环保电动汽车的发展趋势分析.doc

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1、 环保电动汽车的发展趋势分析院 部：机电工程系 专 业：汽车维修与检测姓 名：郝龙准考证号：014411303000指导教师：万九如二0一二年五月五日学位论文独创性声明 本人所呈交的学位论文环保电动汽车的发展形式分析是我在导师的指导下下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知，除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含其他个人已经发表或撰写过的研究成果。对本文研究做出重要贡献的个人和集体，均以在文中作了说明和并表示歉意。如论文涉及任何知识产权纠纷，本人将负一切责任。作者签名： 年 月 日摘 要二十一世纪以来,世界汽车持有量逐年增加,迅速增长的石油消费和日益严峻的环保压力,这就迫使汽车生产业必须走

2、节能环保的发展道路,本文提出了新型环保汽车的发展趋势,即对现有车辆进行技术改进,提高其环保水平,鼓励混合动力汽车和先进汽油汽车的使用,加大电动汽车、燃料电池汽车等绿色环保汽车的研究力度。【关键词】：汽车，环保，混合动力汽车AbstractSince twenty-first Century, World automobile has increasedyear by year, Rapid growth Oil consumption and increasingly severe environmental pressure, This will force car production I

3、ndustry must take the road of development of energy savingAnd environmental protection, This paper puts forward a new environmentally friendly steam The development trends, Technical improvement to existing vehicles, Improving the level of environmental protection, To encourage hybrid vehicles and a

4、dvanced learning oil car use, Increase the electric vehicle、Fuel cell vehicle and so on Green car research efforts.key word : a car, Environmental protection, Hybrid electric vehicle目 录第1章 发展趋势1第2章 纯电动汽车（BEV）22.1 概述22.2 优点22.3 面临的问题42.4 能量管理技术42.5 发展分析4 第3章 混合动力汽车（HEV）5 3.1 概述5 3.2 优势6 3.3 混合动力系统6 3

5、.4 分类6 3.5 发展分析8 第4章 液压混合动力汽车（HHV）9 4.1 概述9 4.2 分类9 4.3 工作原理10 4.4 发展分析11 第5章 燃料电池汽车（FCEV）11 5.1 概述11 5.2 工作原理12 5.3 FCEV总布置形式13 5.4 结构布置13 5.5 优点14 5.6 发展分析14 第6章 环保电动汽车发展形式总分析16 6.1 概述16 6.2 中国新能源汽车产业发展情况16 6.3 基于“钻石模式”的中国新能源汽车产业要素分析17 6.3.1 “钻石模式”简介17 6.3.2 影响中国新能源汽车产业竞争力的因素17 6.4 面对中国新能源汽车产业发展因素

6、的对策18 总结20 致谢21 参考文献22 环保电动汽车的发展趋势分析 第1章 发展趋势虽然电动车已有134年的悠久历史，但一直仅限于某些特定范围内应用，市场较小。主要原因是由于各种类别的蓄电池，普遍存在价格高、寿命短、外形尺寸和重量大、充电时间长等严重缺点。目前采用的铅酸电池、镍氢电池和锂离子电池，它们已达到的实际性能指标和市场平均价格。根据实际装车时的循环寿命和市场价格，可估算出电动汽车从各种动力电池上每取出1kWh电能所必须付出的费用。计算时，假设电池最高可充电荷电状态(SOC)为0.9，放电SOC为0.2，即实际可用的电池容量仅占总容量的70%;由电网供电价为0.5元/kWh，电池的

7、平均充放电效率为0.75。 当前普遍使用的燃油发动机汽车存在种种弊病，统计表明在占80以上的道路条件下，一辆普通轿车仅利用了动力潜能的40，在市区还会跌至25，更为严重的是排放废气污染环境。20世纪90年代以来，世界各国对改善环保的呼声日益高涨，各种各样的电动汽车脱颖而出。虽然人们普遍认为未来是电动汽车的天下，但是目前的电池技术问题阻碍了电动汽车的应用。由于电池的能量密度与汽油相比差上百倍，远未达到人们所要求的数值，专家估计在10年以内电动汽车还无法取代燃油发动机汽车（除非燃料电池技术有重大突破）。 目前,新一代的节能环保汽车正在全球范围内掀起一场汽车技术革命。从各种节能环保汽车的发展顺序来看

8、,纯电动车、混合动力汽车技术将逐渐成熟,市场规模的扩大以及国产化程度的提高会降低混合动力汽车的价格。中国城市交通拥堵,混合动力汽车的节油性更为明显,因此混合动力汽车、特别是混合动力轿车和混合动力客车在未来的市场中占有一席之地。从长远来看,燃料电池汽车将是最终的解决方案,但目前燃料电池价格过于昂贵、技术尚未完全成熟、配套设施缺乏,燃料电池汽车在中国的大规模商业应用应该在2020年以后。第2章 纯电动汽车（BEV）2.1概述就目前电池的技术水平而言,小型四轮纯电动汽车商业化生产条件已经具备。它可作为短距离代步交通工具或出租车使用,尤其是配合社会主义新农村建设;大型纯纯电动汽车是指采用蓄电池作为能量

9、存储单元,用电机驱动的车辆。电动车辆主要应用于特殊场合,如机场摆渡车、市区定线公交车以及其它特殊用途;超级电容纯电动大客车具备很高的推广价值;假使纯电动轿车投入使用,每次充电续驶里程不应低于200km,最高时速可达到120km/h。BEV还依赖于电池技术的进步,目前尚不具备大批量商业化生产的条件。纯电动汽车的核心技术是电机电控技术、电池组能量等管理技术。通过近年来的努力,我国目前已经实现了纯电动汽车的小批量生产,开发的纯电动轿车和纯电动客车均已通过了国家汽车产品型式认证,纯电动轿车的动力性、经济性、续驶里程、噪声等指标,已超过国外大型汽车生产企业研制的纯电动铲车和箱式货车,初步形成了关键技术的

10、研发能力,纯电动汽车在特定区域的商业化运作正广泛开展。纯电动汽车基本结构电动汽车由底盘、车身、蓄电池组、电动机、控制器和辅助设施蓄电池六部分组成。由于电动机具有良好的牵引特性，因此蓄电池汽车的传动系统不需要离合器和变速器。车速控制由控制器通过调速系统改变电动机的转速即可实现。2.2优点无污染、噪声小电动汽车无内燃机汽车工作时产生的废气，不产生排气污染，对环境保护和空气的洁净是十分有益的，几乎是“零污染”。众所周知，内燃机汽车废气中CO、HC及NOX、微粒、臭气等污染物形成酸雨酸雾及光化学烟雾。电动汽车无内燃机产生的噪声，电动机的噪声也较内燃机小。噪声对人的听觉、神经、心血管、消化、内分泌、免疫

11、系统也是有危害的。简单结构，维修方便 图表 1 纯电动汽车原理图图表 2 纯电动汽车原理图电动汽车的困难是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。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。电动汽车较内燃机汽车结构简单，运转、传动部件少，维修保养工作量小。当采用交流感应电动机时，电机无需保养维护，更重要的是电动汽车易操纵 能量转换效率高同时可回收制动、下坡时的能量，提高能量的利用效率； 电动汽车的研究表明，其能源效率已超过汽油

12、机汽车。特别是在城市运行，汽车走走停停，行驶速度不高，电动汽车更加适宜。电动汽车停止时不消耗电量，在制动过程中，电动机可自动转化为发电机，实现制动减速时能量的再利用。有些研究表明，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。 平抑电网的峰谷差可在夜间利用电网的廉价“谷电”进行充电，起到平抑电网的峰谷差的作用。 电动汽车的应用可有效地减少对石油资源的依赖，可将有限的石油用于更重要的方面。向蓄电池充电的电力可以由煤炭、天然气、水力、核能、太阳能、风力、潮汐等能源转化。除此之外，如果夜

13、间向蓄电池充电，还可以避开用电高峰，有利于电网均衡负荷，减少费用2.3 面临的问题电动汽车的困难是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。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。2.4 能量管理技术蓄电池是电动汽车的储能动力源。电动汽车要获得非常好的动力特性，必须具有比能量高、使用寿命长、比功率大的蓄电池作为动力源。而要使电动汽车具有良好的工作性能，就必须对蓄电池进行系统管理。 能量管理系统是电动汽车的智能核心。一辆设计优

14、良的电动汽车，除了有良好的机械性能、电驱动性能、选择适当的能量源(即电池)外，还应该有一套协调各个功能部分工作的能量管理系统，它的作用是检测单个电池或电池组的荷电状态，并根据各种传感信息，包括力、加减速命令、行驶路况、蓄电池工况、环境温度等，合理地调配和使用有限的车载能量；它还能够根据电池组的使用情况和充放电历史选择最佳充电方式，以尽可能延长电池的寿命。2.5 发展分析 电池是电动汽车发展的首要关键，汽车动力电池难在 “低成本要求”、“高容量要求”及“高安全要求”等三个要求上。要想在较大范围内应用电动汽车，要依靠先进的蓄电池经过10多年的筛选，现在普遍看好的氢镍电池，铁电池，锂离子和锂聚合物电

15、池。氢镍电池单位重量储存能量比铅酸电池多一倍，其它性能也都优于铅酸电池。但目前价格为铅酸电池的4-5倍，正在大力攻关让它降下来。铁电池采用的是资源丰富、价格低廉的铁元素材料，成本得到大幅度降低，也有厂家采用。锂是最轻、化学特性十分活泼的金属，锂离子电池单位重量储能为铅酸电池的3倍，锂聚合物电池为4倍，而且锂资源较丰富，价格也不很贵，是很有希望的电池。中国在镍氢电池和锂离子电池的产业化开发方面均取得了快速的发展。电动汽车其他有关的技术，近年都有巨大的进步，如：交流感应电机及其控制，稀土永磁无刷电机及其控制，电池和整车能量管理系统，智能及快速充电技术，低阻力轮胎，轻量和低风阻车身，制动能量回收等等

16、，这些技术的进步使电动汽车日见完善和走向实用化。我国大城市的大气污染已不能忽视，汽车排放是主要污染源之一，中国已有10个城市被列入全球大气污染最严重的20个城市之中。中国现今人均汽车是每1000人平均10辆汽车，但石油资源不足，每年已进口几千万吨石油，随着经济的发展，假如中国人均汽车持有量达到现在全球水平-每1000人有110辆汽车，中国汽车持有量将成10倍地增加，石油进口就成为大问题。因此在中国研究发展电动汽车不是一个临时的短期措施，而是意义重大的、长远的战略考虑。第3章 混合动力汽车（HEV）3.1 概述 混合动力汽车是指由两种或两种以上的储能器,能源或转换器作驱动能源(其中至少有一种提供

17、电能)的汽车。混合动力汽车（HEV）比传统汽车增加了由电池、电机等组成的电力驱动（或发电）系统。目前我们通常提到的混合动力汽车HEV是由辅助动力单元配合电动机驱动的电动汽车。辅助动力单元一般是小型发动机或动力发电机组。混合动力装置既能发挥发动机持久工作、动力性能好的优点,又可以发挥电动机无污染、低噪声的优点,二者取长补短,汽车的热效率可提高10%以上;同时废气排放可降低30%以上。3.2 优势与纯电动汽车对比,HEV电池容量小、整车重量轻,汽车的续驶里程和动力性可达到内燃排放;通过电机回收汽车减速和制动时的能量,可进一步降低能耗和排放。与目前的普通汽车相比,混合动力汽车节油效率可以达到25%一

18、40%,尾气排放比先进柴油车更为清洁。但是,混合动力汽车价格目前较高,在当前技术条件下,其成、本比同类汽车高30%左右。混合动力汽车目前处于商业化初始阶段,2005年混合动力汽车在美国销售20.5万辆,占美国汽车总销量的1.2%。3.3 混合动力系统混合动力汽车的关键是混合动力系统，它的性能直接关系到混合动力汽车整车性能。经过十多年的发展，混合动力系统总成已从原来发动机与电机离散结构向发动机电机和变速箱一体化结构发展，即集成化混合动力总成系统3.4 分类混合动力总成以动力传输路线分类，可分为串联式、并联式和混联式等三种。 串联式动力：串联式动力由发动机、发电机和电动机三部分动力总成组成，它们之

19、间用串联方式组成SHEV动力单元系统，发动机驱动发电机发电，电能通过控制器输送到电池或电动机，由电动机通过变速机构驱动汽车。小负荷时由电池驱动电动机驱动车轮，大负荷时由发动机带动发电机发电驱动电动机。当车辆处于启动、加速、爬坡工况况时，发动机、电动机组和电池组共同向电动机提供电能；当电动车处于低速、滑行、怠速的工况时，则由电池组驱动电动机，当电池组缺电时则由发动机-发电机组向电池组充电。串联式结构适用于城市内频繁起步和低速运行工况，可以将发动机调整在最佳工况点附近稳定运转，通过调整电池和电动机的输出来达到调整车速的目的。使发动机避免了怠速和低速运转的工况，从而提高了发动机的效率，减少了废气排放

20、。但是它的缺点是能量几经转换，机械效率较低。并联式动力：并联式装置的发动机和电动机共同驱动汽车，发动机与电动机分属两套系统，可以分别独立地向汽车传动系提供扭矩，在不同的路面上既可以共同驱动又可以单独驱动。当汽车加速爬坡时，电动机和发动机能够同时向传动机构提供动力，一旦汽车车速达到巡航速度，汽车将仅仅依靠发动机维持该速度。电动机既可以作电动机又可以作发电机使用，又称为电动发电机组。由于没有单独的发电机，发动机可以直接通过传动机构驱动车轮，这种装置更接近传统的汽车驱动系统，机械效率损耗与普通汽车差不多，得到比较广泛的应用。 混联式动力：混联式装置包含了串联式和并联式的特点。动力系统包括发动机、发电

21、机和电动机，根据助力装置不同，它又分为发动机为主和电机为主两种。以发动机为主的形式中，发动机作为主动力源，电机为辅助动力源；以电机为主的形式中，发动机作为辅助动力源，电机为主动力源。该结构的优点是控制方便，缺点是结构比较复杂。丰田的Prius属于以电机为主的形式。混合动力源电动车按照能量合成的的形式主要分为串联式(SHEV）和并联式（PHEV）两种。 串联式动力由发动机、发电机和电动机三部分动力总成组成，它们之间用串联的方式组成SHEV的动力单元系统。负荷小时由电池驱动电动机带动车轮转动，负荷大时则由发动机带动发电机发电驱动电动机。当电动车处如启动、加速、爬坡的工况时，发动机-电动机组和电池组

22、共同向电动机提供电能；当电动车处低速、滑行、怠速的工况时，则由电池组驱动电动机，由发动机-发电机组向电池组充电。这种串联式电动车不管在什么工况下，最终都要由电动机来驱动车轮。例如福特“新能级2010”SHEV，其电池采用燃料电池，在城市市区行驶时全部由燃料电池驱动电动机，电动机通过减速器（变速器）和驱动桥驱动车轮，达到了“零排放”要求。当高速及爬坡时，则由发动机-电动机组和燃料电池组共同向电动机供电，驱动车轮。 并联式装置的发动机和电动机以机械能叠加的方式驱动汽车，发动机与电动机分属两套系统，可以分别独立地向汽车传动系提供扭矩，在不同的路面上既可以共同驱动又可以单独驱动。电动机既可以作电动机又

23、可以作发电机使用，又称为电动发电机组。由于没有单独的发电机，发动机可以直接通过传动机构驱动车轮，因此该装置更接近传统的汽车驱动系统，得到比较广泛的应用。例如大众汽车公司的高尔夫PHEV，发动机通过离合器带动电动发电机，输出扭力再通过另一边离合器驱动车辆行驶。静止启动时，电池向电动发电机供电，此时电动发电机就是发动机的起动机。发动机启动后，发动机一方面作为车辆单独的动力源驱动车轮，另一方面又带动电动发电机发电向电池充电，此时与传统汽车一样。在市区行驶时，发动机关闭，离合器脱开，离合器接合，电池做为唯一能源向电动机供电，由电动机取代发动机驱动车轮。当电动车需要高速或高负荷时，发动机启动离合器闭合，

24、发动机与电动发电机系统组成复合驱动形式，以最大功率驱动车辆。 混合动力汽车在发达国家已经日益成熟，有些已经进入实用阶段。由于构造复杂，成本较高，在电动汽车时代到来之前，混合动力型汽车只是一种过渡产品。3.5 发展分析就目前的形势来看，混合动力电动车拥有的特点是混合动力电动汽车具备了良好的动力性能、良好的燃油经济性、清洁环保、经济实用，但为了达到提高车辆的动力性、经济性和环保性, 就需要采用当代最先进的内燃机技术深入分析低油耗特性； 选择比功率、比能量和效率最高、扭矩密度最大的电机, 研究它的低速大转矩、效率和再生制动能量回馈性能； 经过周密分析和试验研究特性, 最佳选择各自高性能区段的组合与叠

25、加。另一方面，混合动力汽车成本过高绝对是目前混合动力电动汽车推广应用的主要难点, 这是因为混合动力汽车除了以往的动力装置外, 至少还必须安装电池, 其成本不可能降至普通汽车的水准。因此, 混合动力汽车技术发展的首要难题是降低成本, 这也是今后有待解决的最大课题, 特别是必须降低动力电池、电机驱动系统、电子控制系统等的成本。还有，要提高汽车行驶过程中的能量再生利用效率，.就得从汽车制造阶段着手, 设计改进汽车动力系统, 满足汽车再生制动回收要求，加强混合动力电动汽车的可靠性, 解决动力电池的使用寿命和可靠性问题, 是混合动力电动汽车推广应用的前提。 但是在国际能源紧缺，混合动力可以很好的节省汽车

26、行进过程中减速、下坡过程的能量消耗，同时其排量低、污染小，也是未来汽车发展的必然趋势。第4章 液压混合动力汽车(HHV)4.1 概述在以柴油、汽油、天燃气等为燃料的发动机动力汽车上，或在以电池电动机为动力的纯电动汽车上，增加一套液压混合动力系统，即构成液压混合动力汽车。众所周知,液压元件和系统具有很高的功率密度,比较液压蓄能器、飞轮和蓄电池这三种储能元件的功率密度,液压蓄能器为1000W/kg、飞轮为700W/kg、镍氢蓄电池170W/kg。液压蓄能器的功率密度在三者中最大,其充放能量速度要比蓄电池快得多。发动机动力 + 液压动力 = 液压混合动力汽车（HHV-YF），节能20%以上，减排以上

27、，消除起步黑烟。 电动机动力 + 液压动力 = 液电混合纯电动汽车（HHV-YD），减少起步电流与充电电流、提高电池寿命、增加续驶里程。液压混合动力汽车HHV,是利用液压蓄能器大功率密度和快速充放能量的特点,在大中型运输车辆或是城市公交车辆上,配置带液压能量再生装置,与发动机动力传动系相混合组成的多能源动力驱动车辆。液压混合动力车辆可以充分地利用刹车能量的71%进行再启动和加速,在频繁刹车和启动的路况,将明显地改善车辆启动时黑烟的排放、降低油耗、提高车辆加速和减速特性,延长刹车装置的寿命。同时还可减少车辆总能量的需求,与混合动力电动车相比于液压混合动力车辆不仅可以实现在短时间内的大功率刹车能量

28、回收和释放,达到40%的节油标,而且在成本价格、技术成熟、工作可靠及便于维护等方面均占有较大的优势。近几年来,液压混合动力车辆重新引起人们的注意。4.2 分类按照动力驱动方式分类,液压混合动力车辆摹本上有三种动力传动方式,即串联、并联和混联。目前,串联式液压混合动力汽车正处于实验室研究阶段。而并联式液压混合动力汽车技术成熟、结构简单、制造成本低廉,可以说液压混合动力车首先是从并联车型开始发展起来的。并联式液压混合动力车与传统车不同的工作过程,表现在刹车减速和启动加速两个方面。车辆启动(含冷启动)和加速时,先轻踏油门踏板、油门踏板角度处在仅使用液压能量再生系统的区域。在液压混合动力汽车领域,我国

29、已有数家单位的样车通过了产品性能测试和试验,效果明显。其技术在许多方面比混合动力电动车更为成熟可靠,在一些电动车关键技术尚不能解决的今天,液压混合动力车有很好的应用前景。尤其是对于城市公交车,无论是并联还是串联,液压混合动力车都将会充分发挥出其技术优势。4.3 工作原理液压混合动力系统工作原理 城市内行驶的车辆（特别是公交车、邮政车、环卫车等） ，始 终处于频繁的缓速、制动、起步、加速等交变工况下运行。 静止车辆起步时要克服地面及传动系统的静摩擦，需更多的 能量；运动车辆在缓速、制动时又要将动能向热能（制动器的摩 擦热）转换并通过损耗热能来实现，浪费了许多能量。 以公交车为例：12 米长、满载

30、乘客时 16 吨重、车速为 35 公 里/小时的公交车运行时，理论动能约为 756KJ,按柴油热值折算 为 20ml 柴油。如公交车平均每天运营 240 公里、平均每次有效缓 速停车间隔 300 米（指进站、红灯及其它情况下的缓速停车）来 计算，则平均每天有效缓速停车的次数为 800 次，平均每天有效 缓速停车的动能损耗折算成柴油为 16 升， 每百公里平均的缓速停 车动能损耗折算成柴油约为 6.7 升。如按公交车百公里平均油耗 35 升计算，则有效缓速停车的动能损耗占总油耗的 20%。再以上 海为例：全市约 18000 辆公交车，平均每车每天运营 240 公里， 平均每天的缓速停车动能损耗折

31、算成柴油为 288000 升（约 240 吨） 。以此类推，全国每天公交车缓速动能的损耗折算成柴油超过 万吨。另外，按二氧化碳排放指数换算，每升柴油相当于 2.7 公 斤二氧化碳，全国每天公交车缓速动能的损耗换算成二氧化碳也 超过万吨。 城市内行驶车辆的缓速停车动能回收与利用，对我国的节能 减排，有着重要的意义。车辆液压混合动力系统便具备了这样的 功能。 车辆液压混合动力系统，是将车辆缓速停车动能以压力能的 形式回收至液压蓄能器中，在车辆起步时，释放液压蓄能器中的 压力能，转化成液压动力，驱动车辆完成起步过程。4.4发展分析液压混合动 力系统具有如下优点： 1） 缓速停车动能回收过程为物理过程

32、，回收速度快、效率 高、节能率高（最高可达 30%以上） ； 2） 结构简单、成本低、寿命长(总重小于 300 公斤，成本 小于 3 万元)； 3） 起步时发动机不参与驱动，消除了发动机起步黑烟，其 减排效果也十分明显； 4） 独立的工作系统，在不改变车辆结构的情况下安装，因 此还可以实现旧车加装。 5） 应用领域广泛。除公交车外，在出租车、邮政车、环卫 车、叉车、起重机械等，也有其节能减排的应用空间。第5章 燃料电池汽车(FCEV)5.1概述燃料电池汽车PCEV,是近年来发展起来的一种以清洁燃料为燃料、无C02和有害气体排放的新型环保汽车。因此,从能源的利用和环境保护方面来说,燃料电池汽车是

33、一种理想的无污染汽车。近年来,燃料电池汽车的迅猛发展和商业化的推进席卷了整个世界,其高效节能、零排放或接近零排放的良好环境性能,使之成为当今世界能源和交通领域开发的热点。随着国际各大汽车生产商和石油巨头的积极参与,从资金到技术的大力投入,燃料电池汽车已经进入商业化阶段。燃料电池汽车将引发汽车工业的革命,最终取代传统内燃机车成为主流。目前，所有领先的汽车制造厂都在积极开发燃料电池发动机技术，并且许多国家在燃料电池的研究方面取得了可喜的成绩。如今，燃料电池的功率密度已超过1.1kW/L。同时，燃料电池还可用于固定式、便携式和船用动力等非运输车应用环境。这些开发项目所生成的协同作用将加快燃料电池在所

34、有应用领域中的开发进程，并将大幅度降低燃料电池的生产成本。 燃料电池技术虽已取得快速发展，但要使其装载使用达到规模，仍有一些难题需要解决，例如氢的制取、储存及携带成本高、基础设施建设投资大等。当前研究和开发工作的重点是降低成本和开发大规模制造工艺。随着燃料电池的体积功率和质量功率的逐步提高，生产成本的不断降低，制造材料和工艺的进一步改进和完善，以燃料电池作动力的汽车将会得到广泛使用。5.2 工作原理燃料电池汽车的工作原理是，使作为燃料的氢在汽车搭载的燃料电池中，与大气中的氧发生化学反应，从而产生出电能启动电动机，进而驱动汽车。甲醇、天然气和汽油也可以替代氢（从这些物质里间接地提取氢），不过将会

35、产生极度少的二氧化碳和氮氧化物。但总的来说，这类化学反应除了电能就只产生水。因此燃料电池车被称为“地道的环保车”。近几年来，燃料电车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 图表 3工作原理图范项目。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。我国的燃料电池研究始于1958

36、年,经过多年的积累与发展;已初步形成了一支学科专业较为齐全的研究与开发队伍,研究条件明显改善。尤其在PEMFC方面;总体水平与先进国家的差距正在缩小。FCEV是一种地面车辆，仍然保留了车辆的行驶系统、悬挂系统、转向系统和制动系统等。5.3 FCEV总布置形式FCEV是以电力驱动为惟一的驱动模式，其电气化和自动化的程度大大高于内燃机汽车，早期用内燃机汽车底盘改装的FCEV，在汽车底盘上布置了氢气储存罐或甲醇改质系统，燃料电池发动机系统，电气控制系统和电机驱动系统等总成和装置，在进行总布置时受到一些局限。 燃料电池新研发的FCEV采用了滑板式底盘，将FCEV的氢气储存罐和供应系统、燃料电池发动机系

37、统、电能转换系统、电机驱动系统、转向系统和制动系统等，统统装在一个滑板式的底盘中，在底盘上部可以布置不同用途的车身和个性化造型的车身。采用多种现代技术，以计算机控制为核心和电子控制的“线传”系统（Control-by-wire），CAN总线系统等，使新型燃料电池电动车辆进入一个全新的时代。5.4结构布置直接供氢的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

38、氢气的技术已十分成熟，甲醇为液体燃料，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。5.5优点与传统汽车相比，燃料电池汽车具有以下优点： 1、零排放或近似零排放。 2、减少了机油泄漏带来的水污染。 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。5.6发展分析美国20世纪60年代和70年代，美国首先将燃料电池用于航天，作为航天飞机的主要电源。此后，美国等西方各国将燃料电池的研究转向民用发电和作为汽车、潜艇等的动力源。世界各著名汽车公司相继投入较多的人力和物力，开展燃料电池电动汽车

39、的开发研究。在北美，各大汽车公司加入了美国政府支持的国际燃料电池联盟，各公司分别承担相应的任务，生产以新的燃料电池作动力的汽车。美国通用汽车公司在美国能源部的资助下，推出了以质子交换膜燃料电池（PEMFC，也称为离子交换膜燃料电池或固体高聚合物电解质燃料电池）和蓄电池并用提供动力的轿车。美国福特汽车公司现已研制出从汽油中提取氢的新型燃料电池，其燃料效率比内燃机提高1倍，而产生的污染则只有内燃机的5%。加拿大巴拉德(Ballard)汽车公司是PEMFC燃料电池技术领域中的世界先驱公司，自1983年以来，Ballard公司一直从事开发和制造燃料电池。1992年巴拉德公司在政府的支持下，为运输车研制

40、了88kM的PEMFC动力系统，以PEMFC为动力做试验车进行演示。1993年巴拉德公司推出了世界上第一辆运用燃料电池的电动公共汽车样车，装备105kW级PEMFC燃料电池组，能载客20人，对于一般城市公共汽车，采用碳吸附系统储备气态H2即可连续运行480km。目前，Ballard燃料电池的体积功率已达到1kW/L的目标。日本在日本燃料电池系统发展中丰田公司处于领先地位。丰田的目标是开发能量转换效率达到传统汽油机2.5倍的燃料电池，且能和现用的汽（柴）油汽车一样方便地添加燃料。日本还在1981年开发了熔融碳酸盐燃料电池（MCFC），随后又研制了磷酸燃料电池（PAFC），1992年又开发了比功率

41、高、工作温度低、结构紧凑和安全可靠的质子交换膜燃料电池（PEMFC）。 德国德国奔驰公司和西门子公司合作于1996年推出了装有PEMFC的NECARll小客车。2009年，德国主要的汽车和能源公司就与政府联合启动了“H2MobilityInitiative”计划。按照计划，德国将在2015年建成1000个加氢站，开始实现燃料电池动力汽车的大规模商业化，到2020年将有100万辆电动车和50万辆燃料电池汽车投入使用。 2011年1月，奔驰公司研发的3辆燃料电池原型车，横跨4大洲、14个国家，完成绕地球行驶1周的创举。此外，奔驰在德国还有36辆氢燃料电池大巴，已收集到200万千米的运行数据，目前的

42、氢料燃大巴比早期的燃料消耗降低了50%，性能和行驶里程均显著提高。 法国 开发出使用“运程”燃料电池的电动汽车“Fever”，它以低温储存的氢和空气作燃料，发电功率达20kW，电压为90V，且采用先进的电子控制系统对电力系统进行控制，并把制动时产生的能量储存在蓄电池里，以备汽车起动或加速时使用。英国1992年成立了国家燃料电池开发中心。英国燃料电池技术的开发重点在燃料供应、重整炉、气体净化和空气压缩等方面。质子交换膜燃料电池的研究重点是改善催化材料的性能并探索铂(Pt)催化剂的涂覆方法，降低铂(Pt)含量，提高铂(Pt)利用率和耐受CO的允许值。 韩国 韩国现代已经推出第三代燃料电池电动车ix

43、35。ix35完全由氢燃料电池驱动，这款零排放SUV是在2010年由200多名设计师在韩国现代的燃料电池研发中心设计完成。 中国 在中国，燃料电池汽车是“十五”期间全国12个重大研究专项之一。其中，质子膜关键技术被列为山东省第一号科技攻关项目，取得了重大突破。辽宁新源动力股份有限公司承接国家“863”重大科研项目，研制了200KW、110KW、60KW、30KW、10KW、5KW燃料电池系统、燃料电池电站、便携式电源等产品。在“十一五”期间，中国将继续加大对燃料电池汽车的研发投入，推动核心技术产业化。 2008年奥运会，23辆燃料电池汽车示范运行7.6万公里。到了2010年世博会，这个数字上升

44、到196辆和91万公里。2012年3月两会期间，科技部电动汽车重大项目管理办公室副主任甄子健认为，燃料电池汽车在5到10年后，将可以像近两年的电动汽车一样，通过示范运行进入商业化销售阶段。第6章 新能源汽车的发展形式分析6.1 概述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