緒論新能源汽車技術

第1章緒論主講：鄭竹安YANCHENGINSTITUTEOFTECHNOLOGY新能源汽車技術YANCHENGINSTITUTEOFTECHNOLOGY新能源汽車技術2第1章緒論1.1新能源汽車的定義和分類1.2開展新能源汽車的必要性1.3新能源汽車開展現(xiàn)狀1.4新能源汽車車型分析1.5新能源汽車技術路線及關鍵技術YANCHENGINSTITUTEOFTECHNOLOGY新能源汽車技術31.1新能源汽車的定義和分類1.1.1新能源汽車的定義根據(jù)我國《汽車產(chǎn)業(yè)開展政策》的有關規(guī)定，2007年，國家開展和改革委員會制定了《新能源汽車生產(chǎn)準入管理規(guī)那么》，《規(guī)那么》對新能源汽車做出了明確的定義：新能源汽車系指采用非常規(guī)的車用燃料作為動力來源〔或使用常規(guī)的車用燃料、采用新型車載動力裝置〕，綜合車輛的動力控制和驅動方面的先進技術，形成的技術原理先進、具有新技術、新結構的汽車。

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新能源汽車的分類新能源汽車包括純電動汽車、增程式電動汽車、混合動力汽車、燃料電池電動汽車、氫發(fā)動機汽車、其它新能源汽車等。增程式電動車是一種配有地面充電和車載供電功能的純電驅動的電動汽車。其動力系統(tǒng)由動力電池系統(tǒng)、動力驅動系統(tǒng)、整車控制系統(tǒng)和輔助動力系統(tǒng)〔APU〕組成。YANCHENGINSTITUTEOFTECHNOLOGY新能源汽車技術51.2開展新能源汽車的必要性1.2.1能源短缺世界能源主要包括石油、天然氣、煤炭和核能等。據(jù)預測，目前全球已探明石油儲量為12000.7億桶，可開采40.6年；天然氣已探明儲量179.83萬億m3，可開采65.1年。全球2006年底已探明可開采煤炭儲量為9090.64億噸，可開采155年，而隨著可探明技術的開展，可開采煤炭儲量將增加到200年以上。在世界能源消耗總量中，2007年，石油占35%，煤占29%，天然氣占24%，核能和水利發(fā)電各占6%，如圖1.1所示。隨著時間的推移，能量消耗結構會發(fā)生變化。YANCHENGINSTITUTEOFTECHNOLOGY新能源汽車技術61.2開展新能源汽車的必要性YANCHENGINSTITUTEOFTECHNOLOGY新能源汽車技術71.2開展新能源汽車的必要性我國是一個能源短缺的國家，但卻是一個能源消費大國。按照當前的能源資源開采速度，各種一次能源可供給的年限，石油為11.3年；天然氣為27.2年；煤炭為45年。表1-1為中國的能源資源狀況。YANCHENGINSTITUTEOFTECHNOLOGY新能源汽車技術81.2開展新能源汽車的必要性目前世界汽車保有量約8億輛，預計到2030年全球汽車保有量將突破20億輛，主要增量來自開展中國家。圖1.2為世界汽車保有量增長的預測。YANCHENGINSTITUTEOFTECHNOLOGY新能源汽車技術91.2開展新能源汽車的必要性石油在交通領域的消費逐年增長。國際能源機構〔IEA〕的統(tǒng)計數(shù)據(jù)說明，2001年全球57%的石油消費在交通領域〔其中美國到達67%〕。預計到2023年交通用油占全球石油總消耗的62%以上。美國能源部預測，2023年以后，全球石油需求與常規(guī)石油供給之間將出現(xiàn)凈缺口，2050年的供需缺口幾乎相當于2000年世界石油總產(chǎn)量的兩倍。圖1.3為IEA對2005~2030年間各地區(qū)及國家在世界交通運輸石油需求增長量中所占比例的預測。YANCHENGINSTITUTEOFTECHNOLOGY新能源汽車技術101.2開展新能源汽車的必要性中國的石油消耗量僅次于美國，位居世界第二位，原油消費年均增長率為6%以上，與國際通行的石油消費強度比較，我國石油消費強度為0.19，大體相當于日本的4倍，歐洲的3倍，美國的2倍。據(jù)預測，未來幾年，中國原油進口量的增長比例將到達10%以上，成品油的進口量增長比例在8%左右，總的石油進口量增長比例將到達年均6%。國際能源機構〔IEA〕預測，隨著越來越多中國消費者購置汽車，到2030年，中國石油消耗量的80%需要依靠進口。YANCHENGINSTITUTEOFTECHNOLOGY新能源汽車技術111.2開展新能源汽車的必要性我國汽車保有量迅速增加。截止2023年底，全國汽車保有量為6467萬輛，與2007年相比，增加770萬輛，增長13.52%。中國成為僅次于美國的世界第二大新車銷售市場。預計到2023年，全國汽車保有量將超過1億輛。表1-2為2005~2023年全國汽車保有量及增長率。表1-22005~2023年全國汽車保有量及增長率YANCHENGINSTITUTEOFTECHNOLOGY新能源汽車技術121.2開展新能源汽車的必要性汽車消費的快速增長導致能源消耗加速增長。中國機動車燃油消耗量約占全國總油耗的1/3，這也使得中國石油對外依存度每年都在不斷攀升。從我國單車耗油量來看，我國平均單車所耗油的實際值約2.5噸，比美國高10~25%，比日本高1倍以上。表1-3汽車占全國汽車和柴油消耗的比例YANCHENGINSTITUTEOFTECHNOLOGY新能源汽車技術131.2開展新能源汽車的必要性1.2.2環(huán)境污染燃油汽車在運行過程中會產(chǎn)生大量的有害氣體，不但污染環(huán)境，還大大地影響人類健康。污染物主要包括：〔1〕碳氫化合物〔HC〕汽車尾氣中的碳氫化合物中含苯、甲苯和二甲苯等有害物質。其中以苯的危害最大，它是一種致癌物質，可引發(fā)人體血癌、貧血、血小板減少、粘膜出血以及頭痛、失眠、嘔吐等疾病。〔2〕氮氧化合物〔NOx〕氮氧化物是一種強烈的腐蝕劑，對人的呼吸器官有刺激作用，會引起氣管炎、肺炎、和肺氣腫，削弱血液輸氧功能，燃油汽車加速行駛時，各種有害氣體排放量激增，其中又以NOx排放量為最大。YANCHENGINSTITUTEOFTECHNOLOGY新能源汽車技術141.2開展新能源汽車的必要性〔3〕一氧化碳〔CO〕一氧化碳是一種無色、無臭的有毒氣體，它通過呼吸道進入人體后，與血液中的血紅蛋白相結合，削弱血液的輸氧功能，從而造成人體內部缺氧，危害中樞神經(jīng)系統(tǒng)，輕那么頭暈、頭痛、四肢無力、視力受損，重那么中毒身亡?！?〕二氧化硫〔SO2〕二氧化硫是一種無色無味的氣體，能損害人的肝、腎和心臟，對眼、鼻、咽喉和呼吸都有強烈的刺激作用，會引發(fā)和加重人的呼吸系統(tǒng)和心血管疾病，嚴重時導致死亡?！?〕臭氧〔O3〕臭氧對人體的器官和肺部均有損害作用，對心臟，肝等器官也有不良影響，臭氧濃度到達0.17mg/m3時，就能危害人體健康。YANCHENGINSTITUTEOFTECHNOLOGY新能源汽車技術151.2開展新能源汽車的必要性〔6〕鉛鉛以化合物的形式，通過呼吸道或皮膚，進入人體內，危害人體健康。人體攝入過量的鉛，有引發(fā)癌癥的危險，損害人體造血系統(tǒng)、心臟和腎臟，使消化系統(tǒng)中毒，還會引起神經(jīng)中樞中毒，導致喬迷、痙孿以致死亡。鉛中毒的病癥是精神呆滯，智力下降，頭痛失眠，記憶力減退，視力受損，嗅覺不靈，舉止異常，身體虛弱?！?〕可吸入顆粒物直徑小于0.0lmm的微粒，能漂浮在空氣中，輕而易舉地進入人體內部，在人體內刺激肺壁，造成肺炎、哮喘和心臟病。燃油汽車，尤其是柴油汽車，除排出一氧化碳等有害物質外，還會排出大量有害微粒，污染環(huán)境，危害人體健康?！?〕汽油汽油是燃油汽車的主要燃料，汽油主要以蒸氣形式，從運油車、儲油罐，加油設備、汽油油桶、化油器、油泵、油嘴等的縫隙和孔道中逸出，直接污染大氣，危害人的身體健康。YANCHENGINSTITUTEOFTECHNOLOGY新能源汽車技術161.2開展新能源汽車的必要性燃油汽車的尾氣除了上述的直接污染外，同時還產(chǎn)生間接污染?！?〕排出的CO2將產(chǎn)生全球性的溫室效應，使大氣氣候異常，氣候異常又將引發(fā)颶風等自然災害。如果大氣中的CO2濃度增加一倍，溫室效應氣溫將上升約1.5~4.5度，颶風的能量可增加5%，必然帶來嚴重的環(huán)境問題?！?〕排出的氨氧化物和硫化物也是酸雨中的主要有害成分，是形成煙霧、酸霧、酸雨的直接原因，對森林植被、農作物及建筑物都有腐蝕毀壞作用。YANCHENGINSTITUTEOFTECHNOLOGY新能源汽車技術171.2開展新能源汽車的必要性YANCHENGINSTITUTEOFTECHNOLOGY新能源汽車技術181.2開展新能源汽車的必要性由上表可知，機動車排放污染已對城市大氣污染構成了嚴重威脅。因此，必須研究改善城市機動車排放污染的對策和措施。降低和控制機動車排放污染物的主要措施有：〔1〕控制機動車排放污染源水平。〔2〕提高燃油品質，開展代用燃料?！?〕推廣使用電動汽車?！?〕加強城市道路交通綜合整治，改善城市道路行駛環(huán)境。YANCHENGINSTITUTEOFTECHNOLOGY新能源汽車技術191.2開展新能源汽車的必要性歐洲制訂了旨在限制汽車污染物排放的歐Ⅴ和歐Ⅵ標準。根據(jù)新標準，未來歐盟國家對本地生產(chǎn)及進口汽車的污染物排放量，特別是氮氧化物和顆粒物排放量的控制將日益嚴格。歐Ⅴ標準已于2023年9月1日開始實施。柴油SUV執(zhí)行歐Ⅴ標準的時間是2023年9月。相對于歐Ⅴ標準，將于2023年9月實施的歐Ⅵ標準更加嚴格。根據(jù)歐Ⅵ標準，柴油轎車的氮氧化物排放量不應超過80mg/100km，比目前標準規(guī)定的排放量減少68%。歐盟官員稱，與歐Ⅴ標準相比，歐Ⅵ標準對人體健康的益處將增加60%至90%。YANCHENGINSTITUTEOFTECHNOLOGY新能源汽車技術201.2開展新能源汽車的必要性目前歐盟采用的歐Ⅳ標準是2005年1月開始實施的。該標準要求柴油轎車的氮氧化物排放量不得超過250mg/100km；面包車和SUV的氮氧化物排放量不得超過390mg/100km。北京于2023年在國內率先對新車實行“國四〞排放標準，2023年國內新車銷售將全面實施該標準。預計到2023年，中國生產(chǎn)汽車的排放控制技術水平與國外先進水平差距有望由2000年的8年縮短到5年。YANCHENGINSTITUTEOFTECHNOLOGY新能源汽車技術211.2開展新能源汽車的必要性1.2.3氣候變暖

能源的大量消耗帶來溫室氣體排放問題。二氧化碳是全球最重要的溫室氣體，是造成氣候變化的主要原因，而它主要來自化石燃料的燃燒。中國的二氧化碳年排放量僅次于美國列世界第二位。圖1.4為世界主要國家排放二氧化碳的比例。據(jù)世界上許多科學家預測，未來50至100年人類將完全進入一個變暖的世界。由于人類活動的影響，溫室氣體和硫化物氣溶膠的濃度增加過快，未來100年全球平均地表溫度將上升1.4℃~5.8℃，到2050年我國平均氣溫將上升2.2℃。YANCHENGINSTITUTEOFTECHNOLOGY新能源汽車技術221.2開展新能源汽車的必要性YANCHENGINSTITUTEOFTECHNOLOGY新能源汽車技術231.2開展新能源汽車的必要性為了減少汽車對全球氣候變暖的影響，削減溫室氣體二氧化碳的排放，汽車應盡量采用小排量發(fā)動機和稀薄燃燒發(fā)動機，最大限度地提高能源利用效率，從而減少汽車對全球氣候變暖的影響。汽車二氧化碳排放法規(guī)開始實施。2023年，歐盟要求轎車二氧化碳排放到達140g/km，對于汽油車，對應油耗6L/100km以下；2023年，到達120g/km；2023年，到達100g/km。如果中國采用一系列先進技術，包括電動汽車、天然氣汽車和以天然氣為燃料的內燃機技術，到2030年，中國汽車二氧化碳的排放總量有可能降低45%。YANCHENGINSTITUTEOFTECHNOLOGY新能源汽車技術241.2開展新能源汽車的必要性在能源和環(huán)保的壓力下，新能源汽車無疑將成為未來汽車的開展方向。據(jù)專家預計，如果新能源汽車得到快速開展，結合中國的能源資源狀況和國際汽車技術的開展趨勢，預計到2025年后，中國普通汽油車占乘用車的保有量將僅占50%左右，而先進柴油車、燃氣汽車、生物燃料汽車等新能源汽車將迅猛開展。YANCHENGINSTITUTEOFTECHNOLOGY新能源汽車技術251.3新能源汽車開展現(xiàn)狀在汽車一百多年的開展歷史中，為能源危機所迫，人類另尋出路開始研發(fā)新能源汽車，新能源汽車量產(chǎn)的歷史只有十余年。面對全球范圍日益嚴峻的能源形勢和環(huán)保壓力，近年來，世界主要汽車生產(chǎn)國都把開展新能源汽車作為提高產(chǎn)業(yè)競爭能力、保持經(jīng)濟社會可持續(xù)開展的重大戰(zhàn)略舉措。新能源汽車成為市場新的增長點。YANCHENGINSTITUTEOFTECHNOLOGY新能源汽車技術261.3.1國外新能源汽車開展概述目前美國和日本的電動汽車研究處于世界的領先水平。其次有法、德、意、英、瑞士等國都有相應的電動汽車研究。1．美國美國號稱“汽車王國〞，汽車工業(yè)十分興旺，汽車產(chǎn)量最大，保有量最多，石油消耗量和汽車的排放污染物居世界首位。2005年美國通用公司與戴姆勒-克萊斯勒、寶馬聯(lián)合組成GHC〔GlobalHybridCooperation〕，聯(lián)合開發(fā)TMHD雙模式混合動力系統(tǒng)，以對抗豐田、本田在混合動力領域的技術壟斷。YANCHENGINSTITUTEOFTECHNOLOGY新能源汽車技術271.3.1國外新能源汽車開展概述戴姆勒-克萊斯勒應該是燃料電池車型領域投入較大的企業(yè)，包括轎車、公交車和卡車，其總共開發(fā)出了12款燃料電車車型。其中影響力較大的是基于梅賽德斯-奔馳A級開發(fā)的F-Cell燃料電池車型，該車型在必比登挑戰(zhàn)賽上表現(xiàn)良好。第一代F-Cell車型是在2002年生產(chǎn)出來，而基于B級車開發(fā)的F-Cell車型搭載功率更高的電動馬達，同時行駛里程會更長，該車型方案于2023年小規(guī)模投產(chǎn)。此外，Mercedes-BenzCitaro豪華燃料電池客車當初進入北京也引起了不小的轟動。YANCHENGINSTITUTEOFTECHNOLOGY新能源汽車技術281.3.1國外新能源汽車開展概述除了戴姆勒-克萊斯勒之外還有眾多廠家參與的燃料電池車型的研究，福特曾在2000年推出過一款基于?？怂归_發(fā)的FCV燃料電車車型；通用也分別在2001年和2002年推知名為Hydrogen3和Hywire的燃料電池車型，并在2005年北美車展推出最新的的GMSequel燃料電池車型。值得一提的是GMSequel的破百時間被控制在了10秒以內，并且在車型的設計上更為注重運動風格。YANCHENGINSTITUTEOFTECHNOLOGY新能源汽車技術291.3.1國外新能源汽車開展概述2．日本

日本是能源短缺的工業(yè)大國，城市污染嚴重。早在30多年以前就開始進行燃料電池的研究。豐田公司于1996年11月在第13屆國際電動車會議上推出日本第一輛燃料電池電動車。從2003年開始，豐田就在Prius身上使用了第二代混合動力系統(tǒng)，俗稱THS-II系統(tǒng)。日本的本田也在1999年的時候推出HondaInsight混合動力車型。YANCHENGINSTITUTEOFTECHNOLOGY新能源汽車技術301.3.1國外新能源汽車開展概述馬自達在氫燃料應用方面取得了重要成果。馬自達主要研究方向是氫燃料轉子發(fā)動機的研究。早在1991年，馬自達就推出了氫燃料轉子發(fā)動機的原型車HR-X，之后又在1993年推出了HR-X2、MX-5敞篷跑車試驗車。經(jīng)過10的苦心研究，馬自達在2003年推出了搭載氫動力轉子發(fā)動機的MazdaRX-8HydrogenRE實驗車型。馬自達首先在全球實現(xiàn)了氫轉子發(fā)動機車型的實用化，在2006年2月就以租賃銷售的形式推出MazdaRX-8HydrogenRE。YANCHENGINSTITUTEOFTECHNOLOGY新能源汽車技術311.3.1國外新能源汽車開展概述3．其它國家1973年雷諾汽車集團已研制出電動汽車。標致-雪鐵龍與雷諾兩大汽車公司一直在積極研制電動汽車。從1995年7月1日開始，政府給購置電動汽車的用戶提供5000法郎補貼，法國電力公司從自身利益考慮，向電動汽車制造廠生產(chǎn)的電動汽車每輛提供一萬法郎的補助。這些措施給電動汽車在法國開展創(chuàng)造了良好的環(huán)境。YANCHENGINSTITUTEOFTECHNOLOGY新能源汽車技術321.3.1國外新能源汽車開展概述德國在新能源汽車方面也作出了重要奉獻。寶馬也是氫動力發(fā)動機車型研究的先行者。2007年，其向外界推出了7系氫動力車型，該車型搭載一臺6.0升V12氫動力發(fā)動機，最大功率260hp，最大扭矩390N?m。這臺發(fā)動機的關鍵技術是噴射閥體需要提供相應的燃料/空氣混合氣體，在很短的時間內將適量的氫氣送入進氣當中。在解決這一難題的過程中，寶馬發(fā)動機所具有的Valvetronic電子氣門和Double-VANOS雙凸輪軸可變氣門正時系統(tǒng)起到至關重要的作用。YANCHENGINSTITUTEOFTECHNOLOGY新能源汽車技術331.3.1國外新能源汽車開展概述YANCHENGINSTITUTEOFTECHNOLOGY新能源汽車技術341.3.1國外新能源汽車開展概述YANCHENGINSTITUTEOFTECHNOLOGY新能源汽車技術351.3.2國內新能源汽車開展概述國內新能源汽車產(chǎn)業(yè)始于21世紀初。2001年，新能源汽車研究工程被列入國家“十五〞期間的“863〞重大科技課題，并規(guī)劃了以汽油車為起點，向氫動力車目標挺進的戰(zhàn)略?！笆晃濞曇詠?，中國提出“節(jié)能和新能源汽車〞戰(zhàn)略，政府高度關注新能源汽車的研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化?！叭v三橫〞2006年6月，“十一五〞的“863〞方案節(jié)能與新能源汽車重大工程通過論證。12月，由13名成員組成的“十一五〞的“863〞方案節(jié)能與新能源汽車重大工程總體專家組正式成立。YANCHENGINSTITUTEOFTECHNOLOGY新能源汽車技術361.3.2國內新能源汽車開展概述國內的比亞迪、奇瑞、吉利、長安、哈飛等車企，紛紛在各大國際車展上頻頻亮相，展出了自行研發(fā)的燃料電池汽車及混合動力汽車，從而在這場新能源的競技中，取得了不可估量的首發(fā)權。長安的CV9、杰勛混合動力版，奇瑞的A5、東方之子燃料電池動力汽車，海馬的H12電動汽車、華普海域甲醇動力轎車和海尚油電混合動力汽車，力帆520混合動力汽車等，國產(chǎn)新能源汽車如雨后春筍，紛紛嶄露頭角。YANCHENGINSTITUTEOFTECHNOLOGY新能源汽車技術371.3.2國內新能源汽車開展概述為推動節(jié)能與新能源汽車規(guī)?；?、產(chǎn)業(yè)化，促進我國汽車產(chǎn)業(yè)加快結構調整、實現(xiàn)跨越式開展，奧運會后，財政部、科技部發(fā)出了《關于開展節(jié)能與新能源汽車示范推廣工作試點工作的通知》(以下簡稱《通知》)，決定在北京、上海、重慶、長春、大連、杭州、濟南、武漢、深圳、合肥、長沙、昆明、南昌等13個城市開展節(jié)能與新能源汽車示范推廣試點工作。鼓勵試點城市率先在公交、出租、公務、環(huán)衛(wèi)和郵政等公共效勞領域推廣使用節(jié)能與新能源汽車。《通知》明確中央財政重點對試點城市購置混合動力汽車、純電動汽車和燃料電池等節(jié)能與新能源汽車給予一次性定額補助。YANCHENGINSTITUTEOFTECHNOLOGY新能源汽車技術381.3.2國內新能源汽車開展概述YANCHENGINSTITUTEOFTECHNOLOGY新能源汽車技術391.3.2國內新能源汽車開展概述2023上海車展YANCHENGINSTITUTEOFTECHNOLOGY新能源汽車技術401.4新能源汽車車型分析混合動力汽車插電式混合動力汽車純電動汽車增程式電動汽車YANCHENGINSTITUTEOFTECHNOLOGY新能源汽車技術411.5新能源汽車技術路線及關鍵技術1.技術路線確定“純電驅動〞的技術轉型戰(zhàn)略堅持“三縱三橫〞的研發(fā)布局YANCHENGINSTITUTEOFTECHNOLOGY新能源汽車技術421.5新能源汽車技術路線及關鍵技術2.關鍵技術電池電機電控混合動力汽車純電動汽車燃料電池汽車YANCHENGINSTITUTEOFTECHNOLOGY新能源汽車技術431.5新能源汽車技術路線及關鍵技術電能氫能生物柴油二甲醚甲醇天然氣液化石油氣ThankyouYANCHENGINSTITUTEOFTECHNOLOGYYANCHENGINSTITUTEOFTECHNOLOGY新能源汽車技術45作業(yè)P231、2、3YANCHENGINSTITUTEOFTECHNOLOGY新能源汽車技術46電能新能源主要優(yōu)點主要缺點或問題現(xiàn)狀與前景電能1.電能來源非常豐富，且來源方式多；2.直接污染及噪聲很小；3.結構簡單，維修方便。1.蓄電池能量密度小，汽車續(xù)駛里程短，動力性較差；2.電池重量大，壽命短.成本較高；3.蓄電池充電時間長。1.從總體看仍處于試驗研究階段，要完全解決技術上的難題并降低成本，還需要一定的時間；2.公認的未來汽車的主流。YANCHENGINSTITUTEOFTECHNOLOGY新能源汽車技術47氫能新能源主要優(yōu)點主要缺點或問題現(xiàn)狀與前景氫氣1.氫氣的來源非常豐富；2.污染很??；3.氫的辛烷值高，熱值高。1.氫氣生產(chǎn)成本高；2.氣態(tài)氫能量密度小且儲運不便，液態(tài)氮技術難度大，成本高；3.需要開發(fā)專用發(fā)動機1.仍處于基礎研究階段。制氫及儲帶技術有待突破；2.有希望成為未來汽車的重要組成，但前景尚難估量。YANCHENGINSTITUTEOFTECHN