電機的驅(qū)動扭矩和旋轉(zhuǎn)方向的控制。早期的電動汽車上，直流電機的調(diào)速采用串接電阻或改變電機磁場線圈的匝數(shù)來實現(xiàn)。因其調(diào)速是有級的，且會產(chǎn)生附加的能

44、量消耗或使用電機的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，現(xiàn)在已很少采用。目前電動汽車上應(yīng)用較廣泛的是晶閘管斬波調(diào)速，通過均勻地改變電機的端電壓，控制電機的電流來實現(xiàn)電機的無級調(diào)速[5]。在電子電力技術(shù)的不斷發(fā)展中，它也逐漸被其它電力晶體管斬波調(diào)速裝置所取代。從技術(shù)的發(fā)展來看，伴隨著新型驅(qū)動電機的應(yīng)用，電動汽車的調(diào)速控制轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷髂孀兗夹g(shù)的應(yīng)用，將成為必然的趨勢。在驅(qū)動電機的旋向變換控制中，直流電機依靠接觸器改變電樞或磁場的電流方向，實現(xiàn)電機的旋向變換，這使得電路復(fù)

45、雜、可靠性降低。當(dāng)采用交流異步電機驅(qū)動時，電機轉(zhuǎn)向的改變只需變換磁場三相電流的相序即可，可使控制電路簡化。此外，采用交流電機及其變頻調(diào)速控制技術(shù)，使電動汽車的制動能量回收控制更加方便，控制電路更加簡單。</p><p>　　(4) 電動汽車傳動裝置的作用是將電機的驅(qū)動扭矩傳給汽車的驅(qū)動軸，當(dāng)采用電力驅(qū)動時，傳動裝置的多數(shù)部件常?？梢院雎裕鐭o需傳統(tǒng)內(nèi)燃機汽車的離合器，因為電機可以帶負載起動。電動汽車也無需內(nèi)燃機汽

46、車變速器中的倒檔。因為驅(qū)動電機的旋向可以通過電路控制實現(xiàn)變換。當(dāng)采用電機無級調(diào)速控制時，電動汽車可以忽略傳統(tǒng)汽車的變速器。在采用電力驅(qū)動時，電動汽車也可以省略傳統(tǒng)內(nèi)燃機汽車傳動系統(tǒng)的差速器。</p><p>　　2.5.2 混合動力電動汽車</p><p>　　混合動力電動汽車是指包含兩種或兩種以上動力源并能協(xié)調(diào)工作的車輛。混合動力電動汽車充分利用各種動力源的優(yōu)點，通過自動控制形成最優(yōu)匹配

47、，通常其中一種動力源可以存儲另一種動力源的多余能量以及回收存儲車輛減速時的制動能，能將它們傳輸給傳動系統(tǒng)，供附件使用或用于協(xié)助驅(qū)動車輛[6]。混合動力電動汽車有串聯(lián)混合動力電動汽車、并聯(lián)混合動力電動汽車和混聯(lián)混合動力電動汽車三種類型。</p><p>　　(1) 串聯(lián)式混合動力系統(tǒng)：發(fā)動機輸出的機械能首先通過發(fā)電機轉(zhuǎn)化為電能，轉(zhuǎn)化后的電能一部分用來給蓄電池充電，另一部分經(jīng)由電動機和傳動裝置驅(qū)動車輪。盡管串聯(lián)式混合

48、動力的結(jié)構(gòu)簡單，但它需要三個驅(qū)動裝置：發(fā)動機、發(fā)電機和電動機。此外，該種混合方式的車輛的效率通常較低。</p><p>　　(2) 并聯(lián)式混合動力系統(tǒng)：采用發(fā)動機和電動機兩套獨立的驅(qū)動系統(tǒng)驅(qū)動車輪。發(fā)動機和電動機通常通過不同的離合器來驅(qū)動車輪，可以采用發(fā)動機單獨驅(qū)動、電動機單獨驅(qū)動或者發(fā)動機和電動機混合驅(qū)動三種工作模式。當(dāng)發(fā)動機提供的功率大于車輛所需驅(qū)動功率時或者當(dāng)車輛制動時，電動機工作于發(fā)電機狀態(tài)，給蓄電池充電

49、。與串聯(lián)式混合動力相比，它只需要兩個驅(qū)動裝置，即發(fā)動機和電動機。在蓄電池放完電之前，如果要得到相同的性能，并聯(lián)式比串聯(lián)式的發(fā)動機和電動機的尺寸要小。</p><p>　　(3) 混聯(lián)式混合動力系統(tǒng)：在結(jié)構(gòu)上綜合了串聯(lián)式和并聯(lián)式的特點。與串聯(lián)式相比，混聯(lián)混合動力電動汽車增加了機械動力的傳遞路線；與并聯(lián)式相比，它增加了電能的傳輸路線。盡管綜合了串、并聯(lián)的優(yōu)點，但其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本高。然而，隨著控制技術(shù)和制造技術(shù)的發(fā)展，

50、一些現(xiàn)代混合動力電動汽車更傾向于選擇這種結(jié)構(gòu)。</p><p>　　2.5.3 燃料電池電動汽車</p><p>　　燃料電池是一種把燃料氧化的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)換為電能的“發(fā)電裝置”，它能夠使用多種燃料，可以是石油燃料也可以是有機燃料，還可以使用包括再生燃料在內(nèi)的幾乎所有的含氫元素的燃料。燃料經(jīng)過轉(zhuǎn)化成為氫后，以氫作為燃料的燃料電池，它的能量轉(zhuǎn)換不受卡諾循環(huán)規(guī)律的限制，熱效率要高的多，可達到3

51、4%至40%。燃料電池在運行過程中，不需要復(fù)雜的機械傳動裝置，不需要潤滑劑且沒有振動與噪聲。</p><p>　　燃料電池依據(jù)其電解質(zhì)的性質(zhì)而分為不同的類型，每類燃料電池需要特殊的材料和燃料，且使用于其特殊的應(yīng)用。按電解質(zhì)劃分，燃料電池大致上可分為五類：①質(zhì)子交換膜燃料電池；②堿性燃料電池；③磷酸燃料電池；④溶化的碳酸鹽燃料電池；⑤固態(tài)氧化物燃料電池。</p><p>　　而目前的燃料電池

52、技術(shù)多以質(zhì)子交換膜燃料電池為主。質(zhì)子交換膜燃料電池的關(guān)鍵材料與部件為：①電催化劑；②電極（陰極與陽極）；③質(zhì)子交換膜；④ 雙極板。</p><p>　　氫燃料電池在工作時，氫在陽極被轉(zhuǎn)變成氫離子的同時釋放出電子，電子通過外電路回到電池陰極，與此同時，氫離子則通過電池內(nèi)部高分子膜電解質(zhì)到達陰極。在陰極，氧氣轉(zhuǎn)變?yōu)檠踉樱踉拥玫綇年枠O傳過來的電子變成氧離子，和氫離子結(jié)合生成水。因此電子在外電路行成直流電，只要源源

53、不斷地向燃料電池陽極和陰極提供供給氫氣和氧氣，就可以向外電路的負載連續(xù)的輸出電能。</p><p>　　3 汽車新能源技術(shù)的主要比較</p><p>　　3.1 各種新能源汽車技術(shù)的特點分析</p><p>　　由于目前汽車新能源技術(shù)繁多，發(fā)展進度又有所不同，并且在使用中也存在著很多問題。因此以下將對各種汽車新能源技術(shù)的特點加以分析、總結(jié)。</p>&

54、lt;p>　　3.1.1 天然氣汽車</p><p>　　天然氣汽車由于使用的天然氣在我國儲量非常豐富,加上近幾年國家的大量開發(fā)以及天然氣管道網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的完善性，天然氣汽車將得到長足性的發(fā)展。</p><p>　　優(yōu)點：①天然氣在我國儲量豐富，可廣泛使用。②天然氣管道網(wǎng)絡(luò)建設(shè)完善，加氣站的建設(shè)成本大大降低。③普通燃油汽車改裝成天然氣汽車成本較低且技術(shù)成熟。④天然氣汽車與普通燃油汽車百公

55、里使用成本相比，天然氣汽車較低。⑤ 從排放上來說，天然氣汽車排放廢棄物較少。</p><p>　　缺點：①天然氣的能量密度低，使得隨車一次儲存的燃料所能維持的續(xù)駛里程明顯縮短。②動力性較差。</p><p>　　3.1.2 醇類燃料汽車</p><p>　　由于醇類燃料是可再生資源，它的制取可以通過生物發(fā)酵制取，從而得到很多國家的廣泛應(yīng)用。由于乙醇再運用中可將其摻入

56、汽油使用，所以可以大大減少石油的使用。</p><p>　　優(yōu)點：①可再生，具有長期使用的價值。②廢氣排放在理論計算上幾乎可忽略為零。③使用方便，辛烷值高。</p><p>　　缺點：①具有一定的金屬腐蝕性。②熱值較低。</p><p>　　3.1.3 氫燃料汽車</p><p>　　氫燃料汽車是一種真正實現(xiàn)零排放的交通工具，排放出的是純凈水

57、，它具有無污染，零排放，制取原料豐富等優(yōu)勢。因此，氫燃料汽車是傳統(tǒng)汽車最理想的替代方案。但是與傳統(tǒng)動力汽車相比，氫動力汽車成本至少高出20%。</p><p>　　優(yōu)點：①排放物是純水，行駛時不產(chǎn)生任何污染物。②氫極易點燃，火焰?zhèn)鞑ヌ匦暂^好，容易實現(xiàn)稀薄燃燒。</p><p>　　缺點：①氫的沸點為很低且常溫下為氣體，攜帶性和安全性差。②氫氣在汽車上的存儲相當(dāng)不便。③動力性較差。④氫的制取

58、較為復(fù)雜且制取成本過高。</p><p>　　3.1.4 混合動力汽車</p><p>　　由于目前純電動汽車在使用中受到電池續(xù)航能力以及充電設(shè)施建設(shè)不完善，因此在傳統(tǒng)能源汽車向純電動汽車過渡這段時期，混合動力汽車起著關(guān)鍵的作用。</p><p>　　優(yōu)點：①采用混合動力后可按平均需要的功率來確定內(nèi)燃機的最大功率，此時處于油耗低、污染少的最優(yōu)工況下工作。需要大功率內(nèi)

59、燃機功率不足時，由電池來補充；負荷少時，富余的功率可發(fā)電給電池充電，由于內(nèi)燃機可持續(xù)工作，電池又可以不斷得到充電，故其行程和普通汽車一樣。②因為有了電池，可以十分方便地回收制動時、下坡時、怠速時的能量。③在繁華市區(qū)，可關(guān)停內(nèi)燃機，由電池單獨驅(qū)動，實現(xiàn)“零”排放。④有了內(nèi)燃機可以十分方便地解決耗能大的空調(diào)、取暖、除霜等純電動汽車遇到的難題。⑤可以利用現(xiàn)有的加油站加油，不必再投資。⑥可讓電池保持在良好的工作狀態(tài)，不發(fā)生過充、過放，延長其使用

60、壽命，降低成本。</p><p>　　缺點：長距離高速行駛基本不能省油。</p><p>　　3.1.5 燃料電池汽車</p><p>　　氫燃料電池汽車中最重要的技術(shù)就是質(zhì)子交換膜，由于現(xiàn)在質(zhì)子交換膜造價較高且技術(shù)大部分掌握在少數(shù)國家里，因此氫燃料電池在應(yīng)用普及方面受到了很大的限制。</p><p>　　優(yōu)點：①運行平穩(wěn)、無噪聲。②能源來源

61、廣泛，可以是氫氣、甲烷、乙醇等。③以氫作為燃料的燃料電池，它的能量轉(zhuǎn)化不受卡諾循環(huán)規(guī)律的限制，熱效率較高。</p><p>　　缺點：①質(zhì)子交換膜成本過高。②氫的制取成本過高。③加氫站建設(shè)成本過高。</p><p>　　3.1.6 純電動汽車</p><p>　　純電動汽車通過車輛自身攜帶的高效儲能電池向電動機供電，由電動機直接向驅(qū)動軸輸出扭矩，汽車取消了傳統(tǒng)的內(nèi)燃

62、機、離合器、等一些復(fù)雜的傳動裝置。因此很多人認為純電動汽車將是未來新能源汽車發(fā)展的主要方向。</p><p>　　優(yōu)點：①廢氣排放為零。②幾乎無機械噪聲，且運行平穩(wěn)。③使用成本較低。④結(jié)構(gòu)簡單，省去很多機械裝置。</p><p>　　缺點：①蓄電池使用壽命較短且續(xù)航能力不足。②充電設(shè)施建設(shè)不完善</p><p>　　3.2 能量轉(zhuǎn)化效率的比較</p>

63、<p>　　圖3.1是不同車速下燃油汽車與電動汽車的能量輸出曲線圖。內(nèi)燃機汽車在同樣工況下的能耗遠遠大于純電動汽車的能耗，據(jù)統(tǒng)計，內(nèi)燃機在低速區(qū)域的能量轉(zhuǎn)化效率最低(僅為12％)。應(yīng)用混合動力技術(shù)，汽車在低速行駛時切換到電能驅(qū)動模式，可大幅度降低能量損耗，減少排放。盡管混合動力汽車在啟動和低速運行工況下，避免了高能耗和排放，但在高速行駛時若仍然采用燃油驅(qū)動，其能耗和排放還是明顯大于純電動汽車。</p><p

64、>　　圖3.1 燃油汽車與電動汽車能耗曲線圖</p><p>　　3.3 減少耗油量的比較 </p><p>　　表3.1為同一車型利用不同技術(shù)路線而減少耗油量的比較，在對多種動力汽車技術(shù)計算其整體擁有成本時，按照5年的平均擁有期將車輛的起初成本、再銷售價值以及預(yù)計節(jié)油量納入考量范圍。通過比較可以得出結(jié)論，純電動汽車可以最有效地減少對石油的依賴，是解決能源安全問題的最佳方案</

65、p><p>　　表3.1 不同技術(shù)路線的耗油量</p><p>　　3.4 減少碳排放的比較 </p><p>　　從表3.2可以看出，對比其它的汽車動力技術(shù)，混合動力技術(shù)的減碳排放比可達56％；電動汽車?yán)锰柲馨l(fā)電以及風(fēng)力發(fā)電，因此純電動汽車碳排放為零，考慮到目前的火力發(fā)電，故而純電動汽車平均碳排放比可以達到30％。所以采用清潔能源發(fā)電配合純電動車技術(shù)是解決機動車環(huán)

66、境污染問題的最佳方案。</p><p>　　表3.2不同技術(shù)路線對減少碳排放的比較</p><p><b>　　3.5 綜合比較 </b></p><p>　　從環(huán)保性、全壽命成本、安全性、續(xù)駛里程等方面的全面比較可以看出，各類技術(shù)都有其優(yōu)缺點，相比較而言，目前電動汽車的技術(shù)更趨成熟。 </p><p>　　3.6 電

67、動汽車的應(yīng)用缺陷和瓶頸 </p><p>　　目前，電動汽車技術(shù)趨于成熟，但在續(xù)駛里程、制造成本等方面還無法與傳統(tǒng)燃油汽車相比。作為動力源的各類型蓄電池不同程度地存在著成本高、功率小、體積和重量大、充電時間長等問題，是電動汽車發(fā)展和普及應(yīng)用的瓶頸。歸納起來存在：①續(xù)駛里程有限；②蓄電池使用壽命太短；③電池價格昂貴；④充電時間和充電網(wǎng)點短期內(nèi)不能得到有效解決等問題。 </p><p>　　

68、4 電動汽車應(yīng)用的解決方式</p><p>　　目前解決電動汽車電池續(xù)航時間短的方法是加快充電站以及換電站的建設(shè),只有將這些基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)完善才能彌補目前蓄電池技術(shù)的不足。</p><p>　　在我國，電動汽車充電站的業(yè)務(wù)才剛剛起步，運營模式還沒形成，各個相關(guān)的利益群體對產(chǎn)業(yè)發(fā)展的傾向也不盡相同。根據(jù)技術(shù)與充電方式的不同，電動汽車充電站的運營模式基本上可以分為“整車充電”與“電池更換”兩種模

69、式。</p><p>　　4.1 整車充電模式 </p><p>　　整車充電模式是很多國家研究試驗的重點，這種模式把電池與車輛作為一個整體來考慮，其規(guī)?；l(fā)展的關(guān)鍵是能夠研制生產(chǎn)出“容量大、成本低、充電快、壽命長”的電池產(chǎn)品[7]，在便捷性上滿足用戶的需求，具體又包括常規(guī)充電和快速充電兩種類型。 </p><p>　　4.1.1 常規(guī)充電 </p>

70、<p>　　蓄電池在放電終止后，應(yīng)立即充電，充電電流相當(dāng)?shù)停笮〖s為15A，這種充電叫做常規(guī)充電(普通充電)。常規(guī)蓄電池的充電方法都采用小電流的恒壓或恒流充電，一般充電時問為5～8h，甚至長達10至20多個小時。盡管充電時間較長，但因為所用功率和電流的額定值并不關(guān)鍵，因此充電器和安裝成本比較低；可充分利用電力低谷時段進行充電，降低充電成本；可提高充電效率和延長電池的使用壽命[8]。</p><p>　

71、　這種充電方式通常適用于：設(shè)計電動汽車的續(xù)駛里程盡可能大，需滿足車輛一天運營需要，僅僅利用晚問停運時間充電。現(xiàn)階段技術(shù)條件下，電池的續(xù)駛里程大約為200km，像私家車、市內(nèi)環(huán)衛(wèi)車、企業(yè)商務(wù)車等車輛日均行駛里程都在電池的續(xù)駛里程范圍之內(nèi)，均可采用常規(guī)充電的方式。</p><p>　　4.1.2 快速充電 </p><p>　　快速充電又稱應(yīng)急充電，是以較大電流短時間在電動汽車停車的20min

72、至2h內(nèi)(具體的充電時間由電動汽車動力電池的接收能力而定)，為其提供短時充電服務(wù)，一般充電電流為150~400A。充電時問短；充電電池壽命長(可充電2000次以上)；沒有記憶性，可以大容量充電及放電，在幾分鐘內(nèi)就可充70％~80％的電；由于充電在短時問內(nèi)(約為10～15min)就能使電池儲電量達到80％~90％，與加油時間相仿，使電動汽車使用起來非常方便。這種充電方式適用情況為：電動汽車的日平均里程大于電池的續(xù)駛里程即200km，即在車

73、輛運行的間隙進行快速補充電，來滿足運營需要；比如公交車、出租車等車輛它們的日平均行駛里程在300km左右，則還有100km左右的電量需要在峰、平時段通過快速充電的方式進行補充。當(dāng)然也可以采用更換電池的方式來進行能量的補給[9]。 </p><p>　　4.2 更換電池模式 </p><p>　　更換電池模式也稱租賃電池模式，是一種把車輛與電池分開考慮的思路。用戶只購買汽車，由專門的電池租

74、賃公司負責(zé)電池的購買、租賃、充電、快速更換及管理?？梢宰層脩粝瘛捌嚰佑汀币粯臃奖愕氐玫侥茉垂┙o。它的運營模式是通過各個電池更換站集中對標(biāo)準(zhǔn)化的電池充電，電動汽車用戶需要補充能源時，可以非常方便地到任意一個更換站更換充好的電池。電池更換站的運用模式可以分為以下幾點。</p><p>　　4.2.1 電池租賃</p><p>　　能源供給企業(yè)購買電池后通過向中間運營商(建站企業(yè))支付一定的建

75、站費用來進行更換站的建設(shè)。電動汽車用戶在購買“裸車”后，去電池更換站辦理相應(yīng)的“租賃手續(xù)”及交一定的租金就能使電動汽車投入使用。租賃的手續(xù)及租金由相關(guān)部門協(xié)商而定，對于租金可以肯定的是，因為換給消費者的是一塊充滿電的電池，加上一些其它成本，租賃電池的價格肯定要比消費者自己在家充電貴，但是絕對遠遠低于燃油的費用。用戶在電池的使用過程中不僅要交租金，每次更換電池時根據(jù)電池電量的消耗情況用戶還要向電池更換站交納相應(yīng)的所用電費。 </p

76、><p>　　4.2.2 電池的快速更換 </p><p>　　為了使得更換更加快捷，需要更換電池的車輛進站之前應(yīng)向站臺提出電池更換請求，以便站臺調(diào)度安排停車位置、通知電池更換庫準(zhǔn)備整車更換電池并運至更換電池區(qū)、準(zhǔn)備卸載設(shè)備。當(dāng)車輛進站后，根據(jù)調(diào)度指令將車開到更換電池區(qū)準(zhǔn)確位置，準(zhǔn)備更換電池。</p><p>　　4.2.3 電池的維護 </p><

77、p>　　當(dāng)電池在使用過程中，個體電池的容量會出現(xiàn)嚴(yán)重不均衡的現(xiàn)象。這樣在電池串聯(lián)充電時，只要有一只電池的充電電壓達到最高限制電壓，就要立即停止充電，而此時電壓較低的個體電池還處于欠充狀態(tài)；反過來在電動汽車行駛過程中，只要有一只電池的電壓下降到最低限制電壓，就要斷開動力電池停止放電，而此時電壓較高的個體電池容量不能充分利用[10]。這樣長期循環(huán)使用下去，電動汽車動力電池的容量會越來越不均衡，一次充滿電的行駛里程會大大降低。為充分利用

78、鋰離子動力電池的儲能效率，降低使用成本，充電站建設(shè)需要設(shè)置電池容量測試與充放電維護設(shè)備，當(dāng)電動汽車動力電池的容量明顯出現(xiàn)下降時，利用該設(shè)備可以對單個電池進行容量測試，并對容量落后的電池進行多次的充放電操作，使其活性物質(zhì)充分激活，容量得到恢復(fù)。</p><p>　　5 未來電動汽車充電站的發(fā)展方向</p><p>　　電動汽車充電站的運營究競選取哪種模式，應(yīng)圍繞“快速、健康、高效地推動電動汽

79、車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展及普及”這一核心目標(biāo)，結(jié)合技術(shù)發(fā)展趨勢和現(xiàn)實條件進行綜合考量。最主要包括以下三個方面：</p><p>　　5.1 整車充電中的慢速充電方式可以充分利用</p><p>　　低谷電力充電，電費相對降低，但是充電時間過長使車輛的使用十分不便；快速充電方式下充電時間短易于車輛的使用，但是充電費用較高，且會大大縮短電池的使用壽命。換電池模式單純的租賃費和電費支出可能比整車充電模式有一

80、定幅度增加，但是由于節(jié)省購買電池的費用，如果政策和管理到位，理論上車輛整個生命時期的運營費用會顯著低于整車充電模式，且換電池模式的靈活性、方便性都相對較好[11]。</p><p>　　5.2 換電池模式屬于能源新物流模式 </p><p>　　換電池模式有利于電池生產(chǎn)企業(yè)規(guī)模化、標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)，有利于能源供給企業(yè)的規(guī)?；少徟c集約化管理，能夠顯著降低總運營成本。能源供給企業(yè)作為一個相對獨立的

81、中間運營商，有利于政府施加更具針對性的扶持和優(yōu)惠政策，如電價政策、購買電池補貼政策等，容易建立起清晰的財務(wù)盈利模式，比單純提供充電服務(wù)可獲得更高的經(jīng)濟回報，具有更大的發(fā)展空間。</p><p>　　5.3 整車充電中的快充大量發(fā)展將使得電網(wǎng)諧波污染問題突出</p><p>　　換電池模式集中充電便于統(tǒng)一調(diào)度、管理和監(jiān)控，能夠最大程度發(fā)揮削峰填谷作用，提高電力系統(tǒng)負荷率，最大限度減少諧波污染

82、等對電網(wǎng)的不利影響，有利于電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行和電力資源的優(yōu)化利用[12]。</p><p>　　綜上所述，換電池模式具有更突出的優(yōu)勢和更廣闊的發(fā)展前景?？紤]到差異化需求和特殊情況下電能補給的需要，以更換電池為主、整車充電為輔的運營模式將成為我國電動汽車充電站未來發(fā)展的主流模式。 </p><p><b>　　6 結(jié) 論</b></p><p&

83、gt;　　在未來的20年內(nèi)，汽油和柴油仍是汽車主要的能量來源，但汽油和柴油的質(zhì)量要求越來越高，發(fā)動機技術(shù)將快速發(fā)展以提高能量利用率。代用燃料會得到迅速運用，天然氣汽車和乙醇汽車會率先大規(guī)模投入使用，純電動汽車和燃料電池汽車將會逐步擴大應(yīng)用。其中混合動力汽車將會得到快速發(fā)展和應(yīng)用，混合動力汽車將至少在30年內(nèi)都是汽車工業(yè)最切實可行的解決能源問題和污染問題的途徑。</p><p>　　而純電動汽車將是未來新能源汽車發(fā)

84、展的最終方向。但是由于目前電動汽車電池續(xù)航能力不足，以及充電站網(wǎng)點建設(shè)的不足等，制約其在短時期內(nèi)的運用。但隨著充電站以及換電站的建立，純電動汽車技術(shù)將會逐步取代目前的任何新能源汽車技術(shù)，最終發(fā)揮其在零排放、動力性強、經(jīng)濟性、使用成本低方面的優(yōu)勢。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1]邊耀璋.汽車新能源技術(shù)[M].北京:人民交通出版社

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