新能源与绿色汽车

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汽车在新能源方面的应用: 代用燃料:气体燃料<天然气、液化石油气>、 生物燃料<生物柴油>、煤基燃料<醇类燃料、二 甲醚> 纯电动汽车 混合动力汽车 太阳能汽车
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3.2 代用燃料和能源新技术
一.醇类燃料动力技术 醇类燃料主要是指甲醇和乙醇 。醇类燃料
可以和汽油或柴油按一定的比例配制而成混合 燃料,也可以直接采用醇类燃料作为发动机的 燃料。
电动汽车有良好的使用性能,驱动电机应具有调速范 围宽、转速高、启动转矩大、体积小、质量小、效率 高且有动态制动强和能量回馈等特性。
目前,电动汽车用电动机主要有直流电动机 (DCM)、感应电动机(IM)(美国及欧洲常用)、永磁 无刷电动机(PMBLM)(日本)和开关磁阻电动机(SRM) 4类。
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随着电动机及驱动系统的发展,控制系统趋于智 能化和数字化。
变结构控制、模糊控制、神经网络、自适应控制、 专家控制、遗传算法等非线性智能控制技术,都将各 自或结合应用于电动汽车的电动机控制系统。
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(3)电动汽车整车技术 电动汽车是高科技综合性产品,除电池、电动机
外,车体本身也包含很多高新技术,有些节能措施比 提高电池储能能力还易于实现。采用轻质材料如镁、 铝、优质钢材及复合材料,优化结构,可使汽车自身 质量减轻30%-50%;实现制动、下坡和怠速时的能量回 收;采用高弹滞材料制成的高气压子午线轮胎,可使 汽车的滚动阻力减少50%;汽车车身特别是汽车底部更 加流线型化,可使汽车的空气阻力减少50%。
汽车发展的关键因素。电动汽车用电池的主要性能指 标是比能量(E)(单位质量电极材料释放电能)、能量 密度(Ed)(平均单位体积释放的电能)、 比功率(P) (功率与质量的比值)、循环寿命(L)和成本(C)等。 要使电动汽车能与燃油汽车相竞争,关键就是要开发 出比能量高、比功率大、使用寿命长的高效电池。
天然气NGV——天然气是一种无色、无味的气 体,主要成分是甲烷,另外还含有少量的其 它烃类,例如丁烷、乙烷和丙烷。
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天然气的主要成分是烷烃中的轻组分,基本 由甲烷CH4(82%~98%)和不多的乙烷C2H6(6%)、丙 烷C3H8(1.5%)和丁烷C4H10(约1%)组成。一般油、 气田的天然气中的甲烷含量差别相当大。我国四 川气田天然气中的甲烷含量多在95%以上,而油田 的伴生天然气中的甲烷含量则为70%~80%。有的 甲烷含量更低,并且含有较重的烃类,如丁烷、 戊烷和已烷等。
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(2) 普及电动车所面临的困难 电动汽车价格昂贵 续驶里程有限 蓄电池使用寿命太短 蓄电池尺寸和质量的制约 间接污染严重 充电基础设施不完善
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2、电动汽车基本结构及其工作原理
基本结构可分为三个子系统:电力驱动子 系统(电控系统、电动机、机械传动系统和驱 动车轮等)、主能源子系统(主电源、能量管 理系统)和辅助控制子系统(辅助电源的控制、 动力转向、温度控制和辅助动力供给等)。
第3章 新能源与绿色汽车
能源领域面临严重问题:一是储量不足,我国 人均能源资源占有量仅为世界平均水平的一半; 二是能源利用效率远低于世界先进水平;三是以 煤为主的能源结构导致环境污染严重;四是大量 进口石油严重威胁国家的经济安全。
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3.1 概述
新能源汽车技术所涉及包括汽车动力能源相关 技术和新能源动力机械开发技术和与此类技术相关 的其他汽车开发技术。
管线天然气,可分为常规站、母站和子站。
常规站→常规站是建在有天然气管线能通过的 地方,从天然气管线直接取气,天然气经过脱 硫、脱水等工艺,进入压缩机进行压缩,然后 进入储气瓶组储存或通过售气机给车辆加气。 通常常规加气量在600-1000立方米每小时之间。
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母站→母站是建在临时天然气气管线通过的地方, 从天然气线管线直接取气,经过脱硫、脱水等工 艺,进入压缩机压缩,然后进入储气瓶组储存或 通过售气机给母站的车辆加气,加量在25004000立方米每小时之间。
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按照所使用天然气燃料状态的不同,天然气汽 车可以分为:
压缩天然气(CNG)汽车 压缩天然气是指压缩到 20.7—24.8 MPa的天然气,储存在车载高压气瓶 中。
液化天然气(LNG)汽车 液化天然气是指常压下、 温度为-162度的液体天然气,储存于车载绝热气 瓶中。
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按照燃料使用状况的不同,天然气汽车可分为:
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(1)压缩天然气加气站CNG
天然气加气站是指以压缩天然气(CNG)形式 向天然气汽车(NGV)和大型CNG子站车提供燃料 的场所。天然气管线中的气体一般先经过前置净 化处理,除去气体中的硫份和水份,再由压缩机 组将压力由0.1-1.0Mpa压缩到25Mpa,最后通过售 气机给车辆加气。
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天然气加气站一般根据站区规模或附近是否有
专用燃料天然气汽车 燃料。
两用燃料天然气汽车 使用汽油作为燃料。
双燃料天然气汽车 天然气。
发动机只使用天然气作为 既可以使用天然气也可以 可以同时使用液体燃料和
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3. 天然气汽车的优缺点:
优点: (1)可以替代石油的新燃料
(2)减少对大气的污染。燃用天然气与汽油相比,CO可 降低70%,NOx和非甲烷类可降低80%,CO2可降低 30%,HC可降低70%。
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长: 3600mm 宽: 1600mm 高:1500mm 最高车速: 60km/h 整 车重量: 850kg 充电时间: 6-8小时 新车一次充电最大续航 里程: 180km 电机功率: 3kw
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三、 混合动力汽车HEV
混合动力电动汽车是指包含两种或两种以上 动力源并能协调工作的车辆。混合动力电动汽车 充分利用各种动力源的优点,通过自动控制形成 最优匹配,通常其中一种动力源可以存储另一种 动力源的多余能量并回收储存车辆减速时的制动 能(通常在摩擦制动片处发热散失),并能将它 传输给传动系统、供附件使用或用于协助驱动车 辆。
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4、天然气汽车技术
天然气技术在汽车的应用包括以下四方面: 加气站技术:气体燃料在汽车上的充加要比液体燃料复 杂。它需要技术含量极高的加气站设备,且投资也较高。 气瓶技术:由于汽车的移动性,气体燃料气瓶的质量是 一重要的技术问题。气瓶在各种苛刻条件下的安全性问 题是气体燃料汽车技术研究中不可忽视的问题。
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纯电动汽车原理
纯电动汽车主要由蓄电池、电动 / 发电机等部件组成。 蓄电池向电动机提供电能来驱动汽车。在制动或减速时, 电机作为发电机来回收能量。
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3、电动汽车核心技术
发展电动汽车必须解决好4个方面的关键技术: 电池技术 电机驱动及其控制技术 电动汽车整车技术 能量管理技术
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(1)电池技术 电池是电动汽车的动力源泉,也是一直制约电动
子站→子站是建在加气站周围没有天然气管线的 地方,通过子站运转车从母站运来的天然气给天 然气汽车加气,一般还需配小型压缩机和储气瓶 组。为提高运转车的取气率,用压缩机将运转车 内的低压气体升压后,转存在储气瓶组内或直接 给天然气车加气。
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常规CNG加气站的组成:低压调压站、天然气压缩机、 CNG储气瓶组、CNG顺序控制盘、售气机五大部分组成。
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三、电动汽车
电动汽车是以电力作为能源、由电动机驱动的 汽车。在外形上,电动汽车与传统的汽车并无显著 区别,他们的主要区别在于动力和驱动系统。
1、 电动汽车的概述
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(1) 电动汽车的发展优势 结构简单,使用方便 零排放 提高能源使用效率,减少空气污染 噪声小 专门设计制造,能满足使用要求 制动能量可回收
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到目前为止,电动汽车用电池经过了3代的 发展,已取得了突破性的进展。
第1代是铅酸电池,目前主要是阀控铅酸电池 (VRLA),由于其比能量较高、价格低和能高倍率 放电,因此是目前惟一能大批量生产的电动汽车 用电池。
第2代是碱性电池,主要有镍镉(NJ-Cd)、镍氢 (Ni-MH)、钠硫(Na/S)、锂离子(Li-ion)和锌空气 (Zn/Air)等多种电池,其比能量和比功率都比铅 酸电池高,因此大大提高了电动汽车的动力性能 和续驶里程,但其价格却比铅酸电池高。
发动机技术:气体燃料的性质决定了它不同于汽、柴油, 因此在气体燃料的混合、燃烧方式、发动机燃烧室结构、 点火系统等方面都需要研究开发。
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混合与控制技术:汽车的速度和负荷总是变化,且气体 燃料相对于液体燃料又难以控制,因此按照汽车运行工 况要求提供合适量、质的混合气给发动机是混合与控制 系统的技术问题。
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(4)能量管理技术 能量管理系统是电动汽车的智能核心。一辆设计
优良的电动汽车,除了有良好的机械性能、电驱动性 能、选择适当的能量源(即电池)外,还应该有一套协 调各个功能部分工作的能量管理系统。它的作用是检 测单个电池或电池组的荷电状态,并根据各种传感信 息(力、加减速命令、行驶路况、蓄电池工况、环境 温度等),合理地调配和使用有限的车载能量;它还 能够根据电池组的使用情况和充放电历史选择最佳充 电方式,以尽可能延长电池的寿命。
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(2) 发动机技术
CNG汽车发动机系统分天然气气路、汽油油路和 控制电路三大部分
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充气站将压缩天然气,通过充气阀充入贮气瓶至20MPa。 当使用天然气作燃料时,手动截止阀打开,安装在驾驶室内 的油气燃料转换电开关,扳到“气”的位置,此时天然气电 磁阀打开,汽油电磁阀关闭,贮气瓶内的20MPa高压天然气 通过高压管路进入减压调节器减压,再通过低压管路、动力 阀进入混合器,并与经空气滤清器进入的空气混合,经油路 通道进入发动机气缸燃烧。减压调节器与混合器相匹配,根 据发动机的各种不同工况产生不同的真空度,自动调节减压 调节器的供气量,并使天然气与空气均匀混合,满足发动机 不同工况的使用要求。动力阀是一个调节天然气管道截面积 的装置,可调节混合气的空燃比,使空燃比达到最佳状态。
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甲醇的特点: 1.汽化潜热大(汽油3.1倍,柴油3.7倍) 2.热值低 3.辛烷值高(106~108) 4.亲水性强(运输储存时防水汽,可做添加燃料) 5.润滑性差和有腐蚀性(与甲醇接触的密封件等抗 腐蚀)
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二、天然气汽车 天然气作为清洁能源和原料,世界各国把
推广利用天然气,提高天然气在一次能源消费的 比重,作为优化能源结构,实现经济、社会和环 境协调发展的重要途径,使天然气成为ห้องสมุดไป่ตู้次于石 油的第二大能源.
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油路中安装一个汽油电磁阀,其余部件均保留不变。当 使用汽油作燃料时,司机将油气燃料转换开关扳到“油”的 位置,此时天然气电磁阀关闭,汽油电磁阀打开,汽油通过 汽油电磁阀进入气缸燃烧。燃料转换开关有三个位置,当拨 到中位时,油、气电磁阀均关闭,该功能是专门用来由汽油 转换到天然气时,烧完残存汽油而设置的,以免发生油气混 烧现象。
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醇类燃料的来源广,制取方式多。甲醇可以 从煤炭、天然气、煤层气,可再生生物资源、分 类垃圾等物资中制取;乙醇的原料主要是含糖、 含淀粉的农作物,如甜菜、甘蔗、玉米、草杆等。
甲醇和乙醇都属有机化合物,是无色透明、 易挥发的可燃液体。与汽油相比,热值低、汽化 潜热大、抗暴性好、含氧量高等,另外,醇类燃 料吸水性强、化学活性高、容易发生早燃等。
(3)燃料经济性好。从热能含量上看,1立方米的天然气 相当干1.13升汽油的当量。
(4)使用压缩天然气比石油安全(汽油430°,天然气 530°)
(5)使用性能好
(6)具有良好的抗爆性(辛烷值130左右)
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缺点: (1)天然气携带型差。 (2)发动机功率有所下降。 (3)改车投资较大。 (4)加气站的建设需一定周期。 (5)储气瓶占用空间较大,携带不便。
绿色汽车是对环保型一类汽车的统称,与传统 燃油车辆相比,具有能耗低、污染排放少等典型特 征,又因其采用清洁(新)能源而带来的环保效果, 所以也称清洁汽车、新能源汽车。
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目前,已经研制出电能、太阳能、混合动力能 源等新能源汽车。由于受技术水平、环境、成本等 各方面的因素影响,采用新能源的汽车在某些性能 方面与传统的内燃机汽车相比要差一些,所以还未 广泛应用。随着汽车工业、科学技术的发展,特别 是传统能源的危机、环保要求的提升,新能源取代 传统能源是社会发展的必然趋势。
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第3代是以燃料电池为主的电池。燃料电池直 接将燃料的化学能转变为电能,能量转变效率高, 比能量和比功率都高,并且可以控制反应过程, 能量转化过程可以连续进行,因此是理想的汽车 用电池,但目前还处于研制阶段,一些关键技术 还有待突破问。
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(2)电力驱动及其控制技术 电动机与驱动系统是电动汽车的关键部件,要使
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