任务一　了解新能源汽车

一、新能源汽车的定义

新能源汽车的定义：新能源汽车英文为NewEnergyVehicles，因国家不同其提法也不相同。在日本通常被称为“低公害汽车”，2001年日本国土交通省、环境省和经济产业省制定了“低公害车开发普及行动计划”。该计划所指的低公害车包括5类，即：以天然气为燃料的汽车、混合动力汽车、电动汽车、以甲醇为燃料的汽车、排污和燃效限制标准最严格的清洁汽油汽车。

在美国通常将新能源汽车称为“代用燃料汽车”。

我国2009年7月1日正式实施了《新能源汽车生产企业及产品准入管理规则》。此规则明确指出：新能源汽车是指采用非常规的车用燃料作为动力来源（或使用常规的车用燃料、采用新型车载动力装置），综合车辆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，包括纯电动汽车（EV，包括太阳能汽车）、混合动力汽车（HEV）、燃料电池电动汽车（FCEV）及其他新能源（如超级电容器、飞轮等高效储能器）汽车等。非常规的车用燃料指除汽油、柴油、天然气（CNG）、液化石油气（LPG）、乙醇汽油（EG）、甲醇、二甲醚之外的燃料。

二、新能源汽车前景

在人类历史长河中，已经经历了两次交通能源动力系统变革，每一次变革都给人类的生产和生活带来了巨大变化，同时也成就了先导国或地区的经济腾飞。第一次变革发生在18世纪60年代，以蒸汽机技术诞生为主要标志，是煤和蒸汽机使人类社会生产力获得极大的提升，开创了人类的工业经济和工业文明，从而引发了欧洲工业革命，使欧洲各国成为当时的世界经济强国。

而第二变革发生在19世纪70年代，石油和内燃机替代了煤和蒸汽机，使世界经济结构由轻工业主导向重工业转变，同时也促成了美国的经济腾飞，并把人类带入了基于石油的经济体系与物质繁荣。

今天，人类再次来到了交通能源动力系统变革的十字路口，第三次变革将是以电力和动力电池（包括燃料电池）替代石油和内燃机，将人类带入清洁能源时代。

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。如果新能源汽车得到快速发展，以2020年中国汽车保有量1.4亿计算，可以节约石油3229万吨，替代石油3110万吨，节约和替代石油共6339万吨，相当于将汽车用油需求削减22.7%。到2030年，新能源汽车的发展将节约石油7306万吨、替代石油9100万吨，节约和替代石油共16406万吨，相当于将汽车石油需求削减41%。届时，生物燃料、燃料电池在汽车石油替代中将发挥重要的作用。

三、新能源汽车简介

新能源汽车根据所用燃料的不同，可以分为以下几大类。

1.纯电动汽车

纯电动汽车就是不使用内燃机而是用电动机作为驱动装置的汽车，其英文缩写为EV即ElectricVehicle。图1-1为北汽EV200纯电动汽车。

纯电动汽车以电池作为动力，其优点如下：

①没有尾气污染。

②噪声很低。

③行驶平稳、乘坐舒适。

④安全性高。

⑤驾驶简单轻便。

⑥可使用多种能源，机械结构多样化等。

其缺点如下：

①低的电池能量密度。

②过重的电池组。

③有限的续驶里程与汽车动力性能。

④电池组昂贵的价格及有限的循环寿命。

⑤汽车附件的使用受到限制。

2.混合动力汽车

混合动力汽车是指拥有至少两种动力源，使用其中一种或多种动力源提供部分或者全部动力的车辆，车辆的行驶功率依据实际的车辆行驶状态由单个驱动系统单独或多个驱动系统共同提供。

目前的实际情况，混合动力汽车多采用发动机和电动机作为动力源，通过混合使用热能和电力两套系统开动汽车。图1-2为丰田普锐斯二代混合动力汽车。

混合动力汽车介于纯电动汽车和传统汽车之间，相对来说具有以下优点：

①采用混合动力后可按平均需用的功率来确定内燃机的最大功率，此时处于油耗低、污染少的最优工况下工作。需要大功率内燃机功率不足时，由电池来补充；负荷少时，富余的功率可发电给电池充电，由于内燃机可持续工作，电池又可以不断得到充电，故其行程和普通汽车一样。

②因为有了电池，可以十分方便地回收制动时、下坡时、怠速时的能量。

③在繁华市区，可关停内燃机，由电池单独驱动，实现“零”排放。

④内燃机可以解决耗能大的制冷、取暖、除霜等纯电动汽车遇到的难题。

⑤可以利用现有的加油站加油，不必再投资。

⑥可让电池保持在良好的工作状态，不发生过充、过放，延长其使用寿命，降低成本。

缺点如下：

①技术不成熟，相关产品定价过高，电动机和内燃机两套动力系统的造价远比一套动力系统的成本高。

②长时间高速或匀速行驶不省油。

3.燃料电池汽车

燃料电池电动汽车是利用氢气和空气中的氧在催化剂的作用下在燃料电池中经电化学反应产生电能，并作为主要动力源驱动的汽车。

燃料电池电动汽车实质上是电动汽车的一种，在车身、动力传动系统、控制系统等方面，燃料电池电动汽车同普通电动汽车基本相同，主要区别在于动力电池的工作原理不同。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讲，燃料电池汽车是一种理想的车辆。图1-3所示为本田氢燃料电池汽车。

燃料电池汽车与传统汽车相比优点如下：

①能量转化效率高。燃料电池的能量转换效率可高达60%～80%，为内燃机的2～3倍。

②零排放，不污染环境。燃料电池的燃料是氢和氧，生成物是清洁的水。

③氢燃料来源广泛，可以从可再生能源获得，不依赖石油燃料。

燃料电池汽车的缺点如下：

①燃料电池造价较高。

②反应和启动性能稍差；启动速度尚不及发动机。

③碳氢燃料无法直接利用；除甲醇外，其他的碳氢化合物均需要通过转化器、一氧化碳氧化器处理产生纯氢气后，方可供燃料电池使用。

④氢燃料基础建设不足。

4.气体燃料汽车

气体燃料汽车主要包括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）和液化石油气汽车（LPGV）。

气体燃料汽车的优点：

①成分单一、纯度高，与空气混合均匀，燃烧完全。

②CO和微粒的排放量较低，燃烧温度低，NOx排放较少。

③稀燃特性优越，低温启动及低温运转性能好。

气体燃料汽车的缺点：

①储运性能比液体燃料差。

②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（见图1-4），即一个汽油或柴油燃料系统和一个CNG或LPG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。最有代表性的是康明斯公司与美国能源部合作开发的名为“先进往复式发动机系统”的新一代天然气发动机，根据开发目标，该发动机的热效率达50%，NOx排放量低于0.1g/km，维护费用低于0.01美元/（kW·h），在满足这些目标的同时，发动机仍具有较高的可靠性。

5.氢燃料汽车

氢是清洁燃料，采用氢气作为汽车燃料，只需将常规火花塞点火式发动机略加改动，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。氢气也可以加入到其他燃料（如CNG）中，用于提高效率和减少NO2的排放。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。宝马汽车公司一直致力于氢发动机的研制，开发出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。氢燃料汽车目前在世界上应用的还比较少，氢气的大量制造与储存仍处于研发阶段，但其前景十分的美好，是未来汽车的发展方向。图1-5为雷克萨斯氢燃料汽车。

6.醇类汽车

醇类汽车是以甲醇、乙醇等醇类物质为燃料的汽车，使用比较广泛的燃料是乙醇，因为乙醇来源广泛，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机相当的功率，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。乙醇燃料的理论空燃比低，对发动机进气系统的要求不高。辛皖值高，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。图1-6所示为吉利海景甲醇汽车。

7.太阳能汽车

太阳能属于清洁能源，绿色环保，它具有许多优点：太阳能是一种巨大的能源，每天到达地球表面的太阳辐射能大约相当于215亿万桶石油，太阳能可以再生；在工业越来越发达而环境污染越来越严重的今天，太阳能却是清洁能源；太阳能可以在当地取得，大大节省了在使用矿物燃料时所需的运输费用。对太阳能的直接利用，代表了人类文明发展的新水平，有利于人类社会的可持续发展。因此太阳能电动车被人类称之为“未来汽车”。

但是太阳能能量的大小随着时间的变化，天气情况和地理位置的不同而变化。在北美洲，明亮晴朗的下午太阳能密度将在大约1000W/m2，但是在早上和晚上或者天空阴暗的时候，太阳能密度将降至0W/m2。

另外太阳能是一种低密度、间歇性能源，这就对太阳能的收集与应用提出了更高的要求，成本问题也是太阳能推广应用中的重要障碍之一。同时，太阳能应用是一门综合性的科学技术，因为受到各种条件的限制，目前还有许多课题等待解决。总的来说，需要解决三个问题：提高太阳能的收集效率与集光比的问题；降低太阳能应用装置成本与提高使用寿命的问题；解决低成本、高效率的储能手段问题。

太阳能汽车由于其零污染、能源丰富，代表了汽车发展的新水平，和传统汽车不同，太阳能汽车已经没有发动机、底盘、驱动、变速器等构件，而是由电池板、储电器和电动机组成，但因其造价昂贵、动力受太阳照射时间限制及承载能力差等特点而无法普及。图1-7所示为纯太阳能动力汽车。

新能源汽车是正在发展中的车种，各类新能源汽车的技术状态，还不是十分的完善，除了油电混合动力汽车，其他类的新能源汽车还不够普及，目前市场上主要新能源汽车的特点如表1-1所示。