第五章 其他类型的新能源汽车

新能源汽车概论,第五章其他类型的新能源汽车,5.1新型电动汽车5.2动势能汽车5.3新型燃料汽车,本章主要内容,5.1新型电动汽车,5.1.1太阳能电动汽车,太阳能汽车是利用太阳能电池将太阳能直接转化为电能，再利用电机驱动汽车的一种新型汽车。,5.1新型电动汽车,5.1.1.1太阳能的转换,太阳能的转换,5.1新型电动汽车,5.1.1.2太阳能汽车的结构及应用,（1）太阳能汽车的结构,太阳能汽车主要由太阳能电池、控制器、电机驱动系统及一些机械装置等组成，具体结构如图。,太阳能汽车的具体结构,5.1新型电动汽车,5.1.1.2太阳能汽车的结构及应用,（2）太阳能汽车的应用,典型实例,5.1新型电动汽车,5.1.2风能电动汽车,（1）风能的转换,风能是太阳能的一种转换形式，是一种重要的自然能源，也是一种储量巨大的、无污染的、永不枯竭的可再生能源。,风能转换与应用情况,5.1新型电动汽车,5.1.2风能电动汽车,（2）风能电动汽车的结构,风能电动汽车通过安装在汽车车头位置、汽车发动机位置上的由风轮、导流板、发电机等组成的筒式高效风力发电装置产生强大电流，提供汽车上的电动机运转、驱动汽车行驶使用。,风能电动汽车的结构,风能电动汽车驱动方式,直接驱动,间接驱动,混合驱动,5.1新型电动汽车,5.1.2风能电动汽车,（3）风能电动汽车典型案列,“风力探测者”如图，是由德国工程师德克吉昂和斯特凡塞默尔研制出的一款轻量型风能电动汽车，车身重量仅约220kg，车内空间足够容纳两名乘员。,“风力探测者”风能电动汽车,5.1新型电动汽车,5.1.3核能汽车,核能主要有两种，即核裂变能和核聚变能。核能有以下优点：,能量密集，功率高，为其他能源所不及。这一特点决定了它的运输量小，可以减缓交通运输压力。,在能量储存方面，核能比太阳能、风能等其他新能源容易储存。,核能比较清洁，不会产生二氧化碳。,核电比火电“经济”。,5.2动势能汽车,5.2.1飞轮电池汽车,（1）飞轮电池的结构原理,飞轮电池由飞轮、电动机、发电机和输入/输出电路共同组成，如图5-8所示。,图5-8飞轮电池的构成,图5-9飞轮电池结构,飞轮是整个电池装置的核心部件，它直接决定了整个装置的储能多少。电力电子变换器通常是由场效应晶体管和绝缘栅场效应晶体管组成的双向逆变器，它们决定了飞轮装置能量输入/输出量的大小。,5.2动势能汽车,5.2.1飞轮电池汽车,（2）飞轮电池的性能,三种典型储能电池的性能比较,5.2动势能汽车,5.2.1飞轮电池汽车,飞轮电池汽车的特点,飞轮电池的比能量比镍氢电池大23倍,既能超快速充电也不存在化学电池的损寿问题，整个电池的使用寿命远长于各种化学电池。,飞轮电池充电快，放电完全，非常适合应用于混合动力车辆中。,无污染，无腐蚀。不存在回收问题,保时捷911GT3混合动力赛车,5.2动势能汽车,5.2.2空气动力汽车,（1）空气动力汽车的国内外研发动态,5.2动势能汽车,5.2.2空气动力汽车,(2)空气动力汽车的基本原理,空气由氮气、氧气及极少量的惰性气体组成，每升质量约1.2g，它具有高度可压缩性，因而气体分子可作为能量载体。空气动力汽车正是利用这一特性，把空气储存二三百个大气压储气罐作为汽车动力源。高压下的气体分子具有“分子排斥能”，就能做功。,空气动力汽车的动力系统,储气罐（瓶、箱等）,气动（风动）马达,管道,控制器,根据动力学能量平衡原理，气体在压缩时为放热过程，反之，气体在膨胀时是吸热过程。空气动力汽车用压缩空气作动力过程中最关键最难解决的问题就是“降温现象”。,5.2动势能汽车,5.2.2空气动力汽车,(3)空气动力汽车的特点,空气动力汽车的特点,空气分子是无处不在的，随时随地可以“调遣”，而且是“取之不尽、用之不竭”的，最简单、最方便、不自燃、不付费，是一种流速比油料快的能源载体。,空气分子是绿色能源，气体分子在压缩膨胀全过程中，没有化学变化，仅仅是气体分子占据空间的缩小，符合绿色能源标准。,空气动力汽车目前实际水平：储气罐容积200300L；储气罐压力200300kg/cm2；一般时速5060km；行驶里程150200km。,利用非常规能源气体发生剂解决压缩空气膨胀做功的降温难题，这是创新能源应用方式的变革。,空气动力汽车的基础装置是高压储气罐和高效气动马达两个关键装置，在人类已能上天入地的高科技时代，耐压几百千克的材料已不在话下，安全措施完全到位。,5.2动势能汽车,5.2.3重力汽车,重力汽车的特征是依靠自身重力驱动行驶的车，实质是通过周期性地改变重心而达到依靠自身重力驱动行驶的目的。利用重力驱动汽车，既无化学燃料的消耗，又能实现零排放。,沃尔沃重力概念汽车,5.3新型燃料汽车,5.3.1醇类燃料汽车,(1)醇类燃料的来源及分类1)醇类燃料的来源甲醇（木醇或木酒精）可以由一氧化碳和氢气合成，为无色透明的液体，高挥发性，易燃，主要由天然气（占78%）、重油（占10%）、液化石油气（占3%）、煤炭（占2%）、油页岩、木材和垃圾等物质提炼而成。乙醇俗称酒精，其工业生产方法主要有发酵法、乙烯水合法等，我国一直以发酵法为主。,2).醇类燃料的分类醇类主要指甲醇（CH3OH）和乙醇（C2H5OH）。它们都是相对分子质量较小的单质，燃烧产物中基本没有碳烟，NOx的排放浓度也很低，是一种低污染性燃料。醇类燃料汽车是指以甲醇汽油、乙醇汽油、甲醇、乙醇为燃料的汽车。其中，以甲醇为燃料的汽车称为甲醇汽车，以乙醇为燃料的汽车称为乙醇汽车。醇类燃料汽车与电动车、天然气汽车一样，都是新能源和清洁代用燃料汽车。,5.3新型燃料汽车,5.3.1醇类燃料汽车,(1)醇类燃料的来源及分类2)醇类燃料的分类,应用分类,掺烧类,纯烧类,改质类,混合燃料法,双供油系统法,熏蒸法,甲醇,乙醇,主要指醇类燃料的改质,优点是发动机可以根据燃料的特点进行改造,纯烧类型,裂解法,蒸汽法,火花塞法,电热塞法,炽热表面法,着火改善法,5.3新型燃料汽车,5.3.1醇类燃料汽车,(2)醇类燃料的主要特性,5.3新型燃料汽车,5.3.1醇类燃料汽车,(3)掺烧车式车用醇类燃料发动机的结构改进,发动机结构改进分类,采用混合燃料法的醇类燃料汽车发动机结构改进,采用熏蒸法的醇类燃料汽车发动机结构改进,双燃料喷射系统的醇类燃料汽车发动机结构改进,在点燃式发动机中掺烧甲醇,车用掺烧乙醇汽油发动机结构改进,在压燃式发动机中掺烧甲醇,5.3新型燃料汽车,5.3.1醇类燃料汽车,(4)用高比例和纯醇类燃料发动机结构的改进,发动机结构改进分类,甲醇点燃式发动机结构改进,醇类燃料的柴油机结构改进,醇类灵活燃料发动机,乙醇汽油发动机结构改进,甲醇改质发动机结构改进,5.3新型燃料汽车,5.3.1醇类燃料汽车,我国甲醇燃料汽车的发展从未停止。,在2008年北美车展上，通用汽车推出了多款E85乙醇燃料车。,近年来，我国越来越多的人开始关注能源短缺与环境压力，乙醇汽油的应用也越来越多。,2000年非洲汽车博览会上，展出过一台空气动力汽车，行驶速度近80km/h，行驶距离近200km，使用成本非常低。,(5)醇类燃料汽车的发展,巴西是全球最早发展乙醇汽车的国家。根据巴西法律规定，巴西所有加油站出售的汽油也必须添加25%的乙醇燃料。,事实上，通用汽车在乙醇以及乙醇燃料汽车技术研发领域中，一直走在业界的最前列。,5.3新型燃料汽车,5.3.2生物柴油汽车,(1)生物柴油汽车的特点：,发展生物柴油汽车的意义：保障石油安全，解决能源危机。生态环境友好，符合低碳理念。原料来源广泛，社会效益好。优化能源产业结构，促进农业发展。,5.3新型燃料汽车,5.3.2生物柴油汽车,(2)生物柴油汽车的发展：,5.3新型燃料汽车,5.3.3氢燃料汽车,(1)氢气的理化性质,5.3新型燃料汽车,5.3.3氢燃料汽车,(2)氢气的携带方式及氢气汽车的类型,氢气携带方式,高压缩氢储存,低温液氢储存,吸附氢气储存,吸附氢气汽车,液化氢气汽车,压缩氢气汽车,氢气燃料汽车,5.3新型燃料汽车,5.3.3氢燃料汽车,(3)氢气燃料汽车的应用及发展,早在1984年，宝马公司就着手开发以氢为燃料的氢内燃机，经过20多年的努力，开发出了多款氢发动机汽车。2006年，宝马推出世界上第一款氢动力豪华轿车BMW氢能7系，该车型的研发采用了同所有其他BMW批量生产的车一样的标准开发流程。,宝马7系列氢/汽油双燃料内燃机汽车,5.3新型燃料汽车,5.3.3氢燃料汽车,(3)氢气燃料汽车的应用及发展,福特汽车公司成为世界首个正式生产氢燃料发动机的汽车制造商。,福特增压式氢内燃发动机,福特E-450型氢燃料汽车,5.3新型燃料汽车,5.3.3氢燃料汽车,(3)氢气燃料汽车的应用及发展,日本马自达公司在2003年便已在东京车展上展出RX-8HydrogenRE氢动力汽车，如图所示。该车是全球第一辆同时搭载氢燃料与转子发动机科技的先进环保车，配置高压氢燃料储存槽和汽油油箱，可同时使用汽油与氢气，提供车辆动力来源。,马自达RX-8HydrogenRE氢动力汽车,5.3新型燃料汽车,5.3.3氢燃料汽车,(4)氢气汽车的使用安全,5.3新型燃料汽车,(1)二甲醚及其来源二甲醚（DimethylEther，DME）简称甲醚，属于醚的同系物，但与用作麻醉剂的乙醚不一样，虽然对皮肤有轻微的刺激作用，但二甲醚毒性极低，具有优异的环境性能指标。自然界中不存在二甲醚，必须用原料来制成。其制取原料主要有天然气、煤和生物质等。,5.3.4二甲醚汽车,5.3新型燃料汽车,(2)二甲醚的特点,5.3.4二甲醚汽车,5.3新型燃料汽车,(2)二甲醚的特点,5.3.4二甲醚汽车,5.3新型燃料汽车,（3）二甲醚在汽车上的应用方式,1)纯液态二甲醚缸内直喷压燃式可获得低的NOx排放和无烟运行；无P