新型能源汽车的发展现状

来源:荣格国际汽车设计及制造    关键词:bv1946韦德, , bv1946韦德技术,    发布时间:2019-09-05

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一、前言

人类生存环境的严重污染,已严重威胁到人类的生存,为此改变环境污染已成为当前各国政府及人民共同奋斗的目标。工业革命以来,为了解决生活的快节奏需求,德国人发明了汽车,目前全世界已拥有了10亿辆以上的各种类型的汽车,汽车的大量、频繁使用,既要消耗大量不可再生的石化资源,又会给人带来不可避免的大气污染。为了解决石油资源的大量消耗和应用燃油汽车带来的大气污染等问题,新型能源汽车脱颖而出。
 
 
二、新型能源汽车的种类

目前已研究成功的有利用电能的电动汽车,利用太阳能作为动力的太阳能汽车,还有其他燃料做动力的天然气、液化石油气、生物基燃料(甲醇、乙醇汽油及乳化柴油)、氢气汽车等,以及两种能源形式共用的混合动力汽车。目前这些汽车,各有各的优缺点,发展的快慢也各有不同。

1、天然气汽车
 作为一种清洁能源汽车,它与燃用汽油相比时,天然气的辛烷值为130(研究法),其压缩比可以比汽油车提高2-4个单位,压缩比高,热效率高,就比较省油。除此之外,天然气和空气混合要比汽油好,很容易做到混合均匀,也可以达到提高燃烧效率的目的。相比之下,燃天然气会比燃汽油更为节省一些燃料的消耗。

其次从自燃温度来看,天然气为650-680℃,汽油为220-410℃,柴油为200-300℃,天然气难于燃烧。

从着火极限来看,天然气为5-15%,汽油为1.3-7.6%,天然气比空气轻,要达到天然气的点燃温度要比汽油难得多。就此而言,天然气与汽油来比其安全性要比汽油作为动力的汽车好的多。

但天然气汽车也有一些需要改进的缺点。其一,是目前的天然气汽车的的动力性能较差,行驶里程较短。其二,是制造天然气的储气瓶要比制造汽车的油箱复杂严格的得多(特别是防爆性,抗压,密封性要求较高),成本也高。尽管如此,由于天然气比汽油价格低,比较环保(低排放量)和安全可靠等原因,这种汽车已在40多个国家得到了应用,在我国目前已有油-气两用车在一些大城市中应用。
 2、液化石油气汽车(也叫LPG型汽车)
 这是一种用液化石油气与空气混合后,形成一种质量优于汽油与空气混合后的混合气,其燃烧效率明显高于汽油。并且这种液化石油气的汽车的尾气排放也比汽油机动汽车的尾气排放要好(较环保)所以也有一定的应用。
3、生物基燃料汽车(简称M燃料--甲醇燃料、E燃料--乙醇燃料及乳化柴油等) 
它是在汽油中加入一定的甲醇或乙醇所配成的混合燃料,即M燃料或E燃料。
 甲醇和乙醇的来源很广,甲醇可由煤、天然气、可再生资源、分类垃圾中制取。乙醇可从含糖、淀粉及农作物中提取,也可从甘蔗渣、玉米、草杆等植物中提取。
 甲醇、乙醇均属有机化合物,无色透明,是易挥发的液体,与汽车相比,其热值低,汽化潜热高、抗爆性性好,具有含氧量高特点,它可用于高压缩比的汽车。

甲、乙醇燃料具有以下特点:

(1)辛烷值高
 (2)汽化潜热高
 (3)热值低
(4)有一定的腐蚀性
(5)易分层
所以性能好的醇性燃料,必须解决醇、油之间的分层问题,如何保证醇性燃料的均相问题,是醇燃料能否正常应用的首要问题。其次是如何适当地提高热值和减少醇燃料所带来地对设备可能造成的腐蚀,可采用适当的防腐措施以保证醇燃料在燃油机中的正常使用。
 4、氢气汽车,用氢气作为汽车动力来源的汽车。
 氢气汽车的分类可分为以下两种:
(1)按储存的压力和形态,可分为压缩氢气汽车,混合氢气汽车,吸附氢气汽车。
(2)按混合气的形式,可分为空气予混合氢气汽车和缸内直喷式氢气汽车。
 氢气作为燃料的特点: 
(1)沸点很低,为-253℃,常温下为气体,可作为高能燃料。
(2)极易点燃,氢气的最小点火能量仅为汽油的1/3(氢气的点火能量最小可以低到0.020mj)。因此氢气内燃机在工作时,不会熄火,并具有良好的启动性。
(3)自燃温度较高(比天然气和汽油都高),有利于提高内燃机的压缩比,大大提高了氢燃料的热效率并适用于火花塞点火。
 (4)可燃混合气浓度范围很大,有利于氢气在内燃机内实行稀薄燃烧,提高了内燃机的经济性。同时,可降低最高的燃烧温度,较大幅度降低了VOC排放量。氢气内燃机在工作时除了有水排放,不会产生CO和HC化合物,在稀薄燃烧时仅有少量的NOx排放,所以利用氢气做燃料与汽油相比更环保。
 (5)燃烧速度快,其火焰传播速度为2.91m/s,是汽油的7.72倍,抗爆性、热效率都比一般汽油要好。
 (6)在空气中的扩散系数很大,是汽油的12倍,氢气比汽油更容易与空气混合,形成均匀的混合气。但高的扩散系数对氢气的储存和防止泄漏不利,另外氢气还对一些金属会造成氢脆,所以对氢气的储存和防止泄漏是在氢气内燃机车辆必须解决的一个难题。
 (7)密度很低,在常温常压下其密度仅为天然气的1/8,所以对行驶汽车用的储氢罐就要比一般燃料大得多。
 氢气的储存大概有以下几个不同的形式:
 (1)低温吸附法(是物理液态储氢法),但成本较高。
(2)金属氢化物分解。(可采用低于吸入压力或高于吸入温度的情况下,使金属氢化物去释放氢气,通过供气装置给发动机)
 (3)宝马采用储氢箱。
(4)纳米碳纤维储氢技术。
(5)德国的氢气转换技术。
5、电动汽车(根据专家分析,这将是未来汽车主要的发展方向之一)
 电动车的几种不同类型:
(1)纯电动汽车,它是完全依靠蓄电池提供电能,通过电动机和驱动系统使汽车行驶。
(2)混合动力电动车(PHEV),目前以油-电型为主,在这种汽车里既有发动机(靠燃油提供能量给发动机及驱动系统,促使汽车行驶)又有电动机(依靠蓄电池为其提供能量,通过电动机驱动系统使汽车行驶),通过发动机或电动机的运行使汽车行驶的汽车叫混合动力汽车。
(3)燃料电池型电动汽车,即采用燃料电池作为电源的一种汽车。 
电动汽车的特征:
(1)结构简单、使用方便。
 (2)可以实现零排放——没有可挥发性有机物的排放,因为它以蓄电池,燃料电池为其提供能源,不使用汽油及柴油,所以可以实现零VOC。
(3)电动汽车的电力来源可以多样化,他可使用蓄电池,也可以使用可再生能源,将其有效的转化为电能。
 (4)噪音小
 电动汽车发展中必要解决的有关问题
蓄电池的好坏,蓄电池的容量大小,行驶里程的长短,使用的寿命的年限,充电是否方便,充电速度的快慢,启动性能(特别是低温下启动性能)的好坏,决定了他使用环境,蓄电池的可靠性的优劣(蓄电池在使用过程中是否会发生故障,故障发生的频率次数,解决故障的办法等)蓄电池的安全性(使用的安全以及生产,报废后的安全以及是否会造成污染)以及蓄电池的价格高低,都极大的影响着电动汽车的开发及应用。

目前蓄电池的品种大概有以下几种:
 (1)铅酸蓄电池Pb/pbo2电池,如天能集团生产的铅硅胶电池(目前有6V.12V.16v.18v.四种,额定容量有5Ah,10Ah,20Ah,30Ah,42Ah,多种),此外还有超威等厂家生产的电动车用电池。 
(2)金属氢化物及镍电池分别是MH/NioOHCd/NioOHZn/NiooH多种,据报导容量60Ah的锌镍电池,比能量为58-78Wh/kg(133-177wh/l)这种电池具有优异的低温放电性,一次充电后可行驶240千米以上。行驶16000千米,估计价格为150-200美元千米每小时,价格还是较高的。
 (3)锂电池,索尼单体圆柱锂电池,直径为67mm长度为410mm,重约3.3kg,电池容量为100A.H比能量为110wh/kg(250wh/h)循环寿命>1200次,自放电率<10%/月。

8个单体锂电池为一组,重量为29kg,体积为440×290×150mm电池容量100A.h,比能量为100w.h/kg(160wh/h)循环寿命大于1200次。12个单体锂电池为一组,重385kg,总能量35kw.h,电压345V,比功率为300W/kg。

(4)其他电池,如钠/硫电池等。 
(5)燃料电池电动(FCEV型),它是一种把燃料氧化的化学能,直接转换为电能的一种电动汽车(它可采用石油、有机化合物、可再生燃料,将其转化为氢,以氢作燃料的燃料电池),由于它有较多的优异功能,所以被人们看作是未来最有发展前途的电动汽车。(详情有专门的论文介绍)
 电动机:
 (1)异步电动机,比直流电动机的价格要高,但它的功率较大,体积小,质量轻,维修方便,调速的范围较宽。此种电动机多应用于大型客车和货车。

(2)永磁式无刷直流电动机,主要用在小型家用轿车上。其优点在同样的输出功率下,体积小,重量轻,功率密度高。其二是电极发热主要集中在定子上,易采用散热设施散热,可靠性高,转子电磁时间常数小,动态性能好。缺点是,它需用稀土永磁材料,制造工艺复杂,成本高,价格昂贵。在过载情况下,容易导致永磁材料磁性衰减,所以在应用时要严防过载,要严格控制电流不能超过额定电流。

(3)开关式磁阻电动机,该机优点是结构简单,效率高,响应速度快,可靠性好,制造成本低。缺点是双凸极工作,造成转矩脉动,噪音较大。这类电动机常用于旅游观光车和低成本车辆的制造。

注:美国先进电池联合会制定的电动车所用电池的主要目标
注:美国先进电池联合会制定的电动车所用电池的主要目标 
为了解决电动汽车的快速发展问题,不少国家都在大力研发生产超快速的充电技术,新型的电池制造和充电桩的建设,据有关方面报导,以色列研发的汽车专用电池,每次充电5分钟,可以行驶460KW,而且蓄电池的重量比同类型的锂电池还轻。 
英国研发的蓄电池,每次充电8分钟,可以行驶1000KW的快速充电设备,总之,新的技术不断涌现,新型电动汽车的春天,将会在不久的将来会在世界各地不断涌现。
三、总结
 其他新型能源汽车,如太阳能型汽车,生物电池型,纳米燃料电池型汽车,都在研发当中。除此之外,为了进一步地使汽车应用更加方便快捷,智能化技术也在未来汽车制造和应用上大显身手,如智能速度控制技术,无人驾驶汽车等等都已经在新型汽车的生产制造中得到了应用。