2新能源汽车的发展史与发展趋势

新能源汽车主讲人：尹力卉教授第二单元＊1.2新能源汽车的发展史与发展趋势1.2.2混合动力汽车的发展史1.2.3燃料电池汽车的发展史1.2.4其它新能源汽车的发展史1.2.5新能源汽车的发展趋势1.2.6我国新能源汽车的发展现状1.2新能源汽车的发展史及发展趋势1.2.2混合动力汽车的发展史世界第一辆由汽油机和电动机组合的混合动力汽车，于1899年由费迪南-保时捷（FerdinandPorsche）研制成功，甚至造出了四驱版本。但由于受其他技术（如电动机、电池和控制等）发展的制约，加上环境、能源问题未被引起足够重视等，使混合动力汽车技术在其后的几十年里未被重视。1.2新能源汽车的发展史及发展趋势1.2.2混合动力汽车的发展史费迪南-保时捷研制的四轮驱动混合动力汽车1.2新能源汽车的发展史及发展趋势1.2.2混合动力汽车的发展史近二十来年混合动力汽车才引起世界各大汽车公司的重视。上世纪90年代以来，日本、美国和欧洲各大汽车公司纷纷开始研制混合动力汽车。1993年9月美国政府和代表三大汽车公司的汽车研究理事会(USCAR)联合提出了“新一代汽车合作计划”，该计划目标之一就是在2004年将中档家用轿车的燃油经济性提高两倍，达到(2.94L/100km)。1.2新能源汽车的发展史及发展趋势1.2.2混合动力汽车的发展史在混合动力汽车的开发和市场化方面，日本公司走在最前沿。丰田公司是世界上最早开始进行混合动力汽车研究的汽车公司之一。1997年推出了第一代Prius混合动力电动汽车，该车最高速可达140km/h，在日本10-15工况下燃油经济性3.57L/100km，CO、HC和NOx的排放水平相当于日本法规的1/10。1.2新能源汽车的发展史及发展趋势1.2.2混合动力汽车的发展史第一代Prius（XW10）1.2新能源汽车的发展史及发展趋势1.2.2混合动力汽车的发展史第一代Prius2000年初开始投放北美市场，并将月产由1000辆调升到月产2000辆，三年内销售了4.5万辆，产品出现了供不应求局面。2003年丰田推出代号XW20的第二代Prius，尝到甜头的日本人此时认识到美国市场的核心地位，因此第二代普锐斯首批投放了美国和日本市场。第二代Prius2006年进入中国市场。1.2新能源汽车的发展史及发展趋势1.2.2混合动力汽车的发展史第二代Prius（XW20）1.2新能源汽车的发展史及发展趋势1.2.2混合动力汽车的发展史第二代普锐斯实现了混动系统的技术升级，汽油机依旧是第一代普锐斯上的那颗1.5L1NZ-FXEVVT-i发动机，动力继续小幅提升至76马力，扭矩上涨到115牛米。混动部分最大功率67马力，峰值扭矩400牛米。普锐斯1.5L1NZ-FXEVVT-i发动机1.2新能源汽车的发展史及发展趋势1.2.2混合动力汽车的发展史虽然没有使用当时价格高昂的锂离子电池，依旧是镍氢电池，但是通过对于电池的小型化和轻量化，成功地将系统能耗降低，获得了更出色的节能效果，综合油耗降低至5.2L/100km。1.2新能源汽车的发展史及发展趋势1.2.2混合动力汽车的发展史第三代Prius(普锐斯)于2009年率先在日本上市，并迅速受到消费者的青睐，连续多月蝉联日本单一车型销量冠军，并获得2011年日本十大畅销车冠军头衔。一汽丰田第三代Prius(普锐斯)于2012年2月正式上市，此次上市共推出三款车型。新车搭载一台1.8L直列4缸汽油发动机，配合混合动力系统，新普锐斯的最大功率可以达到134kW，百公里综合油耗仅有4.7L。1.2新能源汽车的发展史及发展趋势1.2.2混合动力汽车的发展史第三代Prius（普锐斯）发布会1.2新能源汽车的发展史及发展趋势1.2.2混合动力汽车的发展史2007年8月16日，Lexus旗下LS旗舰系列的顶级车型，全球首款全混合动力搭载V8发动的LS600h正式登陆中国。作为继RX400h后，Lexus导入中国的又一“绿色”车型。其新款LS600hL于2009年12月登陆中国。LS600hL性能优越、工艺一流，尽显LEXUS的豪门风范。该车型将LEXUSLS系列的水平提升到了一个新的高度。1.2新能源汽车的发展史及发展趋势1.2.2混合动力汽车的发展史Lexus混合动力RX450hLexus混合动力LS600hL1.2新能源汽车的发展史及发展趋势1.2.2混合动力汽车的发展史欧洲的汽车公司最近开始在混合动力汽车方面积极跟进。2005年9月法兰克福车展上，奥迪已经展示了Q5混合动力车，并计划推向市场。奥迪Q5混合动力汽车1.2新能源汽车的发展史及发展趋势1.2.2混合动力汽车的发展史宝马公司宣布，在2010年底推出各自的混合动力车型。E72F041.2新能源汽车的发展史与发展趋势1.2.2混合动力汽车的发展史混合动力虽然产业化了，但较高的车价使其在一段时期内难以普及。价格上比同排量汽车高出较大比例，等于消费者预付了较大一笔“油钱”给制造公司，环保却不经济。国外一些国家政府为了鼓励国民购买这类环保的混合动力车而给予消费者一定的经济补助和政策优惠。有评论说，混合动力车在相当长的一段时期内是有钱并具有环保意识人士的玩具，而非普通民众的交通工具。1.2新能源汽车的发展史与发展趋势1.2.3燃料电池汽车的发展史燃料电池电动汽车是未来解决环境污染和能源问题的最佳方案之一。尽管目前还存在很多需要克服的技术障碍，但被公认为新一代汽车能源动力系统的远期解决方案。据国际能源机构(IEA)2004年统计，全球能源科技研发公共资金中约12%投入氢能源燃料电池研发。1.2新能源汽车的发展史与发展趋势1.2.3燃料电池汽车的发展史燃料电池电动汽车是未来解决环境污染和能源问题的最佳方案之一。尽管目前还存在很多需要克服的技术障碍，但被公认为新一代汽车能源动力系统的远期解决方案。据国际能源机构(IEA)2004年统计，全球能源科技研发公共资金中约12%投入氢能源燃料电池研发。美国2005年通过的能源立法法案将原FreedomCAR计划的20亿美元5年预算增加到38.7亿，并计划在未来10年投入总计123亿美元作为示范、采购、免税和研发的投入。1.2新能源汽车的发展史与发展趋势1.2.3燃料电池汽车的发展史美国汽车企业偏重研发氢能源汽车，右图为2006年4月22日，布什在加利福尼亚州首府萨克拉门托的加利福尼亚燃料电池公司发表演讲。1.2新能源汽车的发展史与发展趋势1.2.3燃料电池汽车的发展史日本政府2004年、2005年的燃料电池技术研究费用总计超过6亿美元；欧盟在第五研究框架投入研究经费1.4亿欧元。2003年的本田FCX利用氢燃料电池生成电能推动车辆。用氢气以及空气中的氧气来产生电流，再促发电动机使车辆运行起来。由于采用了本田独有的超级电容器来存贮燃料电池生成的能源，因此FCX在加速期间能获得强大的推动力。1.2新能源汽车的发展史与发展趋势1.2.3燃料电池汽车的发展史右图为本田FCX氢能源汽车。FCX采用氢作为能源在燃料电池“堆栈”里生成电来推动电动机。最大马力输出有80匹，最大扭力输出有272牛.米，加速性能类似于本田Civic。FCX的最大行驶范围为355公里，可以容纳4个人就座。1.2新能源汽车的发展史与发展趋势1.2.3燃料电池汽车的发展史戴姆勒—克莱斯勒公司和Ballard公司早在1989年就开始研制燃料电池汽车，至2000年共研制了NecarI-V五代轿车车型，2003年第一辆燃料电池汽车开始投入示范运行。各大汽车公司都先后推出技术方案多样的燃料电池轿车和大客车样车，并开始道路行驶试验和示范运行，所积累的经验，为燃料电池汽车下一阶段的研发指明了方向。1.2新能源汽车的发展史与发展趋势1.2.3燃料电池汽车的发展史目前，通用、戴姆勒-克莱斯勒、丰田、本田、标致雪铁龙等汽车巨头均致力于新一代氢燃料电池的开发。其研发的思路通常具有以下特点：采用常压的氢与高压的空气反应；储存氢气的方法均是高压贮存；采用燃料电池和蓄电池同时存在的混合式燃料方案等。基于以上特点的成品氢燃料电池运输客车已经进入测试阶段，目前已在北美一些城市正在进行试运行的数据采集和改进工作。1.2新能源汽车的发展史与发展趋势1.2.3燃料电池汽车的发展史燃料电池实用化面临的几个问题：燃料电池系统的耐久性达不到实用要求。目前在实验室环境下的动态测试寿命大约为1500h，与车辆内燃机的10年寿命差距极大，离5000h的目标也相差甚远。成本无法与内燃机竞争。美国政府提出的成本目标是2010年降至35美元/kW，日本政府的目标是50美元/kW，与目前的数千美元/kW相比，无疑是艰巨的挑战。1.2新能源汽车的发展史与发展趋势1.2.3燃料电池汽车的发展史燃料电池实用化面临的几个问题：如果高温膜的技术得到突破，则有望在耐久性的提高和贵金属的用量减少方面取得进展，从而促使燃料电池作为车用能源的进程。一次加氢的续驶里程不够长。需要投资兴建加氢站。以上问题都给氢燃料电池汽车的未来之路带来了较大的阻碍，燃料电池的广泛应用还有较长的路要走。1.2新能源汽车的发展史与发展趋势1.2.4其它新能源汽车的发展史（1）燃气汽车①天然气汽车（CNGV）尽管目前CNG气瓶的储气压力已经达到20MPa以上，但CNG汽车续驶里程短仍然是限制使用的主要问题。解决的途径是将天然气液化(LNG)。LNG的低温储存技术已经成熟和达到实用化的程度，世界上已经有近万辆LNG汽车投入使用。但是LNG汽车还存在制造、储存、使用等综合成本问题和储存过程中的蒸发问题尚待解决。1.2新能源汽车的发展史与发展趋势1.2.4其它新能源汽车的发展史（1）燃气汽车②液化石油气汽车（LPGV）LPG来自石油开采过程中伴生气或石油炼制过程中的副产品。车用LPG的主要组分是丙烷和丁烷。石油气在常温下就可以加压液化，便于储存、运输和使用。液化气与汽油性能相似，而且辛烷值可达到120左右，也采用点燃方式。因此可以很方便地利用汽油机进行工作。1.2新能源汽车的发展史与发展趋势1.2.4其它新能源汽车的发展史（1）燃气汽车②液化石油气汽车（LPGV）以前多采用汽油/LPG两用燃料方式，为了满足排放标准的要求，现在不再提倡利用在用车进行改装的方式，而是要求购买整车厂生产的达到国家排放标准的LPG汽车。现在趋向于采用单一LPG燃料系统，以达到高效、低污染的目的。LPG发动机供气系统由蒸发混合气器系统发展到现在的多点电控喷气系统，技术水平有了很大的提高。1.2新能源汽车的发展史与发展趋势1.2.4其它新能源汽车的发展史（1）燃气汽车②液化石油气汽车（LPGV）尤其是液态喷射技术开发成功，解决了功率低的问题。但由于价格较高、燃料泵寿命等原因，尚未大范围推广使用。目前主要较多地用于城市出租车，全球的LPG汽车数量约500万辆。1.2新能源汽车的发展史与发展趋势1.2.4其它新能源汽车的发展史（2）醇类燃料汽车①甲醇汽车甲醇来自于煤和天然气，其应用研究已经有几十年历史。甲醇汽车主要是在汽油机基础上进行改造。美国、德国都进行过大规模运行试验，但是目前美国和世界的甲醇汽车正在减少，原因是多方面的：汽油机的改造需要适当提高压缩比，改变材料提高耐磨性和抗腐蚀性，基础设施和制造成本限制了进一步应用。1.2新能源汽车的发展史与发展趋势1.2.4其它新能源汽车的发展史（2）醇类燃料汽车②乙醇汽车乙醇主要来源于谷物，也可以来自于纤维织物。乙醇主要用于增加汽油的辛烷值和改善汽油机的排放质量。可以代替部分石油燃料。乙醇汽油含量多数是10%，称为E10。柴油机加乙醇可以降低排气烟度，但乙醇难溶于柴油，应用技术难度较大。如何获得低价的农作物和降低生产成本，也是今后需要探索的问题。1.2新能源汽车的发展史与发展趋势1.2.4其它新能源汽车的发展史（2）醇类燃料汽车②乙醇汽车乙醇作为可再生生物燃料，技术上相对成熟，关键是如何保证低成本、稳定地获得乙醇供应。燃油生产企业要直接生产乙醇汽油，而不是在现有汽油中勾兑乙醇；汽车生产厂要针对乙醇汽油对发动机进行开发和标定。1.2新能源