第七章 其他清洁能源汽车（课件）《新能源汽车概论》同步精品课堂（上海交通版·第3版）

第七章 其他清洁能源汽车 《新能源汽车概论》（第3版）上海交通大学出版社 学习目标 第七章其他清洁能源汽车 知识目标 能理解气体燃料汽车的概念及其类型。 能力目标 能掌握生物燃料汽车的类型及特点。 情感目标 1.让学生认识到新能源汽车的重要性。 2.积极参与课堂，能够表达自己的观点和想法。 学习内容 01 1.能理解气体燃料汽车的概念及其类型。 2.能掌握生物燃料汽车的类型及特点。 3.能分析氢燃料汽车的概念及其类型。 4.培养一丝不苟、严肃认真的工作作风。 新知学习 02 二、相关知识 第一节气体燃料汽车 一、气体燃料汽车概述 汽车的气体代用燃料种类很多，到目前为止，常见的有天然气和液化石油气。根据汽车使用可燃气体的形态不同，气体燃料可分为三种：压缩天然气CNG（Compressed Natural Gas），主要成分为甲烷；液化天然气LNG（Liquefied Natural Gas），即甲烷经深度冷冻液化；液化石油气LPG（Liquefied Petroleum Gas），主要成分是丙烷和丁烷的混合物。 二、气体燃料汽车的类型及特点 气体燃料汽车一般有两种，一种为普通汽车改装的双燃料汽车，另一种是专用气体燃料汽车。其中，双燃料汽车保留汽油、柴油的供油系统，外加一套供气系统，技术较为成熟，如图7-1所示，为新款爱丽舍CNG天然双燃料汽车；专用气体燃料汽车可以充分发挥天然气理化性能特点，价格低，污染少，是最清洁的汽车。 新知学习 02 1.天然气燃料汽车 （1）压缩天然气（CNG）汽车 （2）液化天然气（LNG）汽车 2.液化石油气汽车 以液化石油气为主要燃料的汽车称为液化石油气汽车（LPGV）。液化石油气汽车和天然气汽车结构类似，也是增加了一套燃气供给系统。如图7-2所示，现代伊兰特液化石油气混合动力电动汽车是采用汽油／液化石油气混合的双燃料汽车。 新知学习 02 第二节生物燃料汽车 一、生物燃料汽车概述 生物燃料泛指由生物体组成或转化的固体、液体或气体燃料。汽车生物燃料，最广泛运用是燃料乙醇、生物柴油和燃料甲醇，燃料乙醇可以替代由石油制取的汽油，目前，我国也在大力推广E10乙醇汽油(在普通汽油中添加10%的燃料乙醇)，乙醇汽油相比普通汽油，它能够减少汽车尾气中如一氧化碳、氮氧化物等有害气体的排放。其中乙醇汽车是使用车用乙醇汽油作为主要动力燃料的机动车。乙醇燃料已成为国际上普遍公认可降低环境污染和取代化石燃料的主要资源。 新知学习 02 二、生物燃料汽车的类型及特点 1.甲醇燃料汽车 甲醇燃料汽车就是以甲醇作为主要燃料的汽车，也是能以汽油／甲醇混合燃料作能源驱动的汽车。甲醇作为燃料在汽车上的应用主要有掺烧和纯甲醇替代两种。掺烧是指将甲醇以不同的比例（如M10、M15、M30等）掺入汽油中，作为发动机的燃料，一般称为甲醇汽油，此类汽车如图7-3所示；纯甲醇替代是指将高比例甲醇（如M85、M100）直接用作汽车燃料。 新知学习 02 二、生物燃料汽车的类型及特点 2.乙醇燃料汽车 乙醇燃料汽车是使用乙醇汽油作为主要动力燃料的汽车。车用乙醇汽油是在汽油中加入10%的变性乙醇，可使汽油辛烷值提高3%，氧含量增加3.5%，大大改善了汽油的使用性能，使燃烧更彻底。 乙醇汽车燃料应用的方式有4种： （1）掺烧，指乙醇和汽油掺和使用。目前，掺烧占主要地位。 （2）纯烧，即单独烧乙醇，属于试验阶段。 （3）变性燃料乙醇，指乙醇脱水后，再加变性剂而生成的乙醇，也属于试验阶段。 （4）灵活燃料，指燃料既可使用汽油，也可使用乙醇或甲醇与汽油比例混合的燃料，还可用氢气，并随时可以切换，如福特、丰田均在试验灵活燃料汽车。 新知学习 02 第三节氢燃料汽车 一、氢燃料汽车概述 （1）虽然氢的单位质量低热值高，约是汽油低热值的2.7倍，但氢气与空气的理论混合气标态热值只有3.186MJ/m3，大约低于汽油18%。 （2）氢的燃烧反应按连锁反应机理进行，火焰传播速度快，高达2.91m/s，是汽油的7.72倍，在发动机中燃烧时抗爆性比汽油好，可以采用较高的压缩比，因此热效率比燃烧纯汽油时高。 （3）点火能量较低，最小可以低到0.020MJ，比汽油低得多。所以，汽油掺氢燃烧后，其所需点火能量可以降低。 （4）氢气燃烧的主要产物是水，不产生CO及HC，但产生部分NOx排放物。 二、氢燃料汽车典型车型 1.丰田Mirai 目前丰田Mirai已经出到第二代车型，其基于丰田的TNGA架构生产，行驶的品质非常出色；而且Mirai还是以雷克萨斯的标准选择材料和组装，车内的豪华感相当好。2022北京冬奥会期间，140辆丰田第二代Mirai为贵宾提供服务。该车基于GA-L后驱平台打造，整车质量达1900kg，驱动电机最大功率为134kW，峰值扭矩为300磅·英尺（约为407N·m），车辆最高时速可达175km/h，从静止加速至60英里所需时间为7.4秒，续航里程可达850km（图7-5）。 新知学习 02 新知学习 02 图7-6 宝马7系氢发动机轿车 2.宝马 宝马7系氢发动机轿车，如图7-6所示。该车装备的6.0L 12V发动机，最大输出功率为191kW，相对同款发动机的汽油版本，功率有所调低。这款氢发动机可使用氢／汽油双燃料，使用氢时与采用汽油时的运行模式相同，由活塞压缩，火花塞点火燃烧。车上的燃料罐可容纳约8kg的液态氢，同时保留了容量为74L的普通油箱，还配有一个约8千克的液态氢燃料罐。双模驱动为BMW氢能7系提供了超过700公里的总续航里程(氢动力部分续航超过200KM；汽油动力部分续航500公里)。 新知学习 02 图7-7 宝马i Hydrogen Next 新知学习 02 3.现代NEXO 现代NEXO氢燃料电池车，该车可真正实现零污染排放，该车是现代汽车在途胜ix燃料电池基础上，通过专用平台打造了全新一代NEXO燃料电池汽车。现代NEXO搭载一台120kW的永磁同步电机作为直接动力输出源，官方0-100km/h加速时间为9.2秒，最高时速179km/h，最大功率120kW，最大扭矩可达395N·m。搭载三个储氢罐，总容积156L，标准续航里程800km以上。现代NEXO燃料电池的电堆体积功率密度和丰田、本田的基本持平，不过电机功率燃料电池功率达到135kW（图7-8）。 新知学习 02 图7-8 现代NEXO汽车 新知学习 02 第四节太阳能汽车 一、太阳能汽车概述 1.太阳能汽车的结构 太阳能电动汽车的车体的基本结构主要包括车身外罩、车架、车轮、转向系、制动系统、悬架系统等要素。对于现有的太阳能竞赛汽车，大都是单人驾驶，无论是从外形、内部结构还是总体布局方面，与纯电动汽车相比都有很大不同。 2.太阳能汽车的特有优势 太阳能作为一种能源来自太阳能的真正绿色能源汽车，相对于传统汽车而言有着其特有的使用优势。太阳能电动车以光电代油，可节约有限的石油资源。 3.太阳能电动汽车的充电原理 如图7-9所示，由于太阳能电池板输出的是直流电能，而蓄电源也是直流充电，两者的结合更能提高整个系统的效率。 新知学习 02 图7-9 太阳能电池向蓄电池充电原理 新知学习 02 二、太阳能汽车的类型及特点 1.太阳能汽车的类型 （1）以太阳能电池作为动力源的太阳能汽车 以太阳能电池作为动力源的太阳能汽车与传统汽车不论在外观上还是运行原理上都有很大的不同。 （2）以太阳能电池作为辅助能源的太阳能汽车 传统轿车功率一般在几十千瓦左右，而太阳辐射功率每平方米至多1kW。 如图7-10所示，2020索纳塔混合汽车使用现代的太阳能面板屋顶，其充电的车辆的电池，并防止不必要的电池放电。如果每天充电6小时，太阳能电池板车顶每年可以将索纳塔混合动力车的行驶距离额外延长1,300公里（808英里）。 2.太阳能汽车的特点 （1）汽车能量来自于太阳，物美价廉，取之不尽，用之不竭。 （2）没有任何排放，零污染。 （3）结构简单，没有复杂的内燃机、离合器、变速器、传动轴、散热器、排气管等零部件。 （4）缺点是依赖太阳，续驶里程较短。 新知学习 02 图7-10 索纳塔新能源混合动力车 新知学习 02 三、太阳能汽车基本系统构造与技术 1.太阳能汽车基本系统构造 （1）太阳能电池 太阳能电池是太阳能汽车的核心。太阳能电池是通过光电效应或者光化学效应直接把光能转化成电能的装置，可以分为两大类：一类是通过光电效应，也就是光生伏特效应来产生电能，所以又叫光伏电池，如图7-11所示；另一类是通过光化学效应把光能转化成电能。目前，以光电效应工作的薄膜式太阳能电池如图7-12所示，是太阳能电池的主流，而以光化学效应原理工作的太阳能电池则处于萌芽阶段。 （2）驱动系统 太阳能汽车采用的驱动电机主要有交流异步电机、永磁电机、直流电机等，其驱动系统与纯电动汽车基本相同。 （3）控制器 控制器主要对太阳能电池进行管理和对电机进行控制，其作用与电动汽车控制系统相同。 （4）机械系统 机械系统主要包括车身系统、底盘系统和操纵系统等。 新知学习 02 图7-11 光伏电池 图7-12 薄膜式太阳能电池 新知学习 02 三、太阳能汽车基本系统构造与技术 2.太阳能汽车的关键技术 （1）太阳能采集格板 热塑料制成的太阳能采集格板如图7-13所示，太阳能电池就布置在格板中。 （2）蓄电池 由俄罗斯里姆施塔特高等技术学校研制的太阳能汽车，蓄电池组采用10个串联的12V铅酸蓄电池，容量为40A·h，能量储备为4.8kW·h，质量为12 5kg。 （3）电动机 为了实现所需的牵引功率以及保证太阳能汽车能够在25%的坡道上行驶，要求电动机的最大功率不低于2kW。 （4）车身轻量化 太阳能汽车车身材料的选择原则是轻量并能吸收碰撞能量。 新知学习 02 图7-13 太阳能采集格板 新知学习 02 重点：气体燃料汽车的概念及其类型 难点：生物燃料汽车的类型及特点 新知学习 02 小试牛刀 03 1.气体燃料汽车主要使用的燃料是（ ） A. 汽油 B.柴油 C.天然气或液化石油气 D.乙醇 答案：C.天然气或液化石油气 2.以下哪种类型不属于气体燃料汽车（ ） 。 A. CNG（压缩天然气）汽车 B.LPG（液化石油气）汽车 C.乙醇汽车 D.氢燃料汽车 答案：C.乙醇汽车 3.生物燃料汽车使用的燃料是（ ） A.从化石燃料提炼的燃料 B.从生物质中提取的燃料 C.太阳能 D.电池储存的电能 答案：B.从生物质中提取的燃料 4.以下哪种是生物燃料汽车的常见燃料类型（ ） 。 A. 乙醇 B.甲醇 C.生物柴油 D.以上皆是 答案：D.以上皆是 小试牛刀 03 5.氢燃料汽车的主要特点是（ ） A.依赖电池储存电能 B. 零排放且高效 C.只能在城市中行驶 D.成本过高，无法普及 答案：B. 零排放且高效 6.氢燃料汽车的燃料电池类型通常是（ ） 。 A.磷酸燃料电池（PAFC） B.固体氧化物燃料电池（SOFC） C.聚合物电解质膜燃料电池（PEMFC） D.碱性燃料电池（AFC 答案：C.聚合物电解质膜燃料电池（PEMFC） 小试牛刀 03 7.太阳能汽车的主要能源来源是（ ） A. 化石燃料 B.太阳能电池板 C.电池储存电能 D.风能 答案： B.太阳能电池板 8.太阳能汽车的基本系统构造通常包括（ ） 。 A.太阳能电池板、储能系统和电动机 B.内燃机和变速器 C.传统电池和发电机 D.燃料电池和氢罐 答案：A.太阳能电池板、储能系统和电动机 小试牛刀 03 9.生物柴油的特点是（ ） A. 只能从动物脂肪中提取 B.可以与传统柴油混合使用 C.仅能用于小型设备 D.无法再生 答案： B.可以与传统柴油混合使用 10.气体燃料汽车的优点包括（ ） 。 A.成本低，维护简单 B.燃烧效率高、排放较低 C.能源供应不稳定 D.只能在特定地区使用 答案：B.燃烧效率高、排放较低 小试牛刀 03 11.氢燃料汽车的加氢站通常需要具备的特点是（ ） A. 传统加油站的标准 B.高压氢气储存和输送系统 C.只需电源即可 D.无需任何安全措施 答案： B.高压氢气储存和输送系统 12.太阳能汽车的缺点主要包括（ ） 。 A.可以随时行驶 B.受天气影响较大 C.成本低 D. 结构简单 答案：B.受天气影响较大 小试牛刀 03 13.生物燃料的优点包括（ ） A. 完全依赖化石燃料 B.可再生且对环境友好 C. 生产过程复杂、成本高 D.能源密度低 答案： B.可再生且对环境友好 14.氢燃料汽车的零排放特性是指（ ） 。 A.仅排放水蒸气 B.不产生任何废物 C.只使用可再生能源 D.不使用任何燃料 答案：A.仅排放水蒸气 小试牛刀 03 课堂小结 04 1.根据汽车使用可燃气体的形态不同，气体燃料可分为三种：压缩天然气,液化天然气；液化石油气。 2.熟悉气体燃料汽车一般有两种，一种为普通汽车改装的双燃料汽车，另一种是专用气体燃料汽车。 作业布置 05 (1)简述气体燃料汽车的类型。 (2)简述生物燃料汽车的类型。 感谢观看 $$