浅析新能源汽车的现状论文.docx
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浅析新能源汽车的现状论文
广西科技大学鹿山学院
论文题目:
浅析新能源汽车
系别：
汽车工程系
专业班级：
汽营131班
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学号：
20131535
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完成时间：
2016.12.21
摘要
在从汽车尾气说起我国50％以上的石油消耗在交通运输上,资源利用的效率甚低,机动车每百长公。
油耗比欧洲高25％,比日本高百分之20％,比美国高百分之10％;载货汽车每百长公里/吨油耗比国外先进水平高100％以上。
全球能源短缺，提倡清洁能源的大背景下，汽车保有量的急剧增加造成了日益严重的城市污染,引发各种相应疾病蔓延。
在北京、广州和上海等大城市中,燃油汽车直接排放的废弃物对空气污染已超过60％。
有关部门预测,近几年,汽车尾气排放量。
占空气污染的64％甚至更大比例。
目前,人们已从汽车尾气中分离出80多种有害物质,其中以一氧化碳、氮氧化物、碳氢化合物、铅尘和苯并芘为主.新能源汽车是汽车行业发展的必然选择。
从新能源汽车兴起的背景出发，提出我国新能源汽车发展的挑战和促进我国新能源汽车巅峰相关措施，对我国新能源汽车的发展有重要意义。
关键词：
新能源汽车 ； 发展趋势 ； 汽车保有量 ； 汽车尾气；资源利用 ；城市污染
一·新能源汽车研究的背景
1.1、新能源汽车的概念……………………………………………………………4
1.2、新能源汽车的研究背景………………………………………………………4
二·新能源汽车研究的目的和意义
2.1、新能源汽车研究的目的………………………………………………………5
2.2、新能源汽车研究的意义
2.2.1、发展新能源是当今世界的历史潮流和必然选择……………………5
2.2.2、发展新能源可为经济又好又快发展提供支撑………………………5
三·新能源汽车的技术
3.1、混合动力
3.1.1、油电混动派和插电混动派……………………………………………6
3.1.2、插电式混合动力汽车…………………………………………………8
3.1.3、插电混合动力的未来…………………………………………………12
3.2、天然气车
3.2.1、天然气车的发展前景…………………………………………………12
3.2.2、天然气车的类型………………………………………………………13
3.2.3、天然气车的发展优势…………………………………………………13
3.3、纯电动车
3.3.1、时间凭什么选择电动汽车而不是内燃车……………………………14
3.3.2、纯电动车目前发展的困难和突破点…………………………………15
3.3.2、纯电动车的未来变数…………………………………………………18
3.4、燃料电池
3.4.1、燃料电池概述…………………………………………………………19
3.4.2、燃料电池技术…………………………………………………………19
3.4.3、燃料电池的现状………………………………………………………21
四·未来发展的困难及突破点…………………………………………………………22
五·结束语………………………………………………………………………………23
致谢………………………………………………………………………………………24
一·新能源汽车研究的背景
1.1、新能源汽车的概念
新能源又称非常规能源，是指传统能源之外的的各种能源形式。
新能源汽车是相对于传统汽车提出来的，传统的汽车是以汽油、柴油为燃料，而新能源汽车是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，具有新动力系统的汽车。
目前在工程上可实现的新能源汽车技术包括：
混合动力、天然气车、纯电动车和燃料电池。
同时新能源汽车被认为是现阶段减少空气污染和减缓能源短缺的有效方式。
1.2、新能源汽车的研究背景
按照《国务院关于印发节能与新能源汽车产业发展规划（2012～2020年）的通知》（国发[2012]22号）要求，为进一步完善汽车节能管理制度，实施乘用车企业平均燃料消耗量管理，逐步降低我国乘用车产品平均燃料消耗量，实现2015年和2020年我国乘用车产品平均燃料消耗量降至6.9升/100公里和5.0升/100公里的目标，特制定本办法。
如果没有达到这个目标，车企就可能会被罚款、乃至被勒令停产，这必然导致它们在与同行的竞争中落败。
可以预料，油耗低于5L/100km的车型，绝大多数车企会选择新能源汽车的技术路线。
而随着技术的进步，未来法规对油耗、排放的要求会越来越严。
为了满足越来越严的法规需求，车企会投入越来越多的新能源汽车。
如此循环。
近20年，新能源汽车会得到爆发式的发展；未来，新能源汽车将完全取代传统燃油车。
二·新能源汽车研究的目的和意义
2.1、新能源汽车研究的目的
随着我国汽车行业不断发展，不仅排气污染严重，而且能源需求持续增长，能源供需矛盾也越来越突出，迫在眉睫的问题是：
能源资源枯竭,环境污染严重。
为了实现能源的可持续发展，我国一方面必须“开源”，即开发核电、风电等新能源和可再生能源，提倡鼓励使用新能源汽车。
另一方面还要“节流”，即调整能源结构，大力实施节能减排。
2.2、新能源汽车研究的意义
2.2.1、发展新能源是当今世界的历史潮流和必然选择
近年来，曾支撑20世纪人类文明高速发展的石化能源出现了前所未有的危机，除其储藏量不断减少外，更严重的是科学研究发现，汽车尾气排放产生的气体排放到大气中后，加快了全球变暖现象。
不少国家的能源战略都有一个明显的政策导向——鼓励开发新能源汽车，这既是国际市场上石油等传统能源产品价格高昂压力所致，也是人类可持续发展的客观需要。
2.2.2、发展新能源可为经济又好又快发展提供支撑
从产业结构调整看，发展新能源汽车将对调整目前汽车的产业结构、经济结构和发展战略，带动相关的一系列产业的发展，提高汽车行业运行的抗风险能力。
把新能源产业培育成为一个特色产业和新的经济增长点，必将有力地推动汽车行业又好又快发展，成为有效应对挑战、抓住发展机遇的重要途径。
尤其在受金融危机的影响汽车总体经济呈现不断下滑严重局面的背景下，有专家认为对新能源的开发与利用将是全球金融危机后世界经济的新一轮竞争热点,新能源产业必将成为世界各国培育新的经济增长点的一个重要突破口。
因此，新能源汽车开发有可能成为未来最重要的经济增长引擎，成为最有创造就业和财富能力的新经济支柱。
三·新能源汽车的技术
3.1、混合动力
3.1.1、油电混动派和插电混动派。
两个流派是从历史的先后关系发展到了如今的并行关系。
3.1.1.1、丰田带领油电混动派一枝独大
于1997年推出了行星齿轮混动构型的Prius，丰田就已经单独为混动车型确立了单独的产品线，这个意义就堪比宝马单独推出的i系列。
Prius顶着巨大的成本和销售压力，像一个独行侠一般在混动这条路上一走就走了快20年，如今Prius销量已经突破800万量，遑论几乎全线拥有混动的雷克萨斯。
在这20年的前10几年里，其他厂商也都有很多混动的尝试，比如通用的凯雷德混动，本田的Insight，以及在国内市场，包括比亚迪在内的诸多本土企业也都做了很多混动的研究和尝试。
但彼时，由于构型的限制，比如本田IMA构型和国内的ISG/BSG构型，节油效果不甚理想，亦或是电动化零部件成本过高以及可靠性不佳，让那个油耗法规还未收紧的时代各个厂商都没有太多动力去发展混合动力，更多是在做技术储备。
3.1.1.2、插电混动派开始登上历史舞台
分水岭应该说出现在2010年附近，也就是三阶段油耗法规酝酿和发布的时间点。
包括中国在内的几个重要汽车市场油耗法规收紧的趋势已经十分明显，同时电池能量密度的提升以及成本的相对下降，汽车电动化的时机逐步成熟。
出现了通用的增程式电动车Volt，日产的聆风，以及，比亚迪的双模混动F3DM和E6。
也就是这个时候，插电混动派开始登上历史舞台。
3.1.1.3、混动百家争鸣
因为终于有大电池可以用了。
特别在中国和欧洲两个市场，插电式混动能够做到十分理想的油耗结果。
那么混动的Costefficiency就凸显出来了。
在国内，后来更是有了高额补贴和牌照优惠这种逆天的推动手段，插电混动的价值被进一步放大。
3.1.1.4、两派技术路线的差异
其实就体现在动力流的主体上。
油电混动的动力流主体是发动机，电动力辅助发动机，优化油耗。
市面上真正意义上的油电混动两家：
丰田的THS和本田的iMMD，它们的省油秘诀，除了混连型混动构型外，还在于它们的发动机，丰田的2ZR-FXE热效率40%，本田的2.0L阿特金森发动机热效率38.9%，在EPA公布的数据中，普锐斯混动和本田雅阁混动的MPG结果都是同级最高的。
而插电混动的动力流主体是电机，通过尽量优化三电系统的匹配，延长纯电里程，同时兼顾优化发动机的工作点。
把插混车尽量当成纯电车来用，偶尔碰到里程不够用的时候开发动机充充电，解决充电焦虑的问题。
3.1.1.5、集两派之风的选手
一位是二代的通用Voltec，另一位是上汽的插混系统。
这两位都发展了比较复杂而巧妙的混连构型，再配合插混派的大电池包，于是就可以借鉴两派的长处，既可以在纯电里程上做文章，又可以让电量用光的时候，更有效地保证油耗经济性。
3.1.2、插电式混合动力汽车
与雷克萨斯RX450h这种非插电的混合动力汽车相比，插电混合动力汽车电池容量更大，支持行驶的里程更长。
如果每次都是短途行驶，有较好的充电条件，当做纯电动车使用，具有电动车的优点。
与特斯拉ModelS这种纯电动车相比，插电混合动力汽车电池容量要小很多，但是带有传统燃油车的发动机，变速箱，传动系统，油路、油箱。
在无法充电的时候，只要有加油站就可以一直行驶下去，行驶里程不受充电条件的制约，又具有燃油车的优势。
插电混合动力汽车的成本较高，结构复杂。
重量也比较大，相对于单纯的燃油车和电动车又有劣势。
不过，在充电站大面积普及，充电时间大幅提高之前，插电混合动力汽车作为燃油车与电动车之间的过渡产品将长期存在下去。
3.1.2.1、增程型插电混合动力
严格来说仍然是电动车。
车内只有一套电力驱动系统，包括电机、控制电路、电池。
增程型插电混合动力车的电动机直接驱动车轮，发动机则用来于驱动发电机给电池进行充电。
因为发动机并不直接驱动车轮，因此也不需要变速箱。
这相当于在普通的电动车上装载了一台汽油/柴油发电机。
增程式插电混合动力结构 ：
这种模式的优点很明显：
1.具有电动车的安静、起步扭矩大的优点，可以当纯电动车使用，在充电方便的条件下只充电、不加油，使用成本较低；
2.相比其他插电混合动力模式，增程型插电混合动力可以不用变速箱，成本略有降低。
由于带有发动机发电，只要有加油站就可以一直跑下去，在不方便充电的地方不会被迫拖车，解决基础设施不足的问题；
3.因为发动机不直接驱动车轮，发动机转速和车轮转速、汽车速度没有直接关系，通过控制系统优化，可以让发动机一直工作在最佳转速，即使在充电不便时，市内堵车路况下油耗也比较低，发动机噪音也可以控制的非常小。
当然，这种模式也有缺点：
1.由于发动机和发电机并不直接驱动车轮，造成了这部分功率的浪费，而发动机和发电机带来的重量并不减少。
譬如：
一辆增程式插电混合动力汽车发动机功率50KW，发电机功率50KW，电动机功率100KW，整车携带了总功率200KW发动机和电机，但是能驱动车轮的功率只有100KW。
2.在高速路况下，油耗反而偏高。
这是因为高速路况下，如果发动机直接驱动车轮，可以一直工作在最佳工作模式，而增程式插电混合动力多了一个转换过程，转换本身要消耗能量，造成油耗反而偏高。
这一类的代表车型有宝马i3，雪佛兰沃蓝达，Fisker卡玛和奥迪A1e-tron。
3.1.2.2、并联式插电混合动力汽车
这一类插电混合动力车内有两套驱动系统，大多是在传统燃油车的基础上增加电动机、电池、电控而成，电动机与发动机共同驱动车轮。
车内只有一台电机，驱动车轮的时候充当电动机，不驱动车轮给电池充电的时候充当发电机。
并联式插电混合动力结构：
并联式插电混合动力的优势在于：
1.电动机、发动机共同驱动车轮，没有功率浪费的问题，譬如电动机50KW，发动机100KW，只要传动系统能承受，整车功率就是150KW；
2.在纯电模式下，同样有电动车安静、使用成本低的优点。
而在混合动力模式下，有非常好的起步扭矩，加速性能出色；
3.因为只是在变速箱上增加了一台电动机，在传统燃油车基础上改动较小，成本也比较低。
这种模式的缺点是：
1.在混合动力模式下，发动机不能保证一直在最佳转速下工作，油耗比较高。
只有在堵车时因为可以自带发动机启停功能油耗才会低；
2.因为只有一台电机，不能同时发电和驱动车轮，所以发动机与电动机共同驱动车轮的工况不能持久。
持续加速时，电池的能量会很快耗尽，转成发动机单独驱动模式。
这一类的代表车型包括：
奔驰S500插电版、比亚迪秦。
3.1.2.3、混联式插电混合动力
这种模式也有两套驱动系统，混联式有两个电机。
一个电动机仅用于直接驱动车轮，还有一个电机具有双重角色：
当需要极限性能的时候，充当电动机直接驱动车轮，整车功率就是发动机、两个电机的功率之和；当电力不足的时候，就充当发电机，给电池充电。
混联式同时具有增程式和并联式的优点：
在纯电模式下具有电动车安静、使用成本低的优点；
在增程模式下，没有“里程焦虑”，而且发动机可以一直控制在最佳转速，油耗低，噪音小，振动小；
在并联模式下，两台电机，一台发动机可以一起工作，三者功率加起来具有非常好的起步和加速性能，是一种比较完美的组合。
说缺点的话：
就是两台电机、发动机、变速箱一个都不能少，配套的控制电路、电池、传动系统、油路也不能少，总体成本要高于其他类型的插电混合动力，车的总重量也会大一些。
而因为要控制两个电机和一台发动机，还有不同的工作模式，控制系统也要相对复杂，这也会提高成本。
混联式插电混合动力，其实往下细分还可以再分两类：
一类是前置，代表车型是丰田全系插电和比亚迪F3DM。
这类车的两台电机和一台发动机都在汽车前部，通过动力分配，离合器，控制不同的工作状态。
丰田采用的是ECVT行星齿轮做动力分配，很好的兼顾了性能与节能。
还有一种模式是前后置，简单说，就是把兼职的电机与发动机放到一起，另外的纯电动机单独放置。
这种模式的代表是保时捷918，宝马i8，规划中的比亚迪唐也是这种模式。
这种模式的优点除了混联式插电混合动力都有的几个优点以外，还有一个好处是可以在前轮驱动，后轮驱动，四轮驱动三种模式下切换。
保时捷918能在纽柏林跑进7分钟，傲视各路超跑，靠的就是这种前后置混联式插电混合动力带来的高性能。
3.1.3、插电混合动力的未来
插电混合动力汽车在加速性，降噪，使用成本上都有很多优点。
但影响其普及的原因主要在于成本。
以比亚迪为例，本来原型车速锐只要7-8万，仅仅是13度动力电池，就要4万左右的成本。
整车成本则要增加10万左右，再加上各种税费利润，20万的价格就出来了。
而国外劳动力更贵，研发成本摊上，插电混合动力汽车的价格比原型车贵几十万也就理所当然了。
其实,长期来看，动力电池、电机、电控的价格一直是在下降的。
电控产品符合摩尔定律，下降的速度比较快。
而电机和动力电池受到材料的限制，下降的速度比较慢，动力电池大约每年降价5%左右。
未来，随着动力电池，电机，电控价格进一步下降，当两者价格差距不大的时候，插电混合动力汽车的优势就会显现出来。
这一过程会自上而下的进行。
首先是保时捷918这样的超跑，然后是奔驰S，宝马i8这样的高档豪车，然后是中级车，最后到普及车型。
当插电混合动力汽车在多个领域淘汰纯燃油车之后，就会带动充电设施的普及，也会带动电池技术的进一步发展，而充电基础设施和电池问题解决以后插电混合动力汽车历史使命就完成了，人类将迎来电动车时代。
3.2、天然气车
3.2.1、天然气车的发展前景
天然气汽车以天然气为燃料，提供动力。
天然气的甲烷含量90%以上，是很好的汽车发动机燃料。
我国天然气消费增速从2014年开始大幅放缓。
根据中国石油经济技术研究院的计算，2015年我国天然气消费量大约为1873亿立方米，同比增长3.9%，远低于天然气“十二五”规划中提出的目标，增速达到历史低点。
今年以来，这一增速放缓的趋势仍在继续。
随着天然气经济优势大幅削减，部分地区甚至出现气改油、气改煤的“逆替代”现象。
赵忠勋认为，对于中国来说，天然气这种清洁能源依然有着较好的市场潜力。
“下一步如何发展，取决于政府能否出台天然气利用的支持政策。
”所以就目前的各方面情况来看天然气车的潜力还是比较大的。
3.2.2、天然气车的类型
3.2.2.1、压缩天然气汽车（CNG）
压缩天然气是指压缩到20.7—24.8MPa的天然气，储存在车载高压气瓶中。
主要成分是甲烷，由于组分简单，易于完全燃烧，加上燃料含碳少，抗爆性好，不稀释润滑油，能够延长发动机使用寿命。
加工成本相对较低，极难液化，
CNG汽车最大的缺点是：
高压钢瓶过重，体积大且储气量小，占去了汽车较多的有效重量，限制了汽车携带燃料的体积，导致汽车连续行驶里程短，另外因钢瓶的存储压力高，也具有一定的危险性。
3.2.2.1、液化天然气汽车。
（LNG）
天然气在常压下冷却至-162℃后液化形成LNG，其燃点为650℃，爆炸极限为5%~15%，安全性较高。
LNG汽车可以明显的压缩天然气体积，一次充气，可以行驶500km甚至1000km以上，非常适合长途运输使用。
与CNG汽车相比，LNG汽车在安全、环保、整车轻量化、整车续驶里程方面都具有优势。
世界上使用较多的是压缩天然气汽车。
按照燃料使用状况的不同，天然气汽车可分为：
专用燃料天然气汽车。
发动机只使用天然气作为燃料。
两用燃料天然气汽车。
既可以使用天然气也可以使用汽油作为燃料。
双燃料天然气汽车。
可以同时使用液体燃料和天然气。
3.2.3、天然气车的发展优势
1、燃烧稳定，不会产生爆震，并且冷热起动方便。
2、压缩天然气储运，减压，燃烧都在严格的密封状态下进行，不易发生泄露。
另外其储气瓶经过各种特殊的破坏性试验，安全可靠。
3、压缩天然气燃烧安全，积碳少，减少气阻和爆震，有利于延长发动机各部件的使用寿命，减少维修保养次数，大幅度降低维修保养成本。
4、可减少发动机的机油消耗量。
5、使用压缩天然气与汽油相比，可大幅度降低，一氧化碳，二氧化硫，二氧化碳等的排放。
并且没有苯，铅等致癌和有毒物质危害人体健康。
6.尽管一般认为由于天然气积碳少，机油更换的次数可以少一些，甚至例行的维护也可以少作一些，但我们认为汽车、发动机和改装系统的定期维护可以保障天然气汽车与汽油车和柴油车相比具有更好的性能。
3.3、纯电动车
3.3.1、时间凭什么选择电动汽车而不是内燃车
1.因为从充电--电池--电池驱动电机的过程中能量损失极少。
大型火电厂将化石燃料转化成电力的效率远高于汽车内燃机化石燃料燃烧驱动齿轮的效率，所以即使发电来源都为火电，理论上仅考虑能源转化流程，驱动车辆的成本和排放都更低
2.因为电力的来源是多种多样的。
可再生能源如水电、核电等，相比火电污染小，成本低，且没有化石燃料耗光的危险。
甚至可以利用分布式的家用太阳能发电设备实现家庭汽车能源的自给自足。
3.因为社会用电存在波峰和波谷。
在凌晨时段，用电量很低，很多多余电量被浪费，而此时正合适用多余的电量给汽车充电。
4.因为纯电动汽车完全没有内燃机的高噪音和振动，也没有燃气燃烧的时滞，极为安静，平顺，且动力响应极为迅猛。
加之电动机低转速扭矩很大，性能也很强。
5.因为纯电动汽车的主要成本是电池，而电机成本较低，所以在汽车驱动方式上有更多的选择。
比如，增加一个电机就能够很容易在没有传动轴和中央差速锁（锁定前后轴的转速差）的情况下低成本的实现四驱，而且前后轴动力分配可以很容易从0：
100到100：
0之间任意切换且没有时滞。
在传动方面大大降低成本，同时颠覆性的提升性能。
同时电池全布置在车底，可以大幅改善操控，也可以增加储物空间（如models前后均有行李厢）。
电动机本身维护成本也较内燃机为低
6.因为目前人类社会已经是一个电力社会，电力设施分布密度极高，成本极低，很容易发展成为充电设施。
在一些发展中国家（如中国）的乡村，加油站可能还没有普及，但充电条件却可能已经普及，只要少量改造，即可以为汽车充电。
即使在发达的城市地区，充电设备也比加油设备容易达到高的多的密度，比如每个停车计时器上都可以附带一个。
7.因为纯电驱动，使得全自动电控变得更容易，车联网，自动驾驶技术等等更容易实现
8.虽然电池本身有污染，但相对容易集中处理。
而内燃机尾气排放很难集中处理，而且因为内燃机尾气，及其形成的雾霾集中在人口密集的城市，影响到的人口更多，综合危害可能更大。
3.3.2、纯电动车目前发展的困难和突破点
3.3.2.1、能源再次充满的速度太低。
燃油和混合动力汽车只要花几分钟的时间，就可以达到上千公里的续航里程。
而目前电动车充电技术最快的特斯拉超级充电站，20分钟充电达到240公里的续航，速度只有加油的十分之一，但这种充电站目前成本比加油站还要高很多。
而对于成本较低的220V家用充电，选用双充电器（需要80安培的适配器）以后，充电速度也只有每小时100公里，标配的40安培适配器的单相充电器则只有每小时50公里，而一般随处可见的电源可能是10安培或20安培的适配器。
如果是110伏电压的地区，比如美国，日本，台湾，充电的速度则会更低（在美国家用110v充电被称为level1，需要专门以较高成本建设240V的level2充电桩）,models的110v，15A的充电时间是每小时6.5公里左右。
也就是说，虽然农村充电设施比加油站多，但到了农村以后，可能充一整晚的电，都不一定能攒够回程的里程。
如果采用换电池的方法，则一来各家电池标准很不统一，二来重量很大，而且如果设计的整体性好，会较难拆卸，三来成本较高，金融结构上难于实现，四来一个换电站，很难有效的覆盖一辆纯电动车的活动范围。
3.3.2.2.续航里程。
受限于电池成本，重量，和电池管理技术，电动车普遍续航里程较低。
目前家用燃油车普遍高速续航能力在一千公里左右，最大的特斯拉按EPA测试是426公里，比亚迪E6和腾势是200公里，其他车型最高的也只有100公里左右。
3.3.2.3.电池寿命。
因为锂电池的特性，完全充放电会对电池寿命有较大影响，而纯电动车因为电池持续输出电力，无法像传统混合动力一样浅充浅放，寿命远远短于传统混合动力的电池组。
日产宣称5年平均每天一次快充一次慢充的情况下，都是只充到85%，只用到15%，大概5年后还能有80%的电量。
总体上按不影响使用的电池容量衰减计算（日产在美国的保修标准是5年10万公里，电池还剩70%以上），大概寿命只有prius的1/3。
这还是理想状况。
实际差距有可能更大。
更换电池在美国在日产亏本销售而且必须提供旧电池的情况下，依然要6000美元。
3.3.2.4.电池成本。
因为目前电池的能量密度还较低，所以目前纯电动汽车的价格都较高。
比如销量最大的日产leaf（国内的启辰晨风）在亏本销售的情况下，售价约是27000美元，比同类型的紧凑型家用车高了10000美元左右。
相比混合动力车型比同类车型只高出4000美元左右的售价，而且还是盈利的。
加上电池寿命有限，这使得通过省油回收成本变得几乎不可能。
所以基本上目前纯电动车只有在政府高额补贴的情况下，才可以有一定销量。
3.
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