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1、电子信息新技术系列讲座报告班级 电信11 学号 3110503 姓名 2014年12月一、新能源汽车的研发背景汽车已经在我们的生活中充当着不可取代的地位，他给我们的生活，工作，以及学习带了方便，但是在我们享受这些快乐的同时，新的问题正在朝我们走来！那就是能源短缺与环境污染，这两大重要因素影响着世界汽车产业的发展。那么是否能够解决这些问题呢，答案是肯定的，即新能源汽车，新能源汽车的问世，又一次促进了汽车革命，那么什么是新能源呢？新能源汽车又是怎样逐渐取代内燃机式的发动机汽车呢？ 二、新能源汽车技术介绍及研究现状世界上普遍被人们认可的新能源汽车有纯电动汽车（HEV）燃料电池汽车（FCEV）混合动力
2、汽车（HEV）以及替代燃料汽车：二甲醚，乙醇，天然气，生物柴油，丁醇，氢，合成燃料，等。在21世纪的后期人们将会用新能源逐步代替燃油。发达国家的汽车公司都在致力研制新能源汽车，比如大众公司，丰田公司，本田公司，英菲尼迪，通用，及福特公司等。下面分别讲解新能源汽车：1.纯电动汽车以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，通过电池向电机提供电能，驱动电动机运转，从而推动汽车前进。从外形上看，电动汽车与日常见到的汽车并没有什么区别，区别主要在于动力源及其驱动系统。即纯电动汽车的电动机相当于传统汽车的发动机，蓄电池相当于原来的油箱。它是车载动力蓄电池提供电力以驱动电机通过
3、机械传动装置驱动车轮的汽车，其能源全部由蓄电池提供，蓄电池又与循环寿命，放电深度密切相关，因此蓄电池的研发与造价成为纯电动汽车主要面临的问题。但一直仅限于某些特定范围内应用，市场较小，原因是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1/3，这主要取决于电池的寿命及当地的油、电价格。现阶段电池的容量还达不到需要，续航能力还达不到全天候的应用。2.燃料电池电动汽车是利用氢气和空气中的氧在催化剂的作用下在燃料电池中经电化学反应产生的电能，并作为主要动力源驱动的汽车。燃料电池电动汽车实质上是电动汽车的一种
4、，在车身、动力传动系统、控制系统等方面，燃料电池电动汽车与普通电动汽车基本相同，主要区别在于动力电池的工作原理不同。一般来说，燃料电池是通过电化学反应将化学能转化为电能，电化学反应所需的还原剂一般采用氢气，氧化剂则采用氧气，因此最早开发的燃料电池电动汽车多是直接采用氢燃料，氢气的储存可采用液化氢、压缩氢气或金属氢化物储氢等形式。装备有燃料电池系统的纯电动汽车，燃料电池系统，通常称为燃料电池发动机，而且燃料电池可分A,B，C为三种类型。A型完全由燃料电池驱动，B型燃料电池和蓄电池各占一半，成本较低，但动力系统重量较大，结构复杂，使用成本高。C型20-30%的能量由燃料电池提供，70-80%的能量
5、由蓄电池提供，阵中电动汽车对能量密度要求中等，但造价要求较高。它具有以下特点：1）能量转化效率高。燃料电池的能量转换效率可高达6080%，为内燃机的23倍。2）零排放，不污染环境。燃料电池的燃料是氢和氧，生成物是清洁的水。3）氢燃料来源广泛，可以从可再生能源获得，不依赖石油燃料。FCEV推广普及的关键是纯氢的供应和储存。为了保证直接供氢的FCEV用氢的需要，必须建造氢站，这就增大了直接供氢的FCEV商品化和推广普及的难度，因此，世界上各大汽车公司纷纷推出了通过燃料重整反应制取氢气的技术，可使用多种碳氢燃料，包括醇类燃料、天然气等。目前，通过重整反应利用甲醇制取氢气的技术已十分成熟，甲醇为液体燃
6、料，携带方便，提高了燃料电池电动汽车的续驶里程，且燃料能量的利用率可达70%-90%，大大高于热力发动机的效率。3.混合动力电动汽车是指车上装有两个以上动力源：蓄电池、燃料电池、太阳能电池、内燃机车的发电机组，当前复合动力汽车一般是指内燃机车发电机，再加上蓄电池的汽车。其优点是:（1）采用复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；负荷少时，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。
7、（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）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。通过以上所述，汽车新能源已经越来越重要了，下面通过介绍世界各国所采用的新能源来说明新能源已经进入我们的生活：a.新一代三菱电动汽车“i-MiEV”于2009年7月开始在日本率先向法人单位等企业用户销售。“i-MiEV”可使用家用电源AC220/240V进行充电，满充用时约为7个小时。b.长城腾翼C20EV纯电动车是一款零排放的环保汽车，这款车是一款CROSS车型，腾翼C20EV的外观与C20R完全相同，只有从尾部的标识才能看出来是纯电动车。c.奇瑞首款增程
8、式纯电动车S18D增程纯电动汽车(即瑞麒X1增程电动车)，配备了8kW的增程器，达到300公里的长续航里程。另外S18D拥有数字行车电脑、四轮碟刹系统、一键自动锁车升窗功能、四轮黑色动感大包围、银色行李架及185宽胎等多项配置。除了纯电动外还有燃料电池电动汽车如：a.奔腾B70FCV是一汽轿车基于奔腾B70轿车平台，应用燃料电池动力系统研制开发的新型燃料电池轿车。作为国家863计划“节能与新能源汽车”的重大研发项目，该车型在安全性、可靠性、舒适性等方面均突破了现有标准，达到了国际环保车型水准b.三菱燃料电池车“MITSUBISHIFCV”c.东方之子fcv燃料电池轿车三、新能源汽车中关键技术电
9、池储能技术 介绍在各种各样的新能源汽车中，基本上都离不开一个关键性的技术：“电池储能技术”。现阶段被运用或将要被运用在新能源汽车上的电池包括：磷酸锂铁电池，超级电容电池，飞轮电池及氢燃料电池。（1）磷酸锂铁电池电池一般包括正极、负极、电解质、隔膜、正极引线、负极引线、中心端子、绝缘材料、安全阀、密封圈、PTC（正温度控制端子）、电池壳等。其中正极材料、负极材料、电解质以及隔膜的不同或者工艺的不同，对电池的性能和价格有着决定性的影响。特点a、超长寿命：长寿命铅酸电池的循环寿命在300次左右，最高也就500次，而磷酸铁锂动力电池在室温下1C充放电循环2000次，容量保持率80%以上；是铅酸电池5倍
10、，镍氢电池的4倍，是钴酸锂电池4倍，是锰酸锂电池4-5倍左右。 b、安全性高：磷酸根化学键的结合力比传统的过渡金属氧化物结构化学键强，所以结构更加稳定，并且不易释放氧气。磷酸铁锂电池在高温下的稳定性可达400以上，保证了电池内在的高安全性；不会因过充、温度过高、短路、撞击而产生爆炸或燃烧。 c、环保且不需要稀有金属：磷酸铁锂电池不含任何（锂之外）重金属或者稀有金属，无毒（SGS认证通过），无污染，符合欧洲RoHS规定，为环保电池。 d、充电速度快，自放电少，无记忆效应：磷酸铁锂电池可大电流2C快速充放电，在专用充电器下，2C充电30分钟内即可使电池充满95%，起动电流可达2C，而铅酸电池现在无
11、此性能。 e、体积小，重量轻：商品设计可轻量化，体积是相同容量铅酸电池的2/3，也较镍氢电池体积小；重量是相同容量铅酸电池的1/3，镍氢电池的2/3左右； f、电池单体电压高，放电平台稳定：为3.2V，串联少，电池组可靠性高；电池组可靠性高，可作大电流高功率充放电高倍率放电特性：10C充放电效率达到 96%以上，容量保持率90%以上，可实现10C放电；(2)超级电容电池超级电容是一种电容量很大的电容器。电容器的电容量取决于电极间距离和电极表面积，为了获得更大的电容量，超级电容尽可能地缩小电极间距离、增加电极表面积。当两极板间电势低于电解液的氧化还原电极电位时，电解液界面上电荷不会脱离电解液，超
12、级电容器为正常工作状态；若电容器两端电压超过电解液的氧化还原电极电位时，电解液将分解，为非正常状态。随着超级电容器放电，正、负极板上的电荷被外电路泄放，电解液界面上的电荷响应减少。不同于利用化学反应的蓄电池，超级电容器的充放电过程是物理过程，没有化学反应。所采用材料安全、无毒。超级电容可以在数十秒到数分钟内快速充电，充放电寿命很长，可达50万次，或9万小时；可以提供很高的放电电流，如2700F的超级电容器额定放电电流不低于950A，放电峰值电流可达1680A。蓄电池通常不能有如此高的放电电流，否则寿命将大大缩短。超级电容器可以在很宽的温度范围内正常工作（-40+70）；可以任意并联使用来增加电
13、容量，如采取均压措施后，还可以串联使用。(3)飞轮电池飞轮储能电池系统包括三个核心部分：一个飞轮，电动机发电机和电力电子变换装置。电力电子变换装置从外部输入电能驱动电动机旋转，电动机带动飞轮旋转，飞轮储存动能（机械能），当外部负载需要能量时，用飞轮带动发电机旋转，将动能转化为电能，再通过电力电子变换装置变成负载所需要的各种频率、电压等级的电能，以满足不同的需求。由于输入、输出是彼此独立的，设计时常将电动机和发电机用一台电机来实现，输入输出变换器也合并成一个，这样就可以大大减少系统的大小和重量。同时由于在实际工作中，飞轮的转速可达4000050000r/min，一般金属制成的飞轮无法承受这样高的
14、转速，所以飞轮一般都采用碳纤维制成，既轻又强，进一步减少了整个系统的重量，同时，为了减少充放电过程中的能量损耗（主要是摩擦力损耗），电机和飞轮都使用磁轴承，使其悬浮，以减少机械摩擦；同时将飞轮和电机放置在真空容器中，以减少空气摩擦。这样飞轮电池的净效率（输入输出）达95左右。飞轮储能电池具有使用寿命长，不受外界温度影响，尺寸小，储能密度大，放能深度深及环保等特点。但现阶段技术还不够成熟。四、感想对这个课程的学习和对新能源汽车的了解，让我对新能源汽车的这个领域有了一定的想法：我国在新能源汽车开发方面才刚刚起步。据统计，国内至少有30家客车企业已涉足新能源车研发。轿车方面，六大汽车集团以及奇瑞、吉
15、利、比亚迪都争相研发新能源车，企业数量总计超过40家。但中国新能源汽车产量小，投入商业化生产的产品较少，政府产业发展规划和配套政策尚不明晰。2008年底首次出台了新能源车补助政策，即：将在13个城市开展节能与新能源汽车示范推广试点工作，并明确中央财政将对购置新能源汽车给予一次性补助。国际金融危机以来，各国政府及全球主要汽车厂商均高度重视产业化新能源汽车。政府出台了一系列产业化政策，在一定程度上改善了新能源汽车基础设施水平，实现了较大规模的示范运行。在积极推进新能源汽车产业化中，各国形成了一些宝贵的经验，同时，也遇到了一些新问题，值得思考。一是获取技术实力是基础。新能源汽车是一个战略性新兴产业，技术实力是产业发展的基础。不论是动力电池技术、动力总成技术，还是传统燃油汽车的发动机技术等，都深刻的影响着新能源汽车的未来。以动力电池技术为例，上世纪60-90年代，其技术的安全性和比能量、比功率无法达到产业化需要，一直制约着新能源汽车的商业化;上世纪90年代中后期，锂离子动力电池技术取得了重大突破，10余年间推动全球新能源汽车整体进入商业化阶段，搭载锂离子动力电池的丰田Pruis的销量突破200万辆。金融危机以来，各国政府更为重视对新能源汽车研发的支持，美国发布美国创新战略：推动可持续增长和高质量就业，明确提
