項目六其他新能源汽車

XINGNENGYUANQICHE

新能源汽車教學目標教學重、難點1、理解新能源的概念和特點。2、了解常見的幾種新能源及各自的特點。3、了解新能源的發(fā)展趨勢和未來新能源。4、了解新能源汽車的發(fā)展方向。項目一認識新能源汽車任務一認識新能源重點：常見的幾種新能源及特點。難點：理解并能區(qū)分新能源的概念。課程導入項目六其他新能源汽車任務一燃料電池電動汽車

燃料電池電動汽車是利用氫氣和空氣中的氧在催化劑的作用下在燃料電池中經(jīng)電化學反應產(chǎn)生的電能，并作為主要動力源驅(qū)動的汽車。燃料電池電動汽車實質(zhì)上是電動汽車的一種，在車身、動力傳動系統(tǒng)、控制系統(tǒng)等方面，燃料電池電動汽車與普通電動汽車基本相同，主要區(qū)別在于動力電池的工作原理不同。一般來說，燃料電池是通過電化學反應將化學能轉(zhuǎn)化為電能，電化學反應所需的還原劑一般采用氫氣，氧化劑則采用氧氣，因此最早開發(fā)的燃料電池電動汽車多是直接采用氫燃料，氫氣的儲存可采用液化氫、壓縮氫氣或金屬氫化物儲氫等形式。純?nèi)剂想姵剀囍挥腥剂想姵匾粋€動力源，汽車的所有功率附和都有燃料電池承擔。燃料電池汽車多采用混合驅(qū)動形式，在燃料電池的基礎上，增加了一組電池或超級電容作為另一個動力源。主要結構有能量控制單元、空氣壓縮機、燃料電池堆、高壓儲氫瓶、動力電池組、電動機等。高壓儲氫瓶提供燃料，動力電池組提供而外的功率，讓車加速、爬坡和高速運行。在車輛滑行時，能量控制單元將驅(qū)動電機變?yōu)榘l(fā)電機，從而將部分汽車動能變?yōu)殡娔芙o動力電池充電。也就是說采用混合動力形式后，不僅可以采用功率較小的電池系統(tǒng)，還可以實現(xiàn)制動能回收。還可以是燃料電池系統(tǒng)的運行工況相對比較穩(wěn)定，有利提高燃料電池系統(tǒng)效率和壽命。項目六其他新能源汽車任務一燃料電池電動汽車

一、燃料電池車發(fā)展概況2005～2020年世界燃料電動汽車發(fā)展進程第一階段（2005~2010）第二階段（2010~2015）第三階段（2015~2020）首個批量生產(chǎn)的燃料電池電動汽車問世售價高（比傳統(tǒng)汽車的售價高約20%）售價雖然仍比傳統(tǒng)汽車高約10%，但由于無需交納CO2排放稅而在很大程度上得到補償和平衡汽車廠家為宣傳推廣燃料電池車需要較大的投資基礎設施不完備，加氣（氫或甲醇等）站少，售后服務措施跟不上基礎設施已比較完備售價高（比傳統(tǒng)汽車貴約30%）由于是零排放汽車，在人口密集地區(qū)有一定的私人要求“間接燃料”重整技術（即制氫技術和儲氫技術）問題得到解決用戶日常使用感到不方便（不便利），基礎設計幾乎是空白，加氣（氫、甲醇等）站極少，售后服務跟不上傳統(tǒng)汽車、混合動力汽車仍是其強有力競爭者，“間接燃料”重整技術有突破，但尚未完全解決由于實施了CO2排放稅而推動了燃料電池車的推廣和使用進程幾乎沒有私人用戶需求私人需求緩慢增長私人需求呈跳躍式快速增長燃料電池大客車（公共汽車）在人口密集地區(qū)進行較大規(guī)模的應用試驗燃料電池大客車（公共汽車）在人口密集地區(qū)成為主要的客運工具市場上新添置的大客車（公共汽車）100%是燃料電池車，車隊（運輸公司即公交公司）50%的車輛是燃料電池車項目六其他新能源汽車任務一燃料電池電動汽車

二、燃料電池電動汽車的類型燃料電池電動汽車按主要燃料種類可分為以純氫氣為燃料的FCEV和經(jīng)過重整后產(chǎn)生的氫氣為燃料的FCEV兩種。燃料電池電動汽車按“多電源”的配置不同，可分為純?nèi)剂想姵仳?qū)動（PFC）的FCEV、燃料電池與輔助蓄電池聯(lián)合驅(qū)動（FC+B）的FCEV、燃料電池與超級電容聯(lián)合驅(qū)動（FC+C）的FCEV、燃料電池與輔助蓄電池和超級電容聯(lián)合驅(qū)動（FC+B+C）的FCEV四種。1、純?nèi)剂想姵仳?qū)動的FCEV純?nèi)剂想姵仳?qū)動的FCEV優(yōu)點是結構簡單，便于實現(xiàn)系統(tǒng)控制和整體布置；系統(tǒng)部件少，有利于整車的輕量化；較少的部件使得整體的能量傳遞效率高。缺點是燃料電池功率大、成本高；對燃料電池系統(tǒng)的動態(tài)性能和可靠性提出了很高的要求；不能進行制動能量回收。2、燃料電池與輔助蓄電池聯(lián)合驅(qū)動FCEV該結構為一典型的串聯(lián)式混合動力結構，如圖6-1所示。在該動力系統(tǒng)結構中，燃料電池和蓄電池一起為驅(qū)動電機提供能量，驅(qū)動電機將電能轉(zhuǎn)化成機械能傳給傳動系，從而驅(qū)動汽車前進；在汽車制動時，驅(qū)動電機變成發(fā)電機，蓄電池將儲存回饋的能量。燃料電池與輔助蓄電池聯(lián)合驅(qū)動FCEV的優(yōu)點有：項目六其他新能源汽車任務一燃料電池電動汽車

（1）由于增加了比功率價格相對低廉得多的蓄電池組，系統(tǒng)對燃料電池的功率要求較純?nèi)剂想姵亟Y構形式有很大的降低，從而大大地降低了整車成本；（2）燃料電池可以在比較好的設定的工作條件下工作，工作時燃料電池的效率較高；（3）系統(tǒng)對燃料電池的動態(tài)響應性能要求較低；（4）汽車的冷啟動性能較好；（5）制動能量回饋的采用可以回收汽車制動時的部分動能，該措施可能會增加整車的能量效率。項目六其他新能源汽車任務一燃料電池電動汽車

3、燃料電池與超級電容聯(lián)合驅(qū)動FCEV這種結構形式與燃料電池+蓄電池結構相似，只是把蓄電池換成超級電容。相對于蓄電池，超級電容充放電效率高，能量損失小，比蓄電池功率密度大，在回收制動能量方面比蓄電池有優(yōu)勢，循環(huán)壽命長，但是超級電容的能量密度較小。4．燃料電池與輔助蓄電池和超級電容聯(lián)合驅(qū)動的FCEV燃料電池與蓄電池和超級電容聯(lián)合驅(qū)動的電動汽車的動力系統(tǒng)結構也為串聯(lián)式混合動力結構，如圖6-2所示。燃料電池、蓄電池和超級電容一起為驅(qū)動電機提供能量，驅(qū)動電機將電能轉(zhuǎn)化成機械能傳給傳動系，驅(qū)動汽車前進；在汽車制動時，驅(qū)動電機變成發(fā)電機，蓄電池和超級電容將儲存回饋的能量。項目六其他新能源汽車任務一燃料電池電動汽車

三、燃料電池電動汽車的特點1、燃料電池電動汽車的主要優(yōu)點（1）能量轉(zhuǎn)化效率高燃料電池的能量轉(zhuǎn)換效率可高達60-80%，為內(nèi)燃機的2-3倍。（2）不污染環(huán)境燃料電池的燃料是氫和氧，生成物是清潔的水，它本身工作不產(chǎn)生CO和CO2，也沒有硫和微粒排出，沒有高溫反應，也不產(chǎn)生NOX。如果使用車載的甲醇重整催化器供給氫氣，僅會產(chǎn)生微量的CO和較少的CO2。（3）壽命長燃料電池本身工作沒有噪聲，沒有運動性，沒有振動，其電極僅作為化學反應的場所和導電的通道，本身不參與化學反應，沒有損耗，壽命長。（4）續(xù)駛里程長（5）低噪音—運行過程中噪音和振動都較?。?）設計方便靈活2、燃料電池電動汽車的主要缺點（1）燃料電池汽車的制造成本和使用成本過高；（2）輔助設備復雜，且質(zhì)量和體積較大；（3）起動時間長，系統(tǒng)抗振能力有待進一步提高采用氫氣為燃料的FCEV起動時間一般需要3分多鐘，而采用甲醇或者汽油重整技術的FCEV則長達10多分鐘，比起內(nèi)燃機汽車起動的時間長得多，影響其機動性能。項目六其他新能源汽車任務一燃料電池電動汽車

四、燃料電池電動汽車對燃料電池的基本要求1、燃料電池的比能量不低于150～200Wh/kg,比功率不低于300～400W/kg。要求達到或超過美國先進電池聯(lián)合體（USABC）所提出的電池性能和使用壽命的指標。2、可以在-20℃的條件下起動和工作,有可靠的安全性和密封性,不會發(fā)生燃料氣體的結冰和燃料氣體的泄漏。3、各種結構件有足夠的強度和可靠性,可以在負荷變化情況下正常運轉(zhuǎn)。并能夠耐受FCEV行駛時的振動和沖擊。4、FCEV除排放達到零污染的要求外,動力性能要求基本達到或接近內(nèi)燃機汽車的動力性能的水平,性能穩(wěn)定可靠。5、各種輔助技術裝備的外形尺寸和輔助技術裝備的質(zhì)量應盡可能地減小,以符合FCEV的裝車要求。6、燃料充添方便、迅速,燃料電池能夠方便地進行電極和催化劑的更換和修理。7、所配置的輔助電源,應能滿足提供起動電能和儲存制動反饋電能的要求。項目六其他新能源汽車任務一燃料電池電動汽車

五、燃料電池電動汽車的關鍵技術1、燃料電池系統(tǒng)燃料電池是燃料電池汽車發(fā)展的最關鍵技術之一。燃料電池堆技術發(fā)展趨勢可用耐久性、低溫啟動溫度、凈輸出比功率以及制造成本四個要素來評判。2、車載儲氫系統(tǒng)儲氫技術是氫能利用走向規(guī)模化應用的關鍵。目前，常見的車載儲氫系統(tǒng)有高壓儲氫、低溫儲存液氫和金屬氫化物儲氫三種基本方案。3、車載蓄電系統(tǒng)車載蓄電系統(tǒng)包括鉛酸電池、鎳氫蓄電池、鋰離子電池等蓄電池及電化學超級電容器。（1）鉛酸電池由于其功率密度低，充電時間長，作為未來電動汽車動力系統(tǒng)的可能性很小。（2）鎳氫蓄電池具有高比能、大功率、快速充放電、耐用性優(yōu)異等特性，是目前混合動力汽車和電動汽車中應用最廣的綠色動力蓄電系統(tǒng)。（3）鋰離子電池具有比能量大、比功率高、自放電小、無記憶效應、循環(huán)特性好、可快速放電等優(yōu)點。（4）超級電容器能在短時間內(nèi)提供或吸收大的功率，為蓄電池數(shù)十倍，效率高、具有上萬次的循環(huán)壽命和極長的儲存壽命、工作溫度范圍寬、能使用的基礎材料價格便宜，可以作為混合型動力汽車的有效蓄電系統(tǒng)。項目六其他新能源汽車任務一燃料電池電動汽車

4、電機及其控制技術驅(qū)動電機是燃料電池電動汽車的心臟，它正向著大功率、高轉(zhuǎn)速、高效率和小型化方向發(fā)展。當前驅(qū)動電機主要有感應電動機和永磁無刷電動機，永磁無刷電動機具有較高的功率密度和效率、體積小、慣性低和響應快等優(yōu)點，在電動汽車方面有著廣闊地應用前景。5、整車布置燃料電池汽車在整車布置上存在燃料電池發(fā)動機及電機的相關布置、動力電池組的車身布置、氫氣瓶的安全布置、高壓電安全系統(tǒng)的車身布置等關鍵問題。這些核心部件的布置，不僅要考慮布置方案的優(yōu)化及零部件性能實現(xiàn)的便利，還要求相關方案必須考慮傳統(tǒng)汽車不具備的安全性問題。6、整車熱管理（1）燃料電池發(fā)動機自身的運行溫度為60~70℃左右，實際的散熱系統(tǒng)工作溫度大致可以控制在60℃，必須依賴整車動力系統(tǒng)提供額外的冷卻動力為系統(tǒng)散熱，因此二者之間的平衡將是在熱管理開發(fā)方面必須關注的；（2）目前整車各零部件的體積留給整車布置回旋的余地很小，造成散熱系統(tǒng)設計的改良空間不大，無法采用通用的解決方案應對，必須開發(fā)專用的零部件。7、整車與動力系統(tǒng)的參數(shù)選擇與優(yōu)化設計

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燃料電池汽車整車性能參數(shù)是整個燃料電池動力系統(tǒng)開發(fā)的信息輸入，而虛擬配置的動力系統(tǒng)的特性參數(shù)也影響項目整車性能。兩者之間的參數(shù)選擇是一個多變量多目標的優(yōu)化設計過程，而且參數(shù)選擇與行駛工況和控制策略緊密相關。8、多能源動力系統(tǒng)的能量管理策略能量管理策略對燃料經(jīng)濟性影響很大，且受到動力系統(tǒng)參數(shù)和行駛工況的雙重影響。完成能量管理策略的工況適應性開發(fā)后，其核心問題轉(zhuǎn)變?yōu)楣β史峙鋬?yōu)化，當然還必須考慮一些限制條件。按照是否考慮這些變量的歷史狀態(tài)，可以把功率分配策略分為瞬時與非瞬時策略兩大類。六、燃料電池電動汽車的基本結構目前燃料電池電動汽車絕大多數(shù)采用的是混合式燃料電池驅(qū)動系統(tǒng)，并聯(lián)式和串聯(lián)式兩種，如圖6-3、6-4所示。項目六其他新能源汽車任務一燃料電池電動汽車

1、燃料電池發(fā)動機在FCEV所采用的燃料電池發(fā)動機中，為保證PEMFC組的正常工作，除以PEMFC組為核心外，還裝有氫氣供給系統(tǒng)、氧氣供給系統(tǒng)、氣體加濕系統(tǒng)、反應生成物的處理系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)和電能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)等。（1）以氫為燃料的燃料電池發(fā)動機系統(tǒng)①氫氣供應、管理和回收系統(tǒng)②氧氣供應和管理系統(tǒng)③水循環(huán)系統(tǒng)④電力管理系統(tǒng)以氫為燃料的燃料電池發(fā)動機系統(tǒng)通常由氫氣儲存罐、氫氣壓力調(diào)節(jié)儀表、熱交換器、氫氣循環(huán)泵、冷凝器及氣水分離器、水箱、水泵、空氣壓縮機、加濕器及去離子過濾裝置、燃料電池組、電源開關、DC/DC變換器、DC/AC逆變器、驅(qū)動電動機等組成，系統(tǒng)組成示意圖如圖6-5所示項目六其他新能源汽車任務一燃料電池電動汽車

（項目六其他新能源汽車任務一燃料電池電動汽車（2）以甲醇為燃料的燃料電池發(fā)動機1）甲醇儲存裝置甲醇可以用普通容器儲存，不需要加壓或冷藏。2）燃燒器、加熱器和蒸發(fā)器甲醇進入改質(zhì)器之前，要蒸發(fā)成甲醇和純水的混合氣。3）重整器不同的碳氫化合物采用不同的重整技術，在重整過程中的溫度、壓力會有所不同。4）氫氣凈化器改質(zhì)器所產(chǎn)生的H2因為含有少量的CO，因此必須對H2進行凈化處理。

甲醇為燃料燃料電池發(fā)動機系統(tǒng)通常有甲醇儲存罐、帶燃燒器的改質(zhì)器、凈化裝置、氫氣循環(huán)泵、冷凝器及氣水分離器、水箱、水泵、空氣壓縮機、加濕器及去離子過濾裝置、燃料電池組、電源開關、DC/DC變換器、DC/AC逆變器、驅(qū)動電動機等組成，系統(tǒng)組成示意圖如圖6-6所示。項目六其他新能源汽車任務一燃料電池電動汽車項目六其他新能源汽車任務一燃料電池電動汽車2、輔助動力源（1）在FCEV起動時，由輔助動力源提供電能帶動燃料電池發(fā)動機起動，或帶動車輛起步。（2）車輛行駛時，由燃料電池發(fā)動機提供驅(qū)動所需全部電能，剩余的電能儲存到輔助動力源裝置中。（3）在加速和爬坡時，若燃料電池發(fā)動機提供的電能還不足以滿足FCEV驅(qū)動功率要求，則由輔助動力源提供額外的電能，使驅(qū)動電動機的功率或轉(zhuǎn)矩達到最大，形成燃料電池發(fā)動機與輔助動力源同時供電的雙電源的供電模式。（4）貯存制動時反饋的電能，以及向車輛的各種電子、電器設備提供所需要的電能。3、DC/DC變換器（1）裝置DC/DC的必要性

FCEV采用的電源有各自的特性，燃料電池只提供直流電，電壓和電流隨輸出電流的變化而變化。燃料電池不可能接受外電源的充電，電流的方向只是單向流動。

FCEV采用的輔助電源（蓄電池和超級電容器）在充電和放電時，也是以直流電的形式流動，但電流的方向是可逆性流動。

FCEV上的各種電源的電壓和電流受工況變化的影響呈不穩(wěn)定狀態(tài)。

項目六其他新能源汽車任務一燃料電池電動汽車（2）DC/DC變換器的基本功能當輸入直流電壓在一定范圍內(nèi)變化時，能輸出負載要求的變化范圍的直流電壓，例如，輸入電壓最低時也能達到最高輸出電壓，輸入電壓最高時也能達到最低輸出電壓等。輸出負載要求的直流電流（范圍）：能夠輸出足夠的直流負載電流，并且能夠允許在足夠?qū)挼呢撦d變化范圍的情況下（例如，從空載到滿載，即電流從零到最大)，設備能正常運行（例如，電壓穩(wěn)定、不損壞器件）。（3）FCEV車載DC/DC的功能①調(diào)節(jié)燃料電池的輸出電壓；②調(diào)節(jié)整車能量分配；③穩(wěn)定整車直流母線電壓。（4）FCEV車載DC/DC的要求①變換器是能量傳遞部件，因此需要轉(zhuǎn)換效率高，以便提高能源的利用率；②為了降低對燃料電池的輸出電壓要求，變換器應具有升壓功能；③由于燃料電池輸出的不穩(wěn)定，需要變換器閉環(huán)運行進行穩(wěn)壓，為了給驅(qū)動器穩(wěn)定的輸入，需要變換器有較好的動態(tài)調(diào)節(jié)能力；④體積小，重量輕。項目六其他新能源汽車任務一燃料電池電動汽車4、驅(qū)動電機（1）直流電機驅(qū)動系統(tǒng)采用換向器和電刷，保證了勵磁磁動勢與電樞磁動勢的嚴格正交，易于控制。但直流電機結構復雜，其高速性能和可靠性受換向器和電刷的影響較大。（2）交流電機堅固耐用、結構簡單、技術成熟、免維護、成本低，尤其適合惡劣的工作環(huán)境。其缺點在于損耗大、效率低、功率因數(shù)低，進而導致控制器容量增加，成本上升。（3）永磁電機驅(qū)動系統(tǒng)通常可分為方波供電的無刷直流電機和正弦波供電的永磁同步電機。轉(zhuǎn)子采用永磁體，不需要勵磁。因此，功率因數(shù)大，電機具有較高的功率密度和效率。但仍然存在成本高、可靠性較低及使用壽命較短的缺點。（4）開關磁阻電機驅(qū)動系統(tǒng)作為一種基于“磁阻最小原理”設計的新型電機，定子、轉(zhuǎn)子均采用凸極結構，具有結構簡單、可靠性高、控制簡便及功率/轉(zhuǎn)矩特性優(yōu)越的特點。但存在噪聲大、轉(zhuǎn)矩和母線電流脈動嚴重的缺陷。5、電控系統(tǒng)燃料電池汽車的動力電控系統(tǒng)主要由燃料電池發(fā)動機管理系統(tǒng)(FCE-ECU)、蓄電池管理系統(tǒng)(BMS)、動力控制系統(tǒng)(PCU)及整車控制系統(tǒng)(VMS)組成。（1）發(fā)動機管理系統(tǒng)

項目六其他新能源汽車任務一燃料電池電動汽車燃料電池發(fā)動機管理系統(tǒng)按整車控制器的功率設定值控制燃料電池發(fā)動機的功率輸出，監(jiān)測發(fā)動機的工作狀態(tài)，保證發(fā)動機穩(wěn)定可靠地運行時進行故障診斷及管理。其具體組成包括供氫系統(tǒng)、供氧系統(tǒng)、水循環(huán)及冷卻系統(tǒng)。（2）蓄電池管理系統(tǒng)蓄電池管理系統(tǒng)分上下兩級，下級LECU負責蓄電池組電壓、溫度等物理參數(shù)的測量，進行過充過放保護及組內(nèi)組間均衡；上級CECU負責動力蓄電池組的電流檢測及SOC估算，以及相關的故障診斷，同時運行高壓漏電保護策略。（3）動力控制系統(tǒng)動力控制系統(tǒng)包含DC/DC變換器、DC/AC變換器、DCL和空調(diào)控制器及空調(diào)壓縮機變頻器，以及電動機冷卻系統(tǒng)控制器。DC/DC變換器和DC/AC變換器的作用如前所述，DCL負責將高壓電源轉(zhuǎn)換為系統(tǒng)零部件所需的12V/24V低壓電源，電動機冷卻系統(tǒng)控制器負責電動機及PCU的水冷卻系統(tǒng)控制。（4）整車控制系統(tǒng)整車控制系統(tǒng)的核心是多能源控制策略（包括制動能量回饋功能），它一方面接收來自駕駛員的需求信息（如點火開關、油門踏板、制動踏板、檔位信息等）實現(xiàn)整車工況控制；另一方面基于反饋的實際工況（如車速、制動、電動機轉(zhuǎn)速等）以及動力系統(tǒng)的狀況（燃料電池及動力蓄電池的電壓、電流等），根據(jù)預先匹配好的多能源控制策略進行能量分配調(diào)節(jié)控制。

項目六其他新能源汽車任務一燃料電池電動汽車七、現(xiàn)代燃料電池汽車實例2012年巴黎車展上現(xiàn)代汽車正式對外公布了其燃料電池技術，并發(fā)布了使用燃料電池的ix35FuelCell車型（如圖6-7所示）并宣布批量生產(chǎn)，讓我們來了解這項還比較少用于是實車批量生產(chǎn)的技術。項目六其他新能源汽車任務一燃料電池電動汽車（驅(qū)動部分位于車頭，即傳統(tǒng)汽油發(fā)動機車型發(fā)動機艙位置，如圖6-9、6-10所示。ix35FuelCell為燃料電池車型，在燃料電池反應倉發(fā)生氫氧原電池反應，燃料的化學能直接轉(zhuǎn)化為電能，從而為電動機提供動力，驅(qū)動車輛前進，而反應的產(chǎn)物只是水，這也是這輛燃料電池車型的另一個優(yōu)勢。項目六其他新能源汽車任務一燃料電池電動汽車（巴黎車展上，現(xiàn)代宣布將批量生產(chǎn)ix35FuelCell車型。由于其使用的“燃料”為液氫，因此這類車型的實用性直接受到加氫站數(shù)量的制約。雖然目前燃料電池技術已經(jīng)日趨成熟，但是在加氫站能像加油站那樣遍地開花之前，“燃料電池車”談“普及”尚還遙遠。

項目六其他新能源汽車任務二氣體燃料汽車氣體燃料汽車【gasfuel-poweredautomobile】利用可燃氣體做能源驅(qū)動的汽車。汽車的氣體代用燃料種類很多，常見的有天然氣和液化石油氣。根據(jù)汽車使用可燃氣體的形態(tài)不同可分為三種：壓縮天然氣CNG（compressednaturalgas），主要成分為甲烷；液化天然氣LND（liquefiednaturalgas），甲烷經(jīng)深度冷凍液化；液化石油氣LPG（liqyefiedpetroleumgas），主要成分是丙烷和丁烷的混合物。氣體燃料汽車一般有兩種，一種為普通汽車改裝的雙燃料汽車，另一種是專用氣體燃料汽車。其中雙燃料汽車保留汽油、柴油的供油系統(tǒng)，外加一套供氣系統(tǒng)，技術較為成熟；專用氣體燃料汽車可以充分發(fā)揮天然氣理化性能特點，價格低，污染少，是最清潔的汽車。一、天然氣汽車（CNG）天然氣汽車是指以天然氣作為燃料的汽車。按照所使用天然氣燃料狀態(tài)的不同，天然氣汽車可以分為壓縮天然氣汽車和液化天然氣汽車。壓縮天然氣（CNG）汽車。壓縮天然氣是指壓縮到20.7—24.8MPa的天然氣，儲存在車載高壓氣瓶中。壓縮天然氣（CNG）是一種無色透明、無味、高熱量、比空氣輕的氣體，主要成分是甲烷，由于組分簡單，易于完全燃燒，加上燃料含碳少，抗爆性好，不稀釋潤滑油，能夠延長發(fā)動機使用壽命。

項目六其他新能源汽車任務二氣體燃料汽車液化天然氣（LNG）汽車。液化天然氣是指常壓下、溫度為-162度的液體天然氣，儲存于車載絕熱氣瓶中。液化天然氣（LNG）燃點高、安全性能強，適于長途運輸和儲存。簡單地說，天然氣汽車是以天然氣為燃料的一種氣體燃料汽車。天然氣的甲烷含量一般在90%以上，是一種很好的汽車發(fā)動機燃料。2000年到2013年以來，天然氣被世界公認為是最為現(xiàn)實和技術上比較成熟的車用汽油、柴油的代用燃料，天然氣汽車已在世界和我國各省市得到了推廣應用。1、天然氣汽車的結構CNG汽車采用定型汽車改裝，在保留原車供油系統(tǒng)的情況下增加一套“車用壓縮天然氣轉(zhuǎn)換裝置”，改裝部分由以下三個系統(tǒng)組成，如圖6-13、6-14所示。項目六其他新能源汽車任務二氣體燃料汽車2、天然氣汽車工作原理天然氣汽車的工作原理與汽油汽車的原理一致。簡言之，天然氣在四沖程發(fā)動機的氣缸中與空氣混合，通過火花塞點火，推動活塞上下移動。盡管天然氣與汽油相比，可燃性和點火溫度存在一些差別（見表6-2），但天然氣汽車采用的是與汽油車基本一致的運行方式。特性天然氣汽油柴油可燃性極限（在空氣中的容積百分比）5-151.4-7.60.6-5.5自動點火溫度(℃)450300230最高燃燒溫度(℃)188419772054項目六其他新能源汽車任務二氣體燃料汽車（1）燃料存儲大多是使用壓縮天然氣來供氣運行的。天然氣被壓縮為20.7—24.8MPa，然后再泵入連接至汽車后部、上部或支架的高壓筒形氣瓶。早期天然氣汽車的儲罐體積很大，占據(jù)了大量的后備箱空間，但是已開發(fā)出新一代輕量級氣瓶。這些全復合的氣瓶又稱為集成存儲系統(tǒng)(ISS)，外面包裹著玻璃纖維外殼和緩沖泡沫，可防止在事故中因沖擊而遭受損壞。此外，這些氣瓶的另一個特點是直徑小，這樣就可以將三個氣瓶放置在一起，最大限度的節(jié)省存儲空間。（2）發(fā)動機天然氣汽車的發(fā)動原理是，當天然氣汽車發(fā)動機啟動后，天然氣從儲氣瓶通過軟管導入燃料，在發(fā)動機附近，天然氣將進入壓力調(diào)節(jié)器從而實現(xiàn)降壓。然后，天然氣將進入多點順序噴射噴軌，該噴規(guī)會將氣體引入氣缸中。傳感器和計算機將對燃料和空氣的混合氣體進行調(diào)節(jié)，以便火花塞點燃天然氣時，燃燒更有效。天然氣發(fā)動機還包括鍛造鋁合金、高壓縮活塞、鎳鎢硬化合金排氣門座和甲烷催化轉(zhuǎn)化器。（3）底盤為燃料存儲罐騰出更多空間，改裝天然氣汽車需要對汽車的懸架系統(tǒng)進行一些改進。有時，在汽車的后部，會采用半拖臂懸架系統(tǒng)替換橫向穩(wěn)定桿懸架系統(tǒng)，這就為后部的支架提供了更多的空間，同時還可提供流暢舒適的乘駕感。天然氣汽車還除去備用輪胎和千斤頂，從而實現(xiàn)了平底板式設計。為彌補沒有備用輪胎和千斤頂?shù)牟蛔悖嚿习惭b了“低壓安全胎”，為更換輪胎提供基本保障項目六其他新能源汽車任務二氣體燃料汽車3、天然氣汽車優(yōu)缺點（1）天然氣汽車是清潔燃料汽車.天然氣汽車的排放污染大大低于以汽油為燃料的汽車，尾氣中不含硫化物和鉛，一氧化碳降低80%，碳氫化合物降低60%，氮氧化合物降低70%.因此，許多國家已將發(fā)展天然氣汽車作為一種減輕大氣污染的重要手段.（2）天然氣汽車有顯著的經(jīng)濟效益?？山档推嚑I運成本，天然氣的價格比汽油和柴油低得多，燃料費用一般節(jié)省50%左右，使營運成本大幅降低.由于油氣差價的存在，改車費用可在一年之內(nèi)收回?？晒?jié)省維修費用,發(fā)動機使用天然氣做燃料，運行平穩(wěn)、噪音低、不積炭，能延長發(fā)動機使用壽命，不需經(jīng)常更換機油和火花塞，可節(jié)約50%以上的維修費用。（3）比汽油汽車更安全首先與汽油相比，壓縮天然氣本身就是比較安全的燃料。這表現(xiàn)在：燃點高。天然氣燃點在650℃以上，比汽油燃點（427℃）高出223℃，所以與汽油相比不易點燃。密度低。與空氣的相對密度為0.48，泄漏氣體很快在空氣中散發(fā)，很難形成遇火燃燒的濃度。辛烷值高?？蛇_130，比目前最好的96號汽車辛烷值高得多，抗爆性能好。爆炸極限窄。僅5~15%，在自然環(huán)境下，形成這一條件十分困難。釋放過程是一個吸熱過程。當壓縮天然氣從容器或管路中泄出時，泄孔周圍會迅速形成一個低溫區(qū)，使天然氣燃燒困難。項目六其他新能源汽車任務二氣體燃料汽車壓縮天然氣汽車所用的配件比汽油車要求更高。國家頒布有嚴格的天然氣汽車技術標準。從加氣站設計、儲氣瓶生產(chǎn)、改車部件制造到安裝調(diào)試等，每個環(huán)節(jié)都形成了嚴格的技術標準。設計上考慮了嚴密的安全保障措施.對高壓系統(tǒng)使用的零部件，安全系數(shù)均選用1.5~4以上，在減壓調(diào)節(jié)器、儲氣瓶上安裝有安全閥，控制系統(tǒng)中，安裝有緊急斷氣裝置。儲氣瓶出廠前要進行特殊檢驗。氣瓶經(jīng)常規(guī)檢驗后，還需充氣作火燒、爆炸、墜落、槍擊等試驗，合格后，方能出廠使用。中外發(fā)展天然氣60年來，從未出現(xiàn)過因天然氣爆炸、燃燒而導致車毀人亡的事實證明，壓縮天然氣汽車是十分安全可靠的。（4）CNG汽車的動力性略有降低.燃用天然氣時，動力性略下降5~15%。（5）改裝一次性投資較大，改裝一輛CNG汽車大約需4000-6000元，隨著日后技術的不斷進步，費用會繼續(xù)降低。項目六其他新能源汽車任務二氣體燃料汽車二、液化石油氣汽車(LPG)液化石油氣汽車[Liquefiedpetroleumgas(LPG)vehicles]，以液化石油氣為燃料的汽車稱為液化石油氣汽車。液化石油氣汽車和天然氣汽車結構類似，增加一套燃氣供給系統(tǒng)。將汽車改裝成液化石油氣雙燃料動力車的過程要求很高，需要很好地掌握全面的汽車系統(tǒng)知識才能完成。第一是選擇氣罐，大多數(shù)改裝是雙重燃料改裝，也就是說，不是取代原有的燃料系統(tǒng)，只是新加一個系統(tǒng)。所以，液化石油氣氣罐將占據(jù)汽車一定的存儲空間，通常是行李箱空間。第二是安裝氣罐，氣罐有“魚雷”形。魚雷形氣罐通常容量較大，但要占據(jù)汽車較多空間。氣罐安裝之后，需在車身鉆出裝氣點，通常在裝油點附近或者行李箱后部。連接氣罐所需管道最短的地方就是理想位置。第三是電磁閥，電磁閥必須安裝在燃料管道上，位于氣罐和引擎之間。汽車由汽油提供動力和引擎關閉時，該閥門將截斷液化石油氣流。第四，調(diào)節(jié)器也是裝配的主要原件，也叫汽化器。它利用汽車冷卻液的熱量，將丙烷汽化成氣體狀態(tài)。項目六其他新能源汽車任務二氣體燃料汽車調(diào)節(jié)器的其他功能由安裝在進氣歧管中的混合器來執(zhí)行。混合器從汽車傳感器或電子控制元件（ECU）獲得信息，然后控制流入汽缸的氣量。最后是安裝儀表板燃料切換/量表，該系統(tǒng)必須與汽車電氣系統(tǒng)相連，以便進行有效的燃料測量，以及在丙烷和汽油之間進行正確的自動切換（還有裝在儀表板上的手動開關）。另外，它也必須與汽車ECU相連，讓發(fā)動機控制器可以根據(jù)不同的燃料設置進行調(diào)節(jié)。帶有電子噴射系統(tǒng)的汽車還需要電子仿真器。當汽車由液化石油氣提供動力時，燃油噴射器不會向車中的其他傳感器發(fā)送任何信息，這樣，“檢查發(fā)動機”燈就會點亮，給出錯誤診斷信息，仿真器仿造正確信號，以使ECU能正常運作。

項目六其他新能源汽車任務三生物燃料汽車一、生物燃料的定義生物燃料(biofuel)泛指由生物質(zhì)組成或萃取的固體、液體或氣體燃料。可以替代由石油制取的汽油和柴油，是可再生能源開發(fā)利用的重要方向。所謂的生物質(zhì)是指利用大氣、水、土地等通過光合作用而產(chǎn)生的各種有機體，即一切有生命的可以生長的有機物質(zhì)。它包括、動物和微生物。不同于石油、煤炭、核能等傳統(tǒng)燃料，這新興的燃料是可再生燃料。二、生物燃料的種類和來源

1、來源傳統(tǒng)來源是專門培植為生物質(zhì)燃料原料的作物，有主要在美國出產(chǎn)的玉米和黃豆；主要在歐洲的亞麻籽和油菜籽；巴西的甘蔗；東南亞的椰子油。工業(yè)、農(nóng)業(yè)、林業(yè)、一般家庭制造出的可生物分解的產(chǎn)物都可以作為原料，如稻草、麥梗、稻糠、木材、糞便等。這些原料經(jīng)由無氧消化轉(zhuǎn)換為生化氣體。制成燃料的生物質(zhì)，其原料常常是一些未被充分使用的廢棄物，像稻稈與動物廢棄物。至于木材與草的品質(zhì)并不直接影響能量產(chǎn)生的多寡。新型來源是許多科學家開始研究使用藻類或藍菌作為另一種生物質(zhì)燃料的原料，以增加能源效率，減輕生物質(zhì)能源可能對農(nóng)產(chǎn)品價格的影響。藻類原料應用的層面包括生物質(zhì)柴油、甲醇、乙醇、甲烷，甚至氫燃料等。2、生物燃料的種類

項目六其他新能源汽車任務三生物燃料汽車生物燃料種類多，其中最主要的有酒精、替代燃料、生物柴油、工業(yè)酒精等等。（1）酒精有機化合物，由于含有一個羥基而與碳水化合物有明顯差異。甲醇和乙醇是兩種最簡單的酒精。（2）替代燃料甲醇、變性乙醇及其它酒精；含甲醇、燃料乙醇及其它至少含有85％酒精含量的汽油混合物或酒精與其它燃料的混合物；天然氣；液化石油氣；氫氣；煤提取的液化燃料；從生物材料中提取的非酒精燃料（例如生物柴油）。（3）生物柴油一種可生物降解的運輸燃料，適用于柴油發(fā)電機，通過有機提取的油和脂肪之間發(fā)生酯交換反應而產(chǎn)生，生物柴油現(xiàn)在是柴油燃料的組成部分，將來也許能夠取代柴油。（4）工業(yè)酒精含有少量有毒物質(zhì)的乙醇，例如甲醇或汽油，其有毒物質(zhì)通常不易通過化學或物理方法除去。項目六其他新能源汽車任務三生物燃料汽車三、生物燃料的獲取方式與發(fā)展方向獲得生物燃料的途徑主要有三種：物理轉(zhuǎn)化、生物化學轉(zhuǎn)化、熱化學轉(zhuǎn)化，如圖6-14所示，生物燃料不同轉(zhuǎn)化途徑在技術路線、生產(chǎn)成本以及相應產(chǎn)品諸方面均有顯著差異。

項目六其他新能源汽車任務三生物燃料汽車生物燃料的發(fā)展方向主要有：1、燃料乙醇燃料酒精（AlcoholFuel）主要是指通過生化工藝生產(chǎn)的前四種脂肪族酒精（甲醇、乙醇、丙醇、丁醇），他們的物理化學特性與汽油相似，是替代汽油的重要發(fā)展方向，一般采用生化工藝生產(chǎn)，也稱作生物酒精（Bioalcohol）。脂肪族酒精的化學式是CnH2n+1OH，辛烷值都與汽油相近，但是能量密度差異較大，n值越大能量密度越大，丁醇（n=4）的能量密度接近汽油，丙醇、乙醇、甲醇依次降低。理論上講，丁醇是汽油的最佳替代品，但是相對于甲醇和乙醇，丙醇和丁醇的生產(chǎn)工藝復雜。甲醇極易揮發(fā)而且有劇毒性和腐蝕性，難以作為交通工具燃料廣泛應用，而且能量密度最低，無法直接在汽油引擎中燃用。因此，燃料酒精主要以燃料乙醇（Bioethanol）為主，燃料甲醇、燃料丙醇和燃料丁醇目前都較為少見。燃料乙醇（EthanolFuel），也被稱為生物乙醇(Bioethanol)，是燃料酒精中最為成熟、發(fā)展最快的一種。基于能量密度的差異，汽油引擎無需改進便可以燃用15%以下比例的乙醇汽油，經(jīng)過改進后便可以正常燃用任何比例的乙醇汽油。燃料乙醇生產(chǎn)的常用方法：種植富含淀粉、糖分的生物原料，直接經(jīng)過發(fā)酵，蒸餾提純即可得到。不同國家依其優(yōu)勢不同而采用不同的原料：巴西、印度、南非的燃料乙醇制備原料主要是甘蔗，美國大部分使用玉米和小麥，中國使用玉米、小麥、大米、木薯、甘薯等多種原料。項目六其他新能源汽車任務三生物燃料汽車燃料乙醇的物質(zhì)成分與酒精飲料中的乙醇相同，而酒的生產(chǎn)和飲用可以追溯到我國商周時代。乙醇作為內(nèi)燃機燃料的研究和使用也可以追溯到1876年甚至更早，從1930年開始巴西就間斷的利用甘蔗生產(chǎn)乙醇驅(qū)動汽車。根據(jù)2006年的數(shù)據(jù)，巴西擁有世界上最大的燃料乙醇生產(chǎn)規(guī)模，2006年產(chǎn)量達到39.89億加侖，是中國的四倍、位列全球第一，美國和中國依次排名第二和第三。2、生物柴油生物柴油，又稱脂肪酸甲脂，是從植物油、回收廚用油或者動物脂肪中提取的長鏈脂肪酸烷基酯。生物柴油最初誕生于巴西，1980年研究成功，同年美國即明確提出了以生物柴油替代石化柴油的戰(zhàn)略，成為最早研究應用生物柴油的國家，但是目前生物柴油的主要生產(chǎn)和使用卻集中在歐洲，其中德國是生物柴油最大的生產(chǎn)國和出口國。生物柴油生產(chǎn)的常用方法是：種植高植物油作物（如油棕櫚、大豆、微藻、椰子、向日葵、花生、烏桕、麻），進而壓榨萃取植物油，再通過酯交換反應等技術生成脂肪酸烷基酯（與普通柴油的物理化學特性極為相似）。廢棄食用油和廢棄脂肪也可以作為原料，不過需要進行凈化處理。3、纖維素乙醇纖維素乙醇的發(fā)展是為了代替以糧食為原料的燃料乙醇，成為汽油的替代品。所有的綠色植物的主要結構都是纖維素，它的分子是由糖組成的長鏈，如果能夠打開這些分子釋放其所含的糖，就能發(fā)酵生產(chǎn)乙醇。項目六其他新能源汽車任務三生物燃料汽車纖維素乙醇的生產(chǎn)工藝基本包括五個環(huán)節(jié)：預處理、固液分