新能源材料与器件结课论文

新能源汽车的发展及应用

--------燃料电池电动汽车随着煤、石油、天然气等传统化石能源的开采和利用，全球可供使用的资源越来越少；另外，在传统能源的使用过程中，能源的过度使用也引起了温室效应等一系列问题。面临着这些问题，开发新型的、可持续发展的能源技术迫在眉睫，因此，新能源材料技术应运而生。新能源材料的出现带动了工业的进一步发展，比如新能源汽车就是在这一背景下诞生。

新能源汽车是指采用非常规的车用燃料作为动力来源或者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。包括增程式电动汽车、混合动力汽车、氢发动机汽车、燃料电池电动汽车、纯电动汽车、其他新能源汽车等。

一、工作原理

普通汽车的工作原理是由发动机将热能转变为机械能的过程，是经过进气、压缩、作功和排气四个连续的过程来实现的，每进行一次这样的过程就叫一个工作循环。而新能源汽车按照动力的不同，其工作原理也各不相同。以燃料电池电动汽车为例，其利用氢气和空气中的氧在催化剂的作用下．在燃料电池中经电化学反应产生的电能作为主要动力源驱动的汽车。

燃料电池电动汽车实质上是纯电动汽车的一种，主要区别在于动力电池的工作原理不同。一般来说，燃料电池是通过电化学反应将化学能转化为电能，电化学反应所需的还原剂一般采用氢气，氧化剂则采用氧气，因此最早开发的燃料电池电动汽车多是直接采用氢燃料，氢气的储存可采用液化氢、压缩氢气或金属氢化物储氢等形式。

二、燃料电池车的结构

燃料电池城市客车动力系统主要有燃料电池发动机、动力蓄电DC/DC变换器、能量控制单元、电机及其控制系统组成。其控制系统为线传操控系统。

燃料电池电动汽车的布置形式大概分为五种：单一的FC驱动结构（由燃料电池DC/DC、控制器、电动机组成）、FC+B系统结构（DC LINK）、FC+UC 系统结构（超级电容器）、FC+B+UC(动力电池)、FC+B+FW(超高速飞轮)等几

种情况。但总体而言大部分燃料汽车都具有以下最基本的整体结构设计。

三、发展趋势

燃料电池电动汽车以电动机为动力，用燃料电池作为能源转换装置，利用氢气作为燃料。与传统内燃机汽车相比，FCEV不通过热机过程，不受卡诺循环的限制，具有能量转化效率高、环境友好等内燃机汽车不可比拟的优点，同时仍然可以保持传统内燃机汽车高速度、长距离行驶和安全、舒适等性能，被认为是21世纪首选的洁净、高效运输工具。国内外专家普遍认为燃料电池技术将成为21世纪汽车工业核心。国家863计划中，明确将燃料电池汽车发展放在了我国的电动汽车发展的首位。

另外，日本目前在研发一种固体氧化物燃料电池汽车。这种汽车将生物乙醇转换为电力为驱动车辆的电池供电。对于当前市场上的电动汽车续航里程最多只有500 km 左右，而日产声称他们的固体氧化物燃料电池系统可以提供至少600 km 的行驶里程。这就使得采用日产这种技术的电动汽车在续航方面和汽油车相当了。不仅如此，因为这种车最终还是电力驱动，所以它依然具有纯电动车起步安静、加速强劲和油门反馈良好的特点。

然而，在发展的过程中依旧面临燃料电池汽车的制造成本和使用成本过高、启动时间长，系统抗震能力还需提高、经济且无污染地获取纯氢燃料还存在技

术难点、燃料的供应、加氢站等基础网络设施建设几乎为零等一系列的问题。

四、市场应用

近几年，我国的新能源车市场呈现快速增长态势。但与纯电动车相比，去年我国燃料电池汽车产量仅有10辆。与纯电动车不同的：首先是氢燃料电池汽车技术门槛高，而我国的氢燃料电池技术不完善，产业化能力较弱；其次，燃料电池汽车的研发需要巨额投入，我国在燃料电池方面投入的资金和技术力量较少，未来有较大的发展空间。

从全球来看，海外车企巨头纷纷布局新能源汽车，氢燃料电池车成为研发重点。丰田2014年底推出的一款氢燃料电池车在日本上市，并于去年在欧洲上市，本田的氢燃料电池车将于今年年底上市。另外，奔驰将于2017年推出首款环保氢燃料电池动力车型，预计氢燃料电池的储氢罐充满约用时3分钟，巡航里程可达483公里。未来新能源汽车市场将至少新增17款氢燃料电池车，为氢燃料电池发展起到重要支撑作用。

近日，福田欧辉揽获100辆氢燃料电池电动客车订单的新闻被媒体广泛报道。由于在此之前全球范围内也没有出现过这么大批量的氢燃料电池客车订单，因此，福田这一批量订单，被称为是“实现氢燃料电池电动客车产业化、批量商业化开发运营”的标志性事件。

节能和环保的可持续发展要求决定了电动汽车将在汽车工业中扮演越来越重要的角色。燃料电池潜力很大，应用前景很广，在已有成果基础上正在不断开辟新的领域。目前的关键是提高其功率质量比，优化整个系统，进一步掌握电池和甲醇反应器的动力学，等等。生产方面，在成本上离商业化还有不小的距离，但燃料电池汽车拥有无以比拟的良好性能，必将代表电动汽车的发展方向，汽车未来能源属于燃料电池。