汽车节能技术4

汽车节能技术，汽车能源技术，第4章电动汽车，4.1纯电动汽车在20世纪90年代初，纯电动汽车的开发和研究蓬勃发展，但当时，汽车电力电子尚未建立，既没有完善的科学理论指导，也没有高技术汽车电力电子设备可用。特别是，当时只有铅酸电池，而铅酸电池的体积和重量的能量密度太小，功率密度太低。由于铅酸蓄电池体积大、重量重，电动汽车的使用质量过高。同时，铅酸电池需要很长时间充电，并且每次充分充电后的行驶里程太短，并且电力传输系统的制造成本太高。1997年以后，绝大多数公司对纯电动汽车的研发基本停滞不前。第二代纯电动汽车的出现，第二代纯电动汽车的出现，是基于汽车电力电子的最新发展，其技术亮点包括高能量密度锂离子电池、锂离子电容器等的发明。以及乘用车电动轮技术的开发和应用等。尽管纯电动汽车还远未真正商业化，但与第一代纯电动汽车相比，它在充电时间、行驶里程、功率、快速充放电能力等方面都取得了可喜的进步。与传统的内燃机、混合动力电动汽车和氢燃料汽车相比，第二代纯电动汽车也显示出一定的“比较优势”。这五个“比较优势”分别与内燃机车、混合动力电动汽车和燃料电池车相比，第二代纯电动汽车的“比较优势”主要体现在。1.控制精度高于混合动力汽车。与现在正在升温的混合动力汽车相比，第二代纯电动汽车既没有机械传动系统，如发动机和变速器、主减速器、传动轴等。或非风扇、水箱散热器、12V发电机、启动器等。由于每个电动车辆车轮的驱动力和制动力可以通过电控系统精确控制，因此第二代纯电动车辆可以容易地将两轮驱动车辆改变为四轮驱动车辆，而无需添加中间差动装置。风阻系数可降至0.19。由于电池组的安装位置可以重新布置，第二代纯电动汽车的车身上不需要特殊的加强件，轴荷分配更适合高速行驶。同时，由于可以在地板的下部增加导风板和底盖，设计非常流畅，车身中的客厢变得非常宽敞，整车迎面空气阻力系数降低到0.19，车身可以设计成具有更高的碰撞安全性和超轻钢车身(ULSAB/NSB)。整个汽车的质量比燃料电池汽车低得多。与目前处于研发阶段的燃料电池汽车相比，纯电动汽车没有非常大且重的燃料电池和用于储存氢气的高压气体储罐，因此在服务质量方面具有很大优势。随着先进部件和组件的采用，纯电动汽车的服务质量将非常接近相同尺寸和等级的汽油汽车。当然，随着纯电动汽车簧下重量的增加，接地性能和乘坐舒适性会变得更差。这是设计师必须提前考虑的事情。4.二氧化碳排放量低于同等级汽油车，纯电动汽车在行驶过程中不排放温室气体二氧化碳。即使考虑到火力发电站使用煤作为发电燃料，在能量转换过程中会产生有害气体排放和温室气体CO2排放，纯电动汽车也比汽车、柴油汽车和混合动力汽车清洁得多。日本富士重工公司计算出，今年将推出的斯巴鲁R1微型汽油车的油耗为5.71升/100公里，每燃烧1升汽油将产生2.32千克二氧化碳，因此R1微型汽油车在行驶10，0英里后将产生1.325吨二氧化碳使用过程中的能耗成本低于汽油车。目前，我国沿海地区93号汽油的价格在4元/升左右。例如，如果在我国使用斯巴鲁r 1小型汽油车，每10000公里的汽油成本应该在2300元左右(R1的油耗为5.71升/100公里)。由于我国的电价比工业化国家便宜得多，白天和高峰负荷时每千瓦时的电价是0.46元，而夜间的电价只有白天的一半，所以如果我国使用R1e纯电动微型汽车，如果总是在白天充电，年总电价约为汽油车的20%。如果总是在晚上充电，每年总电费只需230元人民币，相当于汽油车的10%，相当于公交车的10%。根据日本富士重工公司的计算，上述费用分别为汽油车燃料成本的1/3(日间充电)和1/8(夜间充电)。三项关键技术，纯电动汽车需要蓄电装置，必须既能满足高能量密度、高功率密度的要求，又能进行快速充电，还能在各种气候条件下长时间反复充放电。2005年春夏之交，东芝、日本电气等日本公司生产了能够满足上述要求的各种锂离子电池和锂离子电容器。三菱和富士重工分别开发了几种不同类型的第二代纯电动汽车。路试后，他们也达到了设计要求。东芝锂离子电池只需7分钟即可充满电。可快速充电的东芝锂离子电池组可在一分钟内充电至其容量的80%，并可在另外6分钟内完全充电。这是由于东芝采用了固定化技术(来自半导体技术)，这种技术可以使纳米大小的颗粒均匀化，并使锂离子均匀地吸附在电池的负极上。这样，第一电荷可以被制成电极，即使电荷很快，有机电解质也不会分解。东芝新开发的锂离子电池也具有体积小、容量大的特点。按体积计算，它的能量密度相当于电容器的几十倍，在-40 45有一个“极好”的循环寿命。锰锂离子电池可以和整辆车一样长。富士重工和日本电子公司开发的锰锂离子电池具有安全性高、制造成本低的特点。电池使用金属锰作为正极，单节电池为片状。电池组是通过层压组装的。工艺简单，结构紧凑，不仅降低了制造成本，而且实现了小型化。由于散热良好，这种锰锂离子电池在车载环境中的使用寿命可达12年10万公里，相当于纯电动汽车的使用寿命。2005年5月和6月，该电池被安装在富士重工斯巴鲁R1e小型纯电动汽车上用于道路测试。预计富士重工将于2007年在其主要产品“传统”的混合动力汽车中安装该电池。富士重工和日本电气公司联合开发了锰锂离子电池，电动轮：有多少动力装置就有多少轮子。电动轮也称为轮毂电机。目前，大多数重型矿用自卸车使用DC发动机作为电动车轮，而第二代纯电动车辆使用交流传动系统。其工作原理是：交流传动系统中的永磁型三相同步伺服交流电机紧凑地存放在车轮中，电机的转子通过转子支架与轮毂连接，轮毂支撑在转向节上，轮胎与电机的转子一起转动；电机的定子通过定子支撑板、轮毂和转向节连接到车身。电机的转子是永久磁铁。当交流电流被提供给电机的定子线圈时，定子将产生旋转磁场，这使得永磁转子与轮胎一起旋转，即整个车轮旋转。三菱和东洋的电动轮主要部件已经为蓝瑟四轮驱动电动汽车联合开发了电动轮。每个电动轮商业化的主要目的是降低大型锂离子电池的价格。在埃莱克特拉，纯电动汽车的总成本是2亿日元，其中3000万日元是锂离子电池。为了使埃莱克特拉项目切实可行，大型锂离子电池的价格显然必须降低。目前，使用单个锂离子电池已经变得相当普遍，但是适用于汽车的大型锂离子电池和特别定制的小型蓄电池还没有被大量使用。对大规模单电池的需求相当有限，特殊订单需要各种规格的主机。因此，大型锂离子电池的单电池规格应通过标准化的方法进行整合。同时，用于纯电动汽车的大型锂离子电池单体电池不仅适用于汽车，也适用于其他领域。纯电动汽车是一项民用工程。如果与其他领域的需求相结合，必将促进大型锂离子电池价格的降低。4.2、混合动力电动汽车，串联混合动力系统利用发动机动力来发电，从而驱动电机来驱动车轮。其基本结构由电动机、发动机、发电机、高压蓄电池和变压器组成。发电机由输出功率小的发动机的准稳定运行驱动，该发动机直接向电动机提供电力或驱动，同时对高压蓄电池充电。由于内燃机的动力是串联供应给电动机的，所以被称为“串联混合动力系统”。有三种混合动力汽车。当今世界上主要有三种混合动力汽车，包括串联、并联和混合动力。串联意味着发动机驱动发电机发电，电能通过电机驱动车轮。并联意味着发动机和马达共同驱动车轮。两个平行的驱动力可以根据驾驶条件分别使用。由于发动机不能关闭，所以电机仅用于辅助发动机。串并联式可以更有效地将串并联式和并联式结合起来，充分发挥两者的优势，怠速时自动停机，减少能源浪费。并能更有效地控制汽油机和发动机，使工作效率最大化。普锐斯普锐斯搭载了THS二号系统，这是一种改进的混合动力系统。其特征在于，除了原来的转换器之外，功率控制单元还增加了一个升压转换器。具体而言，电池被小型化，同时具有最大274伏驱动的现有系统被增加到500伏来驱动，从而实现电机的高性能。通过汽油发动机和电动机的完美配合，普锐斯普锐斯取得了卓越的加速性能和油耗性能，这是仅从车辆级别的角度来看是无法想象的。排量为333，541.5升，相当于传统2.0升或更高排量车辆的驾驶性能、传统1.0升或更低排量车辆的油耗以及世界最高水平的超低排放。理论计算表明，燃料电池提供的能量是同等重量的锂离子电池的3倍，最大极限值为30倍。因此，它刺激了开发商加快燃料电池的开发和研究。尽管燃料电池的成本、体积、标准化和安全认证等问题仍然存在，但开发商普遍认为这些问题可以在未来3-5年内完全解决并投入批量生产。燃料电池的工作原理是，燃料电池是利用一种特定的燃料，通过质子交换膜(PEMProtonExchangeMembrane)和催化层(CLCatalystLayer)而产生电流的装置，这种电池只要外界不断供应燃料(如氢气或甲醇)，就能提供连续的电能。它的工作原理是利用一种被称为质子交换膜的技术，使氢气在阳极被催化剂覆盖的质子交换膜的作用下催化分解成质子。这些质子通过质子交换膜到达阴极，并在氢的分解过程中释放电子。电子通过负载被导出到阴极，从而产生电能。通过质子交换膜和阳极催化剂的作用，化学过程如下：阴极的质子与氧和电子结合生成水。在阴极，电子被负载捕获，产生电能。质子交换膜的作用只是让质子氢通过并与