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第十一章新型汽车动力第1节概述第2节代用燃料发动机第3节电动汽车第4节燃料电池第5节混合动力汽车第1节概述新型汽车动力——是指当前在车用动力中占统治地位的，燃用传统汽油或柴油的往复活塞式内燃机以外的动力机械。目的：（1）变革发动机的功率传输机构；（2）解决能源短缺、环境污染和生态失衡。驱动汽车的可用能源汽车燃料的预测01020304050汽油机柴油机CNGLPG电动车新燃料车开发中2010年2015年英国Tickford公司的预测（%）各种动力的有效热效率第2节代用燃料发动机天然气和液化石油气汽车的优缺点1.优点2.缺点（1）充分利用天然气资源可以替代十分短缺的汽油和柴油；（2）减少对大气的污染：燃料与空气同相，混合均匀，燃烧较完全，可大幅度降低CO和HC排放，彻底改善微粒排放污染，甲烷CO2排放低（3）燃料经济性好：汽油2.8元/1kg，天然气0.70元/1kg（4）压缩天然气比汽油安全：天然气密封好，在空气中易被驱散，燃点高（537℃）（5）使用性能好：冷起动性能好，运转平稳，燃烧不会产生积炭，发动机寿命长，维修费低（6）天然气有较好的抗爆性：天然气辛烷值130，液化石油气100，高级汽油96天然气和液化石油气汽车的优缺点1.优点2.缺点（1）天然气的携带性差：液化石油气在较低压力下（690kPa）就可以完全液化，几乎和汽柴油同样便于携带；但天然气只有采用先进的膨胀制冷过程将其冷却到-162℃才能液化，这要求有较高的技术，无论是液化设备还是车上储罐，造价都会较高。目前广泛采用的CNG均采用高压（20～25MPa）存储在高压气瓶内，这些气瓶导致汽车自重增大，空间减小，限制了续驶里程。（2）当采用缸外预混合方式时，气体燃料的充气系数比液体燃料大约低10%；气体燃料的理论混合气热值也较低；与相同排量的汽油机比，发动机功率有所下降。（3）若以双燃料或两用燃料并存形式应用于汽车，则整车成本提高约15%。CNG—汽油两用燃料系统天然气汽车减压阀双燃料发动机构造液化石油气燃料供给系统蒸发调压阀CNG电控喷射系统第3节电动汽车1.概述2.电动汽车的优点3.电动汽车的不足4.电动汽车的动力源1.定义电动汽车一般的理解是从车载电源获得电力，以电机驱动的车辆，它包括从蓄电池、燃料电池、飞轮电池和车载发电机组获得电力的各种车辆。2.构成由车载电源、驱动电机及其控制器、汽车底盘和车身、附件等构成。3.分类•按用途分：电动轿车、载货汽车、客车、越野车•按能量来源分：纯电动汽车（PEV）和混和动力汽车（HEV）•按构造分：改装车型电动车和全新设计型电动车4.发展史较内燃机发明早，在19世纪末和20世纪初曾有过一段辉煌。由于电动车在性能、价格等方面难以与内燃机竞争而逐步被燃油汽车取代。第3节电动汽车1.概述2.电动汽车的优点3.电动汽车的不足4.电动汽车的动力源（1）电动汽车本身不排放有害气体，对环境无污染1995年，美国大气污染物中有42%来自汽车排放；世界银行专家组的报告指出：中国大城市的环境污染状况目前是全世界最严重的，全球空气污染最严重的20个城市中，有10个在中国，大气污染造成的损失500亿美元，为中国1995年国民生产总值的8（2）节能及能源的多样化和综合利用电动汽车所需的能源可多样化；电动汽车能源的转换效率超过燃油汽车的效率；电动汽车的充电可放在夜间进行。（3）结构简单和维修使用方便第3节电动汽车1.概述2.电动汽车的优点3.电动汽车的不足4.电动汽车的动力源（1）电池性能差目前实际使用的只有铅酸和镉镍两种电池，前者每公斤质量储存的电能约40Wh，后者为45～60Wh，而汽油为12000Wh，相差200～300倍。一次充电行程太短，是电动汽车不能推广应用的一个主要原因。（2）动力性能差，运输效益低电动汽车的最高车速、加速能力和爬坡能力都赶不上燃油汽车。而且带了大量电池，只能少拉人或货，运输效率低。（3）成本高，价格贵电动汽车的价格一般为同级燃油汽车的2～3倍。使用成本则取决于电池的寿命和有关的政策。（4）基础设施缺乏第3节电动汽车1.概述2.电动汽车的优点3.电动汽车的难点4.电动汽车的动力源（1）一次电池又称“原电池”，即放电后不能用充电方法使它复原的电池。换言之，这种电池只能用一次。（2）二次电池又称“蓄电池”，电池放电后又可用充电方法使活性物质复原而能再次放电，且可反复多次循环使用的一类电池。如：铅酸电池、镉镍电池、氢镍电池、钠硫电池、锂电池、飞轮电池等。（3）燃料电池又称“连续电池”，即只要活性物质连续地注入电池，就能长期不断地进行放电的电池。各种蓄电池性能的对比第4节燃料电池1.概述2.氢燃料电池系统3.甲醇燃料系统4.汽油燃料系统（1）什么是燃料电池？燃料电池是利用燃料（氢气）和氧化物的电化学反应，将燃料的化学能直接转换为电能的高效发电装置。（2）分类（3）质子膜交换燃料电池的特点•工作温度低（50～100℃）•工作可靠性高•无化学腐蚀•能量密度高•无排放污染•对燃料适应性强•结构简单、制造方便•但催化剂对CO敏感，需要贵金属催化剂（Pt）继续质子交换膜燃料电池工作原理返回覆盖在质子交换膜表面的催化剂在阳极将氢气催化分解成质子，阳极的质子通过质子交换膜到达阴极，由氢气分解释放出的电子被引出电池通过负载到达阴极，在这过程中就产生了能量。在阴极，质子与氧和电子相结合产生水。燃料电池的分类返回第4节燃料电池1.概述2.氢燃料电池系统3.甲醇燃料系统4.汽油燃料系统特点：氢气直接供给电池组缺点：（1）车载氢燃料存储体积大；（2）基础供气投资大。继续氢燃料电池系统第4节燃料电池1.概述2.氢燃料电池系统3.甲醇燃料系统4.汽油燃料系统工作过程：（1）甲醇和水的混合物在蒸发器里蒸发成气态；（2）甲醇蒸汽在转化器中高温分解成氢和CO；（3）部分氧化器（POX）在低氧低压的条件下将甲醇转化成H2和CO；（4）混合气直接进入燃料电池的阳极和进入阴极的空气发生电化学反应。缺点：甲醇转化过程中会产生大量的CO，使催化剂中毒继续甲醇燃料电池系统甲醇改质型燃料电池系统第4节燃料电池1.概述2.氢燃料电池系统3.甲醇燃料系统4.汽油燃料系统工作原理：（1）汽油在燃料器或蒸发器里加热变为气体；（2）蒸发汽油引入部分氧化器（POX）中，在低压下可使汽油蒸汽与少量空气混合，产生H2和CO；（3）水－汽转化器中引入水蒸汽，与催化剂作用使大部分CO转化成CO2和H2：（4）在富氧反应器中将空气喷入气体中，使残存的CO在铂催化剂的作用下生成CO2；（5）产生的氢气与空气结合产生电。缺点：增加排放控制成本；转化过程要损失一些效率继续燃料电池观光车戴勒姆克莱斯勒的燃料电池车Necar5实验用燃料电池电动汽车性能对比（1）发电原理：氢气甲醇汽油（2）基础设施：汽油甲醇氢气（3）排放特性：氢气甲醇汽油第5节混合动力汽车1.概述2.混合动力汽车的优点3.混和动力的驱动系统4.混合动力汽车的关键技术什么是混合动力汽车？混合动力汽车（HV）是将电驱动与辅助动力单元合用到一辆车上。这个辅助动力单元实际上是一个燃烧某种燃料的原动机或动力发电机组。燃料可以是汽油、柴油等传统燃料，也可以是甲醇、乙醇、液化石油气、天然气、氢气等代用燃料。原动机可以是内燃机，也可以是燃气轮机、斯特林发动机等外燃机。混合动力汽车发展趋势第5节混合动力汽车（1）电池的容量减小，电动汽车自重过大的矛盾有所缓解。（2）辅助动力单元使混合动力汽车的续驶里程与动力性可以达到当前内燃机的水平。（3）虽然原动机会有一定的废气排放，但由于原动机主要工作在最佳工况点附近，与传统内燃机汽车变工况的废气排放相比，可达到超低排放水平。（4）制动能量回收系统可节省能量，提高制动系统的可靠性和使用寿命。（5）利用原动机输出的动力直接带动车内空调、空压机、动力转向系统等，无需消耗电池组内有限的电能。保证了乘员的舒适性和驾驶的轻便性。（6）在排放严格限制的地区，可实现零排放。1.概述2.混合动力汽车的优点3.混和动力的驱动系统4.混合动力汽车的关键技术第5节混合动力汽车1.概述2.混合动力汽车的优点3.混和动力的驱动系统4.混合动力汽车的关键技术混合动力汽车是电力驱动系统与传统内燃机驱动系统的组合。按照能量合成的方式可划分为串联式、并联式和混联式（灵活驱动式）混合动力驱动系统。串联式混合动力驱动系统工作原理：原动机控制在最佳工况相对稳定运行，除带动空调压缩泵、液压泵等附件外，还带动发电机所发出的电能可直接供电动机使用。当汽车在起步、加速、爬坡或高速行驶需要较大的功率而发电机无法满足时，电池组可提供额外的电能；当汽车低速、滑行、制动或停车时，发电机发出的功率超过汽车的需求，多余的电能向电池组充电。串联式混和动力系统最适合在城区行驶的车辆，如公共汽车上采用。并联式混合动力驱动系统工作原理：原动机与电动机以机械能叠加的方式驱动汽车。它们可以分别独立地向汽车的传动系提供转矩和动力，在需要大功率时也可以共同提供动力。并联式混合动力系统比较适合经常在郊区和高速公路上行驶的车辆采用。混联式混合动力驱动系统混联式动力驱动系统能量分配装置混联式混合动力驱动系统工作原理第5节混合动力汽车1.概述2.混合动力汽车的优点3.混和动力的驱动系统4.混合动力汽车的关键技术（1）混合动力车用电池的开发研制和充放电特性的研究（2）动力分配装置和能量管理系统的研制（3）高效低成本辅助动力单元的研制