级能源与动力工程一班专业导论.docx

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级能源与动力工程一班专业导论

能源与动力工程前沿技术

----新能源汽车能源技术与动力技术介绍

姓名：

XXX学号：

XXX

班级：

2019级能源与动力工程专业一班

1.能源与动力专业介绍？

能源与动力工程致力于传统能源的利用及新能源的开发，和如何更高效的利用能源。

能源既包括水、煤、石油等传统能源，也包括核能、风能、生物能等新能源，以及未来将广泛应用的氢能。

动力方面则包括内燃机、锅炉、航空发动机、制冷及相关测试技术。

考虑学生在宽厚基础上的专业发展，将热能与动力工程专业分成以下四个专业方向:

（1）以热能转换与利用系统为主的热能动力工程及控制方向（含能源环境工程、新能源开发和研究方向）;

（2）以内燃机及其驱动系统为主的热力发动机及汽车工程，船舶动力方向;

（3）以电能转换为机械功为主的流体机械与制冷低温工程方向;

（4）以机械功转换为电能为主的火力火电和水利水电动力工程方向。

即工程热物理过程及其自动控制、动力机械及其自动化、流体机械及其自动控制、电厂热能工程及其自动化四个二级学科。

根据专业方向不同，毕业生可在大型企业、相关公司以及相关的研究所、设计院、高等院校和管理部门从事热能工程、动力工程、制冷工程方面的研究与设计、产品开发、制造、试验、管理、教学等工作。

主要就业方向为发电厂、内燃机厂、汽车制造厂、物流调控、锅炉厂、大型机械厂、造船厂、空调厂、制冷设备厂、暖通工程等等。

我国能源动力工程发展现状

我们乘坐汽车外出同样需要使用能源，汽车所使用的汽油、柴油是由石油能源提炼出来的。

火力发电、水力发电、风力发电等等获得的电能，同样属于能源。

不过，在发电方面，火力发电仍然占据着发电量第一的位置，约占81%，水电为16%，核电为2%，因火力发电所消耗的煤炭资源总量也是十分庞大的。

目前，我国能源结构与世界能源结构如下图所示：

在我们生活的方方面面，都离不开能源的参与。

煤炭作为一种不可再生资源，如果消耗的过快，则必然会对我国乃至于世界能源结构产生冲击，甚至危害到我们赖以生存的自然环境。

目前在煤炭资源的利用上，人们会通过对煤炭进行处理，提高煤炭的利用率，降低煤炭燃烧时产生的污染物排放量；还有一部分技术人员对生产工艺进行改造，淘汰重污染生产设备。

这些措施都有效提高了能源的利用效率，并优化了我国的能源利用结构。

在多方面的能源技术下，一些方面也引起了多方面专业人才的关注，汽车作为主要的石油能源消耗点，所以为汽车寻找新的替代能源确实十分重要，而我们今天主要讲的内容就是新能源汽车的应用与发展。

2.能源与动力的新技术（介绍、发展、应用）。

随着社会经济的快速发展，汽车已经成为世界各国人民的主要交通工具，在日常工作和生活中发挥着巨大的作用。

然而，汽车的普及应用也带来了诸多的弊端，如地球不可再生能源的大量消耗，以及生态环境的严重污染。

上述问题的呈现，使得汽车行业的发展面临两难的局面。

在这样的背景下，汽车新能源的理念随之产生，并且在短时间内得到了大范围的推广。

在我国，截至2012年年底，生产的新能源汽车数量已达到9065辆，同一年国家进一步施行了“以新能源汽车为突破口，促进自我创新，加强汽车业的稳定健康发展”的战略方针。

近些年来，随着可持续发展理念的深入人心，低碳经济已经成为我国未来发展的主要方向。

在此背景下，新能源汽车与汽车新能源的开发已经成为了评判一个国家工业标准的基本方法，成为汽车行业未来发展的必然趋势。

一、新能源汽车能源系统

汽车的传统能源，主要是由石油为基础所制造的柴油、汽油等化石燃料，主要是不可再生资源，并且具有较高的污染性。

而新能源的定位，就是与化石燃料所相反的能源类型，主要是电力、氢气、太阳能等污染性较低且可以再生的能源。

在汽车能源的应用当中，主要有以下几种类型。

第一是电力能源。

以电力能源为核心能源的汽车，通常被称之为电动汽车。

目前，电动汽车在世界各地都得到了广泛的认同和实践的应用，三元锂电池和镍氢电池业已成为电动汽车行业中电池的两大主流趋势。

在我国，许多城市地区已经开始普及安装充电站、充电桩等配套装置，为电动汽车的充电与续航提供足够的便利，并且加大对电动汽车的资金投入和政策引导力度，促进汽车新能源的快速变革。

其代表有1.纯电动汽车：

采用电力驱动，大部分车辆直接采用电机驱动，有一部分车辆把电动机装在发动机舱内，也有一部分直接将车轮作为四台电动机的转子。

可以充分利用晚间用电低谷时富余的电力充电，使发电设备日夜都能充分利用。

2.燃料电池汽车：

以氢气、甲醇等为燃料，通过化学反应产生电流，依靠电机驱动。

其化学反应过程不会产生有害物质，燃料电池的能量转换效率比内燃机要高2-3倍。

3.以电力为主的混合动力汽车：

采用传统燃料，同时配以电动机/发动机来改善低速动力输出和燃油消耗的车型。

按照燃料种类的不同，主要又可以分为汽油混合动力和柴油混合动力。

第二是氢能源。

以氢能源为核心能源的汽车，借鉴的是氢氧燃烧过程中所生成的大量能量为汽车提供行进的动力，同时其排放的汽车尾气主要是氢氧化合反应形成的水汽，从某种意义上来讲属于绝对的清洁能源，环境系数非常高。

第三是太阳能。

以太阳能为核心能源的汽车，在相当一段时间内得到了人们的追捧。

太阳能的环保性能比化石燃料或者电动汽车更为优秀，并且可以实现能源的自动获取和反复利用。

然而，太阳能汽车目前受到技术的限制，存在着十分明显的缺陷。

首当其冲的便是其成本过高这一缺点，因光伏电池板造价昂贵，从而使太阳能汽车只使用于一部分群体，并不能被广泛的推广。

而天气因素也是影响太阳能汽车推广的一大障碍，在设计太阳能汽车时，其储能电池的研究应被列为重点研究对象。

第四是其他较化石能源更清洁的能源。

如1.天然气和液化石油气汽车：

燃气成分单一、纯度较高、能与空气均匀混合并完全燃烧，CO和微粒排放量低，发动机在低温时的启动和运转性能较好。

2.甲醇汽车：

以甲醇代替石油，燃烧完全，降低尾气有害物的排放。

第五是利用物理势能与内能。

如1.空气动力汽车：

利用空气动力作为能量载体，使用空气压缩机将空气压缩到30MP以上，然后储存在储气罐中，开动时将压缩空气释放出来驱动启动马达行驶。

2.飞轮储能汽车：

利用飞轮的惯性储能，储存非满负载时发动机的余能以及车辆下坡、减速行驶时的能量，反馈到一个发电机上发电，再而驱动或加速飞轮旋转。

飞轮使用磁悬浮方式，在7000r/min的高速下旋转。

3.超级电容汽车：

超级电容器是利用双电层原理的电容器，在两极板上电荷产生的电场作用下，在电解液与电极间的界面上形成相反的电荷，以平衡电解液的内电场，这种正电荷与负电荷在两个不同相之间的接触面上，以正负电荷之间极短间隙排列在相反的位置上，这个电荷分布层叫做双电层，电容量非常大（2010上海世博会园区世博专线已使用该车）。

二、新能源汽车动力系统

汽车动力系统的演变大概分为四个阶段，最早要追溯到瓦特发明蒸汽机时代，从最早18世纪中期瓦特发明蒸汽机，到19世界末，本次戴姆勒、迪塞尔发明内燃机，再到19-20世纪之交美国电动汽车流行，汽车动力系统经历了从无到有、从大变小，便捷、舒适化的发展。

第Ⅱ阶段是高效、节能、环保阶段，典型表现是汽油机由化油器变为多点喷射、升级为缸内直喷、再到混合喷射的过程，从纯机械式发展成电子控制，再到综合优化提升经济性，最后再发展成为控制污染物的阶段。

第Ⅲ阶段混合动力阶段，利用传统动力进行动力系统的升级，用以达到节能减排的作用。

第Ⅳ阶段是绿色、智能、简便阶段，既纯电动力系统。

当前，整车动力系统正处于第Ⅲ阶段向第Ⅳ阶段的过度时期，多数整车厂以及动力总成企业则将混合动力作为重点研究方向，投入大量的时间、资金进行研究。

1、我国新能源汽车发展现状

1.1单电机传动

当前纯电动汽车中的传动系统基本上是单电机传动系统,这种结构类型和一般的内燃机汽车结构较为相似。

单电机传动系统主要依靠了一台电动机、电机控制器、变速器和电源等部件,因为内燃机汽车结构有较多的相似处,结构也相对稳定,其生产可以在原有的生产线中实现,可以有效地降低生产难度[1]。

新能源汽车运行中,单电机传动系统对电动机功率会提出较高的要求,因此在设计中,可以增加电机的尺寸。

目前我国新能源汽车的单电机传动系统设计制造基础已经发展成熟,其具体应用可满足日常生产生活中对新能源汽车的使用需求。

1.2双电机传动

双电机双轴驱动的新能源汽车总成传动系统是一种新型组合模式,这种模式实现了以往纯电动汽车中前后桥组合,将电机和驱动桥结合在一起。

在整个系统只能怪,电动机、驱动桥以及减速器等均为一个整体,三者之间具有相互平行的关系,双电机传动模式下,系统的驱动结构变得更为紧凑。

双电机应用目的主要是实现在相同车辆负荷条件下,可获得更多的运行效率,提升能量回收率。

1.3主电机联合轮毂电机传动

主电机结合轮毂电机传动的系统较比其他电机传动系统更复杂,主要是因为其中融合了电机控制器、变速箱、变速器以及两个轮毂电机。

应用了这种系统的新能源汽车,主要是依靠主电机实现前进运行,主电机可以为汽车的运行提供充足的功率保障,无论是加速、减速、上坡还是下坡都能进行稳定控制。

轮毂电机安装在后轮位置,主要可以对车辆的稳定运行进行控制。

将前轴作为驱动,并将两个轮毂电机作为辅助驱动,还可以提升后备功率,即便在恶劣环境中也可以避免出现系统电机散热难的问题。

2新能源汽车动力总成传动系统技术

2.1集中式技术

集中式及时是新能源汽车中较为常见的一种驱动模式,这种方式与传统的发动机相比,具有更好的调速特性。

但是,因为单级减速器的调节能力较为有限,车辆整体动力性、速度控制等方面受到明显制约。

例如,德国IAV公司研发部门工作人员在模块化思想基础上,设计出了三挡自动变速器,将其与集中式的驱动电机集成技术结合,得到的总成传动系统技术适合高级纯电动乘用车研发设计[2]。

2.2分布式技术

分布式技术主要分为轮边电驱动和轮毂电驱动两种模式,例如,我国比亚迪公司和德国ZF公司生产的汽车就是以分布式技术为主导技术的新能源汽车,在城市公共交通运输中有着较好应用。

轮毂电机在城市交通运输和乘用车方面的研发设计中得到了广泛重视,特别是在轮毂电机技术优化升级基础上,热管理和可靠性等技术难题正被逐一攻克。

图1新能源汽车动力总成传动系统框架图  

3.思考和总结

无论是个人，企业还是国家社会，都离不开能源。

试想一下，有谁会说我离开了能源，我还能生活社会，还能发展呢？

无论社会发展到哪个程度，也都离不开能源，而且随着社会的发展，能源的需求量越来越大。

能源又分为可再生能源与不可再生能源，我们现在常使用的化学能源，基本上为不可再生能源，这就导致能源出现了危机，日历增长的能源需求也日益减少的能源储备量，形成了极大的矛盾体，这就需要进行新能源改革。

能源与动力工程专业目的就是为了创造更多的新能源，节约能源。

社会未来的发展必然是人机混合时代，这时候的社会需要更多的动力去驱使社会的运转，能源与动力工程动力方面正好适应了社会的发展。

无论是能源还是动力，这个专业都对社会和生活影响巨大，没有能源，没有动力，社会无法运转，无法继续发展。

不单单是新能源汽车领域，他只是其中一个代表而已，在许许多多的行业都需要我们能源与动力工程专业的学生，我们肩负着国家与社会发展的巨大责任，我们为实现社会主义现代化加能源添动力！