1、 吉林大学 汽车新能源技术应用 姓 名： 朱丽芸 专 业： 汽车服务工程 年 级： 指导教师： 任园园 I 摘 要 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、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。新能源汽车包括混合动力汽车（ HEV）、纯电动汽车（ BEV，包括太阳能汽车）、燃料电池电动汽车（ FCEV）、氢发动机汽车、其它新能源（如高效储能器、二甲醚）汽车等各类别产 品。 汽车新能源技术繁多 ,新能源汽车发展方向如何。本课题以此为出发点 ,着重分析目前主要的新能源汽车技术以及这些技术的优缺点
2、,得出电动汽车将是未来发展趋势。然后探讨电动汽车充电站整车充电、更换电池两种运营模式 ,最终得出未来充电站将以更换电池为主，整车充电为辅的主流模式。 关键词： 新能源汽车；新技术；发展趋势；充电站 II Abstract 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 new-vehicle power unit), integra
3、ted 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 energy vehicles, including hybrid electric vehicles (HEV), pure electric vehicles (BEV, including solar car), f
4、uel cell electric vehicles (FCEV), hydrogen engine vehicles, and other new energy sources (such as high energy storage devices, diethyl ether) vehicles of all kinds. Automobile new energy technology is various and what is the direction of new energy vehicle development. This article is on the basis
5、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 of them to draw the conclusion that electric vehicles will be a trend in the future development; then explores the two operating modes of
6、vehicle charging station ,that is electric vehicle charging station and battery replaced charging station, and ultimately comes to conclusion that the future will be based on the battery replaced charging station, supplemented by the mainstream model of vehicle charging. Keywords: new energy vehicle
7、s; new technology; development trends; charging station III 目 录 1 绪论 . 1 2 汽车新能源技术的种类 . 1 2.1 天然气汽车 . 2 2.1.1 CNG 汽油两用燃料汽车 . 2 2.1.2 电控喷射天然气汽车 . 3 2.2 液化石油气汽车 . 4 2.3 醇类汽车 . 4 2.4 氢燃料汽车 . 5 2.5 电动汽车 . 5 2.5.1 纯电动汽车 . 6 2.5.2 混合动力电动汽车 . 7 2.5.3 燃料电池电动汽车 . 8 3 汽车新能源技术的主要比较 . 10 3.1 各种新能源汽车技术的特点分析 . 10
8、 3.1.1 天然气汽车 . 10 3.1.2 醇类燃料汽车 . 10 3.1.3 氢燃料汽车 . 10 3.1.4 混合动力汽车 .11 3.1.5 燃料电池汽车 .11 3.1.6 纯电动汽 车 .11 3.2 能量转化效率的比较 .11 3.3 减少耗油量的比较 . 12 3.4 减少碳排放的比较 . 12 3.5 综合比较 . 13 3.6 电动汽车的应用缺陷和瓶颈 . 13 4 电动汽车应用的解决方式 . 14 4.1 整车充电模式 . 14 4.1.1 常规充电 . 14 4.1.2 快速充电 . 14 IV 4.2 更换电池模式 . 15 4.2.1 电池租赁 . 15 4.2.
9、2 电池的快速更换 . 15 4.2.3 电池的维护 . 15 5 未来电动汽车充电站的发展方向 . 16 5.1 整车充电中的慢速充电方式可以充分利用 . 16 5.2 换电池模式属于能源新物流模式 . 16 5.3 整车充电中的快充大量发展将使得电网谐波污染问题突出 . 16 6 结 论 . 17 参考文献 . 18 致 谢 . 19 1 1 绪论 目前，各国能源消费依然严重依赖石油，而石油储量有限的事实向全球经济发展提出了严峻的挑战。自 2006 年起，中国取代日本成为仅次于美国的世界第二大新车消费市场。中国能源问题已经成为国民经济发展的战略问题，并成为中国能源安全战略的核心内容。汽车能
10、源消耗不仅是造成全球石油短缺的主要原因，也是环境污染和全球温室气体排放的重要原因。目前有 80以上的一氧化碳、 40以上的氮 氧化物以及20 30 的城市颗粒污染物，均来自于机动车尾气的排放。环境污染的问题越来越引起我国的重视，实现交通能源动力系统转型、发展新能源汽车将是未来汽车行业发展的主要方向 1。 欧、美、日各国把发展新能源汽车作为解决目前能源短缺的重要途径，但在不同时期的新能源汽车技术路径是不同的。总的来看，新能源汽车发展趋势可归纳为：能源逐渐由化石燃料向可再生、低排放甚至零排放的能源形式过渡是基本趋势，电能、生物燃料和氢能将是汽车能源的最终解决方案。但在电能、生物燃料和氢能最终替代化
11、石燃料前，汽车能源呈现多元化局面。 新能源汽车技术将出现多种技术共存的的局面，先进汽油车、先进柴油车、混合动力汽车、纯电动汽车、天燃气汽车、醇类燃料汽车、燃料电池汽车都将占据一定的市场份额。 但是由于目前汽车新能源汽车技术繁多，每个国家在新能源汽车领域发展方向有所不同。本课题以此为出发点，着重分析目前新能源汽车技术优缺点，并最终得出电动汽车将是未来发展趋势。然而 ,电动汽车由于目前在蓄电池技术上存在着续航能力不足，充电时间过长等问题。通过分析本课题最终提出解决这一问题的主要方案就是加快充电站的建设，并且充电站建设 将是以更换电池为主，整车充电为辅 的运营模式。 2 2 汽车新能源技术 的种类
12、2.1 天然气汽车 天然气汽车又被称为 “蓝色动力 ”汽车 ，由于天然气储量在我国非常可观，加上近几年国家的大力开发以及天然气管道网络建设的完逐步完善，天然气汽车将是未来十几年新能源发展的主要过渡产品。目前按存储天然气的压力和形态可分为：压缩天然气汽车、常压天然气汽车、液化天然气汽车、吸附天然气汽车。按燃料的组成与应用可分为：单燃料汽车、 CNG 汽油两用燃料汽车、 CNG 柴油双燃料汽车。按燃料供给的控制方式分为：机械控制式天然气汽车、机电联合控制式天然气汽车、电控式天然气 汽车。 目前各国天然气加气站基本上没有形成网络，所以，压缩天然气汽车大部分是在汽油机或柴油机的基础上改造的两用燃料汽车
13、。目前广泛使用的就是 CNG 汽油两用燃料汽车。 2.1.1 CNG 汽油两用燃料汽车 所谓的 CNG汽油两用燃料汽车，就是将原来的燃料供给系统保留不变，增加一套“车用压缩天然气装置。改装后的汽车油气两种燃料转换非常方便，即可使用原来的汽油工作，也可以用天然气工作，但不能同时使用。“车用压缩天然气装置”由天然气储气系统、天然气供给系统、油气燃料转换系统 3 个系统组成。天然气储气系统主要由充气阀、 高压截止阀、天然气储气瓶、高压管线、高压接头、压力传感器及气量显示器等组成；天然气供给系统主要由天然气滤清器、天然气高压电磁阀、减压调节阀、混合器等组成；油气燃料转换系统主要由油气燃料转换开关、天然
14、气电磁阀、汽油电磁阀等组成 2。 目前我国使用的 CNG 汽车 ,有机械控制式和机电控制式两大类。机电控制式车用压缩天然气装置工作原理方块图如图 2.1 所示。充气站将压缩天然气 ,通过充气阀充入储气瓶至 20mpa。当使用天然气作燃料时，手动截止阀打开，安装在驾驶室内的汽油燃料转换开关扳到“气”的位置，此时天燃气电磁阀打开 ，汽油电磁阀关闭，储气瓶内的 20mpa 高压天然气通过高压管路进入减压调节器减压，再通过低压管路、动力阀，进入混合器，并与经空气滤清器进入的空气混合，经化油器通道进入发动机气缸燃烧。减压调节器与混合器相匹配，根据发动机的各种不同工况产生不同的真空度，自动调节减压调节器的
15、供气量，并使天然气与空气均匀混合，满足发动机不同工况的使用要求。 3 图 2.1 CNG 汽油两用燃料汽车工作原理方块图 当使用汽油作燃料时，将油气燃料转换开关扳到“油”的位置，此时天然气电磁阀 关闭，汽油电磁阀打开，汽油通过汽油电磁阀进入化油器，并吸入气缸燃料。有的CNG 汽车用晶体管电动油泵代替汽油电磁阀，其性能基本相同。 2.1.2 电控喷射天然气汽车 由目前市面上大部分汽车使用的汽车都是电控喷射的汽油车，因此汽油电喷两用燃料发动机改装系统应运而生。 电控喷气燃料供给形式有两大类：缸外供气方式和缸内供气方式。缸外供气方式是将气体燃料喷射到进气门之间的进气道或进气管中。缸内喷射是指将气体燃
16、料直接喷到气缸内，喷气阀装在汽缸盖上。 从工作原理来看电控喷气系统由空气供给系统、燃气供给系统和控制系统三大 部分组成。空气供给系统主要包括空气滤清器、进气管和进气歧管等。这些部件与一般发动机的空气供给系统基本相同；燃气供给系统主要包括储气瓶、燃气过滤器、调压器、喷气阀和输气管线等；控制系统主要包括传感器、电控单元和执行元件。在发动机运转过程中，空气自空气滤清器吸入后，经进气管、节流阀体、进气门，进入气缸。气体燃料从储气瓶输出后，经燃气过滤器滤去杂质，再经过减压阀降至所需求的压力，最后电控系统中的电控单元根据各种传感器随时传来的信息，经过分析处理、计算出与发动机运行工况相对应的最佳供气量，并向
17、燃气供给系统中的喷气阀 发出控制指令。 天然气气路 充气阀 储气瓶 手动截止阀 高压电磁阀 减压调节阀 动力调节阀 混合器 化油器 油气燃料转换开关 控制电路 汽油油路 油箱 汽油泵 汽油电磁阀 空气滤 4 2.2 液化石油气汽车 液化石油气 (简称 LPG)的主要成分是丙烷 C3H8，此外还含有少量的丙烷 C4H10，丙烷 C3H6 和丁烯 C4H8，作为车用燃料来说，液化石油气的能量密度比天然气大，在中小型汽车上推广比较容易。 目前，对于 LPG 加气站不足的地区，还不具备发展纯 LPG 汽车的条件，大多数国家仍以发展液化石油气 汽油两用燃料汽车为主。 由于液化气和天然气的性质相似决定了它
18、们的结构相似性，故液化石油气汽车的主要专用部件与天然气汽车大部分一致。液化石油气汽车与天然气汽车的主要区别在于液化石油气汽车必 须有蒸发调压器。所谓 LPG 蒸发调压器是集预热、蒸发、减压、调压功能于一体， LPG 被发动机冷却水加热后蒸发气化，再经减压达到接近大气压时供发动机使用。 2.3 醇类汽车 醇类汽车就是以甲醇、乙醇等醇类物质为燃料的汽车，使用比较广泛的是乙醇，乙醇来源广泛，制取技术成熟，最新的一种利用纤维素原料生产乙醇的技术其可利用的原料几乎包括了所有的农林废弃物、城市生活有机垃圾和工业有机废弃物。目前醇类汽车多使用乙醇与汽油或柴油以任意比例掺和的灵活燃料驱动，既不需要改造发动机，
19、又起到良好的节能、降污效果，但这种掺和燃料要获得 与汽油或柴油相当的功率，必须加大燃油喷射量，当掺醇率大于 15% 20%时，应改变发动机的压缩比和点火提前角。乙醇燃料理论空燃比低，对发动机进气系统要求不高，自燃性能差，辛烷值高，有较高的抗爆性，挥发性好，混合气分布均匀，热效率较高，汽车尾气污染可减少 30%以上。 目前醇类燃料在汽车上的燃烧方式可分为掺烧和纯烧两种方式。 (1) 掺烧是目前醇类汽车使用的主要方式。因为使用方便并且无需对发动机做改动因此受到广泛使用。 (2) 在纯烧醇类燃料时，应对发动机进行必要的改动 ： 混合气的形成装置必须与醇较低的热值及较少 的空气需要量相适应 ； 加大输
20、油泵的供油能力，以避免气阻 ； 采用高压缩比以充分利用醇高辛烷值的特性 ； 更合适的混合气形成装置 ； 火花塞和火花塞间隙的选择，压缩比提高后，宜采用冷型火花塞 ； 解决冷启动不利的因素 ； 加大燃料箱，以保证必要续航里程 ； 改善有关零部件的抗腐蚀性和抗溶胀性等。 5 目前醇类燃料在柴油车上的使用比较复杂。由于醇类易于自然吸水且相对密度小于柴油，故与柴油的互溶性较差。此外，醇类十六烷值很低着火性能很差，使得醇类用作压燃式发动机燃料比用作点燃式发动机燃料困难。因此再将醇类燃料在柴油车上使用时，必 须采用预混的方法，就是在进气管上加装一个醇燃料引入器，将醇燃料引入器进入进气管的醇燃料迅速雾化、蒸
21、发并与空气混合，压缩行程接近终了时，柴油从喷油器喷入气缸，引燃醇燃料空气预混合气。 2.4 氢燃料汽车 氢是清洁燃料，采用氢气作燃料，只需略加改动常规火花塞点火式发动机， 就可以使用。 其燃烧效率比汽油高，混合气可以较大程度地变稀，所需点火能量小，有利于节约燃料。氢气也可以加入其它燃料 (如 CNG)中，用于提高效率和减少 N02 排放。氢的质量能量密度是各种燃料中最高的一种，但体积能量密度最低，其最大的使用障碍是储存和安 全问题 3。 汽车使用氢燃料较简单的技术是在发动机进气管里进行预混，经过进气道在进气形成送入气缸，由火花塞或电热塞引燃，也可以用柴油引燃。由于氢的分子量很小，在等能量情况下
22、，气态氢比甲烷等其他气体占的体积大，因此机外混合的容积效率低，功率只有原来石油燃料发动机的 80%左右；混合气在进气行程进入气缸，又经过压缩行程的作用，氢与空气的混合时间时间较长，又较容易从外界创造条件促进混合气混合均匀，因此混合气的品质容易保证，但这种汽车的动力性较低，易产生回火，综合性能较差。尽管预混技术简单，发动机变动较小，也可以采 用一些措施来提高发动机功率及避免回火，然而汽车的综合性能难以达到较高水平。 理论分析、试验结果及实践经验都表明，采用缸内形成混合气的氢燃料汽车的动力性、热效率及燃料经济性都明显地优于使用石油燃料的汽车。喷氢器是实现缸内直喷的重要条件。压缩行程开始后，气缸内气体压力是逐步上升的，在压缩行程初期、中期或末期喷入缸内氢气压力也必须是不同的，压力高低需要与缸内气体压力相适应。 2.5 电动汽车 电动汽车是以电力作为能源，由电动机驱动的汽车。在外型上电动汽车与传统的汽车并无显著区别，它们的主要区别在于动力源和驱 动系统。目前电动汽车的种类主要包括：纯电动汽车、混合动力电动汽车以及燃料电池电动汽车三类。纯电动汽车完全由蓄电池提供电能，经过电动机和驱动系统，驱动汽车行驶，如果一辆电动汽车同时采用电动机和发动机作为动力驱动系统，就构成了所谓混合型电动汽车或称混合动
