汽车新技术 第三章1 新能源与绿色汽车(韩伟)

现代汽车新技术,白云学院 机电工程学院 韩 伟,第三章 新能源与绿色汽车,绿色汽车的概念及发展概况。代用燃料和新能源技术。燃料电池汽车和混合动力汽车的特点、类型和工作原理。,本章主要内容:,石油 40年,天然气 5 0 年,煤 碳 240年,一、新能源汽车的定义及分类,1、定义：国家发改委新能源汽车生产准入管理规则中规定：新能源汽车系指采用非常规的车用燃料作为动力来源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，但不包括采购新能源汽车完整车辆、二类及三类底盘改装形成的汽车。,新能源汽车包括：燃料电池电动汽车（FCEV）、混合动力电动汽车（HEV）、纯电动汽车（BEV，包括太阳能汽车）、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（NG）、液化石油气（LPG）、乙醇汽油（EG）、甲醇、二甲醚之外的燃料。,新能源汽车能量利用示意图,汽车环保是一项综合而又复杂的工作，除了排放治理技术外，还包括设计时造材的选择，结构设计及工艺，强调降低材料用量，降低能耗、无毒副作用、不污染大气和水质，方便拆卸和分类，提高材料循环利用率，同时在生产、运输、管理、使用、维修、报废、回收等体现环保概念，此外还包括社会公益事业，使经济效益与生态效益达到完美统一。由于涉及内容非常广泛，依靠目前的技术，还很难全部实现，但世界各国的汽车业一直在不停地努力。,绿色汽车成为时尚,各大生产厂家的举措,我国的进展情况,开发“绿色”汽车形势所迫 在过去的100年，内燃汽车已发展到高度完善和精密阶段，全世界已拥有8亿辆汽车。但随着内燃汽车的发展，由于石油是不可再生的能源，也带来重大隐患。一是资源逐步枯竭，二是环境污染严重，三是国家经济安全。,绿色”汽车新内涵： “绿色”汽车不是绿颜色的汽车，而是环保型汽车的美称。它的基本内涵并非指一般意义的绿色汽车，而是开发无污染、健康、安全、不会破坏环境和生态、在特定的技术标准下生产出来的产品。它对汽车生产基地、汽车能源、汽车尾气的要求，对汽车从生产、销售到废品回收的整个过程的要求，以及对环境、生产技术、安全等方面的要求都有一定的国际标准。,2、“绿色”汽车的类型（1)新型柴油车。柴油机的热效率高，和汽油机相比，可节省20一25油耗。但是，多年来，柴油机在许多用户脑海中有一些不好的印象，如噪声较大、尾气冒黑烟、提速缓慢、冷启动困难等。,(2)可变排量发动机。,高级小轿车和载重汽车都需装用大功率的发动机。此种功率强大的发动机，在汽车加速及满负荷爬坡时十分必要。但是，当汽车在平路上等速运行时，无必要采用耗油很大的大排量发动机。因此，设计人员研究开发了一种“可变排量”的发动机，即可按要求提供排量(使部分汽缸暂时不起作用)的发动机。,(3）混合动力驱动车。,是在车辆上加装有一套内燃机发电机组以及一套蓄电池组。发电机组中所用内燃机(汽油机或柴油机)，较同类型的普通汽车上所用发动机的功率小。这一较小功率的内燃机，在最佳工况(热效率最高、尾气排放污染最小)的条件下作等速运转）,（4）燃料电池电动车。采用FCEV燃料电池。丰田汽车公司最新推出的RAV4以甲醇为燃料，通过燃料电池转换成电能驱动汽车行驶，由于燃料电他电动车对于节约能源、环境保护具有明显效果，因此将成为本世纪的主要车型。 “电动车是战略主流，燃料电池电动车是制高点。”,（5）氢气汽车。 是目前最有前途的车型。氢气既可用于清洁发电，义能通过电解水得到，由于它燃烧生成的也是水，所以对水资源的影响不大。它与电动汽车相结合产生的氢燃料电池汽车对环境的污染同样很小。,环保汽车备受关注 目前内燃机技术仍为汽车动力主流的前提下，降低尾气排放是当今环保技术的核心。电喷发动机、三元催化等已是过时的技术，世界各大汽车公司出于社会环境、能源政策等因素的考虑，早已在积极开发科技含量更高、更先进的技术与产品。,车用新动力装置天然气发动机酒精发动机二甲醚发动机生物柴油燃料发动机氢发动机电动车及燃料电池汽车与代用燃料发动机组合的混合动力汽车,3、绿色”汽车的发展趋势向环保、节能方向发展。向智能化、网络化方向发展。绿色制造成为目标。,清洁生产 企业在生产过程中，要以节能、降耗、减污为目标，着重选用无公害的新能源(如太阳能、风能等)，采用无污染、少污染的新技术、新设备，实施生产全过程污染控制，以使污染最小化。,“绿色”设计 “绿色”设计是为保护环境、保护大气层、防止工业污染、地球变暖等而产生的一种新型设计。目的在于完善生产环节，从长远构想、开发和制造产品，并使产品的使用寿命完结时，其部件可以翻新和重复使用，或者安全地把这些零部件处理掉。,生态包装就是在产品包装装横设计时，应尽量降低商品包装及其残余物对环境的影响，符合“可再生循环”和“可生物分解”的要求。 “生态包装”要求企业在产品设计及包装的使用和处理等方面，既要努力降低商品包装费用，又要降低包装废弃物对环境的污染程度。企业应选用无毒害、少公害、易分解处理或可回收的材料来制造包装物，或采用可重复使用的包装盒、包装箱等。,企业形象“绿化” 良好的形象是企业繁荣发展的一笔有价值的无形资产。树立“绿色”企业形象是营销战略“绿化”的重要组成部分。它可以帮助企业把“绿色”信息更直接、更广泛地传达到细分市场，进而给介业带来竞争优势。因此，企业应“绿化自身形象。利用一切可以宣传企业“绿色”形象的机会，结合企业本身具体情况，突出自身特点，展示企业绿色环保意识。,实施“绿色”营销。 在服务、广告、标志，开展一系列“绿色”营销手段。 “绿色”广告一方面可以为产品做广告，另一方面可以为企业向顾客传递“绿色”信息，维持人、汽车产品和环境的和谐，避免因人们的消费导致环境的破坏。所有的这些“绿色”营销手段，将进一步掀起汽车消费的浪潮，同时也是企业提高经济效益、加强竞争、树立企业形象和进入国际市场的有效措施。,“绿色”汽车产业 与国外汽车产业相比，我国汽车产业在科研、生产规模、营销体系方面落后许多，国家有必要在信息、人才、税收、贷款等方面对“绿色”汽车的科研、生产企业进行全方位的扶持，努力实现产品的低成本与高品质，并且实施规模生产，达到规模效益，实现产业化发展。同时加强统筹工作，组建专业联合体，由国家有关部门或委托相关企业牵头，就某一个项目联合攻关，集全国之力，走科研、实验、生产和推广一体化的开发之路。,制定“绿色”法规。 建立完善面切实可行的我国“绿色”汽车质量标准体系，加强对“绿色”汽车产品的认证、注册、年捡等管理，打击假冒伪劣产品进入市场同时也要强化绿色”汽车装配，规范市场管理。“绿色”排放标准除对新车型论证外，汽车厂家还要在规定的行程对汽车的排放质量负责，推动“绿色”汽车的发展。,二、 代用燃料和汽车能源新技术,随着人类对自身环境保护意识的增强和石油资源的日益枯竭，为千家万户煮饭和取暖带来方便的液化气(LPG)和天然气(CNG)，不久将成为驱动汽车的主要燃料。价廉、污染小、资源丰富的燃气汽车将受到人们的欢迎。,1、车用代用气体燃料的种类：,气体燃料汽车是利用可燃气体作能源驱动的汽车。汽车的气体代用燃料种类很多，常见的有天然气和液化石油气。根据汽车使用可燃气体的形态不同，燃料可分为三种：压缩天然气CNG（Compressed Natural Gas），主要成分为甲烷；液化天然气LNG（Liquefied Natural Gas），甲烷经深度冷冻液化；液化石油气LPG（Liquefied Petroleum Gas），主要成分是丙烷和丁烷的混合物。（课本58页）,2、天然气液化燃料的制造(GTL) 以天然气为原料制造的液体燃料称为GTL流程，现在已部分商业化，由于以下理由使人注目由于需求地离产地遥远，因此设法寻求中小规模气体资源的有效应用；经济的GTL与发现油田是有同等价值，因此是解决石油资源枯竭的重要后续手段；在制造的液体中，轻油成分是作为清洁轻油的基本原料；能够利用原油的生产设备；由于近年来制造技术飞速发展，能够显著降低制造成本；有利于改善气田环境，也能够用于处理油田一起释放出来的其他气体。,液化石油气汽车(LPGV)的特性发热量低。排故污染少。改装容易。发动机寿命长天然气汽车(CNGV)的特性热值较低。辛烷值高。排放污染少。发动机寿命长。,液化石油气的主要成分是丙烷和丁烷丙烷的沸点是-42摄氏度，因此是特别有用的轻便燃料。这就意味着即使温度很低，丙烷从高压容器释放后，也能立刻汽化。因此它是清洁燃料，不需要许多设备使其汽化并与空气混合。一个简单喷嘴就足够了 丁烷的沸点约为-0.6摄氏度，温度很低时不会汽化。因此丁烷的用途有限，需与丙烷混和使用，而非单独使用 。,3、燃料电池汽车 （1）概况 燃料电池是使氢与空气中的氧进行反应的发电装置。燃料电料汽车是由燃料电他进行发电带动电机运转的电动汽车。向燃科电池供应氢大致可分为二种： (i）非重整型式：车上装有氢罐，供给燃料电池， (ii)重整式：上装有液体燃料，利用车上装置制造氢气，供给燃料电池，通常称制氢装置为重整装式(或重整器)。在车上制造氢的燃料电池车称为重整型式燃料电池车。燃料电池车具有高效率、低污染的特点，是一种极有发展前途的干净汽车，现在世界上众多的汽车制造公司正在不断研制开发各种燃料电池汽车。,(2)氢燃料电池汽车 为了满足必要的续驶里程，必须在车上装有足够的氢，然而这将是非常困难的。氢的供应网络建设是一个重要的问题。与重整式相比较，非重整型式燃料电池车构造简单，燃料电池系统的车载容量、重量都可以减少，而且由于非重整，可以增加整车使用效率，这些均是它的优点。 (3)甲醇重整燃料电池汽车 甲醇与汽油等其他液体燃料相比，比较容易重整，而且可以从包括再生资源的多种原料中进行制造。与汽油、轻油一样。供油时间短，并积累了许多管理经验，社会化使用的基础设施建设和完善比较容易。,(4)汽油重整燃料电池汽车 与甲醇比较，汽油重整复杂而且效率低。但是作为重整用原料具有约2倍于甲醇重整的氢，另一方面汽油供应站已经普及并完善，从用户心理方面来讲也易于接受，因此它是最易于投入使用的燃料电池汽车。 (5)预测与展望 在引入代用能源车的同时，如何有效使用目前已经探明的石油燃科，以便顺利地从石油燃料向代用燃料方向转变，必须注意以下几点： (i）除了低油耗车外，要开发混合动力汽车，引入汽油重整型燃料电池车，以节约石油资源。 (ii）如果汽油或轻油品质不断提高，则从原油中制取高品质汽油或轻油的量就会减少，实质上也会产生与石油资源量减少同等的影响。 (iii)从天然气、煤或农产品等石油以外的资源制造液体燃料，作为石油资源的补充。,4、含氧生物燃料汽车的现状,生物燃料是指通过生物资源生产的醇类燃料和生物柴油等，可以替代由石油制取的汽油和柴油，是可再生能源开发利用的重要方向。生物燃料汽车就是以生物燃料为能源的汽车。甲醇燃料汽车乙醇燃料汽车二甲醚燃料汽车,（1） 甲醇燃料汽车,甲醇燃料汽车是指利用甲醇燃料做能源驱动的汽车。甲醇作为燃料在汽车上的应用主要有掺烧和纯甲醇替代两种。可以从煤和木材中提炼，俗称“木醇”或“木精”，用甲醇代替燃料在国外已经应用多年，甲醇汽车控制系统技术都已经很成熟，近年来由于石油资源紧张，汽车能源多元化趋向加剧，甲醇汽车又提到议事日程。,甲醇的燃烧特性,有两大特点：一是极佳的冷却作用，可以降低发动机温度，不致过热；二是极高的抗爆能力，能够在高于优质汽油所容许的压力下燃烧而不会爆震。这正适合高压缩比、高性能的发动机。充分发挥其高辛烷值的作用，输出更大的功率。当然，甲醇亦有弱点，它的能量较低、行驶同一距离的消耗几乎比汽油多一倍，因而需要大的油箱甲醇的优点是燃烧彻底、挥发性低，所排放的碳氢化合物、氧化氮和一氧化碳等有害气体少,（2）乙醇燃料汽车,乙醇汽车是使用车用乙醇汽油作为主要的动力燃料的机动车。一直以来，生物乙醇燃料备受争议，因为有人批评大规模使用乙醇作为燃料，会导致食品价格上涨，此外，传统的制造乙醇过程中会消耗很多能源.因此，从所谓的“油井到车轮”全过程来看，乙醇燃料并不环保。但是，通用汽车打算结束这种争论，在2008年北美车展上，通用汽车大打“E85牌”，推出了多款E85乙醇燃料车。,二甲醚作为环保、清洁、安全的新型替代能源，已经得到国际社会的公认。二甲醚是汽车发动机，特别是柴油发动机燃料的理想替代品。,（3）二甲醚燃料汽车,二甲醚的特点：,二甲醚是一种无毒含氧燃料，常温常压下为气态，常温下可在五个大气压下液化，易于储存与输运，二甲醚可从煤、煤层气、天然气、生物质等多种资源制取，能实现高效清洁燃烧，在交通运输、发电、民用等领域有十分广阔的应用前景。由于二甲醚有较高的十六烷值，非常适合压燃式发动机，因此是汽车燃料理想的替代品。二甲醚燃烧值高，使用二甲醚作为汽车燃料，发动机的功率可提高10%15%，热效率可提高2%3%，噪声可降低10%15%。 研究结果表明：二甲醚发动机的动力性能超过柴油机，燃油经济性与柴油机相当，噪声低于柴油机;二甲醚发动机不需要复杂的电控和排气后处理系统，就可以达到欧标准。,（4）生物柴油车：,生物柴油车就是以生物柴油作为动力的一种新型新能源柴油车。柴油作为一种重要的石油连炼制产品，在各国燃料结构中占有较高的份额，以成为重要的动力燃料 生物柴油是从可回收的一些资源如植物油、动物脂肪和已经使用过的油和脂肪中提炼而成的一种液态产品，液态形式的生物柴油（又称为净生物柴油），已经被美国能源政策法列为汽车替代燃料,菜油发动机 所有可再生的能量裁体中，菜油是一种最合适的燃料。它可以作为柴油机的燃料，只需要控制燃料的某些特性并对柴油机进行局部改造。,图所示为纯菜油和菜油甲基酯的一些基本的特性。,除热值以外，菜油的所有性能没有柴油机好，而且运功粘度比柴油高得多。为了使菜油的性能更接近柴油，可以过滤对其进行化学改良(酯化)，通过酯化，可以将菜油的三甘氨酸转化为非常类似于柴油的分子结构(即菜油一甲基酯)。不过菜油-甲基酯的生产成本较高。 用纯菜油或菜油与柴油的混合物做燃料仍有一些困难。例如，因为粘度太高冷起动很困难，除非采取其它冷起动和暖机措施。另个问题是燃烧室内喷油嘴和进气门上的积炭。喷油泵等部件的腐蚀和磨损也是目前关注的问题。尽管存在这些问题，使用半精炼菜油看来是可行的，只是要求它的磷脂、其它伴生物质和酸类含量较低。,生物柴油特性：,1）具有优良的环保特性。主要表现在由于生物柴油中硫含量低，使得二氧化硫和硫化物的排放低，可减少约30%，不含对环境会造成污染的芳香族烷烃，对人体损害低于柴油 2）具有较好的低温发动机启动性能。无添加剂冷滤点达-20 3）具有较好的润滑性能。使喷油泵、发动机缸体和连杆的磨损率低，使用寿命长 4)具有较好的安全性能。由于闪点高，生物柴油不属于危险品。因此，在运输、储存、使用方面的安全性又是显而易见的 5)具有良好的燃料性能。十六烷值高，使其燃烧性好于柴油，燃烧残留物呈微酸性，使催化剂和发动机机油的使用寿命加长 6)具有可再生性能。作为可再生能源，与石油储量不同，其通过农业和生物科学家的努力，可供应量不会枯竭,5、双燃料汽车的工作原理及其经济性与动力性 常见的双燃料汽车，就是既燃汽油，又烧液化石油气。它是比较成熟的技术，是世界上公认最佳的汽车替代燃料。作为低污染清洁燃料，其不但有益于改善大气环境，还具有混合均匀、燃烧充分、不积炭、不稀释润滑油等优点，能够延长发动机使用寿命，其安全性和控制性也有很好的保证。液化石油汽车是在不改变原车结构，动力性能和燃油系统情况，增加一套液化石油气燃料系统。,可用多种燃料的汽车。其中需要一个传感器来测定油箱小汽油 酒精混合比，一个电子控制装置用来在整个工况范围内调节喷油和点火。,6、混合动力汽车的技术发展趋势 混合动力汽车通过将发动机、充电电池和电动机的最佳组合，既可以提高发动机工作效率、节省能源，又可以清洁排放，减少环境污染。这种车除发动机可对电池充电外，在减速时动力回收再生，制动器可以将机械能转换成电能，避免了能量的浪费。装用了混合动力系统的汽车燃料经济性比普通汽车可提高1倍，同时引起地球变暖的CO2排放量减少一半 混合动力驱动车辆在运行中，能向蓄电池组补充电能，因此，没有必要像电动车(电瓶车)那样，必须停歇在车库(或充电站点)内花很长时间充电。混合动力驱动的车辆具有节能、低排放、低噪声等优点，并且保持了传统的由内燃机驱动的汽车续驶里程长的固有特点，混合动力驱动的车辆不论在小轿车或大型车辆(如公共汽车)领域中，均将有巨大的发展潜力和看好的市场前景。,动力装置(蓄电池驱动的电动机与汽油机)的组合方式分为串联式与并联式二种，前者是指两种动力装置直列式安排，前级的功率输出转变为后级动力输出，后者则指二种动力装置并联安排。在串联式和并联式中可以分为以下5种：(1)内燃机间接通过蓄电池，可以支援电动机的型式。(2)内燃机的输出功率向电动机传送电流，此外，向蓄电池充电的直接方式与间接方式的支援电动机的型式。(3)在平联式中，具有二个驱动装置，对前后车轮分别驱动的型式。(4)驱动对象为1个，二个动力装置(电动机与内燃机)由同一轴联接，共同驱动型式。(5)用蓄电器和飞轮代替原来蓄电池与电动机，与内燃机进行同轴组合，共同运转的型式。,平联式混合动力汽车，前轮由原动机驱动，后轮由电动机驱动，这种方式式由德国奥迪汽车公司开发的。,并联式混合动力汽车是原动机能够同时具有发电和驱动功能。当蓄电池容量大时，作为电动汽车，行驶距离长；而在高负荷时，原动机与电动机一起工作。当电动机作发电机用时，减速、制动作为发电机工作，进行能量回收。德国大众高尔夫混合动力汽车就是属于该系统。,平联式混合动力汽车是利用储能装置或飞轮等机械能代替上述的电动机的混合动力汽车。储存减速、制动时的能量，在起步及加速时进行回收，以增加原动机的驱动力，降低原动机所要求的最大扭矩，降低排放与燃油耗，特别适合装有柴油机的大型车。,7、 电动汽车,电动汽车发展现状电动汽车包括纯电动汽车、混合动力电动汽车和燃料电池电动汽车。纯电动汽车是以电池为储能单元，以电动机为驱动系统的车辆；混合动力电动汽车是指同时装备两种动力源热动力源（由传统的汽油机或者柴油机产生）与电动力源（电池与电动机）的汽车；燃料电池电动汽车是采用燃料电池作电源的电动汽车。,纯电动汽车的类型,纯电动汽车是指以车载电源为动力，用电机驱动车轮行驶，符合道路交通、安全法规各项要求的车辆。一般采用高效率充电蓄电池为动力源。纯电动汽车无需再用内燃机，因此，纯电动汽车的电动机相当于传统汽车的发动机，蓄电池相当于原来的油箱，电能是二次能源，可以来源于风能、水能、热能、太阳能等多种方式。纯电动汽车可分为2种类型，即用纯蓄电池作为动力源的纯电动汽车和装有辅助动力源的纯电动汽车。,纯电动汽车的类型,(1)用纯蓄电池作为动力源的纯电动汽车用单一蓄电池作为动力源的纯电动汽车，只装置了蓄电池组，它的电力和动力传输系统如图所示。,纯电动汽车的类型,(2)装有辅助动力源的纯电动汽车用单一蓄电池作为动力源的纯电动汽车，蓄电池的比能量和比功率较低，蓄电池组的质量和体积较大。因此，在某些纯电动汽车上增加辅助动力源，如超级电容器、发电机组、太阳能等，由此改善纯电动汽车的启动性能和增加续驶里程。装有辅助动力源的纯电动汽车的电力和动力传输系统如图所示。,氢燃料汽车是在传统内燃机的基础上加以修改后可以直接用氢为燃料燃烧，产生动力，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。,8、氢燃料汽车,2003年1月美国布什总统发布了一个氢燃料开发计划，增加7.2亿美元资金，用以资助氢作为运输能源的研究与开发。新的研究计划补充了FreedomCAR计划，瞄准了更为长期的目标：1）氢燃料系统的耐久性、能源效率和使用成本；2）氢能对汽车工业和对环境（低排放标准）的影响3）燃料的高效和等同于汽油的价格，以及氢燃料在车上贮存的能量密度及成本。构成新的FreedomCAR计划的战略重点为：1）发展可负担得起的氢燃料电池汽车技术及相应的氢基础设施；2）继续支持可降低燃油消耗率和减少环境污染技术的开发；3）发展可用于多种车辆的燃料电池技术，而不只是限于某一种汽车。,太阳能汽车是利用太阳能电池将太阳能转换为电能，并利用该电能作为能源驱动行驶的汽车，它是电动汽车的一种。太阳能汽车主要由太阳能电池组、自动阳光跟踪系统、驱动系统、控制器、机械系统等组成。,8、太阳能汽车,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，产生出电能发动电动机，由电动机带动汽车中的机械传动结构，进而带动汽车的前后万向轴、后桥等行走机械结构，转动车轮驱动汽车,核心部件燃料电池采用的能源间接来源是甲醇、天然气、汽油等烃类化学物质，通过相关的燃料重整器发生化学反应间接地提取氢元素；直接来源就是石化裂解反应提取的纯液化氢 燃料电池的反应结果将会产生极度少的二氧化碳和氮氧化物，这类化学反应除了电能外的副产品主要产生水，因此燃料电池汽车被称为绿色的新型环保汽车,英文名称：Fuel cell vehicles (FCV,燃料电池汽车是电动汽车的一种，其核心部件燃料电池的电能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 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，产生出电能发动电动机，由电动机带动汽车中的机械传动结构，进而带动汽车的前后万象轴、后桥等行走机械结构，转动车轮驱动汽车,核心部件燃料电池采用的能源间接来源是甲醇、天然气、汽油等烃类化学物质，通过相关的燃料重整器发生化学反应间接地提取氢元素；直接来源就是石化裂解反应提取的纯液化氢 燃料电池的反应结果将会产生极度少的二氧化碳和氮氧化物，这类化学反应除了电能外的副产品主要产生水，因此燃料电池汽车被称为绿色的新型环保汽车。燃料电池的能量转换效率比内燃机要高23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,燃料电池汽车的氢燃料能通过几种途径得到。有些车辆直接携带着纯氢燃料，另外一些车辆有可能装有燃料重整器，能将烃类燃料转化为富氢气体 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,2001年以来，在世界范围内燃料电池技术已经取得了重大的进展。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,零排放或近似零排放 减少了机油泄漏带来的水污染 降低了温室气体的排放 提高了燃油经济性 提高了发动机燃烧效率 运行平稳、无噪声,电动汽车的关键能源动力技术包括电池技术、电机技术、控制器技术。电池技术、电机技术和控制器技术是电动汽车所特有的技术，这3项技术也是一直制约电动汽车大规模进入市场的关键因素,电池技术,电池是电动汽车的动力源泉，也是一直制约电动汽车发展的关键因素。电动汽车用电池的主要性能指标是比能量(E) 、能量密度(Ed)、比功率(P)、循环寿命(L)和成本(C)等。要使电动汽车能与燃油汽车相竞争，关键就是要开发出比能量高、比功率大、使用寿命长的高效电池,第1代是铅酸电池，目前主要是阀控铅酸电池(VRLA) ，由于其比能量较高、价格低和能高倍率放电， 因此是目前惟一能大批量生产的电动汽车用电池 第2代是碱性电池，主要有镍镉、镍氢、钠硫、锂离子和锂聚合物等多种电池，其比能量和比功率都比铅酸电池高，因此大大提高了电动汽车的动力性能和续驶里程，但其价格却比铅酸电池高 第3代是以燃料电池为主的电池，燃料电池直接将燃料的化学能转变为电能，能量转变效率高，比能量和比功率都高，并且可以控制反应过程，能量转化过程可以连续进行，因此是理想的汽车用电池还处于研制阶段，一些关键技术还有待突破,广泛应用于电动汽车的燃料电池是一种称为质子交换膜的燃料电池(PEMFC) ，它以纯氢为燃料，以空气为氧化剂，不经历热机过程，不受热力循环限制，因此能量的转换效率高，是普通内燃机热效率的23倍。同时，它还具有噪音低、无污染、寿命长、启动迅速、比功率大和输出功率可随时调整等特性，使得PEMFC非常适合用作交通工具的动力源,电动汽车驱动电机是所有电动汽车必不可少的关键部件。使用较多的有直流有刷、永磁无刷、交流感应和开关磁阻4种电机 直流有刷电机结构简单，技术成熟，具有交流电机所不可比拟的优良电磁转矩控制特性，所以直到20世纪80年代中期，仍是国内外电动汽车用电机的主要研发对象。但是，由于直流电机价格高，体积和质量大，因此在电动汽车上的应用受到了限制 永磁无刷电机可以分为由方波驱动的无刷直流电机系统(BLD CM)和由正弦波驱动的无刷直流电机系统(PMSM) ，它们都具有较高的功率密度，其控制方式与感应电机基本相同，其主要优点是效率可以比交流感应电机高6个百分点，因此在电动汽车上得到了广泛的应用，是当前电动汽车用电动机的研发热点。这类电机具有较高的能量密度和效率，其体积小、惯性低、响应快，非常适应于电动汽车的驱动系统，有极好的应用前景。但价格较贵，永磁材料一般仅耐热12c=0I以下。目前，由日本研制的电动汽车主要采用这种电机,交流感应电机也是较早用于电动汽车驱动的一种电机，它的调速控制技术比较成熟，具有结构简单、体积小、质量小、成本低、运行可靠、转矩脉动小、噪声低、转速极限高和不用位置传感器等优点，但因转速控制范围小、转矩特性不理想，因此不适合频繁启动、频繁加减速的电动汽车。美国以及欧洲研制的电动汽车多采用这种电机 开关磁阻电机(SRM)具有简单可靠、可在较宽转速和转矩范围内高效运行，控制灵活、4象限运行、响应速度快和成本较低等优点。但实际应用发现，SRM存在着转矩波动大、噪声大、需要位置检测器等缺点，所以应用受到了限制 4种电机各有优缺点，但是对于电动汽车而言，由于电能是由各类电池提供的，价格昂贵而弥足珍贵，所以使用相对效率最高的永磁无刷电机是较为合理的，它已被广泛应用于功率小于100kW 的现代电动汽车上,控制器技术的变速和方向变换是靠电动机调速控制装置来完成的，其原理是通过控制电动机的电压和电流来实现电动机的驱动转矩和旋转方向的控制。目前电动汽车上应用较广泛的是晶闸管斩波调速，通过均匀改变电机的端电压，控制电机的电流，来实现电机的无级调速。在电子电力技术的不断发展中，它也逐渐被其他电力晶体管(如GTO、MOSFET、BTR及IGBT 等)斩波调速装置所取代。从技术的发展来看，伴随着新型驱动电机的应用，电动汽车的调速控制转变为直流逆变技术的应用将成为必然的趋势 在驱动电机的旋向变换控制中，直流电机依靠接触器改变电枢或磁场的电流方向，实现电机的旋向变换，这使得控制电路复杂、可靠性降低。当采用交流异步电机驱动时，电机转向的改变只需变换磁场三相电流的相序即可，可使控制电路简化。此外，采用交流电机及其变频调速控制技术，使电动汽车的制动能量回收控制更加方便，控制电路更加简单,发展瓶颈,储能装置是电动汽车的核心零部件，尤其是纯电动汽车。目前通常使用的储能装置有两种，即蓄电池和超级电容，而使用最广泛的是蓄电池。蓄电池也有很多种，其主要问题表现在以下几个方面：电池的可靠性达不到车用的苛刻要求；电池使用寿命短，深度放电时循环次数达不到车用要求；充电时间长；蓄电池尺寸和质量的制约；环境适应性较差；电池在使用过程中单体电池健康状态变化不一致，严重影响整体性能；功率密度和能量密度低；存在二次环境污染问题,发展方向,大力发展纯蓄电池驱动的超微型汽车，日本采用了高性能锂离子电池，最高时速为90km， 一次充电可行驶115km，它是一款适合未来城市道路行驶的家庭轿车 进一步加强驱动电机的研究美国倾向于采用交流感应电机，其主要优点是结构简单、性能可靠，质量较小，但控制器技术较复杂；日本多采用永磁无刷直流电机，其优点是效率高，启动扭矩较大，质量较小，但成本较高，且有高温退磁、抗振性较差等不足；德国、英国等大力开发开关磁阻电机，优点是结构简单、可靠，成本较低，缺点是质量较大，易于产生噪声。目前我国也研制成了稀土永磁无刷直流电机和开关磁阻电机， 电机的使用尚无定论，有待今后在使用中考验,立足混合动力。逐步过渡到纯电动汽车,由于受到蓄电池性能的严重制约，使纯蓄电池型电动汽车的产业化进程举步维艰，于是混合动力汽车成了内燃机汽车和电动汽车之间的过渡产品，既充分发挥了现有内燃机技术优势，又尽可能发挥电机驱动无污染的优势。混合动力汽车将现有内燃机与一定的储能元器件通过先进控制系统相结合，可以大幅度降低油耗，减少污染物排放，同时技术成熟，价格便宜。3。4 最终目标是燃料电池汽车,本田FCEV,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 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。 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,德国政府高度重视燃料电池汽车及氢能研发，交通部、环境署、经济部等部门联合启动燃料电池及氢能国家创新计划，拟与企业联合资助14亿欧元，用与燃料电池汽车、氢能等关键技术研发，以确定德国在燃料电池汽车领域的国际领先地位和竞争力。以经产省为代表的日本政府高度重视并持续开展燃料电池汽车和氢能开发，在过去30年时间内先后投入上千亿日元用于燃料电池汽车和氢能的基础科学研究、技术攻关和示范推广。 隶属于经产省的燃料电池商业化组织(FCCJ)先后与2009年7月和2010年7月发布了燃料电池汽车和加氢站2015年商业化路线图，明确指出2011年-2015年开展燃料电池汽车技术验证和市场示范，随后进入商业化示范推广前期。为落实燃料电池汽车在日本的推广，2011年1月，包括丰田、本田、尼桑三大汽车厂商在内的日本13家汽车和能源企业共同签订协议，决定在东京、大阪、名古屋和福冈四大都市圈的市区和高速公路上建立100座加氢站，并通过完善设计、改善生产技术等方法大幅降低燃料电池汽车生产成本，培育燃料电池汽车市场。,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,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%,奔驰B燃料电池车,从上面这张解剖图里能看到，所有的动力系统全部位于车的底部，并且是位于前后轴之间，组成了所谓的治车身，而据的工程师介绍这样的布局也是从安全的角度考虑，经过他们的碰撞试验证实，这样的结构最能保证安全性。但是每天都坐在一个“炸弹”上面开车，确实心里会有点别扭。 图中的绿色部分就是储存氢气的高压罐，压力可以达到700巴，一共有三个，全部都是高强度的碳纤维材质，每个储气罐可以储存大约4kg的气态燃料，这些燃料可以让车辆连续行驶400公里,蓝色部分则是氢燃料反应堆，也是车辆动力的来源