新能源汽车发展现状与趋势论文_新能源汽车发展现状与趋势论文2500字
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动力电池是电动汽车的关键技术之一.1881年特鲁夫(Gustave Trouve)制造出世界上第一辆电动三轮
车时,使用的是铅酸电池.目前,仍有不少混合动力汽车和纯电动汽车采用新一代铅酸电池.近十多年来,
锂离子动力电池在电动汽车生产中得到应用,越来越显示出其优越性.
美国学者麦斯J.A.Mas通过大量实验提出电池充电可接受的电流定理:1)对于任何给定的放电电流,
电池的充电接受电流与放出容量的平方根成正比;2)对于任何放电深度,一个电池的充电接受比与放电电
流的对数成正比,可以通过提高放电电流来增大充电接受比;3)一个电池经几种放电率放电,其接受电流
是各放电率接受电流之总和.也就是说,可以通过放电来提高蓄电池的充电可接受电流.在蓄电池充电接
受能力下降时,可以在充电的过程中加入放电来提高接受能力.
汽车动力电池的性能和寿命与很多因素有关,除了其自身的参数,如电池的极板质量、电解质的浓度
等外;还有外部因素,如电池的充放电参数,包括充电方式、充电结束电压、充放电的电流、放电深度等
等.这给电池管理系统BMS估计蓄电池的实际容量和SOC带来很多困难,需要考虑到很多的变量.
WG6120HD~合动力电动汽车的电池管理系统是建立在SOC数值的管理上.SOC(state ofcharge)指的是电
池内部参加反应的电荷参数的变化状态,反映蓄电池的剩余容量状况.这在国内外都已经形成统一认识.
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中国新能源汽车产业竞争力分析 [2010-04-29 03:35]
新能源汽车是指采用非常规车用燃料作为动力来源(或使用常规车用燃料、采用新型车载动力装置),综合车辆的动力控制和驱动方面的先进技术,形成的技术原理先进、具有新技术、新结构的汽车。新能源汽车包括混合动力汽车、纯电动汽车(BEV,包括太阳能汽车)、燃料电池电动汽车(FCEV)、氢发动机汽车、其他新能源(如高效储能器)汽车等。在能源紧缺,环境污染越来越严重的今天,新能源汽车已成为汽车产业未来发展的趋势。
一、中国新能源汽车产业发展现状
中国新能源汽车产业始于21世纪初。经过“十五”、“十一五”的努力,中国新能源汽车研发能力由弱变强,实现了电动汽车自主创新和技术集成,形成了比较完整的产业布局。但中国新能源汽车产业仍面临着不容忽视的瓶颈问题:
一是新能源汽车整车集成开发和产业化技术方面有待提高;混合动力汽车发动机技术、自动变速箱技术有自主产权的不多;纯电动汽车和燃料电池汽车在发展中还面临动力蓄电池、电机控制器、燃料电池发动机等零部件上的技术挑战。
二是市场推广有一定难度。新能源汽车虽然清洁,但面临着产品可靠性、稳定性、成本高等方面的问题。
三是配套设施建设缓慢,严重制约着产业发展。纯电动汽车、可充电式混合动力汽车和燃料电池汽车在应用中面临着充电、加氢困难的问题。
二、基于“钻石模型”的中国新能源汽车产业要素分析
(一)“钻石模型”简介
哈佛大学商学院迈克尔·波特提出了著名的“钻石”理论模型和相应的分析框架。波特认为,一国的特定产业是否具有国际竞争力主要取决于生产要素,需求条件,相关及支持产业,企业战略、结构和竞争四个关键要素。这四个要素具有双向作用,形成“钻石”体系,在四大要素之外还存在两大变数——机会和政府。机会是无法控制的,政府政策的影响是不可忽视的。“钻石”模型为我们分析中国新能源汽车产业竞争力的形成与保持,提供了重要的方法。
(二)影响中国新能源汽车产业竞争力的因素
1、生产要素。波特将生产要素分为初级要素和高级要素。初级要素是指一个国家先天拥有的天然资源、非技术工人、资金等;高级要素通常是人力创造出来的,包括受过高等教育的人力、技术、科研机构等。新能源汽车产业作为先进制造业,对先进技术和人力资源的依赖性很强。同时,作为新兴产业,其发展离不开配套的基础设施建设。
2、需求条件。波特认为,国内需求是提高产业国际竞争力的原动力,良好的需求条件能够迅速促进产业规模化,达到降低成本、提高效率的最终目的。对新能源汽车产业来说,强劲的需求有利于加快市场推广和产业化发展的速度。
3、相关及支持性产业。任何产业竞争优势的形成都离不开相关及支持性产业。对新能源汽车来说,动力系统的转型将强烈依赖电池技术的突破,因此新型电池技术产业已成为新能源汽车产业最重要的支持产业。
4、企业战略、结构及竞争。面对国家同时推进混合动力汽车、纯电动汽车和燃料电池汽车的局面,国内企业在技术路线的选择上迷失了方向,缺乏清晰的近期、中远期发展规划。波特指出,强有力的国内竞争对手普遍存在于具有国际竞争力的产业中。激烈有效的竞争可以促进发明创造、提高产品质量、降低成本、增强国际竞争力。中国新能源汽车产业的内部竞争主要体现在国内汽车企业与跨国汽车企业的竞争上。
5、机会。波特指出,机会可以打破原来的竞争状态,提供新的竞争空间,落后国家可以借此获得竞争优势。同时他认为,基础科技的发明创造;传统技术出现断层;外因导致生产成本突然提高(如石油危机);金融市场的重大变化等都可以给企业带来机会。
6、政府。波特认为,政府对一国某产业是否具有竞争力有着重要影响。政府可以通过制定相关政策,刺激“钻石”体系的四个关键要素,来影响该国的产业竞争力。
三、提升中国新能源汽车产业竞争力的对策
针对制约中国新能源汽车产业发展的因素,本文给出如下对策:
(一)加快基础设施建设
基础设施建设应以政府投资为主,多方共同参与。政府应重点建设一批企业无法承担的项目,如公用充电站、能源补充站、维修设施、交通配套设施等。天然气总公司和石化企业可以参与兴建一批加气站来服务燃气车辆,电网公司可以在自己的低压电网上建立公用充电站系统。
(二)积极扩大内需,提高消费者成熟度
促进新能源汽车消费的关键是降低生产成本和使用成本。企业和相关科研单位应加快技术研发的步伐,在技术上最大限度地降低生产成本、提高产品质量。政府应对新能源汽车的研发与生产给予财税支持,出台针对普通消费者的优惠政策,如减免车辆购置费、提供补贴等,来降低新能源汽车的使用成本。同时,要进一步调整燃油税政策,提高传统汽车的持续性支出。另外,政府还要加大宣传教育力度,提高整个社会的环保意识,培育崇尚购买、使用新能源汽车的文化,扩大新能源汽车用户基础。
(三)加大研发力度、掌握核心技术
在新能源汽车技术研发和产业化发展的初期,政府要起到主导作用,通过整合国内科技和资金资源,确定关键技术领域,与企业、研究机构共同推动关键技术研发。要加大知识产权保护力度,保护企业相关权益。在支持自主创新的前提下,鼓励企业到海外注册专利和购买外国专利,增加产品的技术创新和竞争力。此外还要加快建立国家技术标准体系,以建立和维护中国新能源汽车产业的竞争优势。
(四)以市场为导向、明确阶段性战略重点
中国的新能源汽车研发应借鉴国际经验,以市场为导向,选择战略重点,采取近期开发与中长期发展并重的策略。近期发展柴油机、汽油直喷、汽车轻量化、混合动力等技术,中长期着眼于高水平混合动力、燃料电池及替代燃料汽车的研发。汽车企业要根据自身情况及其所在区域拥有的资源、文化、习俗等条件,因地制宜地研发相应的新能源汽车产品。同时应根据市场形势的变化不断调整、完善企业战略结构及经营策略。
(五)推动产业重组、发展产业集群
为把中国未来的新能源汽车产业做强、做大,建议国家推动跨国、跨地区、跨行业、跨所有制的收购与兼并活动,通过资本市场对现有企业实现整合与重组。积极探索中资主导型、外资主导型、中资控股型、外资控股型的新能源汽车发展模式。优化和规范公司治理结构,鼓励中外企业以多种形式的合作创新和创业,促进新能源汽车产业联盟的形成与发展,同时要实施严格的公平竞争与反垄断环节的重组审查制度。
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一、我国面临的挑战和机遇
1、交通能源与环境问题是21世纪全球面临的重大挑战,对我国尤为严峻
目前世界汽车保有量约8亿辆,预计到2020年全球汽车保有量将达到12亿辆,主要增量来自发展中国家。国际能源机构(IEA)的统计数据表明,2001年全球57%的石油消费在交通领域(其中美国达到67%)。预计到2020年交通用油占全球石油总消耗的62%以上。美国能源部预测,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当于2000年世界石油总产量的两倍。与此同时,交通能源消耗也是造成局部环境污染和全球温室气体排放的主要来源之一。为此,全球已达成共识:交通能源转型势在必行。
近年来,我国汽车业迅猛发展。2005年,我国汽车产、销量均超过570万辆,分别居世界第三位和第二位,自主品牌轿车和汽车出口均出现大幅增长。预计2020年前我国将成为世界上最大的汽车制造国和主要的汽车出口国之一。我国目前的汽车人均保有量还很低,2003年每千人汽车保有量仅为美国的2.5%(19辆),大约相当于美国90年前的水平,是世界上汽车市场潜力最大的国家,预计2020年汽车保有量将达到1.3~1.5亿辆。但是,当我国刚刚到达汽车社会门槛,车用石油消费在石油总消费中的比例(1/3以下)还大大低于世界平均水平时(1/2以上),我们已经感受到了石油供应的日益紧张。同时,车用石油消耗所产生的空气污染和CO2排放也正在变成愈来愈严重的问题,我国已经成为世界上第二大CO2排放国,由此产生的国际政治和经济争端将会愈演愈烈。这充分表明,我国所面临的石油安全与交通能源问题将来势更猛、影响更大、挑战更加严峻。按传统交通能源动力系统发展下去,不可持续,实现我国交通能源动力系统转型是大势所趋。
2、未来20年是我国交通能源动力系统转型的战略机遇期
历史上,交通能源动力系统变革一直处于技术革命和经济转型的核心位置。十九世纪,煤和蒸汽机火车引发了欧洲的工业革命,开创了人类的工业经济和工业文明;二十世纪,石油和内燃机汽车促成了美国的经济腾飞,把人类带入了基于石油的经济体系与物质繁荣,也带来了能源环境的巨大挑战。进入二十一世纪,以替代燃料和混合动力为代表的各种新型汽车能源动力技术迅猛发展,相互竞争,引发了一场新的技术变革,预示着人类将要进入后石油时代过渡期和能源动力技术创新突破的机遇期。
这场能源动力系统变革的主要趋势是汽车能源多元化、汽车动力电气化和汽车排放洁净化:基于可再生能源的生物燃料对于各种车辆具有良好的适用性,成为各国共同推广的新型燃料;混合动力作为新型汽车能源动力技术共性平台,继承了先进内燃机技术,结合高效洁净的电力驱动方式,既充分利用现有燃料基础设施,又能包容各种新型燃料,现已成为新型动力汽车产业化的里程碑;燃料电池作为一种新兴能量转换装置,尽管目前还存在很多需要克服的技术障碍,但其作为新一代汽车能源动力系统的远期解决方案仍然被全球所看好。
汽车能源动力技术的变革是一个比较漫长的过程。混合动力有望在近中期逐步普及;燃料电池汽车的规模商业化大约在2020年以后。面向中长期的汽车技术发展,我国汽车所处的这一技术变革时期为我国交通能源动力系统变革提供了历史机遇。
机遇之一:中国的资源和能源状况适合发展新能源交通动力系统。中国缺油、少气、多煤,这一结构特点给交通能源可持续发展带来了严峻的挑战。基于各种资源特点的多种替代燃料可以充分发挥我国地域辽阔和资源多样性的优势,因地制宜发展基于煤炭的燃料工业、基于生物质的农业能源和基于天然气的各种气体燃料技术,从而实现交通能源来源的多样化。同时,从我国城乡布局看,城市模式以大城市群为主要特点,汽车燃料基础设施比较集中,有利于燃料清洁化管理和监督。我国广大农村,随地区不同,其一次能源资源特点也不同,这比较适合发展一次能源来源多元化、燃料制取和消费当地化的燃料供应体系。
机遇之二:我国具有实现交通能源动力系统变革的后发优势。从我国汽车发展阶段看,具有后发优势。尽管发达国家政府均大力推动各种代用燃料汽车的应用和向氢能燃料电池汽车动力系统的转型,但是其传统汽车产业庞大,石油基础设施完善,消费习惯难以转变,实施转型社会成本高昂,转型难度很大。而我国汽车工业刚刚发展起来,汽车普及率低,因而在汽车动力系统发展战略选择上,有更大的自由度。相对常规汽车而言,我国在新能源汽车研发和产业化方面具有比较优势。如果政策得当,可以在世界上率先实现转型。
机遇之三:实施汽车动力系统变革,是多年来我国发展清洁汽车和电动汽车成功实践的战略总结和发展的必然要求。基于对我国能源安全、环境保护和实现我国汽车工业跨越发展的战略考虑,“九五”期间,科技部会同有关部委组织实施了“清洁汽车行动”,取得了重大阶段性成果。目前,全国已有燃气汽车22万辆,加气站700余座,年替代石油150万吨。而且天然气汽车呈现快速增长势头,预计今后几年将进入大规模推广应用阶段。“十五”期间,科技部组织实施了“电动汽车重大科技专项”,国家投入8.8亿元,是最大的科技专项之一。全国200余家单位、2000多名骨干科技人员直接参与实施,初步形成了官、产、学、研合作机制。目前,小型纯电动车辆已经开始小规模产业化,混合动力汽车已有多个车型通过国家认证成为产品,燃料电池汽车已进入示范考核运行阶段。自主开发的燃料电池、动力蓄电池、驱动电机和电子控制系统具备批量化生产能力。这为我国汽车动力转型战略的实施,奠定了坚实的技术、人才和实践基础。
二、我国交通能源动力系统发展的战略选择
基于我国汽车能源动力系统面临的挑战与机遇,我国汽车能源动力系统发展目标应当是立足转型、尽快转型。但是,新型汽车能源动力系统与现有汽车能源动力系统存在着千丝万缕的联系。同时,我国当前汽车产业发展和节能环保问题还要靠现有汽车能源动力技术解决。为此,应当选择一种“过渡”和“转型”并行互动、协调发展的战略。一方面,发展节能汽车解决紧迫的能源安全问题,另一方面,开展新能源汽车研究,瞄准未来汽车竞争制高点和实现汽车能源动力系统的可持续发展。
1、节能汽车
优化现有以石油和内燃机为基础的车用能源动力系统,发展节能汽车,重点发展直喷式内燃机及其混合动力系统。利用现有液体燃料基础设施,实施汽柴油清洁化战略,逐步与国际燃油规范接轨;大力发展各种合成燃料,尤其是符合中国国情的煤基合成燃料,并与汽柴油混合,形成新型清洁燃料。
2000年以来,我国汽车(包括农用汽车)汽柴油年消费约占全国汽柴油消费总量的一半,石油消费的1/3左右。这一数据说明三个问题:1)车用汽柴油消费总量与石油消费总量同步快速增长。考虑到汽车市场的持续升温,石油安全风险很大。2)与国际平均水平相比,我国汽柴油消费占石油总消费的比例较低。通过石油消费结构调整优化,可实施汽车燃料的间接替代。主要是通过置换方式将替代难度较小的工业燃料等用非石油产品先行替代,将其原先使用的石油燃料用于汽车。则在相同石油消费总量下,车用燃料消费总量大约具有20%以上的上升空间。3)我国目前车用燃油消费总量与汽车保有量之比偏高,也即汽车油耗量偏大,节能的潜力巨大。2002年,我国计入农用车和摩托车后的等效平均单车年耗油量约为1.5吨,接近美国2000年的平均单车年耗油量,而大大高于2000年的法国(1.2吨)和日本(1吨)。平均单车年耗油量取决于车辆技术、车型结构和行驶里程以及运行工况等因素,中长期均有较大的改善潜力。根据国家中长期科技规划能源领域战略研究结果,建议2020年我国汽车节能目标为:在汽车保有量调节在1.5亿辆以内的前提下,平均单车年油耗量控制在1吨左右。与目前相比,节约1/3左右,节油潜力7000万吨左右。汽车燃油消耗总量控制在1.5~2亿吨。为了达到这一目标,关键的节能汽车能源动力技术如下:
(1)高效柴油发动机技术
轿车柴油机节能效果与汽油混合动力不相上下。据国务院发展研究中心分析预测,如果2020年我国柴油轿车发展到乘用车的20%,则当年可节约燃料1880万吨。为此应当在我国发展先进的柴油轿车,但是必须解决好排放控制关键技术问题。主要包括:柴油机电控技术,排气后处理技术和清洁柴油与代用柴油技术;柴油机电控高压燃油喷射系统和智能化发动机电子管理系统,是绿色高效柴油机核心关键技术,应当大力发展;柴油机排放控制可采取如下应对策略:EGR(废气再循环)技术成熟,效果显著,应尽快推广使用;DPF(微粒捕捉器)技术2010年前将会在欧洲柴油轿车普及,我国需加快应用速度;NOx(氮氧化物)催化转换器技术路线需要慎重选择,SCR在商用车中的应用应当引起重视;发展合成柴油和生物柴油对解决柴油的数量和质量都具有重大意义,要大力发展代用柴油技术,力争在2020年,将生产能力提高到1000万吨以上。根据2002年统计,我国农用车所消耗的柴油总量与常规柴油车的柴油消耗总量不相上下。开发节能、经济的新型农用车并逐步采用农业能源作为燃料对于汽车节能和发展农村经济具有重大战略意义。
(2)节能汽油发动机技术
当前,我国的轿车基本上是汽油轿车,目前采用的轿车汽油发动机还有20%以上的节能潜力。汽油发动机节能技术的发展呈如下趋势:缸内直喷技术、电辅助增压、电动气门、可变压缩比、停缸控制技术等将在今后五年规模产业化。世界各国正在对直喷汽油发动机技术开展深入研究。以日本为代表的非均质直喷技术面临燃烧稳定性和后处理等问题,以欧洲为代表的均质直喷技术正在兴起。电动气门与无凸轮发动机技术也在突破之中。电动气门具有与电控喷射同等重要的意义,它将给发动机空气系统控制和循环过程管理带来一系列节能技术变革,如取消节气门,可变压缩比、部分停缸等。目前我国轿车主要集中在大城市。在中小城市和农村,摩托车和三轮摩托车是主要个人交通工具,保有量已达1.2亿辆以上,其节能环保水平急待提高,其升级换代趋势值得关注。有针对性的开发具有中国特色的超微型节能汽油车具有重要的节能意义和市场前景。
(3)先进的混合内燃机技术
先进内燃机的发展呈现多重混合化趋势。
燃料供应的混合:常规汽柴油与代用燃料混合。以常规汽柴油为主,将各种代用燃料,包括醇醚燃料与汽柴油掺混并进行适当设计将会成为主流燃料技术。
燃烧方式的混合:汽油机均质充气与柴油机压燃点燃混合。以燃料混合技术和控制技术为基础,综合汽油机和柴油机两种燃烧方式优点的均质压燃HCCI内燃机技术正在兴起。
输出功率的混合:内燃机与电机功率的混合。新型集成化大功率启动电机/发电机一体化装置ISG与新型电源系统技术既是内燃机电控技术的扩展和深化,也是复杂混合动力传动系统的基础模块技术。内燃机的混合化是联结现有汽车节能环保技术与新能源汽车技术之间的桥梁。
2、新能源汽车
开发新一代车用能源动力系统,发展新能源汽车。重点发展各种液体代用燃料发动机及其混合动力汽车,逐步过渡到采用生物燃料的混合动力和可充电的混合动力;进一步发展以天然气为主体的气体燃料基础设施,分步建设长期可持续利用的气体燃料供应网络;以天然气发动机为基础,发展各种燃气动力,尤其是天然气/氢气内燃机及其混合动力;发展新一代燃料电池发动机及其混合动力,到2020年,达到规模商业化水平;大力推进动力电池的技术进步,发展适合中国国情的纯电动车尤其是微型纯电动车。以城市公交车辆为重点,以点带面,稳步推进新能源汽车的示范与商业化。
(1)车用能源转型的方向和重点
车用能源转型的方向将从石油、天然气/煤层气、煤基燃料向生物质燃料和化石能、核能及可再生能源制氢和发电过渡。从资源来源看,中长期车用石油替代燃料的主体将来自三方面:煤基燃料、生物燃料、天然气燃料。到2020年,总量将可达到3000万吨以上,占车用燃料总消费的15%~20%,与欧盟的预期目标基本相同。从车辆应用角度看,车用代用燃料主要有三类:含氧燃料(醇/醚/酯)、合成油(BTL/CTL/GTL)、气体燃料(甲烷气/合成气/氢气)。含氧燃料技术成熟,是近期推广应用的重点,一般以掺混使用为宜。合成油与现有车辆技术体系和基础设施完全兼容,而且是一种优质的环保燃料。其技术也还有较大的改进余地。从中长期看,将成为一种主体代用燃料。气体燃料中,甲烷气是近中期的重点,以天然气为例, 2020年,我国天然气供应量可达到1200亿m3以上,如拿出10%左右用于汽车就可替代1000万吨左右汽柴油;合成气是各种一次能源通过气化工艺制成的富氢气体,是各种汽车新型燃料的原料气,也可直接用作车用燃料,在车用能源转型中发挥着关键作用;氢气是一种原料来源广泛、尾气排放为零的环保燃料,是车用能源转型的战略目标之一。根据国家中长期科技发展规划纲要,我国将从基础科学研究、前沿技术创新、工程应用开发等多个层面实施对氢能技术的重点突破。
(2)汽车动力转型与混合动力
汽车动力系统是一个完整的体系,包括燃料、发动机、动力传动系统三个主要层次。根据生命周期循环分析,从油井到车轮的效率来看,源于石油的最佳组合是:汽油/柴油—内燃机—混合动力;源于天然气、煤的氢燃料电池及其混合动力可与合成燃料内燃机及其混合动力竞争。近年来,汽车动力系统最大的突破是混合动力技术,它为汽车动力系统的转型奠定了基础平台。
当前,内燃机混合动力轿车产业化是动力转型的里程碑。采用混联式汽油混合动力系统的轿车城市工况可节油40%左右。混合动力还为汽车排放控制尤其是城市工况条件下的排放控制提供了有效的新途径。鉴于我国私人轿车主要集中在大中城市,混合动力轿车非常适合在我国推广使用。同时,我国是一个公交车大国,在公交车中推广使用混合动力车辆也具有重要的节能环保意义。要借鉴我国汽车产业在发动机电控喷射等技术变革中所积累的开发经验和商业模式,并通过税收优惠等激励政策,大力开发和推广混合动力。
今后,发展我国混合动力有两条技术路线值得重视:一是轿车混合动力的模块化。通过功能模块的发展与组合逐步推进汽车动力的电气化。从只具备自动启停、怠速关机功能的“微混合(micro-hybrid)”、以并联式混合动力发动机为主体的“轻混合(mild-hybrid)”和以混联式为特征的“全混合(full-hybrid)”,随着电功率的比例逐步提高,最终过渡到串联式“可充电混合(plug-in-hybrid)”。二是城市客车混合动力系统的平台化。发电机组+驱动电机+储能装置构成了混合动力系统的基本技术平台。通过换用不同的辅助动力总成(APU)适应从汽、柴油内燃机到氢能燃料电池各种不同的能源动力转化装置,形成油—电、气—电、电—电各种不同混合动力,促进动力系统的平稳过渡与转型。
(3)汽车能源动力转型的关键与瓶颈:动力蓄电池和氢能燃料电池
目前,新型动力电池尚不能很好满足汽车使用要求,即使对于已经产业化的国外混合动力轿车用动力电池也还存在初始成本高,使用寿命短等问题。动力蓄电池同时涉及混合动力、纯电动和燃料电池三种电动汽车,因此动力系统的转型将强烈依赖电池技术的突破。尽管混合动力的产业化会大大促进动力电池尤其是高功率型动力电池的技术进步,但是近三十年来车用动力电池研发的经验表明其技术进步过程将呈现出长期、稳步和渐变的特征。
氢燃料电池系统是最具效率潜力的车用发动机,并能带来全新的汽车设计概念。据IEA2004年统计,全球能源科技研发公共资金投入中约12%投向了氢能燃料电池。近年来,燃料电池汽车技术得到了快速的发展,例如电堆大规模生产成本已降低到接近100美元/千瓦。但是,车用燃料电池商业化还面临一系列重大挑战:寿命仍需提高两倍以上,还有储氢、氢源基础设施等重大问题有待解决。以低温膜和碳极板为标志的车用质子交换膜燃料电池技术研发和投资的第一高潮已经过去。以复合增强高温膜、低铂催化剂和金属双极板为标志的新一代技术正在兴起。美国能源部2005年8月发布最新技术路线图,美国国会批准继续加大氢能燃料电池投入,全球正在为燃料电池产业化而继续努力,我国在氢能燃料电池技术竞争中处于除日本、加拿大、美国之后的第二行列。
总体上讲,燃料电池是车用动力系统的一个长远解决方案。其中,燃料电池城市大客车可望率先实现商业化。美国正在实施国家计划,目标是到2015年使燃料电池城市客车占到新增城市公交车的10%。相比而言,城市公交在我国更具战略地位,我国大客车产业更具国际竞争力。应当把燃料电池大客车作为燃料电池汽车商业化的突破口。
(4)我国新型能源动力汽车发展趋势与进程展望
综合国外各种研究预测和各大国际汽车公司与能源公司的技术发展路线图,结合我国具体国情和发展现状,可初步展望我国汽车能源动力系统的转型趋势:
1)2010年左右,随着石油价格的上涨和燃油税的征收以及排放法规与国际接轨,我国汽车能源动力系统技术转型的转折点将会出现。以混合动力和混合燃料为主体的新能源动力系统车辆产业化高潮将会到来。
2)2020年左右,随着常规石油供需缺口的出现和CO2政策法规的实施以及燃料电池、动力电池等新型能源动力技术的进步,我国汽车能源动力系统技术转型将取得进一步突破,燃料电池轿车产业化可望兴起。
3)21世纪上半叶,基于各种液体燃料及其基础设施的先进内燃机与混合动力车、基于各种气体燃料及其基础设施的燃气与燃料电池车、基于电燃料及其基础设施的纯电动车在将会长期并存。其中先进内燃机与混合动力车将占主导地位。燃气与燃料电池车以及纯电动车之和在21世纪中叶前后可望达到汽车销量的1/3~1/2。
我国新型汽车能源动力系统的发展进程路线将是沿着中国特色之路逐步走向世界前沿。
◎内燃机及其混合动力车将会出现适合我国城市工况的轻度混合动力小型车、适合地区特点的超微型汽油车等特色车型,其所用燃料近中期将以汽柴油为主,掺混少量替代燃料。中远期,各种替代燃料的比例将会逐步加大逐步发展出基于生物燃料的充电式(plug-in)内燃混合动力车;
◎燃气与燃料电池车将从目前世界上最大的天然气公交车队、燃料电池混合动力公交车队,逐步发展出规模产业化的氢能燃料电池轿车;
◎纯电动车将从目前世界上最大的电动自行车生产国(年产1000万辆),发展出装备先进动力电池的微型电动车并广泛推广使用。
考虑到新技术研发与应用推广中的各种风险和不确定性,上述预测是一种比较初步和粗略的估计,需要根据新的进展加以修正。但这一展望可以作为我们努力争取的目标。
三、我国应采取的科技对策
基于节能与新能源汽车“过渡”与“转型”的双重发展战略,我国汽车能源动力系统的科技对策可遵循三条基本技术路线。三管齐下,并行互动:
(1)开发和推广先进内燃机与混合动力汽车,解决紧迫的节能与环保问题并促进自主品牌汽车发展,推进动力系统技术转型。
(2)研发和应用气体燃料、煤基燃料和生物燃料等汽车代用燃料,促进交通能源来源多元化,同时有步骤的推动基础设施的扩展和转型。
(3)开展燃料电池汽车和纯电动车的研发、示范和产业化,促进新能源电动汽车技术创新与重点跨越。
近年来,国家攻关计划、清洁汽车行动、电动汽车重大科技专项的实施,极大地推动了我国节能和新能源汽车的技术变革。根据国家中长期科技发展规划,今后将进一步加大力度,推进我国汽车能源动力科技创新与产业化。为此建议:
1)以2020年节约和替代车用燃料总量达到1亿吨(节约7000万吨,替代3000万吨)为目标,推进节能与新能源汽车并行互动与协调发展战略。在市场方面,要以节能汽车为主体,大力发展小型化和微型化的节能环保国民车,尽快实施燃油税,加大油耗法规推进力度。在研发方面,要以新能源汽车为战略重点,紧紧抓住未来二十年汽车能源动力系统技术变革的战略机遇期,官产学研联合攻关,实现中国汽车产业由产量大国到技术强国的跨越发展。
2)采用“置换”(间接替代)、“掺混”(部分替代)、“代替”(全部替代)三管齐下,先易后难、稳步发展汽车替代能源;大力发展煤基、生物质基、天然气基石油替代燃料,促进交通能源多元化;继续发展燃油、燃气、电三种燃料/能源的基础设施,实现交通能源载体尽可能的兼容性和一体化;
3)开发醇/醚/酯含氧燃料、BTL/CTL/GTL合成油、天然气/合成气/氢气气体燃料三大类代用燃料技术及其车辆应用技术,推进汽车燃料因时、因地、有序、有限的多元化;液体代用燃料宜以掺混应用为主,通过合理的燃料设计、优化的整车匹配和规范的油品管理,逐步替代石油基汽柴油;全力推进车用燃料技术创新尤其是合成气技术、氢储运技术等,建立代用燃料的基础技术平台,以适应交通能源转型过程中代用燃料品种的变化与过渡;
4)以先进内燃机及其混合动力系统、燃料电池发动机及其混合动力系统和动力电池/超级电容及其电力驱动系统为核心,深入开展新型动力系统关键技术攻关,掌握成套知识产权,建立相关产业体系;以轻度混合动力轿车产业化为先导,带动各种混合动力轿车的研发与规模商业化,实现自主品牌轿车的跨越式发展;以我国在世界上独一无二的年产销量超过1000万辆的电动自行车产业为基础,改变传统的汽车文化习惯并修订相关的标准法规,以微型车为主体,发展适合我国国情、具有我国特色的纯电动车辆;
5)以城市车辆为重点,加大各种新能源电动汽车市场开发力度。以混合动力为统一平台,通过平台化、系列化实现规模化,通过规模化推动高端技术——燃料电池汽车商业化;以政策标准法规为导向,促进轿车小型化、公交优先化,推动交通理念和消费观念的全面进步,为符合中国国情的自主创新技术创造市场环境。(作者为清华大学教授、博士生导师、清华大学汽车工程系主任、汽车安全与节能国家重点实验室主任)
(转自《清华人》)
混合动力电动汽车的研究论文
国际油价破百之后,新能源再次被人们关注。然而,新能源在缓解能源危机这个大舞台上,到底能发挥多大的作用?哪些新能源又值得消费者期待呢?
面对高油价和潜在的石油供应危机,各国政府都把解决能源问题作为维护国家安全的战略问题提到议事日程中来。中国工程院博士冀星说,摆在各国政府面前的有两条道路:一是开源节流,寻求更多的石油供应渠道,并提高石油的使用效率;二是开发新能源。
为了促进新能源的开发利用,2006年1月1日,我国正式颁布实施了《可再生能源法》。该法将可再生能源的范围进行了限定,即风能、太阳能、水能、生物质能、地热能、海洋能等非化石能源。国家还出台了一系列政策和措施,旨在推动以秸秆、甘蔗、玉米等农林产品以及畜牧业生产废弃物等为代表的生物能源发展。
2007年,国家发改委发布的《能源发展“十一五”规划》,描绘出一幅未来5年我国能发展的蓝图。
乙醇汽油推广范围逐渐扩大
在众多新能源中,目前我国唯有乙醇汽油真正得到了推广,并且范围逐渐扩大。现在吉林、辽宁、黑龙江、河南、安徽五省及湖北、山东、江苏、河北、广西五省的部分地区都在使用乙醇汽油。
乙醇俗称酒精,车用乙醇汽油是把变性燃料乙醇和汽油按一定比例混配形成的一种新型汽车燃料。它基本不影响汽车的行驶性能,还可以减少有害气体的排放量。
虽然乙醇汽油的技术成熟,推广也一直稳步进行,但就在国务院2007年举行的一次关于可再生能源的会议上决定,我国将停止新建的粮食乙醇燃料项目。据了解,出台这一政策是为了保证粮食安全,保证玉米、小麦和其他农产品的种植比例平衡。农业部农村经济研究中心的有关专家认为,由于利用率最高、价格最为低廉,以木薯资源制造酒精前景广阔,我国燃料乙醇由此向非粮乙醇转折。
中国汽车技术研究中心高海洋博士认为,从长远角度讲,推广乙醇汽油是节约能源,提高环保质量的有力举措,但就试点情况来看,在全国范围推广则要在成本、价格、政策等方面加以规范,这需要整个供求市场的磨合,而不是一朝一夕的事。
生物柴油三年后进入正规加油站
生物柴油作为传统柴油的替代能源已经得到世界各国的重视,我国的中国石油、中国石化、中国海洋石油和中粮集团都设立了专门的机构研究生物柴油。有关方面预测,三年后生物柴油能进入正规加油站。
生物柴油是以动植物油脂为原料的可再生能源,与传统石化柴油相比,生物柴油具有润滑性能好,使用安全等优势,目前全球生物柴油的主要应用领域是为汽车提供动力燃料。使用生物柴油车辆无需改装,只要与普通柴油按照一定比例调和即可。
2006年,国家颁布《中华人民共和国可再生资源法》。虽然已有法规确定生物柴油的合法地位,但广大消费者近两年内还很难在正规加油站购买到。
据了解,国家对成品油的监管非常严格,而目前生物柴油的质量参差不齐,如果在加油站销售,质量无法保证。另外,产量太小也是制约生物柴油走进正规加油站的重要原因。国家发改委对生物柴油今后的推广已经有初步的计划,就是按照乙醇汽油的推广方式来分区域封闭式推广。
中国工程院博士冀星透露,根据国家发改委的整体规划和四大集团研究实验进度,预计三年后生物柴油才能进入正规加油站。
氢能源应用在车上有待时日
与生物质能源相比,氢能源的发展势头略显弱势,但世界各国的研究机构和汽车制造企业在研究开发氢技术方面都取得了一些成绩。美国的通用汽车公司把远期目标定位在氢能源车,“雪佛兰Sequel”是该公司最新一代的氢能源概念车。
氢能源是一种二次能源,目前主要的来源是利用水资源制取的。我国氢的来源极为丰富,制造提取的技术水平也有了一定的基础,水电解制氢、生物质气化制氢等制氢方法都已形成规模。
虽然氢能源来源广泛,但作为新能源在车辆上推广还有一定难度。首先,提取氢能源的成本极高;第二,需要对车辆进行较大改造;第三,大量提取氢能源的难度较大;第四,需要广泛建造氢加注站点。业内专家认为,获得大量廉价的氢,是实现氢能利用的根本。
太阳能汽车的美好前景
1999年,巴西圣保罗大学的科研人员设计出一款新型太阳能汽车,这种汽车全部使用太阳能作为能源,发动机和车轮之间没有传输装置,最高时速超过100公里。这是世界上有报道的第一款真正意义上的太阳能汽车。
2003年,由日本大学生制造的氢(hydrogen)和太阳能汽车成功穿越澳洲。该车从柏斯穿越沙漠行驶到悉尼,行程4084公里。汽车的排放物包括纯净水,悉尼市长特恩布尔在汽车抵达悉尼后,将水一饮而尽。
南京理工大学车辆工程系吴小平教授分析说,太阳能汽车进入商业时代,至少还要30-50年,但太阳能在汽车上的局部应用,10年之内应可见到。比如随着汽车上空调、多媒体等大量需要耗用发动机动力供电的电器设备的使用,燃油发动机已经越来越难以满足需要,那么用太阳能电池替代发动机的部分功能,就既可减少汽车尾气排放量,又可提高发动机工作效率。另外,高尔夫球场、风景区等对环保要求较高,而对动力要求不高的场所,可能会使用太阳能小车做工作车或游览车。
神秘的“可燃冰”
在全世界寻找替代能源的努力中,一种神秘的物质逐渐浮出水面,它就是深藏在海底的比石油、煤燃烧值高数倍,被称为后石油时代能源的“可燃冰”。
这种天然气水合物的晶体叫“可燃冰”,学名为“天然气水合物”,它透明无色,形似笼状的独特的冰结晶体,点火即燃烧,常温下分解出天然气,所以又叫“气冰”、“固体瓦斯”,是一种高能量的能源。我国在西海北部已经发现可燃冰的存在。
目前,很多国家都只是证明其在某一地区内含有“可燃冰”这种资源,但却很难说出具体的可采储量。由于“可燃冰”分布于海底,因此勘探起来有很大难度,至少现阶段世界各国都不能像探测石油、天然气一样,通过分析地质构造和进一步勘探确认“可燃冰”的探明可采储量。
“采集实物样本还具有一定的难度,‘可燃冰’的开发利用就更是难上加难。”专业人士指出,开发“可燃冰”非常危险,由于水化物是在低温高压下形成的。且开采时还有可能导致海床崩塌使甲烷大量释放,释放过程中一旦失控,难免酿成灾难。因此业界认为“可燃冰”成为新能源只是人类的一个希望。
电动汽车蓄势待发
电能汽车也称电动汽车,其工作原理是依靠蓄电池的电力使汽车发动机运转,使电能转化为机械能,从而驱动汽车。
电能汽车可以有效解决传统汽车燃油的污染问题,很多国家和机构都在研究电能汽车,而电能汽车的主要问题是蓄电池的蓄电能力大小,它直接影响着汽车的行驶速度和行驶距离。
现在,国内外各知名汽车厂商都开始下大力气开发电能汽车。
比亚迪首款电动汽车F3e使用电能驱动,没有排放,没有污染,甚至没有汽缸发动机的噪音,充足电以后以140-150公里/小时的速度可行驶570公里,这种环保汽车的远景变得越来越清晰。
电能汽车的发展将有效缓解能源危机,成为新能源动力车的重要组成部分。
编后
石油仍是当前最廉价的车用能源
除了燃料乙醇、生物柴油和氢能源以外,风能、太阳能、水能等都可以作为替代能源用于车辆,但目前它们还停留在概念的范畴,石油仍是当前最廉价的车用能源。
石油价格上涨已经变成了不可逆转的趋势。除非找到真正具有市场实用价值的替代能源,否则整个世界都将不可避免地沦为“石油的奴隶”。
寻找新能源的意义不在于最终完成了什么样的研发,而在于它给我们提供了一种全新的思路、一种可能。
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随着石油供应的日趋紧缺和环境污染的日益加剧,电动车这种以电能为动力的交通工具凭借其节能、环保的优点日渐成为业界关注的焦点[1]。20世纪80年代以来, 许多发达国家纷纷投入巨资研发电动汽车,我国的“863 计划”也已明确将电动汽车作为重点攻关项目。目前,我国电动汽车的研发水平与发达国家基本上处在同一起跑线上,在某些方面甚至超过国外[2]。2005年,我国第一代混合动力商品车通过论证和验收[3]。 法国、日本、美国、德国等都经过试验和示范运行,开发出具有商品化水平的纯电动汽车,如法国PSA 公司的标志P106 和雪铁龙AX 电动轿车,日本丰田汽车公司的RAV-4EV 电动轿车,美国通用汽车公司的EV1 电动轿车等。我国也将电动汽车的研究开发列入“八五”、“九五”国家科技攻关项目,并于1996年6月建成广东汕头国家电动汽车试验示范基地。“十五”期间,国家科技部将电动汽车项目列入国家“863”重大专项。成了资助电池、电机及其控制系统、整车控制系统以外,重点资助北京市(北京理工大学牵头)进行纯电动大客车的研发和示范运行。2005 年6 月21日由国家发改委正式批准,14辆铅酸电池纯电动公交大客车在北京公交121 路线投入商业化运行。另一个课题资助天津清源动力公司(中国汽车技术研究中心)进行纯电动轿车的研究开发和示范运行。其中有5辆纯电动轿车于2005年初首次出口到美国[4]。 虽然电动汽车具有很多优点,但是它不能取代传统的燃气动力模式,而混合动力汽车是目前新型清洁动力汽车中最具有产业化和市场化前景的车型,其发展方向是真正零排放、无污染,不消耗燃油的燃料电池车辆。现在混合动力汽车在欧美国家及日本已形成产业化[3],而国内还处于起步阶段,没有形成产业化。 2.混合动力技术的分类及原理 混合动力电动汽车(HybridElectric Vehicle,简称HEV)是将电力驱动与辅助动力(APU)结合起来,充分发挥二者各自的优势及二者相结合产生优势的车辆。辅助动力可以采用燃烧某种燃料的原动机,如内燃机、燃气轮机等或其他动力发电机组。根据混合动力系统连接方式的不同,混合动力汽车主要可以分为三种结构形式,即串联、并联和混联,它们各有优势。 2.1串联 串联式混合动力系统示意图如图1所示。串联结构的特征是以电力形式进行复合,发动机直接驱动发电机对储能装置和牵引电机供电,电动机用来驱动车轮,储能装置起着发动机输出和电动机需求之间的调节作用。其优点是发动机的运行独立于车速和道路条件,适用于车辆频繁起步、加速和低速运行。发动机在最佳工况点附近运转,避免了怠速和低速工况,从而提高了效率,提高了排放性能。但在机械能与电能的转化过程中有效率损失,很难达到明显降低油耗的目的,目前主要用于城市大客车,在轿车中很少见。 2.2并联 并联式混合动力系统示意图如图2所示。并联结构的特征是以机械形式进行复合,发动机通过变速并联混合动力系统示意图装置和驱动桥直接相连,电机可同时用作电动机或发电机以平衡发动机所受的载荷,使其能在高效率区域工作。但是由于发动机和驱动桥机械连接,在城市工况时,发动机并不能运行在最佳工况点,车辆的燃油经济性比串联时要差。 其中转速复合装置类似于差速器,这种结构形式在实际中很难被采用,因为这种结构需要发动机和电动机的输出转矩时刻保持相等;单轴转矩复合式车辆驱动系中机械功率的联合是在发动机曲轴输出端处实现的,变速器为单轴输入,本田Insight属于这种形式;双轴转矩复合式的机械功率的联合是在变速器的输出轴处实现的,发动机和电机采用不同的变速系统,变速器为双端输入;华沙工业大学设计的混合动力系统属于这种形,这种结构也可以实现无级变速,但是不能实现发动机输出转矩和电机输出转矩的直接叠加。 在牵引力复合式系统中,机械功率的联合是在驱动轮处通过路面实现的,具有两套独立的驱动系,可以实现全轮驱动,主要适用于SUV,丰田的THS—C系统就属于这种形式。
有关电动汽车近五年的书籍 期刊 论文
混合动力汽车技术现状与发展前景分析 摘要:社会对环境和节能的重视有力地促进了混合动力车辆的发展。本 文分析了国内外混合动力汽车的研究现状,介绍了混合动力汽车的主要结 构形式与工作特点,指出了混合动汽车目前需要解决的主要问题和采用的 关键技术,并对其发展前景进行了预测。 关键词:混合动力汽车内燃机电动机控制 0引言 随着全球汽车工业的迅猛发展,石油资源供应的日趋紧张,世 界各国积极寻求代用燃料或者减少燃油的消耗量,大力开发新型节 能环保汽车。在太阳能、电能等替代能源真正进入实用阶段之前,混 合动力汽车因其低油耗、低排放的优势越来越受到人们的关注。 1国内外HEV技术发展现状 1.1国外HEV的发展概况21世纪后,各国加快了HEV的概 念产品化的进程,相继推出了不同形式的HEV产品。丰田的Prius, 本田的Insight,通用的Precept,福特的Prodigy,戴姆勒克莱斯勒的 ESx3,日产的Tino等都是具有代表性的车型,其中Prius和Insight 己是成熟的产品,截止2008年12月,丰田Prius全球销量已经超过 了100万辆。 1.2我国HEV的研发现状我国也非常重视混合动力电动汽车 的研究与开发,有关工作开始于上个世纪90年代。在“十五”期间, 科技部组织北京理工大学、清华大学、东风汽车公司等国内多家企 业、高校和科研机构进行联合攻关,确定了以燃料电池汽车(FCEV)、 混合动力电动汽车(HEV)纯电动汽车(BEV)车型为“三纵”,多能源动 力总成控制系统、驱动电机及其控制系统、动力蓄电池及其管理系 统三种共性技术为“三横”的“三纵三横”的研发布局;之后,节能与 新能源汽车的研发又被列入“十一五”863计划重大项目。 2混合动力系统的构成及工作特点 混合动力驱动系统联合使用两种动力装置,一种是传统的内燃 发动机,另一种是电动机。整个系统由发动机、电动机、动力分配装 置、发电机、蓄电池和电流逆变器等部分构成。 通常,混合动力系统的动力传递方式有三种:串联式、并联式和 混联式。各自的结构形式和特点如下。 2.1串联式混合动力系统如图1所示,在串联混合动力驱动 (SHEV)系统中,所有发动机机械能都转换为电能以驱动电动机。这 种系统使发动机在效率最高的转速范围内工作,因此能最大限度地 改善燃油经济性和减少排放。 2.2并联式混合动力系统并联式(PHEV)结构有内燃机和电动 机两套驱动系统(见图2)。发动机与电动机并联,两者都可以驱动车 轮,电动机还可以作为发电机给电池充电,不再需要额外的发电机 在车辆行驶时,系统以发动机为主要动力源,在车辆起步或加速时则 使电动机工作,作为辅助驱动力。当发动机效率低的低负荷工况时 则电动机功能转变为发电机功能,向蓄电池充电。其次,在车辆制动 或下坡减速行驶时,则通过制动能量回收系统进行制动能量回收。 2.3混联式混合动力系统混联式混合动力驱动系统(PSHEV) 是串联式与并联式的综合,其结构如图3所示。混联式驱动系统的 控制策略是:在汽车低速行驶时,驱动系统主要以串联方式工作;当 汽车高速稳定行驶时,则以并联工作方式为主。 3混合动力汽车需要解决的问题和关键技术 目前,混合动力汽车所需要解决的问题包括以下几个方面:其 一,进行动力分配装置和能量管理系统的研究。其二,开发具备高比 能量和高比功率经济实用的电池。其三,混合动力系统结构复杂,制 造成本高,维修比较困难,售价相对较高。其四,建立更先进的驱动 系统数学模型(包括静态和动态的),进行计算机仿真分析。 具体来讲要进行下面几项关键技术的研究: 3.1混合动力单元技术在混合动力汽车上,热力发动机又被称 为混合动力单元。为提高燃料经济性,对混合动力单元必然提出更 多的要求,例如要求混合动力单元能够快速起动和关闭等。目前对 混合动力单元的研究主要集中于:一是燃烧系统的优化;二是尾气处 理技术,主要研究高效的尾气催化系统;三是代用燃料的研究。 3.2控制策略技术HEV产品开发中最关键的环节是根据不同 的混合动力驱动系统制定和优化其控制策略,国外通过系统建模仿 真对此进行了大量的匹配理论研究。控制系统的开发首先是根据采 集到的速度和负荷等数据,计算出对应的要求输出功率:计算出以最 高效率为基点的分配到内燃机与电动机上的功率值,即实现内燃机 与电动机的最优功率分配比;然后,根据功率分配比,求出驱动电动 机的功率值和其它有关数据,给出内燃机的控制参数和电动机的控 制参数。同时,驱动执行器完成这两个层次的工作控制。在执行器设 计中,功率分配装置的设计及其与变速器的一体化设计是关键的部 件设计工作。因为它要根据控制器的指令,正确地进行内燃机功率 向驱动车辆功率和驱动发电机功率的分解。 3.3能量存储技术在电动汽车上,蓄电池的开发和充放电特性 的研究是关键。现在,镍氢电池和锂离子电池己可达到混合动力汽 车的使用要求,但仍有价格高或寿命不长等缺陷。从发展看,能量储 存装置的研究应该包括以下几个方面:一是研究电池内部的连接、检 测、监控。二是电池设计和制造方面的改进,降低制造成本,改善电 池的性能和提高寿命。适用于混合动力汽车的电池需要有较高的比 功率,要达到的目标是,功率与能量比值大于20W/wh;使用寿命达 到10年;至少循环使用12万次。三是电池的热能管理及剩余电量管理。此外,电池的剩余电量直接影响混合动力汽车的经济性和排 放,因此需要有效的测试方法和控制装置。 4发展前景分析 从目前的发展来看,以计算机技术和自动控制技术,各种智能控 制系统包括自适应控制技术、模糊控制技术(Fuzzy)、专家控制系统 (Expert System)、神经网络控制系统(Neural Networks)等在混合 动力汽车上的逐渐应用,将进一步促进混合动力汽车的发展。与传统 型汽车相比,混合动力汽车充分吸取了电力/热力系统中最大的优 势,在节能和排放上胜出一筹;与纯电动汽车相比,HEV的电压和功 率等级与电动车类似,但蓄电池容量大大减小,因而其造价成本低于 电动汽车。 当前HEV所面临的主要技术问题还很多。尽管从长远来看只是 一种过渡车型,但HEV在近20-30年内会很有发展前景,这一点是 毫无疑问的。汽车行业专家预言,不久的将来,新生产的汽车中HEV 将占40%以上。我国的汽车工业应顺应科技发展趋势,抓住HEV这 块市场,在国外产品涌入之前,集中科研力量攻关,迅速开发出自己 的产品。 参考文献: [1]张金柱.混合动力汽车结构、原理与维修[M].北京:化学工业出版社. 2008. [2]过学迅,张杰山,胡朝峰.日美混合动力汽车发展的比较研究[J].上海 汽车2006.3:7-10.
电动车轮的驱动技术摘要:介绍了电动车轮驱动技术的发展,电动车轮的类型和特点,以及电动车轮驱动技术的优势,对目前电动车轮驱动技术中的关键技术问题和电动车轮电动汽车的发展趋势进行了讨论,提出了相应的发展建议。关键词:电动车轮;电动车;驱动技术(一)引言随着汽车保有量的不断增加和能源的日益紧缺,人们对环境保护的意识逐步增强,汽车在带给人类方便、快捷、舒适的现代生活的同时,也引起了日益严重的环境污染和不断加剧的能源短缺问题,燃油发动机在现代汽车动力系统中的统治地位也逐渐被动摇。目前,电动车作为唯一能达到零排放的机动车越来越受到人们的欢迎,电动车轮技术作为电动车的一个重要的发展方向,以其独特的技术优势越来越受到汽车开发商的关注。电动车轮作为独立的驱动部件,集电动机传动机构、制动器等于轮毂,是一种独特的驱动单元。使用电动车轮技术的电动车普遍具有控制灵活、结构紧凑、绿色环保、传动效率高等优点。(二)电动车轮驱动技术的发展最早的电动车轮结构产生在20世纪50年代初,是由美国人罗伯特发明的,其结构如图1所示,该轮毂装置中融合了电动机、减速机构、制动器。电动机的输出力矩传递到减速机构的输入轴,经减速后,增大的力矩传递给轮辋,最后驱动车轮旋转,这种结构最早应用在大型矿用自卸车上,是美国通用电气公司于1968年推出的。到20世纪70年代,我国也开始研制大型矿用电动车轮自卸车,自1977年湖南湘潭电机厂研制成功第一台电动车轮自卸车样车以后,又先后生产了一系列电动车轮自卸车,目前我国的电动车轮自卸车性能日臻完善,某些型号也达到了国际领先水平。20世纪90年代初期,清华大学轻型电动车科研组首先将电动车轮的思想勇勇于电动自行车的研制,并研制出半轴式鸟笼结构的电动轮毂,因此成为世界上最早将电动车轮传动结构应用于电动自行车的单位。这种电动轮毂采用了告诉有刷电机、减速齿轮和离合器。半轴式鸟笼结构,就是将中心轴,即自行车轮轴的中段膨胀成一个“鸟笼”,轴也就分为左、右两段,即左、右半轴式结构,鸟笼中放置盘式电机。这种“鸟笼式”的特点是把电机很好地保护了起来,除工作力矩外,没有任何外力会作用到电机上,其结构见图2。整个轮毂的内部结构非常精巧、紧凑,总重35kg,体积为Φ190mm×110mm。电动车轮电动汽车被认为具有集中电机驱动电动车喝传统电动车无法比拟的优点,是未来燃料电池汽车高端车辆的理想选择,世界上多家汽车公司和研究机构都在进行电动车轮电动车的研究。自1991年日本人在美国申请专利以后,日本在电动汽车的电动车轮研究方面一直处于领先地位。(三)电动车轮结构类型及特点根据电动车轮的驱动类型,可以将电动车轮分为减速驱动型和直接驱动型。减速驱动型电动车轮多采用内转子高速电动机,这种电机一般转速高、转矩小,为了满足车轮的实际转速要求,通常需匹配一个相应的减速机构。减速机构一般安装在电动机与车轮之间,起到减速和增矩的作用,以保证电动车在低速时能获得足够大的转矩。减速驱动型电动车轮具有比功率较高、质量轻、效率高、噪声小、成本低等优点,但因为电动机转速较高,必须用减速机构降低转速以获得较大的转矩,因此作为非簧载质量的整个电动轮的质量依然比传统的内燃机汽车重。减速机构多为行星齿轮减速装置,其结构紧凑、减速比较大,也有采用外啮合圆柱齿轮减速装置的,但轴向尺寸过大,径向质量分布不均。为了减少电动车轮的非簧载质量,出现了直接驱动型电动车轮,这种电动车轮去掉了减速驱动型电动车轮中的减速机构,大大减少了非簧载质量,也简化了整个电动车轮的结构。这种电动车轮多采用外转子电动机,直接将外转子安装在车轮的轮辋上驱动车轮转动。然而电动车在起步时一般需要较大的转矩,也就是说安装在直接驱动型电动轮中的电动机,必须具有较好的转矩特性,能在低速时提供大转矩。另外,还必须具有很宽的转矩和转速调节范围。直接驱动型电动车轮中采用的外转子电动机结构简单,轴向尺寸小,能够在很宽的速度范围内控制转矩,且响应速度快,又因为没有减速机构,所以效率较高。如果要获得较大的转矩,必须增大电动机的体积和质量,但成本较高,在加速时效率却很低,且噪声很大。(四)电动车轮驱动的优势电动车采用电动驱动技术后能量源与驱动电机之间的功率传递采用软电缆,摆脱了传统机械传动的设计约束,给整车带来了很多优点:(1)采用电动车轮技术,在同样功率需求的情况下,可以将单个电动机功率分配给多个电动机。相应地,对电气和机械传动零部件的要求都可以降低,便于设计与生产。在大型矿用载重汽车上,机械传动很难传递的大转矩,就是利用电动车轮结构实现传递的。(2)取消了离合器、变速器、传动轴、差速器等部件,使传动系统得到简化,有利于汽车实现轻量化目标;由于减少了精密机械部件的加工费用,使整车生产成本也有望降低;由电动机直接驱动车轮甚至两者集成为一体,便于实现机电一体化。(3)由于去掉了机械传动部分,相对于保留机械传动系的电动车,其传动效率得到提高。(4)提高汽车的通过性能。这主要来自于两方面,一方面,简化的传动系统可以提高车辆的离地间隙,另一方面,使用全轮驱动和驱动轮单独控制的措施,可以最大限度地利用地面的附着能力。(5)电动车轮与动力源之间采用软电缆链接,且占用空间少,因此使整车布置设计非常灵活,对于电动客车来说,便于实现低地板化行李箱及乘客位置设计更灵活,并且也有的空间来布置电池。整车质量分布设计自由度大,可以更合理地分配轴向载荷。(五)电动车轮的关键技术电动车轮由于自身的结构特点,使得这一技术在电动汽车上有广泛的应用前景,但是,目前电动车轮的关键技术还没有完全突破,主要有以下四个方面的关键技术:(1)研制调速范围宽,转矩变化范围大,结构紧凑的电动机。(2)解救电动机的冷却、密封和抗振动技术。(3)开发效率高、结构紧凑和重量轻的减速装置。(4)可靠性高、性能好的电子差速器。(六)电动车轮的发展趋势电动车轮在汽车上推广主要受两个方面因素制约,一方面要解决电动车轮的关键技术;另一方面是在关键技术解决之后,电动车轮的成本应大幅度下降,用户能接受因使用电动车轮后而增加的成本。轿车采用电动车轮技术还有许多问题需要解决,不会很快推广使用。轿车的舒适性要求高,行驶速度高,电动车轮引起的非簧载质量增加会引起平顺性下降,需要进一步解决;轿车的速度变化范围宽,采用固定速比的减速装置,对电动车轮的转矩性要求高,技术上还存在一定困难;轿车的车轮直径较小,电动车轮的不止有一定困难,电动车轮的密封、冷却和抗振性还有许多问题需要解决。大客车采用电动车轮技术日益增多。大客车的车轮旋转速度较低。采用固定速比的减速装置后,电动车轮的性能可以满足车辆行驶性能的要求;大客车特别是低地板大客车采用电动车轮结构后,可以容易实现原来中央驱动结构由主减速器和论辩减速两级减速才能完成的功能,既简化传动系统,又有利于解决电动车轮引起的非簧载质量对平顺性的影响;电动车轮引起的成本增加在大客车的成本中所占比重不大,能够为用户所接受。(七)结语电动车轮技术作为一项新技术,具有结构紧凑、可以改善车辆驱动性能和行驶性能,有利于整车布置等特短,无论是在电动自行车之类的轻型车辆,还是电动汽车或是重型矿用车上,都有着广阔的应用前景。虽然电动车轮技术中有些关键问题还没有得到完全解决,但采用电动车轮技术哦的电动车与传统车相比,确实存在着许多不可比拟的优势,所以,以电动车轮技术为特征的电动车是未来电动车的发展方向。参考文献:1.彭谦。大型电动轮自卸车的发展概况及趋势[J]。矿山机械,2000(2):12-13。2.宋佑川,金国栋。电动轮的类型与特点[J]。城市公共交通,2004(4):16-18。3.陈勇,张建荣,张大明。电动轮技术在电动汽车中的应用和发展[J]。机械设计与制造,2006(10):169-171。
今天关于“新能源汽车发展现状与趋势论文”的探讨就到这里了。希望大家能够更深入地了解“新能源汽车发展现状与趋势论文”,并从我的答案中找到一些灵感。
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