汽车文化：第9章 环保汽车

1、第9章 环保汽车,汽车的发展主要以地球上有限的石油资源为基本前提，随着地球上人口的增长，资源消费不断的增加，石油资源总有一天会枯竭，而且燃油发动机汽车本身也存在很多弊病，特别是排放废气污染环境、影响人类健康。尽管在这方面内燃机汽车进行了很大的改进，并取得了突出的成就，但它依然满足不了人们对汽车的要求。20世纪90年代以来，世界各国对改善环境的呼声日益高涨，各国都投入大量资金研发环保汽车，如今各种各样的环保汽车纷纷出台。环保汽车主要有：电动汽车、燃气汽车、太阳能汽车、醇燃料汽车等等,9.1 电动汽车,电动汽车（Electric Vehicle,EV）是利用蓄电池存储的能量使电机转动，并将转矩传递

2、给车轮，驱动车辆行驶。电动汽车和内燃机汽车一样历史悠久，它诞生于19世纪70年代。1873年，英国人罗伯特戴维森研制成功第一辆具有实用价值的用蓄电池驱动的电动车，而电动车没有能够得到发展，竞争不过汽油车是因为当时蓄电池能量密度低、使用寿命短、充电时间长，每一次充电后的行驶路程太短。而汽油车轻便、快捷、舒适，一次加油能连续行驶400500km。所以人们越来越喜欢汽油汽车。尽管如此，电动车的生命力并未就此而结束，人们对它的研究试验活动从没有停止过。事实上电动车在很多领域得到广泛应用，如电动叉车、机场、码头、车站、仓库用的电动车、拖车，残疾人用车、观光车等。 近年来人们所关注的电动汽车和早期的电动车

3、有所不同，它是指：从车载电源获取电力，以电机驱动行驶，同时满足道路交通安全法规等各项要求的电动汽车。现代电动汽车与普通的电动车是有区别的，它能在道路上快速而机动地行驶。 现代电动汽车是全部或部分由电能驱动，电机作为动力系统的汽车，它包括纯电动汽车、混合动力电动汽车和燃料电池汽车三种类型,9.1 电动汽车,1.电动汽车的组成 电动汽车由电力驱动及控制系统、驱动力传动系统等组成。电力驱动及控制系统是电动汽车的核心，也是区别于内燃机汽车的最大不同点。电力驱动及控制系统由驱动电动机、电源和电动机的调速控制装置等组成。电动汽车的其他装置基本与内燃机汽车相同。 1)电源 2)驱动电动机 3)电动机调速控制

4、装置 4)传动装置 5)行驶装置 6)转向装置 7)制动装置 2.电动汽车的特点 1)无污染，噪声低 2)能源效率高，多样化 3)结构简单，使用维修方便 4)动力电源使用成本高，续驶里程短,9.1.1 纯电动汽车,9.1 电动汽车,图9.1 为东风电动车股份有限公司生产的纯电动客车， 图9.2为EQ6140EV纯电动轿车,9.1.1 纯电动汽车,9.1 电动汽车,混合动力汽车（Hybrid-Electric Vehicle，缩写HEV）是弥补了纯电动汽车的不足而诞生的，它将电池和汽油内燃机共用，既克服电池车续驶里程短的缺点又减少排放污染。 1.混合动力汽车的组成 混合动力汽车由小排量燃油发动机

5、、发电机、电池组、驱动电机、控制器和电器设备等组成。图9.3为混合动力汽车的基本组成,9.1.2 混合动力汽车,图9.3 混合动力汽车组成,9.1 电动汽车,2.混合动力汽车的工作特点 在日常行驶过程中，电脑根据实际情况选择最佳油电工作模式工作。在市区慢速行驶时，靠电动机提供动力，停车等待时甚至连电动机也停止工作，不消耗动力，而电动机启动快、扭矩大的优点正适合城市走走停停的使用。只有在蓄电池快耗尽时发动机才会工作，但此时发动机只为蓄电池充电，燃油消耗特别少。在高速公路巡航行驶时，系统会关闭电动机只选择发动机工作。此时发动机处于连续工作状态，燃油经济性最佳，加上混合动力选用的发动机是小排量，所以

6、比一般汽车更省油。加速时电动机与发动机联合工作，加速性能相当出色。当踩下刹车作减速时，系统会把多余的动能转化为电能贮存到蓄电池中。 3.混合动力汽车的优点 发动机持续工作时间长，动力性好，而电动机无污染、低噪声，二者可取长补短，汽车的热效率可提高10以上，废气排放可改善30以上,9.1.2 混合动力汽车,9.1 电动汽车,4.混合动力汽车的类型 混合动力汽车按照能量合成的形式主要分为串联式、并联式和混联式三种。 1)串联式混合动力汽车,9.1.2 混合动力汽车,图9.4 串连式驱动系统,9.1 电动汽车,2）并联式混合动力汽车 并联式混合动力汽车的组成和串联式基本相同，但它没有单独的发电机，电

7、动机既可以作电动机又可以作发电机使用，又称为电动发电机组。它是发动机和电动机以机械能叠加的方式驱动汽车，发动机与电动机分属两套系统，可以分别独立地向汽车传动系提供扭矩，在不同的路面上既可以共同驱动又可以单独驱动。（图9.5,9.1.2 混合动力汽车,图9.5 并连式驱动系统,9.1 电动汽车,3）混联式混合动力汽车 混联式混合动力汽车驱动系统由发动机、发电机、电动机、电池组、控制器等组成，是串联式与并联式的综合，其结构见示意图9.6。 发动机发出的功率一部分通过机械传动输送给驱动桥，另一部分则驱动发电机发电。发电机发出的电能由控制器控制，输送给电动机或电池，电动机产生的驱动力矩通过动力复合装置

8、传送给驱动桥。 混联式驱动系统的控制原则是：在汽车低速行驶时，驱动系统主要以串联方式工作；当汽车高速稳定行驶时，则以并联工作方式为主,9.1.2 混合动力汽车,图9.6 混联式驱动系统,9.1 电动汽车,图9.7为丰田公司 Prius车的驱动系统结构示意图，它的驱动系统被公认为是目前最成功的结构。首先将发动机输出的动力，通过动力分配机构分解为发电机的驱动力和车轮的驱动力，发电机产生的电力一边供给车轮驱动用的电机，一边通过控制器把交流电变成直流电给电池充电。电池又通过控制器把直流变成交流给驱动电机供电，以驱动车轮，此部分为串联。另一方面，尽管车轮是通过变速箱来驱动的，但在此驱动轴上还有电动机，可

9、通过电动机来增加驱动力，此部分为并联。图9.8为丰田Prius混合动力轿车,9.1.2 混合动力汽车,图9.7 丰田Prius混合动力轿车驱动系统,图9.8 丰田Prius混合动力轿车 1-变速器 2-控制器 3-发动机 4-镍氢电池,9.1 电动汽车,1.燃料电池汽车的发展 采用燃料电池作为电源的汽车称为燃料电池汽车(Fuel Cell Vehicle,FCV)。燃料电池的发明始于1893年，由英国人戈尔夫（W.R.Grove）发明，由于当时无法做到提高单位体积或单位重量的发电量（比容量）而没能得到实际应用。现在的燃料电池是100多年后由英国人布朗士.贝肯（Francis Bacon）总结和

10、整理后发明，并于1952年取得专利权。所以燃料电池又称贝肯电池。 燃料电池是一种将储存在燃料和氧化剂中的化学能通过电极反应直接转化为电能的高效率发电装置。燃料可以是氢气、甲醇、石油气、甲烷及其它能分解出氢的烃类化合物。目前大多数燃料电池汽车使用压缩氢气或液化氢气作为燃料。 燃料电池的原理：氢通过氢极（负极）接触电解液，从而分解为氢离子和电子。电子向氧极（正极）方向流动，产生出一个单独的电流。氢离子通过电解液、氧极而与氧和电子结合生成水。此流程不断持续同时产生电、水和热量。 燃料电池最初在宇宙飞船上使用1965年美国通用电气公司开发了1kw的固体燃料电池并搭载在Gemimni(双子座)号宇宙飞船

11、上，次年美国科技公司(UTC)开发的碱性燃料电池搭载在阿波罗号上。燃料电池用于宇宙飞船的好处在于发电的同时可以获得水，水对于宇宙飞船是非常珍贵的。 汽车用燃料电池的开发虽然在1960年前后就有，但真正大规模开发是在1991年，美国总统布什提出国家能源战略，根据这一战略，制定了有关法律。推荐使用零排放、高效率的甲醇燃料电池，并督促政府能源机构促进开发与研究。通用公司成为了客车燃料电池开发计划的主体，于1997年完成了实际车辆的试验。与此同时其他国家各大公司也不甘落后，纷纷推出燃料电池汽车,9.1.3 燃料电池汽车,图9.9 本田燃料电池汽车FCX和原理,9.1 电动汽车,2.燃料电池汽车的组成

12、燃料电池汽车系统由燃料箱、燃料电池、电池组、控制系统、驱动系统等组成。见图9.10,9.1.3 燃料电池汽车,图9.10 燃料电池汽车系统,图9.11为戴姆勒-奔驰公司1997年推出的NECAR3燃料电池汽车，它在夹层内安装有甲醇改质器，由甲醇分解获取氢气，提供给同样安装在夹层内的燃料电池而发电,图9.11 NECAR3燃料电池汽车 1-3燃料电池 2-甲醇罐 3-气体净化器 4-气化器（改质器、催化燃烧器） 5-水箱,9.1 电动汽车,3.燃料电池汽车的优点 1）热效率高 2）零污染或超低污染 3）在宽广的范围内保持高效率、过载能力强。 4）配置灵活、机动性大 5）充分利用现有服务设施 4.

13、燃料电池汽车的缺点 1）辅助设备复杂 2）辅助设备重、占用体积大 3）起动时间长，系统耐振动能力需进一步提高,9.1.3 燃料电池汽车,9.2 太阳能汽车,太阳能汽车由于其零污染、能源用之不竭，因此被人们称为“未来汽车”。 （图9.12）有的将太阳能电池板做成活动式的，可以变换倾斜角度，跟踪太阳，好采集更多的阳光；有的将车身做成流线形，电池板固定在车身上，使空气助力减到最小，或者采集阳光的面积最大。它们各有所长，都是为了使太阳能汽车开得更快、行驶里程更长。 图9.13为菲亚特2008年发布的一款小车Fiat Phylla，四个车轮内都有电动马达，由可充电锂电池供电，而车顶、车窗和车门上都有太阳

14、能电池板时刻为电池充电,图9.12 太阳能汽车,图9.13 菲亚特Fiat Phylla,9.3 醇燃料汽车,醇类燃料在汽车上的应用主要有三种类型：掺烧、纯烧和改质。 1、甲醇燃料汽车 在新能源汽车多元化的发展战略框架下，煤制甲醇更是成为最可行、最优先的发展方向，而且由于我国较早涉足此领域，目前的生产以及研发状况都处于世界先进行列,图9.14 旗云甲醇燃料汽车,2、乙醇燃料汽车,图9.15 BioPower 100概念车,9.4 燃气汽车,天然气是一种无色、无味的气体，主要成分是甲烷，另外还含有少量的其它烃类，例如丁烷、乙烷和丙烷。天然气主要产于地下，是有机物质发酵的产品，通常与其它石油产品一同生成。天然气也可以是有机物质腐烂产生的副产品，可以在垃圾站和沼泽等地方生成。天然气中加入了加臭剂，这使得商业天然气有一种独特的气味。作为汽车燃料，天然气与汽油和柴油相比具有很多优点：天然气资源丰富，价格便宜，产生的一氧化碳、臭氧和能生成烟雾的可反应烃等有害物质少。所以天然气比汽油更安全。而且天然气是无毒、不致癌、无腐蚀性的气体。 燃气汽车类型 1.按照所使用天然气燃料状态的不同，天然气汽车可以分为：液化石油气汽车、压缩天然气汽车和液化天然气汽车。 液化石