节能环保电动汽车发展状况.docx

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1、优质文本节能环保电动汽车的开展状况摘要：传统汽车引起的问题主要有两个方面的原因，一是直接对环境直接造成影响，包括大气污染、破坏臭氧层、噪声污染等。另一是能量利用率低，造成大量能源白白流失。目前世界能源正在日益减少，开展节能环保电动汽车迫在眉睫。燃料电池汽车尤其是氢燃料电池汽车可算得上是零排放零污染，燃料汽车行驶里程也是相当令人满意，并且这些燃料很容易获得，不用担忧会用完。还有，可以利用其它可再生能源制造汽车，比方太阳能电动汽车，将光能转化为电能。这种发电原理与爱因斯坦1905年发现的光电效应有关，包含量子理论，十分复杂。关键词：污染；节能；环保；Development of energy-sa

2、ving electric carsAbstract: The main problem caused by traditional car for two reasons, one is the direct result of a direct impact on the environment, including air pollution, ozone depletion, noise pollution. Another is the energy utilization is low, resulting in a lot of energy lost in vain. Curr

3、ently the worlds energy is dwindling, the development of energy-saving electric cars imminent. Fuel cell vehicles, especially hydrogen fuel cell vehicles can be regarded as a zero emissions zero pollution, fuel cars with mileage is quite satisfactory, and these fuels are easily obtained, do not worr

4、y about running out. Also, you can make use of other renewable energy manufacturing automobiles, such as solar electric cars, the light energy into electrical energy. This generation theory and Einsteins photoelectric effect discovered about 1905, including quantum theory, is very complicated. Keywo

5、rds: pollution; energy conservation; environmental protection;1 引言传统汽车确实给我们的生活环境带来了极大的污染。与内燃机车辆废弃相关的健康危害实在令人担忧。如果把柴油机的排气管靠近一堵墙，那么墙面会很快变黑，几乎像煤灰一样黑。我们也不用成为一名化学家才可以明白这样对肺部会产生怎样的影响。尽管人们不用站在柴油机排气管后面，但是当人们在繁忙的街道山行走、穿越道路时，必定会吸入大量的汽车尾气，通常包含很多直接从车里排放出来的尾气。大多数内燃机污染物有二氧化碳、一氧化碳，氮氧化合物NOx，挥发性有机化合物VOC、微粒物质PM和二氧化硫。

6、一氧化碳能够降低血液携带氧气的能力，对抽烟者和有心脏病的人来说是特别危险的，它也会对神经系统造成永久性损害。NOx会加重哮喘，损伤肺，增加儿童的过敏性和中老年人呼吸系统感染的概率。VOC和NOx在阳光照射下会发生化学反响产生地面臭氧层。这又会损害眼睛、伤害肺并引起呼吸道疾病。NOx又会导致酸雨，其酸性能够杀死植物和鱼类。在汽车尾气中，人们发现了一种著名的致癌物质苯。 2 汽车污染定量分析内燃机汽车的一个严重问题是当汽车以低速缓慢行驶时燃料的消耗率会显著增加，而且污染会更加严重，如图2.1所示。电动汽车低速行驶时马达的效率会有些降低，但是电池的效率铅酸蓄电池会增加，并在一定的速度范围内产生相对稳

7、定的效率。,能量使用/(KJ/km) 速度/(km/h) 图 2.1内燃机和蓄电池汽车的指示能量使用情况。很显然，数据随车辆的尺寸和设计情况有很大不同。图中这些数据不是全部燃料使用周期内的能量数据，只是车辆燃料使用或蓄电池的使用数据。目前大多数电力来自燃料化石的燃烧，可持续开展的能源只能为主电网提供不到10%的电能，所以在充电站里，电动汽车中使用的大多数电能将从化石燃料中获得，包括煤、天然气和石油。由电动汽车所引起的污染通常称为“矿井至车轮分析1,一些不同的燃料循环分析或矿井至车轮的研究成果已经出版，其中包括ETSU1996及Hart和Bauen(1998), Bauen和Hart也做了大量研

8、究，分析结果见表2.2车辆类型NOx/g/kmSOx/g/kmCO/g/kmPM/g/kmCO2/g/km能量/g/km汽油内燃机车辆0.260.202.30.012093.16柴油内燃机车辆0.570.130.650.051542.36CNG内燃机车辆0.100.010.050.00011582.74氢内燃机车辆0.110.030.040.00012204.44汽油机车辆0.1820.141.610.007146.32.212MeOH燃料电池车辆0.040.0060.0140.00151302.63氢燃料电池车辆0.040.010.020.000187.61.77蓄电池车辆英国的发电机0.5

9、40.740.090.051041.98蓄电池车辆CCGT发电机0.170.060.080.000188.11.71注：该表是对Bauen和Hart2003的计算数据的主要总结由以上数据可以看出经典汽车确实存在着许多问题，严重污染环境并且造成大量资源的浪费。虽然这些汽车给我们的出行带来了方便，但是我们目前更需要即节能又环保的新型电动汽车。这是顺应时代开展的需求，因为我们人类的子孙后代正面临着资源枯竭，环境污染的严重后果，如果我们还不改变的话，后果将是不堪设想。3 氢能源汽车3.1简介氢燃料汽车是指以氢为主要能量作为移动的汽车。一般的内燃机，通常注入柴油或汽油，氢汽车那么改为使用气体氢。燃料电池

10、和电动时机取代一般的引擎，即氢燃料电池的原理是把氢输入燃料电池中，氢原子的电子被质子交换膜阻隔，通过外电路从负极传导到正极，成为电能驱动电动机；质子却可以通过质子交换膜与氧化合为纯洁的水雾排出。氢燃料汽车近年来，国际上以氢为燃料的“燃料电池发动机技术取得重大突破，2016年本田将产首批氢燃料汽车而“燃料电池汽车已成为推动“氢经济的发动机。用氢气作燃料有许多优点，首先是干净卫生，氢气燃烧后的产物是水，不会污染环境，其次是氢气在燃烧时比汽油的发热量高。在1965年，外国的科学家们就已设计出了能在马路上行驶的氢能汽车。中国也在1980年成功地造出了第一辆氢能汽车，可乘坐12人，贮存氢材料90公斤。氢

11、能汽车行车路远，使用的寿命长，最大的优点是不污染环境。氢是可以取代石油的燃料，其燃烧产物是水和少量氮氧化合物，对空气污染很少。氢气可以从电解水、煤的气化中大量制取，而且不需要对汽车发动机进行大的改装，因此氢能汽车具有广阔的应用前景。推广氢能汽车需要解决三个技术问题：大量制取廉价氢气的方法，传统的电解方法价格昂贵，且消耗其他资源，无法推广；解决氢气的平安储运问题；解决汽车所需的高性能、廉价的氢供给系统。目前常见的供给系统有三种，气管定时喷射式、低压缸内喷射式和高压缸内喷射式。随着储氢材料的研究进展，可以为氢能汽车开辟全新的途径。而最近，科学家们研制的高效率氢燃料电池，更减小了氢气损失和热量散失。

12、3.2原理 2H2+O2=2H2O众所周知，氢分子通过燃烧与氧分子结合产生热能和水。氢燃料电池通过液态氢与空气中的氧结合而发电，根据此原理而制成的氢燃料电池可以发电用来推动汽车，提供家庭或工业用电或作为 电池。一原理说起来很简单，但具体分析的话就会发现，其实提炼氢燃料的过程非常复杂，而且能耗也非常高。氢内燃氢内燃车和氢燃料电池车不同。氢内燃车是传统汽油内氢燃料汽车燃机车的带小量改动的版本。氢内燃直接燃烧氢，不使用其他燃料或产生水蒸气排出。这些车的问题是氢燃料很快耗尽。载满氢气的油缸只能行驶数英里，很快便没能量。另一方面，各色各样的方法正在研究以减少耗用的空间，例如用液态氢或氢化物。1807年I

13、saacdeRivas制造了首辆氢内燃车。可惜该设计甚不成功。宝马的氢内燃车有更多的力量，比氢燃料电池车更快。宝马的氢汽车以三百公里每小时创下了氢汽车的最高速记录。万事达已在开发烧氢的转子引擎。该转子引擎反覆转动，故氢从开口在引擎内的不同局部燃烧，减少突然爆炸这个氢燃料活塞引擎的问题。日本武藏工业大学1990年在第八届世界氢能会议上展出了一部使用液氢储罐的燃氢轿车。它由NISSAN车改装，使用一个容积100L，总重60kg的液氢罐，可以100km/h行驶，排放废气中无CO2。中国研制的燃用氢、汽油混合燃料的城市节能公共汽车进行试验。其他重要汽车生产商如通用汽车和DaimlerChrysler公

14、司，投资在较慢较弱但较有效的氢燃料电池。因为氢气是比能量能量每千克最高的物质之一，这正是氢气作为航天任务使用原料的原因，但是氢气的储存困难正在加剧，氢气的密度很低，而且是能量密度能量每立方米最低的物质之一。这就是说，假设想把大体积的氢气压缩到小体积，必须用很高的压力。更进一步的问题是，不同于其他的气体能源载体，氢气难以液化，而且不能使用压缩液化石油和丁烷的方法来压缩。氢气液化的温度必须要冷却到约22K，其密度甚至在液态下也非常低，只有71kg/m2。3.3储氢电池传统储氢方法有两种，一种方法是利用高压钢瓶氢气瓶来储存氢气，但钢瓶储存氢气的容积小，而且还有爆炸的危险；另一种方法是储存液态氢，但液

15、体储存箱非常庞大，需要极好的绝热装置来隔热。近年来，一种新型简便的储氢方法应运而生，即利用储氢合金金属氢化物来储存氢气。研究证明，在一定的温度和压力条件下，一些金属能够大量“吸收氢气，反响生成金属氢化物，同时放出热量。其后，将这些金属氢化物加热，它们又会分解，将储存在其中的氢释放出来。这些会“吸收氢气的金属，称为储氢合金。其储氢能力很强。单位体积储氢的密度，是相同温度、压力条件下气态氢的1000倍，也即相当于储存了1000个大气压的高压氢气。储氢合金都是固体，需要用氢时通过加热或减压使储存于其中的氢释放出来，因此是一种极其简便易行的理想储氢方法。目前研究开展中的储氢合金，主要有钛系储氢合金、锆

16、系储氢合金、铁系储氢合金及稀土系储氢合金。 储氢合金还有将储氢过程中的化学能转换成机械能或热能的能量转换功能。储氢合金在吸氢时放热，在放氢时吸热，利用这种放热吸热循环，可进行热的储存和传输，制造制冷或采暖设备。此外它还可以用于提纯和回收氢气，它可将氢气提纯到很高的纯度。例如，采用储氢合金，可以以很低的本钱获得纯度高于99.9999%的超纯氢。储氢合金的飞速开展，给氢气的利用开辟了一条广阔的道路。目前中国已研制成功了一种氢能汽车，它使用储氢材料90千克，可行驶40千米，时速超过50千米。今后，不但汽车会采用燃料电池，飞机、舰艇、宇宙飞船等运载工具也将使用燃料电池，作为其主要或辅助能源。另外由于大

17、量使用的镍镉电池NiCd中的镉有毒，使废电池处理复杂，环境受到污染。镍氢电池与镍镉电池相比，具有容量大、平安无毒和使用寿命长等优点。开展用储氢合金制造的镍氢电池NiMH，也是未来储氢材料应用的另一个重要领域。4太阳能电池汽车4.1光电效应光束里的光子所拥有的能量与光的频率成正比。假假设金属里的自由电子吸收了一个光子的能量，而这能量大于或等于某个与金属相关的能量阀值称为这种金属的逸出功，那么此电子因为拥有了足够的能量，会从金属中逃逸出来，成为光电子；假设能量缺乏，那么电子会释出能量，能量重新成为光子离开，电子能量恢复到吸收之前，无法逃逸离开金属。增加光束的辐照度会增加光束里光子的“密度，在同一段

18、时间内激发更多的电子，但不会使得每一个受激发的电子因吸收更多的光子而获得更多的能量。换言之，光电子的能量与辐照度无关，只与光子的能量、频率有关。被光束照射到的电子会吸收光子的能量，但是其中机制遵照的是一种非全有即全无的判据，光子所有能量都必须被吸收，用来克服逸出功，否那么这能量会被释出。假假设电子所吸收的能量能够克服逸出功，并且还有剩余能量，那么这剩余能量会成为电子在被发射后的动能。逸出功 W 是从金属外表发射出一个光电子所需要的最小能量。如果转换到频率的角度来看，光子的频率必须大于金属特征的极限频率，才能给予电子足够的能量克服逸出功。逸出功与极限频率 v0之间的关系为W=h*v0其中， h是

19、普朗克常数， 是光频率为h*v0 的光子的能量。克服逸出功之后，光电子的最大动能 Kmax 为Kmax=hv-W=hv-v0其中，hv 是光频率为 v的光子所带有并且被电子吸收的能量。实际物理要求动能必须是正值，因此，光频率必须大于或等于极限频率，光电效应才能发生。对于太阳能电池来说，均匀受光很重要。当太阳能电池板的一局部被盖住时，总体电流减小从而导致发电量的大幅下降。所以当太阳能电池进入背阴地时，应该参加续流二级管。对于同一发电系统，空气阻力可能会使太阳能电池板弯曲，由于角度差可能导致受光不均匀而使发电量低下，因此应尽量使发电平稳。3原理图如4.1.1所示4.2太阳能电动汽车构造发动机控制器

20、大多数太阳能汽车是单座而且对驾驶员来说也很少有乐趣。少数太阳能汽车也能搭乘一个乘客。驾驶员和乘客能看到前方但是很不舒适，铁夹子位置和高的温度。但是，他们却得到未来太阳能汽车驾驶的荣誉。太阳能汽车在普通汽车里也有一些标准未来将成立，如转向信号前方和前方、刹车灯、加速装置汽油踏板、后视镜、空调装置和通用的导航系统然而，大多数太阳能汽车没有一个茶杯架，仅有的收音机，是驾驶员可以通过一两个公共频道与相关工作人员取得联系。电力系统 太阳能汽车的心脏部位就是电力系统，它由蓄电池和电能组成，电力系统控制器管理全部电力的供给和收集工作。蓄电池组就相当于普通汽车的油箱。一个太阳能汽车使用蓄电池组来储存电能以便在

21、必要时使用，太阳能汽车启动装置控制着蓄电池组，但是当太阳能汽车开动后，是通过太阳能阵列提供能量，从而再充到蓄电池组内。由于重要的原因，大量的蓄电池作为能量被使用是有限的。在太阳能汽车里最高级的组件局部就是电力系统。它们包括峰值电力监控仪、发动机控制器和数据采集系统。电力系统最根本的功能就是控制和管理整个系统中的电力。绝大局部我们在安装电力组件时去除辅架，虽然我们在安装时也有传统性的组件或者适用我们太阳能汽车的一般性组件。驱动轮在太阳能汽车里使用什么类型的发动机没有限制，一般额定的是2-5HP，大多数太阳能汽车使用的发动机是双线圈交流DC无刷机，这种交流DC无刷机是相当轻质的材料机器，在额定的R

22、PM每秒转速到达98%的使用效率。但是它们的价格比普通有刷型交流发动机要昂贵的多。由于在太阳能汽车里多齿轮传送装置使用很少，双线圈性发动机是常用的传送动力装置。在双线圈之间转换改变了发动机的速度频率。低速线圈为太阳能车子的启动和减速提供高的“转力距，而高速线圈那么为太阳能汽车运行提供高效率和最正确的运行效果。在太阳能汽车里有三个根本类型的传动力方式的变化：1、单减引导式驱动，2、变频履带式驱动，3、轴式驱动。机械系统 太阳能汽车中机械系统在概念里是很简单的。轻质金属如铝合金和合成金属是常用的，使重量和强度到达最大程度。针对重量和强度的比例从而制造高效率的组件。机械系统包括刹车制动、方向盘和轮胎

23、等。典型的太阳能汽车一般有3个或4个车轮(ASC规那么规定必须至少有三个)，一般三个车轮的配置是两个前轮和一个后轮通常是驱动轮。四个轮子的太阳能汽车一般跟普通的机动车是一样其中后面一个轮子是驱动轮。另外四轮太阳能汽车的两个后轮并排靠近中央位置类似于普通三轮机动车的配置。太阳能汽车中有多档位制动被安装。太阳能车子之间由于在实际中车身与底盘的不同而各异。在太阳能汽车里大局部使用前制动档位闸的比拟普遍。而且有两个A手挂档设置，这与普通的机动车很相似。具有代表性的，后退制动档类似于在摩托车的前面使用而此时用在后面。在整个行驶中太阳能汽车的平安是重中之重，太阳能汽车必须有高效的刹车性能并符合标准，这是每

24、一辆太阳能汽车所必须具备的，一般有两个独立的刹车系统。在太阳能汽车中圆盘刹车是普遍采用的一种。因为它们很适合，并有很好的制动力，有些爱好者使用机械型刹车，利用的是水力学的原理。机械刹车比水力性刹车要小而且轻，但是不需提供如此多的刹车阻力而是需要相互协调。为了到达最好的效果，刹车被设计成通过刹车操作杆自由移动，从而使刹车垫摩擦刹车外表进行刹车。在太阳能汽车的驾驶系统，像驾驶员制动系统变化是很大的。我们必须制造一个弧型半径，按要求用特殊方式使用。但是设计必须是很自由活泼的。专业设计的理念应是保证驾驶的可靠性和平安高效。驾驶系统必须经过精确的驾驶测试才能设计。因为任何细微的失误都可能导致无法估量的后

25、果，进而造成轮胎爆裂。在过去的比赛中，由于自行车车轮和车胎重量轻而且很小的摩擦力，经常被使用到太阳能汽车上滚动摩擦力小。当支撑起整个太阳能汽车时这些车轮和车胎就出现超重情况了。从而影响太阳能汽车的驾驶和平安性能。ASC规那么中明确规定不准出现太阳能汽车车轮和车胎出现超载现象。5结论虽然以上两种技术可以根本性的改变汽车的运作原理，但是目前这些技术尚不成熟，比方用氢能源来产生电能实际上消耗很大，大量的氢气一般通过电解水来提供，但是本来用来发电的物质却会消耗更多的电能，实在是不太符合实际情况。此外，利用太阳能发电即无污染还可以节约能源，但是由于光电转换效率太低，产生的电能缺乏供给车辆的长时间运行。另外太阳能汽车在外型上比拟大，占有较大的空间，这主要是为了提高受光面积，但由此会带来许多交通问题，也不能很好的适应目前的开展。还有待进一步研究，得到更好的节能环保汽车。参考文献1. 1Electric Vehicle Technology Explained James Larminie John Lowry，219221页2. 2 Electric Vehicle Technology Explained James Larminie John Lowry,108109页3. 3生态能源电动汽车的构造原理与设计制作，日本太阳能学会编