新能源与绿色汽车

第3章新能源与绿色汽车能源领域面临严重问题：一是储量不足,我国人均能源资源占有量仅为世界平均水平的一半；二是能源利用效率远低于世界先进水平；三是以煤为主的能源结构导致环境污染严重；四是大量进口石油严重威胁国家的经济安全。13.1概述

新能源汽车技术所涉及包括汽车动力能源相关技术和新能源动力机械开发技术和与此类技术相关的其他汽车开发技术。绿色汽车是对环保型一类汽车的统称，与传统燃油车辆相比，具有能耗低、污染排放少等典型特征，又因其采用清洁（新）能源而带来的环保效果，所以也称清洁汽车、新能源汽车。2目前，已经研制出电能、太阳能、混合动力能源等新能源汽车。由于受技术水平、环境、成本等各方面的因素影响，采用新能源的汽车在某些性能方面与传统的内燃机汽车相比要差一些，所以还未广泛应用。随着汽车工业、科学技术的发展，特别是传统能源的危机、环保要求的提升，新能源取代传统能源是社会发展的必然趋势。3汽车在新能源方面的应用：代用燃料：气体燃料<天然气、液化石油气>、生物燃料<生物柴油>、煤基燃料<醇类燃料、二甲醚>纯电动汽车混合动力汽车太阳能汽车43.2代用燃料和能源新技术一.醇类燃料动力技术

醇类燃料主要是指甲醇和乙醇。醇类燃料可以和汽油或柴油按一定的比例配制而成混合燃料，也可以直接采用醇类燃料作为发动机的燃料。5醇类燃料的来源广，制取方式多。甲醇可以从煤炭、天然气、煤层气，可再生生物资源、分类垃圾等物资中制取；乙醇的原料主要是含糖、含淀粉的农作物，如甜菜、甘蔗、玉米、草杆等。甲醇和乙醇都属有机化合物，是无色透明、易挥发的可燃液体。与汽油相比，热值低、汽化潜热大、抗暴性好、含氧量高等，另外，醇类燃料吸水性强、化学活性高、容易发生早燃等。6甲醇的特点：1.汽化潜热大（汽油3.1倍，柴油3.7倍）2.热值低3.辛烷值高（106~108）4.亲水性强（运输储存时防水汽，可做添加燃料）5.润滑性差和有腐蚀性（与甲醇接触的密封件等抗腐蚀）7二、天然气汽车

天然气作为清洁能源和原料，世界各国把推广利用天然气，提高天然气在一次能源消费的比重，作为优化能源结构，实现经济、社会和环境协调发展的重要途径，使天然气成为仅次于石油的第二大能源.天然气NGV——天然气是一种无色、无味的气体，主要成分是甲烷，另外还含有少量的其它烃类，例如丁烷、乙烷和丙烷。8

天然气的主要成分是烷烃中的轻组分，基本由甲烷CH4(82%～98%)和不多的乙烷C2H6(6%)、丙烷C3H8(1.5%)和丁烷C4H10(约1%)组成。一般油、气田的天然气中的甲烷含量差别相当大。我国四川气田天然气中的甲烷含量多在95%以上，而油田的伴生天然气中的甲烷含量则为70%～80%。有的甲烷含量更低，并且含有较重的烃类，如丁烷、戊烷和已烷等。9按照所使用天然气燃料状态的不同，天然气汽车可以分为：压缩天然气（CNG）汽车压缩天然气是指压缩到20.7—24.8

MPa的天然气，储存在车载高压气瓶中。液化天然气（LNG）汽车液化天然气是指常压下、温度为-162度的液体天然气，储存于车载绝热气瓶中。10按照燃料使用状况的不同，天然气汽车可分为：

专用燃料天然气汽车发动机只使用天然气作为燃料。两用燃料天然气汽车既可以使用天然气也可以使用汽油作为燃料。双燃料天然气汽车可以同时使用液体燃料和天然气。111.天然气的资源情况：世界天然气资源十分丰富。全球常规天然气储备量为327万亿立方米。除了常规天然气之外还有大量非常规天然气资源，按目前的生产开发水平足够全世界使用几个世纪。我国天然气资源也十分丰富。我国常规天然气资源量为38万亿立方米，其中陆地为29.9万亿立方米。另外渤海、东海和南海都有天然气资源。除了常规天然气资源，我们还有丰富的非常规天然气资源，如煤层气和天然气水合物等。

12中国天然气探明储量集中在10个大型盆地,依次为：渤海湾、四川、松辽、准噶尔、莺歌海-琼东南、柴达木、吐-哈、塔里木、渤海、鄂尔多斯。

132.天然气汽车的应用现状近二十多年来，世界天然气需求持续稳定增长，平均增长率保持在2%，专家预计2020年其在世界能源组成中的比重将会增加到30%。21世纪天然气在世界能源结构中的比重将超过石油，成为世界第一大能源，21世纪将是一个天然气世纪。

14153.天然气汽车的优缺点：优点：（1）可以替代石油的新燃料（2）减少对大气的污染。燃用天然气与汽油相比，CO可降低70%，NOx和非甲烷类可降低80%，CO2可降低30%，HC可降低70%。（3）燃料经济性好。从热能含量上看，1立方米的天然气相当干1.13升汽油的当量。（4）使用压缩天然气比石油安全（汽油430°，天然气530°）（5）使用性能好（6）具有良好的抗爆性（辛烷值130左右）16缺点：（1）天然气携带型差。（2）发动机功率有所下降。（3）改车投资较大。（4）加气站的建设需一定周期。（5）储气瓶占用空间较大，携带不便。17184、天然气汽车技术天然气技术在汽车的应用包括以下四方面：加气站技术：气体燃料在汽车上的充加要比液体燃料复杂。它需要技术含量极高的加气站设备，且投资也较高。

气瓶技术：由于汽车的移动性，气体燃料气瓶的质量是一重要的技术问题。气瓶在各种苛刻条件下的安全性问题是气体燃料汽车技术研究中不可忽视的问题。发动机技术：气体燃料的性质决定了它不同于汽、柴油，因此在气体燃料的混合、燃烧方式、发动机燃烧室结构、点火系统等方面都需要研究开发。

19混合与控怖制技术：汽车的速山度和负荷折总是变化厕，且气体岸燃料相对苦于液体燃葱料又难以弓控制，因驱此按照汽沉车运行工曲况要求提满供合适量担、质的混季合气给发缩慧动机是混有合与控制颜系统的技记术问题。20（1）压席缩天然气蓄加气站C要NG天然气山加气站尤是指以圆压缩天邮然气（晃CNG称）形式捞向天然题气汽车惧（NG泽V）和名大型C扶NG子后站车提浇供燃料共的场所虫。天然阵气管线歪中的气剑体一般众先经过鬼前置净桑化处理纵，除去绒气体中汉的硫份造和水份办，再由题压缩机贸组将压嫂力由0饮.1-咸1.0悲Mpa柱压缩到克25M迫pa，帮最后通骑过售气卷机给车婶辆加气矛。21天然气加页气站一般亏根据站区挎规模或附向近是否有浙管线天然梨气，可分斥为常规站篇、母站古和子站。常规站→常规站鸭是建在有抚天然气管廉线能通过盏的地方，妥从天然气熄管线直接倘取气，天念然气经过市脱硫、脱孟水等工艺基，进入压意缩机进行佣压缩，然涝后进入储科气瓶组储腹存或通过奶售气机给同车辆加气肾。通常常雨规加气量再在600据-100瓶0立方米届每小时之迅间。22母站→母站磨是建在当临时天忧然气气米管线通惕过的地喉方，从符天然气蛾线管线傅直接取炭气，经梢过脱硫葡、脱水耻等工艺巡寿，进入抬压缩机御压缩，粗然后进援入储气拐瓶组储涂存或通炉过售气咽机给母费站的车隙辆加气勤，加量执在25叛00-迁400收0立方肺米每小搭时之间妇。子站→子站衡是建在鬼加气站盒周围没靠有天然妻气管线逢的地方弊，通过旅子站运记转车从扑母站运懒来的天平然气给和天然气咐汽车加晚气，一糊般还需箱配小型坚压缩机仿和储气究瓶组。聋为提高制运转车盘的取气搏率，用船压缩机樱将运转捕车内的稼低压气剖体升压幻玉后，转酱存在储荒气瓶组汁内或直蓬接给天献然气车甚加气。23常规CN细G加气站萄的组成：始低压调压饭站、天然尸气压缩机闸、CNG趋储气瓶组吊、CNG顶顺序控制燃盘、售气桥机五大部岭分组成。24（2）害发动架机技术CNG梢汽车发细动机系辨统分天然气车气路、秤汽油油逐路和控制电路三大部分25充气站躬将压缩扬天然气徐，通过宴充气阀久充入贮桶气瓶至发20M腐Pa。妨当使用廊天然气肆作燃料绝时，手玩动截止卷阀打开锈，安装骨在驾驶佩室内的库油气燃属料转换债电开关扮，扳到薪“气”诸的位置贼，此时奶天然气质电磁阀魄打开，拢汽油电榜磁阀关旺闭，贮乏气瓶内便的20呆MPa诵高压天稠然气通近过高压拳管路进满入减压渴调节器家减压，霸再通过态低压管街路、动擦力阀进车入混合乡丰器，并反与经空乔气滤清腿器进入锈的空气案混合，达经油路合通道进崇入发动经机气缸成燃烧。惜减压调垄节器与答混合器变相匹配咽，根据光发动机肝的各种聋不同工射况产生昨不同的皱真空度壤，自动炭调节减药压调节项器的供蛾气量，冈并使天译然气与馅空气均橡匀混合拌，满足替发动机揭不同工茶况的使征用要求株。动力俩阀是一敲个调节抱天然气太管道截茶面积的付装置，浮可调节占混合气晌的空燃狮比，使猛空燃比圾达到最芬佳状态献。26油路中冶安装一跌个汽油斯电磁阀毅，其余湿部件均田保留不摧变。当激使用汽扒油作燃狮料时，饱司机将那油气燃躲料转换炉开关扳岩到“油泰”的位倍置，此械时天然助气电磁来阀关闭迅，汽油蹲电磁阀炮打开，薪汽油通苏过汽油量电磁阀候进入气娱缸燃烧猫。燃料甚转换开治关有三颗个位置壁，当拨舅到中位债时，油针、气电哥磁阀均派关闭，捡该功能冒是专门激用来由巴汽油转松换到天渠然气时凉，烧完贪残存汽嫁油而设攻置的，智以免发剩生油气华混烧现萍象。27三、电动票汽车电动汽车扫是以电力推作为能源熊、由电动床机驱动的筝汽车。在缎外形上，贸电动汽车雁与传统的傲汽车并无景显著区别垦，他们的掩主要区别只在于动力熟和驱动系绩统。1、植电动汽议车的概还述28第二次机础遇20世害纪70年演代。上暮世纪70宪年代石油垃危机的爆竟发，世界救各国开始给考虑替代指石油的其粥他能源，冶包括风能阶、太阳能规、电能等职可再生能壁源。因此祖从政治经副济方面考欧虑，才又妥给了电动兽汽车第二袜次机遇，填又一次被倘人瞩目。第三次沫机遇开润始20铁世纪9发0年代吴。能源盐问题和迎环境保晋护问题左。（1）毁发展历史三次重采大机遇第一次1仰9世纪8猛0年代到缎20世纪狡初。第一俩辆电动汽盯车（3轮开）由法国助人古斯塔罢夫·土维刺（Gus论tave讲Tro共uve）征在188萍1年制造蛙出来，此佳后三四十塘年间，电粉动汽车在锡当时的汽归车发展中仓占据着重问要位置。咏但在19没24年左朋右因续航米里程短而春销声匿迹歼。29（2）甩电动汽车免的发展优油势结构简今单，使娱用方便零排放提高能源素使用效率抬，减少空烈气污染噪声小专门设逐计制造形，能满腐足使用握要求制动能卷量可回击收30（3）窄普及电动并车所面临腐的困难电动汽舌车价格两昂贵续驶里程酿有限蓄电池维使用寿添命太短蓄电池尺弃寸和质量许的制约间接污染壁严重充电基础挠设施不完随善312、电蛮动汽车鸡基本结哈构及其掩工作原芒理基本结饰构可分忠为三个略子系统首：电力驱动愤子系统（电控童系统、驻电动机糊、机械柱传动系妹统和驱胶动车轮饼等）、主能源谈子系统（主电违源、能扬量管理千系统）育和辅助控制雷子系统（辅助电立源的控制速、动力转您向、温度犯控制和辅容助动力供校给等）。32纯电动依汽车原锻理纯电动汽筋车主要由雨蓄电池、递电动/寒发电机紫等部件组嘴成。蓄电俩池向电动诱机提供电嘱能来驱动络汽车。在回制动或减之速时，电参机作为发难电机来回许收能量。33343、电动童汽车核心非技术发展电确动汽车孙必须解腿决好4变个方面坚的关键叨技术：电池技故术电机驱快动及其航控制技络术电动汽法车整车翅技术能量管卡理技术35（1）电腹池技术电池是电竭动汽车的永动力源泉告，也是一独直制约电彻动汽车发爪展的关键仗因素。电敏动汽车用屡电池的主委要性能指友标是比能耽量(E)候(单位质滨量电极材份料释放电翠能)、能朵量密度(怕Ed)（通平均单位柏体积释放巨的电能）稀、比功样率(P)帜（功率与独质量的比阶值）、循帅环寿命(叉L)和成原本(C)愧等。要使痕电动汽车田能与燃油守汽车相竞牙争，关键乞就是要开进发出比能蜘量高、比贩功率大、两使用寿命膊长的高效拌电池。36到目前为身止，电动贱汽车用电牛池经过了骆3代的发泰展，已取纹得了突破悟性的进展剥。第1代覆是铅酸膨电池，或目前主惹要是阀惕控铅酸超电池(约VRL悔A)，概由于其随比能量老较高、再价格低掌和能高席倍率放恼电，因路此是目功前惟一池能大批计量生产尽的电动温汽车用懒电池。第2代是终碱性电池坐，主要有董镍镉(N络J-Cd部)、镍氢详(Ni-边MH)、璃钠硫(N年a/S)假、锂离子盈(Li-膏ion)壳和锌空气丽(Zn/属Air)与等多种电之池，其比略能量和比为功率都比典铅酸电池辫高，因此册大大提高芝了电动汽破车的动力锹性能和续执驶里程，旋但其价格搏却比铅酸扮电池高。37第3代是糖以燃料电班池为主的熟电池。燃竖料电池直底接将燃料紧的化学能首转变为电怀能，能量咱转变效率缝高，比能很量和比功捉率都高，瓜并且可以览控制反应像过程，能撒量转化过肥程可以连芬续进行，爪因此是理姥想的汽车画用电池，堤但目前还糟处于研制址阶段，一热些关键技应术还有待成突破问。38（2）潮电力驱味动及其播控制技隔术电动机与导驱动系统午是电动汽恢车的关键誓部件，要税使电动汽食车有良好幕的使用性生能，驱动读电机应具踏有调速范善围宽、转亭速高、启据动转矩大爆、体积小订、质量小绵、效率高莫且有动态洲制动强和葛能量回馈稳等特性。目前，枣电动汽蠢车用电蔑动机主精要有直流电匠动机(签DCM材)、感应电汤动机(久IM)罗（美国锄及欧洲度常用）、永磁无滔刷电动锈机(P县MBL始M)（鸡日本）和开关磁阻戚电动机(坊SRM)4类。39随着电动忍机及驱动莫系统的发辅展，控制蜂系统趋于派智能化和翼数字化。变结构控屋制、模糊催控制、神丑经网络、酿自适应控巨制、专家送控制、遗辉传算法等欠非线性智饲能控制技南术，都将团各自或结姨合应用于漫电动汽车应的电动机咏控制系统黄。40（3）艘电动汽休车整车晕技术电动汽车志是高科技踪蝶综合性产堡品，除电狮池、电动眯机外，车庸体本身也摧包含很多我高新技术就，有些节糟能措施比流提高电池宾储能能力红还易于实值现。采用华轻质材料速如镁、铝势、优质钢烂材及复合凤材料，优端化结构，要可使汽车甜自身质量英减轻30后%-50损%；实现锄制动、下神坡和怠速记时的能量宰回收；采教用高弹滞仙材料制成午的高气压湾子午线轮版胎，可使韵汽车的滚劲动阻力减剑少50%度；汽车车穷身特别是摔汽车底部钉更加流线皮型化，可克使汽车的满空气阻力作减少50隶%。41（4）能咳量管理技火术能量管理执系统是电糠动汽车的讯智能核心雁。一辆设祸计优良的启电动汽车掉，除了有坝良好的机讲械性能、乌电驱动性善能、选择熔适当的能荐量源(即甘电池)外波，还应该竟有一套协张调各个功指能部分工舒作的能量悦管理系统瘦。它的作震用是检测漆单个电池抵或电池组瘦的荷电状闻态，并根塘据各种传逝感信息（狡力、加减葛速命令、例行驶路况屈、蓄电池规工况、环绳境温度等绝），合理咬地调配和协使用有限欧的车载能宴量；它还续能够根据专电池组的皇使用情况骄和充放电驳历史选择甩最佳充电惜方式，以遗尽可能延惰长电池的外寿命。4243长:3斜600m幕m宽:畅160撤0mm断高:15利00mm涝最高车夜速:6需0km/饮h整车汇重量:饲850k患g充电脱时间:幕6-8小客时新车丝式一次充电蒜最大续航教里程:杏180k除m电机摘功率:奏3kw44三、雀混合动商力汽车稻HEV混合动敢力电动居汽车是培指包含情两种或朋两种以日上动力波源并能壶协调工螺作的车棚辆。混度合动力三电动汽天车充分刺利用各革种动力界源的优蜘点，通磁过自动骗控制形岭成最优辱匹配，逆通常其加中一种时动力源承可以存调储另一灵种动力哑源的多趋余能量缘瑞并回收团储存车陡辆减速双时的制洽动能（仗通常在腔摩擦制框动片处旷发热散晚失），唐并能将擦它传输北给传动热系统、婶供附件表使用或常用于协既助驱动项车辆。451、撤混合动扫力汽车辟的发展晋概况国外：199腹1年大奴众推出毁济科言牌（c盐hic脚o）混杨合动力凝电动微旁型车200药9年5粱月丰弃田公司穿推出的恶混合动脸力Pr质ius先的全新瞧改版车遮型，燃馆油效率淘比旧款绳提高1驻0%，以即38惊KM/剥L合职2.准7L/暂百公里46我国：国内从2殖0世纪9正0年代末虎期开始混冤合动力汽凉车的研制情工作。1999尚年，清华医大学与厦会门金龙合稿作研制成料功国内第贪一辆混合姻动力轻型矛客车。200犹5年一掌汽小批毯量生产室解放牌酿混合动还力城市遵客车。上汽、籍东汽等驻都开展星了混合厨动力汽吩车的研量制。472、混合接动力汽车精的分类按汽车蜓驱动桥浓的多少个分：单晨轴驱动拖、双轴需驱动、黑多轴驱科动按混合脚汽车动献力系统旺特点分丘：串联帖式并联式分割式（混并混合式驴）48串联式缘瑞混合动祸力电动帅汽车串联式个混合动盈力电动究汽车主姐要由发动机、发电机、驱动电机和蓄电池逐组等部件组央成。发动规机仅仅用背于发电，葛发电机所显发出的电加能供给电设动机，电相动机驱动历汽车行驶全。发电机懂发出的部巡寿分电能向塔电池充电熊，来延长垒混合动力度电动汽车惭的行驶里覆程。另外悲电池还可边以单独向齐电动机提骄供电能来云驱动电动俩汽车，使倍混合动力尚电动汽车贵在零污染拉状态下行坛驶。但是凭大功率不蜓足。495051并联式混称合动力电嫁动汽车并联式瓦混合动伙力电动沉汽车主僵要由发般动机、旬发电/拉电动机缓和蓄电烦池组等运部件组创成。并叹联式驱晓动系统篮可以单贫独使用生发动机分或电动旋机做为绍动力源国，也可菠以同时阔使用电找动机和世发动机杏作为动炕力源来划驱动汽庙车。5253543．串联梨式驱动系搂统与并联窜式驱动系刑统的比较驱动形式串联形式并联形式排放控制原动机工况相对稳定，排放很低原动机工况变化较大，排放相对较高用途更适于路况复杂的城市内道路和山区公路行驶更适于路况简单的城市间公路及高速公路行驶整车布置辅助动力单元APU与电动机无机械连接，汽车结构布置的自由度较大APU与电动机以机械方式连接，机械装置较复杂，增加了整车布置的难度．价格增加了发电机，电池数量较多，电机功率较大，整车价格高可以利用现有汽车制造技术，电池数量较少，电机的功率较小，整车价格低原动机选择原动机范围较宽原动机选择范围较窄，多采用传统汽车用内燃机554混优合动力电霉动汽车发落展所需解联决的问题(1)雨电池(2)耀电池也管理系检统(3)蛙电机及控牲制系统(4)系辅助漠动力单抽元(A蜜PU)(5)俗载荷均衡男装置56根据混合堪动力电动知汽车发动唱机的实际计工作状况卷对APU类进行优化蜂设计。比庆如，串联判混合方式武的发动机怜，其冷却幸系统、润洁滑系统等归的优化设凝计就必须购考虑其长准期稳定在撞满负荷工早况下工作仔的特点；竞可以采用笨柴油机、葬汽油机以云外的性能壶优良的动贸力装置，底比如，串级联主动力森传递因无抚直接机械令传动，可鞠选用燃油痛经济性好仙、体积小非、重量轻乳、排气噪沟声小的高胶速燃气轮崭机。辅助动力肆单元(A毅PU)57电动机、然APU及嘴电池参数居的最佳匹汇配就是要帆达到这样柔的目标：原动机始播终在最佳杆的工作范久围内(排仙污和油耗岂最低)，赵并尽可制喝分利用A覆PU的能浸量(最大请限度地发瓶挥电动机杏的做功，算电池保持翁在最高充填放电效率尺状态），由最大限度恳地吸收制亡动能量，缝尽量减少湖电池的能贝量消耗。工作中雕，实现找电动机板、AP检U和电写池之间盲状态的愈协调控吸制就是或载荷均占衡控制呈装置的铁任务。一个智能搂化的，能录根据汽车佳的布状况临、原动机蕉的运行情坡况、电池拳的充放电撤状态等进历行实时分租析和控制藏的载荷均势衡控带统桐，对混合盒动力电动跌汽车的成忽功起到了俱关键的作加用。载荷均衡岂装置58四、燃估料电池伐电动汽柏车化学能边-热能仍-机械莲能-电案能（3庆3%~35%荒）燃料电劳池是把软燃料氧杰化的化叠学能直名接转换袄为电能确的“发拨电装置扬”，它琴能够使腔用多种漫燃料。燃料可榴以是氢野气、碳妻气化合艘物、天维然气、辅甲醇甚如至汽油肿等，在池催化剂痕的作用喇下，燃遣料慢慢择地与空翼气或氧恋气之类横的氧化择剂结合逆，可以稠不断地拨产生电话流。59燃料电池往和普通电集池的区别叶：燃料电池幼在原理和麻结构上与冤普通电池叔完全不同流。燃料电攻池的活性垦物质是储俊存在电池双之外，只童要不断地鼻供