科技论文写作1.doc

交通与汽车工程学院科技论文写作课 程 名 称: 科技论文写作 课 程 代 码: 6010419 论 文 题 目: 电动汽车技术及发展概况 年级/专业/班: 22222222222222222222 学 生 姓 名: 222 学 号: 5555555555555555 科技论文写作成绩：平时成绩（30）文献查阅能力（20）创新（5）论文撰写质量（45）总 分（100） 教师签名： 年 月 日 电动汽车技术及发展概况 222（1 西华大学 交通与汽车工程学院， 四川 成都 610039；2012.12.15）摘要：随着世界经济与人口的快速增长，人们对石油等资源的需求越来越大。传统的化石燃料正面临枯竭的危险，同时，石油等资源的利用也不可避免的带来环境的污染，为了给子孙后代的创造可持续的发展环境，我们急需发展一种全新的“清洁”汽车。电动汽车作为一种理想的传统汽车替代方案有着其固有的优势，本文将以典型的电动汽车为例，阐述电动汽车的主要结构，技术特点。并将对电动汽车的发展进行概括。关键词：电动汽车；可再生能源；零排放；高效能；发展趋势 中图分类号： TK 文献标识码：A Non-contact magnetic coupled power and data transferring system for an electric vehicle 2222( 1 School of Transportation and Automotive Engineering, Chengdu, Sichuan 610039; 2012.12.15)Abstract: We have developed a system which transmits electric power and communication data simultaneously in a non-contact method using amagnetic coupling coil. Already, we are developing the fundamental technology of a non-contact charging system, and this is applied inelectric shavers, electric toothbrushes, etc. Moreover, basic experiments are being conducted for applying this non-contact chargingsystem to electric equipments such as an electric vehicle (EV), which is a zero emission vehicle and environmentally excellent and will bethe transportation means of the next generation. The technologycan also be applied in other electronic equipment, etc. However, sincethe power supplyroute for these individual devices is independent, the supply system is complicated. EV also has to perform thetransmission of electric power and the transmission of information (data), such as the amount of the charge, in a separate system,and thus is quite complicated. In this study, by performing simultaneously the transmission of electric power and information(data) using magnetic coupling technologyin which it does not contact, the basic experiment aimed at attaining and making unificationof a system simple was conducted, and the following good results were obtained: (1) Electric power required for load can be transmittedeasily bynon-contact. (2) A signal can easilybe transmitted bidirectionally bynon-contact. (3) This system is reliable, and is widelyapplicable.r 2006 Elsevier B.V. All rights reserved.PACS: 84.30.Jc; 84.30.Qi; 84.70.tpKeywords: Non-contact charging system; Magnetic coupling一、前言 电动汽车是在减少对化石燃料依赖和环境污染的同时，确保人类移动灵活性和实现汽车产业可持续发展的有效路径。在中国，通过“九五”、“十五”和“十一五”期间国家科技计划的持续支持和能源基金组织等国际社会的帮助，电动汽车技术的开发及产业化工作得以不断深入，并得到国际社会的广泛认可。2008年北京奥运会、残奥会期间，国内汽车企业联合高校和研究机构提供了自主研发的各类新能源汽车共达598辆，组成了奥运历史上最大规模的节能与新能源汽车示范应用车队，在奥林匹克公园中心交通区首次实现了汽车温室气体零排放。 奥运会后，为扩大汽车消费，加快汽车产业结构调整，推动节能与新能源汽车产业化，2009年1月13日，科技部牵头并会同财政部等部委发布文件，决定在北京、上海、重庆等13个城市开展节能与新能源汽车示范推广试点工作，以财政政策鼓励在公交、出租、公务、环卫和邮政等公共服务领域率先推广使用节能与新能源汽车，对推广使用单位购买节能与新能源汽车给予补助。2009年3月20日，国务院在正式发布的汽车产业调整和振兴规划中，提出了以新能源汽车为突破口，加强自主创新，培育自主品牌，形成新的竞争优势，促进汽车产业持续、健康、稳定发展的指导思想。 我国在电动汽车领域与国外发达国家的差距小于传统汽车的差距，但国外著名的研发机构、大学以及跨国公司的企业集团，在汽车领域的研究工作具有深厚的积累，在电动汽车领域开展过大量卓有成效的研究开发工作，具有先进的开发手段和丰富的实践经验。在我国电动汽车产业的发展过程中，了解、学习和借鉴他们的开发能力和经验，探索以国际合作的形式开展电动汽车关键技术开发的道路，对于促进我国电动汽车的快速发展具有积极的意义。为此，学习和借鉴国际上著名的研发机构和企业，集中介绍他们的开发成果和经验、开发能力和手段，架设起国内外电动汽车技术合作交流的桥梁，以此推动中国电动汽车的发展。由此可见，电动汽车时代的到来已是不可逆转之潮流，电动汽车时代叫开启汽车史上一场前所未有的变革，同时必将带来汽车全新汽车时代。 二、纯电动汽车纯电动汽车（BEV）：由电动机驱动的汽车。电动机的驱动电能来源于车载可充电蓄电池或其他能量储存装置。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，即使按所耗电量换算为发电厂的排放，除硫和微粒外，其它污染物也显著减少，由于电厂大多建于远离人口密集的城市，对人类伤害较少，而且电厂是固定不动的，集中的排放，清除各种有害排放物较容易，也已有了相关技术。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。有关研究表明，同样的原油经过粗炼，送至电厂发电，经充入电池，再由电池驱动汽车，其能量利用效率比经过精炼变为汽油，再经汽油机驱动汽车高，因此有利于节约能源和减少二氧化碳的排量，正是这些优点，使电动汽车的研究和应用成为汽车工业的一个“热点”。有专家认为，对于电动车而言，目前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：目前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，有些使用价格比汽车贵，有些价格仅为汽车的1/3，这主要取决于电池的寿命及当地的油、电价格。三、混合动力汽车混合动力汽车指能够至少从下述两类车载储存的能量中获得动力的汽车：可消耗的燃料；可再充电能/能量储存装置。根据动力系统结构形式可分为以下三类：串联式混合动力汽车（SHEV）：车辆的驱动力只来源于电动机的混合动力(电动)汽车。结构特点是发动机带动发电机发电，电能通过电机控制器输送给电动机，由电动机驱动汽车行驶。另外，动力电池也可以单独向电动机提供电能驱动汽车行驶。并联式混合动力汽车（PHEV）：车辆的驱动力由电动机及发动机同时或单独供给的混合动力(电动)汽车。结构特点是并联式驱动系统可以单独使用发动机或电动机作为动力源，也可以同时使用电动机和发动机作为动力源驱动汽车行驶。混联式混合动力汽车（CHEV）：同时具有串联式、并联式驱动方式的混合动力(电动)汽车。结构特点是可以在串联混合模式下工作，也可以在并联混合模式下工作，同时兼顾了串联式和并联式的特点。（注：随着混合动力电动汽车技术的发展，其类型不局限于以上几种，还可按照其它型式划分。）目前那些通常采用传统燃料的，同时配以电动机/发动机来改善低速动力输出和燃油消耗。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：1 采用混合动力后可按平均需用的功率来确定内燃机的最大功率，此时处于油耗低、污染少的最优工况下工作。需要大功率内燃机功率不足时，由电池来补充；负荷少时，富余的功率可发电给电池充电，由于内燃机可持续工作，电池又可以不断得到充电，故其行程和普通汽车一样。2 因为有了电池，可以十分方便地回收制动时、下坡时、怠速时的能量。3在繁华市区，可关停内燃机，由电池单独驱动，实现“零”排放。3 有了内燃机可以十分方便地解决耗能大的空调、取暖、除霜等纯电动汽车遇到的难题。4 可以利用现有的加油站加油，不必再投资。5 可让电池保持在良好的工作状态，不发生过充、过放，延长其使用寿命，降低成本。缺点：长距离高速行驶基本不能省油。 四、燃料电池汽车燃料电池（Fuel cell），是一种通过氧化还原反应将燃料（氢气）转换成电力的装置，最早由英国物理学家威廉格鲁夫爵士发明，由于燃料电池具有质量能量密度高、能量输出稳定、可靠性高、不产生有害排放物（一般只生成水）、使用成本低廉等优点，燃料电池获得了较快的发展。一、工作原理：燃料电池严格意义上讲只是一种能量发生装置，它的结构与一般电池相同，但是工作方式与普通的电池有所不同，虽然两者均由正负两个电极以及相应的电解质组成。燃料电池可以持续的将化学能转化为电能。只要燃料和氧化剂可以持续的供给，燃料电池就能连续地发电。同时，我们还可以通过改变化学反应的条件来改变能量转换的速率，实现不同功率的输出，可以说，燃料电池是工作更为温和，效率更高（燃料电池的效率一般高于60%【1】，远高于内燃机的30%40%）的内燃机。下面简单介绍一下氢氧燃料电池的工作原理。 图1-1 由图1-1可知：燃料（氢气）进入气体通道到达阳极（Anode），在铂催化剂的作用下，发生阳极反应： 然后氢离子通过电解质薄膜（Electrolyte Membrane）到达阴极（Cathode）。同时，氧化剂（氧气）通过气体通道到达阴极，与通过电解质薄膜到达阴极的H+在催化剂作用下发生阴极反应： 反应过程结束，产生电能以及副产物水。 图1-2二、燃料电池汽车结构与特点燃料电池汽车按燃料种类可分为：1.以纯氢气为燃料的燃料电池汽车2.以、天然气，汽油等富含氢原子的烃类物质经改质后产生的氢气为燃料的燃料电池汽车。 按电源系统的配置不同，可分为：1.燃料电池直接驱动型2.燃料电池与蓄电池混合电源型。3.燃料电池与超级电容器混合电源型。4.燃料电池与蓄电池及超级电容多电源型。第一种由于效率较低，一般很少使用。现在的主流燃料电池汽车一般均使用第2，3，4三种能量供应方式。本文下面将以Honda FCX Clarity为例（采用燃料电池与辅助电池作为车辆能源）简要介绍燃料电动汽车结构。2007年，本田（Honda）发布了其旗下的首款市场化的氢氧燃料电池汽车-Honda FCX Clarity, 一款真正体现了绿色、节能与环保的汽车。2010年本田发布了其旗下的新一代FCX Clarity，但考虑到昂贵的价格以及燃料供应的问题，2010年本田推出了新一代的FCX Clarity,在燃料电池技术，以及整车的细节设计上都有了较大的改进。 图1-1：2010 Honda FCX ClarityFCX Clarity采用氢气作为车辆燃料电池的能源，从图2-1可以看到，Honda FCX Clarity可以通过加氢站向车辆添加燃料，具Honda官方数据，Honda FCX Clarity在一次加满燃料时，可以连续行驶570Km，最高时速更是达到了160Km/h。【2】远非一般的电动汽车可比，普通的蓄电池电动汽车由于受制于电池本身结构的限制，存储的能量有限，严重限制了电动汽车的续航里程，现在市售的典型纯电动汽车，如2011年10月26日，在深圳正式上市的定名为e6先行者（图1-3）的比亚迪纯电动车，售价达36.98万，一次充满电后最多仅可以一次行驶300多公里。最高时速也仅仅可以达到140Km/h.仅仅从技术指标来看，燃料电池汽车具有一般电动汽车无法比拟的优势。 图2-5 Honda FCX Clarity的剖视图1) 小型轻量化燃料电池堆 “V Flow FC Stack”Honda FCX Clarity采用了Honda新开发的新一代的小型轻量化燃料电池堆“V Flow FC Stack”，采用金属冲压隔片构造，一概以往的用螺母固定碳素分隔片的复杂结构，将所用的部件数量减少为原来的1/2，功率密度却提高了两倍以上，达到了世界一流的高性能水平【3】。同时，由于采用了新开发的芳香型电解质膜，大大提高了电池系统的可靠性与耐用度。Honda同时采用了Honda独创的氢气和空气竖直流动的“V Flow电池单元构造”，并且采用使氢气和空气波状流动的“波状隔板”，和上一代产品相比相比，性能有了飞跃性提高，并实现了轻质化和小型化。新型燃料电池堆的最高功率提升至100kW，与上一代燃料电池堆相比，体积功率密度提高50%，重量功率密度提高67%。低温启动性能的提升使得燃料电池可以在零下30摄氏度的环境下正常工作。1. 全新的电池堆结构Honda FCX Clarity采用全新的氢气与废水呈垂直方向流动的电池堆结构，使得V型平台电池堆的外形更加紧凑，相比传统的水平放置的电池堆结构（氢气与氧气同废水呈水平流动），可以有效降低汽车的整体高度，有利于车辆的紧凑化与小型化。2.V Flow单元结构图2-6 Honda FCX Clarity的燃料电池组 V Flow单元结构展现了Honda革命性的设计，它通过是氢气与氧气纵向流动，使得生成的水可以在重力的作用下稳定而且顺畅的排出，并由此可以防止生成的水停留在发电层面上，以确保发电的持续稳定性。另外，纵向的气体流动通道可以使得氢气与氧气的流通更加顺畅，从而是流动通道深度减少17%，使电池的单元结构更薄,电池堆体积更小。2. Wave通道隔离板Honda创新设计的Wave隔板（图2-7）使得氢气与空气的流动通道呈Wave型（波浪形状），冷却介质则沿着横向流动，采用Wave隔板设计气体流动通道与以往采用直线通道设计的电池组相比，延长了近一米的长度【4】，而且可以改变氢气与氧气的流动方向，提高空气与氢气的扩散性。同时，冷却介质的横向布置可以扩大。 氢气与空气的通道，最终使得发电能力比以上一代的Honda FCX Clarity 提高了10%。另外，冷却介质的横向流动还保持了良好的冷却效果，避免了以往电池单元之间所必须的冷却层，大大减轻了电池的重量（可减轻近30%，积层长度缩短30%）【5】，达到了极佳的小型化效果。3）新型永磁电机 FCX Clarity采用全新的功率达100kW的新型永磁同步电机（图2-8），与上一代相比，整体动力单元的重量功率密度提高1倍，体积功率密度提高1.2倍，实现了轻质小型化和高功率的高度统一。此外，节能性提高20%，续航里程提高30%。 图2-8 Honda FCX Clarity永磁同步电动机1.永磁电机结构特点本田FCX所使用的电动机是一款永磁同步电动机，其与普通的电动机相比，永磁同步电动机装有转自永磁体位置检测器，用来检测磁极位置，并以此对电枢电流进行控制，达到对永磁同步电动机驱动控制的目的。永磁同步电机相比于其它电动机的优势则主要表现在因为永磁体取代了绕组，所以结构更加简单且可靠；因为电机转速与电源频率保持同步关系，所以通过控制电源就可以控制电动机转速。再加上体积小、质量小并且结构坚固等特点，以及相对而言较低的成本，使得永磁同步电机十分适合在电动汽车上应用。 同时，永磁电机由于永磁体无需电流励磁，转子没有损耗，提高了电机效率；同时因取消了滑环和电刷，简化了转子结构，提高了电机的可靠性。但电机必须由变频器供电加上转子位置检测闭环控制系统才能运行。当反电势和供电电流的波形都是正弦波时，称为永磁同步电动机(PMSM)，它与电励磁同步电动机有相似的内部电磁关系。当反电势和供电电流的波形都是矩形波时，称为矩形波永磁同步电动机，其内部的电磁过程和直流电动机类似，因此又称为无刷直流电动机（BLD）4)高性能锂离子电池Honda FCX Clarity氢氧燃料电池汽车采用了一块高性能的聚合物锂离子电池作为汽车的辅助能源（工作电压为288伏的锂离子电池）。 Honda FCX Clarity采用了可插电的设计，可以允许在车辆不用时通过普通的家用电源对锂离子电池进行充电。Honda FCX Clarity允许车辆在低速时只依靠锂离子电池行驶，并且，可以通过刹车能量回收系统（可以将刹车时损失的部分动能转变成为电能）为锂离子电池进行再充电。同时，锂离子电池还可以为车辆的车辆电子系统提供电力。5）燃料存储装置 HondaFCX Clarity 采用高压氢气作为车辆的燃料，由于要存储大量的氢气以满足长距离行驶的燃料要求，HondaFCX Clarity采用容积为171L的高压气罐作为燃料存储装置，高压气罐可以承受的最高压力为350ATM，因此可以在有限的体积内存储尽量多的氢气。 综上所述，一般的燃料电池汽车主要由电动机系统，燃料电池系统以及燃料存储装置和传统的机械结构组成，其中燃料电池系统，燃料存储系统以及电机系统是车辆的核心。电机用于为车辆提供动力，燃料电池可以为车辆提供动力，储气罐为燃料电池提供能源，蓄电池或者超级电容作为电动机与燃料电池之间的能量缓冲装置，更有利于提高车辆的能量利用效率。毫无疑问，燃料电池汽车与传统汽车，混合动力汽车以及纯电动汽车相比拥有很多优势。1. 清洁无污染。2. 燃料补充方便，快捷，续航力远超普通纯电动汽车。3. 效能高。4. 动力性能优异。1）各大汽车厂商的参与虽然各国政府对燃料电池汽车的热情不尽相同，但是世界各大汽车厂商推入了巨大的热情进行了燃料电池车辆方面的研究，有很多已经开发出了实用化的燃料电池汽车。其中，戴姆勒奔驰、福特汽车、通用汽车、本田、雷诺、日产和丰田汽车均已走在了世界的前列。1.德国戴姆勒奔驰公司奔驰B 级FCELL奔驰B级F-CELL以奔驰 B车为基础，搭载氢燃料电池驱动系统，只需加注氢燃料，可以通过车内燃料电池装置迅速将燃料转化成电能，加满氢燃料的过程仅需 3 分钟。设计师把它的氢燃料罐和燃料电池设计成独特的夹层结构，可以大大提高车辆的可用空间。该车一次加满燃料的续航能力达 400 公里。2.丰田Mark X Zio 氢燃料电池车丰田汽车曾宣布与美国萨凡纳河国家实验室 （SRNL： Savannah River National Laboratory）以及可再生能源实验室（NREL：National Renewable Energy Laboratory）共同实施了燃料电池车“Highlander FCHV-adv”的公路实验。实验结果表明，该车的续航距离可达到 693km。该车充满燃料可行驶 780 公里，燃料效率是传统汽油车的 3 倍，它的最高时速可达 160 公里/小时，百公里加速为 7 秒。计划将于2015 年上市。3.本田本田FCX Clarity燃料电池车最早商品化的燃料电池车 FCX Clarity。全新一代的燃料电池汽车 FCX Clarity 以本田独创的燃料电池堆“V Flow FC Stack”技术为核心。同时外观上实现了燃料电池车所特有的抢眼设计，划时代的外观线条。以及超凡的驾驭感觉。不仅实现了车辆清洁性，而且还赋予了燃料电池车独特的新价值和新魅力。4.大众帕萨特领驭氢燃料电池车该车采用氢燃料电池发动机，能量转换效率高达 80%，是普通内燃机的 3 倍。5.通用汽车凯迪拉克Provoq 概念车这款车搭载最新 e-flex 氢燃料电池驱动系统该车一次续航里程可达 483公里，百公里加速仅为 8.5 秒。五、中国电动汽车社会发展存在的问题及建议“十二五”时期是我国电动汽车社会快速发展战略机遇期，电动汽车社会的基础产业结构发展的好坏决定我国抢占未来全球经济新增长点的质量，决定我国汽车工业产业结构升级、动力系统转型是否顺利实现，是实现汽车工业由大变强的一个重要战略机遇。 我国电动汽车社会发展态势总体良好，但面临着无发展经验和模式可借鉴、电动汽车制造价值链不完整、价值链体系内利益方利益争斗不止、技术基础和创新能力相对弱、企业知识产权和标准战略意识不够、开放协同创新机制不畅、政策导向与技术战略需优化、示范推广普及发力点不明确等问题，因此建议在“十二五”关键时期，加强以下方面研究和部署： (一)开展电动汽车社会内涵研究，积极探索、规划电动汽车社会发展路线图。 (二)消化吸收国外有关电动汽车制造商价值链，结合我国电动汽车社会发展过程，形成分工合理、利益均衡、科技与金融有效结合的水平分工式电动汽车制造商价值链。 (三)坚持有所为，有所不为，致力于突破面向普通消费者全天候环境使用的电动汽车产品的短板技术。 (四)调整新能源汽车补贴标准，将新能源汽车科技发展技术战略和补贴标准有效挂钩。 (五)深化技术创新联盟、产学研合作、联合开发等合作形式的内涵，建立电动汽车开放式协同创新机制。 (六)加速国家标准制定，积极主导或参与国际标准制定，一方面，严防国际公司采用标准化战略，降低我国产品国际竞争力;另一方面通过主导或参与国际标准制定，采用事实标准等策略，突破国际市场壁垒，培育我国电动汽车国际市场竞争力。结论：电动汽车凭借其独特的技术优势。在不久的将来极有可能替代传统的内燃机车辆，成为我们日常生活必不可少的一部分。但从目前情况看，电动汽车如果想要在产业化发展方面取得突破，还需要着力解决辅助设施建设和成本过高这两个方面的问题。首先，在辅助设施建设上还需要加快电动汽车所需的加电站的建设。另一方面方面。燃料电池极高的成本极大的限制了燃料电池汽车的发展与应用，能否降低电池的生产成本将极大的影响电动汽车及燃料电池技术的普及。但我相信在全世界各地科研人员的努力下，必将攻克电池成本过高等的技术难关。让我们共同努力，给下一代一个美好的家园。参考文献：1 燃料电池技术 倪维斗（院士） 清华大学热能工程系 20092何治国. 运用财税政策推动新能源汽车产业发展的研究J. 价格理论与实践. 2011(02)3 方海峰. 日本轻型电动汽车发展概况及对我国的启示J. 汽车工业研究. 2010(12)4世界及中国新能源汽车现状及发展前景深度分析报告.2011.（10）.5 王文伟编著. 电动汽车技术基础. 北京市：机械工业出版社, 2010.11. 6 陈全世主编. 先进电动汽车技术. 北京市：化学工业出版社, 2007.07. 7 陈清泉等编著. 现代电动汽车技术. 北京