新能源汽车概论第1章 绪论.docx
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新能源汽车概论第1章绪论
第1章绪论
课题：
1.1新能源汽车的定义和类型
教学目的：
掌握什么是新能源汽车？
新能源汽车包括哪些类型？
教学重点：
什么是新能源汽车？
新能源汽车包括哪些类型？
教学难点：
什么是新能源汽车？
新能源汽车包括哪些类型？
类型：
新授课
教学方法：
讲授
课时：
2
引入：
案例倒入P2，汽车的发明极大的缩短了人与人之间的距离，方便了人类的生活，已经成为当今社会的重要交通工具，随着汽车保有量的大幅度增加，也产生了资源消耗过度，空气污染和气候变暖的负面问题。
一、新能源汽车的定义
新能源汽车英文为“Newenergyvehicles”，我国2009年7月1日正式实施了《新能源汽车生产企业及产品准入管理规则》，明确指出：
新能源汽车是指采用非常规的车用燃料作为动力来源（或使用常规的车用燃料、采用新型车载动力装置），综合车辆的动力控制和驱动方面的先进技术，形成的技术原理先进、具有新技术、新结构的汽车。
二、新能源汽车的类型
新能源汽车包括的范围较广，一般可分为电动汽车、气体燃料汽车、生物燃料汽车和氢燃料汽车等。
1.纯电动汽车
纯电动汽车是一种采用单一蓄电池作为储能动力源的汽车。
它利用蓄电池作为储能动力源，通过电池向电动机提供电能，驱动电动机运转，从而推动汽车行驶。
2.增程式电动汽车
增程式电动汽车是一种配有地面充电和车载供电功能的纯电驱动的电动汽车。
其运行模式可以根据需要处于纯电动模式、增程模式或混合动力模式，是介于纯电动汽车和混合动力电动汽车之间的一种过渡车型，具有纯电动汽车和混合动力电动汽车的特征，有人把它划分为纯电动汽车范畴，也有人把它划分为混合动力电动汽车范畴，认为它是一种插电式串联混合动力电动汽车。
3.混合动力电动汽车
混合动力电动汽车是指驱动系统由两个或多个能同时运转的单个驱动系统联合组成的车辆。
车辆的行驶功率，依据实际的车辆行驶状态，由单个驱动系统单独或多个驱动系统共同提供，因各个组成部件布局方式和控制策略的不同混合动力汽车，有多种形式混合动力电动汽车一般又分为常规混合动力电动汽车和插电式混合动力电动汽车。
4.燃料电池电动汽车
燃料电池电动汽车是利用氢气和空气中的氧在催化剂的作用下，在燃料电池中经电化学反应产生的电能作为主要动力源驱动的汽车。
燃料电池电动汽车实质上是一种纯电动汽车，主要区别在于动力电池的工作原理不同，一般来说，燃料电池是通过电化学反应将化学能转化为电能，电化学反应所需的还原剂一般采用氢气，氧化剂则采用氧气？
因此最早开发的燃料电池电动汽车都是直接采用氢燃料，氢气的储存可以采用液化氢、压缩氢气或金属氢化物储氢等形式。
5.其他新能源汽车
其他新能源汽车类型很多，没有统一标准。
生物燃料汽车、氢发动机汽车、太阳能汽车及使用超级电容器、飞轮等高效储能器的汽车，都属于其他新能源汽车。
有人把天然气汽车、液化石油气汽车、乙醇燃料汽车、甲醇燃料汽车等也划分为新能源汽车。
目前我国大力支持和财政补贴的新能源汽车主要是指纯电动汽车、增程式电动汽车、插电式混合动力电动汽车和燃料电池电动汽车，常规混合动力电动汽车被划为节能汽车。
因此目前新能源汽车都没有规模化量产，有的有销售但未规模化，如纯电动汽车和插电式混合动力电动汽车，有的处于研发阶段例如燃料电池电动汽车。
补充：
能源的定义与分类
学生自主阅读P4“阅读材料1-1”
1、定义：
能源是可以直接或经转换提供的所需的光、热、动力的任一种形式能量的载能体资源。
凡是能被人类加以利用，以获得有用能量的各种来源通常都可以称为能源。
2、分类
（1）按来源划分
（2）按生产方式划分
（3）按性质划分
（4）按源消耗后是否造成环境污染
（5）按使用类型划分
小结：
通过对普通燃油汽车与新能源汽车的对比，掌握新能源汽车的概念，根据驱动汽车的能量不同，掌握新能源汽车的类型
作业：
课后习题
课题：
1.2发展新能源汽车的必要性
教学目的：
了解为什么要大力开发新能源汽车
教学重点：
为什么要大力开发新能源汽车
教学难点：
为什么要大力开发新能源汽车
类型：
新授课
教学方法：
讲授
课时：
2
引入：
石油短缺、环境污染、气候变暖是全球汽车产业面对的共同挑战，各国政府及产业界纷纷提出各自发展战略，积极应对，以保证其汽车产业的可持续发展，并提高未来的国际竞争力。
新能源汽车已成为21世纪汽车工业发展的热点。
一、石油短缺
根据石油巨头英国石油公司（BP）发布的《世界能源统计年鉴2012》显示，截止2011年年底，全球石油储量约1.653万亿桶，比2010年增加8.3%，若按照现在全球每天非常保守的0.8亿桶的耗速来看，当前世界石油储量可供全球消费54年。
从储量上看，世界上排名前10名的国家和地区依次是：
沙特阿拉伯362亿吨；加拿大184亿吨；伊朗181亿吨；伊拉克157亿吨；科威特138亿吨；阿联酋126亿吨；委内瑞拉109亿吨；俄罗斯82亿吨；国60亿吨；利比亚54亿吨。
我国是一个能源短缺的国家，但却是一个能源消费大国，仅次于美国。
目前世界汽车保有量突破10亿辆，预计到2030年将突破20亿辆，主要增量来自发展中国家，其中中国增速全球第一，由此带来的能源安全问题将更加突出。
汽车消费的快速增长导致石油消耗加速增长。
据统计，目前汽车用汽柴油消费占全国起柴油的比例已经达到了55%左右，每年新增石油消费量的70%以上被新增汽车所消耗。
我国经济持续快速发展，对石油资源的需求激增，能源供需矛盾日益突出，对进口石油的依赖度不断提高。
二、环境污染
世界卫生组织指出，全球大多数城市的空气质量指数未能达到该组织的建议标准，全世界90%的城市居民所呼吸空气的污染程度，都明显高于其设定的极限值，城市空气的主要污染源是汽车尾气及煤、石油、天然气的燃烧，2013年发布的中国环境分析报告数据显示，世界上污染最严重的十个城市有七个在中国，全世界500个城市中，空气质量达到世界卫生组织推荐标准的不足五个。
燃油汽车在行驶过程中，会产生大量有害气体，不但污染环境，还大大影响人类健康。
汽车尾气排放的主要污染物为一氧化碳（CO）、碳氢化合物（HC）、氮氧化物（NO）、铅（Pb）、细微颗粒物及硫化物等。
这些一次污染物还会通过大气化学反应生成光化学烟雾、酸沉降等二次污染物。
据统计，全球大气污染42%源于交通车辆产生的污染。
随着城市机动车数量的快速增长，机动车尾气排放污染已成为城市大气污染的主要来源。
一些大城市机动车尾气排放的污染物对多项大气污染指标的贡献率以达到70%以上。
机动车尾气排放污染对人体的健康已构成了严重威胁。
2013年春季，浓浓雾霾遮蔽了中国中东部地区。
降低和控制机动车排放污染的主要措施有：
①不断完善和升级汽车油耗标准。
②不断完善和升级汽车排放标准。
要通过制定和实施汽车排放标准法规，逐步提高汽车排放技术水平，降低汽车尾气排放。
③提高燃油品质。
燃油品质在很大程度上限制了机动车排放污染物的水平，应尽快提高我国的燃油品质。
④积极开展先进节能减排技术的研发和创新。
⑤大力发展节能与新能源汽车。
国家出台了《节能与新能源汽车产业发展规划》（2012-2020年）》。
⑥改善城市交通环境。
从机动车管理的角度来考虑，就是要疏导交通，提高机动车运行速度，改善机动车运行工况，降低机动车污染排放。
关于欧洲制定的汽车污染物排放标准欧Ⅳ、欧Ⅴ的说明。
学生自主阅读P4“阅读材料1-2”
三、气候变暖
能源的大量消耗带来温室气体排放问题。
二氧化碳是全球最重要的温室气体，是造成气候变化的主要原因，而它主要来自化石燃料的燃烧。
科学家预测，未来50-100年人类将完全进入一个变暖的世界。
由于人类活动的影响，温室气体和硫化物气溶胶的浓度增加过快，未来100年全球平均地表温度将上升1.4-5.8°C，到2050年我国平均气温将上升2.2°C。
据IFA估计，汽车二氧化碳总排量将从1990年的29亿吨增加到2020年的60亿吨。
汽车对地球环境造成了巨大影响。
控制消费和节约能源是减少二氧化碳排放量的重要途径。
如果中国采用一系列先进技术，包括电动汽车、天然气汽车和以天然气为燃料的内燃机技术，到2030年，中国汽车二氧化碳的排放总量可能降低45%。
在能源和环保的压力下，新能源汽车无疑将成为未来汽车的发展方向。
大力推进传统汽车节能减排和新能源汽车产业化，成为中国汽车产业亟须解决的重大课题。
学生自主阅读P4“阅读材料1-3”
小结：
石油短缺、环境污染、气候变暖是发展新能源汽车的根本原因
概述本节
作业：
课后习题
课题：
1.3新能源汽车发展现状及趋势
教学目的：
了解新能源汽车国内外发展现状、新能源汽车发展战略和发展趋势。
教学重点：
新能源汽车国内外发展现状、新能源汽车发展战略和发展趋势。
教学难点：
新能源汽车国内外发展现状、新能源汽车发展战略和发展趋势。
类型：
新授课
教学方法：
讲授
课时：
2
一、国外新能源汽车发展现状
1.美国
（1）以生物乙醇汽车为核心
2007公布的可再生燃料标准要求美国汽车能耗的4%必须是可再生燃料，总量大约为47亿加仑。
这一标准值至2012年将达到75亿加仑。
（2）鼓励混合动力汽车的使用
2007美国规定消费者购买符合条件的混合动力车，可以享受到250美元至2600美元不等的税款抵免优惠。
（3）政府制定优惠政策
近年来美国燃料乙醇生产和消费量都处于快速上升中，其主要需求就来自于替代汽车燃料。
2.日本
（1）日本新能源汽车发展迅速
日本地域狭小，资源贫乏，因此异常重视新能源汽车的开发。
2006年5月日本政府制定了“新国家能源战略”，战略提出到2030年将目前近50％的石油依赖度进一步降低到40％。
（2）混合动力汽车领域独树一帜
日本混合动力车已形成产业化，鼓励燃料电池和生物燃料的发展。
目前，丰田、本田、日产等日本厂商的混合动力汽车不仅在国内热销，在国际市场上也令其他国家厂商望其项背。
（3）重视燃料电池和生物燃料等技术开发
日本计划在5年内斥资2,090亿日元开发以天然气为原料的液体合成燃料技术、车用电池，以及氢燃料电池科技；2007着手生物燃料的普及，拟在2011年单年度生产生物燃料5万千升。
3.欧洲
（1）重视生物燃料的开发应用
欧洲历来重视节能和减排。
欧盟委员会于2007年公布了“新欧洲能源政策”。
目标2020年将温室效应气体排放量降低20％将可再生能源的比例提高到20％；同时将今后7年欧盟能源领域的研究开发预算提高50％。
（2）清洁柴油车发展迅速
凭借欧洲汽车厂商在柴油发动机上强大的技术优势，欧洲在清洁柴油乘用车方面发展最为迅速。
目前，柴油车在乘用车总销量中的比重已超过50%。
（3）欧洲各国政府大力支持
除欧盟委员会外，欧洲各国政府也根据本国情况制定了大量的政策和措施，旨在推动新能源汽车的开发和消费。
二、国内新能源汽车发展现状
1.混合动力汽车
从世界范围来看，我国电动汽车的研制与国外发达国家几乎站在同一起跑线上。
“九五”期间，科技部将电动汽车项目列入国家重大科技产业工程项目，投入近1亿元。
从技术发展角度上而言，我国已经掌握电动汽车电池技术、燃料电池技术、天然气发动机、整车控制系统等相关核心技术，并在部分技术上领先于世界水平。
目前，整车方面已初步形成产品开发的系统配套、管理机制和团队组合，纯电动汽车、混合动力电动汽车、燃料电池汽车样车均已成功研发，关键零部件、燃料电池发动机已形成系统，高功率镍氢电池、锂离子电池性能有了较大提高，多能源控制系统初步形成。
在混合动力电动汽车的核心——电池技术研发方面，我国已自主研制出容量为的镍氢和锂离子动力电池系列产品，能量密度和功率密度接近国际水平，同时突破了安全技术瓶颈，在世界上首次规模应用于城市公交大客车；
目前，国内汽车企业已将混合动力电动汽车作为未来主流竞争型产品在战略上高度重视，一汽、东风、上汽、长安、奇瑞、比亚迪等都已投入了大量的人力、物力，混合动力车型已完成样车开发，并有部分车型已经实现小批量上市。
比亚迪公司基于其在铁电池技术的技术创新，已经掌握高铁电池的核实技术，且此项技术在国际上处于领先水平。
此种电池具有高能高容量、原材料丰富、成本低廉、绿色无污染等优点。
2.纯电动汽车
国家科委、计委在“八五”、“九五”期间组织了纯电动汽车的攻关，现在又将纯电动汽车列入“十五”国家863计划电动汽车重大专项。
东风公司是国内最早从事电动汽车研发的汽车企业之一，开发了游览车、多功能车、工业专用车和高尔夫球车等4大系列、近20个品种的纯电动车，包括东风纯电动轿车（EQ7160EV）、纯电动富康轿车（EQ7140EV）、纯电动客车（EQ6690EV）等。
目前在纯电动汽车的电池和电机研制方面，我国与世界先进水平差距较小，有些甚至处于领先地位。
如深圳雷天绿色电动源有限公司开发的锂离子电池续驶能力达到，最高时速可达，单台车电池成本4万元左右；
在整车开发方面，天津清源电动车辆有限责任公司和一汽天津夏利股份有限公司牵头，中国汽车技术研究中心、天津大学、天津和平海湾公司和天津蓝天高科公司等十几个单位共同参与合作开发出XL2000纯电动轿车。
3.燃料电池汽车
国内燃料电池的研发起步并不晚，甚至可以追溯到1958年，然而发展很慢，直到九十年代才开始加快发展。
在国家“十五”“863”计划电动汽车关键技术重大科技专项和“十一五”节能与新能源汽车重大项目支持下，我国燃料电池汽车技术研发取得重要进展，基本掌握了整车、动力系统与关键零部件的核心技术;建立了具有自主知识产权的燃料电池汽车动力系统技术平台;形成了燃料电池发动机、动力电池、DC/DC变换器、驱动电机、储氢与供氢系统等关键零部件配套研发体系，具有百量级燃料电池汽车动力系统平台与整车生产能力。
4.天然气汽车
20世纪80年代中期，我国引进了部分CNG加气站设备，在四川建立了我国第一个CNG加气站；1993年中国石油天然气总公司系统引进国外有关技术并于1996年将加气站装置和汽车改装部件引进技术国产化、技术标准规范化。
目前，我国天然气汽车多集中在商用车领域，并达到一定规模。
据相关数据显示，中国天然气汽车产业在政府和市场的双重驱动下，保有量已从2000年的不足1万辆发展到目前的100万余辆，成长为世界第六大天然气汽车市场。
通过十多年的研发与应用，目前已经形成了较完善天然气城市公交汽车、出租汽车的应用体系，且建设覆盖中大型城市的加气站网络。
三、新能源汽车发展战略和发展趋势1.
1.新能源汽车发展战略
（1）战略地位
（2）战略目标
（3）自主创新目标
（4）产业发展目标
（5）生产环境目标
（6）政策法规目标
（7）战略途径
2.新能源汽车发展趋势
（1）突破电池技术是关键
（2）驱动电动机呈多样化发展
（3）超微型发展
（4）混合动力汽车
（5）燃料电池汽车成为竞争焦点
（6）开发新一代车用能源动力系统
小结：
通过对国内外（包括美国、日本、德国、法国、中国）新能源汽车发展现状的分析，可以对新型能源汽车有较全面的了解，以便更好的发展我国新能源汽车。
作业：
课后习题
课题：
1.4新能源汽车技术路线及关键技术
教学目的：
理解我国新能源汽车的技术路线和关键技术
教学重点：
我国新能源汽车的技术路线和关键技术
教学难点：
我国新能源汽车的技术路线和关键技术
类型：
新手
教学方法：
讲授
课时：
2
一、新能源汽车技术路线
（1）确立“纯电驱动”的技术转型战略
混合动力汽车技术逐步成熟，已进入产品市场竞争期；纯电动汽车电池技术进步加速，世界主要汽车制造商加快了纯电动汽车量产步伐；插电式混合动力作为一种具有纯电动和混合动力双重特征的电动汽车技术成为全球新的研发热点；以电池租赁为代表的纯电动汽车商业模式创新取得进展。
（2）坚持“三纵三横”的研发布局
“十五”期间，科技部在节能与新能源汽车的研发上投入超过8亿元，“十一五”期间，节能与新能源汽车重大专项的投入规模为11亿元。
经过10年左右的研发投入与攻关，我国新能源汽车已经形成“三纵三横”的研发格局。
“三纵”就是混合动力汽车、纯电动汽车、燃料电池汽车;“三横”就是多能源动力总成控制系统、电机及其控制系统和电池及其管理系统。
在“三纵三横”的研发格局中，参与的车企与科研机构也有不同的分工与侧重，如清华大学侧重氢燃料电池大巴，北京理工大学侧重纯电动大巴，同济大学侧重燃料电池轿车;一汽、东风、长安、奇瑞等企业主攻混合动力轿车;上汽主攻氢燃料电池轿车;中国汽车技术研究中心下属的天津清源主攻纯电动轿车;中信国安盟固利、中科院大连化学物理研究所则主攻锂电池、氢燃料电池的研发。
“三纵三横”研发格局的形成，为我国新能源汽车的产业化打下了产业链基础。
但是，汽车业界对于国家的新能源汽车战略一直有不同看法，其中一大争议是技术路线不明，主次不分，混合动力、纯电动、氢燃料、代用燃料等各种技术路线都投入，均衡用力，没有重点。
二、新能源汽车关键技术
（1）电池
（2）电动机
（3）电控
（4）混合动力电动汽车
（5）纯电动汽车
（6）燃料电池电动汽车
小结：
通过对新能源汽车发展战略，和发展趋势的认识，可以指导发展新能源汽车的方向，包括电池、电机、汽车产业政策。
通过学习电动汽车技术发展十二五专项规划明确我国新能源汽车的技术路线和关键技术
作业：
课后习题
升级会员 