绪论新能源汽车技术

第1章绪论主讲：郑竹安YANCHENGINSTITUTEOFTECHNOLOGY新能源汽车技术YANCHENGINSTITUTEOFTECHNOLOGY新能源汽车技术2第1章绪论1.1新能源汽车的定义和分类1.2开展新能源汽车的必要性1.3新能源汽车开展现状1.4新能源汽车车型分析1.5新能源汽车技术路线及关键技术YANCHENGINSTITUTEOFTECHNOLOGY新能源汽车技术31.1新能源汽车的定义和分类1.1.1新能源汽车的定义根据我国《汽车产业开展政策》的有关规定，2007年，国家开展和改革委员会制定了《新能源汽车生产准入管理规那么》，《规那么》对新能源汽车做出了明确的定义：新能源汽车系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、具有新技术、新结构的汽车。

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新能源汽车的分类新能源汽车包括纯电动汽车、增程式电动汽车、混合动力汽车、燃料电池电动汽车、氢发动机汽车、其它新能源汽车等。增程式电动车是一种配有地面充电和车载供电功能的纯电驱动的电动汽车。其动力系统由动力电池系统、动力驱动系统、整车控制系统和辅助动力系统〔APU〕组成。YANCHENGINSTITUTEOFTECHNOLOGY新能源汽车技术51.2开展新能源汽车的必要性1.2.1能源短缺世界能源主要包括石油、天然气、煤炭和核能等。据预测，目前全球已探明石油储量为12000.7亿桶，可开采40.6年；天然气已探明储量179.83万亿m3，可开采65.1年。全球2006年底已探明可开采煤炭储量为9090.64亿吨，可开采155年，而随着可探明技术的开展，可开采煤炭储量将增加到200年以上。在世界能源消耗总量中，2007年，石油占35%，煤占29%，天然气占24%，核能和水利发电各占6%，如图1.1所示。随着时间的推移，能量消耗结构会发生变化。YANCHENGINSTITUTEOFTECHNOLOGY新能源汽车技术61.2开展新能源汽车的必要性YANCHENGINSTITUTEOFTECHNOLOGY新能源汽车技术71.2开展新能源汽车的必要性我国是一个能源短缺的国家，但却是一个能源消费大国。按照当前的能源资源开采速度，各种一次能源可供给的年限，石油为11.3年；天然气为27.2年；煤炭为45年。表1-1为中国的能源资源状况。YANCHENGINSTITUTEOFTECHNOLOGY新能源汽车技术81.2开展新能源汽车的必要性目前世界汽车保有量约8亿辆，预计到2030年全球汽车保有量将突破20亿辆，主要增量来自开展中国家。图1.2为世界汽车保有量增长的预测。YANCHENGINSTITUTEOFTECHNOLOGY新能源汽车技术91.2开展新能源汽车的必要性石油在交通领域的消费逐年增长。国际能源机构〔IEA〕的统计数据说明，2001年全球57%的石油消费在交通领域〔其中美国到达67%〕。预计到2023年交通用油占全球石油总消耗的62%以上。美国能源部预测，2023年以后，全球石油需求与常规石油供给之间将出现净缺口，2050年的供需缺口几乎相当于2000年世界石油总产量的两倍。图1.3为IEA对2005~2030年间各地区及国家在世界交通运输石油需求增长量中所占比例的预测。YANCHENGINSTITUTEOFTECHNOLOGY新能源汽车技术101.2开展新能源汽车的必要性中国的石油消耗量仅次于美国，位居世界第二位，原油消费年均增长率为6%以上，与国际通行的石油消费强度比较，我国石油消费强度为0.19，大体相当于日本的4倍，欧洲的3倍，美国的2倍。据预测，未来几年，中国原油进口量的增长比例将到达10%以上，成品油的进口量增长比例在8%左右，总的石油进口量增长比例将到达年均6%。国际能源机构〔IEA〕预测，随着越来越多中国消费者购置汽车，到2030年，中国石油消耗量的80%需要依靠进口。YANCHENGINSTITUTEOFTECHNOLOGY新能源汽车技术111.2开展新能源汽车的必要性我国汽车保有量迅速增加。截止2023年底，全国汽车保有量为6467万辆，与2007年相比，增加770万辆，增长13.52%。中国成为仅次于美国的世界第二大新车销售市场。预计到2023年，全国汽车保有量将超过1亿辆。表1-2为2005~2023年全国汽车保有量及增长率。表1-22005~2023年全国汽车保有量及增长率YANCHENGINSTITUTEOFTECHNOLOGY新能源汽车技术121.2开展新能源汽车的必要性汽车消费的快速增长导致能源消耗加速增长。中国机动车燃油消耗量约占全国总油耗的1/3，这也使得中国石油对外依存度每年都在不断攀升。从我国单车耗油量来看，我国平均单车所耗油的实际值约2.5吨，比美国高10~25%，比日本高1倍以上。表1-3汽车占全国汽车和柴油消耗的比例YANCHENGINSTITUTEOFTECHNOLOGY新能源汽车技术131.2开展新能源汽车的必要性1.2.2环境污染燃油汽车在运行过程中会产生大量的有害气体，不但污染环境，还大大地影响人类健康。污染物主要包括：〔1〕碳氢化合物〔HC〕汽车尾气中的碳氢化合物中含苯、甲苯和二甲苯等有害物质。其中以苯的危害最大，它是一种致癌物质，可引发人体血癌、贫血、血小板减少、粘膜出血以及头痛、失眠、呕吐等疾病。〔2〕氮氧化合物〔NOx〕氮氧化物是一种强烈的腐蚀剂，对人的呼吸器官有刺激作用，会引起气管炎、肺炎、和肺气肿，削弱血液输氧功能，燃油汽车加速行驶时，各种有害气体排放量激增，其中又以NOx排放量为最大。YANCHENGINSTITUTEOFTECHNOLOGY新能源汽车技术141.2开展新能源汽车的必要性〔3〕一氧化碳〔CO〕一氧化碳是一种无色、无臭的有毒气体，它通过呼吸道进入人体后，与血液中的血红蛋白相结合，削弱血液的输氧功能，从而造成人体内部缺氧，危害中枢神经系统，轻那么头晕、头痛、四肢无力、视力受损，重那么中毒身亡。〔4〕二氧化硫〔SO2〕二氧化硫是一种无色无味的气体，能损害人的肝、肾和心脏，对眼、鼻、咽喉和呼吸都有强烈的刺激作用，会引发和加重人的呼吸系统和心血管疾病，严重时导致死亡。〔5〕臭氧〔O3〕臭氧对人体的器官和肺部均有损害作用，对心脏，肝等器官也有不良影响，臭氧浓度到达0.17mg/m3时，就能危害人体健康。YANCHENGINSTITUTEOFTECHNOLOGY新能源汽车技术151.2开展新能源汽车的必要性〔6〕铅铅以化合物的形式，通过呼吸道或皮肤，进入人体内，危害人体健康。人体摄入过量的铅，有引发癌症的危险，损害人体造血系统、心脏和肾脏，使消化系统中毒，还会引起神经中枢中毒，导致乔迷、痉孪以致死亡。铅中毒的病症是精神呆滞，智力下降，头痛失眠，记忆力减退，视力受损，嗅觉不灵，举止异常，身体虚弱。〔7〕可吸入颗粒物直径小于0.0lmm的微粒，能漂浮在空气中，轻而易举地进入人体内部，在人体内刺激肺壁，造成肺炎、哮喘和心脏病。燃油汽车，尤其是柴油汽车，除排出一氧化碳等有害物质外，还会排出大量有害微粒，污染环境，危害人体健康。〔8〕汽油汽油是燃油汽车的主要燃料，汽油主要以蒸气形式，从运油车、储油罐，加油设备、汽油油桶、化油器、油泵、油嘴等的缝隙和孔道中逸出，直接污染大气，危害人的身体健康。YANCHENGINSTITUTEOFTECHNOLOGY新能源汽车技术161.2开展新能源汽车的必要性燃油汽车的尾气除了上述的直接污染外，同时还产生间接污染。〔1〕排出的CO2将产生全球性的温室效应，使大气气候异常，气候异常又将引发飓风等自然灾害。如果大气中的CO2浓度增加一倍，温室效应气温将上升约1.5~4.5度，飓风的能量可增加5%，必然带来严重的环境问题。〔2〕排出的氨氧化物和硫化物也是酸雨中的主要有害成分，是形成烟雾、酸雾、酸雨的直接原因，对森林植被、农作物及建筑物都有腐蚀毁坏作用。YANCHENGINSTITUTEOFTECHNOLOGY新能源汽车技术171.2开展新能源汽车的必要性YANCHENGINSTITUTEOFTECHNOLOGY新能源汽车技术181.2开展新能源汽车的必要性由上表可知，机动车排放污染已对城市大气污染构成了严重威胁。因此，必须研究改善城市机动车排放污染的对策和措施。降低和控制机动车排放污染物的主要措施有：〔1〕控制机动车排放污染源水平。〔2〕提高燃油品质，开展代用燃料。〔3〕推广使用电动汽车。〔4〕加强城市道路交通综合整治，改善城市道路行驶环境。YANCHENGINSTITUTEOFTECHNOLOGY新能源汽车技术191.2开展新能源汽车的必要性欧洲制订了旨在限制汽车污染物排放的欧Ⅴ和欧Ⅵ标准。根据新标准，未来欧盟国家对本地生产及进口汽车的污染物排放量，特别是氮氧化物和颗粒物排放量的控制将日益严格。欧Ⅴ标准已于2023年9月1日开始实施。柴油SUV执行欧Ⅴ标准的时间是2023年9月。相对于欧Ⅴ标准，将于2023年9月实施的欧Ⅵ标准更加严格。根据欧Ⅵ标准，柴油轿车的氮氧化物排放量不应超过80mg/100km，比目前标准规定的排放量减少68%。欧盟官员称，与欧Ⅴ标准相比，欧Ⅵ标准对人体健康的益处将增加60%至90%。YANCHENGINSTITUTEOFTECHNOLOGY新能源汽车技术201.2开展新能源汽车的必要性目前欧盟采用的欧Ⅳ标准是2005年1月开始实施的。该标准要求柴油轿车的氮氧化物排放量不得超过250mg/100km；面包车和SUV的氮氧化物排放量不得超过390mg/100km。北京于2023年在国内率先对新车实行“国四〞排放标准，2023年国内新车销售将全面实施该标准。预计到2023年，中国生产汽车的排放控制技术水平与国外先进水平差距有望由2000年的8年缩短到5年。YANCHENGINSTITUTEOFTECHNOLOGY新能源汽车技术211.2开展新能源汽车的必要性1.2.3气候变暖

能源的大量消耗带来温室气体排放问题。二氧化碳是全球最重要的温室气体，是造成气候变化的主要原因，而它主要来自化石燃料的燃烧。中国的二氧化碳年排放量仅次于美国列世界第二位。图1.4为世界主要国家排放二氧化碳的比例。据世界上许多科学家预测，未来50至100年人类将完全进入一个变暖的世界。由于人类活动的影响，温室气体和硫化物气溶胶的浓度增加过快，未来100年全球平均地表温度将上升1.4℃~5.8℃，到2050年我国平均气温将上升2.2℃。YANCHENGINSTITUTEOFTECHNOLOGY新能源汽车技术221.2开展新能源汽车的必要性YANCHENGINSTITUTEOFTECHNOLOGY新能源汽车技术231.2开展新能源汽车的必要性为了减少汽车对全球气候变暖的影响，削减温室气体二氧化碳的排放，汽车应尽量采用小排量发动机和稀薄燃烧发动机，最大限度地提高能源利用效率，从而减少汽车对全球气候变暖的影响。汽车二氧化碳排放法规开始实施。2023年，欧盟要求轿车二氧化碳排放到达140g/km，对于汽油车，对应油耗6L/100km以下；2023年，到达120g/km；2023年，到达100g/km。如果中国采用一系列先进技术，包括电动汽车、天然气汽车和以天然气为燃料的内燃机技术，到2030年，中国汽车二氧化碳的排放总量有可能降低45%。YANCHENGINSTITUTEOFTECHNOLOGY新能源汽车技术241.2开展新能源汽车的必要性在能源和环保的压力下，新能源汽车无疑将成为未来汽车的开展方向。据专家预计，如果新能源汽车得到快速开展，结合中国的能源资源状况和国际汽车技术的开展趋势，预计到2025年后，中国普通汽油车占乘用车的保有量将仅占50%左右，而先进柴油车、燃气汽车、生物燃料汽车等新能源汽车将迅猛开展。YANCHENGINSTITUTEOFTECHNOLOGY新能源汽车技术251.3新能源汽车开展现状在汽车一百多年的开展历史中，为能源危机所迫，人类另寻出路开始研发新能源汽车，新能源汽车量产的历史只有十余年。面对全球范围日益严峻的能源形势和环保压力，近年来，世界主要汽车生产国都把开展新能源汽车作为提高产业竞争能力、保持经济社会可持续开展的重大战略举措。新能源汽车成为市场新的增长点。YANCHENGINSTITUTEOFTECHNOLOGY新能源汽车技术261.3.1国外新能源汽车开展概述目前美国和日本的电动汽车研究处于世界的领先水平。其次有法、德、意、英、瑞士等国都有相应的电动汽车研究。1．美国美国号称“汽车王国〞，汽车工业十分兴旺，汽车产量最大，保有量最多，石油消耗量和汽车的排放污染物居世界首位。2005年美国通用公司与戴姆勒-克莱斯勒、宝马联合组成GHC〔GlobalHybridCooperation〕，联合开发TMHD双模式混合动力系统，以对抗丰田、本田在混合动力领域的技术垄断。YANCHENGINSTITUTEOFTECHNOLOGY新能源汽车技术271.3.1国外新能源汽车开展概述戴姆勒-克莱斯勒应该是燃料电池车型领域投入较大的企业，包括轿车、公交车和卡车，其总共开发出了12款燃料电车车型。其中影响力较大的是基于梅赛德斯-奔驰A级开发的F-Cell燃料电池车型，该车型在必比登挑战赛上表现良好。第一代F-Cell车型是在2002年生产出来，而基于B级车开发的F-Cell车型搭载功率更高的电动马达，同时行驶里程会更长，该车型方案于2023年小规模投产。此外，Mercedes-BenzCitaro豪华燃料电池客车当初进入北京也引起了不小的轰动。YANCHENGINSTITUTEOFTECHNOLOGY新能源汽车技术281.3.1国外新能源汽车开展概述除了戴姆勒-克莱斯勒之外还有众多厂家参与的燃料电池车型的研究，福特曾在2000年推出过一款基于福克斯开发的FCV燃料电车车型；通用也分别在2001年和2002年推知名为Hydrogen3和Hywire的燃料电池车型，并在2005年北美车展推出最新的的GMSequel燃料电池车型。值得一提的是GMSequel的破百时间被控制在了10秒以内，并且在车型的设计上更为注重运动风格。YANCHENGINSTITUTEOFTECHNOLOGY新能源汽车技术291.3.1国外新能源汽车开展概述2．日本

日本是能源短缺的工业大国，城市污染严重。早在30多年以前就开始进行燃料电池的研究。丰田公司于1996年11月在第13届国际电动车会议上推出日本第一辆燃料电池电动车。从2003年开始，丰田就在Prius身上使用了第二代混合动力系统，俗称THS-II系统。日本的本田也在1999年的时候推出HondaInsight混合动力车型。YANCHENGINSTITUTEOFTECHNOLOGY新能源汽车技术301.3.1国外新能源汽车开展概述马自达在氢燃料应用方面取得了重要成果。马自达主要研究方向是氢燃料转子发动机的研究。早在1991年，马自达就推出了氢燃料转子发动机的原型车HR-X，之后又在1993年推出了HR-X2、MX-5敞篷跑车试验车。经过10的苦心研究，马自达在2003年推出了搭载氢动力转子发动机的MazdaRX-8HydrogenRE实验车型。马自达首先在全球实现了氢转子发动机车型的实用化，在2006年2月就以租赁销售的形式推出MazdaRX-8HydrogenRE。YANCHENGINSTITUTEOFTECHNOLOGY新能源汽车技术311.3.1国外新能源汽车开展概述3．其它国家1973年雷诺汽车集团已研制出电动汽车。标致-雪铁龙与雷诺两大汽车公司一直在积极研制电动汽车。从1995年7月1日开始，政府给购置电动汽车的用户提供5000法郎补贴，法国电力公司从自身利益考虑，向电动汽车制造厂生产的电动汽车每辆提供一万法郎的补助。这些措施给电动汽车在法国开展创造了良好的环境。YANCHENGINSTITUTEOFTECHNOLOGY新能源汽车技术321.3.1国外新能源汽车开展概述德国在新能源汽车方面也作出了重要奉献。宝马也是氢动力发动机车型研究的先行者。2007年，其向外界推出了7系氢动力车型，该车型搭载一台6.0升V12氢动力发动机，最大功率260hp，最大扭矩390N•m。这台发动机的关键技术是喷射阀体需要提供相应的燃料/空气混合气体，在很短的时间内将适量的氢气送入进气当中。在解决这一难题的过程中，宝马发动机所具有的Valvetronic电子气门和Double-VANOS双凸轮轴可变气门正时系统起到至关重要的作用。YANCHENGINSTITUTEOFTECHNOLOGY新能源汽车技术331.3.1国外新能源汽车开展概述YANCHENGINSTITUTEOFTECHNOLOGY新能源汽车技术341.3.1国外新能源汽车开展概述YANCHENGINSTITUTEOFTECHNOLOGY新能源汽车技术351.3.2国内新能源汽车开展概述国内新能源汽车产业始于21世纪初。2001年，新能源汽车研究工程被列入国家“十五〞期间的“863〞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，中国提出“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。“三纵三横〞2006年6月，“十一五〞的“863〞方案节能与新能源汽车重大工程通过论证。12月，由13名成员组成的“十一五〞的“863〞方案节能与新能源汽车重大工程总体专家组正式成立。YANCHENGINSTITUTEOFTECHNOLOGY新能源汽车技术361.3.2国内新能源汽车开展概述国内的比亚迪、奇瑞、吉利、长安、哈飞等车企，纷纷在各大国际车展上频频亮相，展出了自行研发的燃料电池汽车及混合动力汽车，从而在这场新能源的竞技中，取得了不可估量的首发权。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、华普海域甲醇动力轿车和海尚油电混合动力汽车，力帆520混合动力汽车等，国产新能源汽车如雨后春笋，纷纷崭露头角。YANCHENGINSTITUTEOFTECHNOLOGY新能源汽车技术371.3.2国内新能源汽车开展概述为推动节能与新能源汽车规模化、产业化，促进我国汽车产业加快结构调整、实现跨越式开展，奥运会后，财政部、科技部发出了《关于开展节能与新能源汽车示范推广工作试点工作的通知》(以下简称《通知》)，决定在北京、上海、重庆、长春、大连、杭州、济南、武汉、深圳、合肥、长沙、昆明、南昌等13个城市开展节能与新能源汽车示范推广试点工作。鼓励试点城市率先在公交、出租、公务、环卫和邮政等公共效劳领域推广使用节能与新能源汽车。《通知》明确中央财政重点对试点城市购置混合动力汽车、纯电动汽车和燃料电池等节能与新能源汽车给予一次性定额补助。YANCHENGINSTITUTEOFTECHNOLOGY新能源汽车技术381.3.2国内新能源汽车开展概述YANCHENGINSTITUTEOFTECHNOLOGY新能源汽车技术391.3.2国内新能源汽车开展概述2023上海车展YANCHENGINSTITUTEOFTECHNOLOGY新能源汽车技术401.4新能源汽车车型分析混合动力汽车插电式混合动力汽车纯电动汽车增程式电动汽车YANCHENGINSTITUTEOFTECHNOLOGY新能源汽车技术411.5新能源汽车技术路线及关键技术1.技术路线确定“纯电驱动〞的技术转型战略坚持“三纵三横〞的研发布局YANCHENGINSTITUTEOFTECHNOLOGY新能源汽车技术421.5新能源汽车技术路线及关键技术2.关键技术电池电机电控混合动力汽车纯电动汽车燃料电池汽车YANCHENGINSTITUTEOFTECHNOLOGY新能源汽车技术431.5新能源汽车技术路线及关键技术电能氢能生物柴油二甲醚甲醇天然气液化石油气ThankyouYANCHENGINSTITUTEOFTECHNOLOGYYANCHENGINSTITUTEOFTECHNOLOGY新能源汽车技术45作业P231、2、3YANCHENGINSTITUTEOFTECHNOLOGY新能源汽车技术46电能新能源主要优点主要缺点或问题现状与前景电能1.电能来源非常丰富，且来源方式多；2.直接污染及噪声很小；3.结构简单，维修方便。1.蓄电池能量密度小，汽车续驶里程短，动力性较差；2.电池重量大，寿命短.成本较高；3.蓄电池充电时间长。1.从总体看仍处于试验研究阶段，要完全解决技术上的难题并降低成本，还需要一定的时间；2.公认的未来汽车的主流。YANCHENGINSTITUTEOFTECHNOLOGY新能源汽车技术47氢能新能源主要优点主要缺点或问题现状与前景氢气1.氢气的来源非常丰富；2.污染很小；3.氢的辛烷值高，热值高。1.氢气生产成本高；2.气态氢能量密度小且储运不便，液态氮技术难度大，成本高；3.需要开发专用发动机1.仍处于基础研究阶段。制氢及储带技术有待突破；2.有希望成为未来汽车的重要组成，但前景尚难估量。YANCHENGINSTITUTEOFTECHN