1、The course of dissertationThe course of dissertation专题讲专题讲座座课课程程The Course of Dissertation课程目的课程目的v培养学生对新能源汽车知识了解培养学生对新能源汽车知识了解v扩展学生汽车新技术知识范围扩展学生汽车新技术知识范围v培养学生对汽车新技术的兴趣培养学生对汽车新技术的兴趣The Course of Dissertation课程内容课程内容v为什么需要新能源汽车为什么需要新能源汽车v新能源汽车的特点新能源汽车的特点v目前已使用的汽车新技术目前已使用的汽车新技术v电动汽车技术分类电动汽车技术分类v新型电池介绍
2、新型电池介绍v氢能源汽车氢能源汽车The Course of Dissertation 新能源？双增压发动机？铁芯电池？混合动力？燃料电池？你可听说过你可听说过 .The Course of Dissertation下面下面为什么社会中会产生这些概念为什么社会中会产生这些概念 要从一种黑色的多环芳烃物质说起要从一种黑色的多环芳烃物质说起The Course of Dissertation石油的威力石油的威力The Course of Dissertation石油是什么石油是什么1.1.石油对于人类来说，它是一种高能量、廉价而且易于使用石油对于人类来说，它是一种高能量、廉价而且易于使用的能源的能
3、源2.2.石油的裂解产品的单位能量密度非常高石油的裂解产品的单位能量密度非常高3.3.现代汽车工业是建立在石油经济之上的，没有石油就没有现代汽车工业是建立在石油经济之上的，没有石油就没有汽车汽车4.4.汽车为什么要使用石油产品，就是因为没有哪一种能源能汽车为什么要使用石油产品，就是因为没有哪一种能源能像石油产品那样仅使用低压容器就能在移动过程中存储这像石油产品那样仅使用低压容器就能在移动过程中存储这么多而且廉价能量么多而且廉价能量5.5.美利坚民族之所以这么强大是因为他们是世界上最先而且美利坚民族之所以这么强大是因为他们是世界上最先而且是最充分使用石油资源及技术的民族是最充分使用石油资源及技术
4、的民族The Course of Dissertation石油的弱点石油的弱点1.1.石油属于有限资源，按照目前使用速度石油属于有限资源，按照目前使用速度5050年以后会逐渐年以后会逐渐枯竭，那么这种能源经济性就会损伤，石油会变得越枯竭，那么这种能源经济性就会损伤，石油会变得越来越贵来越贵2.2.石油产品使用之后会对自然环境产生污染，而且这种石油产品使用之后会对自然环境产生污染，而且这种污染不容易得到恢复。污染不容易得到恢复。The Course of Dissertation怎样解决这些问题怎样解决这些问题 .解决问题的途径：解决问题的途径：u 高效率使用石油资源高效率使用石油资源u 在经济
5、性与环保性相平衡的在经济性与环保性相平衡的条件下，寻找新能条件下，寻找新能 源部分源部分替代石油资源替代石油资源u 寻找新的廉价而且环保能源寻找新的廉价而且环保能源来源，逐渐地替代石油资源来源，逐渐地替代石油资源The Course of Dissertation未来汽车发展趋势未来汽车发展趋势环保性的要求环保性的要求经济性的要求经济性的要求安全性的要求安全性的要求The Course of Dissertation尝试尝试 .u提高能源使用效率的解决方式提高能源使用效率的解决方式在车身上使用更加轻质材料，减轻车身重在车身上使用更加轻质材料，减轻车身重量 比如在车身上使用高强度薄钢板和大规模使
6、用铝制零部件提高发动机工作效率提高发动机工作效率 比如使用精确的电子燃油喷射系统取代传统的化油器；使用涡轮增压器提高发动机升功率，降低发动机本身的能量消耗。提高发动机使用效率提高发动机使用效率，比如混合动力汽车、涡轮增压汽车、缸内直接喷射汽油发动机The Course of Dissertationu 在经济性与环保性相平衡的条件下，寻找新能在经济性与环保性相平衡的条件下，寻找新能 源部分替代石油资源源部分替代石油资源 混合燃料汽车混合燃料汽车 比如甲醇汽油（M75/M50）、乙醇汽油、二甲醚柴油 双燃料汽车双燃料汽车 比如天然气和汽油双燃料汽车。The Course of Dissertat
7、ionu寻找新的廉价、环保、可再生能源来寻找新的廉价、环保、可再生能源来源，逐渐地替代石油资源源，逐渐地替代石油资源其他化石能源其他化石能源核聚变能源核聚变能源生物能源生物能源直接转换太阳能直接转换太阳能The Course of Dissertation目前已使用的汽车节能技术（一）目前已使用的汽车节能技术（一）v 涡轮增压原理涡轮增压原理 通过发动机排放的废气来推动涡轮转动，而转动的涡轮由于进气侧的叶轮是同轴相连的，因此当涡轮转动时，另一侧的叶轮也会同步转动，从而为进气增加压力，增加发动机的进气量，达到不增加排量的情况下增加输出的目的。缺点缺点涡轮迟滞现象。于两个叶轮都是有质量的，因此推动
8、它转动需要一定量的气流和流速，也就是说发动机的转速必须上升的到一定程度时涡轮才能进入工作状态，而这种迟滞现象则造成了发动机输出不够线性的特点，即便再怎么降低叶轮质量，迟滞现象依然存在。TSITSI双增压发动机双增压发动机The Course of Dissertation目前已使用的汽车节能技术（一）目前已使用的汽车节能技术（一）v 机械增压工作原理机械增压工作原理 机械增压能弥补涡轮引擎的不足，它的增压器通过皮带轮与发动机曲轴相连，只要发动机开始工作，机械增压器便开始为进气增压，因此它的输出与自然吸气车型别无二致。然而由于是利用发动机动力进行驱动，也就是说会损耗发动机高转时的输出，因此普通的
9、机械增压并不适合高转速引擎。TSITSI双增压发动机双增压发动机The Course of Dissertationv 双增压工作原理双增压工作原理 大众公司主要运用这两种增压方式相互互补。启动发动机后，机械增压变随同发动机进入工作状态，并随着发动机转速的升高提升增压压力，但由于转速过低，此时的涡轮并未进入工作状态。当转速跨越了1500转/分钟大关时，涡轮增压系统则开始介入工作，此时，两个增压器同时为发动机提供增压压力，其最高增压值可轻易超过2.0bar，而这也是不同涡轮引擎无法达到的范畴。随着转速的升高，机械增压对于发动机功率的损耗也就越来越明显，而此时，安装在机械增压器上的电磁离合器就开始
10、发挥作用了。这个电磁离合器随着转速的不断升高开始将机械增压与发动机逐步分离，当达到3500转/分钟时达到完全分离的状态，防止机械增压在高转时损耗发动机的输出功率。The Course of Dissertation大众大众1.41.4升升TSITSI双增压发动机外观双增压发动机外观The Course of Dissertation混合动力汽车混合动力汽车v 混合动力一般是指油电混合动力，即燃料（汽油，柴油）和电能的混合v 混合动力汽车是有电动马达作为发动机的辅助动力驱动汽车v 辅助发动机的电动马达可以在启动的瞬间产生强大的动力，因此汽车可以有强劲的起步、加速。同时，还能实现较高水平的燃油经济
11、性v 混合动力汽车节能原理，主要是降低发动机起动和加速的使用频率来降低发动机的能耗，这个原理主要根据发动机匀速工作时油耗较少的特性，车辆加速和起动时使用额外电池驱动电动机提供动力，此时的发动机仍按照最经济的油耗工作，因此综合提高车辆使用过程中能源效率v 混合动力电动汽车的动力系统结构主要由控制系统、驱动系统、辅助动力系统和电池组等部分构成。The Course of Dissertationv 并联式电动汽车并联式电动汽车 一种是以发动机为主动力，电一种是以发动机为主动力，电动马达作为辅助动力的动马达作为辅助动力的“并联方并联方式式”，也叫嵌入式电动汽车，也叫嵌入式电动汽车 这种方式主要以发动
12、机驱动行驶，利用电动马达所具有的再启动时产生强大动力的特征，在汽车起步、加速等发动机燃油消耗较大时，用电动马达辅助驱动的方式来降低发动机的油耗。这种方式的结构比较简单，只需要在汽车上增加电动马达和电瓶。The Course of Dissertationv 串联式电动汽车串联式电动汽车 还有一种是只用电动马达还有一种是只用电动马达驱动行驶的电动汽车驱动行驶的电动汽车“串串联方式联方式”。发动机只作为动力源，汽车只靠电动马达驱动行驶，驱动系统只是电动马达，但因为同样需要安装燃料发动机，所以也是混合动力汽车的一种。The Course of Dissertationv 串联、并联式电动汽车串联、并
13、联式电动汽车 在低速时只靠电动马达驱动在低速时只靠电动马达驱动行驶，速度提高时发动机和行驶，速度提高时发动机和电动马达相配合驱动的电动马达相配合驱动的“串联串联、并联方式、并联方式”。启动和低速时是只靠电动马达驱动行驶，当速度提高时，由发动机和电动马达共同高效地分担动力，这种方式需要动力分担装置和发电机等，因此结构复杂。丰田“普锐斯”就是这样的构型The Course of Dissertation此类车辆燃用此类车辆燃用CNG（或（或LPG）为主燃料，柴油起引燃作用。此类发）为主燃料，柴油起引燃作用。此类发动机结构参数也几乎不作改动，可以在单纯燃烧柴油和动机结构参数也几乎不作改动，可以在单纯
14、燃烧柴油和CNG与柴油与柴油同时混烧两种工况灵活切换。双燃料目前主要是指用汽油和压缩天同时混烧两种工况灵活切换。双燃料目前主要是指用汽油和压缩天然气然气CNG做燃料的车，不能同时使用，要么用汽油，要么用做燃料的车，不能同时使用，要么用汽油，要么用CNG。由于天然气汽车在排放方面具有明显的优越性，与使用汽油车相比由于天然气汽车在排放方面具有明显的优越性，与使用汽油车相比，天然气汽车颗粒物排放几乎为零，天然气汽车颗粒物排放几乎为零，NOX、CO和和HC的排放也显著的排放也显著降低，所以天然气汽车在改善空气质量方面有着重要意义。降低，所以天然气汽车在改善空气质量方面有着重要意义。什么是双燃料车？什么
15、是双燃料车？双燃料车一般是指具有两套燃料供应系统，系统一套供给天然气或液化石油气，另一套供给天然气或液化石油气之外的燃料，两套燃料供给系统按预定的配比向气缸供给燃料，在缸内混合燃烧的汽车，如压缩天然气CNG（compressed natural gas）双燃料的汽车，或液化石油气LPG（liqyefied petroleum gas），主要成分是丙烷和丁烷的混合物。CNGCNG两用燃料轿车是在保留了原轿车供油系统不变的基础上，增加两用燃料轿车是在保留了原轿车供油系统不变的基础上，增加一套一套“CNGCNG转换系统转换系统”而成。也就是说双燃料汽车是在保留汽油、而成。也就是说双燃料汽车是在保留汽
16、油、柴油的供油系统的基础上，外加一套供气系统。柴油的供油系统的基础上，外加一套供气系统。“CNGCNG转换系统转换系统”主要由储气系统、供给系统及控制系统三部分组成：主要由储气系统、供给系统及控制系统三部分组成：The Course of Dissertation磷酸铁锂磷酸铁锂电池电池磷酸铁锂电池工作原理磷酸铁锂电池工作原理 磷酸铁锂电池是指用磷酸铁锂作为正极材料的锂离子电池。锂离子电池的正极材料有很多种，主要有钴酸锂、锰酸锂、镍酸锂、磷酸铁锂等。其中钴酸锂是目前绝大多数锂离子电池使用的正极材料，电池的阴极材料一般为石墨。The Course of Dissertation磷酸铁锂磷酸铁锂电
17、池电池磷酸铁锂电池特点磷酸铁锂电池特点v超长寿命超长寿命 循环寿命达到2000次以上v可大电流快速放电可大电流快速放电 在专用充电器下，1.5C充电40分钟内即可使电池充满，起动电流可达2C,而铅酸电池现在无此性能。v体积小、重量轻体积小、重量轻 同等规格容量的磷酸铁锂电池的体积是铅酸电池体积的2/3重量是铅酸电池的1/3。v无记忆效应无记忆效应 可充电池在经常处于充满不放完的条件下工作，容量会迅速低于额定容量值，这种现象叫做记忆效应。像镍氢、镍镉电池存在记忆性，而磷酸铁锂电池无此现象，The Course of Dissertation超级电容电池超级电容电池v 超级电容器的机理 超级电容器
18、是一种具有超级储电能力、可提供强大脉冲功率的物理二次电源。它是根据电化学双电电化学双电平理论平理论研制而成 的。当向电极充电时处于理想化电极状态的电极表面电荷将吸引周 围电解质溶液中的异性离子使这些离子附于电极表面形成双电荷层构成双电层 电容。由于两 电荷层的距离非常小（一般在0.5nm以下），加 之采用特殊电极结构使 电极表 面积成万倍地增加，从而产生极 大 的 电容量，电容器的这种极化作用可以储存电能。The Course of Dissertation超级电容电池超级电容电池超级电容器超级电容器 的特点的特点比功率高比功率高 超级电容器的内阻很小并且在电极溶液界面和电极材 料本体内均能够
19、实现 电荷的快速贮存和释放因而它的输出功率密度高达数kW/kg，是一般蓄电池的数十倍极长的允放电循环寿命极长的允放电循环寿命 循环寿命可达1 万次以上非常短的充电时间非常短的充电时间 完整充电时间仅为1012min比能量低比能量低 比能量只有几个wh/kg The Course of Dissertation超级电容电池超级电容电池超级电容电池在城市电动公交车的应用超级电容电池在城市电动公交车的应用The Course of Dissertation飞轮电池飞轮电池 飞轮电池工作原理飞轮电池工作原理 电机在充电时该电机以电动机形式运转，在外电源的 驱动下，电机带动飞轮高速旋转，即用电给飞轮电池
20、“充电”增 加了飞轮的转速从而增大其功能；放电时，电机则以发电机状态 运转，在飞轮的带动下对外输出电能，完成机械能（动能）到电 能的转换。当飞轮电池发出电的时，飞轮转速逐渐下降，飞轮电 池的飞轮是在真空环境下运转的，转速极高（高达200000r/min，使用的轴承为非接触式磁轴承。飞轮电池比能呈可达150W h/kg，比功率达5000-10000W/kg，使用寿命长达25年，可供电 动汽车行驶500万公里。储存的能量由公式 E=jw2 j为飞轮的转动惯量，与飞轮的形状和重量有关；W为飞轮的旋转角速度。The Course of Dissertation飞轮电池飞轮电池飞轮电池特点飞轮电池特点v
21、 能量密度高：储能密度可达100200 whkg，功率密度可达5 000lO 000 wkg。v 能量转换效率高：工作效率高达90%v 体积小、重量轻：飞轮直径约二十多厘米，总重在十几千克左右v 使用寿命长：不受重复深度放电影响，能够循环几百万次运行，预期寿命20年以上v 低损耗、低维护：磁悬浮轴承和真空环境使机械损耗可以被忽略，系统维护周期长The Course of Dissertation氢燃料电池氢燃料电池氢燃料电池工作原理氢燃料电池工作原理 将氢气送到燃料电池的阳极板(负极)，经过催化剂(铂)的作用，氢原子中的一个电子被分离出来，失去电子的氢离子(质子)穿过质子交换膜，到达燃料电池阴
22、极板(正极)，而电子是不能通过质子交换膜的，这个电子，只能经外部电路，到达燃料电池阴极板，从而在外电路中产生电流。电子到达阴极板后，与氧原子和氢离子重新结合为水。由于供应给阴极板的氧，可以从空气中获得，因此只要不断地给阳极板供应氢，给阴极板供应空气，并及时把水(蒸气)带走，就可以不断地提供电能。The Course of Dissertation氢燃料电池氢燃料电池氢燃料电池特点氢燃料电池特点v 无污染无污染 燃料电池生成物只有水v 无噪声无噪声 燃料电池运行安静,噪声大约只有55dB,相当于人们正常交谈的水平。v 高效率高效率 燃料电池的发电效率可以达到50%以上,这是由燃料电池的转换性质决定的,直接将化学能转换为电能,不需要经过热能和机械能(发电机)的中间变换。The Course of Dissertation
