河南科技大学高等教育自学考试毕业论文
第4章 汽车新能源的主要比较与发展
4.1 各种新能源汽车技术的特点分析与展望
4.1.1 纯电动汽车
纯电动汽车不需要再用内燃机，因此，纯电动汽车的电动机相当于传统汽车的发动机，蓄电池相当于原来的油箱，电能是二次能源,可以来源于风能、水能、热能、太阳能等多种方式。因此很多人认为纯电动汽车将是未来新能源汽车发展的主要方向。纯电动汽车主要特点如下：
优点：1.无污染，废气排放为零。2.噪声低，且运行平稳。3.能源效率高、多样化。4.结构简单、使用维修方便[10]。
缺点：1.动力电源使用成本高，续驶里程短。2.充电设施建设不完善。3.蓄电池重量大，寿命短，充电时间长。
现状与前景：从总体看仍处于实验研究阶段，要完全解决技术上的难题并降低成本，还需要一定的时间；但随着电动汽车技术的发展，存在的缺点会逐步得到解决，电动汽车将成为未来汽车发展的主体。 4.1.2 混合动力电动汽车
由于目前纯电动汽车在使用中受到电池续航能力以及充电设施建设不完善，因此在传统能源汽车向纯电动汽车过渡这段时期，混合动力汽车起着关键的作用。混合动力电动汽车主要特点如下：
优点：1.由于有原动机作为辅助动力，蓄电池的数量和质量可减少，因此汽车自身中重量可减小。2.汽车的续驶里程和动力性可达到内燃机的水平。3.借助原动机的动力，可带动空调、真空助力、转向助力及其他辅助电器。4.可使原动机在最佳的工矿区域稳定运行，避免或减少了发动机变工况下的不良运行，是发动机的排污和油耗大为降低。5.在人口密集的商业区、居民区等地可用纯电动方式驱动汽车，实现零排放。6.可通过电动机提供动力，因此可配备功率较小的发动机，并可通过电动机回收汽车减速和制动时的能量，进一步降低了汽车的能量消耗和排污[11]。
缺点：1.长距离高速行驶基本不能省油。2.结构较复杂。
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现状与前景：混合动力电动汽车是当今最具有实际开发意义的低排放和低油耗汽车，未来将继续被各厂家升级更新，达到理想状态。 4.1.3 燃料电池电动汽车
燃料电池电动汽车用的驱动电机主要由直流电动机、交流电动机、永磁电动机和开关磁阻电动机等。燃料电池汽车驱动电机的选型必须结合整车开发目标，所以受到一定限制。燃料电池电动汽车具有以下特点：
优点：1.能源转化效率较高，可以达到30%以上。2.续驶里程长，其长途行驶能力及动力性已经接近于传统汽车。3.绿色环保，燃料电池没有燃烧过程，接近零排放。4.过载能力强，其短时过载能力可达额定功率的200%或更大。5.噪声低，燃料电池属于静态能量转换装置，除了空气压缩机和冷却系统以外无其他运行部件，因此运行过程中噪声和振动都较小。6.设计方便灵活，可以在空间和重量等问题上进行灵活的配置。
缺点：1.燃料电池汽车的制造成本和使用成本高。2.辅助设备复杂，且质量和体积较大。3.起动时间长，系统抗震能力有待进一步提高。
现状与前景：燃料电池汽车近些年来取得了很大进展，但从目前各大汽车公司推出的制造成本上百万美元的燃料电池概念汽车来看，现阶段燃料电池电动汽车的推广还面临很大的困难。最乐观的预测，以纯氢为燃料的燃料电池汽车商业化生产至少还需十年以上的时间，即使在一定的程度上实现了商业化，也会是以一种高成本的方式[12]。 4.1.4 气体燃料汽车
气体燃料汽车主要包括天然气汽车和液化石油气汽车。天然气汽车由于使用的天然气在我国储量非常丰富,加上近几年国家的大量开发以及天然气管道网络建设的完善性，天然气汽车将得到长足性的发展。气体燃料汽车主要特点如下：
优点：1.天然气在我国储量丰富，可广泛使用。2.普通燃油汽车改装成天然气汽车成本较低且技术成熟。3.辛烷值较高，污染小。4.天然气汽车与普通燃油汽车百公里使用成本相比，天然气汽车较低[13]。
缺点：1.建加气站网络要求投资强度大。2.气体天然气能量密度小，影响续驶里程等性能。3.与汽油车比动力性低。4.储带有所不便。
现状与前景：天然气汽车在许多国家获得广泛使用并被大力推广，已有约100多万辆；目前世界上液化石油气汽车的保有量大400多万辆。气体燃
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料汽车是21世纪汽车的重要品种。 4.1.5 生物燃料汽车
生物燃料是指生物资源生产的醇类燃料和生物才有等。由于醇类燃料是可再生资源，它的制取可以通过生物发酵制取，从而得到很多国家的广泛应用。由于乙醇再运用中可将其掺入汽油使用，所以可以大大减少石油的使用。生物燃料汽车主要特点如下：
优点：1.资源较为丰富。2.可再生，具有长期使用的价值。3.污染小，废气排放几乎为零。4.使用方便，辛烷值高。
缺点：1.甲醇的毒性较大，不安全。2.需要解决分成问题。3.对金属及橡胶件有腐蚀性。4.冷起动性能较差。5.二甲醚在储运方面存在问题[14]。
现状与前景：甲醇、乙醇燃料汽车以获得一定程度上的应用；可以作为能源的一种补充，在某些国家和地区可能保持较大的比例。二甲醚目前正在研究中。
4.1.6 氢燃料汽车
氢燃料汽车是在传统内燃机的基础上加以修改后可以直接用氢为燃料燃烧，产生动力的汽车。是一种真正实现零排放的交通工具，因此氢动力汽车是传统汽车最理想的替代方案。氢燃料汽车主要特点如下：
优点：1.排放物是纯净水，无污染、零排放。2.氢气来源丰富。3.辛烷值高，热值高。4.氢极易点燃，火焰传播特性较好，容易实现稀薄燃烧。
缺点：1.氢气生产复杂且成本高。2.气态氢能量密度小且储存不便，液态氢技术难度大，成本高。3.需要开发专用发动机。
现状与前景：仍处于基础研究阶段，制氢及储带技术有待突破；有希望成为未来汽车的重要组成部分，但前景尚难估量[15]。 4.1.7 太阳能汽车
太阳能汽车的能源来自太阳，是真正的绿色能源汽车。太阳能汽车与电动汽车有许多相似之处，从广义讲，也是电动汽车的一个类型。太阳能汽车主要特点如下：
优点：1.太阳能属于可再生能源，来源非常丰富。2.运行无污染而且噪声很小。3.太阳能电池实际上是一个半导体元件，易于制造。
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缺点：1.成本高。2.效率低，目前太阳能电池的最高效率约为20%。3.能量密度低。4.受时令影响大。
现状与前景：目前正在研究，近年来已有少数国家有了太阳能实验车型，达到实用阶段上需要一段较长的时间。预期在缺乏其他能源、日照充足的沙漠干旱地区，太阳能汽车会有用武之地。
4.2 能量转换效率的比较
图4-1是不同车速下燃油汽车与电动汽车的能量输出曲线图。内燃机汽车在同样工况下的能耗远远大于纯电动汽车的能耗，据统计，内燃机在低速区域的能量转化效率最低(仅为12％)。应用混合动力技术，汽车在低速行驶时切换到电能驱动模式，可大幅度降低能量损耗，减少排放。尽管混合动力汽车在启动和低速运行工况下，避免了高能耗和排放，但在高速行驶时若仍然采用燃油驱动，其能耗和排放还是明显大于纯电动汽车。
图4-1 燃油汽车与电动汽车能耗曲线图
4.3 减少耗油量的比较
表4-1对同一车型利用不同新能源技术路线在消减油量上作乱比较。在对多种动力汽车技术计算其整体拥有成本时，按照5年的平均拥有期将车辆的起初成本、再销售价值以及预计节油量纳入考量范围。
表4-1 不同新能技术源路线的消减耗油量
技术方式
醇类汽车 气体燃料汽车 混合动力汽车 纯电动汽车
消减耗油量(%) 41 50 30 50 ~100
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有表4-1可以看出，纯电动汽车可以最有效地减少对石油的依赖，是解决能源安全问题的最佳方案。
4.4 减少碳排放的比较
表4-2对不同新能源技术路线在碳排放上作了比较。由表可以看出，对比其它的汽车动力技术，混合动力技术的减碳排放比可达56％；电动汽车利用太阳能发电以及风力发电，因此纯电动汽车碳排放为零，考虑到目前的火力发电，故而纯电动汽车平均碳排放比可以达到30％。所以采用清洁能源发电配合纯电动车技术是解决机动车环境污染问题的最佳方案。
表4-2 不同新能源技术路线对减少碳排放的比较 液化石油气汽
技术方式
车
车
车
车
车
醇类汽
天然气汽
混合动力汽
纯电动汽
减碳排放比（%） 50 53 55 56 0 ~30
4.5 各种能源方案优缺点中和分析
表4-3对普通内燃机、纯电动、混合动力和氢燃料电池汽车能源的优缺点进行了综合比较。
表4-3 各种能源方案优缺点综合分析表
类 别 普通内燃机 能源来源 受 限 最高 无 较 高 高 一般 无 能源排 制造使用维护补充燃料 方 便 不便 方 便 不便 小 一般 小 功 率 大 重 行驶里量 程 配套设备 完 善 重 ＜300 不完善 较重 ＞500 完 善 效率 放 成本 低 差 一 般 高 较 高 高 成本 成本 一 般 最低 一 般 最高 一 般 高 最 高 高 轻 ＞400 纯电动力 一般 混合动力 受 限 氢燃料电池 困难 轻 ＜300 不完善 从表中可以看出混合动力汽车发展比较成熟，但从长远来看，纯电动汽车技术更节能环保，更能解决将来能源紧张问题。因此纯电动汽车将是未来汽车发展方向。
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