毕业设计论文汽车新能源发展方向简析精品.docx

1、毕业设计论文汽车新能源发展方向简析精品 汽车新能源发展方向简析摘要：随着社会不断的进步，科学技术不断的提高，汽车以成为人们生活中必不可少的一部分。汽车行业快速的发展，汽车能源不得不是我们思考的问题，汽车所耗能源又是不可再生资源，汽车的增多，能源将会不断的减少，日趋枯尽。我不得不考虑用新能源代替其现代的化石燃料，现代汽车多采用汽油，天然气作为能量的来源，都是不可再生资源，就此而言对汽车新能源的发展方向简析。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

2、动力汽车（HEV）、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。 其主要对其各种新能源进行介绍，对比其优缺点，最终对未来新能源汽车提供更好的发展方向！关键词：电动汽车 混合动力汽车 燃料电池电动汽车 二甲醚 引 言随着中国经济的快速增长和居民收入的迅速提高，中国已经步入汽车消费大国的行列，中国的汽车销量和保有量持续高速增长，使中国汽车市场进入了买方市场，私人购车消费成为了汽车市场的消费主体。而汽车的增多，伴随着汽车能源不断的加速减少，新能源的开发是提升国民经济的重要元素，二中国的国名经济重大支柱，汽车行业

3、是其中一部分。随着汽车销量和保有量的迅速增多和高速增长，新的汽车动力能源将会带动中国国民经济迅速提升。本文着重写新能源的发展方向，对其各种新能源优缺点进行详解，找到最理想的新能源，做到低排放，零污染。总共分三个本分：第一部分对其新能源的介绍，引入新能源第二部分详细介绍各种新能源，介绍其优缺点第三部分进行总结对中国未来的汽车新能源方向进行分析目 录1. 新能源的概述（6）1.1 常规能源（6）1.2 新能源（7）1.3发动机新能源（12）1.4新能源在客车上的应用（13）2. 分别简析各种新能源汽车（15）2.1 混合动力汽车（15）2.2 纯电动汽车（15）2.3 燃料电池汽车（16）2.4氢

4、动力汽车（17）3. 现代新能源汽车的对比分析（19）3.1 混合动力汽车和纯电动汽车（19）3.2 纯电动汽车和燃料电池电动汽车（19）3.3 燃料电池汽车和氢动汽车（20）结 论 （22）参考文献（23） 随着社会不断的进步，人们生活水平的提高，汽车快速的升入人们的家中，汽车的消费带来的严重问题，汽车动力能源紧缺，汽车耗能属于不可再生资源，针对目前的形式，国内外对解决汽车能源上投入大量的资本，其发展方向研制新能源汽车，在国内还对汽车颁布汽车以旧换新政策，从而减少能源的消耗。 1.新能源的概述 能源 能源是自然界中能为人类提供某种形式能量的物质，是为人类提供能量的物质或物质运动。 按开发利用

5、状况分类：常规能源：如：煤、石油、天然气、核能（核聚变）新能源：风能、太阳能、水能、海洋能、氢能（氢聚变）、地热能、沼气、秸秆和薪柴。1.1常规能源常规能源被人类长期广泛使用，技术上较为成熟，但目前已经发现，常规能源在应用过程中有各种各样的缺陷，或是受到条件的限制，或是开发应用中会污染自然环境。常规能源也叫传统能源，英文名conventional energy ，已经大规模生产和广泛利用的能源。2.在大量的生产和广泛利用常规能源的过程中带来很大的环境问题（1）温室效应：温室效应是由于大气里温室气体（二氧化碳、甲烷等）含量增大而形成的，石油和煤炭燃烧时产生二氧化碳。导致大气的温度持续上升，全球气

6、候变暖，将会引起冰川融化，新的病菌再次侵入生态环境。 图1 （2）酸雨：图2图3 大气中酸性污染物质，如二氧化硫、二氧化碳、氢氧化物等，在降水过程中溶入雨水，使其成为酸雨、煤炭中含有较多的硫，燃烧时产生二氧化硫等物质。造成土壤被酸化，树木死亡。 （3）光化学烟雾：氮氧化合物和碳氢化合物在大气中受到阳光中强烈的紫外线照射后产生的二次污染物质光化学烟雾，主要成分是臭氧。 光化学烟雾主要是由于汽车尾气和工业废气排放造成的，汽车尾气中的烯烃类碳氢化合物和二氧化氮（NO2）被排放到大气中后，在强烈的阳光紫外线照射下，会吸收太阳光所具有的能量。 图4 这些物质的分子在吸收了太阳光的能量后，会变得不稳定起来

7、，原有的化学链遭到破坏，形成新的物质。这种化学反应被称为光化学反应，其产物就是含剧毒的光化学烟雾。另外常规能源燃烧时产生的浮尘也是一种污染。 常规能源的大量消耗所带来的环境污染既损害人体健康，又影响动植物的生长，破坏经济资源，损坏建筑物及文物古迹，严重时可改变大气的性质，使生态受到破坏。中国能源需求的急剧增长打破了中国长期以来自给自足的能源供应格局，自1993年起中国成为石油净进口国，且石油进口量逐年增加，使得中国接入世界能源市场的竞争。由于中国化石能源尤其是石油和天然气生产量的相对不足，未来中国能源供给对国际市场的依赖程度将越来越高。国际贸易存在着很多的不确定因素，国际能源价格有可能随着国际

8、和平环境的改善而趋于稳定，但也有可能随着国际局势的动荡而波动。今后国际石油市场的不稳定以及油价波动都将严重影响中国的石油供给，对经济社会造成很大的冲击。大力发展可再生能源可相对减少中国能源需求中化石能源的比例和对进口能源的依赖程度，提高中国能源、经济安全。 此外，可再生能源与化石能源相比最直接的好处就是其环境污染少。现代国内外提倡绿色环保，共建和谐社会，其再诉新能源的重要性。 1.2 新能源新能源一般是指在新技术基础上加以开发利用的可再生能源，包括太阳能、生物质能、水能、风能、地热能、波浪能、洋流能和潮汐能，以及海洋表面与深层之间的热循环等；此外，还有氢能、沼气、酒精、甲醇等，而已经广泛利用的

9、煤炭、石油、天然气、水能、等能源，称为常规能源。随着常规能源的有限性以及环境问题的日益突出，以环保和可再生为特质的新能源越来越得到各国的重视。 日前在中国，可以形成产业的新能源主要包括水能（主要指小型水电站）、风能、生物质能、太阳能、地热能等，是可循环利用的清洁能源。新能源产业的发展既是整个能源供应系统的有效补充手段，也是环境治理和生态保护的重要措施，是满足人类社会可持续发展需要的最终能源选择。 新近才被人类开发利用、有待于进一步研究发展的能量资源称为新能源，相对于常规能源而言，在不同的历史时期和科技水平情况下，新能源有不同的内容。当今社会，新能源通常指核能、太阳能、风能、地热能、氢气等。 按

10、类别可分为：太阳能，风能，生物质能，核能，氢能，地热能，海洋能，小水电，化工能（如醚基燃料）等。 (1)太阳能太阳能一般指太阳光的辐射能量。太阳能的主要利用形式有太阳能的光热转换、光电转换以及光化学转换三种主要方式。利用太阳能的方法主要有：太阳能电池，通过光电转换把太阳光中包含的能量转化为电能；太阳能热水器，利用太阳光的热量加热水，并利用热水发电等。 太阳能光伏、光热、光合作用在生活中无处不在，如光伏电池、建筑材料、植物的光合作用等。 图5 (2)核能核能是通过转化其质量从原子核释放的能量。核能的释放主要有三种形式： A.核裂变能 所谓核裂变能是通过一些重原子核的裂变释放出的能量 B.核聚变能

11、 由两个或两个以上氢原子核结合成一个较重的原子核，同时发生质量亏损释放出巨大能量的反应叫做核聚变反应，其释放出的能量称为核聚变能。C.核衰变 核衰变是一种自然的得多的裂变形式因其能量释放缓慢而难以加以利用 核能的缺陷1)资源利用率低 2）反应后产生的核废料成为危害生物圈的潜在因素，其最终处理技术尚未完全解决 3）反应堆的安全问题尚需不断监控及改进 4）核不扩散要求的约束 5）核电建设投资费用仍然比常规能源发电高，投资风险较大 (3)海洋能海洋能指蕴藏于海水中的各种可再生能源，包括潮汐能、波浪能、海流能、海水温差能、海水盐度差能等。这些能源都具有可再生性和不污染环境等优点，是一项亟待开发利用的具

12、有战略意义的新能源。 图6 海洋能特点1.海洋能在海洋总水体中的蕴藏量巨大，而单位体积、单位面积、单位长度所拥有的能量较小。2.海洋能具有可再生性。海洋能来源于太阳辐射能与天体间的万有引力，只要太阳、月球等天体与地球共存，这种能源就会再生，就会取之不尽，用之不竭。3.海洋能有较稳定与不稳定能源之分。较稳定的为温度差能、盐度差能和海流能。不稳定能源分为变化有规律与变化无规律两种。属于不稳定但变化有规律的有潮汐能与潮流能。人们根据潮汐潮流变化规律，编制出各地逐日逐时的潮汐与潮流预报，预测未来各个时间的潮汐大小与潮流强弱。4.海洋能属于清洁能源，也就是海洋能一旦开发后，其本身对环境污染影响很小。 (

13、4)波浪发电据科学家推算，地球上波浪蕴藏的电能高达90万亿度。目前，海上导航浮标和灯塔已经用上了波浪发电机发出的电来照明。大型波浪发电机组也已问世。中国在也对波浪发电进行研究和试验，并制成了供航标灯使用的发电装置。将来的世界，每一个海洋里都会有属于我们中国的波能发电厂。波能将会为中国的电业作出很大贡献。 (5)潮汐发电据世界动力会议估计，到2020年，全世界潮汐发电量将达到1000-3000亿千瓦。世界上最大的潮汐发电站是法国北部英吉利海峡上的朗斯河口电站，发电能力24万千瓦，已经工作了30多年。中国在浙江省建造了江厦潮汐电站，总容量达到3000千瓦。 (6)风能风能是太阳辐射下流动所形成的。

14、风能与其他能源相比，具有明显的优势，它蕴藏量大，是水能的10倍，分布广泛，永不枯竭，对交通不便、远离主干电网的岛屿及边远地区尤为重要。目前风能最常见的利用形式为风力发电。风力发电目前有两种思路，水平轴风机和垂直轴风机。水平轴风机目前应用广泛，为风力发电的主流机型。 图7 (7）铀能铀能是原子能的一种。这种能源在地球上虽然储量稀少，但功效却大大高于其他能源。在一座普通发电站，一天大约要用1000吨左右的煤，但如果使用铀，只需要大约0.5千克就可以了。这样即环保还能节省煤炭消耗，对地球环保有着巨大贡献。 (8)生物质能生物质能来源于生物质，也是太阳能以化学能形式贮存于生物中的一种能量形式，它直接或

15、间接地来源于植物的光合作用。 生物质能利用现状2006年底全国已经建设农村户用沼气池1870万口，生活污水净化沼气池14万处，畜禽养殖场和工业废水沼气工程2,000多处，年产沼气约90亿立方米，为近8000万农村人口提供了优质生活燃料。中国已经开发出多种固定床和流化床气化炉，以秸秆、木屑、稻壳、树枝为原料生产燃气。2006年用于木材和农副产品烘干的有800多台，村镇级秸秆气化集中供气系统近600处，年生产生物质燃气2,000万立方米。 (9)地热能地球内部热源可来自重力分异、潮汐摩擦、化学反应和放射性元素衰变释放的能量等。放射性热能是地球主要热源。中国地热资源丰富，分布广泛，已有5500处地热

16、点，地热田45个，地热资源总量约320万兆瓦。 (10)氢能安全环保：氢气分子量为2, 仅为空气的1/14, 因此，氢气泄漏于空气中会自动逃离地面，不会形成聚集。而其他燃油燃气均会聚集地面而构成易燃易爆危险。氢气无味无毒，不会造成人体中毒，燃烧产物仅为水，不污染环境。高温高能：1kg氢气的热值为34000Kcal, 是汽油的三倍。氢氧焰温度高达2800度，高于常规液气。热能集中：氢氧焰火焰挺直，热损失小，利用效率高。自动再生：氢能来源于水，燃烧后又还原成水。催化特性： 氢气是活性气体催化剂，可以与空气混合方式加入催化燃烧所有固体，液体、气体燃料。加速反应过程，促进完全燃烧，达到提高焰温、节能减

17、排之功效。还原特性：各种原料加氢精炼。变温特性：可根据加热物体的熔点实现焰温的调节。来源广泛：氢气可由水电解制取，水取之不尽，而且每kg水可制备1860升氢氧燃气。 即产即用：利用先进的自动控制技术，由氢氧机按照用户设定的按需供气，不贮存气体。应用范围广：适合于一切需要燃气的地方。氢能的缺点：（1）制取成本高，需要大量的电力；（2）生产、存储难：氢气密度小，很难液化，高压存储不安全。 （11）海洋渗透能如果有两种盐溶液，一种溶液中盐的浓度高，一种溶液的浓度低，那么把两种溶液放在一起并用一种渗透膜隔离后，会产生渗透压，水会从浓度低的溶液流向浓度高的溶液。江河里流动的是淡水，而海洋中存在的是咸水，

18、两者也存在一定的浓度差。在江河的入海口，淡水的水压比海水的水压高，如果在入海口放置一个涡轮发电机，淡水和海水之间的渗透压就可以推动涡轮机来发电。 （12）水能水能是一种可再生能源，是清洁能源，是指水体的动能、势能和压力能等能量资源。广义的水能资源包括：河流水能、潮汐水能、波浪能、海流能等能量资源；狭义的水能资源指河流的水能资源。是常规能源,一次能源。地表水的流动是重要的一环，在落差大、流量大的地区，水能资源丰富。随着矿物燃料的日渐减少，水能是非常重要且前景广阔的替代资源。目前世界上水力发电还处于起步阶段。河流、潮汐、波浪以及涌浪等水运动均可以用来发电。可以利用电解水分子和光以及化学分解水分子的

19、方式，来分解到可燃烧的氢气，它可作为新的，多用途的能源来替代现有的矿物质能源。 图8（13）未来的几种新能源 波能：即海洋波浪能。这是一种取之不尽，用之不竭的无污染可再生能源。可燃冰：这是一种甲烷与水结合在一起的固体化合物，它的外型与冰相似，故称“可燃冰”。可燃冰在低温高压下呈稳定状态，冰融化所释放的可燃气体相当于原来固体化合物体积的100倍。据测算，可燃冰的蕴藏量 图9比地球上的煤、石油和天然气的总和还多。 煤层气：煤在形成过程中由于温度及压力增加，在产生变质作用的同时也释放出可燃性气体。微生物：世界上有不少国家盛产甘蔗、甜菜、木薯等，利用微生物发酵，可制成酒精，酒精具有燃烧完全、效率高、无

20、污染等特点，用其稀释汽油可得到“乙醇汽油”，而且制作酒精的原料丰富，成本低廉。 1.3发动机新能源氢能、风能、太阳能、海洋能、生物质能和核聚变能新能源的方式，只是能量利用多步骤中前移的一环。而被忽视，潜力巨大的发动机或做功原理、观念的革新更是未来能源开发的第一大方向！现在的能量利用效率不高，浪费惊人。经典的热机做功方式，能量做功的有用效率只有25%（1/4），最高也就1/3（33.3%）.而100%能量中的75%（3/4）、或66.67%（2/3）都作为无用的热浪费掉了。另有意外，“班克斯热机”是利用记忆合金制成的不要燃料，不耗电力的高效发动机。热机做功的原理是燃料产热=微观粒子的无序运动。这

21、个热运动，平均说三维空间上每个方向的能量各占1/3，而热机做有用功的也就三维方向中的一个方向维度。其他二维方向上的能量只好作为废热浪费掉！几十年前已经开始冷落的“绝热发动机”没有象“古典热机原理”预测的那样提升发动机的效率。证明古典热力学机理模型有了问题！而且是大问题！热机出口温度与入口温度的比不是决定发动机效率的关键因素！“绝热”显然已经不是提高热机效率的好创意。原因何在？源自“新热力学发动机原理”！“无热发动机”。当热已经产生，无序运动已经出笼，魔兽就控制不住了！引擎的效率被这1/3或1/4极限桎梏住了。陶瓷“绝热”只是没有诊断对的“错方”，用错药就是必然。当旧能源（包括新能源）没有产热，

22、新引擎100%做功才会成为可能！也就是旧、新能源微观做有序的一维的运动，发动机的效率才能回归100%，浪费的2/3或3/4能源才可引尔能发，不向或少向环境排泄废热，污染环境，节约大自然的资源！充分利用好旧能源，为新能源的完美浮出打好前站，做好基础！ 1.4新能源在客车上的应用(1)混合动力客车约占我国新能源客车市场90%以上份额，是无可争议的主导车型。对于我国客车行业来说，混合动力主要是柴油电混合，优点是可以降低30%以上的燃油消耗，排放标准可以达到国水平，缺点是蓄电池容量和寿命问题没有得到彻底解决，混合动力客车属于发展期产品，允许进行批量生产，但只能在批准的区域、范围、期限和条件下销售、使用

23、，并至少对20%销售产品的运行状态进行实时监控， 造成单车价格下不来。 (2)纯电动客车由蓄电池作为动力源。以电机代替燃油机，噪声低、无污染，使用单一的电能源。而且，纯电动车的蓄电池可在夜间利用电网的廉价“谷电”进行充电，可以平抑电网的峰谷差。目前，我国纯电动车主要用于机场、社区、球场等地方。纯电动客车作为起步期产品，只能进行小批量生产，在批准的区域、范围、期限和条件下进行示范运行，并对全部产品进行实时监控。 (3)燃料电池客车主要是氢燃料电池客车，被认为是最有前途的产品，能够真正解决能源短缺问题，并且真正实现了零排放。但也是属于起步期产品。 (4)CNG客车CNG(压缩天然气)作为一种气体燃

24、料，与空气混合更均匀，燃烧更加充分，排放的CO 、HC等有害物质更少;天然气燃烧后没有积炭，可减少发动机磨损，维护保养费用低;天然气发动机改装简单，特别是用汽油机改装的双燃料发动机，因性价比极高，使用广泛;此外更重要的一点是，行驶同样公里数，天然气客车的燃料费用要远低于柴油或者汽油机，经济效益非常高。 (5)LNG客车LNG(液化天然气)可以更大地压缩天然气体积，一次充气，可以行驶500km甚至1000km以上，非常适合长途运输使用，并且LNG是液态，不受天然气管网的影响，同时各项指标显著优于LPG。 (6)LPG客车LPG(液化石油气)的性能和使用基本与CNG相似，其使用的原因主要有三方面：

25、一是作为燃油的替代品，二是排放清洁，污染较低，三是使用价格便宜。不过，因为液化石油气也是来自石油，资源有限，因此目前推广受到广泛质疑。 (7)醇燃料客车醇燃料主要是指甲醇和乙醇，目前国内外应用较多的是在汽油中混合一定比例的醇燃料，也有部分地区使用的是高比例的醇燃料。由于甲醇燃料来源广，可以从天然气、劣质煤、油砂、木屑等凡是能产生一氧化碳和氢气的物质中提炼出来，并且生产工艺简单，设备少，运输方便，故在我国得到主要应用。但是近年来国际上对于乙醇燃料的研究更加重视。 (8)其它能源客车目前在我国出现的主要有二甲醚燃料与液压混合动力公交车和超级电容公交车等，另外还有如兰凯博产品醚基汽油是利用二甲醚液化

26、后经过高科技的配方生产的替代汽油新能源，可以在普通汽车上不用改装就可以任意比例与汽油混合使用，也可单独使用。 2.分析简介各种新能源汽车 2.1混合动力汽车混合动力是指那些采用传统燃料的，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两种。目前国内市场上，混合动力车辆的主流都是汽油混合动力，而国际市场上柴油混合动力车型发展也很快。 混合动力汽车的优点是：1、采用混合动力后可按平均需用的功率来确定内燃机的最大功率，此时处于油耗低、污染少的最优工况下工作。需要大功率内燃机功率不足时，由电池来补充；负荷少时，富余的功率可发电给电

27、池充电，由于内燃机可持续工作，电池又可以不断得到充电，故其行程和普通汽车一样。2、因为有了电池， 可以十分方便地回收制动时、下坡时、怠速时的能量。 3、在繁华市区，可关停内燃机，由电池单独驱动，实现“零”排放。4、有了内燃机可以十分方便地解决耗能大的空调、取暖、除霜等纯电动汽车遇到的难题。 5、可以利用现有的加油站加油，不必再投资。6、可让电池保持在良好的工作状态，不发生过充、过放，延长其使用寿命，降低成本。 1997年12月，丰田汽车公司首先在日本市场上推出了世界上第一款批量生产的混合动力轿车PRIUS。到2012年时，其所有的车型将全部装上混合动力发动机。丰田汽车公司在实现混合动力系统的低

28、能耗、低排放和改进行驶性能方面已经走在了世界的前列。 2.2纯电动汽车电动汽车顾名思义就是主要采用电力驱动的汽车，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，也有一部分直接以车轮作为四台电动机的转子，其难点在于电力储存技术。本身不排放污染大气的有害气体，即使按所耗电量换算为发电厂的排放，除硫和微粒外，其它污染物也显著减少，由于电厂大多建于远离人口密集的城市，对人类伤害较少，而且电厂是固定不动的，集中的排放，清除各种有害排放物较容易，也已有了相关技术。由于电力可以从多种一次能源获得，如煤、核能、水力、风力、光、热等，解除人们对石油资源日见枯竭的担心。电动汽车还可以充分利用晚间

29、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，大大提高其经济效益。有关研究表明，同样的原油经过粗炼，送至电厂发电，经充入电池，再由电池驱动汽车，其能量利用效率比经过精炼变为汽油，再经汽油机驱动汽车高，因此有利于节约能源和减少二氧化碳的排量，正是这些优点，使电动汽车的研究和应用成为汽车工业的一个“热点”。有专家认为，对于电动车而言，目前最大的障碍就是基础设施建设以及价格影响了产业化的进程，与混合动力相比，电动车更需要基础设施的配套，而这不是一家企业能解决的，需要各企业联合起来与当地政府部门一起建设，才会有大规模推广的机会。 优点:技术相对简单成熟，只要有电力供应的地方都能够充电。 缺点:

30、 目前蓄电池单位重量储存的能量太少，还因电动车的电池较贵，又没形成经济规模，故购买价格较贵，至于使用成本，有些试用结果比汽车贵，有些结果仅为汽车的1/3，这主要取决于电池的寿命及当地的油、电价格。 纯电动汽车在国内已经大量使用在轿车，小型公共汽车上。 2.3燃料电池汽车燃料电池汽车是指以氢气、甲醇等为燃料，通过化学反应产生电流，依靠电机驱动的汽车。其电池的能量是通过氢气和氧气的化学作用，而不是经过燃烧，直接变成电能或的。燃料电池的化学反应过程不会产生有害产物，因此燃料电池车辆是无污染汽车，燃料电池的能量转换效率比内燃机要高23倍，因此从能源的利用和环境保护方面，燃料电池汽车是一种理想的车辆。单个的燃料电池必须结合成燃料电池组，以便获得必需的动力，满足车辆使用的要求。近几年来，燃料电池技术已经取得了重大的进展。世界著名汽车制造厂，如戴姆勒克莱斯勒、福特、丰田和通用汽车公司已经宣布，计划在2004年以前将燃料电池汽车投向市场。目前，燃料电池轿车的样车正在进行试验，以燃料电池为动力的运输大客车在北美的几个城市中正在进行示范项目。在开发燃料电池汽车中仍然存在着技术性挑战，如燃料电池组的一体化，提高商业化电动汽车燃料处理器和辅助部汽车制造厂都在朝着集成部件和减少部件成本的方向努力，并已取得了显著的进步。 与传统汽车相比，燃料电池汽车