毕业论文 汽车新能源技术应用与发展.doc

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1、毕业设计(论文)说明书汽车检测与维修专业(本科)市 虫也: 准考证号: 姓名:毕业设计(论文)任务书、题目:汽车新能源技术应用与发展二、本环节自旦13 年 3 月土日起至旦13 年土月一日 三、进行地点:河南职业技术学院四、内容要求:毕业设计说明书(论文)要求层次分明、 文理通顺 、数据可靠、文字简练、说明透彻、立论正 确、推理严谨。汽车新能源技术应用与发展 摘要能源危机和环境污染是 21 世纪世界各国面临的两大难题。为缓解并最终 解决能源的供需矛盾，改善日益严峻的环境状况，世界各国和地区正在积极 开展可再生能源的研究与开发。对于这种高消耗能源和高污染的现代工具来讲，实现生态能源汽车的研发与使

2、用具有重大意义。汽车新能源技术繁多，新能源汽车发展方向如何。本课题以此为出发点， 着重分析目前主要的新能源汽车技术以及这些技术的优缺点，得出电动汽车 将是未来发展趋势。然后探讨电动汽车充电站整车充电、更换电池两种运营 模式，最终得出未来充电站将以更换电池为主，整车充电为辅的主流模式。关键词: 新能源汽车，新技术，发展趋势，充电站AUTOMOTIVE APPLICATION AND DEVELOPMENT OF NEW ENERGY TECHNOLOGIESABSTRACTEnergy crisis and pollution of the environment are 21th centur

3、ies the intemational community faces of two greatest hard nut to crack. For alleviate tocombine end solution energy of supply and demand antinomy，improve rigorousenvironment condition，international community and region be actively developing day by day can the research and development of renewable e

4、nergy. Speak for the modern tool of this kind of high depletion energy and high pollution ，carry out development and use of ecosystem energy car to have grea t significance.Automobile new energy technology is various and what is the direction of new energy vehicle development. This article is on the

5、 basis of what is mentioned above as a starting point ，focusing on the analysis of the current mainnew energy vehicle technologies and the advantages and disadvantages of them to draw the conclusion that electric vehicles will be a trend in the futuredevelopment; then explores the two operating mode

6、s of vehicle charging station，that is electric vehicle charging station and battery replaced charging station，and ultimately comes to conclusion that the future will be based on the battery replaced charging station，supplemented by the mainstream model of vehiclecharging.KEYWORDS: new energy vehicle

7、s，new technology，development trends，charging station目录第 1 章 研究汽车新能源技术的目的与意义. . .11.1 研究的目的.1们. 2研究意义 . .1第 2 章2.1国内外汽车新能源技术研究现状 .2国外的相关研究 . .22. 1.1 政府高度重视汽车新能源的开发利用 . .22. 1.2 政府推动电动汽车研发和推广 . .22. 2国内的相关研究. .32. 2. 1 政府大力支持新能源汽车产业 .32. 2. 2 国内新能源汽车取得重大发展 .3第 3 章 汽车新能源的类型. .53. 1 纯电动汽车 . . . . . .53

8、. 1.1纯电动汽车的类型.53.1.2 纯电动汽车的结构原理. . . .63. 2混合动力电动汽车 .五3. 2.1混合动力电动汽车的结构类型 .63. 2. 2 不同类型的混合动力电动汽车的比较 .83. 3 燃料电池电动汽车 . .93. 3. 1燃料电池电动汽车的类型 . . . .93. 3. 2 燃料电池电动汽车的结构原理 .103. 4 气体燃料汽车 .113. 4.1 天然气汽车 .113. 4. 2 液化石油气汽车 .113. 5 生物燃料汽车 .123. 5.1甲醇燃料汽车 . . .123. 5. 2 乙醇燃料汽车 .123. 5. 3 二甲隧燃料汽车 . . .123

9、. 6 氢燃料汽车 . . .123. 7太阳能汽车 . .13第 4 章 汽车新能源的主要比较与发展. . .144. 1 各种新能源汽车技术的特点分析与展望.144. 1.1 纯电动汽车 . . . . . . .144. 1.2 混合动力电动汽车.144. 1.3 燃料电池电动汽车.154. 1.4 气体燃料汽车 . . . .154. 1.5 生物燃料汽车 .164. 1. 6氢燃料汽车 .16妇.1.7 太阳能汽车 . . .164. 2能量转换效率的比较 .174. 3 减少耗油量的比较 . . . .174. 4 减少碳排放的比较 .四4. 5 各种能源方案优缺点中和分析 . .

10、 . . .184. 6 电动汽车的应用缺陷和瓶颈.19第 5 章 电动汽车应用的解决方式.却5. 1 整车充电模式 . .205. 1.1 常规充电.却5. 1.2 快速充电 .205. 2更换电池模式 . . . .215. 2. 1 电池租赁 . .到5. 2. 2电池的快速更换 .到5. 2. 3 电池的维护 .到第 6 章 未来电动汽车充电技术的发展方向.236.1 整车充电中的慢速充电方式可以充分利用 . 236. 2换电池模式属于能源新物流模式 .236. 3 无线快速充电将成为最理想充电方式 .236. 4 快速充电大量发展将带来电网谐波污染.23 结论.24 参考文献 . .

11、25 致谢 . .27刚言石油短缺、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自的发展战略，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。新能源汽车己成为 21 世纪汽车工业的 发展热点。据统计，一辆汽车年平均消耗石油约 5 吨。截止到 2008 年，世界 汽车保有量己突破 9 亿辆，其中中国约为 6467 万辆，除此之外中国的摩托车保有量己达到 8954 万辆，挂车 101 万辆，上路行驶的拖拉机 1464 万辆。并且世界汽车保有量正以每年 3000 万辆的速度增长，预计到 2020 年全球汽车 保有量将达到 12 亿辆其中中国将达到1.

12、3- 1.5 亿辆)，届时汽车所消耗的 石油每年 55 亿吨，交通用油将占全球石油总消耗的 62%以上。可见汽车是消 耗石油的大户1。德国、美国、日本等国家把发展新能源汽车作为解决目前能源短缺的重 要途径，但在不同时期的新能源汽车技术路径是不同的。总的来看，新能源 汽车发展趋势可归纳为: 能源逐渐由化石燃料向可再生、低排放甚至零排放 的能源形式过渡是基本趋势，电能、生物燃料和氢能将是汽车能源的最终解 决方案。但在电能、生物燃料和氢能最终替代化石燃料前，汽车能源呈现多 元化局面。新能源汽车技术将出现多种技术共存的局面，先进汽油车、先进 柴油车、混合动力汽车、纯电动汽车、天然气汽车、醇类燃料汽车、

13、燃料电 池汽车都将占据一定的市场份额。但是由于目前汽车新能源汽车技术繁多，每个国家在新能源汽车领域发 展方向有所不同。本课题以此为出发点，着重分析目前新能源汽车技术优缺 点，并最终得出电动汽车将是未来发展趋势。然而，电动汽车由于目前在蓄电 池技术上存在着续航能力不足，充电时间过长等问题。通过分析本课题最终 提出解决这一问题的主要方案就是加快充电站的建设，并且充电站建设将是 以更换电池为主，整车充电为辅的运营模式。第 1 章 研究汽车新能源技术的目的与意义1 .1研究的目的依据我国资源条件和产业技术状况，通过制定国家交通能源发展战略、 组织开展国家重大科技开发计划、实施鼓励性政策等措施，推动新能

14、源汽车 的发展:从而友好的替代或部分替代以石油为燃料的汽车。减少对石油的依 赖性，降低能源消耗，减轻环境污染，缓解气候变暖压力，以实现汽车工业 的可持续发展。尽管在现阶段国家汽车节能技术发展方向不尽相同、各具特 色，但在长期发展纯电动汽车和燃料电池汽车，实现交通能源转型的总体趋 势上基本相同。1.2 研究意义大力发展节能与新能源汽车是国际社会应对能源短缺、环境污染和气候 变暖问题在交通领域采取的共同措施。新能源汽车是中国乃至世界汽车业跨 越发展难得的机遇; 近年来新能源汽车产业受到空前的关注，包括我国在内 的世界主要汽车生产国都加大了新能源的研发力度，以提高自身产业的竞争 力:汽车工业可持续发

15、展得以迎战能源和环境的巨大挑战:进而促进新能源 的发展，为低碳经济发展做出贡献。所以，研究汽车新能源技术对我国乃至 世界经济与环境的可持续发展具有非常大的现实意义和理论意义。第 2 章 国内外汽车新能源技术研究现状2.1 国外的相关研究2.1.1 政府高度重视汽车新能源的开发利用2007 年 1 月 24 日，时任美国总统小布什发表国文咨文，宣布了替代能 源和节能政策，提出美国努力在未来 10 年之内将汽油使用量降低 20%。奥巴 马 2009 年 4 月曾表示，联邦政府将购买又美国 3 大汽车厂商制造的1.76 万 辆包括新能源汽车在内的节能汽车。尽管这一措施并不能改变美国汽车业衰 退的现状

16、，但他具有明显的象征意义，也是奥巴马鼓励发展新能源汽车的具体表现2 。日本政府在 2009 年 6 月启动了 新一代汽车计划，该计划力争在 2050 年，是环保汽车占据汽车市场的一半左右，为了实现这一计划，日本政府通 过援建电动汽车基础设施、减税和发放补贴等促进环保汽车发展。近年来， 日本政府陆续出台了关于促进新能源利用等特别措施法、有关电力企业 利用新能源的特别措施法、可再生能源配额制法等一系列政策法规，明 确了日本新能源的发展目标和各方责任。德国政府表示，到 2020 年，可再生能源要占全部能源消耗的 47%，因此，2020 年德国境内的新能源汽车要超过 100 万辆。法国在 20 世纪

17、90 年代中期， 开始推广电动汽车和天然汽车。1999 年，政府要求所有市政部门的电动汽车 及天然气汽车比例必须占市政部门拥有车辆总数的 20%以上，以此带动整个 社会选择环保车型。2.1.2 政府推动电动汽车研发和推广2009 年，美国电动汽车产业链上的各方面发起成立了美国电动汽车联盟， 美国电动汽车联盟主要致力于从政策和行动上推动大规模实施电动汽车计 划，最终改变美国经济、环境和化石能源严重以来的现状，实现美国电动汽 车运输的革命性变化。美国总统奥巴马提出在 2015 年以前推广 100 万辆环保 汽车，为鼓励美国消费者购买，他还宣布将给予购买插电式电动汽车的人每 辆车 7500 美元抵税

18、额。为推进新能源汽车及环保汽车的发展，日本从 2009 年 4 月 1 日起实施绿色税制，日本实行绿色税制可使混合动力电动汽车税减免 2 万日元，和车辆购置税减免 4 万日元。在日本政府的积极扶持下，日本主要汽车生产厂 家无一例外的提出了自己的新能源汽车战略。丰田公司宣布在未来几年里， 将混合动力电动汽车车型增加到 10 种:日产公司于 2012 年批量生产纯电动 汽车，投放日本和欧洲市场。在 2009 年年初德国政府通过的 500 亿欧元的经济剌激计划中，很大一部 分用于电动汽车研发，汽车从电站网络建设和可再生能源研发。法国政府从1995 年 7 月 1 日开始，给购买电动汽车的用户提供 5

19、000 法郎补贴，法国电 力公司从自身利益考虑，想电动汽车制厂生产的电动汽车每辆提供 10000 法 郎补助。这些措施给电动汽车在法国发展创造了良好的环境。2.2 国内的相关研究2.2.1 政府大力支持新能源汽车产业国内新能源汽车产业始于 21 世纪初。2001 年，新能源汽车研究项目被 列入国家十五期间的836月重大科技问题，并规划了以汽油车为起点， 向氢动力车目标挺进的战略。十一五以来，我国提出节能和新能源汽车 战略，政府高度关注新能源汽车的研发和产业化3 0 2010 年 8 月 18 日国务 院国有资产监督管理委员会(以下简称国资委)在北京召开中央企业电动汽 车产业联盟成立大会。国务院

20、国资委推动有关中央企业成立中央企业电动 汽车产业联盟，旨在有效发挥中央企业在我国经济结构调整，产业转型中的 带头和领导作用，形成合力加快推动我国电动汽车产业发展，以联盟的方式， 促进企业间的合作与协同发展，快速、有效地突破电动汽车产业核心技术， 尽快形成规模化发展姿态。中国汽车业十二五规划初稿己定，新能源汽车被列为中国汽车行业 今后五年发展的重中之重。中国汽车业十二五规划中，将提出到 2015 年，中国国内新能源汽车的年销售量达到百万辆的目标。新能源汽车的发展 重点将以汽车电动化和动力混合化两大技术结合为标志，进行换代与产业升级4。2.2.2 国内新能源汽车取得重大发展2006-2007 年，

21、我国自主研制的纯电动、混合动力和燃料电池三类新能 源汽车整车产品相继问世;混合动力和纯电动客车实现了规模示范: 纯电动汽车实现批量出口: 燃料电池轿车研发进入世界先进行列。2008 年，新能源汽车在国内已成全面出击之势。比亚迪、奇瑞、吉利、长安、哈飞等汽车生 产企业，纷纷在各大国际车展上频频亮相，展出了自行研发的燃料电池汽车 及混合动力汽车，从而在这场新能源的竞技中，取得了首发权。国产新能源汽车如雨后春笋，纷纷崭露头角，如长安的 CV9、杰勋混合 动力版，奇瑞的 A5、东方之子燃料电池动力汽车，海马的 H12 电动汽车、华 普海域甲醇动力轿车和海尚油电动力混合汽车，力帆 520 混合动力汽车等

22、。 在美国汽车城底特律举行的 2009 北美国际汽车展上，比亚迪展示了插电式混 合动力汽车 F3DM. 这款汽车己于 2008 年 12 月 15 日在中国市场开始销售，于2011 年在北美市场上市。第 3 章 汽牢新能源的类型3.1 纯电动汽车3.1.1 纯电动汽车的类型 纯电动汽车是指以车载电源为动力，用电机驱动车轮行驶，符合道路交通、安全法规各项要求的车辆，一般采用高效率充电蓄电池为动力源。纯电 动汽车可分为 2 种类型，即用蓄电池作动力源的纯电动汽车和装有辅助动力 源的纯电动汽车。一、 用蓄电池作为动力源的纯电动汽车 用单一蓄电池作为动力源的纯电动汽车，只装置了蓄电池组，它的电力和动力

23、传输系统如图 3-1 所示。卜 时输斗!图 3-1 用单一蓄电池作为动力源的纯电动汽车的电力和动力传输系统 二、 装有辅助动力源的纯电动车 用单一蓄电池作为动力源的纯电动汽车，蓄电池的比能量和比功率较低，蓄电池组的质量和体积比较大。因此，在某些纯电动汽车上增加辅助动力源， 如超级电容器、发电机组、太阳能等，由此改善纯电动汽车的启动性能和增 加续驶里程。装有辅助动力源的纯电动汽车的电力和动力传输系统如图 3-2 所示。电力传输 1 1动力传输 !国 3-2 装有辅助动力源的纯电动汽车的电力和动力传输系统3.1.2 纯电动汽车的结构原理燃油汽车主要由发动机、地盘、车身和电器 4 大部分组成，纯电动

24、汽车 的结构与燃油汽车相比，主要增加了电力驱动控制系统，而取消了发动机， 电力驱动控制系统的组成与工作原理如图 3-3 所示，它由电力驱动模块、车 载电源模块和辅助模块 3 大部分组成匀。辅助模块车载芝f手震级中央控制单元制动踏板一-控制信号流向;c:中动力电漏流向;二二二机械方式连接图 3-3电力驱动控制系统的组成与工作原理当汽车行驶时，由蓄电池输出电能(电流通过控制驱动电动机运转， 电动机输出的转矩经传动系统带动车轮前进或后退。电动汽车行驶里程与蓄 电池容量有关，蓄电池容量受诸多因素限制。要提高一次充电续驶里程，必 须尽可能的节省蓄电池能量。3.2 混合动力电动汽车3.2.1 混合动力电动

25、汽车的结构类型 串联式结构类型如图 3-4 所示串联式结构的最大特点是: 能量的产生和使用完全独立， 发动机的功能只是驱动发电机工作，由发电机向蓄电池充电。汽车完全由电 动机驱动，发动机只需在某一转速下工作，避免在怠速或其他不经济工况下工作可明显减少排气污染和提高燃油经济性、节约费用。发动机C汇汇D图 3-4 串联式混合动力系统二、并联式结构形式图 3-5 并联式混合动力系统并联式结构(如图 3-5) 的混合动力汽车可由发动机与电动机饭别独立的驱动，采用异步交流电动机，既可作电动机，又可作发电机使用。 汽车在不同行驶工况下工作如下:1.正常行驶工况。在一般路面上驾驶员以发动机作为动力行驶。2.

26、启动及小负荷行驶工况。当汽车在启动、小负荷和下坡行驶及汽车需 要通过对排放要求严格限制的地区，可通过离合器是发动机熄火，汽车由电 动机从蓄电池中获得电能来驱动。3. 加速行驶工况。当汽车加速或高速行驶需要大功率时发动机和电动机 可联合工作，以获得所需得峰值功率。4. 蓄电池充电工况。大汽车在低负荷工作时异步交流电动机作为发电机 自动接通为蓄电池充电，使蓄电池电能获得补充，这有利于提高发动机工作 效率。5. 减速和制动工况。由汽车驱动电动机，此时电动机为蓄电池充电，汽 车制动时能量回收部分转变为电能而储存。三、混联式结构形式混联式结构(如图 3-6) 的混合动力系统利用动力分配装置将动力一分 为

27、二: 一部分直接驱动汽车: 另一部分驱动交流发电机，而交流发电机驱动 电动机并为蓄电池充电。LU |THS1专运力芫三-一 云力力f 专 主主-电力4专玉边回 3-6 混联式混合动力系统汽车在不同行驶工况下工作如下:1.正常行驶工况。发动机输出动力一路直接驱动车轮: 另一路经交流发 电机、变流器、电动机驱动车轮。2.启动及小负荷行驶工况。此时，发动机效率不高而停止工作，由蓄电 池带动电动机驱动车轮。3. 加速行驶工况。在正常行驶工况基础上增加功率输出，这部分增加的 动力由蓄电池供给，由电能转化成机械能传给车轮。4. 减速和制动工况。由汽车车轮驱动电动机，此时电动机作为发电机使用，电动机发出的电

28、能为蓄电池充电，将汽车的制动能回收为电能6 。3.2.2不同类型的混合动力电动汽车的比较 旦 1表 3-1 对不同类型的混合动力电动汽车在燃油经济性、尾气排放和控制难易程度等方面作了比较。表 3-2 对不同类型的混合动力电动汽车在驱动模 式、传动效率、整车布置、使用条件等方面作了比较。表 3-1不同类型的混合动力电动汽车类型的比较项目串联式并联式混联式公路行驶燃油经济性较优优优城市行驶燃油经济性优较优优无路行驶燃油经济性较优优优低排放性能优较优较优成本低较低较低复杂程度简单较复杂复杂控制难易程度简单较复杂复杂表 3-2 不同类型的混合动力电动汽车特点的比较结构模型串联式并联式3昆联式动力总成发

29、动机、发电 机、驱动电动机等 = 大动力总成发动机、电动/发电 机或电动机两大动力总 成发动机、电动/ 发电机、电动机等= 大动力总成驱动模式电动机是唯一 的驱动模式发动机驱动模式、电 动机驱动模式、发动机- 电动机混合驱动模式发动机驱动模 式、电动机驱动模式、 发动机-电动机混合 驱动模式、电动机- 电动机溜合驱动模式传动效率能量转换效率较低传动效率较高传动效率较高制动能量回 收能够回收制动能量能够回收制动能量能够回收制动能量整车总布局=大动 力总成 之间没有机械式连 接装置，结构布置的 自由度较大，但=大 动力总成的质量、尺 寸者13 比较大，一般在 大型车辆上采用发动机驱动系统保 持机械

30、式传动系统，发动 机 与电动机两大动力总 成之间被不同的机械装 置连接起来，结构复杂， 是布局受到一定的限制=大动力总成之 间采用机械 装置连 接，=大动力总成的 质量、尺寸都较小， 能够在小型车辆上布 置，但结构更加紧凑适用条件适用于大型客 车或货车，适应在路 况较复杂的城市道 路和普通公路上行 驶，更加接近电动汽 车的性能适用于中小型汽车， 适应在城市道路和高速 公路上行驶，接近普通的 内燃机汽车性能适用于各种类型 的汽车，适应在各种 道路上行驶，更加接 近普通得内燃机汽车 性能3.3 燃料电池电动汽车3.3.1 燃料电池电动汽车的类型 采用燃料电池作为电源的电动汽车称为燃料电池电动汽车

31、(Fuel CellElectric Vehicle，FCEV)o FCEV 一般以质子交换膜燃料电池 CPEMFC) 作为车载能源.PCEV 按多电源 的配置不同，可分为以下几种: 一、纯燃料电池驱动 CPFC) 的 FCEV 纯燃料电池驱动的电动汽车只有燃料电池一个动力源，汽车的所有功率负荷都由燃料电池承担。纯燃料电池驱动系统将氢气与氧气反应产生的电能 通过总线传给驱动电机，驱动电机将电能转化为机械能再传给传动系，从而 驱动汽车行驶。二、燃料电池与辅助蓄电池联合驱动 CFC+B) 的 FCEV燃料电池+辅助蓄电池联合驱动的燃料电池电动汽车的动力系统结构是 一个典型的串联式混合动力结构。在该

32、动力系统结构中，燃料电池和蓄电池 一起为驱动电机提供能量，驱动电机将电能转化成机械能传给传动系，从而 驱动汽车行驶。在汽车制动时，驱动电机变成发电机，蓄电池将储存回馈的 能量。三、燃料电池与超级电容联合驱动 (FC+C)的 FCEV燃料电池+超级电容与燃料电池+辅助蓄电池的结构相似，只是把蓄电池 换成超级电容。相对于蓄电池，超级电容充放电效率较高，能量损失小，功 率密度大，在回收制动能量方面比蓄电池有优势，循环寿命长但是超级电容 的能量密度较小随着超级电容技术的不断进化，这种结构将成为一种新的研 究方向。四、燃料电池与辅助蓄电池和超级电容联合驱动 CFC+B+C) 的 FCEV燃料电池与辅助蓄

33、电池和超级电容联合驱动的电动汽车的动力系统结构 也为串联式混合动力结构。在该动力系统结构中，燃料电池、蓄电池和超级 电容一起为驱动电机提供能量，驱动电机将电能转化成机械能传给传动系， 从而驱动汽车行驶。在汽车制动时驱动电机变成发电机，蓄电池和超级电容 将储存回馈的能量。3.3.2 燃料电池电动汽车的结构原理 目前燃料电池电动汽车绝大多数采用的是混合式燃料当电池驱动系统，将燃料电池与辅助动力源相结合，燃料电池可以只满足持续功率需求，借助 辅助动力源提供加速、爬坡等所需的峰值功率，而且在制动时可以将回馈的 能量储存在辅助动力源中，混合式燃料电池驱动系统有并联式和串联式两种，如图 3-7(7)。(a

34、) 串联式 (b) 并联式图 3-7混合式燃料电池电动汽车驱动系统框图混合式燃料电池电动汽车的动力系统主要由燃料电池发动机、辅助动力 源、DC/DC 变换器、DC/AC 逆变器、电动机和动力控制系统等组成。3.4 气体燃料汽车3.4.1天然气汽车 天然气是指以天然气作为燃料的汽车。按照所使用天然气燃料状态的不同，天然气汽车可分为压缩天然气汽车(CNGV) 和液化天然气汽车(LNGV)。 压缩天然气是指压缩到 20. 724. 8MPa 的天然气，储存在车载高压气瓶中。它是一种无色透明、无昧、高热量、比空气轻的气体，主要成分是甲;院， 由于组分简单，易于完全燃烧，加上燃料含碳少、抗爆性好、不稀释润滑油， 能够延长发动机使用寿命。液化天然气是指常压下、温度为一 162.C 的液体天然