新能源汽车结构与检修教学课件(共6单元)学习单元一--新能源汽车的认知

新能源汽车结构与检修学习单元一 新能源汽车的认知学习任务一：新能源汽车的认知一、新能源汽车的定义 新能源汽车英文为“New energy vehicles”。新能源汽车是指采用新型动力系统，完全或主要依靠新型能源驱动的汽车。新能源汽车的定义因国家不同其提法也不相同，在日本通常被称为“低公害汽车”，2001年以日本国土交通省、环境省和经济产业省制定了“低公害车开发普及行动计划”。该计划所指的低公害车包括5 类，即：以天然气为燃料的汽车、混合动力汽车、电动汽车、以甲醇为燃料的汽车、排污和燃效限制标准最严格的清洁汽油汽车。在美国通常将新能源汽车称作“代用燃料汽车”。二、新能源汽车的分类新能源汽车包括纯电动汽车、混合动力汽车、燃料电池电动汽车、氢发动机汽车、其他新能源汽车等。1.纯电动汽车纯电动汽车(Blade Electric Vehicles，BEV)是一种采用单一蓄电池作为储能动力源的汽车，它利用蓄电池作为储能动力源，通过电池向电动机提供电能，驱动电动机运转，从而推动汽车行驶。如图1-1所示。图1-1 吉利帝豪EV450和比亚迪E5纯电动汽车图1-1 吉利帝豪EV450和比亚迪E5纯电动汽车图1-1 吉利帝豪EV450和比亚迪E5纯电动汽车 其难点在于电力储存技术。本身不排放污染大气的有害气体，即使按所耗电量换算为发电厂的排放，除硫和微粒外，其它污染物也显著减少，由于电厂大多建于远离人口密集的城市，对人类伤害较少，而且电厂是固定不动的，集中的排放，清除各种有害排放物较容易，也已有了相关技术。由于电力可以从多种一次能源获得，如煤、核能、水力、风力、光、热等，解除人们对石油资源日见枯竭的担心。电动汽车还可以充分利用晚间用电低谷时富余的电力充电，使发电设备日夜都能充分利用，大大提高其经济效益。有关研究表明，同样的原油经过粗炼，送至电厂发电，经充入电池，再由电池驱动汽车，其能量利用效率比经过精炼变为汽油，再经汽油机驱动汽车高，因此有利于节约能源和减少二氧化碳的排量，正是这些优点，使电动汽车的研究和应用成为汽车工业的一个“热点”。有专家认为，对于电动车而言，目前最大的障碍就是基础设施建设以及价格影响了产业化的进程，与混合动力相比，电动车更需要基础设施的配套，而这不是一家企业能解决的，需要各企业联合起来与当地政府部门一起建设，才会有大规模推广的机会。优点：技术相对简单成熟，只要有电力供应的地方都能够充电。缺点：蓄电池单位重量储存的能量太少，还因电动车的电池较贵，又没形成经济规模，故购买价格较贵；至于使用成本，有些试用结果比汽车贵，有些结果仅为汽车的1/71/3。这主要取决于电池的寿命及当地的油、电价格。2.混合动力汽车 如图1-2所示，混合动力汽车(Hybrid Electric Vehicle，HEV)是指驱动系统由两个或多个能同时运转的单个驱动系联合组成的车辆，车辆的行驶功率依据实际的车辆行驶状态由单个驱动系单独或多个驱动系共同提供。因各个组成部件、布置方式和控制策略的不同，混合动力汽车有多种形式。图1-2 比亚迪唐和荣威RX混合动力汽车混合动力汽车的优点有：（1）采用混合动力后可按平均需用的功率来确定内燃机的最大功率，此时处于油耗低污染少的最优工况下工作。需要大功率内燃机功率不足时，由电池来补充；负荷小时，富余的功率可发电给电池充电，由于内燃机可持续工作，电池又可以不断得到充电，故其行程和普通汽车一样。（2）因为有了电池，可以十分方便地回收制动时下坡时怠速时的能量。（3）在繁华市区，可关停内燃机，由电池单独驱动，实现“零”排放。（4）有了内燃机可以十分方便地解决耗能大的空调取暖除霜等纯电动汽车遇到的难题。（5）可以利用现有的加油站加油，不必再投资。（6）可让电池保持在良好的工作状态，不发生过充过放，延长其使用寿命，降低成本。混合动力汽车的缺点是长距离高速行驶基本不能省油。3.燃料电池电动汽车如图1-3所示，燃料电池电动汽车(Fuel Cell Electric Vehicle，FCEV)是指以氢气、甲醇等为燃料，通过化学反应产生电流，依靠电机驱动的汽车。其电池的能量是通过氢气和氧气的化学作用，而不是经过燃烧，直接变成电能。燃料电池的化学反应过程不会产生有害产物，因此燃料电池车辆是无污染汽车，燃料电池的能量转换效率比内燃机要高23倍，因此从能源的利用和环境保护方面，燃料电池汽车是一种最理想的车辆。图1-3 丰田Mirai燃料电池汽车 单个的燃料电池必须结合成燃料电池组，以便获得必需的动力，满足车辆使用的要求。近几年来，燃料电池技术已经取得了重大的进展。世界著名汽车制造厂，如戴姆勒克莱斯勒福特丰田和通用汽车公司在2004年就已经将燃料电池汽车投向市场。虽然燃料电池汽车优点很多，并且也已有相对成熟的技术保障，但由于制造成本上升高使用成本高等多种因素的限制，绝大多数厂家虽然推出了燃料电池汽车，但都没有真正投入到市场。因此目前燃料电池轿车的样车仍正在进行试验，以燃料电池为动力的运输大客车在北美的几个城市中正在进行示范项目。在开发燃料电池汽车中仍然存在着技术性挑战，如燃料电池组的一体化，提高商业化电动汽车燃料处理器和辅助部汽车制造厂都在朝着集成部件和减少部件成本的方向努力，并已取得了显著的进步。与传统汽车相比，燃料电池汽车具有以下优点：（1）零排放或近似零排放。（2）减少了机油泄露带来的水污染。（3）降低了温室气体的排放。（4）提高了燃油经济性。（5）提高了发动机燃烧效率。（6）运行平稳无噪声。5.其他新能源汽车（1）空气动力汽车利用空气作为能量载体，使用空气压缩机将空气压缩到30MP以上，然后储存在储气罐中。需要开动汽车时将压缩空气释放出来驱动启动马达行驶。优点是无排放维护少。缺点是需要电源空气压力（能量输出）随着行驶里程加长而衰减高压气体的安全性不稳定。（2）飞轮储能汽车利用飞轮的惯性储能，储存非满负载时发动机的余能以及车辆长大下坡减速行驶时的能量，反馈到一个发电机上发电，再而驱动或加速飞轮旋转。飞轮使用磁悬浮方式，在70000r/min的高速下旋转。在混合动力汽车上作为辅助，优点是可提高能源使用效率、重量轻储能高、能量进出反应快、维护少寿命长；缺点是成本高，机动车转向会受飞轮陀螺效应的影响。（3）超级电容汽车 超级电容器是利用双电层原理的电容器。在超级电容器的两极板上电荷产生的电场作用下，在电解液与电极间的界面上形成相反的电荷，以平衡电解液的内电场，这种正电荷与负电荷在两个不同相之间的接触面上，以正负电荷之间极短间隙排列在相反的位置上，这个电荷分布层叫做双电层，因此电容量非常大。优点是充电时间短、功率密度大、容量大、使用寿命长、免维护、经济环保等。缺点是功率输出随着行驶里程加长而衰减，受环境温度影响大等。目前新能源汽车具有良好的市场，但毕竟是处于发展阶段，如：成本，价格，销售和技术等还面临着很都困难。学习任务二：发展新能源汽车的必要性 石油短缺、环境污染、气候变暖是全球汽车产业面对的共同挑战,各国政府及产业界纷纷提出各发展战略,积极应对,以保持其汽车产业的可持续发展,并提高未来的国际竞争力。新能源汽车已成为21世纪汽车工业发展的热点。一、石油短缺 据石油巨头英国石油公司(BP)发布的世界能源统计年鉴2012显示，截至2011年年底,全球石油储量约1.653万亿桶，比2010年增加8.3%，若按照现在全球每天非常保守的0.8亿桶的耗速来看，当前世界石油储量可供全球消费54年。从储量上看,世界上排名前10名的国家和地区依次是：沙特阿拉伯，362亿吨；加拿大，184亿吨；伊朗，181亿吨；伊拉克，157亿吨；科威特，138亿吨；阿联酋，126亿吨；委内瑞拉，109亿吨；俄罗斯，82亿吨；中国，60亿吨；利比亚，54亿吨。我国是一个能源短缺的国家，但却是一个能源消费大国，仅次于美国。2011年我国石油消费量达到4.6亿吨，成为世界第二大石油消费国。目前，我国人均石油消费量为世界平均水平的60%，石油占一次源消费比重仅为18%，低于世界平均水平(33%)，预计未来我国石油消费仍将持续稳定增长，处于上状态。石油在交通领域的消费逐年增长。据预测，到2020年交通用油占全球石油总消耗的62%以上。美国源部预测，2020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于2000年世界石油总产量的两倍。目前世界汽车保有量突破10亿辆，预计到2030年全球汽车保有量将突破20亿辆，主要增量来自发展中国家，其中中国增速居全球第一。我国汽车产量逐年增加。2012年我国汽车产销双双突破1900万辆，再次突破记录，产销增速都超过了1%，蝉联世界第一，中国已经成为世界第一大汽车生产国和第一新车销售市场我国汽车保有量增加迅速。至2011年8月底，我国汽车保有量突破1亿辆，居世界第二位。预计到2020年，全国汽车保有量将达到2亿辆，由此带来的能源安全问题将更加突出。汽车消费的快速增长导致石油消耗加速增长。中国机动车燃油消耗量约占全国总油耗的1/3以上，这也使得中国石油对外依存度每年都在不断攀升。据统计，目前汽车用汽柴油消费占全国汽柴油消费的比例已经达到了55%左右，每年新增石油消费量的70%以上被新增汽车所消耗。我国经济持续快速发展，对石油资源的需求激增，能源供需矛盾日益突出，对进口石油的依赖度不断提高。2011年我国石油对外依存度达到56.5%，比2010年上升了1.7个百分点。2013年我国石油对外依存度将达60%左右。国际能源机构预测,随着越来越多中国消费者购买汽车，到2030年，中国石油消耗量的80%需要依靠进口。二、环境污染 燃油汽车在行驶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。汽车尾气排放的主要污染物为一氧化碳(CO)、碳氢化合物(HC)、氮氧化物(NOx)、铅(Pb)、细微颗粒物及硫化物等。这些一次污染物还会通过大气化学反应生成光化学烟雾、酸沉降等二次污染物。据统计，全球大气污染42%源于交通车辆产生的污染。随着城市机动车数量的快速增长,机动车排气污染已成为城市大气污染的主要贡献者。一些城市机动车排放的污染物对多项大气污染指标的贡献率已达到70%以上。机动车排放污染已对城市大气污染构成了严重威胁。2013年春季,浓浓雾霾遮蔽中国的中东部地区。环保部门的数据显示，从华北到中部乃至黄淮、江南地区，都出现了不同程度的污染和严重污染。尤其是北京、天津、石家庄等城市由于低空近地面的空气污染物久积不散,主城地区连续出现空气质量重度污染和严重污染，包括PM2.5、PM10、硫酸或硝酸盐等主要污染物徘徊在较高、超标浓度水平，形成严重的雾霾天气，严重影响了人们的身心健康和日常出行，引起了全社会的广泛关注，机动车是雾霾形成的重要因素之一。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.不断完善和升级汽车油耗标准。通过制定和实施汽车油耗标准法规，逐步提高汽车油耗水平。近年来，我国汽车行业相关油耗标准不断升级，随着汽车油耗标准法规水平升级，到2015年，当年生产的乘用车平均燃料消耗量降至6.9L/100km，节能型乘用车燃料消耗量降至5.9L/100km以下。到2020年，当年生产的乘用车平均燃料消耗量降至5.0L/100km，节能型乘用车燃料消耗量降至4.5L/100km以下；商用车新车燃料消耗量将接近国际先进水平。2.不断完善和升级汽车排放标准。通过制定和实施汽车排放标准法规，逐步提高汽车排放技术水平，降低汽车尾气排放。近年来我国汽车行业排放标准不断升级。所谓国X汽车排放标准，是我国借鉴欧洲汽车排放标准所制定出的汽车尾气排放标准，该标准对汽车尾气中排放的一氧化碳、氮氧化合物、微尘、碳烟等有害物质的排放量有明确的限制，旨在控制汽车污染排放，提高环境质量。从图1-4可以看出，我们国家的国一标准自2000年实施以来，目前已经进入到了国五标准，从2000年到现在短短18年的时间，我们走完了欧美国家近30年的排放升级之路。接下来我们就要落实国六标准了这次国六排放的实施时间分为