新能源汽車綜合概述

新能源汽車綜合概述1.1新能源汽車的類型新能源汽車包括有：混合動力汽車(HEV)、燃料電池汽車(FCEV)、純電動汽車(BEV)、醇醚汽車、氫發(fā)動機汽車以及燃?xì)馄嚨鹊?。下面分別介紹了幾種主要的新能源汽車：1.1.1混合動力汽車混合動力汽車在燃料的選用上主要以傳統(tǒng)燃料為主，在追求低油耗以及改善低速動力輸出上通過發(fā)動機來進(jìn)行輔助的車型。按照燃料種類的不同，主要又可以分為汽油混合動力和柴油混合動力兩種。目前國內(nèi)外市場上對于混合動力汽車的燃料選用上有所不同，其中國外大多以柴油混合動力為基礎(chǔ)的研究，而國內(nèi)汽油混合動力十分常見。混合動力汽車的優(yōu)點主要有：1、采用混合動力后內(nèi)燃機的最大功率可以通過平均需用功率獲得，以此達(dá)到油耗省、更清潔的行車狀態(tài)，其原理是內(nèi)燃機與電池作為雙重動力系統(tǒng)互為補充，智能進(jìn)行交替工作，從而使得其行程和普通汽車一樣。2、電池的存在能夠有效提升燃料能量的利用率。3、在城區(qū)行車中，由于出行高峰的限制，混合動力汽車能夠切換到電池行車模式，從而實現(xiàn)廢氣零排放。4、內(nèi)燃機的存在能夠克服純電動汽某些功能能耗過大，如暖風(fēng)、除霜等難題對于純電動汽車來說較為棘手，內(nèi)燃機的存在能夠更加輕松解決此類問題。5、可以利用現(xiàn)有的加油站加油，不必再投資。6、由于內(nèi)燃機與電池的不斷切換使用，能夠減緩電池的使用壽命。從而降低車主的使用成本。缺點：長距離高速行駛基本不能省油。1.1.2純電動汽車電動汽車顧名思義依靠電力能源作為驅(qū)動力的來源。一般有三種運行機制，第一依靠電機直接驅(qū)動，第二以車輛車輪的轉(zhuǎn)動來充當(dāng)電機轉(zhuǎn)子，第三，發(fā)放機艙內(nèi)安裝電機。由于其能源的清潔性，在使用中除了少量微利和硫的排放外，基本無其他污染。電力作為不可再生燃料(煤炭、石油等)的替代品，再能源獲得上途徑甚廣。電能不光能從煤炭、核能、風(fēng)能等方式獲得，還能依靠光能、水力等方式獲得。由此可見，電力資源在可再生性上具備更好的優(yōu)勢。相對來說，汽車在晚間的使用頻率要比白天降低很多，而電動汽車在此前提下能夠在夜間進(jìn)行充電的方式有很大的好處。晚間是用電的低谷期，電動汽車夜間充電能夠充分利用富余電力。有關(guān)研究表明，原油經(jīng)過粗煉，送至電廠發(fā)電，經(jīng)充入電池，再由電池驅(qū)動汽車這一循環(huán)的轉(zhuǎn)化效率要比其原油精煉成汽油后被汽車使用的效率要高。這不僅能夠節(jié)約更多的資源還能夠有效降低溫室氣體的排放量。有專家認(rèn)為，考慮到電動汽車對電力系統(tǒng)及設(shè)備的需求，因此，在推行電動化企業(yè)的進(jìn)程中必須要逐步克服電動汽車充電系統(tǒng)的設(shè)計難題以及建設(shè)難題，否則浙江極大阻礙電動汽車的普及發(fā)展。電動汽車的設(shè)施配套關(guān)系到未來汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，更關(guān)系到未來人類生活的便利性與低碳化，因此，電動汽車的設(shè)施建造必須要依靠政府力量，在此基礎(chǔ)上與汽車制造上進(jìn)行合理推廣。優(yōu)點:技術(shù)相對其他新能源汽車類型更加簡單且成熟，電力系統(tǒng)是主要的支持系統(tǒng)。缺點:目前純電動汽車的核心技術(shù)主要集中在電池的擴(kuò)容上，由于當(dāng)前鋰電池的容量較小，造價過高，為了對鋰電池進(jìn)行創(chuàng)新性的研發(fā)，使得無論是科研成本還是民眾的購買成本都有所提升。1.1.3燃料電池汽車燃料電池汽車是指以氧氣、甲醇、氫氣等可燃物質(zhì)為燃料，依靠物質(zhì)間化學(xué)放熱而產(chǎn)生電能。燃料電池汽車還需要在電機驅(qū)動下才能行駛。通過燃料物質(zhì)的成分來看，期化學(xué)反應(yīng)的過程是不可能產(chǎn)生有害氣體的，因此燃料電池是當(dāng)之無愧的新能源無污染汽車。數(shù)實驗表明，從轉(zhuǎn)換率上看，燃料電池比內(nèi)燃機的轉(zhuǎn)換效率更高，因此基于能源使用以及生態(tài)環(huán)境保護(hù)角度來看，燃料電池汽車更符合和諧化、綠色而低碳的生活理念。汽車廠商目前正在朝著集成部件和減少部件成本的方向努力，并已取得了顯著的進(jìn)步。與傳統(tǒng)汽車相比，燃料電池汽車具有以下優(yōu)點：1、零排放或近似零排放。2、降低了了機油泄露帶來的水污染幾率。3、有效減少降低了二氧化碳的排放量。4、減少了油耗。5、提升了發(fā)動機燃燒效率。6、汽車在行駛中更平穩(wěn)。7、減少雜音。1.1.4氫動力汽車氫動力汽車是一種可稱為污染物零排放的交通工具。由于氫動力汽車的反應(yīng)物是水，所以具有無污染，零排放，儲量豐富等優(yōu)勢?？梢姎鋭恿ζ嚫臃衔磥頋崈艋钠嚇?biāo)準(zhǔn)。相對于傳統(tǒng)動力汽車來看，氫動力汽車成本并不低，一般要高出20%。隨著國民收入的不斷提高，汽車保有量逐年上漲，而不可再生資源日益減少，，傳統(tǒng)汽油車輛與此同時也在排放著各種污染物。在這種情況下，必須要探索全新的潔凈能源，而氫氣的應(yīng)用成為全球汽車制造商瞄準(zhǔn)的新方向。長遠(yuǎn)來看，油電混合型汽車只是一種汽車未來發(fā)展的過渡過程，它只能減緩對有限能源使用的速度，但并不能長久依靠這種方式，因此氫能源的應(yīng)用是最終解決汽車能源危機的途徑。優(yōu)點：氫氣氧氣燃燒產(chǎn)物為水，因此排放物清潔。此外，行駛中不會再產(chǎn)生其他污染物。缺點：從成本上看，無論是在氫氣制得上還是存儲上都需要話費大量科研力，這是當(dāng)下需要不斷解決的一個難題。1.1.5燃?xì)馄嚾細(xì)馄囀侵赣脡嚎s天然氣(CNG)、液化石油氣(LPG)和液化天然氣(LNG)作為燃料的汽車。隨著環(huán)保意識的提升，各國都在積極探索這一類型新能源汽車。燃?xì)馄囉捎谄渑欧判阅芎?，可調(diào)正汽車燃料結(jié)構(gòu)，運行成本低、技術(shù)成熟、安全可靠，所以被世界各國公認(rèn)為當(dāng)前最理想的替代燃料汽車。目前，燃?xì)馊匀皇鞘澜缙嚧萌剂系闹髁鳎谖覈萌剂掀囍姓嫉?0%左右。美國在2010年時公共汽車領(lǐng)域有7%的汽車使用天然氣，50%的出租車和班車改為專用天然氣的汽車；與此同時，德國天然氣汽車數(shù)量將達(dá)到10萬至40萬輛，加氣站將由目前的180座增加到至少300座。燃?xì)馄囁褂玫娜剂鲜菍Ξ?dāng)下汽車傳統(tǒng)使用能源的一種逐步替代，能夠最終對傳統(tǒng)燃料進(jìn)行替代還需要看當(dāng)下科研技術(shù)的能力。此外，傳統(tǒng)燃料中石油的價格漲落也對汽車能源的使用有間接影響，因此必要逐步推進(jìn)新能源使用，改變?nèi)藗兊哪茉匆庾R。1.1.6生物乙醇汽車乙醇俗稱酒精，通俗些說，以乙醇為燃料的汽車，也可叫酒精汽車。用乙醇代替石油燃料的活動歷史已經(jīng)很長，無論是從生產(chǎn)上和應(yīng)用上的技術(shù)都已經(jīng)很成熟，近來由于石油資源緊張，汽車能源的多元化發(fā)展進(jìn)一步使得乙醇在汽車能源中獲得應(yīng)用。目前世界上已有40多個國家，不同程度應(yīng)用乙醇汽車，有的已達(dá)到較大規(guī)模的推廣，乙醇汽車的地位日益提升。根據(jù)乙醇燃燒的化學(xué)反應(yīng)式，該燃燒能提升辛烷值，增加氧含量，使汽車缸內(nèi)燃燒更完全，從而減低有害尾氣的排出。1.2新能源汽車驅(qū)動電機的性能要求上文分別介紹了幾種新能源汽車的基本特征，對比了他們的優(yōu)缺點。接下來分析新能源汽車驅(qū)動電機的幾個主要性能要求。1.1.1小、重量輕應(yīng)盡可能減小對有效車載空間的占用，減少系統(tǒng)的總重量。電動機盡可能采用質(zhì)量輕的鋁合金材料，以降低電動機的重量。此外其他設(shè)備裝置也應(yīng)當(dāng)遵循減輕質(zhì)量這一原則，同時還需要對空間做出優(yōu)化。1.1.2在整個運行范圍內(nèi)的高效率一次充電續(xù)駛里程長，特別是路況復(fù)雜以及行駛方式頻繁改變時，低負(fù)荷運行也應(yīng)該具有較高的效率。1.1.3低速大轉(zhuǎn)矩特性及較寬范圍內(nèi)的恒功率特性即使沒有變速器，電動機及本身也應(yīng)滿足所需要的轉(zhuǎn)矩特性。以獲得所需要的啟動、加速、行駛、減速、制動等所需的功率及轉(zhuǎn)矩。電動機具有自動調(diào)速功能，因此，可以減輕駕駛員的操縱強度，提高駕駛的舒適度，并且能夠達(dá)到與內(nèi)燃機汽車加速踏板同樣的控制響應(yīng)。1.1.4高可靠性在任何情況下都應(yīng)確保具有高安全性。1.1.5高電壓在允許的范圍內(nèi)應(yīng)盡可能采用高電壓，可以減小電動機的尺寸和導(dǎo)線等裝備的尺寸，特別是可以降低逆變器的成本。1.1.6電氣系統(tǒng)安全性高各種動力電池組和電動機的工作電壓可達(dá)到300V以上，對電氣系統(tǒng)安全性和控制系統(tǒng)的安全性，都必須符合相關(guān)車輛電氣控制的安全性能標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)定。另外，電動汽車電機還要求耐高溫和耐潮濕性強，運行時噪聲低，能夠在較惡劣的環(huán)境下長時間工作，要求具有電極結(jié)構(gòu)簡單適合大批量生產(chǎn)，電動機使用維修方便等特點新能源汽車用的電機分類1.3.1交流異步電機目前新能源汽車中低配置的車型在電機配置上選用交流異步電機，該種電機基于矢量控制技術(shù)應(yīng)用，突破了變頻控制技術(shù)。此外，該電機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)更精簡、效率高、穩(wěn)定性好等優(yōu)勢也使得此電機被大力運用在新能源汽車建造中：優(yōu)點：控制技術(shù)成熟、電機成本低，結(jié)構(gòu)相對前者更簡單。缺點：高效區(qū)窄，最高效率未必比永磁同步電機低，但是高效區(qū)沒有它那么寬。另外，異步電機的相同的性能參數(shù)，異步電機的尺寸較大，重量較重。1.3.2永磁同步電機永磁電機主要指三相永磁同步電機和無刷直流電機。永磁電機在各類驅(qū)動電機中，具有功率密度高、體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)簡單、控制靈活等優(yōu)點。但由于永磁電機轉(zhuǎn)子為永磁體，無法調(diào)節(jié)，必須通過調(diào)節(jié)定子電流、增加定子電流去磁分量來削弱磁場，這就使定子電流增大，銅耗增加。同時，磁性能受溫度、振動等因素的影響，如果工作范圍選擇不當(dāng)，存在高溫退磁，電機運行有失步現(xiàn)象。過載能力受控制器的限制，電機制造工藝需深入探索、磁鋼價格較高等都是需要從技術(shù)上實現(xiàn)突破的關(guān)鍵。由于我國占有全世界80%的稀土資源，隨著銣鐵錋材料性能的研究提高，以及電機設(shè)計、制造技術(shù)的不斷完善和制造成本的不斷下降，永磁電機的應(yīng)用前景會逐步好轉(zhuǎn)。為了充分發(fā)揮永磁電機的優(yōu)勢，克服其缺點，目前國內(nèi)外開展了永磁混合電機的研制，從原理上主要有①永磁和磁阻混合，把永磁嵌入轉(zhuǎn)子的磁回路中，永磁電機同時產(chǎn)生永磁轉(zhuǎn)矩和同步磁阻，另一類是把永磁體和開關(guān)磁阻結(jié)構(gòu)結(jié)合，產(chǎn)生另一種永磁和磁阻混合電機，即雙凸電機。其具有高功率密度、高效率和寬轉(zhuǎn)速范圍調(diào)節(jié)等優(yōu)點。②永磁轉(zhuǎn)矩和磁滯轉(zhuǎn)矩組合，其結(jié)構(gòu)是把永磁體嵌入磁滯環(huán)內(nèi)表面的槽中，這種電機啟動轉(zhuǎn)矩高、運行平穩(wěn)、噪聲低。另一種是把永磁體置于轉(zhuǎn)子內(nèi)，直流勵磁繞組放在定子上，通過控制勵磁電流的大小和方向，很容易調(diào)節(jié)電機氣隙磁通，以得到滿足電動汽車驅(qū)動要求的轉(zhuǎn)矩/轉(zhuǎn)速特性。優(yōu)點：1、效率高，且高效區(qū)寬2、轉(zhuǎn)矩密度高3、電機尺寸小，重量輕4、調(diào)速范圍寬缺點：電機結(jié)構(gòu)復(fù)雜，尤其是轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)。第二個缺點是會飽和非線性，控制復(fù)雜。1.3.3開關(guān)磁阻電機開關(guān)磁阻電機由電磁阻電機和開關(guān)電路控制器組成的機電一體化的新型調(diào)速電機。它由可變磁阻步進(jìn)電機直接衍生而來。電機工作時，依次使定子線圈中的電流導(dǎo)通或截止，電流變化形成的