未来汽车新技术论文概述

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1、美国汽车新闻、汽车工程等杂志对目前每年生产的 5 千万辆左右汽车进行了统计 分析，预测出未来汽车技术发展的十大趋势。一、乘用车柴油机化的比例将越来越高。随着柴油机技术的不断发展，特别是小型高 速直喷式柴油机技术的日趋完善，使其较汽油机更为经济、排放更低，因此装用柴油机的 车型将越来越受欢迎。有专家预测，十年以后，世界乘用车市场柴油机化的比例将超过 50。 二、电动汽车将进入实用阶段。随着低价格、高能量和长寿命新型电池的研究发展， 以及人们对环保的强烈呼声，电动汽车将越来越多地在各大城市取代石油能源汽车成为一 种代步工具。 实际上，今天汽车能源由石油占据绝对优势的局面已经被打破，尽管石油能源汽车

2、在 未来三、四十年内仍会保持领先，但由于燃气汽车、醇类汽车以及电动汽车的迅速发展， 石油能源汽车很快将走下坡路。专家预计，到 21 世纪中叶其下降速度将急剧增快。就整个 21 世纪而言，呈现在人们面前的将是汽油汽车、柴油汽车、燃气汽车、醇类汽车、电动汽 车、氢气汽车以及其它多种能源汽车活跃的多级模式。21 世纪中叶之后，上升势头最猛的 非电动汽车莫属。到 21 世纪末，汽油汽车和柴油汽车可能已经或即将退出历史舞台，燃气 汽车也成了强弩之末，电动汽车势必稳取汽车世界的霸主宝座。 三、汽车安全标准将会更加严格。为保证汽车安全，今天选装或正在研发的许多安全 装置，如 ABS、EBS、智能气囊（含侧面

3、）、三点自动上肩式安全带、防侧撞杆等均将逐渐 成为标准装备。 四、汽车排放控制标准将会更加严格。如美国 2007 年开始执行的 EPA2007 排放标准要 求将 EPA2004 中规定的微粒物（PM）减少 90，氮氧化合物（NOx）减少 95。同时，对 柴油品质也做出规定：石油公司必须将柴油含硫量按目前标准减少 97，仅占百万分之十 五。 五、降低油耗将成为各大汽车制造厂商制胜市场的首选课题。随着近年国际燃油价格 的不断攀升，低使用成本的低油耗车型成为市场上的抢手货。专家预计，在采取各种措施 后，未来轿车的油耗能从目前 6.0L/100km 的水平降到 4.0L/100km、甚至 3.0L/1

4、00km。 六、使用更多替代钢、铁的轻质材料，以降低车辆自重。铝合金、镁合金、工程塑料 及碳素纤维等轻质材料在汽车制造上的应用将越来越多。 七、各种电子、电控、智能装置将越来越多地应用在汽车上。如电子防盗门锁、电控 可变技术、智能驾驶等等，无所不有。 八、前轮驱动汽车的比例将不断增加，发动机横置技术进一步发展。因为这两种技术 将使汽车的经济性大大改善。 九、通信、网络技术在汽车、尤其是商用车上应用越来越普遍。如在美国现代卡车上， 现已全面应用 GPS 技术，实现卫星监控和导航技术。在最新型号的重卡上，驾驶室有键盘 和显示器，装置一个称为全线通（OmniTRACS）的移动通信和跟踪网络系统，它是

5、由美国高通公司研制开发的车辆跟踪和调度管理系统，将 GPS、GIS、通信、计算机、物流技术融为 一体，不仅为交通运输业提供卫星定位、双向通信、网上发布（车、货）动态信息，使货 主能通过因特网方便地查询托运货物的动态情况，还能够与企业现有的调度、财务和仓储 等系统集成，实现物流管理的一体化和全面自动化。 十、重型载货汽车向高吨位发展。在 20 世纪 50 年代，重型载货车的最大功率约 150 千瓦（近 200 马力），90 年代末已提高到最大功率约 440 千瓦（近 600 马力），40 年内提 高了 3 倍。有专家预测，在未来的 50 年内，重卡的最大功率将达到 735 千瓦（1000 马力）

6、 ，汽车总质量将达到 100 吨！电动汽车技术发展趋势及未来发展前景摘要摘要：本文对电动汽车技术发展趋势和前景作了概略介绍，并从技术经济的角度出发， 对纯电动汽车、混合动力汽车、燃料电池汽车以及动力电池、电机等关键零部件技术，作 了综合评述，展望了电动汽车技术的未来发展景。前1 1 引言引言 上世纪 70 年代全球三次石油危机爆发后，各跨国汽车公司先后开始研发各种类型的电 动汽车。我国经过“八五”、“九五”、“十五”三个五年计划，在研发电动汽车的专项 上投入了大量的人力、物力和财力，并取得了一系列科研成果，但是,迄今为止，这些科研 成果真正能转化为产品，并实现产业化生产的项目并不多。国外大汽车

7、公司投入远比我国 更多的资金和人力，已投入批量生产的电动汽车产品也寥寥无几。随着全球能源危机的不 断加深，石油资源的日趋枯竭以及大气污染、全球气温上升的危害加剧，各国政府及汽车 企业普遍认识到节能和减排是未来汽车技术发展的主攻方向，发展电动汽车将是解决这二 个技术难点的最佳途径。 现代电动汽车一般可分为三类：纯电动汽车（PEV）、混合动力汽车（HEV）、燃料电 池电动汽车（FCEV）。但是近几年在传统混合动力汽车的基础上，又派生出一种外接充电 式（Plug-In）混合动力汽车，简称 PHEV。本文将电动汽车技术研发的若干问题和趋势， 作简要的介绍和评述。 2 2 纯电动汽车（纯电动汽车（PEV

8、PEV） 纯电动汽车是指完全由动力蓄电池提供电力驱动的电动汽车，虽然它已有 134 年的悠 久历史，但一直仅限于某些特定范围内应用，市场较小。主要原因是由于各种类别的蓄电 池，普遍存在价格高、寿命短、外形尺寸和重量大、充电时间长等严重缺点。目前采用的 铅酸电池、镍氢电池和锂离子电池，它们已达到的实际性能指标和市场平均价格，如表 1 所示。根据实际装车时的循环寿命和市场价格，可估算出电动汽车从各种动力电池上每取 出 1kWh 电能所必须付出的费用。计算时，假设电池最高可充电荷电状态（SOC）为 0.9， 放电 SOC 为 0.2，即实际可用的电池容量仅占总容量的 70%;由电网供电价为 0.5

9、元/kWh， 电池的平均充放电效率为 0.75。 从表 1 的粗略计算中可知，虽然从电网取电仅需 0.5 元/kWh，但充入电池，再从电池 取出，铅酸电池每提供 1kWh 电能，价格为 3.05 元左右，其中 2.38 元为电池折旧费，0.67元为电网供电费，而从镍氢电池中每提供 1kWh 电能，费用为 9.6 元，锂离子电池为 10.2 元，即后二种先进电池供电成本是铅酸电池的三倍多。 目前国内市场上用柴油机发电，价格大致为 3 元/kWh，若用汽油机发电，供电价格估 计为 4 元/kWh，即从铅酸电机提供电能的价格大致和柴油机发电价格相等，仅仅从取得能 量的成本来考虑，采用铅酸电池比汽油机

10、驱动有一定价格优势，但是由于它太过笨重，充 电时间又长，因此只被广泛用于车速小于 50km/h 的各种场地车、高尔夫球车、垃圾车、叉 车以及电动自行车上。实践证实铅酸电池在这一低端产品市场上有较强的竞争力和实用性。镍氢电池的主要优点是相对寿命较长，但是由于镍金属占其成本的 60，导致镍氢电 池价格居高不下。锂离子电池技术发展很快，近 10 年来，其比能量由 100Wh/kg 增加到 180Wh/kg，比功率可达 2000W/kg，循环寿命达 1000 次以上，工作温度范围达-4055。 美国 USABC 在 2002 年制定的锂离子电池技术发展目标如表 2 所示。 近年由于磷酸铁锂离子电池的研

11、发有重大突破，又大大提高了电池的安全性。目前已有许 多发达国家将锂离子电池作为电动汽车用动力电池的主攻方向。我国拥有锂资源优势，锂 电池产量到 2004 年已占全球市场的 37.1，预计到 2015 年以后，锂离子电池的性/价比 有望达到可以和铅酸电池竞争的水平，而成为未来电动汽车的主要动力电池。 低性能车辆，由于其成本低廉，仅我国在 2006 年已达到年产 2000 万辆，美国通用汽 车公司生产的冲击 1 号电动跑车，虽然已达到了很高的动力性，但是由于售价高昂，仅生 产了区区 50 辆，由于没有市场而不得不停产。性能较低的场地车，在我国年产达 70008000 辆左右；天津清源电动车公司生产

12、的微型电动车，最高车速仅 50km/h，年产也 可以达千辆以上，这可能是目前市场所能接受的纯电动车辆性能的上限。上述所有电动车 辆均采用铅酸电池为动力。随着高性能锂离子电池的性/价比不断提升，未来 510 年内， 市场上可能会出现最高车速100km/h，续驶里程250km 的高性能纯电动汽车。 3 3 混合动力电动汽车（混合动力电动汽车（HEVHEV） 由于完全由动力蓄电池驱动的纯电动汽车，其性能/价格比长期以来都远远低于传统的内燃 机汽车，难于与传统汽车相竞争，上个世纪 90 年代以来各大汽车公司都着手开发混合动力 汽车。日本丰田公司在 1997 年率先向市场推出“先驱者”（Prius）混合

13、动力汽车，并在 日本、美国和欧洲各国市场上均获得较大成功，累计产销量已超过 60 万辆。随后日本本田、 美国福特、通用和欧洲一些大公司，也纷纷向市场推出各种类型的混合动力汽车。 3.13.1 研制全混合电动汽车的必要性研制全混合电动汽车的必要性 混合动力电动汽车是指具备两个以上动力源、而其中有一个可以释放电能的汽车。混 合动力汽车按混合方式不同，可分为串联式、并联式和混联式三种；按混合度（电机功率 与内燃机功率之比）的不同，又可分为微混合、轻度混合和全混合三种。其中外挂式皮带 驱动起动/发电（BSG）式是微混合动力汽车的典型结构，其电机功率一般仅 23kW，依赖 发动机的停车断油功能，可节燃油

14、 57;在发动机曲轴后端加装一个电动/发电型盘式电 机（ISG）是轻度混合动力汽车的典型结构；具有纯电力驱动功能的可作为全混合或混联式 混合动力汽车的典型。丰田公司的 Prius 轿车即属于这类全混合汽车。目前我国若干汽车企业研制的混合动力汽车，大多采用 ISG 轻度混合或 BSG 微混合方案，主要是考虑这二种 方案的技术难度较小，生产成本也较低。但是根据研究表明，混合动力汽车的节油率几乎 与汽车功率的混合度和汽车的生产成正比上升（如图 2）。因此，从长远来看，研制全混 合电动汽车是一种必然趋势。 3.23.2 研发及市场情况研发及市场情况 下面分别介绍混合动力乘用车和混合动力公交车的研发及市

15、场情况。 以节油率最佳的丰田 Prius 汽车为例，在我国实测它与丰田花冠（Corrolla）油耗在 不同工况下的对比数据如表 3 所示。各种工况下的平均节油率为 39.6，平均百公里可节 油 3.07L。以 97 号汽油价格为 5 元/L 计算，每百公里可节省油费 15.35 元，行驶 20 万 km 也仅省油 费 3.07 万元，显然还不足以抵消购置混合动力汽车所增加的费用。据中国汽车工业协会统 计，2006 年一汽丰田普锐斯（Prius）销量仅为 2152 辆，占全国乘用车总销量的 0.04。 考虑到我国用户对汽车售价的敏感性，这一销售业绩并不令人惊奇，可以认为在近期，如 果没有政府的大

16、力支持，混合动力乘用车在我国不会有很大的市场。 3.33.3 城市公交车的使用特点城市公交车的使用特点 在我国，城市公交车与私人乘用车的情况有很大的不同，具体归纳为以下三点: （1）据统计我国城镇居民日常出门有 70是首选乘坐公交车，我国大部分城市政府 都奉行公交车优先的交通政策，我国公交车的年产量和保有量都居世界第一； （2）我国城市公交车大多由市政府补助公交企业采购，公交车是否符合节油减排要求， 将是政府需要考虑的一个重要采购原则； （3）从技术角度来分析，在城市工况下，公交车频繁起步、加速、制动和停车，要额 外消耗许多燃油。表 4 列出了在国外四种典型城市工况下，汽车制动消耗能量（油耗）所 占比例，其算数平均值达 47.1。即有近一半的燃油是被汽车频繁制动所消耗的，这就为 混合动力公交车的节油减排留下了相当大的空间。 正是考虑到以上几个特点，我国至少有 78 家汽车企业将研发、生产混合动力公交车 作为研发工作的重点。经过近几年的开发，虽然已取得了一系列重大成果，但公交车的节 油率并未达到预计的要求，一辆总重 15.5t，长