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南京理工大学 课 程 论 文
课程名称:汽车构造及驾驶知识
论文题目:新概念汽车的发展状况及未来前景姓名:章莎莎 学号:1007810226(经济管理学院 目录
一、前言(4
二、基本概念(4 2.1新能源汽车的定义 2.2 新能源汽车的类型 2.2.1 电动汽车 2.2.2 气体燃料汽车 2.2.3 生物燃料汽车 2.2.4 氢燃料汽车
三、各国新能源汽车发展状况(6 3.1 美国
3.2 日本 3.3 中国
四、新能源汽车存在的问题(8 4.1充电难
4.2快速装卸电池难 4.3电池维护难 4.4充电成本高 4.5充电运营商的重担
五、新能源汽车的发展趋势(11 5.1突破电池技术是关键 5.2 驱动电机呈多样化发展
5.3 由于受续驶里程的影响,纯电动汽车向超微型发展 5.4 混合动力汽车是内燃机汽车和纯电动汽车之间的过渡产品 5.5 燃料电池汽车成为竞争的焦点
5.6 开发新一代车用能源动力系统,发展新能源汽车
六、总结(12 参考文献
【摘要】石油短缺、环境污染和气候变暖是全球汽车产业面对的共同挑战,各国政府及产业界积极应对,纷纷提出各自的发展战略。新能源汽车已成为21世纪汽
车工业的发展热点。目前,各国重视新能源汽车的开发及应用,并取得了不错的成果。但是,什么样的新能源既能够保证汽车的正常性能,又不对环境造成危害?这依旧是各国关注和研究的焦点。新能源汽车的未来发展前景是广阔的,但始终要依靠科学技术的发展进步。
【SUMMARY】Abstract oil shortages, environmental pollution and global warming is the common challenges faced by the global automotive industry, which governments and industry toactively respond to,andhave put forward their own development strategies.The newenergyvehicles has become a hot spot of the development of automobile industry inthe 21st century.At present, the national pay attention to the development and applicationof new energy vehicles, and have achieved good results.However, what kind of new energy both to ensure the normal performance of the car without damage to the environment? This is still the focus of national attention and study.The futureprospects for the development of new energy vehicles is broad, but always have to rely on scientific and technological development and progre 关键字:石油短缺环境污染气候变暖挑战新能源汽车开发应用发展前景科学技术
Keywords: oil shortages, environmental pollution, climate change challenges, the newenergyvehicle,development,application prospects ,the development of science and technology
一、前言
世界上第一辆电动汽车诞生于1881年,比燃油汽车还要早5年,但是当时电动汽车的续驶里程太短,充电时间太长,同时内燃机技术趋于完善,一次加油能持续行驶400~500km,燃油价格便宜,因此电动汽车逐渐被燃油汽车淘汰了。汽车的发展极大地改变了人们的生活方式,提高了人们的生活质量,同时汽车工业的发展给人们造就了大量的就业机会,带来了财富,促进了经济的发展,汽车技术的进步也极大地促进了机械、电子、化工等相关科学技术的进步。然而汽车的发展在给人类带来巨大利益的同时也在面对能源、环境与气候问题的挑战。为此,世界各国的政府、学术界和工业界都将目光投向了环保与节能的新能源汽车,并且都在加大对新能源汽车开发的投入力度,加速新能源汽车的商品化步伐。
二、基本概念 2.1新能源汽车的定义
英文名称:New energy vehicles,我国2009年7月1日正式实施了《新能源汽车生产企业及产品准入管理规则》,此规则强调说明: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、但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。
2.2 新能源汽车的类型
新能源汽车包括的范围较广,一般可分为电动汽车、气体燃料汽车、生物燃料汽车和氢燃料汽车等。
2.2.1 电动汽车
电动汽车包括纯电动汽车、混合动力电动汽车和燃料电池电动汽车。纯电动汽车是以电池为储能单元,以电动机为驱动系统的汽车。混合动力电动汽车是指同时装备两种动力源——热动力源(由传统的汽油机或者柴油机产生与电动力源(电池与电动机的汽车;燃料电池电动汽车是指采用燃料电池作为电源的电动汽车。
2.2.2 气体燃料汽车
气体燃料汽车是指利用可燃气体作为能源驱动的汽车。一般有三种,即专用气体燃料汽车、两用燃料汽车和双燃料汽车。
2.2.3 生物燃料汽车
燃用生物燃料的燃油的汽车称为生物燃料汽车,与传统汽车相比,生物燃料汽车结构上无重大改动,但排放总体上较低,如乙醇燃料汽车和生物柴油汽车等。
2.2.4 氢燃料汽车
氢燃料汽车是指以氢为主要能量驱动的汽车。一般汽车使用汽油或柴油作为内燃机的燃料,而氢燃料汽车则使用气体氢作为内燃机的燃料。氢内燃机在汽车上的应用方式有三种:纯氢内燃机,氢/汽油两用染料内燃机,氢-汽油双燃料内燃机。
三、各国新能源汽车发展状况 3.1 美国
发展电动汽车等各种新能源车,对于汽车大国来说,早在150年前就再是新话题。美国人托马斯*达文波特1834年就制造出第一辆直流电机驱动的电动汽车并获专利。在早期的美国汽车消费市场上,电动汽车还曾与蒸汽车和内燃机车三分天下。但随着美国德克萨斯州石油的开发和内燃机技术的大大提高,电动汽车渐失优势,从此停滞了大半个世纪。如今,是因为资源紧缺、大气污染严重,以电动汽车为中心的新能源汽车才备受关注。
当前国际上车用替代燃料发展主要是乙醇和生物柴油等非化石类燃料,美国一直致力于提高乙醇及生物柴油等可再生资源的使用量。驱动混合动力电动汽车行驶的电池组技术是需要突破的关键。奥巴马在考察位于加利福尼亚一家电动汽车测试中心时宣布,美国能源部将设立20亿美元的政府资助项目,用以扶持新一代电动汽车所需的电池组及其部件的研发。为此,道氏化学,韩国LG等四家电池制造商宣布了在密歇根州的投资计划,总额达17亿美元,他们也相应得到了总额5.4亿美元的税收优惠。这一揽子计划形成了美国新能源汽车产业化和市场化的第一推动力。
3.2 日本
日本新能源汽车的产业化成果在全球范围内是最好的。在新能源汽车方面,日本主要走混合动力电动汽车的技术路线。日本在混合动力电动汽车技术领域,领先
世界。以丰田普锐斯为代表的日本混合动力电动汽车,在世界低污染汽车开发销售领域已经占据了领头地位。
除丰田外,其他几家日本汽车企业也在开发新一代的能源动力汽车,如本田的Insight IMG混合动力汽车、日产Leaf和三菱i-MiEV 纯电动汽车等。日本政府在2009年6月启动了“新一代汽车”,实际值的是环保汽车,包括混合动力电动汽车、纯电动汽车、燃料电动汽车等。该计划力争到2050年,使环保汽车占据汽车市场总量的一半左右,为了实现这一目标,日本政府通过援建电动汽车基础设施、减锐和发放补贴等促进环保汽车发展。
3.3 中国
国内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“836”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,我国提出了“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。
国产新能源汽车如雨后春笋,纷纷崭露头角,如长安的CV9杰勋混合动力版,奇瑞的A5、东方之子燃料电池动力汽车,海马的H12电动汽车、华浦海域甲醇动力轿车和海尚油电混合动力汽车,力帆的520混合动力汽车等。
国务院国资委推动有关中央企业成立“中央企业电动汽车联盟”,旨在有效发挥中央企业在我国经济结构调整,产业转型中的带头和引领作用,形成合力加快推动我国电动汽车产业的发展,以联盟的方式,促进企业间的合作与协同发展,快速、有效地突破电动汽车产业核心技术,尽快形成规模化发展态势。
四、新能源汽车存在的问题 4.1充电难
目前,可采用的充电方式有三种:一是充电站,二是可在城市小区和停车位普遍设立的刷卡式充电桩,三是任意民用电插座。民用电插座不仅涉及电费计费问题,而且
充电时间长,不可能成为主流充电方式。而在停车位设立刷卡式充电桩,几乎所有的车辆都在下班后的同一时间充电,一旦电动汽车的拥有量达到一定规模,就会产生谐波,对城市电网构成破坏性影响,电网将不堪此负。而充电站对车辆的服务,必须能在短时间内完成,尽管各国都在研究快速充电的方法,也进行了快速充电的成功试验,但是,快速充电对电池的破坏作用是无法杜绝的,用牺牲电池寿命作为代价来完成快速充电是不划算的!4.2快速装卸电池难
纯电动汽车通常采用能量密度很高、安全性很好的磷酸铁锂电池,在目前的技术条件下,还没有性能和价格上更优越的电池材料可取代磷酸铁锂,指望发明新的电池材料在成本不显著增加的前提下进一步提高能量密度,在短期内是没有希望的。在此前提下,可续驶150公里以上的纯电动小汽车,其电池箱的重量将达到200公斤以上。为了配重合理,不能将电池箱安装在车辆的前、尾两端,只能安装在车辆中部乘员座椅的下方,这就为快速更换电池出了难题。有三种可选择的方案:①如果从上往下装入电池,则需要乘员离开座位,并将座位掀开,十分不方便。②如果从下往上装入电池箱,就必须设计出十分牢固的固定系统,才能防止车辆在高速行驶和剧烈颠簸中电池箱的松
动,而在一般情况下,电池箱牢固的安装和快速更换相冲突,二者只能取其一,很难找到两全的解决办法。③从侧面装入电池箱,虽然可以使牢固性和快速装卸同时实现,但需要将车身覆盖件和车架的模具全部更新,甚至生产线也需要进行伤筋动骨的大调整,没有几亿元的投资是出不了样车的,而样车并不见得可以定型。无论是鸡生蛋,还是蛋生鸡,都存在着难产问题。因此,快速装卸电池虽然只是一个常规性的技术问题,解决起来却也有相当的难度。这就是世界上至今没有一辆可快速更换电池的纯电动汽车问世的原因。
4.3电池维护难
为可更换电池的电动汽车服务,充电站的主要功能并不仅是为车辆补充能源,还要进行电池维护,这是国外车电分离方案提出者根本没有考虑的问题。加入这个功
能,充电站的商业性质就发生了革命性的改变,它所能提供的服务包括了电池的寿命保证,问题是谁有这个金钢钻?谁能为用户提供电池寿命千次以上的质量保证?这是一个关系到这种商业模式成败的大问题。因此,电池维护技术就成了电动汽车车电分离技术路线最关键的核心技术。
4.4充电成本高
假定电池维护技术已经成熟,可以保证电池1000次以上的循环寿命,在包括电池折旧的总成本中,最大的部分电池折旧成本就能降到合理水平,每行驶100公里为20元左右。而充电时所消耗的电费基本上是个常数,对五座电动小汽车而言,每行驶100公里所消耗的电费为7-10元,是一个很低的数字。剩下的就是充电站工程和设备折旧以及管理费用、财务费用了。按照国外的设计和我国在奥运期间
建的充电站,每个充电站的投资高达上亿元,使每次充电的折旧费高到毫无商业竞争力的程度。因此,必须设计出花钱少、效率高的廉价充电站,只有这样,才能让充电总成本明显低于燃油费用,使电动汽车具有对燃油汽车的竞争优势,才能实现电动汽车的商业化。
4.5充电运营商的重担
在快速更换电池的商业模式中,车主买到的是不含电池的裸车,充电站为车主提供电池租赁服务,在通常情况下,为100辆车提供服务,需要有2倍的电池用于周转,充电运营商作为电池租赁方本身将拥有全部电池的所有权,这就是充电运营商一身担起三个重担:电池租赁、充电服务、电池维护。谁能承担这个角色?汽车制造商不可能将电池的责任都揽到自己身上,电池生产厂商虽然可以承担这个角色,但在商业化运行中,只有充电运营商专业化独立运作,才能培育出高效率的团队和商业品牌,充电运营商自成一家不可避免。目前,国家电网公司已经高调宣布,要大举进军电动汽车充电站,规划在全国大中城市建立电动汽车充电站网络。但是,此充电站非彼充电站,国家电网的充电站没有考虑快速更换电池,更没有考虑电池维护,而是采用在占地面积很大的充电站中设立很多的充电桩,让车辆自助式卧充。这种方式必须以电池盲充1000次不损坏为前提,而这样的电池根本没有。因此,可以肯定,这种充电站除了
作为形象工程外将毫无用处。如果国家电网不改变设计,它不可能成为电动汽车领域里的成功者。但问题又来了,没有可更换电池的车辆,怎么会有充电运营商?而没有充电运营商的参与谁敢造可更换电池的车?
五、新能源汽车的发展趋势 5.1 突破电池技术是关键 作为动力源，现在还没有任何一种电池能与石油相提并论，动力电池 已成为限制电动汽车发展的瓶颈。因此，研究和开发环境友好、成本 低廉、性能优良的动力电池，是大量推广使用电动汽车的前提。5.2 驱动电机呈多样化发展 美国倾向于采用交流感应电机，其主要优点是结构简单、可靠，质量较小，但控制技术较复杂。日本采用永磁无刷直流电机，优点是 效率高、起动转矩大、质量较小，但成本高，且有高温退磁、抗震性 较差等缺点。德国、英国等大力开发开关磁阻电机，优点是结构简单、可靠，成本低，缺点是质量较大，易于产生噪音。5.3 由于受续驶里程的影响，纯电动汽车向超微型发展 这种汽车降低了对动力性和续驶里程的要求，充电过程比较简单，车速不高，较适于室内或社区小范围内使用。5.4 混合动力汽车是内燃机汽车和纯电动汽车之间的过渡产品 混合动力汽车既充分发挥了现有内燃机技术优势，又尽可能发挥 电机驱动无污染的优势。发展混合动力汽车有两条技术路线值得重视： 一是轿车混合动力模块化；二是城市客车混合动力系统的平台化。5.5 燃料电池汽车成为竞争的焦点 燃料电池汽车在成本和整体性能上，特别是续驶里程和补充燃料 时间上明显优于其他电动汽车，并且燃料电池所用的燃料来源广泛，又可再生，并可实现无污染、零排放等环保标准。5.6 开发新一代车用能源动力系统，发展新能源汽车 重点发展各种液体代用燃料发动机及其混合动力汽车，并逐步过 章莎莎页 11 南京理工大学经济管理学院 1007810226 渡到发展采用生物燃料的混合动力汽车和可充电的混合动力汽车； 进 一步发展以天然气为主体的气体燃料基础设施，分步建设长期可持续 利用的气体燃料供应网络；以天然气发动机为基础，发展各种燃气动 力；大力推进动力电池的技术，尤其是天然气/氢气内燃机及其混合 动力；发展新一代燃料电池发动机及其混合动力；大力推进动力电池 的技术进步。
六、总结 面对石油短缺、环境污染、气候变暖等问题的出现，新能源汽车 是汽车工业发展的必然趋势。近年来，在全球
化的发展局势之下，各 国更加注重互利共赢； 保护环境、合理充分的运用资源是各国的责任； 但这还不够，我们还必须开发新能源，寻求其他途径来生存，因为石 油总有消耗殆尽的时候。于是，新能源汽车在各国如火如荼的发展了 起来，尽管面对种种技术困境，但还是阻挡不住发展的大潮流。参考文献 [1]催胜民,韩家军.新能源汽车概论[M].北京：北京大学出版社 2011 [2]欧阳惠芳.关于节能与新能源汽车发展的建议[J].时代汽车, 2011 年 09 期 [3]吕可珂.新能源汽车[J].中国发明与专利, 2011 年 06 期 [4]崔大山.新能源汽车的未来机会[J].时代汽车, 2011 年 09 期 [5]王文伟,毕荣华.电动汽车技术基础[M].北京：机械工业出版社, 2010 [6]MehrdadEhsani,YiminGao,AliEmadi.现代电动汽车、混合动力电动汽车和燃料电池车—— 基本原理、理论和设计[M].北京：机械工业出版社,2010 [7]Seth Leitman.插电式混合动力电动汽车开发基础[M].北京：机械工业出版社,2010 [8]王刚,周荣,乔维高.电动汽车充电技术研究[J].农业装备与车辆工程, 2008 南京理工大学经济管理学院 1007810226 章莎莎页 12
