燃料电池汽车技术论文题目怎么写
燃料电池汽车技术论文题目怎么写
立帜汽车制造网 随着世界能源危机和环保问题日益突出,汽车工业面临着严峻的挑战。一方面,石油资源短缺,汽车是油耗大户,且目前内燃机的热效率较低,燃料燃烧产生的热能大约只有35%—40%用于实际汽车行驶,节节攀升的汽车保有量加剧了这一矛盾;另一方面,汽车的大量使用加剧了环境污染,城市大气中CO的82%、NOx的48%、HC的58%和微粒的8%来自汽车尾气,此外,汽车排放的大量CO2加剧了温室效应,汽车噪声是环境噪声污染的主要内容之一。我国作为石油进口国和第二大石油消费大国,污染严重,世行认定的20个污染最严重的城市有16个在中国。国内汽车产品水平与国外差距很大,平均油耗高出10%—30%,排放约为15—20倍,汽车工业面临的压力更大。 上个世纪末以来世界各国和各大汽车公司以及国内各大科研机构和高等院校纷纷致力于开发清洁节能汽车,新能源汽车获得了长足发展。汽油和柴油是传统内燃机汽车的能源,利用除此以外的能源提供汽动力的汽车均可称为新能源汽车。目前正在开发的新能源包括天然气、液化石油气、醇类、二甲醚、氢、合成燃料、生物气、空气以及电荷燃料电池等。 本文介绍新能源汽车技术的发展概况,并对其发展前景提出看法。 1 新能源汽车的种类及其特点 1 天然气汽车和液化石油气汽车 天然气汽车又被称为“蓝色动力”汽车,主要以压缩天然气(CNG)、液化天然气(LNG)、吸附天然气(ANG)为燃料,常见的是压缩天然气汽车(CNGV)。液化石油气汽车(LPGV)是以液化石油气(LPG)为燃料。CNG和LPG是理想的点燃式发动机燃料,燃气成分单一、纯度高,与空气混合均匀,燃烧完全,CO和微粒的排放量较低,燃烧温度低因而NOx排放较少,稀燃特性优越,低温起动及低温运转性能好。其缺点是储运性能比液体燃料差、发动机的容积效率较低、着火延迟期较长。这两类汽车多采用双燃料系统,即一个汽油或柴油燃料系统和一个压缩天然气或液化石油气系统,汽车可由其中任意一个系统驱动,并能容易地由一个系统过渡到另一个系统。康明斯与美国能源部正合作开发名为“先进往复式发动机系统(ARES)”的新一代天然气发动机,根据开发目标,该发动机热效率达50%(热电联产时达到80%以上),NOx排放量低于1g/km,制造成本为400450美元/kW,维护费用低于01美元/kwh,在满足这些目标的同时,发动机具有较高的可靠性。 2 醇类汽车 醇类汽车就是以甲醇、乙醇等醇类物质为燃料的汽车,使用比较广泛的是乙醇,乙醇来源广泛,制取技术成熟,最新的一种利用纤维素原料生产乙醇的技术其可利用的原料几乎包括了所有的农林废弃物、城市生活有机垃圾和工业有机废弃物。目前醇类汽车多使用乙醇与汽油或柴油以任意比例掺和的灵活燃料驱动,既不需要改造发动机,又起到良好的节能、降污效果,但这种掺和燃料要获得与汽油或柴油相当的功率,必须加大燃油喷射量,当掺醇率大于15%—20%时,应改变发动机的压缩比和点火提前角。乙醇燃料理论空燃比低,对发动机进气系统要求不高,自燃性能差,辛烷值高,有较高的抗爆性,挥发性好,混合气分布均匀,热效率较高,汽车尾气污染可减少30%以上。这种汽车最早由福特公司在20世纪80年代中期开发,到2003年底,美国有230多万辆乙醇汽车,其中多数是道奇和克莱斯勒厢式车——2003年已卖出233466辆。 3 氢燃料汽车 氢是清洁燃料,采用氢气作燃料,只需略加改动常规火花塞点火式发动机,其燃烧效率比汽油高,混合气可以较大程度地变稀,所需点火能量小,有利于节约燃料。氢气也可以加入其它燃料(如CNG)中,用于提高效率和减少N02排放。氢的质量能量密度是各种燃料中最高的一种,但体积能量密度最低,其最大的使用障碍是储存和安全问题。宝马公司一直致力于氢气发动机研制,开发了多款氢发动机汽车,其装有V12氢发动机的7系列轿车是世界上首批量产的氢发动机,该发动机可使用氢气和汽油两种燃料。 4 二甲醚汽车 二甲醚(DME)是一种无色无味的气体,具有优良的燃烧性能,清洁、十六烷值高、动力性能好、污染少,稍加压即为液体,非常适合作为压燃式发动机的代用能源,使用该燃料的车辆可达到美国加州的超低排放标准。日本NKK公司成功地开发出用劣质煤生产二甲醚的设备,并且和住友金属工业公司于1998年完成了用二甲醚作为汽车燃料的试验,二甲醚汽车(DMEV)不会排放黑色气体污染环境,产生的NOX比柴油少20%。 5 气动汽车 以压缩空气、液态空气、液氮等为介质,通过吸热膨胀做功供给驱动能量的汽车称为气动汽车,气动发动机不发生燃烧或其他化学反应,排放的是无污染物辐射的空气或氮气,真正实现了零污染。目前开发比较成功的是压缩空气动力汽车(APV),工作原理类似于传统内燃机汽车,只不过驱动活塞连杆机构的能量来源于高压空气。APV介质来源方便、清洁,社会基础设施建设费用不高,较容易建造。无燃料燃烧过程,对发动机材料要求低,结构简单,可借鉴现有内燃机技术因而研发周期短,设计和制造容易。但目前APV能量密度和能量转换率还不够高,续驶里程短。1991年法国工程师Guy Negre获得了压缩空气动力发动机的专利,并加盟MDI公司,2000年MDI公司推出的名为“进化”(evolution)的APV,质量仅700kg,其发动机质量仅为35kg,速度可达120km/h,一次充满压缩空气可行驶200km,充气费用仅为3美元,在城市中约可行驶10h,在压缩空气站充气2min就可完成,用气泵充气3h可完成。 6 电动汽车 世界上第一辆电动车(EV)由美国人在19世纪90年代制造。EV大致分为蓄电池电动汽车(BEV)、燃料电池电动汽车(FCEV)和混合动力电动汽车(HEV)。电动汽车的一个共同特点是汽车完全或部分由电力通过电机驱动,能够实现低排放和零排放。 蓄电池电动汽车是最早出现的电动汽车。使用铅酸电池的汽车整车动力性、续驶里程与传统内燃机汽车有较大的差距,而使用高性能镍氢电池或者锂电池又会使成本大大增加。而JtBEV都需有一定充电时间及相应的充电设备,使用场合受到了限制。燃料电池具有近65%的能量利用率,能够实现零排放、低噪声,国外最新开发的高性能燃料电池已经能够实现几乎与传统内燃机汽车相当的动力性能,发展前景很好,但成本却是制约其产业化的瓶颈。在加拿大进行的示范试验表明,使用燃料电他的公共汽车制造成本为120万加元,而使用柴油机的公共汽车仅为5万加元。 混合动力汽车融合了传统内燃机汽车和电动汽车的优点,同时克服了两者的缺点,近年来获得了飞速发展,并已经实现了产业化和商业化,PRIUS和INSIGHT两款混合动力汽车的成功向人们展现了混合动力技术的魅力和巨大的市场潜力。 7 以植物油为燃料的汽车 为了寻找可代替石油的新能源,科学家也将目光投向了植物油,正在研制以植物油如大豆油、玉米油及向日葵油为原料的内燃机油。科学家们还在研究生物柴油,这是一种以植物油为原料的燃料,将来可作为柴油的替代品大量用于卡车和轮船。生物柴油中不含硫,因此不会对环境造成酸雨威胁。为生产生物柴油,化学家们正在对植物油进行酯化加工,使之变成甲基酯化合物,燃烧起来更干净,发动机内残留物也较少。 2 我国新能源汽车的发展概况 我国天然气资源丰富,分布广泛,海南、北京、上海、重庆等省市被列为国家燃气汽车重点示范城市,各地均在燃油汽车基础上研制开发改装了压缩天然气汽车和液化石油气汽车,主要用于出租车、公交客车、大型车辆和工程设施等。一汽—大众公司开发了捷达LPG,上海交大研制成LPG轿车并和申沃客车联合开发成功改装型LPG城市bus,北京开发了CNG城市bus。 山西是产煤大省,甲醇汽车项目已进行多年,目前已达到商业运行阶段,所用甲醇汽车采用灵活燃料系统,既可用甲醇,也可用汽油,将乙醇当作有氧燃料使用,现在在河北和黑龙江等地推广。同时国家制定了乙醇汽油燃料相关标准。我国云岗汽车公司大同汽车制造厂开发了甲醇中巴车。 我国煤炭资源丰富,政府支持以煤炭为原料制造车用燃料项目。煤直接液化和间接液化制取车用燃料的项目正在积极进行。“十五”期间在云南和陕西建立了煤直接液化示范厂,以煤为原料合成石油或二甲醚等车用燃料。西安交通大学与中国科学院煤化工研究所经过5年协同攻关,于2000年研制出了“超低排放二甲醚汽车”,通过在TYll00单缸柴油机及装备有大连柴油机厂生产的CA498柴油机的面包车上燃用二甲醚的试验,发现发动机的功率可提高10%-15%,热效率提高2—3个百分点,噪声降低10%-15%。 我国从事燃料电池研究的单位有20余家,质子交换膜(PEM)燃料电池技术已取得较大进展,但与国外还有不小差距,例如,国外将功率50—80kW的PEM燃料电池用于轿车,而我国最大的PEM燃料电池单堆功率为5kW,离轿车使用相距甚远。我国的金属燃料电池技术已经达到世界先进水平。 我国的镍氢电池和锂电池技术水平也已经达到国际先进水平,比亚迪在2005年上海车展展出的E1电动车已经具备了很好的整车动力性能。 目前国内对压缩空气动力汽车的研究报道最多的是浙江大学,他们已经开发出压缩空气动力摩托车研究平台,探索出不少有益的结论,正在进一步深入研究,此外重庆大学和同济大学也做过一些探索性研究。应当说APV在国内的发展才刚刚起步。 3 代用燃料汽车的发展前景 在各种汽车代用燃料中,LPG和CNG最方便投入使用,而且目前已经具有好的配套基础设施。在排放和经济性能要求较高而动力性能要求一般的公共交通领域具有很好的应用前景,美国近年来新型公交客车中天然气汽车就占据了较大比例。在中国这样的农业大国特别是一些农业大省,乙醇资源丰富,乙醇汽车有良好的应用前景。二甲醚等合成燃料具有很好的排放特性,也将具有很好的应用前景,特别是作为代用柴油应用于混合动力汽车。混合动力汽车毫无疑问是下一代汽车动力系统的主要形式。 蓄电池电动汽车的使用性能不如混合动力汽车和燃料电池汽车,且成本高。氢燃料发动机的能量利用率不如氢氧燃料电池。因而蓄电池电动汽车和氢发动机汽车的发展前景不是十分乐观。当然随着太阳能电池技术的发展和突破,也许纯电动汽车能迎来一个不错的发展局面。压缩空气动力汽车虽然实现了零污染,但其整车性能与传统汽车相差太远,只能在较小的范围内应用于特定场合。 燃料电池是目前技术条件下能量利用率最高的车用能源。燃料电池的比能量可达200—350Wh/kg,为锂离子电池的2—3倍;能量转换效率高达60%~80%,是汽油机或柴油机的5~2倍,能实现超低污染甚至零污染,而且燃料电池使用的氢能源是可再生的。目前以甲醇燃料电池技术最为成熟。国外各大石油公司和汽车均在致力于燃料电池汽车的研发以抢占在未来汽车发展中的滩头。戴姆勒—奔驰汽车公司从1993年到2000年先后推出了NecarI—NecarⅣ和Nebas等系列FCEV,2001年5月Necar4在美国试车,功率55kW,最高车速145km/h,装载行程450km,最新推出的Necar V-FCEV采用甲醇燃料电池。1997年Ballard动力公司和福特汽车公司组建了Xcellsis公司开发燃料电池轿车,美国AR—CO、壳牌、德士古等石油公司和加州CARB先后加盟,组成世界上最强大的燃料电池车开发联盟。日本电力中央研究所正在开发一种全面使用耐热陶瓷的燃料电池,电池在发电效率非常高的1000℃的高温下工作,电解质的输出功率达到1W/cm2,相当于传统燃料电池的5倍。EvomR公司致力于开发铝和锌燃料电池,已具有相当水平。 总之对代用燃料的综合评价应考虑以下因素:燃料成本;车辆成本;对进口石油的依赖程度;有效能源利用率;温室效应;排放污染;生产、储运、分销、加注设施;装载行驶里程和加注时间;安全性。基于这些因素,目前最容易投入使用的代用燃料是CNG和LPG。电、甲醇和乙醇的综合评价指数都低于汽油。可以预计LPG和CNG以及乙醇的市场份额将会不断增加。二甲醚和合成柴油在十年后其市场份额会快速稳定增长。混合动力汽车会进一步发展,迅速增加市场份额。而燃料电池汽车会在20年之后开始实现产业化逐渐增加市场份额。传统汽油机汽车的市场份额会在20年之后开始出现明显的下降,但柴油车会在重型车辆领域继续保持很高的市场份额。 4 结束语 在未来的20年内,汽油和柴油仍是汽车主要的能量来源,但汽油和柴油的质量要求越来越高,发动机技术将快速发展以提高能量利用率。代用燃料会得到迅速运用,天然气汽车和乙醇汽车会率先大规模投入使用,二甲醚和合成燃料会逐步扩大应用。 混合动力系统会得到快速发展和应用,混合动力汽车将至少在30年内都是汽车工业最切实可行的解决能源问题和污染问题的途径。因此应当整合资源加速混合动力汽车的开发,抢占汽车技术发展的新高地。 燃料电池是最有前途的车用能量,也是未来汽车的主要能量源,国内石油工业应该与汽车工业联手开发先进的燃料电池技术,抢占未来先进汽车技术的前沿阵地!
07届汽车运用技术专业毕业设计(论文)计划与任务书 发表日期:2007年1月4日 【编辑录入:admin】 汽车学院07届汽车运用技术专业毕业设计(论文)计划与任务书 为了提高学生综合运用所学的基础知识和专业知识的能力,培养理论与实践相结合和解决实际问题的能力。现对毕业设计(论文)和答辩提出以下要求: 一、 毕业设计(论文)及答辩的时间 班级 04汽车运用(1) 04汽车运用(2) 04汽车运用(3) 05汽车运用(3) 时间 07年3月8日~4月13日 07年3月8日~4月13日 07年3月8日~4月13日 07年3月19日~4月27日 选题时间 3月8日~15日 3月8日~15日 3月8日~15日 3月19日~26日 提交提纲时间 3月16日~18日 3月16日~18日 3月16日~18日 3月27日~30日 提交初稿时间 3月19日~25日 3月19日~25日 3月19日~25日 3月31日~4月6日 提交修改稿时间 3月26日~30日 3月26日~30日 3月26日~30日 4月7日~11日 提交最后稿时间 4月4日 4月4日 4月4日 4月18日 答辩时间 4月9日 (学号前一半) 4月10日 (学号后一半) 4月11日 (学号前一半) 4月12日 (学号后一半) 07年4月13日 07年4月23日 二、毕业设计(论文)指导与任务书 (一)选题 汽车技术性论文、故障诊断、维修工艺说明书、汽车维修经验及其他形式论文。确定题目时要与指导教师商讨,并征得指导教师的认同。 1.汽车技术性论文(首选) 以汽车的新工艺、新设备、新知识、新技能方面为主。论文要突出应用技术,注重理论对实践的指导,且具有一定的实用价值。 2.汽车故障诊断论文 结合实习过程中遇到的实际故障案例,撰写汽车故障检测、诊断和排除方面的论文。 3.维修工艺说明书 为了丰富学院汽车运用专业教学内容,让教师学习各大汽车厂的特色,学生可撰写《维修工艺说明书》,但只能选择新工艺、新技术方面的内容,并且要求尽可能使用图形、数据来说明问题,力求工艺内容完整。文章若评优,论述和说明的文字内容一定要上升到一定理论水平。 4.维修经验和其他形式的论文 学生可撰写汽车维修经验方面的总结,但要提升到一定的理论高度。对于其他形式的论文,除格式上要与汽车技术论文要求相同外,还要求内容一定要与汽车有关联,不能写与汽车毫不沾边的论文,具体要求请与指导教师联系协商。 (二)论文格式 论文要包括标题、摘要、关键词、正文、结束语、致谢、参考文献等。 1.标题:标题要准确地反映论文的中心内容。 2.摘要:又称提要,比较简短,它是全文的高度“浓缩”,内容包括本论文的目的、意义、对象、方法、结论和应用范围等。一般在100字左右。 3.关键词:又称主题词或标题词,它是从论文中选出最能代表论文中心内容特征的词或词组,是论文最高度的概括,一般选出3~5个关键词。 4.正文:正文是论文的主体部分。正文就是提出问题、分析问题和解决问题,是运用素材,论证观点的部分。 5.结束语:结束语一般包括结论和建议部分。结论是全文的总结,是论文的精髓,写作要十分严谨,解决了什么问题,得出了什么结果,存在什么问题,应是非分明地讲清楚。 (三)规范要求 1.文章要求3500字左右; 2.使用A4纸打印出来,装订好后交指导老师; 3.自己设计封面(内容应包括学院名称、系别、专业、论文题目、姓名、班别、学号和指导老师)。 (四)成绩评定要求 1、毕业论文选题应符合要求,并与指导老师商讨后选定; 毕业论文在撰写过程中,必须按规定时间向指导老师提交提纲、初稿、修改稿和最后定稿。否则不准参加答辩。 论文成绩的评定包含平时成绩和最后论文质量成绩。 (五)其他 1、无实习单位的学生在毕业设计期间一定要返校,由汽车学院实验实训部安排实习并进行论文写作; 2、答辩时间,一定要按时返回学校参加毕业答辩,否则不给成绩。
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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。 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。 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。 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: 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。 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 [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3:7-
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立帜汽车制造网 随着世界能源危机和环保问题日益突出,汽车工业面临着严峻的挑战。一方面,石油资源短缺,汽车是油耗大户,且目前内燃机的热效率较低,燃料燃烧产生的热能大约只有35%—40%用于实际汽车行驶,节节攀升的汽车保有量加剧了这一矛盾;另一方面,汽车的大量使用加剧了环境污染,城市大气中CO的82%、NOx的48%、HC的58%和微粒的8%来自汽车尾气,此外,汽车排放的大量CO2加剧了温室效应,汽车噪声是环境噪声污染的主要内容之一。我国作为石油进口国和第二大石油消费大国,污染严重,世行认定的20个污染最严重的城市有16个在中国。国内汽车产品水平与国外差距很大,平均油耗高出10%—30%,排放约为15—20倍,汽车工业面临的压力更大。 上个世纪末以来世界各国和各大汽车公司以及国内各大科研机构和高等院校纷纷致力于开发清洁节能汽车,新能源汽车获得了长足发展。汽油和柴油是传统内燃机汽车的能源,利用除此以外的能源提供汽动力的汽车均可称为新能源汽车。目前正在开发的新能源包括天然气、液化石油气、醇类、二甲醚、氢、合成燃料、生物气、空气以及电荷燃料电池等。 本文介绍新能源汽车技术的发展概况,并对其发展前景提出看法。 1 新能源汽车的种类及其特点 1 天然气汽车和液化石油气汽车 天然气汽车又被称为“蓝色动力”汽车,主要以压缩天然气(CNG)、液化天然气(LNG)、吸附天然气(ANG)为燃料,常见的是压缩天然气汽车(CNGV)。液化石油气汽车(LPGV)是以液化石油气(LPG)为燃料。CNG和LPG是理想的点燃式发动机燃料,燃气成分单一、纯度高,与空气混合均匀,燃烧完全,CO和微粒的排放量较低,燃烧温度低因而NOx排放较少,稀燃特性优越,低温起动及低温运转性能好。其缺点是储运性能比液体燃料差、发动机的容积效率较低、着火延迟期较长。这两类汽车多采用双燃料系统,即一个汽油或柴油燃料系统和一个压缩天然气或液化石油气系统,汽车可由其中任意一个系统驱动,并能容易地由一个系统过渡到另一个系统。康明斯与美国能源部正合作开发名为“先进往复式发动机系统(ARES)”的新一代天然气发动机,根据开发目标,该发动机热效率达50%(热电联产时达到80%以上),NOx排放量低于1g/km,制造成本为400450美元/kW,维护费用低于01美元/kwh,在满足这些目标的同时,发动机具有较高的可靠性。 2 醇类汽车 醇类汽车就是以甲醇、乙醇等醇类物质为燃料的汽车,使用比较广泛的是乙醇,乙醇来源广泛,制取技术成熟,最新的一种利用纤维素原料生产乙醇的技术其可利用的原料几乎包括了所有的农林废弃物、城市生活有机垃圾和工业有机废弃物。目前醇类汽车多使用乙醇与汽油或柴油以任意比例掺和的灵活燃料驱动,既不需要改造发动机,又起到良好的节能、降污效果,但这种掺和燃料要获得与汽油或柴油相当的功率,必须加大燃油喷射量,当掺醇率大于15%—20%时,应改变发动机的压缩比和点火提前角。乙醇燃料理论空燃比低,对发动机进气系统要求不高,自燃性能差,辛烷值高,有较高的抗爆性,挥发性好,混合气分布均匀,热效率较高,汽车尾气污染可减少30%以上。这种汽车最早由福特公司在20世纪80年代中期开发,到2003年底,美国有230多万辆乙醇汽车,其中多数是道奇和克莱斯勒厢式车——2003年已卖出233466辆。 3 氢燃料汽车 氢是清洁燃料,采用氢气作燃料,只需略加改动常规火花塞点火式发动机,其燃烧效率比汽油高,混合气可以较大程度地变稀,所需点火能量小,有利于节约燃料。氢气也可以加入其它燃料(如CNG)中,用于提高效率和减少N02排放。氢的质量能量密度是各种燃料中最高的一种,但体积能量密度最低,其最大的使用障碍是储存和安全问题。宝马公司一直致力于氢气发动机研制,开发了多款氢发动机汽车,其装有V12氢发动机的7系列轿车是世界上首批量产的氢发动机,该发动机可使用氢气和汽油两种燃料。 4 二甲醚汽车 二甲醚(DME)是一种无色无味的气体,具有优良的燃烧性能,清洁、十六烷值高、动力性能好、污染少,稍加压即为液体,非常适合作为压燃式发动机的代用能源,使用该燃料的车辆可达到美国加州的超低排放标准。日本NKK公司成功地开发出用劣质煤生产二甲醚的设备,并且和住友金属工业公司于1998年完成了用二甲醚作为汽车燃料的试验,二甲醚汽车(DMEV)不会排放黑色气体污染环境,产生的NOX比柴油少20%。 5 气动汽车 以压缩空气、液态空气、液氮等为介质,通过吸热膨胀做功供给驱动能量的汽车称为气动汽车,气动发动机不发生燃烧或其他化学反应,排放的是无污染物辐射的空气或氮气,真正实现了零污染。目前开发比较成功的是压缩空气动力汽车(APV),工作原理类似于传统内燃机汽车,只不过驱动活塞连杆机构的能量来源于高压空气。APV介质来源方便、清洁,社会基础设施建设费用不高,较容易建造。无燃料燃烧过程,对发动机材料要求低,结构简单,可借鉴现有内燃机技术因而研发周期短,设计和制造容易。但目前APV能量密度和能量转换率还不够高,续驶里程短。1991年法国工程师Guy Negre获得了压缩空气动力发动机的专利,并加盟MDI公司,2000年MDI公司推出的名为“进化”(evolution)的APV,质量仅700kg,其发动机质量仅为35kg,速度可达120km/h,一次充满压缩空气可行驶200km,充气费用仅为3美元,在城市中约可行驶10h,在压缩空气站充气2min就可完成,用气泵充气3h可完成。 6 电动汽车 世界上第一辆电动车(EV)由美国人在19世纪90年代制造。EV大致分为蓄电池电动汽车(BEV)、燃料电池电动汽车(FCEV)和混合动力电动汽车(HEV)。电动汽车的一个共同特点是汽车完全或部分由电力通过电机驱动,能够实现低排放和零排放。 蓄电池电动汽车是最早出现的电动汽车。使用铅酸电池的汽车整车动力性、续驶里程与传统内燃机汽车有较大的差距,而使用高性能镍氢电池或者锂电池又会使成本大大增加。而JtBEV都需有一定充电时间及相应的充电设备,使用场合受到了限制。燃料电池具有近65%的能量利用率,能够实现零排放、低噪声,国外最新开发的高性能燃料电池已经能够实现几乎与传统内燃机汽车相当的动力性能,发展前景很好,但成本却是制约其产业化的瓶颈。在加拿大进行的示范试验表明,使用燃料电他的公共汽车制造成本为120万加元,而使用柴油机的公共汽车仅为5万加元。 混合动力汽车融合了传统内燃机汽车和电动汽车的优点,同时克服了两者的缺点,近年来获得了飞速发展,并已经实现了产业化和商业化,PRIUS和INSIGHT两款混合动力汽车的成功向人们展现了混合动力技术的魅力和巨大的市场潜力。 7 以植物油为燃料的汽车 为了寻找可代替石油的新能源,科学家也将目光投向了植物油,正在研制以植物油如大豆油、玉米油及向日葵油为原料的内燃机油。科学家们还在研究生物柴油,这是一种以植物油为原料的燃料,将来可作为柴油的替代品大量用于卡车和轮船。生物柴油中不含硫,因此不会对环境造成酸雨威胁。为生产生物柴油,化学家们正在对植物油进行酯化加工,使之变成甲基酯化合物,燃烧起来更干净,发动机内残留物也较少。 2 我国新能源汽车的发展概况 我国天然气资源丰富,分布广泛,海南、北京、上海、重庆等省市被列为国家燃气汽车重点示范城市,各地均在燃油汽车基础上研制开发改装了压缩天然气汽车和液化石油气汽车,主要用于出租车、公交客车、大型车辆和工程设施等。一汽—大众公司开发了捷达LPG,上海交大研制成LPG轿车并和申沃客车联合开发成功改装型LPG城市bus,北京开发了CNG城市bus。 山西是产煤大省,甲醇汽车项目已进行多年,目前已达到商业运行阶段,所用甲醇汽车采用灵活燃料系统,既可用甲醇,也可用汽油,将乙醇当作有氧燃料使用,现在在河北和黑龙江等地推广。同时国家制定了乙醇汽油燃料相关标准。我国云岗汽车公司大同汽车制造厂开发了甲醇中巴车。 我国煤炭资源丰富,政府支持以煤炭为原料制造车用燃料项目。煤直接液化和间接液化制取车用燃料的项目正在积极进行。“十五”期间在云南和陕西建立了煤直接液化示范厂,以煤为原料合成石油或二甲醚等车用燃料。西安交通大学与中国科学院煤化工研究所经过5年协同攻关,于2000年研制出了“超低排放二甲醚汽车”,通过在TYll00单缸柴油机及装备有大连柴油机厂生产的CA498柴油机的面包车上燃用二甲醚的试验,发现发动机的功率可提高10%-15%,热效率提高2—3个百分点,噪声降低10%-15%。 我国从事燃料电池研究的单位有20余家,质子交换膜(PEM)燃料电池技术已取得较大进展,但与国外还有不小差距,例如,国外将功率50—80kW的PEM燃料电池用于轿车,而我国最大的PEM燃料电池单堆功率为5kW,离轿车使用相距甚远。我国的金属燃料电池技术已经达到世界先进水平。 我国的镍氢电池和锂电池技术水平也已经达到国际先进水平,比亚迪在2005年上海车展展出的E1电动车已经具备了很好的整车动力性能。 目前国内对压缩空气动力汽车的研究报道最多的是浙江大学,他们已经开发出压缩空气动力摩托车研究平台,探索出不少有益的结论,正在进一步深入研究,此外重庆大学和同济大学也做过一些探索性研究。应当说APV在国内的发展才刚刚起步。 3 代用燃料汽车的发展前景 在各种汽车代用燃料中,LPG和CNG最方便投入使用,而且目前已经具有好的配套基础设施。在排放和经济性能要求较高而动力性能要求一般的公共交通领域具有很好的应用前景,美国近年来新型公交客车中天然气汽车就占据了较大比例。在中国这样的农业大国特别是一些农业大省,乙醇资源丰富,乙醇汽车有良好的应用前景。二甲醚等合成燃料具有很好的排放特性,也将具有很好的应用前景,特别是作为代用柴油应用于混合动力汽车。混合动力汽车毫无疑问是下一代汽车动力系统的主要形式。 蓄电池电动汽车的使用性能不如混合动力汽车和燃料电池汽车,且成本高。氢燃料发动机的能量利用率不如氢氧燃料电池。因而蓄电池电动汽车和氢发动机汽车的发展前景不是十分乐观。当然随着太阳能电池技术的发展和突破,也许纯电动汽车能迎来一个不错的发展局面。压缩空气动力汽车虽然实现了零污染,但其整车性能与传统汽车相差太远,只能在较小的范围内应用于特定场合。 燃料电池是目前技术条件下能量利用率最高的车用能源。燃料电池的比能量可达200—350Wh/kg,为锂离子电池的2—3倍;能量转换效率高达60%~80%,是汽油机或柴油机的5~2倍,能实现超低污染甚至零污染,而且燃料电池使用的氢能源是可再生的。目前以甲醇燃料电池技术最为成熟。国外各大石油公司和汽车均在致力于燃料电池汽车的研发以抢占在未来汽车发展中的滩头。戴姆勒—奔驰汽车公司从1993年到2000年先后推出了NecarI—NecarⅣ和Nebas等系列FCEV,2001年5月Necar4在美国试车,功率55kW,最高车速145km/h,装载行程450km,最新推出的Necar V-FCEV采用甲醇燃料电池。1997年Ballard动力公司和福特汽车公司组建了Xcellsis公司开发燃料电池轿车,美国AR—CO、壳牌、德士古等石油公司和加州CARB先后加盟,组成世界上最强大的燃料电池车开发联盟。日本电力中央研究所正在开发一种全面使用耐热陶瓷的燃料电池,电池在发电效率非常高的1000℃的高温下工作,电解质的输出功率达到1W/cm2,相当于传统燃料电池的5倍。EvomR公司致力于开发铝和锌燃料电池,已具有相当水平。 总之对代用燃料的综合评价应考虑以下因素:燃料成本;车辆成本;对进口石油的依赖程度;有效能源利用率;温室效应;排放污染;生产、储运、分销、加注设施;装载行驶里程和加注时间;安全性。基于这些因素,目前最容易投入使用的代用燃料是CNG和LPG。电、甲醇和乙醇的综合评价指数都低于汽油。可以预计LPG和CNG以及乙醇的市场份额将会不断增加。二甲醚和合成柴油在十年后其市场份额会快速稳定增长。混合动力汽车会进一步发展,迅速增加市场份额。而燃料电池汽车会在20年之后开始实现产业化逐渐增加市场份额。传统汽油机汽车的市场份额会在20年之后开始出现明显的下降,但柴油车会在重型车辆领域继续保持很高的市场份额。 4 结束语 在未来的20年内,汽油和柴油仍是汽车主要的能量来源,但汽油和柴油的质量要求越来越高,发动机技术将快速发展以提高能量利用率。代用燃料会得到迅速运用,天然气汽车和乙醇汽车会率先大规模投入使用,二甲醚和合成燃料会逐步扩大应用。 混合动力系统会得到快速发展和应用,混合动力汽车将至少在30年内都是汽车工业最切实可行的解决能源问题和污染问题的途径。因此应当整合资源加速混合动力汽车的开发,抢占汽车技术发展的新高地。 燃料电池是最有前途的车用能量,也是未来汽车的主要能量源,国内石油工业应该与汽车工业联手开发先进的燃料电池技术,抢占未来先进汽车技术的前沿阵地!
新能源汽车轻量化研究新能源汽车冷却系加注流程简化
中国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“863”重大科技课题,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。 2008年,新能源汽车在国内已呈全面出击之势。2008年成为我国“新能源汽车元年”。2008年1-12月新能源汽车的销量增长主要是乘用车的增长,1-12月新能源乘用车销售899台,同比增长117%,而商用车的新能源车共销售1536台,1-12月同比下滑17%。 2009年,在密集的扶持政策出台背景下,我国新能源汽车驶入快速发展轨道。虽然新能源汽车在中国汽车市场的比重依然微乎其微,但它在中国商用车市场上的增长潜力已开始释放。2009年1-11月,新能源乘用车销量同比下降96%,至310辆。2009年1-11月,新能源商用车——主要是液化石油气客车、液化天然气客车、混合动力客车等——销量同比增长98%,至4034辆。相比在乘用车市场的冷遇,“新能源汽车”在中国商用车市场已开始迅猛增长。 2010年,我国正加大对新能源汽车的扶持力度,2010年6月1日起,国家在上海、长春、深圳、杭州、合肥等5个城市启动私人购买新能源汽车补贴试点工作。2010年7月,国家将十城千辆节能与新能源汽车示范推广试点城市由20个增至25个。新能源汽车正进入全面政策扶持阶段。 在能源和环保的压力下,新能源汽车无疑将成为未来汽车的发展方向。“十二五”期间,我国新能源汽车将正式迈入产业化发展阶段:2011-2015年开始进入产业化阶段,在全社会推广新能源城市客车、混合动力轿车、小型电动车。“十三五”期间即2016-2020年,我国将进一步普及新能源汽车、多能源混合动力车,插电式电动轿车,氢燃料电池轿车将逐步进入普通家庭。据调查,新型能源多种多样,如电能、太阳能、氢能、核能、乙醇等等,目前已发展比使用在汽车上面的有电能、氢能、天然气与液化石油气、醇类。在新能源的发展当中,我们不仅要注意能源是否足够,还要注意其是否对环境造成破坏。针对不同能源的汽车,我们将一一对其了解。纯电动汽车电动汽车顾名思义就是主要采用电力驱动的汽车,大部分车辆直接采用电机驱动,有一部分车辆把电动 机装在发动机舱内,也有一部分直接以车轮作为四台电动机的转子,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: 目前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。 燃料电池汽车燃料电池汽车是指以氢气、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,直接变成电能或的。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2~3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理想的车辆。 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已经宣布,计划在2004年以前将燃料电池汽车投向市场。目前,燃料电池轿车的样车正在进行试验,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。 氢动力汽车氢动力汽车是一种真正实现零排放的交通工具,排放出的是纯净水,其具有无污染,零排放,储量丰富等优势,因此,氢动力汽车是传统汽车最理想的替代方案。与传统动力汽车相比,氢动力汽车成本至少高出20%。中国长安汽车在2007年完成了中国第一台高效零排放氢内燃机点火,并在2008年北京车展上展出了自主研发的中国首款氢动力概念跑车“氢程”。 随着“汽车社会”的逐渐形成,汽车保有量在不断地呈现上升趋势,而石油等资源却捉襟见肘,另一方面,吞下大量汽油的车辆不断排放着有害气体和污染物质。最终的解决之道当然不是限制汽车工业发展,而是开放替代石油的新能源,燃料电池车的四轮快速又安静地滚过路面,辙印出新能源的名字——氢。 几乎所有的世界汽车巨头都在研制新能源汽车。电曾经被认为是汽车的未来动力,但蓄电池漫长的充电时间和重量使得人们渐渐对它兴味索然。而目前(指2009年)的电与汽油合用的混合动力车只能暂时性地缓解能源危机,只能减少但无法摆脱对石油的依赖。这个时候,氢动力燃料电池的出现,犹如再造了一艘诺亚方舟,让人们从危机中看到无限希望。 以氢气为汽车燃料这种说法刚出来时吓人一跳,但事实上是有根据的。氢具有很高的能量密度,释放的能量足以使汽车发动机运转,而且氢与氧气在燃料电池中发生化学反应只生成水,没有污染。因此,许多科学家预言,以氢为能源的燃料电池是21世纪汽车的核心技术,它对汽车工业的革命性意义,相当于微处理器对计算机业那样重要 优点:排放物是纯水,行驶时不产生任何污染物。 缺点:氢燃料电池成本过高,而且氢燃料的存储和运输按照目前的技术条件来说非常困难,因为氢分子非常小,极易透过储藏装置的外壳逃逸。另外最致命的问题,氢气的提取需要通过电解水或者利用天然气,如此一来同样需要消耗大量能源,除非使用核电来提取,否则无法从根本上降低二氧化碳排放。 燃气汽车燃气汽车是指用压缩天然气(CNG)、液化石油气(LPG)和液化天然气(LNG)作为燃料的汽车。近年来,世界上各国政府都积极寻求解决这一难题,开始纷纷调整汽车燃料结构。燃气汽车由于其排放性能好,可调正汽车燃料结构,运行成本低、技术成熟、安全可靠,所以被世界各国公认为当前最理想的替代燃料汽车。 目前,燃气仍然是世界汽车代用燃料的主流,在我国代用燃料汽车中占到90%左右。美国的目标是,到2010年,公共汽车领域有7%的汽车使用天然气,50%的出租车和班车改为专用天然气的汽车;到2010年,德国天然气汽车数量将达到10万至40万辆,加气站将由目前的180座增加到至少300座。 业内专家指出,替代燃料的作用是减轻并最终消除由于石油供应紧张带来的各种压力以及对经济发展产生的负面影响。近期,中国仍将主要用压缩天然气、液化气、乙醇汽油作汽车的替代燃料。汽车代用燃料能否扩大应用,取决于中国替代燃料的资源、分布、可利用情况,替代燃料生产与应用技术的成熟程度以及减少对环境污染等;替代燃料的生产规模、投资、生产成本、价格决定着其与石油燃料的竞争力;汽车生产结构与设计改进必须与燃料相适应。 以燃气替代燃油将是中国乃至世界汽车发展的必然趋势。我国应尽快组织力量,制定出国家级燃气汽车政策。考虑到我国能源安全主要是石油的状况,发展包括燃气汽车在内的各种代用燃料汽车,已是刻不容缓的事,根据国情应该做到: 一是要限制燃气价格,使油、气价格之间保持合理的差价,如四川省、重庆市的油、气差价,即可保证燃气汽车适度发展; 二是鉴于加气站投资大,回收期长,政府适当给予一定补贴,在加气站售出的气价和汽车用户因用气节省的燃料费用之间,调节好利益分配; 三是对加气站的所得税,应参照高新技术产业开发区政策,采取免二减三的税收政策; 四是将加气站用电按照特殊工业用电对待,电价从优;另外,对加气站用地,能按重大项目和环保产业对待,特事特办,不要互相推诿、扯皮,积极采用国外先进建站标准,科学确定消防安全距离,节省土地资源。 生物乙醇汽车乙醇俗称酒精,通俗些说,使用乙醇为燃料的汽车,也可叫酒精汽车。用乙醇代替石油燃料的活动历史已经很长,无论是从生产上和应用上的技术都已经很成熟,近来由于石油资源紧张,汽车能源多元化趋向加剧,乙醇汽车又提到议事日程。 目前世界上已有40多个国家,不同程度应用乙醇汽车,有的已达到较大规模的推广,乙醇汽车的地位日益提升。 在汽车上使用乙醇,可以提高燃料的辛烷值,增加氧含量,使汽车缸内燃烧更完全,可以降低尾气的害物的排放。 乙醇汽车的燃料应用方式:一、掺烧,指乙醇和汽油掺合应用。在混合燃料中,乙醇和容积比例以“E”表示,如乙醇占10%,15%,则用E10,E15来表示,目前,掺烧占乙醇汽车占主要地位。二、纯烧,即单烧乙醇,可用E100%表示,目前应用并不多,属于试行阶段;三、变性燃料乙醇,指乙醇脱水后,再添加变性剂而生成的乙醇,这也是属于试验应用阶步;四、灵活燃料,指燃料既可用汽油,又可以使用乙醇或甲醇与汽油比例混合的燃料,还可以用氢气,并随时可以切换。如福特,丰田汽车均在试验灵活燃料汽车(FFV)
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燃料电池汽车技术毕业论文题目
毕业设计开题报告 题 目:论新型能源发展与环境保护关系分析 院 部:专 业: 汽车检测与维修 学 号: 学生姓名: 指导教师: 二O一O年 四 月 十二 日 一、题目:论新型能源发展与环境保护关系分析二、题目来源:网络参考三、题目类型:毕业设计四、[摘 要]:机动车业的发展和普及,为人们的生活带来许多方便。但是,随着机动车数量的不断增加,排气污染对城市环境的影响越来越明显。对机动车污染现状的分析,探讨如何控制机动车排放物的措施和方法。将针对城市环境污染,新能源汽车,和新型能源汽车发展与环境保护关系展开讨论,提出相关新型能源汽车在环境保护方面的建议。 五、[关键词]:环境污染,汽车废气,新能源汽车六、阅读的主要参考资料:[1]康龙云新能源汽车与电力电子技术 北京:机械工业出版社 07 [2]边耀璋 汽车新能源技术 北京:人民交通出版社 03[3]邵毅明 压缩天然气汽车改装与维修 北京:人民交通出版社 09[4]蔡凤田 汽车节能与环保实用技术 北京:人民交通出版社 01[5]崔胜民 新能源汽车技术 北京:北京大学出版社 09[6]绍毅明 汽车新能源与节能技术 北京:人民交通出版社 08 [7]黄家诚 汽车新能源技术 北京:人民交通出版社 06七、解决思路通过查找资料,最终实现理论与实际相结合,达到真正数据的准确,操作的可行。八、设计的主要阶段与进度安排2010年3月10日至3月15日:毕业论文选题目。2010年3月16日至2010年3月30日:阅读相关资料和网络上考察。2010年4月1日至4月10日:根据阅读和考察的资料开始撰写论文。2010年4月11日至4月12日:修改并装订论文。九、指导老师审阅意见 。。。。。。。。。。。。毕业论文任务书 汽检 专业 2007级1、毕业论文(设计)题目:论新型能源发展与环境保护关系分析 2、学生完成全部任务期限: 2010 年 04 月 12 日3、任务要求:(1)进程要求1提出选题的初步设想。2搜集、整理与毕业设计或论文有关的、充分的、准确的信息资料,扩充查阅范围。3分析、筛选已有的信息资料,提出研究设想与计划。4向指导教师提出开题报告(见附页)。5 构思论文框架,编写论文提纲,撰写论文初稿。6 提请指导老师审阅,并根据老师的指导意见做进一步修订,装订成册。(2)成果要求1 毕业设计应提交设计图纸和相应的说明书。图纸须规范、完整、清晰、正确,格式符合国家标准的要求;说明书须规范、详实,应包括:任务书、开题报告、正文(摘要、正文内容,结语,参考文献)、附录等。书写认真、清楚,字数不少于8000字。主要包括:前言、摘要、正文内容2 毕业论文应包括:任务书、开题报告、正文(前言、摘要、关键词,正文内容、结语、参考文献)、附录等;书写认真、清楚,字数以15000字左右为宜。4、实验(调研)部分内容要求:(1)实验内容与论文题目一致,数据真实。(2)调研内容详实,调研结论应具备普遍性。5、文献查阅及翻译要求:(1)参考文献应与论文内容相一致。(2)参考文献不少于8篇。(3)参考文献的格式参考抚顺职业技术学院毕业论文格式要求。(4)翻译文献应与原文内容一致。6、发出日期: 2009年 2月 27日 指 导 教 师: (签名)学 生: (签名) 论新型能源发展与环境保护关系分析 毕业院校: 系 别:机电系专 业:汽车检测与维修指导老师: 姓 名: 学 号: [摘 要]:机动车业的发展和普及,为人们的生活带来许多方便。但是,随着机动车数量的不断增加,排气污染对城市环境的影响越来越明显。对机动车污染现状的分析,探讨如何控制机动车排放物的措施和方法。将针对城市环境污染,新能源汽车,和新型能源汽车发展与环境保护关系展开讨论,提出相关新型能源汽车在环境保护方面的建议。 [关键词]:环境污染,汽车废气,新能源汽车 目 录前 言----------------------------------------------------------汽车不断增加造成城市空气污染------------------------------机动车尾气排放中的主要污染物的危害及产生机理-----------1一氧化碳(CO)- ----------------------------------------------2氮氧化物(NOx)---------------------------------------------- 3碳氢化合物 -------------------------------------------------4铅----------------------------------------------------------汽车污染对人体健康的危害-----------------------------------新型能源汽车种类与原理-------------------------------------1醇类燃料汽车------------------------------------------------2醚类燃料汽车------------------------------------------------3气动汽车----------------------------------------------------4以植物油为燃料的汽车----------------------------------------5太阳能汽车--------------------------------------------------6纯电动汽车--------------------------------------------------7池汽车------------------------------------------------------8混合动力汽车------------------------------------------------中国的能源生产能力有多少,能源制品到底有多少------------中国石油紧缺到什么程度,解决石油问题的出路何在---------能源节约的作用到底有多大------------------------------中国重视新型能源清洁汽车的研制------------------------中国新能源产业前景乐观------------------------------------10 新型能源轿车环保技术大盘点------------------------------10 1混合动力车------------------------------------------------2CNG双燃料车-----------------------------------------------3氢燃料电池车----------------------------------------------新能源汽车目前发展现状------------------------------新能源汽车离百姓多远--------------------------------11 总结------------------------------------------------------------12 参考文献--------------------------------------------------------13 前 言从1885年世界上第一辆内燃机汽车诞生以来,石油燃料汽车推动了人类一百多年来的汽车文明,为社会的进步作出了巨大贡献,这些都是客观存在的事实,不容否定。但汽车也与世间其他任何事物一样,具有两面性,这就是在为人类带来巨大利益的同时,也产生了不可忽视的负面影响。汽车污染主要是指汽车尾气的污染,其次是噪声污染一、汽车尾气 中国预防医学科学院最近对汽车尾气作了详尽分析,发现汽车尾气含有上千种化学物质,但主要成分是: 一氧化碳 它是燃油不充分燃烧的产物。汽车对环境的污染不可小视。 发展新型能源汽车保护环境的问题已迫在眉睫。汽车不断增加造成城市空气污染经过20年的改革开放,中国私人汽车数量迅速增加,汽车开始进入普通人的家庭生活。2001年后加入世界贸易组织(WTO),中国已经将汽车的进口关税从70-90%降低到44-51%,到2005年将进一步降低到25%。随着汽车价格的下降以及中国人较低的汽车拥有量,中国的汽车市场将会进一步繁荣。从而使汽车废气排放问题更加严重。中国有2000万辆汽车和1亿辆摩托车,而其中大多数都在城市。在城市环境污染物中,汽车所排放的氮氧化物占到了45至60%,而一氧化碳则占到了85%。因此,中国城市居民所吸入的劣质空气主要是由汽车所排放的废气造成的。我国现在的能源结构以煤炭为主,近年来煤炭消费量已占能源消费总量的75%以上。由于煤炭消费量的80%是原煤直接燃烧,由此造成的环境污染问题,已经影响到了国民经济的可持续发展。改善以燃煤为主的能源消费结构,是我国发展经济和保护环境的迫切要求。但是,中国以煤为主的能源消费结构是由能源资源条件决定的。在中国的能源资源中,煤炭占绝对的优势。若以常规能源资源总量为100,那么煤炭资源量在85以上,水能占12,石油和天然气仅占2-3。长期以来我国形成的能源生产格局就是以煤炭为主,未来煤炭工业仍将在整个能源过程中发挥不可替代的作用。 为了完成《“十一五”计划和2010年远景目标纲要》提出的“改善能源生产和消费结构”的任务,我们应当着重在煤炭生产、加工和利用上作文章,其重点是提高原煤的入洗比例,减少原煤直接燃烧的数量,增加煤炭用于发电、制气等二次能源生产的数量,加快洁净煤技术的研究和应用。其核心是通过结构优化,提高能源利用的经济效益,最大限度地减轻环境污染,使经济与环境保持协调的可持续发展。机动车尾气排放中的主要污染物的危害及产生机理1一氧化碳(CO)CO是一种化学反应能力低的无色无味的窒息性有毒气体,对空气的相对密度为0.9670,它的溶解度很小。吸入过量的CO会使人发生气急、嘴唇发紫、呼吸困难甚至死亡。长期吸入CO对城市居民身体健康是一个潜在威胁。其生成主要受混合气浓度的影响,在局部缺氧或低温条件下,燃烧中的碳不能完全氧化生成C02,而CO作为中间产物生成。 2氮氧化物(NOx) NOx是在内燃机汽缸内大部分气体中生成的,NOx的排放量取决于燃烧温度、时间和空燃比等因素。氮氧化合物进人肺泡后,能形成亚硝酸和硝酸,对肺组织产生剧烈的刺激作用,增加肺毛细管的通透性,最后造成肺气肿。 3碳氢化合物 碳氢化合物尽管在汽车尾气中含量不多,但其构成成分中含有一种已被世界公认的强致癌物质。 4铅 汽车主要靠燃烧汽油(柴油)行驶.而汽油是一种易燃易爆的液体,为了防止爆炸,人们往往在汽油里添加一种抗爆剂——四乙基铅。汽车尾气中的铅很容易通过血液长期蓄积于人的肝、肾、脾、肺和大脑中,进而产生慢性危害,尤其是铅,一旦进入人的大脑组织,便紧紧粘附在脑细胞的关键部位,从而导致人的智能发育障碍和血红素制造障碍等后果。 3汽车污染对人体健康的危害 汽车污染主要是指汽车尾气的污染,其次是噪声污染一、汽车尾气 中国预防医学科学院最近对汽车尾气作了详尽分析,发现汽车尾气含有上千种化学物质,但主要成分是: 一氧化碳 它是燃油不充分燃烧的产物。车速越慢,排放量越多,大城市中90%的一氧化碳来自汽车尾气。它与人体血红蛋白的结合能力是氧气的250倍;对人的呼吸和循环系统危害严重。氮氧化物 其中主要是在高温燃烧条件下生成的二氧化氮。它对人和植物都有很强的毒性,能引起呼吸道感染和哮喘,使肺功能下降。它还会与碳氢化合物一起生成光化学烟雾,损伤人的眼睛。柴油机车辆排放的氨氮化物远比汽油机车辆严重,废气中的颗粒物比汽油机车高2-40倍。 苯并а芘 目前已从汽车尾气中分离出300多种环芳烃化合物,其中苯并а芘是公认的强致癌物质,在交通繁忙路口及其附近,苯并а芘污染特别严重。 铅 长期吸入含铅空气,可以引起慢性铅中毒,症状有头痛、头昏、全身无力、失眠、记忆力减退等。此外,还有甲醛、二氧化硫等多种有毒物质。 二、噪声 汽车发动机产生的噪声会对人的听力、生理功能等造成不良影响,使人烦躁不安,长期生活在噪声污染严重的环境中会影响学习、工作和健康。4新型能源汽车种类与原理 1醇类燃料汽车 醇类燃料汽车以甲醇、乙醇等醇类物质为燃料,有良好的汽化性和可燃性,是燃油很好的等效替代品。甲醇在与汽油均匀搀混以实现长期稳定使用时必须选用相应的添加剂,以抑制其所表现的极性与活性。而乙醇的制取技术相对更成熟,其最新的技术可利用几乎所有的农林废弃物、城市生活有机垃圾和工业有机废弃物作为原料,使用较广泛。它可以与汽油或柴油以任意比例掺和的灵活燃料驱动,既不需要改造发动机,又具有较高的热效率,能起到良好的节能、降污效果,使汽车尾气污染减少30%以上。当然这种掺和燃料如要获得与汽油或柴油相当的功率,则必须加大燃油喷射量,并相应改变发动机的压缩比和点火提前角。现在国际上用玉米、小麦、糖蜜作乙醇,再勾兑乙醇汽油的技术已经比较成熟。美国在20世纪70年代起用玉米造乙醇汽油,到2003年底已拥有230多万辆乙醇汽车。而巴西的汽车更是全部都用乙醇汽油作为清洁燃料。 2醚类燃料汽车 醚类燃料汽车主要指的是二甲醚汽车(DMEV),使用二甲醚(DME)作为燃料。DME是一种无色无味的气体,具有优良的燃烧性能,动力性能好,稍加压即为液体,非常适合作为压燃式发动机的代用能源。同时,DMEV清洁、污染少,不会排放黑色气体污染环境,产生的NOX比柴油少20%,可达到美国加州的超低排放标准。日本NKK公司早已成功开发出用劣质煤生产二甲醚的设备,并且和住友金属工业公司于1998年完成了用二甲醚作为汽车燃料的试验。 3气动汽车 气动汽车是以压缩空气、液态空气、液氮等为介质,通过吸热膨胀做功来供给驱动能量的汽车。它不发生燃烧或其他化学反应,排放的是无污染物辐射的空气或氮气,真正实现了零污染。目前开发比较成功的有压缩空气动力汽车(APV),能量来源于方便、清洁的高压空气,对发动机材料要求低,结构简单,研发周期短,社会基础设施建设费用也不高,设计和建造都比较容易。但缺点是能量密度和能量转换率还不够高,续驶里程仍然较短,其整车性能与传统汽车相差太远,只能在较小的范围内应用于特定场合。2000年MDI公司推出的APV质量仅700kg,速度达120km/h,一次充满压缩空气可行驶200km,充气费用仅为3美元。 我自己写的,绝对原稿。。。。
厢式汽车底盘改装设计【摘要】根据用户需求,使厢式汽车具有各种功能,必须对其底盘进行改造。文章在分析底盘改装设计内容和要求的基础上,对车架后悬的改装,千斤顶的安装,油箱的移位等提出改造设计方案,并提出了操作注意事项。【关键词】底盘;改装设计;注意事项0引言厢式汽车是具有独立的封闭结构车厢或与驾驶室联成一体的整体式封闭结构车厢,装备有专用设施,用于载运人员、货物或承担专门作业的专用汽车厢式汽车主要由二类汽车底盘、车厢,连接装置等组成。多数情况下,生产厢式汽车的专用汽车改装厂自己不生产底盘,而是从生产汽车的主机厂购买二类汽车底盘,回厂后根据需要对底盘进行改装设计。为了满足用户提出的要求,保证厢式车具有各种各样的功能,需要对底盘进行这样那样的改装设计总结笔者多年来的工作经验,底盘改装项目主要有车架后悬的改变、加装千斤顶、油箱移位、移动横梁、移动汽液管等。改装时,总的原则是不影响、不降低原二类底盘的性能,不允许随意改变底盘轴距、轮距,保证改装后底盘的强度性能。改装设计应使原来底盘的保养部位、润滑点、注油口、蓄电池和驾驶室翻转操纵机构易于接近,便于操作,不能损坏原底盘上为用户正确使用而设置的各种标识,不应使底盘的维修及保养变得困难[1]。1车架后悬的改造1后悬改装设计车架后悬的改造有两种情况,1)后悬缩短。2)后悬加长。按照GB7258《机动车运行安全技术条件》[2]要求,客车及封闭式车厢的车辆后悬不得超过轴距的65%,最大不得超过5m。对于特殊改装汽车,除了满足上述条件外,为了保证车辆越野性,还要满足离去角要求,GJB219B《军用通信车通用规范》[3]中规定,底盘改装后离去角不得小于26°。一般情况下,车架后端至上装车厢后端的距离不得超过400 mm。当缩短车架后悬时,要保留后横梁或直接利用后横梁附近之前的横梁,同时注意不能损坏板簧后吊耳的连接。当加长车架后悬时,后横梁至前一横梁的距离不应大于1 200mm~1 400 mm,必要时在延长的空间内纵向增加辅助横梁。不论缩短还是加长车架后悬,改制后的后横梁在车架大梁前大约50mm左右(见图1)。后悬加长设计时,为了保证车架的强度,要采用与原车架纵横梁同型号、规格的材料,材料的性能、质量应符合相应标准的规定,一般车架都选用16MnL专用材料。2后悬改装操作注意事项后悬改装时要移动后横梁或增加辅助横梁,横梁与纵梁上下翼联接最好采用铆接方式。铆接具有工艺简单、抗震、耐冲击和牢固可靠等优点。如果采用螺栓联接,要注意螺栓应采用强度等级不低于8级的螺栓,螺母应采用自锁螺母,整体上要保证强度和防松要求。纵梁加长一般采用焊接方式,为了确保车架加长不出现质量问题,一般企业都制定了《车辆改装车架接长专用工艺规程》,其中规定了焊接人员、设备、材料、操作方法等,每批产品改装前都要做焊缝强度试验,试验合格后,才允许按照工艺要求进行施工。试样材料与被接长的纵梁一致,一般都是16MnL,按照下图制作两件(见图2)。两件对接立焊,采用J507或J502焊条,分两次焊完,底层采用!(2 mm焊条,顶层采用(!4 mm焊条,电流I=110~170A。焊缝要求如下(图3)。
学术堂整理了一份汽车系毕业论文范文,供大家进行参考: 范文题目《浅谈混合动力汽车的检测与维修》 摘要:目前已研制成功并投入使用的混合动力电动汽车主要是内燃机与蓄电池混合的混合动力电动汽车,它被称为油电混合动力汽车。首先,随着汽车电控化程度的提高,特别是未来混合动力汽车、纯电动汽车以及燃料电池汽车的发展,汽车的主要故障将出现在电路方面,面对复杂、纷乱的汽车电路时,只有具备了过硬的理论知识后才有可能将它们理清楚、弄明白,才有可能进一步的形成正确的诊断思路,找到正确的维修方法。我们知道不同的混合动力系统其结构和工作原理各不相同,这就使得不同的混合动力汽车其检测与维修的方法也会有很大的差异。 关键词:混合动力汽车,检测,维修 混合动力电动汽车的英文是“Hybrid Electric Vehicle”,简称“HEV”。根据国际机电委员会下属的电力机动车技术委员会的建议,混合动力电动汽车是指有两种或两种以上的储能器、能源或转换器作驱动能源,至少有一种能提供电能的车辆称为混合动力电动汽车。目前已研制成功并投入使用的混合动力电动汽车主要是内燃机与蓄电池混合的混合动力电动汽车,它被称为油电混合动力汽车。本论文所述的混合动力汽车也只局限于这类油电混合动力汽车。 所谓油电混合动力电动汽车(以下简称混合动力汽车),是指采用传统的内燃机和电动机(电池) 做为动力源,通过使用热能和电力两套系统驱动汽车。混合动力汽车采用的内燃机既可是汽油机也可以是柴油机,而使用的电动系统包括高效强化的电动机、发电机和蓄电池。两套系统的联合使用使得内燃机、电动机都可在高效区经济内运行,输出功率相对稳定。燃油提供了车辆运行所需的大部分能量来源,而辅助动力单元即动力电池通过电机使车辆具有更好的动力性和经济性。 一、混合动力汽车的检测与维修概述 汽车维修工作主要分为保养、机械维修、电器及电控系统维修、钣金和喷漆这几个部分。对于混合动力汽车来说,它与传统的内燃机汽车的主要差别在于增加了一套电驱动系统,这套系统的增加使得原本就复杂的电控系统变得更加复杂,电器及电控系统的维修难度之大不言而喻。由于增加了一套电驱动系统并对原有内燃机汽车的结构作了相应的改造,这决定了混合动力汽车必将产生出新的特有的故障类型,原本适用于传统内燃机汽车的一些维修经验、诊断思路和检测方法在混合动力汽车上可能将不再适用,所以,作为一名维修人员如果墨守成规、依赖经验,不注重理论知识的学习和诊断思维的培养,将很快被淘汰。那么我们应该如何来面对接下来的挑战呢? 首先,随着汽车电控化程度的提高,特别是未来混合动力汽车、纯电动汽车以及燃料电池汽车的发展,汽车的主要故障将出现在电路方面,面对复杂、纷乱的汽车电路时,只有具备了过硬的理论知识后才有可能将它们理清楚、弄明白,才有可能进一步的形成正确的诊断思路,找到正确的维修方法。 其次,多观察、多比较。在掌握相关理论知识的基础上要回到实践当中来,多观察、多比较。仔细观察汽车的结构,认真的比较它与传统的内燃机汽车的异同点,将理论与实践紧密的连接起来。 再次,勤总结。混合动力汽车必然会出现不同于现有传统内燃机汽车的特有的故障类型,应该在维修实践中将其详细的记录下来并认真的分析和总结,日积月累便能形成一套适合于混合动力汽车的行之有效的维修方法。 二、混合动力汽车的检测与维修 我们知道不同的混合动力系统其结构和工作原理各不相同,这就使得不同的混合动力汽车其检测与维修的方法也会有很大的差异。本文以丰田普锐斯混合动力汽车为例简单的介绍一下与混合动力汽车的检测与维修相关的问题。 1、普锐斯混合动力汽车检测与维修注意事项 普锐斯采用的是高压电路,动力电池组的额定电压为6V,发电机和电动机发出(或使用)的电压为500V。在普锐斯的电路系统中,高压电路的线束和连接器都为橙色,而且蓄电池等高压零件都贴有“高压”的警示标志,注意!不要触碰这些配线。论文格式。在检修过程中一定要严格按照正确的操作步骤操作。在检修过程中(如安装或拆卸零部件、对车辆进行检查等)必须注意以下几点: (1)对高压系统进行操作时首先应将车辆电源开关关闭; (2)穿好绝缘手套(戴绝缘手套前一定要先检查手套,不能有破损,哪怕针眼大的也不行,不能有裂纹,不能有老化的迹象,也不能是湿的); (3)将辅助蓄电池的负极电缆断开(在此之前应先查看故障码,有必要的化将故障码保存或记录下来,因为与传统内燃机汽车一样,断开蓄电池负极电缆故障码将被清除); (4)拆下检修塞,并将检修塞放在衣袋里妥善保管,这样可以避免其他人员误将检修塞装回原处,造成意外; (5)拆下检修塞后不要操作电源开关,否则可能损坏混合动力ECU; (6)拆下检修塞后至少将车辆放置5分钟后再进行其他操作,因为至少需要5分钟的时间对变频器内的高压电容器进行放电; (7)在进行高压系统的作业时,应在醒目的地方摆放警告标志,以提醒他人注意安全; (8)不要随身携带任何金属物体或其他导电体,以免不小心掉落引起线路短路; (9)拆下任何高压配线后应立刻用绝缘交代将其包好,保证其完全绝缘; (10)一定要按规定扭矩将高压螺钉端子拧紧。扭矩过大或过小都有可能导致故障; (11)完成对高压系统的操作后,在重新安装检修赛前,应再次确认在工作平台周围没有遗留任何零件或工具,并确认高压端子已拧紧,连接器已插好。论文格式。 2、普锐斯的基本检修程序 (1)车辆进入车间。 (2)分析各户所述的故障。 (3)将智能诊断仪II连接到车辆的诊断插座上。 (4)读取故障码和定格数据,并将其记录下来。如果出现与CAN通信系统有关的故障码则应首先检查并修复CAN通信。 (5)清除故障码。 (6)故障症状确认。若故障未出现则进行故障症状模拟;若故障出现则查看故障码及相关数据流以获取相关信息。 (7)进行基本检查,查阅相关资料。 (8)根据故障现象、故障码、相关数据流并结合其他的检测手段进行故障诊断,找出故障原因。 (9)排除故障。 (10)确认故障排除。 3、普锐斯混合动力汽车混合动力控制系统的检测与维修 (1)对混合动力汽车控制系统进行操作前必须弄清楚混合动力汽车控制系统的组成和工作原理并结合电路图和相关的维修资料严格按规范的操作步骤进行。 (2)普锐斯混合动力系统的相关检查 ①检查变频器 查看故障码;清除故障码;戴上绝缘手套;关闭电源开关;拆下检修塞;拆下变频器盖,断开端子A和B。 将电源开关拨到IG位置,此时会产生互锁开关系统的故障码;在线束侧用电压表测电压,同时用欧姆表测电阻。 ②检查转换器(戴上绝缘手套操作) 若混合动力系统警告灯、主警告灯和充电警告灯同时点亮,则检查故障码并进行相应的故障排除。 ③检查速度传感器 用欧姆表测量端子间的电阻,其值应符合标准值,否则更换变速驱动桥总成。 ④检查温度传感器 用欧姆表测量端子间的电阻,应符合标准值,否则更换变速驱动桥总成。 ⑤检查加速踏板位置信号 将电源开关拨到IG位置;用电压表测量混合动力车辆控制ECU连接器B中相应端子的电压,应符合标准值,否则更换加速踏板连杆总成。 4、普锐斯混合动力汽车电池系统的检测与维修 普锐斯混合动力汽车电池系统主要由以下几部分组成:动力电池组、12V辅助电池、电池ECU、冷却系统、电流传感器、检修塞系统主继电器等组成。 动力电池组:普锐斯采用的是镍-氢动力电池组,它具有高功率密度和常使用寿命的特点。该电池组由28个电池模块串联而成,每个模块由6个1V或2V的单节电池串联而成。所以整个电池组共168个单节电池,可以得到6V的高电压。论文格式。 电池ECU:电池ECU的功能是用来检测电池组的充电状态(SOC)、温度、电压、电流以及是否漏电,并将这些信息发送到HV ECU(混合动力ECU)。电池ECU还负责控制冷却风扇的工作,确保电池组处于正常的温度范围内。 电池组冷却系统:电池组冷却系统由冷却风扇,一个进气温度传感器和3个位于电池内的温度传感器以及通风管路组成。3个温度传感器和一个进气温度传感器随时检测蓄电池及进气口的进气温度,若温度升高到一定值,电池ECU将启动冷却风扇,直到温度下降到规定值,从而使电池组的温度始终保持在正常的范围内。 检修塞:检修塞位于电池组第19模块和第20模块中间,在检查或维修前拆下检修塞便可以切断电池组中部的高压电路,可以保证维修期间的人员安全。 系统主继电器(SMR):系统主继电器的作用是按照HV ECU的指令连接和断开到高压电路的动力。系统主继电器共由3个继电器组成,两个位于正极分别为SMR1、SMR2,一个位于负极SMR3。电路接通时,SMR1和SMR3工作,而后SMR2工作而SMR1关闭。 辅助蓄电池:普锐斯采用的是12V的免维护电池,它与传统的汽车用蓄电池类似,负极也是通过车身接地的。该电池对高压很敏感,对其充电时应将它从车上拆下,用丰田专用的充电机充电,普通充电器没有专用的电压控制功能,有可能毁坏电池。 参考文献 [1] 陈清泉,孙逢春 编译 混合电动车辆基础[M] 北京:北京理工大学出版社, [2] 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, [3] 耿新 混合动力技术的原理和应用[J] 汽车维修与保养, [4] Jon M 用于混合动力/电动汽车的可靠锂离子电池监视系统[J] CompoTechChina,2008(10) [5] 陈宗璋,吴振军 电动汽车动力源类型[J] 大众英雄,2008,(3)
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燃料电池汽车技术论文摘要怎么写
捷达汽车电器实验台设计摘要:依据都市先锋(捷达王GrX)的车身电器设计一个实验台,此实验台可以模拟电源及起动系、照明系、信号系统及辅助电器系统的实际工作情况。通过实际演示和排除故障使学生对每个电器元件和整个电器系统有更加深刻的理解,从而达到理论联系实际的目的。关键词:模拟;电器;故障;实验台;设计电子技术在汽车上的广泛应用使汽车性能和结构不断改进和提高。在原来汽车电器系统的基础上,采用电子技术,一方面提高原机械零件的工作性能及可靠性;另一方面满足人们对汽车整体性能的要求,使汽车更加豪华、先进、舒适和安全。现代轿车广泛采用电子技术,其结构比较复杂,且汽车运行中电器故障所占的比重远远高于其它故障,约占40%一60%,这对从事汽车工程相关专业的人员提出了更高的要求。对于汽车专业技术人才培养来说,如何使理论与实践相结合,提高工程实践能力,是一项重要的课题。1捷达(GTX)电器实验台的设计1实验台的总体设计要求电器实验台的设计要满足教学的需要,即具有良好的示教效果以及便捷的操控性能。同时进行相关辅助功能的开发,从而锻炼学生的工程实践应用能力。具体要求体现以下J七个方面:l)选型。具有代表性、普及性,同时具有鲜明技术特色。2)服务教学。示教效果简单、明了,操控方便快捷;并且具有故障诊断功能,以利于提高学生的工程实践运用能力。3)实验台布局。在考虑布局合理、结构紧凑的同时,要便于教学;并注意各个电器元件在工作时相互之间功率的匹配。4)实验台功能开发。预留外接端子连接其他设备的插接件,为实验台的功能扩展和更新元件提供基础和应用平乙入「习O2选择车型结合设计要求的普及性、代表性、特色性,中低档经济型轿车就在设计所考虑的范围内。捷达GTX经过不断发展与完善,不但技术含量较高,还有许多自身的技术特色,并且是我国国内目前保有量最多和受欢迎程度最高的普及型轿车之一,在很大程度上能代表我国轿车行业的先进水平。具有一定的代表性和可以开发利用的前景。综合以上,设计车型选定为捷达GTX型轿车。3捷达GTX电器实验台的设计与校核电器实验台的设计要实现良好的操控性能及示教效果,要求台架可以实现翻转折叠,并考虑到电器系统构件的支撑及定位紧凑、台面质量分布均匀度、台面的整洁度、台面稳定性、运动件与固定件是否发生干涉等因素。1台面设计电器实验台的板面设计和制作主要依据捷达(汀X轿车的车身线束进行布置,同时也参照了捷达车身的各电器元件的布置情况。该设计可以合理地利用板面空间,还可以尽最大可能地再现各电器元件在原车上的位置。但由于在同一平面上,没有空间位置关系,这样在某些细节部分和原车的实际位置就有一定的差别。板面尺寸的确定主要依据各个电器元件的形位尺寸和位置尺寸。根据线束的布置及几个主要元件的形位尺寸,然后初步估算板面的大小,把布置在板面轮廓上的元件的位置确定下来。2台架的设计电器实验台台架的设计是根据板面的布置情况和大小以及某些元件的传动需要进行的,电器实验台为平面可翻转折叠式,有良好的稳定性和足够的强度来支撑板面,能翻转便于教学。由于实验台上装有起动机、发电机以及带动发电机的电动机,为了不增加板面的负荷,利于翻转,在板面下方的台架上装一U型架,将发电机输出端导线沿着台面翻转合叶处引上台面,从而使发电机和电动机不参与翻转。3台架的选材台架的材料选用45钢,强度、价格均可行。台架的各连接处均采用焊接,其强度不低于原材料的强度,可以达到支撑台面及固定、稳定的作用。为了移动方便,采用橡胶轮,起到减震的作用。4对台架的强度校核台架有2个稳定位置,即水平位置和与水平方向成70c夹角的位置。1)水平状态时,台架所受的重力对台架支撑点的作用力由面板的材料强度承受,合力矩为零,此时台架处于稳定状态。4附属件的选择与定位1电动机的选择因捷达王的车用发电机的额定功率为26kw,额定转速为600Or/而n,所以要求选用的电动机的额定功率应大于发电机的额定功率。考虑到电动机的工作环境,选用Y系列的三项鼠笼式异步电动机。为实现可靠的传动,依据设计目的,考虑到实验台是用于教学,工作时间短,且周期性工作。选择V带传动,皮带的工作表面在短期内不会过量磨损,而使用寿命能够足够长,无需经常更换。2发电机及电动机位置的确定发电机是汽车电器设备的重要元件之一,是汽车电源系统的主要来源,在汽车正常运行时,除向全部用电设备(除起动机外)供电之外,还可以为蓄电池充电。因为发电机工作转速约为6000r/而n,质量在Zkg左右,与其配合用的电动机质量为电器元件中最大的(含电动机转动),对整个实验台的稳定性会产生一定影响。考虑以上原因,把发电机及电动机的位置确定在板面下方的底架上,由板面位置示意图可以清晰看到发电机的位置,如图2所示。〔汀X电器进行了一系列的挑选,局部做出替换如下:1)所选电器元件包括蓄电池、发电机、大灯、仪表盘、中控门、电动车窗等。2)元件的替换。从实用美观考虑,对部分元件进行调整例如,汽车上的喇叭开关是方向盘的顶盖,而实验台用按键开关替代;考虑到教学的针对性及台架的整体布局,选用电动机代替发动机带动发电机转动。2捷达电器常见故障列表为实现对于实验台教学诊断功能,将常见的电器系统故障进行归纳总结,选取具有代表性的故障为参考,进而实现相关故障的设置与诊断。电器系统常见故障如表1所示。3实验台电器系统故障的设置为实现教学目的,根据表1中常见的故障,在实验台设置故障断路,例如车灯不亮会有很多种原因:蓄电池可能电量不足、保险丝可能烧坏、车灯灯丝可能烧坏,学生在诊断过程中结合实验台电路进行查找,就会发现具体原因及问题所在。了解电器系统工作原理的同时,提高工程分析能力。充分考虑实验台的局限性,设置的故障点全部为电路的故障,使学生结合电路图快速查找故障。2捷达电器实验台的升级作为有一定使用年限的教学设备,实验台的后续功能开发是很必要的。为了充分实现教学功能,要求在使用过程中不断完善实验台的相关功能,进行定期更新升新升级。1设备本身进行升级电子设备更新越来越快,在其原有设备的基础上对淘汰较快的进行更换,以达到充分利用设备潜能的目的,不断延续实验台的使用寿命,减少不必要的资金投人。2通过预留端口或改造其控制线路进行升级这样做可以对一些原本不能在实验台实现的功能进行演示,让同一个实验台可以完成多个实验项目。例如,在实验台接有自诊断端口接头,一旦接上转用的诊断设备就能实现模拟的诊断过程,充分展示数据流功能。如果有相应的发动机实验台架,将其进行连接,便能真正的演示汽车的大部分使用工况,这实际上是对已有台架的功能进行很大的扩充。3实验台的控制功能升级根据汽车电器系统中使用的传感器的工作特性,利用单片机编程模拟信号,同时实现相应的演示功能。并且在信号调试过程中了解车用电器系统信号的特征,完善实验台电器系统装备,实现电器系统、电控系统功能合一。同时在故障设置以及故障诊断过程使用遥控器进行控制,操作便捷的同时对学生的故障诊断能力提出更高的要求,能够在更大程度上加强对学生工程实践应用能力的培养。3结束语汽车行业的迅猛发展,汽车控制装备的广泛应用,势必对汽车相关专业从业人员的素质要求越来越高。为更好地适应电子技术的更新,捷达GTX型轿车实验台对于提升学生的工程实践能力将会起到巨大的作用。参考文献1」吕传章汽车维修与检测诊断【MJ北京:人民交通出版社,仁2习沈树盛汽车电器维修经验集〔M皿成都:四川科学技术出版社,2仅抖〔3」汪立亮现代汽车电器设备原理与检修〔M〕北京:电子工业出版社,〔4〕严烈AutoCAI)2000机械工程绘图实例宝典〔M〕北京:冶金工业出版社,[5」刘瑞新,赵淑萍,朱世同Aut以二AD2000应用教程【M],北京:机械工业出版社,否6」裘玉平汽车电器设备维修厂M]北京:人民交通出版社,1997,仁7」张凤山,王颖国产轿车故障诊断与排除精选[M北京:机械工业出版社,加仁8〕秦明华汽车电器与电子技术仁M〕北京:北京理工大学出版社,
作者: Raymond George Klaus Hassmann【摘要】燃料电池具有非同寻常的性能: 电效率可达60%以上,而且可以在带着部分负荷运行的情况下进行维修,除了有低比率碳氧化物排放外几乎没有任何有害的排放物。文章介绍按温度划分的4种主要燃料电池(PEMFC、PAFC、MCFC和SOFC)的性能,重点介绍高温固体氧化物燃料电池(SOFC)的应用及其发展前景。 With demonstration projects fuel cells are Well uder way toward penetrating the power market,covering a wide range of application.This paper introduces the main four types of fuel cells which are PEMFC,PAFC,MCFC and SOFC.Then it puts the emphasis on SOFC and its application market. 燃料电池是通过由电解液分隔开的2个电极中间的燃料(如天然气、甲醇或纯净氢气)的化学反应直接产生出电能。与汽轮发电机生产的电能相比,燃料电池具有非同寻常的特性:它的电效率可达60%以上,可以在带部分负荷运行的情况下进行维修,而且除了排放低比率碳氧化物外,几乎没有任何其他的有害排放物。1 燃料电池的分类 目前研制的燃料电池技术在运行温度上有不同的类型,从比室温略高直到高达1000℃的范围。大多数工业集团公司的注意力集中在以下4种主要类型上:(1)运行温度在60-80℃之间的聚合物电解液隔膜型燃料电池(PEMFC);(2)运行温度在160-220℃之间的磷酸类燃料电池(PAFC);(3)运行温度在620-660℃之间的熔融碳酸盐类燃料电池(MCFC);(4)运行温度在880-1000℃之间的固体氧化物燃料电池(SOFC)。 可以将这些类型的燃料电池划分为低温型(100℃及以下)、中温型(约200℃左右)及高温型(600-l000℃)燃料电池。 表1简要地列出了各种类型燃料电池的性能。中温型和高温型燃料电池适于用在静止式装置上,而低温型燃料电池对于静止装置和移动式装置都适用。 实用装置的功率容量差别也很大,可以给笔记本电脑及移动电话供电(数以W计),也可以给居民住宅(数kW)或是分散的电热设备和动力设备(数百KW到数MW)供电。 最适于用来驱动汽车的是低温型燃料电池。 根据使用期限成本进行的经济性比较结果表明,就发电成本而言,SOFC型燃料电池要PEM型低30%。这个结果是根据SOFC型燃料电池的电效率比PEM型的高,这2种燃料电池最终都可以达到l000美元/KW的投资成本这一假设条件而推导出来的。 2 高温燃科电池 高温型燃料电池具有许多适于在静止式装置上使用的特性。但是在高温型燃料电池产生出电能之前需要较长的加热过程,因而这种技术不能应用于要求在短时间内频繁起动的各种实用装置。此外,高温型燃料电池还具有以下特点: (1)不需要使用贵金属来催化电化学反应。一般情况下使用陶瓷材料。 (2)对CO完全没有限制。CO参加到电化学反应过程并像H2一样被氧化。 (3)对燃料表现出高度灵活性。可以给这类燃料电池发电设备供应天然气,天然气在设备内部被转换成H2和CO。这意味着无需任何外部燃料,从而大大简化了发电设备的平衡问题。 (4)高温可以将燃气轮机连接到该系统上,在这种情况下,燃料电池发电设备是在300kPa压力下运行,并在不考虑燃气轮机输出的情况下将燃料电池的功率密度提高约20%,因此使总的电效率提高10%,可成倍地降低使用期限成本。 (5)较高的运行温度也为排热提供了更多的灵活性。在电效率达60%或更高水平的联合循环系统中可限制废热排放,而在单循环下则会排放出更多的热量。 MCFC和SOFC是这类高温型燃料电池的2种技术。它们使用的材料不同。MCFC是在一只陶瓷容器中放入液态的金属碳酸盐作为电解液,如果没有采取防止电极老化的措施,燃料电他的使用寿命会受到影响。 在MCFC中电化学反应是由CO3离子引发的。MCFC采用的是颊型电池,和SOFC型的管形设计方案相比,这种颊型电他的功率密度要稍微高一些。这在成本上要比SOFC型装置优越。但在另一方面,由于SOFC所用的陶瓷材料非常稳定,可以用在950-1000℃范围内,所以SOFC装置在抗老化性能上更具优越性。到目前为止,所有的长期电池试验和正在运行的试验性机组都表明SOFC型装置的使用寿命可以达到70 000-80 000h,是MCFC型的2倍。 MCFC和SOFC 2种技术在进行100-250kW功率范围的单循环现场试验中,成本都有大幅度的下降。目前在MCFC开发上占有主导地位的是美国的Fuel Cell Energy公司及其在德国的授权单位MTU,日本的Ishikawajima-Harima重工(IHI)和三菱公司等。而Siemens Westinghouse在SOFC开发上处于领先水平。3 中温型燃料电池 目前磷酸类燃料电池(PAFC)是具有最先进技术的燃料电池。80年代,IFC(国际燃料电池公司)决定对其前期商业化生产线进行投资,制造和销售200kW的PAFC装置,并将其投入市场。东芝公司在80年代末就已经努力使PAFC技术进入商用市场。从此,PAFC技术就一直在静止燃料电池的市场中占据着显赫的位置。迄今为止,全球已经安装了150多套PAFC燃料电池装置。 研究表明,这种燃料电池未能实现市场商业化的原因大致有以下几方面: (1)电效率最高为40%,超过维修期限后会降到35%甚至更低水平。通常情况下设备的使用期限不超过20 000运行h。 (2)有些试验性的设备(如东芝公司管理的1套11MW设备未能达到顶期的性能水平。 (3)美国和日本政府大幅度削缩用于PAFC技术研究和开发的投资。 (4)从迄今积累的经验及在改善设计参数和降低产品成本方面的潜力来看,让PAFC技术成功地跻身于当今的市场中的可能性是极低的。4 SOFC在配电市场方面的潜力 Siemens Westinghouse公司根据对市场的分析,决定采取必要的措施加快SOFC技术进入市场的步伐。预计在2003-2004年提供第l批产品,进入商业性生产前的试验阶段,装置容量从目前的2MW扩大到15MW。 北美和欧洲被认为是SOFC燃料电池技术最有希望的市场。Hagler Bailly公司和西门子公司对功率范围为250 kW-l MW的市场进行了调查,结果表明到2005年SOFC燃料电池的市场容量为每年10000MW。北美和欧洲几乎各占50%。考虑到北美洲用户的结构和他们的需求,在北美洲各类小型发电机组的总容量在2010年可能达到每年约1000MW,其中600MW可能是燃料电池发电装置。在各种类型的燃料电池中,SOFC的市场份额约占40%,到2010年在北美洲SOFC的全年销售额将达到4亿美元。 在竞争日益激烈的配电市场中的另一个获胜者是微型燃气轮机,主要是作为备用电源或辅助电源。由于SOFC和微型燃气轮机的特性适于不同的应用场所,SOFC效率高但投资成本也高,而微型燃气轮机成本低但效率也低,因而这2种技术不会产生市场上竞争。而往复式发动机会逐渐失去其在市场中的份额。 欧洲电网要比北美洲电网强大得多,欧洲电网强化了集中的大型发电厂的作用。因此在北美洲经常出现的分散式电热设备和动力装置的供电质量和供电可靠性问题在欧洲是不突出的。但另一方面,在欧洲对能量储存更为敏感。 此外,一些国家政府将颁布新的规程和法律及新的能源价格,预计欧洲各国之间市场份额会有重大差异。在有些情况下这个过程会给SOFC用于配电装置起到一定的促进作用。此外,欧洲的自由化近程落后于北美洲。因此,市场预测结果会有很大程度的不确定性。5 SOFC技术应用的扩展 使用天然气作为燃料的SOFC是车载式装置,其扩展应用可有以下几种形式:(1)家庭应用:新一代燃料电池将是扁平管型的,其功率密度是目前所用圆柱型燃料电池技术的2倍,因而将制造出5kW的燃料电池装置。这种设计方案是可行的,在配电市场中可以替代圆柱型燃料电池。(2)l0MW以上的系统装置:很显然,只要SOFC技术占有了功率范围在250-10MW的市场,那么下一步最必然的是要争取占有l0MW以上更大规模发电设备的市场。通过把更多SOFC链接起来便能实现这个目标,也满足了高效率低成本的要求。20MW级规模燃料电池的电效率已经接近甚至超过70%。(3)用液态燃料运行:使用天然气作为燃料将SOFC的应用局限在靠近天然气供气网的区域内,从而使这项新技术的应用受到限制。因此存在着让SOFC使用液态燃料的迫切要求。因此,应与大型石油公司合作进行该课题的研究开发,选择一种适宜的液体燃料并设计出最适于使用这种新燃料的SOFC发电装置,以便为边远的用户服务。 (4)C02的分离:Shell公司和 Siemens Westinghouse公司正在共同研制一种能将CO2从完全反应后的燃料中分离的SOFC设飞方案。例如,当把其装在用于回收油的平台上时,可以把CO2用泵压到地下储层中,这不但可省去CO2的排放税,还可提高原油的产出量。 (5)综合性应用:CO2分离装置可能是点火的火花装置,它使得SOFC在一种封闭且可再生的能量循环中成为关键性部件。经过-段时间,SOFC能产生出热量和电力,例如用于大型暖房的设施中,SOFC装置产生的C02可用来加快植物的生长。而任何一种农作物收获后的剩余有机物都可以转化为气体供给SOFC作燃料。
立帜汽车制造网 随着世界能源危机和环保问题日益突出,汽车工业面临着严峻的挑战。一方面,石油资源短缺,汽车是油耗大户,且目前内燃机的热效率较低,燃料燃烧产生的热能大约只有35%—40%用于实际汽车行驶,节节攀升的汽车保有量加剧了这一矛盾;另一方面,汽车的大量使用加剧了环境污染,城市大气中CO的82%、NOx的48%、HC的58%和微粒的8%来自汽车尾气,此外,汽车排放的大量CO2加剧了温室效应,汽车噪声是环境噪声污染的主要内容之一。我国作为石油进口国和第二大石油消费大国,污染严重,世行认定的20个污染最严重的城市有16个在中国。国内汽车产品水平与国外差距很大,平均油耗高出10%—30%,排放约为15—20倍,汽车工业面临的压力更大。 上个世纪末以来世界各国和各大汽车公司以及国内各大科研机构和高等院校纷纷致力于开发清洁节能汽车,新能源汽车获得了长足发展。汽油和柴油是传统内燃机汽车的能源,利用除此以外的能源提供汽动力的汽车均可称为新能源汽车。目前正在开发的新能源包括天然气、液化石油气、醇类、二甲醚、氢、合成燃料、生物气、空气以及电荷燃料电池等。 本文介绍新能源汽车技术的发展概况,并对其发展前景提出看法。 1 新能源汽车的种类及其特点 1 天然气汽车和液化石油气汽车 天然气汽车又被称为“蓝色动力”汽车,主要以压缩天然气(CNG)、液化天然气(LNG)、吸附天然气(ANG)为燃料,常见的是压缩天然气汽车(CNGV)。液化石油气汽车(LPGV)是以液化石油气(LPG)为燃料。CNG和LPG是理想的点燃式发动机燃料,燃气成分单一、纯度高,与空气混合均匀,燃烧完全,CO和微粒的排放量较低,燃烧温度低因而NOx排放较少,稀燃特性优越,低温起动及低温运转性能好。其缺点是储运性能比液体燃料差、发动机的容积效率较低、着火延迟期较长。这两类汽车多采用双燃料系统,即一个汽油或柴油燃料系统和一个压缩天然气或液化石油气系统,汽车可由其中任意一个系统驱动,并能容易地由一个系统过渡到另一个系统。康明斯与美国能源部正合作开发名为“先进往复式发动机系统(ARES)”的新一代天然气发动机,根据开发目标,该发动机热效率达50%(热电联产时达到80%以上),NOx排放量低于1g/km,制造成本为400450美元/kW,维护费用低于01美元/kwh,在满足这些目标的同时,发动机具有较高的可靠性。 2 醇类汽车 醇类汽车就是以甲醇、乙醇等醇类物质为燃料的汽车,使用比较广泛的是乙醇,乙醇来源广泛,制取技术成熟,最新的一种利用纤维素原料生产乙醇的技术其可利用的原料几乎包括了所有的农林废弃物、城市生活有机垃圾和工业有机废弃物。目前醇类汽车多使用乙醇与汽油或柴油以任意比例掺和的灵活燃料驱动,既不需要改造发动机,又起到良好的节能、降污效果,但这种掺和燃料要获得与汽油或柴油相当的功率,必须加大燃油喷射量,当掺醇率大于15%—20%时,应改变发动机的压缩比和点火提前角。乙醇燃料理论空燃比低,对发动机进气系统要求不高,自燃性能差,辛烷值高,有较高的抗爆性,挥发性好,混合气分布均匀,热效率较高,汽车尾气污染可减少30%以上。这种汽车最早由福特公司在20世纪80年代中期开发,到2003年底,美国有230多万辆乙醇汽车,其中多数是道奇和克莱斯勒厢式车——2003年已卖出233466辆。 3 氢燃料汽车 氢是清洁燃料,采用氢气作燃料,只需略加改动常规火花塞点火式发动机,其燃烧效率比汽油高,混合气可以较大程度地变稀,所需点火能量小,有利于节约燃料。氢气也可以加入其它燃料(如CNG)中,用于提高效率和减少N02排放。氢的质量能量密度是各种燃料中最高的一种,但体积能量密度最低,其最大的使用障碍是储存和安全问题。宝马公司一直致力于氢气发动机研制,开发了多款氢发动机汽车,其装有V12氢发动机的7系列轿车是世界上首批量产的氢发动机,该发动机可使用氢气和汽油两种燃料。 4 二甲醚汽车 二甲醚(DME)是一种无色无味的气体,具有优良的燃烧性能,清洁、十六烷值高、动力性能好、污染少,稍加压即为液体,非常适合作为压燃式发动机的代用能源,使用该燃料的车辆可达到美国加州的超低排放标准。日本NKK公司成功地开发出用劣质煤生产二甲醚的设备,并且和住友金属工业公司于1998年完成了用二甲醚作为汽车燃料的试验,二甲醚汽车(DMEV)不会排放黑色气体污染环境,产生的NOX比柴油少20%。 5 气动汽车 以压缩空气、液态空气、液氮等为介质,通过吸热膨胀做功供给驱动能量的汽车称为气动汽车,气动发动机不发生燃烧或其他化学反应,排放的是无污染物辐射的空气或氮气,真正实现了零污染。目前开发比较成功的是压缩空气动力汽车(APV),工作原理类似于传统内燃机汽车,只不过驱动活塞连杆机构的能量来源于高压空气。APV介质来源方便、清洁,社会基础设施建设费用不高,较容易建造。无燃料燃烧过程,对发动机材料要求低,结构简单,可借鉴现有内燃机技术因而研发周期短,设计和制造容易。但目前APV能量密度和能量转换率还不够高,续驶里程短。1991年法国工程师Guy Negre获得了压缩空气动力发动机的专利,并加盟MDI公司,2000年MDI公司推出的名为“进化”(evolution)的APV,质量仅700kg,其发动机质量仅为35kg,速度可达120km/h,一次充满压缩空气可行驶200km,充气费用仅为3美元,在城市中约可行驶10h,在压缩空气站充气2min就可完成,用气泵充气3h可完成。 6 电动汽车 世界上第一辆电动车(EV)由美国人在19世纪90年代制造。EV大致分为蓄电池电动汽车(BEV)、燃料电池电动汽车(FCEV)和混合动力电动汽车(HEV)。电动汽车的一个共同特点是汽车完全或部分由电力通过电机驱动,能够实现低排放和零排放。 蓄电池电动汽车是最早出现的电动汽车。使用铅酸电池的汽车整车动力性、续驶里程与传统内燃机汽车有较大的差距,而使用高性能镍氢电池或者锂电池又会使成本大大增加。而JtBEV都需有一定充电时间及相应的充电设备,使用场合受到了限制。燃料电池具有近65%的能量利用率,能够实现零排放、低噪声,国外最新开发的高性能燃料电池已经能够实现几乎与传统内燃机汽车相当的动力性能,发展前景很好,但成本却是制约其产业化的瓶颈。在加拿大进行的示范试验表明,使用燃料电他的公共汽车制造成本为120万加元,而使用柴油机的公共汽车仅为5万加元。 混合动力汽车融合了传统内燃机汽车和电动汽车的优点,同时克服了两者的缺点,近年来获得了飞速发展,并已经实现了产业化和商业化,PRIUS和INSIGHT两款混合动力汽车的成功向人们展现了混合动力技术的魅力和巨大的市场潜力。 7 以植物油为燃料的汽车 为了寻找可代替石油的新能源,科学家也将目光投向了植物油,正在研制以植物油如大豆油、玉米油及向日葵油为原料的内燃机油。科学家们还在研究生物柴油,这是一种以植物油为原料的燃料,将来可作为柴油的替代品大量用于卡车和轮船。生物柴油中不含硫,因此不会对环境造成酸雨威胁。为生产生物柴油,化学家们正在对植物油进行酯化加工,使之变成甲基酯化合物,燃烧起来更干净,发动机内残留物也较少。 2 我国新能源汽车的发展概况 我国天然气资源丰富,分布广泛,海南、北京、上海、重庆等省市被列为国家燃气汽车重点示范城市,各地均在燃油汽车基础上研制开发改装了压缩天然气汽车和液化石油气汽车,主要用于出租车、公交客车、大型车辆和工程设施等。一汽—大众公司开发了捷达LPG,上海交大研制成LPG轿车并和申沃客车联合开发成功改装型LPG城市bus,北京开发了CNG城市bus。 山西是产煤大省,甲醇汽车项目已进行多年,目前已达到商业运行阶段,所用甲醇汽车采用灵活燃料系统,既可用甲醇,也可用汽油,将乙醇当作有氧燃料使用,现在在河北和黑龙江等地推广。同时国家制定了乙醇汽油燃料相关标准。我国云岗汽车公司大同汽车制造厂开发了甲醇中巴车。 我国煤炭资源丰富,政府支持以煤炭为原料制造车用燃料项目。煤直接液化和间接液化制取车用燃料的项目正在积极进行。“十五”期间在云南和陕西建立了煤直接液化示范厂,以煤为原料合成石油或二甲醚等车用燃料。西安交通大学与中国科学院煤化工研究所经过5年协同攻关,于2000年研制出了“超低排放二甲醚汽车”,通过在TYll00单缸柴油机及装备有大连柴油机厂生产的CA498柴油机的面包车上燃用二甲醚的试验,发现发动机的功率可提高10%-15%,热效率提高2—3个百分点,噪声降低10%-15%。 我国从事燃料电池研究的单位有20余家,质子交换膜(PEM)燃料电池技术已取得较大进展,但与国外还有不小差距,例如,国外将功率50—80kW的PEM燃料电池用于轿车,而我国最大的PEM燃料电池单堆功率为5kW,离轿车使用相距甚远。我国的金属燃料电池技术已经达到世界先进水平。 我国的镍氢电池和锂电池技术水平也已经达到国际先进水平,比亚迪在2005年上海车展展出的E1电动车已经具备了很好的整车动力性能。 目前国内对压缩空气动力汽车的研究报道最多的是浙江大学,他们已经开发出压缩空气动力摩托车研究平台,探索出不少有益的结论,正在进一步深入研究,此外重庆大学和同济大学也做过一些探索性研究。应当说APV在国内的发展才刚刚起步。 3 代用燃料汽车的发展前景 在各种汽车代用燃料中,LPG和CNG最方便投入使用,而且目前已经具有好的配套基础设施。在排放和经济性能要求较高而动力性能要求一般的公共交通领域具有很好的应用前景,美国近年来新型公交客车中天然气汽车就占据了较大比例。在中国这样的农业大国特别是一些农业大省,乙醇资源丰富,乙醇汽车有良好的应用前景。二甲醚等合成燃料具有很好的排放特性,也将具有很好的应用前景,特别是作为代用柴油应用于混合动力汽车。混合动力汽车毫无疑问是下一代汽车动力系统的主要形式。 蓄电池电动汽车的使用性能不如混合动力汽车和燃料电池汽车,且成本高。氢燃料发动机的能量利用率不如氢氧燃料电池。因而蓄电池电动汽车和氢发动机汽车的发展前景不是十分乐观。当然随着太阳能电池技术的发展和突破,也许纯电动汽车能迎来一个不错的发展局面。压缩空气动力汽车虽然实现了零污染,但其整车性能与传统汽车相差太远,只能在较小的范围内应用于特定场合。 燃料电池是目前技术条件下能量利用率最高的车用能源。燃料电池的比能量可达200—350Wh/kg,为锂离子电池的2—3倍;能量转换效率高达60%~80%,是汽油机或柴油机的5~2倍,能实现超低污染甚至零污染,而且燃料电池使用的氢能源是可再生的。目前以甲醇燃料电池技术最为成熟。国外各大石油公司和汽车均在致力于燃料电池汽车的研发以抢占在未来汽车发展中的滩头。戴姆勒—奔驰汽车公司从1993年到2000年先后推出了NecarI—NecarⅣ和Nebas等系列FCEV,2001年5月Necar4在美国试车,功率55kW,最高车速145km/h,装载行程450km,最新推出的Necar V-FCEV采用甲醇燃料电池。1997年Ballard动力公司和福特汽车公司组建了Xcellsis公司开发燃料电池轿车,美国AR—CO、壳牌、德士古等石油公司和加州CARB先后加盟,组成世界上最强大的燃料电池车开发联盟。日本电力中央研究所正在开发一种全面使用耐热陶瓷的燃料电池,电池在发电效率非常高的1000℃的高温下工作,电解质的输出功率达到1W/cm2,相当于传统燃料电池的5倍。EvomR公司致力于开发铝和锌燃料电池,已具有相当水平。 总之对代用燃料的综合评价应考虑以下因素:燃料成本;车辆成本;对进口石油的依赖程度;有效能源利用率;温室效应;排放污染;生产、储运、分销、加注设施;装载行驶里程和加注时间;安全性。基于这些因素,目前最容易投入使用的代用燃料是CNG和LPG。电、甲醇和乙醇的综合评价指数都低于汽油。可以预计LPG和CNG以及乙醇的市场份额将会不断增加。二甲醚和合成柴油在十年后其市场份额会快速稳定增长。混合动力汽车会进一步发展,迅速增加市场份额。而燃料电池汽车会在20年之后开始实现产业化逐渐增加市场份额。传统汽油机汽车的市场份额会在20年之后开始出现明显的下降,但柴油车会在重型车辆领域继续保持很高的市场份额。 4 结束语 在未来的20年内,汽油和柴油仍是汽车主要的能量来源,但汽油和柴油的质量要求越来越高,发动机技术将快速发展以提高能量利用率。代用燃料会得到迅速运用,天然气汽车和乙醇汽车会率先大规模投入使用,二甲醚和合成燃料会逐步扩大应用。 混合动力系统会得到快速发展和应用,混合动力汽车将至少在30年内都是汽车工业最切实可行的解决能源问题和污染问题的途径。因此应当整合资源加速混合动力汽车的开发,抢占汽车技术发展的新高地。 燃料电池是最有前途的车用能量,也是未来汽车的主要能量源,国内石油工业应该与汽车工业联手开发先进的燃料电池技术,抢占未来先进汽车技术的前沿阵地!