燃料电动汽车论文 篇1
关键词：汽车行业,燃料电池电动汽车,结构原理
采用燃料电池作电源的电动汽车称为燃料电池电动汽车 (Fuel Cell Electric Vehicle, FCEV) 。FCEV一般以质子交换膜燃料电池 (PEMFC) 作为车载能量源。
1燃料电池电动汽车的分类
⑴FCEV按主要燃料种类可分为: (1) 以纯氢气为燃料的FCEV; (2) 经过重整后产生的氢气为燃料的FCEV。
⑵FCEV按“多电源”的配置不同, 可分为: (1) 纯燃料电池驱动 (PFC) 的FCEV; (2) 燃料电池与辅助蓄电池联合驱动 (FC+B) 的FCEV; (3) 燃料电池与超级电容联合驱动 (FC+C) 的FCEV; (4) 燃料电池与辅助蓄电池和超级电容联合驱动 (FC+B+C) 的FCEV。
2燃料电池电动汽车的结构原理
纯燃料电池电动汽车只有燃料电池一个动力源, 汽车的所有功率负荷都由燃料电池承担。燃料电池系统将氢气与氧气反应产生的电能通过总线传给驱动电动机, 驱动电动机将电能转化为机械能再传给传动系, 从而驱动汽车前进。
优点: (1) 结构简单, 便于实现系统控制和整体布置; (2) 系统部件少, 有利于整车的轻量化; (3) 较少的部件使得整体的能量传递效率高, 从而提高整车的燃料经济性。
缺点: (1) 燃料电池功率大、成本高; (2) 对燃料电池系统的动态性能和可靠性提出了很高的要求; (3) 不能进行制动能量回收。
为了有效地解决上述问题, 必须使用辅助能量存储系统作为燃料电池系统的辅助动力源, 和燃料电池联合工作, 组成混合驱动系统共同驱动汽车。从本质上来讲, 这种结构的燃料电池电动汽车采用的是混合动力结构。它与传统意义上的混合动力结构的差别仅在于发动机是燃料电池而不是内燃机。在燃料电池混合动力结构汽车中, 燃料电池和辅助能量存储装置共同向电动机提供电能, 通过变速机构来驱动汽车行驶。
优点: (1) 由于增加了比功率价格相对低廉得多的蓄电池组, 系统对燃料电池的功率要求较纯燃料电池结构形式有很大的降低, 从而大大地降低了整车成本; (2) 燃料电池可以在比较好的设定的工作条件下工作, 工作时燃料电池的效率较高; (3) 系统对燃料电池的动态响应性能要求较低; (4) 汽车的冷启动性能较好; (5) 制动能量回馈的采用可以回收汽车制动时的部分动能, 该措施可能会增加整车的能量效率。
缺点: (1) 蓄电池的使用使得整车的质量增加, 动力性和经济型受到影响, 这一点在能量复合型混合动力汽车上表现更为明显; (2) 蓄电池充放电过程会有能量损耗; (3) 系统变得复杂, 系统控制和整体布置难度增加。
目前燃料电池电动汽车绝大多数采用的是混合式燃料电池驱动系统, 将燃料电池与辅助动力源相结合, 燃料电池可以只满足持续功率需求, 借助辅助动力源提供加速、爬坡等所需的峰值功率, 而且在制动时可以将回馈的能量存储在辅助动力源中。混合式燃料电池驱动系统有并联式和串联式两种。
在FCEV所采用的燃料电池发动机中, 为保证PEMFC组的正常工作, 除以PEMFC组为核心外, 还装有氢气供给系统、氧气供给系统、气体加湿系统、反应生成物的处理系统、冷却系统和电能转换系统等。只有这些辅助系统匹配恰当和正常运转, 才能保证燃料电池发动机正常运转。
(1) 氢气供应、管理和回收系统。气态氢的储存装置通常用高压储气瓶来装载。液态氢气虽然比能量高于气态氢, 由于液态氢气是处于高压状态, 不但需要用高压储气瓶储存, 还要用低温保温装置来保持低温, 低温的保温装置是一套复杂的系统。
(2) 氧气供应和管理系统。氧气的来源有从空气中获取氧气或从氧气罐中获取氧气, 空气需要用压缩机来提高压力, 以增加燃料电池反应的速度。
(3) 水循环系统。燃料电池发动机在反应过程中将产生水和热量, 在水循环系统中用冷凝器、气水分离器和水泵等对反应生成的水和热量进行处理, 其中一部分水可以用于空气的加湿。
燃料电动汽车论文 篇2
从1998年至今, 长治一运先后投资2400万元, 建成一座甲醇加注站, 购置了80辆甲醇燃料车, 2008年公司计划再投资1500万元, 增加50辆甲醇燃料客车及110辆改装甲醇燃料出租车。
长治一运董事长郭士强说, 其实该项目实施以来最大受益者是当地群众。不仅极大地方便了出行, 而且大幅度降低了群众出行成本。
壶关县常平工业园、川底乡和长治县的群众到长治市办事, 原来需要乘三次车, 花七元钱。甲醇燃料车开通运营后, 实现了城乡公交一体化, 企业将给予的优惠政策通过票价优惠到人民群众身上, 群众只需乘一次车花两元钱即可到达长治市客运中心。
长治市道路运输管理处的相关负责人说, 甲醇燃料汽车示范工程的实施, 规范了城市间客运市场。原来经营区间的车辆型号多、车牌杂、车辆老化、运力小、浪费大、能源消耗高。更换甲醇客车以后, 不但解决了上述问题, 而且该车没有异味。
项目运行以来, 得到了国家省市有关部门和领导的肯定和大力支持。2005年5月24日, 通过了全国清洁汽车行动协调领导组的验收。2006年12月成为国家高技术研究发展计划863计划M100甲醇代用燃料汽车区域化示范运行考核与应用项目研究单位, 2007年被交通部列为首批节能减排示范项目。
政府支持也给了项目莫大的帮助。山西省16个厅局联合发文明确推进甲醇燃料汽车产业化政策, 提出具体措施。山西省交通厅在客运附加费, 养路费等方面给予减免。长治市人民政府成立了市长牵头的领导组协调相关关系, 长治市交通局运管处通过整合线路资源, 许可甲醇燃料客车运营专线。
通过实地考察, 在对车辆技术性能分析的基础上, 长治一运采用招投标方式选择了重庆客车制造厂的CKZ6109A、北汽福田的欧V BJ6851C6NM9B、安凯股份的HFF6104GK63, 并由客车制造厂的技术部门与山西省醇汽办认可的山西新天地发动机制造有限公司进行技术衔接, 装配CA6GH—M型六缸电控多点喷射甲醇发动机。
针对甲醇的特点, 甲醇燃料客车燃料供给系统采用耐醇橡胶件及不锈钢输油管路, 配装200升不锈钢燃料箱, 改用使用寿命较长的燃油泵, 提高发动机的压缩比, 优化调整喷油和点火控制系统, 并利用采暖系统对发动机进行冷起动预热。甲醇发动机的功率达到了118千瓦, 比同系列汽油机的功率提高了10千瓦, CO和HC排放分别降低了50.75%和79.37%。
运营实践证明, 投入使用的电喷甲醇汽车能适应各种道路条件, 动力性与同类型汽油机相比功率增大10千瓦, 爬坡动力增加, 加速性能提高;车辆除正常保修外没有因为甲醇燃料方面出现较大的机械故障;截至2007年9月底, 80辆甲醇燃料客车总行驶里程648.594万公里, 总消耗甲醇燃料2958吨, 替代汽油用量1814.7吨。
“我们公司到2008年年底, 力争拥有甲醇公交客车230部, 加注站2个, 配套引进数字网络节能管理系统, 继续大力推进甲醇燃料公交客车。十年来, 我们一路风雨一路坎坷, 全凭不放弃才走到了今天。”长治一运的一位管理者说。
项目运行以来, 有些政策支持尚不能落到实处, 醇醚燃料汽车未能纳入“十一五”能源规划, 企业研究推广资金匮乏, 甲醇燃料价格不稳定, 这些问题已经成为该项目深入推广的桎梏。
节油:从2004年11月到2007年9月, 80辆甲醇燃料客车总行驶里程648万公里, 总消耗甲醇燃料2958吨, 以替代1.63:1计算, 替代汽油1814.7吨。以年行驶里程4万公里计甲醇燃料客车单车年均消耗甲醇19.43吨, 相当于替代汽油11, 86吨。2006年底, 我国道路运输营运性车辆共计802.58万辆。按照长治一运甲醇燃料示范客车替代汽油情况推算, 若5%的营运车辆改装为甲醇燃料汽车, 每年可减少汽油消耗476万吨。
降低运营成本:从2004年11月到2007年9月底, 80辆甲醇燃料客车总消耗甲醇燃料2958吨, 按甲醇平均价格2480
汽车新型燃料 篇3
几大新型燃料、新型能源的优缺点比较：
一、乙醇
乙醇作为一种醇类燃料，具有和其他醇类颜料共有的优点：
1.醇类中含有氧基，碳氢比低，可实现无烟燃烧，污染轻微，燃烧干净，能显著降低CO的排放，在高纬度地区尤其有竞争力，因此酒精汽油也叫“环保汽油”；
2.醇燃料的辛烷值高，可通过提高压缩比来提高热效率；
3.醇的气化潜热大、蒸汽压力低，能降低缸内温度，减少发动机热负荷，降低NOX，减少压缩负功，并可提高充气系数；
4.醇的冰点比汽油低得多，故无需担心在环境温度比较低时，像汽油那样在化油器中容易结冰，影响化油器正常工作；
5.醇类的着火极限、燃烧速度快，在稀混合气时仍能保持较高的火焰传播速度，这就使得选择运转工况时有较大的自由度，有利于净化空气及降低油耗。
二、DME（二甲醚）
目前日本研究机构开发的一种称为DME(二甲醚),被认为是有希望代替汽油与液化天然气(LPG)的新型燃料。它最大
特点是在燃烧时绝不会产生任何黑烟，由于其成份不含硫所以也不会产生硫化物(SOx），氮氧化物(NOx)的生成量也比汽油和液化石油气要少。DME生产分为两类,一类是甲醇脱水法，在天然气中混入氧和水蒸气,高温加热合成甲醇,再將其脱水生成DME。另一类为直接合成法，将煤炭等原料从合成甲醇到脱水所有的反应均在同一容器中进行,从技术角度来看生产技术已近成熟。DME与汽油相比,十六辛烷值(自燃性)高,燃料可以充分燃烧,因此不容易产生氮氧化物。
三、甲醇汽油
甲醇是有机可燃化合物，可由天然气或煤炭经合成气采用铜基催化剂制备。其性质很适合于单独作为汽车燃料或按一定比例与汽油掺和作汽车燃料。
甲醇汽油的稳定性主要取决于混合液中的水分。当水分达到一定含量时甲醇会从基础汽油中分离,因此,使用甲醇汽油应严格控制水分。甲醇汽油对铜、铅、铋、镍、锌等合金不产生腐蚀，相反,在混合燃料中(乙醇汽油)掺入一定量的甲醇时,可抑制其他醇类的腐蚀。在醇燃料中含有低于0.2%的水能防止腐蚀,而大于0.3%会发生相分离,下层的水醇相形成电解质对某些金属产生电化学腐蚀。为此,在化油器或电喷系统可采用镀铬、镀镍处理。关于甲醇汽油使用的安全性，汽车的进气管温度一般存365℃～400℃之间,甲醇的自燃点为470℃,不同比例甲醇汽油的自燃点随加入甲醇的比例升高而升高,其使用温度均在自燃点以下,故有很大的安全系数。
四、压缩天然气
压缩天然气是一种燃烧充分、无硫、绝对安全和有利环境的燃料。改用压缩天然气的主要问题是储气罐太大太重,占了后背箱的三分之一。重量过重加速后轮胎磨损和破裂;主要好处是压缩天然气比汽油便宜得多，一立方米气(相当于一升油的能量）比一升汽油要便宜一半,经济性较好。因此也受到出租车的青睐,目前改用压缩天然气的车中,出租车占85％。此外,改气可以减少石油的消耗。
五、液态轻烃
使用液态轻烃燃料与使用天然气、液化石油气相比，具有较高热值，对人体没有毒害，对环境几乎达到零污染；运输、贮存、加注和车载都方便，尾气排放污染物大幅下降、价格便宜和轻烃加油站建站费用低等优点，是很好的汽车代用燃料。
轻烃的原料来源十分广泛，主要来源于油田、气田、天然气净化厂等生产过程中的伴生气凝析液和炼油厂、溶剂油厂、石油化工厂、乙烯工厂的副产品,如炼油厂生产的拔头油、轻石脑油、溶剂油厂生产的石油醚，油(气)田生产的稳定轻烃、天然气净化厂生产的“塔底油”等,上述原料都能作为轻烃原料。
六、新型钠燃料电池
汽车燃料箱装入的燃料为钠硼氢化物(NaBH),可在常规条件下储藏和携带。通过安装在车上的催化器装置,使NaBH溶液在行车过程中不间断的产生氢(燃料)而提供给燃料电池。失去氢的糊状物质（已变化为NaBO)被车的收集器所保存,在汽车燃料箱重新加注钠燃料时,由电泵从收集器里吸出NaBO，排入燃料加注站的化学反应设备中重新吸收氢而成为钠硼氢作燃料，这种钠燃料电池具有技术优越性,不仅技术障碍少,而且也利于在社会推广燃料电池汽车。
七、太阳能电池
目前，太阳能电池的主流是通过加工硅结晶来生产的“结晶硅系列”。由于能够使用半导体加工技术，因此主要以电机制造商为中心进行开发。而本田的太阳能电池主要通过层叠铜、铟、钾、硒等化合物薄膜来制造。与结晶硅系列产品相比，能够使用更少的材料制作太阳电池。因此，结晶硅系列最薄的厚度也有200微米(微米为100万分之1米)左右，而本田的产品成功地缩小到3微米。这样，生产时的能耗就减少到原来的1/6左右。
目前面临的问题是:将光能转换成电能时的转换效率非常低。要想获得相同的电力,必须有较大的面积。而且,由于批量生产的制造技术难度大,因此,太阳能电池制造商虽然认可CIGS的低发电成本及低能耗,但认为在一段时间内结晶硅系列仍将主导太阳能电池市场。
八、结论
汽车材料燃料油练习题 篇4
1.石油是由 和 两元素组成的化合物— 的混合物，另外还含有少量的、和 等元素。
2.石油中的烃类按分子结构不同，可分为、、和 等。3.石油的提炼方法有、、、以及。
4.石油常压蒸馏所得到的不同成分的馏分温度范围是：汽油 ℃；煤油 ℃；柴油 ℃；重油 ℃以上。
5.评定汽油蒸发性能的指标有 和 两个。
6.提高汽油辛烷值的方法有 和，测定汽油辛烷值的方法有 和。
7.国产汽油牌号有、和。
8.柴油机作功行程的燃烧过程可分为、、及 四个阶段。9.评定柴油燃烧性能的指标是。
10.评定柴油蒸发性能的指标是 和。
11.柴油的腐蚀性由、、及 四个指标来控制。12.国产轻柴油的牌号有、、、、和 六种。
13.气体燃料作为汽车的代用燃料，目前有、、和，其中尤以 和 开发研制最为突出。
三、选择题
1．石油中的非烃类组成对原油加工和产品质量会带来不利影响，其中使油品颜色变差，粘温性变差，燃烧后形成积碳，增加磨损的是（）
A 含硫化合物 B含氮化合物 C含氧化合物 D 胶质和沥青质 2．石油成分非常复杂，但其含量最多的化学元素成分为（）A 氢 B碳 C硫 D氧
3．在燃料油生产的精制工艺中，能够使不饱和烃转变为饱和烃，并能除去油中氮、氧及金属杂质等有害成分的是（）
A 酸碱精制 B催化重整 C催化裂化 D 加氢精制
4.石油颜色黑，燃烧后与燃烧室、活塞等处形成的积炭多，这说明石油中含有（）A 含硫化合物 B含氮化合物 C含氧化合物 D 胶质和沥青质 5．在以下的石油炼制工艺中，属于物理变化的是（）A 热裂化
B 加氢裂化
C 催化重整
D常压蒸馏
6．汽油产品馏程中，表示汽油的平均蒸发性，影响汽油机的预热时间、加速性和运转稳定性的是（）
A 10％蒸发温度
B 50％蒸发温度
C 90％蒸发温度
D 终馏点
7．炼油厂中一次加工主要包括（）A 转化 B脱腊 C催化重整 D蒸馏 9．汽油蒸发性的评定指标是（）
A 辛烷值和抗爆指数 B博士试验 C馏程和饱和蒸气压 D 实际胶质和诱导期 10．能够反应一般条件下汽油的平均抗爆性能的是（）
A抗爆指数 B马达法辛烷值 C研究法辛烷值 D 饱和蒸气压 11．我国车用无铅汽油标准是按照（）方法进行划分的 A抗爆指数 B马达法辛烷值 C研究法辛烷值 D 饱和蒸气压 12．汽油安定性的评定指标是（）
A 辛烷值和抗爆指数 B博士试验 C馏程和饱和蒸气压 D 实际胶质和诱导期 13．柴油的清洁性用灰分、机械杂志和（）表示 A 无机盐 B 矿物质 C 水分 D10％蒸余物残炭 14．轻柴油低温流动性的评价指标不包括（）A 凝点 B 闪点 C 浊点 D 冷滤点 15.评定汽油抗爆性能的指标是。A十六烷值；B辛烷值；C压缩比。16.提高汽油辛烷值的方法是。
A加降凝剂；B脱蜡；C加乙基液；D改善炼制工艺。17.汽油的牌号是依据 来确定的。
A实际胶质；B馏程；C压缩比；D辛烷值。18.选用汽油是根据。
A发动机压缩比的大小；B辛烷值；C蒸汽压。19.对柴油的十六烷值要求。
A越高越好；B越低越好；C适宜（40～60）。20.柴油的低温流动性用 来评定。A粘度；B凝点；C闪点；D水分。
二、名词解释
1.汽车运行材料 2.一次加工和二次加工 3.蒸馏法
4.常压蒸馏与减压蒸馏
5.热裂化
四、判断题（正确的打“√”，错误的打“×”）
1.对于点燃式发动机来说，燃料中异构物多，燃烧平稳，发动机不易产生爆震。（）2.燃料中饱和类烃多，易氧化生胶。（）
3.汽油的50％馏出温度是表示汽油的平均蒸发性，它和发动机气阻及燃烧的完全程度有很大的关系。（）
4.汽油中的乙基液越多，其辛烷值越高。（）
5.原用高牌号汽油的发动机，改用低牌号汽油时，应把点火角度适当提前。（）6.和汽油相比，柴油的馏分轻、自燃点高，粘度和相对密度小。（）7.柴油的十六烷值愈高，其燃烧性越好。（）
8.通常选用柴油时，要求其凝点比环境气温低3～5℃。（）9.不同牌号的柴油可混合使用，且能改变其凝点，如－10号和－20号柴油各50％混合使用，其凝点为－15℃。（）
10.冷起动液对柴油机的低温起动具有良好的效果，它还可以和其它燃料如汽油混合使用。（）
11.罐装燃料时，在加注开始和接近装满时，应减小加注速度。（）12.严禁穿带铁钉的鞋进入油库，以防产生噪声。（）
五、问答题 1.什么是汽油机的爆震燃烧？影响因素有哪些？ 2.汽油机对汽油的使用性能有什么要求？
环保型汽车燃料的实践与探讨 篇5
车辆排放尾气中含有大量对人体有害的物质, 专家指出:这些排放的有害物质, 可导致人体细胞的损伤, 细胞免疫与体液免疫水平的降低, 并进一步影响人体对疾病的抵抗能力。提倡并发展公交车既是解决排放污染的良策, 同时公交车也成为车辆尾气排放的“大户”。
在笔者当地多数公交的营运车辆当中, 主要采用GZK6100型 (简称朝柴车) , 康明斯GZK6100G1C3H型常州车 (简称常州车) 以及新解放汽油车。而柴油车占营运公交车总数的94%, 其中朝柴车占营运柴油车数的65%。由于个别柴油车在设计上对尾气排放达标缺乏针对性措施, 甚至新出厂的车辆排放值已达FSN 4.0。这些车辆使用一段时间后, 排气普遍超标。车辆排气经过整治后虽然可以达标, 但维持时间短, 给尾气整治工作带来很大的困难。因此, 如何采取有效措施, 控制车辆尾气排放, 确保市政府各项环保计划的顺利实施, 已成为我们义不容辞的职责。
我国很早就开展对环保燃料的研究和推广。在1950年代末和1960年代初, 曾开展过大规模的燃油掺水超声乳化应用尝试, 在乳化柴油的研究方面几起几落, 在1980年代达到高潮, 之后把该项技术列入“六五”期间重点研制及推广应用, 但至今还未取得突破性进展。
在这种现实情况下, 我们尽力做一些实质性的改善工作。
一、乳化柴油是一种优良的环保绿色燃料
柴油汽车之所以冒黑烟, 其原因是柴油不能得到充分燃烧。
乳化柴油是纯柴油+水+乳化剂的混合型燃油。
本来水与油是不相容的, 它们之间要以均匀的混合物存在, 只能制成均匀的乳化液 (油) 。通常使用的乳化柴油是油包水型乳化柴油。水在柴油中呈微小的细粒与柴油混合, 且呈油包水状态, 达到高度的分散稳定。在高温、高压下, 油包水的细粒受热, 沸点较低的水珠像烧红的炒菜锅内的热油中含有少量水分一样, 发生爆炸性蒸发, 使周围的燃油再分裂雾化, 获得第二次穿透能量 (称二次雾化效应) 。这样, 既扩大了油粒的分布范围, 加速了燃油的蒸发过程, 又增加了与氧分子的接触机会, 为完全燃烧提供了良好的条件。
所以柴油掺水乳化后, 由于水的辅助作用, 使燃烧趋于完全。排放的有害物质, 如CO、HC大大减少了, 黑烟得到消除。由于水的蒸发吸热, 降低燃烧温度, 抑制了氮氧化合物的形成, 达到改善排放污染的良好效果。
二、乳化柴油有更好的雾化效果
乳化柴油中的水, 不可能单独成为燃料或代用燃料。但是, 内燃机燃用含水燃料 (乳化柴油) , 促进了燃烧, 使燃烧更完全。乳化柴油油雾在高温下蒸发时会产生较强的团状微爆, 能大大扩大油束区域, 改善油汽混合质量, 使柴油充分燃烧, 从而提高了柴油的热效率, 降低了燃油消耗。在1962年, 科学家第一次发现油包水乳化油在燃烧时能发生一种特殊的微爆现象, 称为二次雾化现象, 可使燃烧更加充分。不久, 其他专家在单滴乳化油燃烧试验中, 证实确有微爆现象, 为乳化燃料和含水燃料提供了一个有力的理论依据。
三、乳化柴油有广阔的节能前景
通过查阅资料发现, 使用乳化柴油对节能也有一定的效果。
水是一种廉价资源, 水的分子式是H2O, 在特定的条件下, 会分解成H2 (氢气) 和O2 (氧气) , 而这2种气体都是极好的能源。乳化柴油是否提供了一条取得新能源的途径, 值得我们努力去探讨。
内燃机燃油掺水始于1913年剑桥大学的HopKinson, 他提出在发动机中掺水燃烧的思路。1927年英国首次提出并完成了利用超声波乳化燃油。1939年美国研究的油水乳化技术获得了专利, 随后, 前苏联在内燃机上对乳化油的应用研究亦作了大量工作。随着经济的发展, 世界能源消耗不断增加, 在1960年代末至1970年代初, 这个问题更加突出。而一些工业发达国家对汽车的有害物排放法规定的越来越严格。“节能”和“降低排放”已成为各国科技攻关的重点之一。而乳化柴油既可以减少燃料消耗又可以控制排放, 所以对乳化油的研究再次引起人们的重视。在1981年召开的国际燃油协会的一届会议上, 燃油掺水应用被确定为三大节能措施之一。我国在1950年代末和1960年代初, 曾开展过大规模的燃油掺水超声乳化应用尝试, 对乳化油的研究经过几起几落, 在1980年代达到高潮, 之后把该技术列入“六·五”期间重点研制及推广应用。
四、使用乳化柴油会锈蚀发动机吗
1982年英国纽卡斯尔大学就已经宣布, 经十年试验研究, 乳化油对内燃机并没有腐蚀和增加磨损的问题, 反而能起到清洗剂的作用, 并可以降低内燃机的维修费用。
据有关文献的介绍, 用掺水的乳化柴油在WK—EF柴油机上进行了1600h的耐久试验, 结果表明:
1.所有零部件均无锈蚀。
2.活塞顶、燃烧室、气缸盖、排气口、增压器废气进口等均无积碳。
3.气缸套和活塞环在运行3550h后, 其磨损比燃用纯油下降25%。由此可知, 乳化油不仅可以安全的使用, 而且可以净化柴油机, 减少维修费用。
4.供油系统及主要零部件磨损值与使用纯柴油相近, 性能稳定, 耗油量略有变化, 对机油无影响。
五、在公交车辆上的应用情况
柴油车排放的尾气主要成分是碳黑微粒。目前公交车柴油机的排气净化大致分为两大类:一类是机前净化, 即添加剂;另一类是机后净化, 即把尾气净化装置安装于发动机排气管上对尾气进行收集或催化。我们曾经在柴油车中试用过多种机前净化的添加剂, 效果都不理想。而安装于发动机排气管上的机后净化装置, 大多属于口罩式, 很快就会过滤饱和, 尾气跟着超标, 积聚的积碳加大排气阻力, 防碍排气, 因而降低了发动机的动力, 增加油耗。
选择以朝柴车为主的6辆车 (1#~6#) 作为试验车, 率先试用乳化柴油。
为了保证乳化效果, 我们利用乳化机, 把即制的乳化柴油, 直接加入油箱, 发动机不需作任何变动。乳化柴油的配置比例是:柴油79L, 水20L, 乳化剂1L, 混合成100L乳化柴油。
经过3个月的运行试验, 结果表明, 使用乳化柴油的车辆烟度大幅度下降, 降幅59.2%, 但同时发现车辆的动力性有所下降, 油耗略有上升 (见表1) 。
由于市内公交车辆满载率高, 路面阻塞多, 起动、制动频繁, 对动力性的要求较高, 使用这种乳化柴油虽然排放大大改善了, 但对动力性的影响较大, 这样对营运车辆是不利的, 因此该项改进的效果不是十分理想。
再次对试验作反思, 主要从提高发动机动力性以及延长乳化油的稳定期方面考虑。
问题的关键是乳化柴油的比例。于是改变乳化柴油的比例为:柴油82L, 水17L, 乳化剂1L, 混合成100L乳化柴油。试验结果是动力性有所改善, 但仍然不太理想。
再次改变乳化柴油的比例为:柴油84L, 水15L, 乳化剂1L, 混合成100L乳化柴油。试验表明车辆尾气排放值降低了, 并且未对车辆动力性和燃油消耗有太大的影响, 甚至还有所改善。
对在用乳化柴油的稳定性进行观察, 结果发现15天内未见油水分离, 15天后才开始出现乳化柴油慢慢析出部分水分。
于是, 我们开始在整条运行线路上使用新配置的乳化柴油, 统计结果见表2、表3、表4。
六、目前尚存在的问题
1.由于乳化柴油的稳定期在15天内, 为了保证乳化质量, 目前使用的乳化柴油是即制即加即用。虽能满足临时加油的要求, 但难以大范围使用, 制约了乳化柴油的进一步推广。为此, 我们准备对乳化机改造, 令乳化柴油保持50天才开始出现分层现象。
乳化柴油使用 12 个月时做试验车辆抽检, 未发现乳化柴油对发动机的零部件带来不良影响。
2.乳化柴油中因含有水, 所以不能在0°C以下环境使用, 否则水分结冰, 会阻塞油管甚至使油管爆裂。
3.乳化柴油中的乳化剂较昂贵, 每公升乳化油比纯柴油增加成本0.20元。而一般的添加剂每L只需要增加成本0.12元。如果一辆柴油公交车每天行驶200km, 以24.5L/ 100km计算, 使用乳化油每天每台车要增加成本近4元。
七、结束语
燃料电动汽车论文 篇6
中国科技网讯 近日, 由西南交通大学历时4年自主研发, 功率为150 kW的我国首辆氢燃料电池电动机车“蓝天号”, 在西南交大铁道专用线上成功运行。实现大功率环境下燃料电池、永磁同步电机等多项技术突破的该型机车, 未来可广泛用于工程作业车、检修车和站场调车等轨道交通领域。
氢燃料电池动力具有清洁、高效、安全和能源转化率高、比功率高等特点, 被称为本世纪最有前途的“绿色能源”。作为新能源的产业化应用, 具有高度稳定性和“零排放”等特点的氢燃料电动机车, 目前正为欧美各国高度重视并大力发展。
我国首辆氢燃料电池电动机车“蓝天号”, 采用150 kW燃料电池作为牵引动力, 2台120 kW永磁同步电机作为牵引电机, 设计时速每小时65 kM、持续牵引力为20 kN、牵引质量200 t, 装满氢气可轻载连续运行24小时。
作为国家自然科学基金支持项目和西南交通大学重点攻关项目, “蓝天号”的研发设计思路与氢燃料动力新能源汽车类似, 是将氢气能源与空气中的氧气通过化学反应产生电能, 并提供给大功率永磁电机进行驱动, 重点突破了大功率运行环境下的控制系统集成、燃料电池及永磁同步电机等控制技术。由于其共产物为水, 且不产生任何有害气体排放, 特别适合在相对密闭的地铁、隧道、矿山等环境下使用。下一步, 西南交通大学将以此为依托, 继续研究以氢燃料动力与电池动力为基础的混合动力电动机车, 并尽快实现产业化。
燃料电动汽车论文 篇7
关键词：温州地区,燃料电池,节能减排,预测分析
0 引 言
随着我国国民经济持续高速发展,汽车已经成为我国居民生活文化的重要组成部分,同时汽车工业面临跨越式发展机遇,汽车总产量位居全球前三。但作为支柱行业的汽车工业的发展必须综合考虑能量消耗以及大气环境的承受能力。另一方面,以“温州模式”为代表的民营经济在温州地区的快速发展带动了当地经济的持续大幅度发展,同时也使得当地公民的收入持续增加,成为浙江省人均收入最高的城市之一[1]、[2]。这使得汽车在当地的广泛推广也带来了大量的能量消耗和二氧化碳排放的现状。在随着全国节能减排任务日益铺开的同时,减少温州地区汽车燃油消耗以及二氧化碳排放成为温州市“十二五”规划的一个研究方向。
混合动力汽车、燃料电池汽车、纯电动汽车成为下一代解决汽车节能减排的重要发展方向。但混合动力汽车造价高,电和燃料动力之间的转换需要复杂的动力协调系统,维护费用亦高;纯电动汽车环境污染几乎为零,但以目前的技术来讲,电池的造价高,亦损坏特别是续航能力差成为真正实现替代传统能源汽车的一大难点,同时纯电动汽车需要有大量的基础设施进行配套才能真正的达到其应用的效果[2]、[3]。
燃料电池汽车是电动汽车的一种,其电池的能量是通过氢气和氧气的化学作用,而不是经过燃烧,直接变成电能,比纯电动汽车能量密度大。燃料电池的化学反应过程不会产生有害产物,因此燃料电池车辆是污染较小的汽车,燃料电池的能量转换效率比内燃机要高2～3倍,因此从能源的利用和环境保护方面,燃料电池汽车是一种理想的车辆。本文认为从政府投资小、见效快以及节能减排效果好的角度上,燃料电池汽车成为温州政府针对汽车新能源化的首选[4]、[5]。
本文根据温州“十二五”规划目标(二氧化碳单位能耗下降15%,实施一批重点扶植工程项目,加速淘汰旧汽车,逐步开展新能源汽车)对比了在温州地区实行燃料电池汽车推广和继续使用传统能源汽车在燃油消耗以及二氧化碳排放方面的预测分析,其分析结果为温州“十二五”规划中有效实现节能减排方面献计献策。
表1所示为假定未来5年内,温州地区新能源汽车保有量增长趋势。
1 未来
5年,温州地区使用传统能源汽车汽油消耗量和二氧化碳排放量估算
1.1 公共汽车
温州地区有近2000辆各类公共汽车。随着地区规划范围和幅度的增加,每年都会有新开放道路,增加一定量的新投入的公共汽车淘汰一批报废公共汽车。假定在未来5年内,温州地区仍采用传统能源公共汽车,可通过计算得出其消耗燃油量以及排放的二氧化碳总量。
注:平均行驶里程80000km/年,柴油公共汽车平均油耗45L/100km。假定每年有100辆净增长的公共汽车。
注:公共汽车每公里二氧化碳排放按300g计算,公关汽车平均每年行驶80000km。
从表2和表3的估算可以看出,第十二个五年计划中,温州地区公共汽车预计消耗亿4.1亿升柴油和排放出9.12万吨二氧化碳。
1.2 出租车
温州出租车是个体经营,但需要到温州市车管所进行相应登记工作且运行要符合温州市政府的各项政策法规。目前,温州地区有近万辆的出租车,随着人们生活水平的提高和出租车交通规划的发展,预计未来5年内,温州地区每年将投入1000辆新出租车。
注:平均里程为150000km/年,由于出租车几乎都在市区行驶,温州市多为1.6L排量出租车,每百公里油耗按照9L来算。
注:出租车每公里二氧化碳按50g计算,出租车每年行驶150000km计算。
从表4和表5的估算中可以看出,未来5年内温州地区出租车共消耗燃油7.25亿升和排放出13.5万吨二氧化碳。
1.3 私家轿车
温州是浙江省私家车比率最高的城市之一,如若按照每月增加1000辆私家车计算,每年增加约为1.2万辆。
注:温州私家车以1.6L及以上排量汽车为主,按照平均每车每百公里油耗9L为例计算,按照平均每车每年行驶15000公里为例计算。
注:私家车每公里二氧化碳排放量以40g为例,每年行驶15000公里为例计算。
从表6和表7的计算结果来看,由于温州地区私家车众多,导致整个“十二五”期间消耗燃油56亿升,二氧化碳排放量在每年200多万吨以上。
根据表2～表7的估算,温州地区在2011～2015年因为汽车所消耗燃油69.35亿升,排放二氧化碳为近1300万吨。这些内容在温州地区节能减排任务上占有非常大的贡献值,因此研究如果从汽车的角度上减少燃油消耗和二氧化碳排放有着十分重要的意义。
2 燃料电池汽车替代传统能源汽车问题的数学描述
2.1 问题的描述
采用燃料电池能源系统的汽车较传统能源的汽车有着十分明显的节能减排作用,但将燃料电池汽车应用到现实生活中需要考虑燃料电池汽车购置成本、维护成本、零部件供应、基础建设成本等诸多因素;另一方面,公共汽车和出租车都可以实现政府出面统一规划,统一更换,更换周期短,效果明显。但私家车只能采取政府鼓励措施,更换与否完全取决于个人爱好,在预测方面也充满了不确定性。
政府对于公共交通工具更换的数量和层次必须根据当地实际情况而定。更换量低,则不能有效的达到最大幅度节能减排,且由于投资力度不大会出现购置零配件或基础设施建设不足而形成短命政策,造成无必要的巨大浪费;更换量大,虽能大幅度降低车用燃料消耗及大气污染,但针对燃料电池和基础建设的投资额巨大,政策执行周期过长,最终收效并不一定会达到预期。
因此针对上述问题,建立模型时除了要考虑公共交通工具和私家车之间比例分配的问题,还要将政策有效执行力度考虑进去,即需要综合考虑各种因素,找出政府在最小投资,节能减排效果最大的方案。
2.2 符号说明及模型假设
以下参数中下标1表示公共汽车,下标2表示出租车,下标3表示私家车。
Y——汽车燃油消耗总量;X——传统能源汽车数量;Z——传统能源汽车二氧化碳排放总量;P——传统能源汽车燃油消耗率;C——传统能源汽车二氧化碳排放率;△——燃料电池汽车每年增加数量;S——私家车更换燃料电池汽车数量;R——私家车改燃料电池的影响因子;Q——各影响因子的权重;
模型假设:在研究模型中,假定政府每年更换公共交通工具的数量是固定的。传统能源汽车的燃油消耗率和二氧化碳排放量并不随年份的增加而增加,即没有考虑传统能源汽车工况随年份的增加的改变。另外需要说明的是,虽然机动车的组成有很多分类,但本模型中只考虑了机动车的主要组成:公共汽车、出租车和私家车。
从权重的角度上分析,私家车占有绝对数量优势,对燃油消耗和二氧化碳排放有着重要的贡献;但政府对于私家车更换只能起到引导的作用,对于公共交通工具的改换可以依据规划逐年按部就班进行。
3 模型建立与求解
3.1 模型的建立
根据以上分析,温州地区的公共交通工具燃油消耗总量为:
Y1=(x1-△x1)p1+(x1-2△x2)p1+(x1-3△x1)p1+(x1-4△x1)p1+(x1-5△x1)p1Y1=5x1p1-15△x1p1
Y2=(x2-△x2)p2+(x2-2△x2)p2+(x2-3△x2)p2+(x2-4△x2)p2+(x2-5△x2)p2Y2-15△x2p2
Y=Y1+Y2=5x1p1+5x2p2-15△x1p1-15△x2p2
温州地区公共交通工具燃油消耗量是一个一元一次方程,较为容易理解,且结果亦容易计算。较为突出点在于确定各种分类在每年投入燃料电池汽车的比例,这个比例也是一个带有变量的函数。在本模型中为了计算方便,认为此变量函数为一次线性函数。
第一年考虑更换新能源汽车所对应的基础设施还在规划中,政府针对燃料电池汽车还处于试投入阶段,因此比例不会高;第二年根据预期计算和规划,对基础设施进行大范围的投入和兴建,逐步加大比例;第三年到第四年,投入基本设施完工一部分,可容纳较大比例的新能源汽车;第五年,所有基本设施投入完毕,比例趋于稳定。
如果考虑到私家车更换,则为:
Y=Y1+Y2+Y3=(5x1p1+5x2p2-15△x1p1-15△x2p2)f(X3)
f(x3)表示私家车更换函数。
影响私家车更换新能源汽车的主要因素有政府购车补贴力度、政府基础建设范围、政府政策持续性、燃料汽车购置税减免幅度、车船使用税减免幅度、大幅度提高传统能源汽车相应税费、政府宣传广告力度等。从权重角度上讲,前两项影响因子对私家车购置影响力度最大,其后各因素影响力度依次衰减,因此这些影响因素在模型中需要有所考虑。即,在私家车影响中,既要考虑影响因素,又要考虑各个因素的影响贡献(影响系数),将这种影响因子的思想应用到加权系数法中[12,13,14],可用两个矩阵相乘的方式表示出这个模型。
式中 a-表示影响因素;b-表示影响系数。
3.2 模型的求解
3.2.1 结果计算
利用MATLAB和针对MATLAB二次编程软件对以上公式进行编程录入,设置步长和计算精度,求出各自解。
图1～图3是燃料电池汽车按照假定既定比例投入到正常使用中后,整个十二五期间机动车燃油耗和二氧化碳排放的比较。可见,随着每年一定比例的燃料电池汽车的投入,有着明显的节能减排效果。整个十二五期间,实现节油22.3亿升,实现减少二氧化碳排放478.9万吨。此外经过一个五年计划的建设,针对燃料汽车的基础设施建设逐步展开,政策逐步深入民心,为后续更大范围内的实行新能源汽车推广打下坚实的基础。图中每年的燃油耗和CO2排放量下降比例不同,是遵循之前对于每年投入比例不同而造成。
3.2.2 结果分析
从图4综合结果中可以看出,第一年由于私家车还处于政策试行阶段,因此控制燃油耗和排放效果不大,所带来的燃油耗和二氧化碳排放量的降低主要是政府对于公共交通工具的改换而来;第二年,一方面政府继续对公共交通工具进行改换;另一方面私家车逐步有少量车辆进行改换;第三年,由于政府的持续加大投入,因此燃油耗和二氧化碳排放量整体趋势在继续下降。但占有比重较大的私家车由于燃料电池改装机整车销售,特别是售后服务还处于量小不规整阶段,因此下降幅度变小。第四和第五年,政府逐步加大对公共交通工具的改换幅度,同时针对燃料电池私家车的各种优惠配套政策及基础建设已经陆续到位,所以私家车曲线开始出现较大变化,带来了较为明显的变化。
从图4可以看出,1-3年间,政府试点工作逐步推行,但投资仅限于试点,因此虽有增加,但增加幅度不大。3-4年是集中投资年,由于对前阶段试点推广效果较好,因此政府逐步加大投资力度,基础建设开始呈规模。第5年,各项投资和基础建设已初具规模,大部分的公共交通工具的更换工作已经完成,私家车中燃料电池的比重趋于稳定,因此继续加大投入的可能性不大。 此外,新能源汽车的陆续投入使用,不仅能在节能减排方面实现十分优良的效果,也给城市化进行中优化道路交通规划,进一步实现智能交通打下了坚实的基础[10]、[15]。
3.3 模型的评价与改进
3.3.1 模型的优点
* 综合利用matlab软件,求解较为准确,再运用origin进行数据拟合时,得到了较为理想化的曲线。
* 模型的稳定性高、适应性强。
* 模型从问题出发,分析了应该考虑的各种情况,建立了一般的数学模型。
* 模型的预测结果可为温州市十二五规划中进行新能源汽车,提供良好的理论指导意义。
3.3.2 模型待完善的地方
* 本文的模型参数具有一定的偏差性。
* 为使计算简便,使所得的结果更为理想化,模型中忽略了一些次要因素,并认为汽车工况与行驶里程和年份无关,带有明显的差异。但这种差异不影响整体趋势。
* 由于政府对于新能源汽车总体上是鼓励的,而且鼓励幅度越来越大,而这一点没有考虑到模型中。
此外,根据研究的深入,还必须要找出政府最小投入获得最大收益的平衡点。即如何找到在更换公共汽车、出租车改装、私家车购车补贴、汽车4S店补贴上各自投资力度多大时,可获得最佳收获。这是模型下一步需要研究完善的方向。
氢燃料汽车或将引领未来 篇8
汽车产业的未来是新能源汽车，而新能源汽车的核心是电池。
就全国范围而言，50万辆电动汽车的市场保有量，并不会对电网负载造成很大影响；但如果发展到500万辆，所需要的电量将是一个可怕的数字。按每辆电动车电池组容量20kwh计算，这么多电动汽车在某一时段集中充电，所需的电量将会占到电网峰值的2%-5%。
新能源汽车该往哪个方向发展？日前，新能源汽车专家、湖北省燃料重点实验室主任潘牧接受了本刊记者专访，描绘了一幅未来新能源汽车发展的蓝图。
氢燃料是突破方向之一
《支点》：当前，国内外新能源汽车的研发处于一种什么样的状况？
潘牧：国际上几大汽车厂家都在开发新能源汽车，他们在产业方面做得比较好。比如日产汽车公司，其氢燃料电池是跟戴姆勒和福特公司合资开发的。现在有一种现象，国外的一些汽车厂商，他们把自己的低端技术跟中国合作，高端技术他们自己来做，这要引起我们注意。因为汽车产业发展到最后，还是要走高端发展的路子，只有这样才能在国际市场上有竞争力。
在我国，因充电汽车遇到了如续航里程短、充电时间长等技术瓶颈，最近开始把氢燃料汽车作为新能源汽车的一种突破方向，现在各大汽车公司都认识到氢燃料汽车是一种比较好的选择。他们都想在2015年以后推出这种汽车，如果能成功将会变得非常有意义。
湖北省虽在新能源汽车方面跟上海、杭州、深圳、北京等城市存在差距，但在氢燃料电池的技术研发上处于领先地位，很有竞争力。因为目前，氢燃料电池的市场还没有得到充分重视，大家都不愿意做。而湖北省已抢先一步，成立了燃料电池重点实验室专门研发氢燃料电池。
《支点》：氢燃料电池的技术门槛高不高？
潘牧：日产这么牛的一家公司都不足以搞定，他们也要寻求国外合作，你说技术门槛高不高？在氢燃料电池研发方面，武汉站在国内的制高点上，与国际大公司相比水平也不差。一些关键部件的研发，我们在国际上也是领先的。
今年3月我参加日本的氢燃料电池展览，发现了一些特别有意思的现象：像东芝、松下等知名家电企业，他们现在几乎不做彩电冰箱等家电了，而是在做氢燃料电池。最早，这些日本企业在家电产业挣了一大笔钱，后来又在IT行业挣了一大笔钱，那么下一个他们要锁定的行业就是氢燃料电池，他们会把氢燃料电池卖到全世界。所以，我认为氢燃料电池将是发达国家的下一场盛宴。
有一本书最近很火，是杰里米·里夫金的《第三次工业革命》，书中也提到了要发展氢燃料电池。现在3D打印被炒得很热，但第三次工业革命的核心是能源的革命，这是一个关系到全球可持续发展的重大课题。
“它最大的缺点是太贵了”
《支点》：氢燃料电池跟新能源汽车的其他电池相比，有什么优势？
潘牧：它的优势很明显：第一是氢燃料电池的续航里程很长，跑几百公里没有问题；第二，充气时间很短，只充氢气进去，几分钟就可以充完，而纯电动车最麻烦的问题就是充电太费时间；第三，环保。
而且，中国的氢气资源很丰富，可以因地制宜获取。太阳能、风能虽然也是清洁能源，但它们不好储存，有风的时候有电，没风的时候就没电。这些不稳定的、不宜储存的能源通过电解水转化成氢气，可以全部储存起来作为汽车燃料。氢气供给汽车能量的过程，也是氢气与空气中的氧气发生化学反应变成水的过程，这就是典型的循环经济。
从能源的发展趋势来看，大家都在寻求减少碳排放的办法。原来使用煤，其主要成分是碳，后来开始使用石油（碳氢化合物），形态由固体变成液体，碳含量虽然仍比较高，但比以前有所减少。现在如果用气体代替液体，碳含量会更少，氢含量会更多。到最后，把碳完全替换掉就只剩下氢了，这可以解决碳排放造成的污染环境难题。
《支点》：用氢气做燃料，目前在国际上有没有先例？
潘牧：要用氢气做燃料，就要建立充气站，但是氢气充气站跟其他充气站不同。充氢气在国外已经比较成熟，国外有两百多个加氢站。中国只有两座，分布在上海和北京。
为了普及氢燃料电池汽车，更重要是为了环保，美国加州出台法案规定，所有建加油站的公司都必须建加氢站，否则就不能建加油站。预计加州会是氢燃料汽车最多的一个州。加州这样操作已经有六七年了，效果很好。
相对而言，建氢气站成本也不算高，能建得起天然气站也能建得起氢气站。对我国来说，现在的问题是氢气的相关法规还没建立起来。因为现在氢燃料汽车还很少，立法还跟不上，没有立法的话就不好建站，建了就违法，其症结就在这里。
《支点》：未来氢燃料汽车有着怎样的前景？
潘牧：现在最大的缺点是太贵了，成本太高，老百姓接受不了。生产商说，产量上去了成本就会降下来，而市场说成本不下来，我就卖不动。前几年，一台氢燃料电动车大概要卖100万美元。后来丰田公司通过技术改进和批量化制造降低成本，宣布准备在2015年推出的氢燃料汽车售价在5万美元左右。但即使是这个价格，对一般的家庭来说还是很贵。
2015-2017年是非常关键的时期，所有的汽车公司都会有千台以上氢燃料汽车推出，预计总产量将超过万台。当前正是产业化的前夜，所有的技术都已经准备充分了。同时，价格也在努力往下降，如韩国现代公司已建成了一条专门生产氢燃料汽车的生产线，有了生产线后成本会变得便宜，不过最后价格能降到什么程度还不好说。（支点杂志2013年7月刊）
燃料电动汽车论文 篇9
关键词：丰田,燃料电池,混合动力
随着人们对环境要求的日益高涨, 迫切需要开发更清洁, 能效更高的汽车。燃料电池是一种清洁高效的能量转换装置, 本文分析丰田公司F C H V-4型燃料电池混合动力汽车的结构特性。
1 FCHV-4型燃料电池汽车概述
1.1 燃料电池系统安装位置
燃料电池组、功率控制单元和电机安装在汽车前部, 而四个高压储氢罐安装在后部地板下面, 辅助电池放在行李箱地板下面。
1.2 燃料电池系统的主要部件
1) 燃料电池, 采用聚合物电解质燃料电池 (P E F C) , 用氢作为燃料, 最大功率为9 0 K W。
2) 辅助电池, 与丰田Prius车的电池相同, 具有很高的可靠性, 为密封式镍氢电池, 容量是6.5 A h, 冷却方式为强制风冷式。
3) D C/D C转换器, 由于采用三相斩波器, 降低波动电压。为提高转换率, 感应芯片采用铁损低的多孔合金。最大输出功率为20KW, 载波频率为三相10KHz, 冷却方式为水冷和风冷式。
4) 空气压缩机, 采用涡旋式压缩机, 最大流量为3500NL/6000转/分。用永磁电机作为驱动电机, 具有较大传动比。
5) 功率控制单元 (PCU) , 高压部件和控制器装配在一起, 从而简化冷却系统和控制系统。逆变器最大电流为44Arms。转换方式为P W M。冷却方式为水冷式。
6) 电机, 采用永磁电机, 最大功率为8 0 K W, 冷却方式为水冷式。
2 燃料电池系统原理
燃料电池系统的功能是提高燃料利用率和动力转换响应率。电源是混合式结构, 由燃料电池和辅助电池组成。根据汽车的工作状态, 精确地控制燃料电池输出功率和辅助电池的充放电。镍氢电池具有良好的储能性能, 单独使用时, 汽车成为纯电动车 (PEV) , 因此能够降低汽车轻负荷的燃油消耗。
燃料电池和辅助电池的功率比, 功率比在40:60~80:120之间时燃料效率最高。因此燃料电池输出功率设定为90KW, 辅助电池的输出功率设定为21KW, 燃料电池也用于为空调等附件提供辅助动力。
燃料电池与牵引逆变器/电机的连接方式为串联, 以便在汽车运行的大部分时间具有较高效率, 辅助电池的功率比较低与燃料电池串联通过D C/D C逆变器互联, 用做燃料电池响应迟缓或汽车满负荷时提供辅助动力。辅助电池也吸收制动再生能量和在小负荷时用做纯电动车的动力源。通过控制D C/D C转换器的输出电压来调节燃料电池和辅助电池之间能量转换。
3 燃料电池系统的组成
燃料电池系统的组成如图1所示, 燃料电池动力系统按功能可分为两部分:燃料电池系统和混合动力系统。燃料电池系统是使汽车行驶的动力源, 混合动力系统高效地运用燃料电池系统的输出动力。
3.1 燃料电池系统
燃料电池系统包括燃料电池组、燃料供给系统部件和冷却系统部件。
氢气经调节器从高压罐供到燃料电池组, 氢气的最大压力为2 5 M P a。为提高燃料电池的性能, 燃料电池反应后剩余的过多氢气由循环泵送到燃料电池供给一侧。空气由压缩机加压, 随后经加湿器供到电池组。加湿器将从电池组排出的空气中水蒸气吸出, 然后加湿进入的压缩空气。加湿泵也循环电池组与散热器之间的冷却水。
3.2 混合动力系统
混合动力系统包括燃料电池系统、辅助电池、DC/DC转换器和牵引逆变器/电机。
汽车的基本驱动力来自燃料电池, 但当燃料电池的输出动力不充分时, 如超车和满负荷时, 辅助电池提供额外动力。在低功率区, 燃料电池系统效率低。因此在低功率区燃料电池和附属设备 (如空气压缩机) 停止工作, 汽车只靠辅助电池行驾驶或为纯电动汽车。
3.3 燃料电池汽车动力传动过程
1) 低动力方式 (图2)
燃料电池不工作, 汽车依靠辅助电池运转。
2) 中等动力方式 (图3)
汽车依靠辅助电池运转。
3) 大功率和加速方式 (图4)
辅助电池和燃料电池同时发挥作用。若燃料电池的能量不充足, 辅助电池提供辅助动力。
4) 再生制动方式 (图5)
燃料电池停止输出动力, 再生能量送至辅助电池。
在上述各行驶方式下, 若辅助电池的电量过低, 将由燃料电池提供电力。
3.4 混合动力系统的控制
混合动力系统分为三部分:电动汽车控制单元, 混合动力控制单元和燃料电池控制单元。在电动汽车控制单元, 所需要的动力大小由油门传动器等决定并且随后将此信息送到混合控制单元。从混合控制单元得到电机功率余量信息, 并且在一定范围驱动电机。在混合动力控制单元, 计算那一时刻可供利用的燃料电池最大功率和辅助电池的最大功率。这是总的电机功率容量。混合单元将目标电流送到燃料电池控制单元。根据电机的需求和燃料电池的特性确定目标电流。同时, 燃料电池的工作点由D C/D C转换器控制。燃料电池的辅助系统由燃料电池控制单元根据燃料电池目标电流控制。
4 性能评价
汽车起步到停止期间燃料电池和辅助电池的功率分配情况。在起步时, 燃料电池不起作用, 汽车依靠辅助电池提供能量。当系统需要更大功率时, 输出的动力立即转换到燃料电池。稳定行使后快速加速时辅助电池的动力开始辅助燃料电池动力。若驾驶员踩动制动器, 燃料电池动力输出快速下降并且切断, 再生的制动能量开始向辅助电池再充电。燃料电池汽车的经济性和动力性。与普通内燃机相比, 燃料电池经济性提高3倍, 而燃料电池与普通内燃机汽车的加速性能相类似。
5 结论
FCHV-4采用并联式燃料电池和辅助电池连接方式, 能够根据汽车运行状态切换动力方式, 实现最佳控制, 提高燃油经济性和好的动态响应。FCHV-4保持与内燃机汽车相同的动力性能, 而能量效率提高约3倍。
参考文献
[1]秦孔建, 高大威, 卢青春, 金振华.燃料电池汽车混合动力系统构型研究[J].汽车技术.2005, (04)
[2]张金柱.丰田第二代混合动力系统 (THSⅡ) [J].内燃机.2005, (03)
[3]佳示.丰田混合动力系统[J].汽车与配件.1998, (21)
[4]徐清富.丰田汽车公司的混合动力系统[J].世界汽车.1998, (04)
[5]豪彦.丰田汽车公司HV-1新一代混合动力轿车[J].汽车与配件.2003, (18)
燃料电动汽车论文 篇10
一直处于研发示范运营阶段的氢燃料电池电动客车, 为何能一下子就进入商业化运行阶段?这背后有哪些不为人知的故事呢?
谁在做?故事风起云涌
话要从10年前说起。2006年, 福田汽车与清华大学、亿华通联合承接了国家863计划节能与新能源汽车重点项目中氢燃料电池电动客车的研发。其中, 清华大学与亿华通主要负责研发氢燃料电池系统和车载供氢系统, 福田汽车负责提供整车制造技术。
此后的故事便是风起云涌, 成果也是不断推陈出新。现如今, 福田汽车已成立欧辉、欧马可氢燃料电池电动汽车生产基地, 形成了氢燃料电池电动客车研发、制造、燃料供给等各环节的完整产业链。在各方条件孕育成熟的环境下, 100辆采购订单便显得水到渠成。
谁在买?有车新能源大胆尝试
大订单的需求方是一家名为有车新能源汽车租赁公司的企业, 其注册成立于2014年9月, 背后汇集了几方力量, 可以说是一家为新能源产业而生的企业。当初由清华大学筹备成立。为保障纯电动汽车的示范运营, 清华大学为即将成立的租赁公司引入了两位股东, 分别是亿华通和东升科技园。前者拥有的智能交通系统, 可以为纯电动车的分时租赁提供技术支持;后者当时所拥有的土地资源, 可以保障基础充电设施的配套建设。
此后的一年多时间, 有车新能源汽车一直致力于新能源汽车的长租、短租以及分时租赁业务的发展。此次的采购, 是有车新能源汽车在保证自身运营的同时, 对氢燃料电池电动客车的一次深度示范运营尝试, 为日后氢燃料电池电动客车广泛服务社会积累更多经验。
谁会坐?企业班车和公交陆续投运
有车新能源汽车购入的这批氢燃料电池电动客车定位于企业班车, 将在北京海淀区永丰路一带投入运营。之所以选择这个区域, 是因为北京唯一一家加氢站就建在永丰路上。