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程永慧论文

河南机电高等专科学校

毕业设计论文

论文题目：

新能源汽车的技术现状及发展趋势

系部：

汽车工程系

专业：

汽车检测与维修（汽车电子技术）

班级：

汽电091

学生姓名：

程永慧

学号：

091603146

指导教师：

崔志华

2012年5月1日

摘要

在能源危机和环境污染问题的压力下，寻找替代石油的新能源车成了必然的选择。

本文对新能源汽车包括混合动力汽车、纯电动汽车、燃料电池汽车等定义、分类及特点进行了总结，综述了各类新能源汽车最新技术进展及其性能，通过分析新能源汽车应用现状，指出纯电动汽车和燃料电池汽车推广应用需解决的问题，对各类新能源汽车的发展前景进行了展望。

关键词：

汽车，能源，经济，技术，现状，应用前景

ABSTRACT

Underthepressureoftheenergycrisisandenvironmentalpollutionproblemshavebecomeaninevitablechoicetofindnewenergyautomobilealternativetopetroleum.Ofnewenergyvehicles,includingthedefinition,classificationandcharacteristicsofhybridvehicles,pureelectricvehicles,fuelcellvehicles,allkindsofnewenergyvehicles,thelatesttechnologicaladvancesandtheirperformance,byanalyzingthestatusofthenewenergyautomotiveapplications,pointingoutthatpureelectricvehiclesandfuelcellvehiclestopromotetheapplicationissuestobeaddressed,theprospectsforthedevelopmentofvarioustypesofnewenergyvehiclesprospect.

Keywords:

car,energy,economy,technology,currentstatus,theapplicationprospects

目录

摘要I

绪论2

第一章新能源汽车发展概述3

1.1寻求新动力源的背景3

1.2我国发展新能源汽车的重要意义5

1.3新能源汽车在我国发展现状以及存在的问题6

1.4新能源汽车发展的主要障碍及其解决方案8

第二章新能源汽车的主要种类及技术状况11

2.1燃料电池汽车11

2.2纯电动汽车12

2.3混合动力汽车12

2.4燃气汽车13

2.5生物乙醇汽车13

2.6二甲醚汽车13

2.7氢动力汽车14

2.8以植物油为燃料的汽车14

2.9气动汽车14

第三章其他新能源汽车方案16

3.1空气动力汽车16

3.2提高旧能源汽车的效率16

3.3超级电容汽车16

3.4飞轮储能汽车16

第四章新能源汽车发展趋势及预测17

4.1代用燃料汽车发展前景17

4.2新能源汽车发展趋势17

4.3新能源汽车发展预测18

致　谢20

参考文献21

绪论

　　随着世界能源危机和环保问题日益突出，汽车工业面临着严峻的挑战。

一方面，石油资源短缺，汽车是油耗大户，且目前内燃机的热效率较低，燃料燃烧产生的热能大约只有35％—40％用于实际汽车行驶，节节攀升的汽车保有量加剧了这一矛盾；另一方面，汽车的大量使用加剧了环境污染，城市大气中CO的82％、NOｘ的48％、HC的58％和微粒的8％来自汽车尾气，此外，汽车排放的大量CO2加剧了温室效应，汽车噪声是环境噪声污染的主要内容之一。

我国作为石油进口国和第二大石油消费大国，污染严重，世界认定的20个污染最严重的城市有16个在中国。

国内汽车产品水平与国外差距很大，平均油耗高出10％—30％，排放约为15—20倍，汽车工业面临的压力更大。

上个世纪末以来世界各国和各大汽车公司以及国内各大科研机构和高等院校纷纷致力于开发清洁节能汽车，新能源汽车获得了长足发展。

汽油和柴油是传统内燃机汽车的能源，利用除此以外的能源提供汽动力的汽车均可称为新能源汽车。

目前正在开发的新能源包括天然气、液化石油气、醇类、二甲醚、氢、合成燃料、生物气、空气以及电荷燃料电池等。

第一章新能源汽车发展概述

1.1寻求新动力源的背景

随着世界能源危机和环保问题日益突出，汽车工业面临着严峻的挑战。

一方面，石油资源短缺，汽车是油耗大户，且目前内燃机的热效率较低，燃料燃烧产生的热能大约只有35%—40%用于实际汽车行驶，节节攀升的汽车保有量加剧了这一矛盾；另一方面，汽车的大量使用加剧了环境污染，城市大气中CO的82%、NOx的48%、HC的58%和微粒的8%来自汽车尾气，此外，汽车排放的大量CO2加剧了温室效应，汽车噪声是环境噪声污染的主要内容之一。

我国作为石油进口国和第二大石油消费大国，污染严重，世行认定的20个污染最严重的城市有16个在中国。

国内汽车产品水平与国外差距很大，平均油耗高出10%—30%，排放约为15—20倍，汽车工业面临的压力更大。

《新能源汽车生产企业及产品准入管理规则》已于2009年7月1日正式实施，《规则》强调说明：

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。

新能源汽车包括混合动力汽车、纯电动汽车（BEV，包括太阳能汽车）、燃料电池电动汽车（FCEV）、氢发动机汽车、其他新能源（如高效储能器、二甲醚）汽车等各类别产品。

世界上第一辆电动车（EV）由美国人在19世纪90年代制造。

EV大致分为蓄电池电动汽车（BEV）、燃料电池电动汽车（FCEV）和混合动力电动汽车（HEV）。

电动汽车的一个共同特点是汽车完全或部分由电力通过电机驱动，能够实现低排放和零排放。

蓄电池电动汽车是最早出现的电动汽车。

使用铅酸电池的汽车整车动力性、续驶里程与传统内燃机汽车有较大的差距，而使用高性能镍氢电池或者锂电池又会使成本大大增加。

而JtBEV都需有一定充电时间及相应的充电设备，使用场合受到了限制。

燃料电池具有近65%的能量利用率，能够实现零排放、低噪声，国外最新开发的高性能燃料电池已经能够实现几乎与传统内燃机汽车相当的动力性能，发展前景很好，但成本却是制约其产业化的瓶颈。

在加拿大进行的示范试验表明，使用燃料电他的公共汽车制造成本为120万加元，而使用柴油机的公共汽车仅为27.5万加元。

混合动力汽车融合了传统内燃机汽车和电动汽车的优点，同时克服了两者的缺点，近年来获得了飞速发展，并已经实现了产业化和商业化，PRIUS和INSIGHT两款混合动力汽车的成功向人们展现了混合动力技术的魅力和巨大的市场潜力。

为了寻找可代替石油的新能源，科学家也将目光投向了植物油，正在研制以植物油如大豆油、玉米油及向日葵油为原料的内燃机油。

科学家们还在研究生物柴油，这是一种以植物油为原料的燃料，将来可作为柴油的替代品大量用于卡车和轮船。

生物柴油中不含硫，因此不会对环境造成酸雨威胁。

为生产生物柴油，化学家们正在对植物油进行酯化加工，使之变成甲基酯化合物，燃烧起来更干净，发动机内残留物也较少。

目前，全球能源和环境系统面临巨大的挑战，汽车作为石油消耗和二氧化碳排放的大户，需要进行革命性的变革。

目前全球新能源汽车发展已经形成了共识，从长期来看，包括纯电动、燃料电池技术在内的纯电驱动将是新能源汽车的主要技术方向，在短期内，油电混合、插电式混合动力将是重要的过渡路线。

目前来看，全球新能源汽车的发展还面临着一些共同的难题，例如关键技术的突破、汽车工业的转型、基础设施的建设以及消费者的接受度等。

具体到各国，应该说，引领新能源汽车发展的主要还是美国、日本以及欧洲的一些国家，这些国家起步比我国要早很多，它们的发展也各有侧重。

美国长期侧重降低石油依赖、确保新能源安全的战略，将发展新能源汽车作为交通领域实现根本上摆脱石油依赖的重要措施，并以法律法规的形式确定了新能源汽车的战略地位。

早在克林顿时期，美国就提出了以提高燃油经济性为目标的计划，混合动力是当时主要的技术解决方案。

到了布什时期，变为追求零排放和零石油依赖，技术解决方案主要是氢燃料电池汽车，后来还有一个计划，想用十年的时间实现20％的石油替代和节约，主要措施是生物质燃料。

国际金融危机以后，奥巴马政府将大力发展电动汽车作为实施新能源战略的重要内容，提出了总额40亿美元的动力电池以及电动汽车研发和产业化的计划，产品上，选择了以插电式混合动力电动车为重点。

日本长期坚持确保能源安全和提高产业竞争力的双重战略，通过制订国家目标引导新能源汽车产业的发展，同时高度重视技术创新。

2006年，日本提出了新的国家能源战略，目标是到2030年交通领域对石油的依赖从100％降到80％，为了配合这个新能源战略的实施，提出了下一代汽车燃料计划，明确提出改善和提高汽车燃油经济性标准，推进生物质燃料的应用，促进电动汽车和燃料电池汽车的应用等。

近期，日本又将大力发展电动汽车作为低碳革命的重要内容，并且计划到2020年普及以电动汽车为主体的下一代汽车。

目前，日本正全面发展三类电动汽车，其混合动力全球销量第一；在纯电驱动方面，规划和产业化推进步伐也是最快的；另外，日本燃料电池产品的研发和产业化推进也领先于其他国家。

相对于美国和日本，欧洲更加侧重于温室气体减排战略。

满足日益严格的二氧化碳排放限制要求已经成为欧洲对新能源汽车发展的主要驱动力。

欧洲的新能源汽车发展在早期主要以生物质燃料、天然气以及氢燃料为主，本世纪初曾经提出到2020年23％的石油替代目标。

近期，欧洲则对电动汽车给予高度关注。

例如德国2009年下半年发布电动汽车计划，高度重视纯电驱动的电动汽车发展，以纯电为重点，分别提出了2012年、2016年、2020年的产业化和市场化目标。

1.2我国发展新能源汽车的重要意义

目前，世界各国都在大力发展新能源汽车，我国更是将其列入到七大战略性新兴产业之中。

节能与新能源汽车的发展是我国减少石油消耗和降低二氧化碳排放的重要举措之一，中央和地方各级政府对其发展高度关注，陆续出台了各种扶持培育政策，为新能源汽车的发展营造了良好的政策环境。

近年来，我国新能源汽车产业在行业标准、产业联盟、企业布局、技术研发等方面也取得了明显进展，有望肩负起中国汽车工业“弯道超车”的历史重任。

（1）发展新能源汽车是国民经济可持续发展的需要

我国用于汽车能源的石油资源是有限的，在几十年后必然会出现枯竭，要大量依赖从国外进口石油。

届时世界石油资源也会出现匮乏，各国对石油资源的竞争必将更加激烈，石油在国家安全方面的重要性日益上升。

所以节制使用石油资源，发展新能源汽车将会促进我国能源结构的调整，有利于国民经济的可持续发展。

我国天然气资源丰富，分布广泛，海南、北京、上海、重庆等省市被列为国家燃气汽车重点示范城市，各地均在燃油汽车基础上研制开发改装了压缩天然气汽车和液化石油气汽车，主要用于出租车、公交客车、大型车辆和工程设施等。

一汽—大众公司开发了捷达LPG，上海交大研制成LPG轿车并和申沃客车联合开发成功改装型LPG城市bus，北京开发了CNG城市bus

山西是产煤大省，甲醇汽车项目已进行多年，目前已达到商业运行阶段，所用甲醇汽车采用灵活燃料系统，既可用甲醇，也可用汽油，将乙醇当作有氧燃料使用，现在在河北和黑龙江等地推广。

同时国家制定了乙醇汽油燃料相关标准。

我国云岗汽车公司大同汽车制造厂开发了甲醇中巴车。

我国煤炭资源丰富，政府支持以煤炭为原料制造车用燃料项目。

煤直接液化和间接液化制取车用燃料的项目正在积极进行。

“十五”期间在云南和陕西建立了煤直接液化示范厂，以煤为原料合成石油或二甲醚等车用燃料。

西安交通大学与中国科学院煤化工研究所经过5年协同攻关，于2000年研制出了“超低排放二甲醚汽车”，通过在TYll00单缸柴油机及装备有大连柴油机厂生产的CA498柴油机的面包车上燃用二甲醚的试验，发现发动机的功率可提高10%-15%，热效率提高2—3个百分点，噪声降低10%-15%。

（2）发展新能源汽车是控制城市污染的需要

燃油汽车的尾气排放已给环境带来了破坏，世界各国都己认识到这一点，纷纷制定了相关严格的汽车排放标准，以求减少对环境的污染。

因此寻求无污染或低污染的“绿色汽车”成为各国的基本国策，也是人类可持续发展的需要。

我国从事燃料电池研究的单位有20余家，质子交换膜（PEM）燃料电池技术已取得较大进展，但与国外还有不小差距，例如，国外将功率50—80kW的PEM燃料电池用于轿车，而我国最大的PEM燃料电池单堆功率为5kW，离轿车使用相距甚远。

我国的金属燃料电池技术已经达到世界先进水平。

我国的镍氢电池和锂电池技术水平也已经达到国际先进水平，比亚迪在2005年上海车展展出的E1电动车已经具备了很好的整车动力性能。

目前国内对压缩空气动力汽车的研究报道最多的是浙江大学，他们已经开发出压缩空气动力摩托车研究平台，探索出不少有益的结论，正在进一步深入研究，此外重庆大学和同济大学也做过一些探索性研究。

应当说APV在国内的发展才刚刚起步。

（3）发展新能源汽车能够缩短我国汽车工业与世界先进汽车工业的差距。

1.3新能源汽车在我国发展现状以及存在的问题

（1）新能源汽车在我国发展现状

在汽车工业相对发达的欧洲等国家，新能源汽车在政府和消费者的支持下，已经取得了显著成绩。

下面我们对法国、美国以及英国等国家对新能源汽车的保护作一些简单的介绍，希望能对我们发展新能源汽车有所帮助和借鉴。

法国：

为鼓励支持新能源汽车的发展，法国政府对汽车经销有这样的政策：

经销商每卖出5辆常规动力汽车，就必须卖出一辆清洁燃料汽车。

与此同时，政府制定了清洁汽车减免税额的政策。

无论是生产厂商，还是经销商，从经销环节和研发环节所产生的巨额成本，大部分被政府的优惠政策和补贴所消化了，故而不会过多地转嫁给消费者。

美国：

同一车型的混合动力车比装配传统发动机的车贵3000多美元，但政府对每辆车实行2000美元到4000美元的税收优惠政策，高出的价格被政府的优惠政策冲抵，这意味着有些混合动力车的售价比普通轿车还便宜。

英国：

大家都知道，驾车进入英国首都伦敦是要收费的，但是如果你驾驶一辆混合动力车进入伦敦市区，将免收5英镑进入市区的费用，可见，英国政策对新能源汽车的支持是非常大的。

日本：

日本政府对大学、研究所从事燃料电池开发给予了较多的补贴。

同时，对开发燃料电池也投入了大量资源。

1997年丰田公司开始销售混合动力汽车，每台汽车60万日元，买一台车政府给予消费者20万日元补贴。

油价上涨到70美元后，混合动力汽车的优势开始显现。

据专家介绍，与发达国家相比，我国新能源车战略缺少的不只是基础设施的配套，亟待补课的地方还很多。

对于新能源汽车来说，电池技术是主要瓶颈。

研制成本低、体积小、持续能力强，并且使用寿命长的电池是破解新能源汽车难题的关键。

此外，如何保证由电机系统组成的动力总成与整车匹配，是亟待解决的技术问题。

目前，新能源汽车除了混合动力之外，纯电动车及其他代用燃料车尚无国　家统一标准。

在标准缺失的情况下，新能源车型的审批上市就不可避免地遭遇许多标准的盲区。

而采用什么样的国家标准，将直接影响到未来零部件配套、生产设备改造等各方面，对每个参与的企业来说影响重大。

，我国新能源车战略应尽快形成上下一盘棋的局面。

而当前各地争相上马新能源汽车联盟和产业基地，或将导致更严重的地方保护主义，不利于新能源战略的全国推广。

另外，国内节能与新能源汽车生产企业并没有足够的技术实力迎接产业化的到来。

在混合动力汽车关键零部件领域，国内企业的产品可靠性以及自动变速箱生产经验等方面均与国外产品存在一定差距，自主混合动力系统产品的总量还不足千套，急需通过不久前启动的节能与新能源汽车示范推广试点，在3至5年的补贴期内增强自主创新产品竞争力，以顺利进入产业化阶段。

指出，中国新能源汽车的研究比国外起步要晚20年，在新能源领域即使取得了一定成功，我们也不应好大喜功，盲目乐观。

而应时刻保持清醒看到我们与先进水平的差距，只有这样才能不断的进度，从而取得更大的成果。

（2）新能源汽车在我国发展中存在的问题

2009年2月5日，科技部和财政部联合出台《节能与新能源汽车示范推广财政补助资金管理暂行办法》，宣布为鼓励节能汽车发展，中央财政将对购置节能与新能源汽车给予一次性定额补助，鼓励全国13个试点城市率先在公交、出租车、公务、环卫和邮政等公共服务领域推广使用节能与新能源汽车。

《办法》明确规定，中央财政对购置节能与新能源汽车将按同类传统汽车的基础价差，并适当考虑规模效应、技术进步等因素给予一次性定额补贴。

其中，长度10米以上城市公交客车是此次补贴的重点，混合动力客车最高每辆补贴42万元，纯电动和燃料电池客车每辆补贴分别高达50万元和60万元。

在国家政策的鼓励下，新能源车近来发展势头迅猛。

对此，有专家指出，我国新能源汽车在技术方面尚未完全成熟，各地在制定发展战略时要保持清醒。

中国汽车技术研究中心北京工作部副主任傅连学说，各地争相成立新能源汽车联盟、建设产业化基地，很重要的原因是备战科技部和财政部开始实施的新能源汽车“十城千辆”示范运行计划，争夺政府补贴。

据专家介绍，与发达国家相比，我国新能源车战略缺少的不只是基础设施的配套，亟待补课的地方还很多。

对于新能源汽车来说，电池技术是主要瓶颈。

研制成本低、体积小、持续能力强，并且使用寿命长的电池是破解新能源汽车难题的关键。

此外，如何保证由电机系统组成的动力总成与整车匹配，是亟待解决的技术问题。

目前，新能源汽车除了混合动力之外，纯电动车及其他代用燃料车尚无国家统一标准。

在标准缺失的情况下，新能源车型的审批上市就不可避免地遭遇许多标准的盲区。

而采用什么样的国家标准，将直接影响到未来零部件配套、生产设备改造等各方面，对每个参与的企业来说影响重大。

更重要的是，我国新能源车战略应尽快形成上下一盘棋的局面。

而当前各地争相上马新能源汽车联盟和产业基地，或将导致更严重的地方保护主义，不利于新能源战略的全国推广。

另外，国内节能与新能源汽车生产企业并没有足够的技术实力迎接产业化的到来。

在混合动力汽车关键零部件领域，国内企业的产品可靠性以及自动变速箱生产经验等方面均与国外产品存在一定差距，自主混合动力系统产品的总量还不足千套，急需通过不久前启动的节能与新能源汽车示范推广试点，在3至5年的补贴期内增强自主创新产品竞争力，以顺利进入产业化阶段。

（3）城市试点

2009年春节前，财政部、科技部发出《关于开展节能与新能源汽车示范推广工作试点工作的通知》，决绿色环保车定在北京、上海、重庆、长春、大连、杭州、济南、武汉、深圳、合肥、长沙、昆明、南昌13座城市开展节能与新能源汽车示范推广试点工作；鼓励试点城市率先在公交、出租、公务、环卫和邮政等公共服务领域推广使用节能与新能源汽车。

《通知》明确指出，中央财政重点对试点城市购置混合动力汽车、纯电动汽车和燃料电池等节能与新能源汽车给予一次性定额补助。

《通知》同时要求地方财政安排一定资金，对节能与新能源汽车配套设施建设及维护保养等相关支出给予适当补助，保证试点工作顺利进行。

不完全统计，中度混合动力汽车的平均成本比同类型汽油动力车贵30%至50%。

1.4新能源汽车发展的主要障碍及其解决方案

新能源汽车虽然可以有效减少市区有害气体的排放和烟雾浓度,同时也减少CO2的排放。

许多国家和厂商都积极开发纯电动汽车（PEV）、混合动力电动汽车（HEV）（包括插电式混合动力电动汽车PHEV）和燃料电池汽车（FCV）。

但是诸多障碍和困难限制了新能源汽车的发展和普及,从全球范围来看,一场打破约束、冲出困境的行动已经开展。

（1）充电基础设施

推广PEV和PHEV的主要困难就是缺少全面的电池充电基础设施。

然而,目前全球许多厂商和政府已经启动了电动汽车基础设施项目,来评估建立充电基础设施的方法,并正着手进行实际应用。

（2）氢燃料补给基础设施

开发氢燃料补给设施是一个巨大工程。

目前,为汽车研究提供支持的汽车用氢燃料补给站已基本建立。

在补给站内储存氢燃料仍然是一个难题。

（3）氢燃料的生产

氢的生产是一项重要的全球性业务。

目前绝大多数氢的生产是采用蒸气甲烷重整法,这意味着该方法产生CO2。

其他生产方法包括煤（产生CO2）或生物质气化、高温水裂解和一些新兴技术,如利用阳光从水中分出氢的光解方法。

用化石燃料发电,再用电使水分解的方法也产生CO2,水解的效率只有大约70%,氢气压缩的效率大约为90%,在电动机输出阶段,燃料电池将燃料能量转化为直流电的效率最大为65%,因此,电能输出到电动机输出的效率大约为41%。

相比之下,直接向纯电动汽车的锂离子电池充电时,AC-DC蓄电池的充电效率大约为89%,电池效率为94%,DC-AC转化效率为95%,因此,最终效率为79%。

（4）续驶里程

充电电池的续航能力有限和充电时间较长一直是阻滞纯电动汽车普及的主要障碍，对许多消费者来说,在电动模式时,PEV和PHEV行驶距离有限仍是个问题。

尤其是PEV,它没有装载续驶里程较大的内燃机（ICE）,再充电时也需要很长时间。

尽管如此,戴姆勒克莱斯勒的研究指出大多数欧洲人每天行驶距离约50km,而PEV的续驶里程是其2倍为97km,对于这些消费者来说已足够。

类似的雪佛兰Volt车每次再充电的续驶里程目标约为64km,对于美国大约78%的上班族来说已足够。

目前所选用制造商的23辆PEV的续驶里程,平均值为185km,行驶里程范围64～402km。

仅使用电动模式的10辆PHEV平均续驶里程为68km,行驶里程范围26～97km。

（5）成本

目前HEV和PEV所使用的蓄电池组的价格依然昂贵,首批大规模销售的PEV和PHEV所需的研发成本将由消费者承担。

通用汽车公司认为PHEV的电动续驶里程每增加16km其成本将增加约1500美元,但丰田的Prius续驶里程增加16km的成本为5000美元。

（6）核心部件

作为新能源汽车核心部件，电机及其控制系统的性能至关重要。

在国内随着“十城千辆”新能源汽车示范工程的推进，国内一些车用电机产品已经进行小批量生产并通过装车考核，能够很好地满足整车需求。

第二章新能源汽车的主要种类及技术状况

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，但采用新型车载动力装置），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。

新能源汽车包括有：

混合动力汽车（HEV）、纯电动汽车（BEV）、燃料电池汽车（FCEV）、氢发动机汽车以及燃气汽车、醇醚汽车等等。

汽车对新能源的基本要求：

（1）能源要储量丰富

我国汽车保有量预计2010年将达到3430万辆，汽车对能源的消耗巨大，作为汽车动力的能源必须储量丰富，才能保证汽车的可持续发展。

（2）能源的能量密度要高

能源的能量密度越高，汽车的燃料箱体积就越小，就会减轻汽车的自重。

在同样的条件下，汽车的续驶里程就越长，并且动力性能越好。

因此对汽车的能源要求密度越高越好。

（3）能源的污染要小

目前，大规模使用石油产品的汽车，已造成了环境的严重污染，各国政府