新能源技术发展报告

时间:2024.4.20

“当今世界。经济即国力,能源是基础。(可以描述的再详细一点)”能源战略不仅关系国家未来,而且是国家经济社会发展战略的重中之重。在全球实体经济遭到金融危机的冲击的下,新能源开发和利用已被提到具战略性的地位,各国相继加大了投入资金用于研发新能源,并把其作为应对经济危机的有效手段。随着各国对新能源商业化及产业联动意识的增强,合理规划和发展新能源的重要性及迫切性的优势将更加凸显。

中国经济的持续快速增长,对能源的需求量越来越大(运用点数据)。常规油气已不能满足国民经济发展的需要,而据()报导,自20xx年以来,中国油气资源对外需求增长速度已经超过预期的50%,油气能源面临紧张的趋势将加速扩大,大力发展新能源已成为中国迫在眉睫要解决的重大问题。处理这一难题需要确立新的增长方式和主导产业,(缺少主语)大力开发新能源就成为我国能源战略和经济发展的必然选择。以新能源为核心的新产业既是传统工业化范式的延伸和传承,又是对旧范式的超越。中国新能源资源十分丰富,发展新能源对国家能源安全、环境改善、煤炭安全生产、三农问题等均具有重要的战略意义。

新能源的开发利用必将对未来生活方式产生重大影响,因此须注重新能源规划和发展的全局性和层次性:

(一)处理好新能源和传统能源的交替关系。能源危机促使各国意识到了必须减少对化石燃料的依赖程度,新能源的发展并不意味着对传统能源的完全否定。新旧能源交替的力度、速度必须结合我国现阶段和未来的经济实力、技术水平、环境要求、资源状况、能源安全及成本优势等因素综合进行权衡。不能一味追求系能源发展速度而忽视对旧能源利用的作用。

(二)协调新能源与相关领域产业的发展。通过新能源的发展,引导电力、IT、建筑、汽车、新材料、通信等行业等进行相应的改革和创新,并带动一系列新兴产业和现代生产方式。

(三)提高新能源核心技术水平,促使新能源成本不断降低

(四)不能仅把新能源当作刺激经济的手段,此举不利于新能源经济的健康发展


第二篇:20xx新能源汽车年度发展报告(技术篇)


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    2007 新能源汽车年度发展报告 (技术篇)

    目

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    1. 燃气汽车 ……3 1.1 国际燃气汽车相关技术……3 1.2 国内燃气汽车技术发展……4 2. 生物燃料汽车……13 2.1 国际技术发展……13 2.2 国内技术发展……14 3. 纯电动汽车……15 3.1 国际技术发展……15 3.2 国内技术发展……17 4. 混合动力汽车……19 4.1 国际技术发展……19 4.2 国内技术发展……23 5. 燃料电池汽车……26 5.1 国际技术发展……26 5.2 国内技术发展……28 6. 甲醇汽车及二甲醚汽车……30

    1. 燃气汽车

    1.1 国际燃气汽车相关技术

    1.1.1 关键零部件及整车 IVECO STRALIS 天然气重型卡车 依维柯汽车公司(IVECO)在法国里昂国际环保工业技术设备展览上推出了一款拥有新 型天然气发动机的 IVECO STRALIS 重型卡车。 该车配有液压变柜器的六速 Allison3200 自动变速箱, 重量覆盖了从 18 吨到 26 吨的各 种样式。 而且拥有 4x2 两轮轴和 6x2x4 三轮轴两种配置可供选择, 同时其三轮轴还配有空气 悬架式拖曳转向轴装置。 该车采用了本公司出品的 Cursor 8 型 7.8 升排量天然气发动机。Cursor 8 天然气发动 机不仅符合环境友好汽车(Environmentally Enhanced Vehicle)的排放标准且其污染物排放 量更低,比如在欧洲联盟汽车标准——European standard 2005/55/EC 规定的技术条件下, E.E.V 规定的 NOx 排放标准为 2 g/kWh,而该发动机的实际 NOx 排放量为 0.53g/kWh 。 Cursor 8 天然气奥托循环发动机有 6 缸 24 阀、顶置凸轮轴、12 个燃料喷嘴的多点电喷 和一套高效内燃系统。该发动机在 2000r/min 情况下的最大功率为 200 kW,在 1100 至 1700r/min 范围内最大扭矩达 1100Nm。同时,Cursor8 还在排放系统中拥有一个 lambda 探 针,作为闭环内燃机控制系统的一部分。这使该高效内燃系统不受天然气成分影响,依维柯 汽车公司(IVECO)甚至宣布该套系统将成为可再生燃料发动机如生物燃料、生物甲醇或生 物天然气的最佳选择。 IVECO STRALIS 天然气重型卡车还配备有一个由铂和钯两种重金属制成的三元催化剂, 这使 STRALIS 卡车进一步减少了的一氧化碳、 烃和氮化物的排放浓度, 比普通天然气卡车更 加清洁。 纳米孔天然气储存装置 美国密苏里大学和中西部研究所的工程专家介绍, 他们以玉米棒芯为初始原料, 制成一 种“碳砖”,其内部布满复杂的形状不规则的纳米孔,存储天然气的密度创下新高,可轻松 把相当于纳米孔自身总体积 180 倍的天然气储存在内, 而内部存储压力却只有普通天然气存 储罐的七分之一。 研发人员已开发出一个试验装置, 并安装到一辆福特 F-150 皮卡车上试用, 测试结果显 示:每加仑汽油当量可行驶 15 公里。如使用液化天然气,估计每加仑液化天然气该车可行 驶 15 至 17 公里。 研发小组人员还表示将在此基础上设计出紧凑型的汽车天然气储箱, 它将 与目前的油箱一样简洁实用。 通常的汽车天然气储存装置需要将天然气高压压缩到一个大储罐中, 这样才能存入足够 多的天然气以保证连续行驶。 现在, 碳砖装置内部的纳米孔网络在较低压力下就能存储多得 多的天然气,实用性大大增强。研发人员介绍说,较低的压力使得天然气储存装置的外形设 计余地更大,可以设计成薄壁、直角的轻巧型气罐,附置于车底部,不占车内空间。

    1.1.2 燃料生产技术 生物丙烷研究获得突破 美国麻省理工学院的研究小组开发出一种有效利用玉米和甘蔗制造丙烷的工艺, 并已着 手商业化研究。 研究人员指出, 当大多数从事生物燃料的科研人员将注意力集中于乙醇燃料时, 他们则 着手研究清洁的可再生丙烷。 因为生物手段制备丙烷燃料有两大优点: 一是丙烷比乙醇的能 量密度高,虽然它常以气态形式被使用,但同时也是一种燃烧更完全的液体燃料;二是制备 过程具有良好的能量平衡,不需要燃烧太多的石油能源,关键热量来自热交换器,通过液体 循环进行热量交换。 研究小组在制备生物丙烷过程中, 主要利用了超临界水———一种处于高温和高压状态 的水,使得生物物料转化成丙烷的反应更容易进行,整个反应过程不需要催化剂。水在超临 界温度和压力下,会变成一种无极性溶

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剂,可与有机化合物混合。一旦反应开始,在高压状 态下始终保持溶液状态,当冷却至室温时,丙烷会从溶液中分离出来,漂浮在上面。生物丙 烷工艺中的初始化合物是一种糖发酵的产物,这种糖来源于玉米和甘蔗。目前,小组还在尝 试对反应进行优化,以提高反应效率。 有关专家认为, 这项研究成果再次证明, 超临界溶液是制造生物能源的一种非常经济和 有前途的方式, 可在很短的时间和非常小的反应器中制备燃料。 美国其他实验室也在研究用 高温、 高压的液体产生生物能源的工艺。 太平洋西北国家实验室正利用接近超临界条件并结 合催化剂的工艺,处理废水和未加工生物物料。在这种条件下,有机物能产生混合的甲烷和 二氧化碳气体,目前该研究仍处于实验室阶段。 目前,丙烷通常从石油中获得,在美国,它主要被用于住宅供暖、一些工业过程及有限 范围的液体运输用燃料,麻省理工学院的研究成果无疑将扩大丙烷的来源以及用途。据悉, 小组已成立名为 C3 生物能源公司,准备对此进行工业化开发。

    1.2 国内燃气汽车技术发展 为了缓解机动车污染的压力,同时为了进一步提升我国清洁汽车技术水平,形成自主 创新的能力,拓展清洁汽车的应用规模,科技部、全国清洁汽车行动协调领导小组于 2005 年初启动了“十五”清洁汽车产业化关键技术研究与示范项目。项目自启动以来,在燃气汽 车技术开发方面, 成功开发出 4 个系列排放满足国 III 标准的单一燃料电控燃气发动机, 并 实现与 10 余种车型配套,具备了批量生产能力。开发出的燃气发动机与国外同类产品相比 具有明显的价格优势。当前,我国燃气汽车技术开发工作不断深入,形成了一定自主研发能 力。这主要体现在: (1)设计开发流程日益规范,技术研究不断深入。燃气发动机开发由原来的简单燃料替换 向正向开发技术转换,综合考虑了发动机的可靠性技术和燃烧技术,使燃气发动机完 全满足气体燃料燃烧特性的要求。 (2)掌握一批关键技术,燃气发动机技术水平全面提升。重型发动机突破了增压中冷、稀 薄燃烧技术,掌握了国 III 发动机匹配标定技术和主观评价技术;开展了整车和发动

    机极限运行工况下的匹配标定和评价技术研究,燃气汽车使用性能得到了明显提高; 掌握了发动机分区稀薄燃烧和宽域氧传感器修正及补偿技术,在重型燃气发动机上得 到了批量应用;解决了气门磨损、发动机润滑和热负荷优化等技术,燃气发动机可靠 性水平达到了燃油发动机的水平;燃气发动机排放和燃料经济性超过同类燃油发动机 的水平。 (3)掌握了 LNG 气瓶的开发、生产制造技术,LNG 气瓶的泄露率接近国际先进水平。 (4) 掌握了燃气汽车用喷嘴、高精度减压器的产品技术。 (5)掌握了燃气发动机 ECU 正向开发技术, 形成了具有自主知识产权的 ECU 控制软件和 障诊断工具及标定工具。 (6)燃气发动机开发能力初步形成。已经开始承担国外委托的技术产品开发任务。 故

    1.2.1 燃气汽车发动机及关键零部件攻关及产业化 天然气发动机电控系统研发平台建设 国家燃气汽车技术工程中心研究建立了天然气发动机电控系统开发和匹配标定专用试 验台,配备了专用试验设备和基于 NI-PXI 板卡组件的硬件在环仿真测试系统。

    图 1 天然气发动机电控系统研发平台架构 搭建了燃气发动机电控单元的开发系统,制定了《天然气发动机电控系统标定规程》 , 成功开发出四款 ECU。开发了主从、独立、共享型三种 ECU 控制软件。解决了宽域氧感器控 制单元与 ECU 的集成。    图2

    ECU 设计开发流程

    图3

    开发的四款 ECU 产品

    电控系统应用于大柴、重汽、长安、福田等公司的产品,开发的庆铃 6H 单一燃料发动 机达到国Ⅲ排放标准。国家燃气汽车工程技术研究中心通过天然气发动机电控系统开发平 台建设,基本掌握了燃气发动机电控系统开发的共性技术,具备了进行国 III 燃气发动机 的开发验证和匹配标定能力。 表8 成果应用情况

    解放CA6102N2闭环控制连续喷射单一燃料CNG发动机 解放CA4102N2闭环控制连续喷射单一燃料CNG发动机 一汽大柴6110闭环控制连续喷射单一燃料CNG发动机 斯太尔WT61500CNG顺序点火连续喷射CNG发动机 锡联6110闭环控制连续喷射单一燃料CNG发动

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机 6HK重型增压稀燃天然气发动机 起亚Pride汽油/CNG两用燃料车 万丰491汽油/LPG两用燃料发动机 长安铃木羚羊汽油/CNG两用燃料车

    CNG 汽车用金属内胆复合材料气瓶研究开发及产业化 北京玻钢院复合材料有限公司解决了金属内胆旋压收口成型、复合材料缠绕成型等技 术难题,研制出了 CNG 碳纤维缠绕 65L、110L、130L、230L 四种规格的复合材料气瓶,通 过了气瓶产品型式试验,取得了国家气瓶生产许可。目前,已建成年产 7 万只复合材料气 瓶的生产能力,在苏州、杭州、上海、重庆、成都建立销售网点 10 个,并积极开拓美国、 欧洲、加拿大等海外市场。 表9 复合材料气瓶与金属气瓶的设计结果对比

    钢质气瓶 65L 80kg 990×?325mm 8.5mm 复合气瓶 65L 46.5kg 990×?325mm 钢胆4.8mm,复材 2.5mm

    指标 1 2 3 4 容积 重量 尺寸 壁厚

    燃气汽车电喷发动机高精度喷嘴研究开发及产业化 重庆鼎辉汽车燃气系统有限公司开发出适用于轿车和轻型商用车的燃气喷嘴。建立了 性能、密封性、耐久性、环境试验装备。产品通过了法定机构的检测。在漠河和加格达奇 进行两次低温试验。制定了喷嘴的地方标准。产品已经装车考核 3 万多公里。制定了生产 工艺文件,建立了中试生产线。

    开发的喷嘴采用先导阀结构,产品具有体积小、流量大、精度高、频响快、耗电少、 耐污染强等优点。燃气可以对线圈进行冷却,同时导磁动芯与定芯的间隙小,降低了开启 时间和开启电压,提高了喷嘴的使用寿命。 喷嘴产品主要技术参数如下: 最大输出压力:0.2MPa±5% 脉宽:3.0 ± 0.5ms 响应时间:≤3ms 工作温度:-40℃~120℃ 8 工作寿命:4×10 次 图4 开发的喷嘴产品

    贵州红林机械有限公司研制开发出 SP010A 高精度喷嘴,经过多次结构改进,历经大量 的考核试验和技术攻关,其工作性能及寿命指标达到设计要求,产品已与东风 EQD 210N-30 电控喷射 CNG 发动机匹配,并实现小批量装车应用,先后投放重庆宇通公交车、北京清洁 车、内蒙运煤货车等市场,市场反映良好,已具备批量生产能力。截止 06 年底,SP010A 高 精度喷嘴累计销售 6000 余台。 SP010A 高精度喷嘴的主要技术指标: 喷射阀工作额定电压:12VDC 或 24VDC。 喷射阀进口压力:0.7MPa 喷射阀静态流量:≤500SLPm 喷射阀内泄漏量:≤20ml/min(在 0.7MPa 压力下) 喷射阀的开放时间:≤5ms 流量一致性:±3%(频率为 20Hz,占空比为 40%) 喷射阀的寿命:1×10 次 SP010A 高精度喷嘴采用小惯量衔铁及低阻抗线圈,提高了喷嘴的响应速度。喷嘴的计 量界面采用特殊设计及在线流量微调技术,提高了喷嘴的流量一致性。阀座采用金属密封 技术及运动件采用润滑支撑技术,提高了阀的使用寿命。 燃气汽车电喷发动机减压器的研究开发及产业化 重庆鼎辉汽车燃气系统有限公司开发出了≤120kW 级电喷减压器。建立了生产线,形成 班产 100 台能力。制定了生产工艺文件。产品通过了国家检测机构的检测。在漠河和加格 达奇进行两次低温试验。制定了企业标准。已经装车考核 16 万多公里,实现了 500 多套的 销售。开发的减压器主要技术指标: 输入压力:0~20MPa 输出压力精度:±5% 工作温度范围:-40℃~80℃

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    耐久性:达到 50000 次 图 5 开发的电控减压器

    重庆鼎辉汽车燃气系统有限公司解决了减压器低温泄漏和橡胶膜片、弹簧的可靠性问 题,开发的减压器采用一级间接作用式和二级直接作用式的结构型式,适应性调节方便。 一级和二级减压腔室采用互相嵌入式结构,体积小,重量轻。采用波纹橡胶膜片,提高了 阀的灵敏度,减小了滞后作用。采用循环水道和电磁阀综合加热,热效率较高。 LNG 汽车超低温气瓶研究开发及产业化。 研究编制了四川空分企业标准 Q/HK 718《车用 LNG 焊接绝热气瓶》 ,形成了《汽车用液 化天然气气瓶》国家标准的报批稿。 四川空分设备(集团)有限责任公司试制出 62 升、100 升、375 升、240 升各 6 台(总 计 24 台)样品,并按企业标准 Q/HK718 的要求进行型式试验,各项检验、试验结果满足了 标准的要求。 表 10

    序号 样机规格 试验内容 真空夹层真空度 1 62L 真空夹层漏率 真空夹层漏放气率 日蒸发率 真空夹层真空度 2 100L 真空夹层漏率 真空夹层漏放气率 日蒸发率 真空夹层真空度 真空夹层漏率 3 240L 真空夹层漏放气率 日蒸发率 真空夹层真空

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度 4 375l 真空夹层漏率 真空夹层漏放气率 日蒸发率

    LNG 气瓶样品测试结果

    单位 ×10-2Pa ×10-8Pa.m3/s ×10-7Pa.m3/s %/d ×10-2Pa ×10-8Pa.m3/s ×10-7Pa.m3/s %/d ×10-2Pa ×10-8Pa.m3/s ×10-7Pa.m3/s %/d ×10-2Pa ×10-8Pa.m3/s ×10-7Pa.m3/s %/d 测试结果 1.0 0.189 0.473 3.02 1.4 0.22 0.61 2.07 2.0 0.025 0.65 1.71 0.75 0.132 0.347 0.99 标准要求 2 1 1 3.06 2 6 6 2.8 2 6 6 1.84 2 6 6 1.63

    图 6 开发的车用 LNG 气瓶

    图 7 火烧试验现场

    完成了车用LNG低温气瓶的产业化建设。已建成约 5000m 车间一座,新建生产线一条, 现已达到年产气瓶 2000 台的能力,中等规格的LNG车用气瓶已开始小批量试生产。

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    1.2.2 电控单一燃料大型公交车(载重车)用 CNG 和 LPG 发动机关键技术攻关与产业化 上海柴油机股份有限公司 该公司以上柴 D6114 柴油机为原型机 (该发动机具有很高的市场占有率) 在原欧ⅡCNG , 发动机的技术基础上,开发出用于城市公交的新型增压中冷、稀燃、高能电子点火和电控 喷射单燃料国Ⅲ排放 CNG 发动机,动力性基本和同排量柴油机相当,并完成该产品的产业 化准备工作,达到了年产 1000 台的生产能力。 表 11 序 号 1 2 3 4 5 6 7 9 10 11 12 13 15 16 17 18 废气 排放 标 定 工 况 最 大 扭 矩 性能指标 功率 转速 气耗率 排气温度 最大扭矩 转速 气耗率 排气温度 最高热效率 800r/min 扭矩 整机噪声 Lw(A) 最高排温 CO NMHC NOx CH4 设计技术指标和样机参数 样机实测 单位 KW r/min g/kW.h ℃ N.m r/min g/kW.h ℃ % N.m dB(A) ℃ g/kW.h g/kW.h g/kW.h g/kW.h 设计指标 SC8DT250Q3 170 2200 ≤225 <750 820 ≤1400 ≤210 <750 >34 ≥525 ≤117 <750 5.45 0.78 5.0 1.6 187.5 2200 216.6 712 938 1400 199.4 642 36.3 659 113 712 0.337 0.0873 4.595 0.787 SC8DT230Q3 172 2200 216.3 710 826 1400 199.6 639 36.2 654 113 710 0.038 0.0438 2.328 1.275

    SC8DT250Q3 和 SC8DT230Q3CNG 发动机在国家轿车质量监督检验中心完成国Ⅲ排放 认证,排放性达到国Ⅲ排放标准,并且接近国Ⅳ排放标准,具体试验数据见表 。    表 12 项目内容 排放 (g/kw.h) NOX CH4 CO NMHC THC 排放结论

    上柴公司 CNG 发动机国 III 排放试验数据

    SC8DT250Q3

    SC8DT230Q3

    国 III 限值

    国Ⅳ限值

    4.595 0.787 0.337 0.0873 0.856 OK

    2.328 1.275 0.038 0.0438 1.284 OK

    5.0 1.6 5.45 0.78

    3.5 1.1 4.0 0.55

    在性能认证方面, 在国家轿车质量监督检验中心完成 SC8DT250Q3 天然气发动机定型试 验报告,主要有启动性能、负荷特性、标定功率速度特性、万有特性、调速特性、怠速特 性、24 小时工作稳定性、机油燃气消耗比测定、活塞漏气的测定、机械效率测定和噪声测 定试验。试验和测试结果都满足国家质量指标。 SC8DT250Q3 天然气发动机配试于北汽福田欧 V BJ6112C7MB 客车,完成了 25000 公里道 路可靠性试验,试验结果的动力性、经济性、可靠性、噪声和制动性符合国家相关标准, 已得到国内外同行的广泛认可。截止 06 年底,共有 68 辆配上柴 T6114ZLQ3BCNG 发动机的 公交客车在银川公交投入运营,燃料费用较同等功率柴油机节省 40%以上。配备上柴 T6114ZLQ3B 天然气发动机的重卡已批量用于陕西、山西、海南、沈阳等各大气田。 中国第一汽车集团公司技术中心 一汽以 CA6DE2-21 型发动机为基础,完成了发动机结构设计、发动机稀薄燃烧规律研 究、发动机排放控制技术研究、发动机燃烧模拟研究,进行了电控系统开发及标定、发动 机可靠性开发和整车标定,开发出满足国

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Ⅲ排放法规的 CA6SE1 系列电控喷射单燃料天然气 发动机,并与五种公交车和两种运煤卡车进行了整车匹配,已具备批量生产能力。 CA6SE1-21E3N 发动机的外特性功率和天然气消耗率,达到并超过了发动机额定功率 155kW,额定转速 2300r/min,最大扭矩 700N.m/1400r/min 的开发目标。CA6SE1-21E3N 发动 机排放达到国 III 排放标准。

    180 160 140 功率 /kW 120 100 80 60 40 20 0 500 1000 1500 转速/r/min 2000 200 2500 250 300 功率 比气 耗/g/kW.h 350 比气耗 400

    6 欧Ⅲ(ESC)限值 气体排放 物/g/kW.h 5 4 3 2 1 0 1 NOx 2 CO 3 NMHC 试验结果

    图8

    发动机的外特性曲线

    图9

    发动机的排放测试结果

    东风朝阳柴油机有限责任公司 东风朝阳柴油机有限责任公司以 CY6102BZ 柴油机为基础,采用了多点顺序喷射、理论 空燃比与稀薄燃烧相结合、智能控制的技术方案,成功开发出了排放满足国Ⅲ标准且具有 较高燃烧效率的 CY6102LPG 发动机。    图 10 该发动机的主要技术参数如下: 型号:CY6102-P3A

    朝柴 CY6102LPG 发动机

    形式:立式直列水冷四冲程增压中冷 气缸数-缸径×行程:6-102×118mm 排量:5.785L 额定功率:125kW 额定转速:2400r/min, 最大扭矩:560N.m, 最大扭矩转速:1400-1600r/min, 燃料供给方式:电控多点顺序喷射 排 放 标 准:国Ⅲ 表 13 CY6102LPG 发动机国 III 排放实验结果

    根据 LPG 发动机的控制需要,开发出了电控单元(ECU) ,如图所示。通过电控单元 和相应的执行机构,可以实现工况判断(启动、怠速、加速、减速、超速工况) 、工作模式 选择(稀燃、当量比控制燃烧) 、MAP 修正(LPG 喷射量、点火定时) 、故障诊断等功能。

    图 11 开发的 CY6102LPG 发动机电控单元

    1.2.3

    燃气汽车标准及检测技术

    通过清洁汽车产业化关键技术研究与示范项目中有关燃气汽车标准和检测技术的课题 研究, 我国在汽车用压缩天然气复合材料气瓶标准、 国产高烯烃液化石油气作为车用燃料的 适用性、以及车用燃气消耗量试验和测量方法及设备研制方面均取得了成果。 汽车用压缩天然气复合材料气瓶标准的研究 相关课题单位系统研究了 ISO11439、ISO19078、美国 NGV2 等相关国际现行标准,调 研掌握了我国车用气瓶制造、使用与检验情况,开展了气瓶材料、规格、技术参数、充装 频率、天然气气质对气瓶影响、安全泄放装置的结构和参数,以及气瓶定期检验周期、检 验方法等的研究,并对多种国内车用气瓶产品进行了型式试验验证;在广泛征求意见的基 础上,提出了适用于钢质内胆的《汽车用压缩天然气钢质内胆环向缠绕复合气瓶》 (报批稿) 和《汽车用压缩天然气复合气瓶定期检验与评定》 (报批稿) 。研究成果对我国汽车用压缩 天然气复合气瓶的发展具有积极地推动作用。 国产高烯烃液化石油气作为车用燃料试验研究 课题承担单位进行了各种烯烃成份及含量对汽车动力性、经济性、排放性能、可靠性 和燃烧特性的影响的研究。得出了国产高烯烃液化石油气在经过净化处理后,其烯烃、丙 烷等组分(丁二烯除外) ,可以满足车用燃气要求的重要结论。 燃气燃料消耗量试验方法的研究和测试设备的研制 课题承担单位分析了车用燃气流量测量系统的影响因素并提出了技术对策;研究提出了 燃气汽车燃料消耗量的试验方法,规定进行的试验项目包括:模拟城市及市郊工况循环燃料 消耗量试验、90 km/h 等速行驶燃料消耗量试验、120 km/h 等速行驶燃料消耗量试验。 开发出了燃气汽车燃料消耗量的试验测量系统,并在奇瑞汽车公司和东南汽车公司的 LPG 和 CNG 汽车上进行了实际车辆的燃气汽车燃料消耗量的试验验证。 该系统由测量设备、 通讯网络和计算机组成,通过计算机进行网络通讯控制、试验参数的数据采集、试验过程的 数据显示、绘制曲线,数据记录和文件存储,能够实现燃气汽车燃料消耗量的自动测量。 除国家项目对燃气汽车检测技术的推动外, 地方燃气汽车相关管理部门也开展

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了先进技 术的推广应用,如以下实例。 南充质监局应用无线射频技术检测天然气气瓶

    为确保 CNG 气瓶的安全使用,加强监管的有效性,四川省南充市质量技监局在对 CNG 气瓶的生产及使用各个环节进行长期研究调查的基础上,采用新科技 RFID(无线射频识别) 技术,研制开发了一套确保 CNG 气瓶安全使用的技术,即“CNG 气瓶电子标签动态监管集成 系统”。 南充市质量技监局的“CNG 气瓶电子标签”是在每一只 CNG 气瓶上安装一枚电子标签, 标签内包含有该气瓶的生产厂家、 出厂日期、 投入使用时间、 是否定期检验、 是否注册登记、 规定使用年限、允许充装次数、使用单位名称以及车牌号、车型等相关信息。当气瓶充装 CNG 时,充装站操作人员通过身份识别器对电子标签进行扫描,读取标签内的气瓶信息并传 送至加气机内智能控制器, 智能控制器依据信息判定气瓶是否合格, 从而决定是否开启电磁 阀为气瓶加气,避免了许多人为因素的干扰,确保不合格气瓶由于无法加气而被淘汰,有效 控制不合格气瓶流转。 在完成以上过程的同时, 电子标签的识别信息和智能控制器的判定结果以及 CNG 充装站 的充装记录都将通过通讯网络被同步传送到监管部门的数据中心。 数据中心的所有信息可在 全省乃至全国范围内联网, 有效实现监管部门对 CNG 气瓶的动态监管。 数据中心的信息可由 监管部门根据 CNG 气瓶信息变更而进行适时更新, CNG 充装站内智能控制器的气瓶信息也 各 将随之同步自动更新。    2. 生物燃料汽车

    2.1 国际技术发展

    2.1.1

    乙醇生产新技术

    - 气化技术 气化技术成为美国乙醇燃料生产的关键工艺, 气化技术工艺主要是通过气化炉将植物原 料与催化剂进行反应转化成合成气来实现。 这种合成气主要含有一氧化物和氢气, 进一步处 理后可被转化为包括乙醇、氢气在内的各种燃料。 - 提高乙醇生产效率新技术 日本著名机械公司荏原制作所大举进军汽车用生物乙醇燃料领域, 研发生物乙醇提炼新 技术,计划将目前的生产效率提高 10-20 倍。荏原新技术的核心是将用于催化糖和淀粉发酵 的细菌使用量提高到原来的百倍,同时保持其持续活动状态,从而大幅提高生产效率,使原 来 2-3 天的发酵流程缩减到 4-5 个小时。此外,新技术的主原料不仅限于甘蔗、玉米,还可 利用木屑、厨房垃圾等。 - 纤维素乙醇生产技术 巴西找到了一个纤维素乙醇产业化的方法, 该技术是基于两种处理步骤的结合, 将木质 纤维素含量丰富的甘蔗渣转化成乙醇:(1)用有机溶剂对生物质进行预处理 (2)稀盐酸水解。 创新点是利用稀释酸处理,使得反应更快,效率更高,水解产物更容易发酵、蒸馏成酒精。 因为这一过程的速度,该专有技术被称为'Dedini 快速水解’(DHR) 。

    - 海藻生产乙醇技术 东京水产振兴会透露,他们正设想利用海藻大量生产生物乙醇,日本每年可以养殖 1.5 亿吨海藻,生产出 400 万吨生物乙醇,其原料价格要比田间作物便宜,而且没有多少要新开 发的技术。 - 一氧化碳废气制取乙醇 新西兰 LanzaTech 公司发明了通过细菌发酵将一氧化碳转化为乙醇的新技术。 这项技术 仅利用炼钢厂产生的废气就可以生产 500 亿加仑的乙醇, 也可以利用纤维素原料制取生物燃 料,同样地,还可以将合成气(包括氢、一氧化碳、二氧化碳)转化成乙醇。 - 预热植物细胞增加乙醇产量 美国普渡大学发现通过预热植物细胞可以增加乙醇产量。 他们阐述, 预先用热水处理谷 物植株组织, 能够通过暴露植物细胞壁的微孔来增加反应的接触表面积, 从而有助于细胞壁 的降解。这种预处理扩展了玉米秆细胞中的反应面积。在接下来的处理步骤中,这些张大的 孔更容易被将纤维素转化成葡萄糖的酶攻击,产生的葡萄糖被发酵成乙醇。 - 废旧木材生产乙醇 日本大阪市建成了世界首家利用废旧木材生产燃料用乙醇的工厂。 此工厂生产乙醇的过 程为:先由拆除的旧房屋回收废旧木材(每年约 3 万 t),然后对废旧木材进行削片、溶解、 发酵、浓缩、蒸馏等一系列加工处理,即可得到用作汽油添加剂的工业乙醇。 2.1.2 生物柴油生产新技术 - 超声波加工生产生物柴油 美国密西西比州立大学的研究人员发现采用超声波加工生产生物柴油, 可在 5 分钟以内 使生物柴油产油率超过 99%,而采用常规的批量反应器系统需 1 个小时以上。采用超声波 加工也有助于使采用常规搅拌所需的 5 ̄10hr 的分离时间缩短到小于 15 分钟。 由于存在气穴 而使化学活性

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提高,因此,采用超声波加工还有助于使所需的催化剂用量减少 50%-60%。 还有一个巨大的效益是可提高副产甘油的纯度。 据估算, 在商业规模生物柴油加工中应用超 声波处理的成本在 0.002-0.015 欧元/L。 2.2 国内技术发展

    2.2.1 乙醇生产技术 - 甜高粱秸杆生产乙醇获成功 由清华大学、 中国粮油集团公司、 内蒙古巴彦淖尔市五原县政府共同完成的甜高粱秸秆 生产乙醇中试项目结果显示:发酵时间为 44 小时,比目前国内最快的工艺缩短了 28 小时; 精醇转化率达 94.4%,比目标值高出 44 个百分点;乙醇收率达理论值的 87%以上,比目 标值高出 7 个百分点。 - 麻类纤维生产乙醇新工艺

    中国农业科学院麻类研究所和陕西师范大学等单位合作研制出通过将麻类等纤维质预 处理、 糖化液酵解生成燃料乙醇。 这项以木质素含量低的苎麻作为酶降解生产燃料乙醇的原 料,将超临界 CO2 酶法脱胶、微生物发酵技术和酶工程有机结合起来,形成了苎麻生产燃 料乙醇的新技术与新工艺。

    2.2.2 生物柴油生产技术 - 酶法生物柴油生产技术 拥有我国自主知识产权的国内首家酶法年产 10 万吨生物柴油产业化项目日前在秦皇岛 市经济技术开发区启动, 该项目由秦皇岛领先科技发展有限公司与我国科学家合作研发。酶 法较之化学法生产生物柴油有诸多优势,一是产品成本显著降低,二是污染少,三是酶法生 产的原料来源广泛。据介绍,酶法年产 10 万吨生物柴油产业化项目中自主开发了固定化脂 肪酶生产技术,该固定化脂肪酶生产工艺操作简便,原料广泛,生产成本仅为进口固定化脂 肪酶的 2.5%。

    3. 纯电动汽车

    3.1 国际技术发展

    3.1.1 三菱第二代电动汽车“i MiEV” 三菱汽车在第 40 届东京车展展出了将于 2007 年度内开始实施实证行驶试验的电动汽车 “i MiEV” (图 12) 。改进了此前进行先行试验的车辆,更接近实用水平。

    图 12

    行驶试验用车辆

    与原来的车辆相比, 除提高了马达及逆变器的静音性外, 还保持了原有的马达最大输出 功率和最大扭矩,同时马达减轻了 10%、将逆变器减小了 30%。马达和逆变器由明电舍制

    造(图 13) 。马达的最大输出功率为 47kW,最大扭矩为 180N.m。

    图 13

    明电舍制造的马达

    图 14

    明电舍制造的逆变器

    作为电源的 Li 锂离子充电电池采用 GS 汤浅制造的电池单元(图 15) 。电池单元的电流 容量为 50Ah,电压为 14.8V。整个车辆以 4 个单元构成 1 个模块、在地板下面配备了 22 个 模块(图 16) 。电力容量为 16kWh,一次充电可行驶约 160km。

    图 15

    GS 汤浅制造的电池单元

    图 16

    车辆地板下

    利用家用电源充满电时,200V 约需 7 个小时,100V 约需 14 个小时。车辆上配备的充电 器和 DC-DC 转换器由 NICHICON 制造(图 17) 。

    图 17 充电器和 DC-DC 转换器,由 NICHICON 制造

    3.2 国内技术发展

    3.2.1 纯电动客车产品开发 2005-2007 年,经过几轮技术改进,经过在北京、杭州、株洲、威海等城市几十辆规模 的示范运营与不断考核,我国纯电动客车技术与产品不断成熟,能耗、动力性、续驶里程等 主要技术指标达到国际先进水平。通过产学研结合,北京理工大学、北京京华客车厂、浙江 万向集团、 湖南南车时代电动车辆股份有限公司等单位已经建成多家纯电动客车的研发和产 业化基地。

    图18

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    北京京华客车纯电动低地板公交客

    表15

    北京理工、京华客车研制的纯电动旅游客车BFC6110EV主要技术参数 最高车速/(km/h) 加速时间(0~50km/h)/s 最大爬坡速 能量消耗率/(kWh/km) 续驶里程@40km/h /(km) 95 24.9 ≥ 20% 0.554 300

    动力电池(锂电池) 388.8V,600Ah 驱动电机(交流异步) 100kW 长×宽×高/(m) 10×2.5×3.6 轴距/(mm) 5050 整备/满载质量 /(kg) 12000/14555

    3.2.2 纯电动轿车产品开发 近年来,国内企业针对不同的特色市场需求,充分利用 863 研究成果,开发出了一系列 纯电动轿车产品,并在国内外市场得到了应用。 天津清源电动车辆股份有限公司与天汽集团等 单位联合研发的纯电动轿车已在天津市展开示范运 行,累计行程超过 20 万公里。其中搭载锂离子动力 蓄电池的纯电动轿车, 2006 年在国内第一次顺利 于 进行并通过了正面碰撞试验,证实了高性能纯电动 汽车产品的安全性。

    图 19 清源纯电动轿车参加国际清洁汽车挑战赛

    表16 技术指标 最大车速 km/h) 加速性能(s) 最大爬坡度% 续驶里程(km) 噪声限值 电磁兼容 平顺性(dB) 整车安全性 操纵稳定性 可靠性

    天津清源纯电动轿车主要性能 试验结果 123.6 6.8 >30 252.9 68.9 合格 116.0 合格 合格 合格

    条件 ≥120 0-50km/h 加速时间 >20 等速≥230 、 符合 EECR51 满足 GB/T18387-2001 符合 QC/T474-1999(≤116.5) 符合 GB/T18384.1-3 满足 QC/T480-1999 满足 QC/T900-1997

    天津清源“幸福使者”纯电动轿车整车产品实现了在天汽、红塔等整车生产线上的生 产、组装,已累计出口美国 1200 多辆。 万向电动汽车有限公司分别与杭州客车厂、 一汽海马、 江淮等汽车制造厂完成了纯电动 轿车、客车的小批量生产和在杭州的示范运营。 2007 年 7 月,万向与浙江电力联合研发出电力流动服务车,并投入使用。该车搭载 2 ×84×100Ah 锂电池(带 BMS) ,最高车速 85km/h,0~50km/h 加速时间 20 s,最大爬坡度 大于 25%,百公里能耗 35kWh,续驶里程大于 250 km。将于 2007 年 12 月开始批量生产。

    纯电动流动电力计费服务营业 车带有齐全的功能设备设施: 笔记本电脑、无线宽带网、 车载饮水机、保险柜、验钞 机、票据打印机、复印/打 印一体机、液晶电视/功放 /DVD/扩音器、UPS、95598 热线电话 全天营业,无需自带发电设备 图 20 万向电力流动服务车在杭州街头营业 2005-2007 年我国纯电动微型车技术进步迅速,出口量进一步扩大,部分实现了国内销 售。

    图 21

    出现在 2007 北京国际清洁汽车展会上的微型纯电动汽车

    中—万向纯电动出口车型; 右—山东川野 “快尔特” )

    (左—清能华通 “Micro 哈里” ;

    清华大学与清能华通共同研发的“Micro 哈里”采用了自主研发的新型四轮智能驱动技 术和高性能锂离子动力蓄电池,最高车速 65km/h, (0~30km/h)加速时间 4.5 s,百公里能 耗 5 kWh,续驶里程大于 120 km。预计 2008 年上市。    4. 混合动力汽车

    4.1 国际技术发展

    4.1.1 Plug-in 技术 1)福特与拥有美国最大最先进的电动汽车车队的电力公司爱迪生国际合作,共同探索普及 插电式混合动力车、减少燃油气体排放以及提高国家电网成本效益的新方法。据悉,这是美 国首例汽车行业与能源行业公司联手, 共同检验插电式混合动力车(PHEV)未来成为完整的汽 车、家庭、电网能源系统有机组成部分的发展前景的合作项目。双方将进行一项耗资数百万 美元、 为期多年的PHEV评价和演示项目, 福特将提供一个 2008 款福特翼虎混合动力SUV车队

    作为性能评价的基准。 2)Google公司和Pacific Gas & Electric公司展示了六款经过改装、可由电网提供部分动 力的Toyota Prius和Ford Escape混合动力汽车,靠 1 加仑气可以跑上 75 英里,是普通混合 动力车的两倍。并改装了一辆汽车,可以向电网中输电。 3)2007 年 3 月 20 日,福特汽车公司展示了世界第一辆可以驾

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驶的插电式燃料电池混合动 力车Edge。它是世界上第一辆可通过家用电源为电池组充电,并使用氢燃料电池的混合 动力概念车。 它使用了车载氢燃料电池发电机和锂离子蓄电池相结合的动力系统。 该系统将 传统燃料电池的尺寸、重量、成本和复杂性减少了 50%以上,还有望使燃料电池组的寿命翻 一番之多。

    图 22

    插电式燃料电池混合动力车Edge

    Edge 混合动力车可通过标准的家用电源插口(110V 或 220 V 交流电)为其充电。一次充 满电后,该车会自动优先以储存的电力行驶 40 公里,当电池组的电能消耗到 40%以后,氢 燃料电池开始自动给电池组充电。 氢燃料电池是通过一个 350 巴的氢气罐, 供应 4.5 公斤的 可用氢来转化成电能给电池组充电。如果一次充满电并加满 4.5 公斤的氢后,Edge 混合动 力车可连续行驶 362.25 公里,同时实现真正的零排放。 4.1.2 液压混合动力系统 在第六届北京国际商用车展上, 上海交大神舟汽车设计开发有限公司展示了一款装有自 行研发的液压混合动力系统公交车。 液压混合动力公交车采用的是通过液压动力系统回收公交车频繁刹车的制动能量, 然后 再用这些回收的能量驱动公交车起步、加速的一种技术。以 11 米长、总重 15 吨的柴油公交 车为例,每次制动平均回收 20 毫升柴油,每天平均制动 1000 次,每年可节省柴油 7000 升。 公交车排放最严重的是停车怠速和起步低速阶段。 液压混合动力公交车的起步、 低速阶段发 动机可不参与驱动,在停车怠速时发动机可自动熄火,因此大大减少了起步、加速及停车怠 速时的黑烟及其它排放,其减排能力大于 35%。    4.1.3 新型电容混合动力轿车 在吉利上海基地自主研制的新型电容混合动力轿车是目前国内唯一采用电容作为储能 元件的混合动力轿车方案。该项目作为国家 863 计划“十一五”“节能与新能源汽车”重大 项目课题,已试制出样车并成功亮相 4 月份举行的第十二届上海国际车展。 该款样车在国内外首次采用了全浮式 ISG 电机技术、 首次采用双离合器方案 (前离合器 为电控离合器、后离合器为传统离合器),在国内除首次采用以超级电容为储能元件的并联 混合动力系统方案外、 还是国内首次采用双驱动空调方案、 国产混合动力专用发动机电控单 元、 制动系统的电动真空助力装置等创新性技术, 并且该款混合动力轿车的最大特色就是完 全自主创新研发而且成本低,贴近产业化,代表了目前国际领先水平,其与原型车比较, 节 能达到 20%以上。 4.1.4 车用动力电池技术 1)插电式混合动力车用锂离子充电电池 三洋电机在“第 40 届东京车展”上展出了混合动力车用锂离子充电电池模块和插电式 混合动力车用锂离子充电电池单元。混合动力车用电池模块的外形尺寸为 800mm×322mm× 120mm,容积为 31L。重量为 37.5kg。电池模块串联了 72 个单元,电压为 266V。该公司没 有透露电池模块的容量和功率, 但若单元的电流与现有为混合动力车供电的镍氢充电电池同 为 6--6.5Ah 的话,电力容量估计可达 1.6--1.7kWh 左右。 2)锂离子充电电池 日本村田制作所在“人与车科技展” (2007 年 5 月 23~25 日)上,展出了尚在开发中 的面向高输出功率用途的锂离子充电电池,并公开了单元特性的一部分。 村田制作所除在锂离子充电电池中采用凭借制造大容量积层陶瓷电容器时培育起来的 高速积层生产技术外, 还把优势技术——陶瓷应用于正极材料、 并对正极活物质的微粒直径 及构成进行了优化。关于充放电周期寿命特性,以 100%的放电深度(DOD)对 1C 进行反复 充放电,1261 次之后,容量仍维持在 96.4%。该公司估计在充放电 6900 次左右,容量才会 变为 80%。 3)锂离子电池材料 由东北师范大学和辽源市彤坤新能源科技有限公司共同承担的吉林省重大科技攻关项 目“新型锂离子电池材料的研制”,日前通过了吉林省科技厅组织的专家鉴定。 据了解, 这种磷酸亚铁锂复合材料能够满足电动汽车大功率放电的要求, 且循环性能优 良,在 1000 次循环条件下仍能保持初始容量的 90%以上。该项研究已发表 SCI 学术论文 8 篇,并获得了 2 项发明专利,在生产工艺上具有自主知识产权。目前,该项目已建立了日产 百公斤的中试生产线。

    4)镍氢电池 春兰集团目前已经全面掌握了达到国际标准的镍氢电池封装技术。 经测试, 应用最新封 装技术的春兰高能动力镍氢电池,散热速度快,放电性能强,3C 放电容量可达额定容量的 90%以上,正常使用温度范围-30℃-55℃;贮存温度范围-40℃-70℃。使用过程中不需进 行维护,也无任何物质泄出,即使出现短路、跌

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落、强烈振动等现象,也不会爆炸、燃烧。 该镍氢电池还具有重量轻、体积小、功率大、能量高等特点,进行组合后,模块化和系统集 成效果良好。 4)锂离子电池隔膜 美国埃克森美孚化工集团的东燃化学公司在 2007 年度国际高级汽车电池与超级电容讨 论会(AABC-2007)上展出了面向混合动力车以及电动汽车等的锂离子充电电池隔膜 (Seperator) ,其最大特点是耐热性高。该公司的隔膜为湿式,通过二轴延伸法制造而成。 开发的隔膜使用了埃克森美孚的技术中心所开发的高耐热性聚合物, 通过与多种材料相挤压 合成,实现了隔膜所需的各种特性。东燃化学已经开始供应样品,但由于该公司的样品是在 实际的量产生产线上生产的, 所以样品与量产产品的特性没有差别也是特点之一。 目前该公 司量产的隔膜的膜厚为 7~25μm。目前用于混合动力车的隔膜的膜厚估计为 20~30μm。 5)铁电池 比亚迪双模电动汽车使用的动力电池是比亚迪在电池领域的最新成果——铁动力电池。 汽车动力电池难在 “低成本要求”“高容量要求”及“高安全要求”等三个要求上。而比 、 亚迪的“铁电池”在上述三个指标上都取得了突破。该电池正极采用的是资源丰富、价格低 廉的磷酸亚铁锂材料, 所以成本得到大幅度降低; 而材料本身的高比容量及后续的性能设计 保证了此电池与其它常用锂离子电池的能量密度相近; 高热稳定性材料的选择和缜密的工艺 设计也使该电池通过了系列安全测试,安全性能稳定。另外,该电池所用的原材料及整个制 作过程不含任何污染成分,还是一种绿色能源。所以说,搭载上铁动力电池的双模电动汽车 是真正意义上的环保轿车。 4.1.5 电动汽车用碳纳米管大容量电容器 日立造船、利昌工业及日本地球环境产业技术研究机构(RITE)联合开发出了利用碳纳 米管(CNT)的大容量电容器,并与电池组合使用进行了电动汽车行驶试验,获得了成功。 日立造船负责对利用 CNT 的电容器元件的制造技术进行开发, 利昌工业负责开发高耐压且适 于连续制造的导电浆并试制大容量电容器单元。 利用 CNT 的电容器与其它充电电池相比, 输 出密度高、寿命长且耐环境性出色。而且,与使用活性炭的电容器相比,可在短时间内反复 充放电。

    4.1.6 混合动力车开关电阻 丰田中央研究所和丰田汽车的研究小组试制出了导通电阻降至 50mΩ.cm2、可实现常 关工作的AlGaN/GaN异质结场效应晶体管(HFET)。原来晶体管的导通电阻为 8500mΩ.cm2, 新试制品的导通电阻约为原产品的 1/170。 4.1.7 混合动力汽车导体技术 当今世界混合动力汽车的研究领域, 半导体碳化硅是最炙手可热的材料之一。 这种导体 可在电动马达中将电池的直流电转变成交流电。 当今科技的基础是硅所制成的半导体, 但是 这种材料的缺点是无法承受高温或高电压。 沃尔沃所投资的 TranSiC AB 公司迄今为止仅成 立了一年,该公司研制出一种以碳化硅为原料的新导体。这种物质像钻石一样坚硬,可以用 于切磨盘片等工具。它的主要优点是碳化硅可以承受极高的温度。

    4.2 国内技术发展

    4.2.1 混合动力客车产品开发 我国混合动力客车开发进程快于混合动力轿车,2005—2007 年,陆续有一批混合动力 客车产品定型生产,并投入示范运营。 东风混合动力公交车采用了 MT、 AMT 两种方式, 其中 AMT 还分电机动力从中间轴或输出 轴输入两种,适应了多种灵活布置方式。

    图23

    东风混合动力公交车动力总成机电耦合方式及示范车辆

    目前,武汉市在线运营的东风混合动力公交车已达 50 台。截至 2007 年 8 月底,累计运 行 154.6 万公里。实际运行数据表明,降低排放 30%以上,噪声降低 2dB 以上,在武汉公交 实际工况运营统计节油 15%左右, 最早装车使用的动力电池最长使用里程已超过 15 万公里。 表17

    混合方式 长×宽×高 最大车速 加速性能

    2007年东风混合动力公交车商品车基本定型参数

    后置总成、电控自动变速箱和创新型并联机电耦合方案 11030×2490×3000mm >= 80km/h 0-50km/h的加速时间 <= 35s

    燃油消耗 整车排放 噪声限值

    与6CT发动机的客车相比,城市工况降低油燃料消耗30%; 与6CT发动机的客车比较,城市工况减少尾气排放30%; 与装备6CT发动机的汽车比较,减少车外噪声2dB ;

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    一汽集团混合动力客车采用双轴并联方案, 搭载 4.04L 直列四缸电控欧 III 增压中冷发 动机、5 档机械式自动变速器、强制风冷镍氢动力电池组以及强制水冷交流异步电机。适用 于 10 米至 12 米的系列客车和专用车(救护车、邮政车等) 。    图24

    一汽混合动力客车研发

    通过2006-2007年产品的不断考核与改进,一汽混合动力客车在长春公交实际工况运 营统计节油22%,模拟北京城市工况的转鼓考核试验中节油率38%。 表18    试验项目 驾驶性 最高车速 动力性 km/h

    一汽集团混合动力公交车商品车基本定型参数

    道路测试 转鼓测试 合同指标

    起步平稳,性能良好 86.9 29.2 25% 18.1 20.4 28(降低22%) 达标 % dB 79.5 30000 降低30% 欧III 90 27 25% 25.9(降低38%) 21.5 30 >500 <83 >15000 80 30 25% 30 22

    0-50km/h加速时间(s) 最大爬坡度 最高档等速行驶燃料消耗量(60 km/h)    经济性(L/100km)

    北京城市工况 城市客车四工况 长春市道路使用工况(L/100km)

    续驶里程 排放 噪声 可靠性

    Km NOx + THC 加速行驶车外噪声 Km

    4.2.2 混合动力轿车产品开发 2005-2007 年,各混合动力轿车研发单位加强了对“十五”期间研发产品的可靠性、耐 久性试验考核,基础更加扎实,系统更加优化。以 BSG 和 ISG 为主的弱混合和轻度混合轿车 将在 2008—2010 年逐步产业化。    表19 厂家 混合动力类型 最大时速 加速度0-100km/h 燃料经济性(GB15)

    国内部分混合动力轿车主要技术参数 一汽 中度混合 160 km/h 15sec 6.5(30%) 长安 ISG轻度混合 162.5 km/h 18.4sec 9.793(18%) 奇瑞 BSG弱混合 181 km/h 14.1sec 8.32(7-10%)

    东风 中度混合 162.7 km/h 14sec 6.86(38%)

    长安研制的 ISG 型式混合动力轿车为并联式结构, 采用了 MT 和 CVT 两种机电耦合方案。 根据 ISG 混合动力汽车的特点对发动机控制系统进行优化。十五工况油耗为 9.8L/100kM , 较对比车节油 18%,完成了产品型式认证试验,在国内首次进行了 ISG 混合动力轿车碰撞试 验,高原、寒带和热带试验。 图25 长安混合动力乘用车进行高原适应性试验

    奇瑞汽车公司确定了近期以 BSG 和 ISG 混合动力轿车为主、 中长期扩展到柴油全混合动 力和 Plug-in 混合动力的整体发展规划。BSG 弱混合动力轿车已完成性能样车的研制,计划 于今年年底投入批量生产。 奇瑞 ISG 中度混合动力轿车已完成功能样车的研制, 计划于 2008 年 9 月投入批量生产。

    图26

    奇瑞采用发电/起动双向张紧轮系的奇瑞BSG弱混合动力系统

    5. 燃料电池汽车

    5.1 国际技术发展

    5.1.1 关键零部件及整车 燃料电池催化剂材料 日本大发汽车公司称其研发了一项最新的燃料电池技术, 可以在排放一氧化碳的催化过 程中不使用铂。这项技术由大发汽车公司和日本 AIST 研究结构研究员共同协作完成,它可 以减轻由于铂价格上涨对工业造成的影响。 此外, 双方还合作开发了混合燃料的密封装置以 降低燃料溢出的风险。 大功率燃料电池氢源技术 由大连化物所承担的中科院知识创新工程重大项目 “大功率燃料电池氢源技术” 取得重 大进展,75kW 级大功率甲醇重整制氢燃料电池氢源系统成功运行。 75kW 级甲醇重整制氢燃料电池氢源系统不仅达到了合同规定的全部技术指标,更将产 氢能力提高了 13%以上。氢源系统体积比功率为 449W/ L,重量比功率为 254W/ kg;甲醇重 整气中 H2 浓度 53%左右,CO 含量 26-28pp m。这是大连化物所继 2003 年 8 月开发出我国第 一台移动式 5kW 级甲醇重整氢源样机并实现与燃料电池成功对接后, 在富氢燃料重整制氢燃 料电池氢源开发方面的又一重大突破,从而使我国在该领域的技术研发持续处于国际前沿。 燃料电池的低成

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本电解质膜 丰田汽车在 2006 年 11 月 13-17 日于美国火奴鲁鲁举行的 “2006 年燃料电池研讨会 (2006 Fuel Cell Seminar) ”上,以“高分子电解质燃料电池的超低成本电解质膜开发(The Development of an Ultra-Low Cost Electrolyte Membrane for PEMFC) ”为题发表演讲, 公布了基于低成本聚乙烯试制电解质膜的结果。丰田汽车此次公开的电解质膜有 2 种。1 种 是以聚乙烯为基质, 由聚乙烯磺酸和聚乙烯聚合物随机形成的共聚物。 1 种是以聚乙烯为 另 基质的“-(-CH2-CH2-)-”和磺酸为功能基制备的“-(-CH2-CH-SO3H)-”按规则排列进 行控制而制成的混合聚合物。 大众 space up!blue 燃料电池车 德国大众展出了一款零排放概念车“space up!blue”,这是一款集燃料电池车、电动 。 汽车及太阳能电池汽车于一体的汽车。 该车的燃料电池系统采用 2006 年 10 月发表的高温燃 料电池 (High Temperature Fuel Cell) 该电池也被称为磷酸型燃料电池, 。 因为工作温度为 120 ℃(高于普通高分子固体电解质型燃料电池的 80℃) ,与外部气温的温差较大,因此不需要 原来的大型冷却装置。

    5.1.2 基础设施 储氢技术 1)2007 年 11 月 12 日,美国弗吉尼亚大学的研究人员在该州召开的国际氢经济材料论坛上 宣布, 他们开发出了可大幅提高氢储存能力的新材料, 其储氢量最大可达到自身重量的 14%, 相当于目前储氢合金材料的 2 倍,同时,该技术采用在室温下储存氢的方式。 2)英国科学家发明出一种锂化合物,可使机载燃料电池存储足够的氢,从而能驱动汽车连 续行驶 300 英里。他们尝试将氢以更高的密度储存,而将电池重量控制在可接受范围内。他 们采用“化学吸附”方法,将气体分子吸入固体化合物的晶格间,在需要时再被释放出来。 研究小组对上千种化合物进行了试验, 以找到一种轻便和廉价的材料, 这种材料要能在典型 燃料电池操作温度下,使氢的吸附或解吸快速、安全地进行。现在,研究人员已制出一系列 氢化锂化合物,能很好地满足上述要求。 制氢技术 1)美国普度大学的研究人员开发出一种利用铝镓合金加水制造氢气的新工艺。 该技术通 过向铝镓合金注水方式生产氢气。铝镓合金与水发生反应后,铝把水分解,带走氧气释放出 氢气。 现在研究员已经开发出一项制造铝镓合金微粒的新工艺, 这样就可以把合成微粒放到 水箱中发生反应,从而产生需要的氢气量。 2)美国弗吉尼亚理工大学、橡树岭国家实验室和佐治亚大学的科学家共同开发出一种用多 糖制取氢的新技术。淀粉、纤维素等碳水化合物含有大量的氢,但它们非常稳定,只有在酶 的作用下才会分解。在相关实验中,科学家利用合成生物学的方法,使用由 13 种酶组成的 混合物,将碳水化合物和水转变成二氧化碳和氢气。 3) 美国科学家最近开发出一种新型设备外加电能助力微生物电解池, 能够让微生物发酵 制氢的效率创造新高。美国《国家科学院院刊》表示,该过程产生氢能的能量是施加电能的 288%。 4)美国俄亥俄州立大学发明了制氢新技术,从煤中将氢气、二氧化碳分开,然后再透过特 殊的化学过程,提炼出纯氢。所有从煤中分解出的气体就会被放入反应槽中与水蒸汽结合, 然后在一定的温度和压力下,无需催化剂就可提炼出氢气。 5)宾夕法尼亚州立大学研究人员 2006 年 11 月 12 日表示,给细菌投喂醋和污水,再对其施 以短促电击,细菌将能释放出清洁的氢燃料。这种所谓微生物燃料电池,能将几乎所有可分 解的有机材料,转化为零排放的氢气燃料。

    5.2 国内技术发展

    5.2.1 燃料电池客车 清华大学联合北京京华客车厂等单位研制出燃料电池城市客车, 主要性能指标优于国际 主流车型。 整车动力系统构型和发动机技术方案比较适合目前燃料电池技术发展阶段, 有明 显技术特色。在燃料电池关键部件膜电极技术和基础研究方面,部分属国际先进水平。

    图 27

    清华大学联合北京京华客车厂等单位开发的燃料电池城市客车

    表 20

    北京京华客车厂燃料电池城市客车各项指标 实测指标

    技术指标: 功率约 150 kW 尾气排放 = 0 或超低排放 最大时速 ≥80km/h 加速性能: 0—50km/h 加速时间≤ 40s 最大爬坡度 > 20% 续驶里程 ≥ 200km 等效燃油经济性优于同类型汽油车

    清能 2 号示范车指标 燃料电池发动机最大 78kW,蓄电池 80Ah 尾气排放=0 

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最高车速 85.0km/h 加速 25.5s(满载) 最大爬坡度≥20% 一次充氢 448km 百公里 4.257kg 氢气 (=汽油 16.1L/100km)

    1 号目标样车指标 燃料电池发动机最大 130kW,蓄电池 80Ah 尾气排放=0 最高车速 86.4km/h 加速 30.9s(满载) 最大爬坡度≥18% 一次充氢 568.7km 百公里 4.848kg 氢气 (=汽油 18.3L/100km)

    开发的燃料电池汽车道路运行试验累计总里程达到十万公里以上, 单车最大日考核里程 超过 500 公里。

    5.2.2 燃料电池轿车 从“十五”开始到 2007 年 10 月,上海燃料电池动力系统有限公司联合同济大学、上汽 集团等单位完成了四轮开发。已成功研制出三代“超越”系列燃料电池动力平台(分别适配 于桑塔纳、东方之子等车型)和新一代燃料电池动力平台(分别适配于上海牌、荣威、帕萨 特、东方之子等车型) 。遵循燃料电池最佳效率控制、动力蓄电池恒 SOC 管理、回馈能量最 大限度利用控制、辅助系统最小功耗控制的设计原则,对动力系统不断进行改进。

    “超越”燃料电池轿车可靠性与耐久性试验: 实车已累计完成运行 10.2 万公里,单车最长持续运行 2.9 万公里; 完成等效十万公里道路模拟试验和转鼓强化试验; 完成 试车场等效 5 万公里道路强化试验。

    图 28

    装载“超越”系列第三代动力系统的“超越三号”燃料电池汽车

    上海大众、同济大学、上燃动力基于 2006 新一代燃料电池轿车动力系统平台开发的帕 萨特领驭燃料电池轿车, 正在为在北京 2008 奥运和上海 2010 世博上较大规模示范应用作技 术与产品准备。 表21 燃料电池轿车主要技术指标 第三代 ≥123 ≤19 ≥20% ≤1.12 4.2 ≥230 40 15,锂离子 24/60 新一代 ≥150 ≤15 ≥20% ≤1.2 4.2 ≥300 55 8,锂离子 42/90

    图 30 上海牌燃料电池轿车 图 29 帕萨特领驭燃料电池轿车

    技术指标 最高车速(km/h) 0-100km/h 加速时间(s) 最大爬坡度 燃料消耗率(kg/100km) 氢燃料储量(kg) 续驶里程(km) 燃料电池发动机(kW) 动力蓄电池(Ah) 驱动电机(kW)额定/峰值

    2007 开发的新一代燃料电池轿车动力平台,将整车控制器、电机控制器、燃料电池 DC/DC、电池管理系统等集中到集成式动力系统控制单元内,采用统一水冷一体化无界面总 体设计等技术,使我国燃料电池汽车整车技术水平和产品化程度又前进了一大步。DC/DC 功 率提高 10%、单位功率体积减小 30%、单位功率重量下降 20%;电机控制器(DC/AC)功率 提高 35%、单位功率体积减小 19%。

    DC/DC

    空调、水冷系统 驱动器 DCL

    接线区

    DC/AC

    图 31

    上海牌燃料电池轿车动力系统集成控制单元

    6. 甲醇汽车及二甲醚汽车

    甲醇汽车 多年来, 我国山西、 陕西等富煤地区在甲醇燃料发动机的研发、 甲醇燃料的储存、 输配、 防腐、安全及甲醇汽车的维护保养、试验检验等方面做了大量工作,形成了多项实用技术。 甲醇汽车的开发逐步得到国内骨干汽车企业的重视, 今年奇瑞汽车公司在开展甲醇灵活燃料汽车的研制基础上,其产品将于年内投放市场。 奇瑞甲醇灵活燃料汽车的电喷系统可以通过一个 ECU 控制两种比例的甲醇燃料,整车使用 M85 以上比例的甲醇燃料时,动力性、经济性均略高于原汽油机水平。另外,通过增加辅 助冷启动装置,可以实现零下 25 度成功启动。 表 22 奇瑞甲醇灵活燃料汽车配置表 甲醇灵活燃料 车型 燃料 功率 扭矩 排放 旗云 汽油、甲醇、M15 以上、M85 以上 68KW/5500rpm 135Nm/3000rpm 国Ⅲ

    二甲醚汽车 今年,我国二甲醚汽车研发取得进展,开始进行小规模示范。上海交通大学、上海汽车 工业总公司等单位成功开发出了排放满足国Ⅲ标准的二甲醚城市客车,完成了 10 辆二甲醚 城市公交车小批试制,并于 9 月投入示范运行。    1200 1000 T tq(N.m) 800 600 400 200 DME Diesel

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    300 250 Pe(kW) 200 150 100 50

    0 0 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200 Speed(r/min)

    图 32 上海交大研制的 DME 发动机动力性

    图 图 33 上海交大研制的 DME 发动机动力性与排放性能

    上海市首座二甲醚加气站也已经落成。里面装满二甲醚后,可以保证车辆一次行驶约 300 公里。根据《上海市新能源汽车推进项目指南》(2006-2008 年度)的要求,到年底将完成 30 辆二甲醚燃料示范车辆生产,到 2008 年达到百辆级生产能力。1

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