工程化学在车辆工程的应用范文

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篇1

一、引言

能源危机和环境污染是当今世界的两大问题，而大气污染的42%来自燃油汽车的废气排放。目前，全世界汽车每年向大气排放的有害气体多达5亿吨，成为污染环境的主要原因之一。由于汽车严重污染环境，各国对汽车污染的限制越来越严。

随着环境保护概念的深入人心和国际原油供应的持续紧张，多数发达国家的研究机构和汽车厂商都加大了对新能源汽车技术的研发投资，以替代传统以石油为燃料的汽车，形成了多种技术共同发展的局面，其中部分技术已经在商业化领域取得了重要成功。

电动汽车是利用装在车上的蓄电池提供电能拖动电动机旋转，通过传动装置驱动车轮旋转。蓄电池又称为电瓶，是一种能储存电能的装置，能实现电能和化学能的转换。电瓶充电时，把电能转化为化学能储存起来，而当车辆工作时，电瓶放电，再把化学能转为为电能，驱动电动机旋转。蓄电池有两大类，一类是酸性蓄电池，又称为铅蓄电池；另一类是碱性蓄电池，铁镍和镉镍电池两种。铅蓄电池的优点是制造费用低，内阻小，能提供强大的电流，因而在电动类车辆中普通使用。

二、电动汽车电池的发展现状

（一）电动汽车具有的优点

电动汽车与燃油汽车相比，电动汽车有着无可比拟的优点，其具体情况如下：

（1）有利于环境的保护。电动汽车使用的是蓄电池，没有尾气的排放，不会对环境造成污染，这是燃油汽车无法做到的。这在提倡低碳生活和环境保护的当下，是能源发展的一个新趋势。

（2）节约能源。电动汽车能够实现能量的回收利用，在制动状态时，可以回收能量的40%左右，从而提高了能源的利用效率。

（3）结构轻巧紧凑。由于蓄电池的体积小，可以分散布置，所以总体布置相比发动机而言，布置更加紧凑。

（4）电动汽车相比燃油汽车而言，驾驶更加方便，起动容易，调速平滑。

（5）制造成本小，没有发动机的振动带来的影响，使用寿命相对而言提高非常大。

（二）电动汽车电池的发展现状

电动汽车是以蓄电池作为能源，是清洁型汽车，它集新技术、新材料、新能源为一体，将是二十一世纪重要的交通工具之一。当前的电动汽车技术受三个主要因素的严重制约：一是电荷量比较低，充完电一次行驶里程比较短，二是充电时间长，使用不方便；三是质量电荷量小，使电动汽车自身的装备质量大，从而影响加速性能和最高车速的提高，无法与燃油汽车相抗衡。所以电动汽车发展的关键就是蓄电池。

当前已经成功研制出的电池主要有：铅蓄电池、镍镉蓄电池和燃料电池等。可接受的电动汽车电池的最低指标为：比能量>100瓦小时/千克（whk/g），比功率>150wk/g、循环寿命>600次、一次充电行程>Zokom，及经济性、可靠性和安全性能等。电池的比能量决定电动汽车的行驶里程，比功率则影响最高车速、加速性和爬坡能力。

电动汽车一般是由蓄电池、电动机和控制系统三部分组成，而关键部分是蓄电池。蓄电池有酸性、碱性和燃料电池等。目前用得最广泛的是铅酸电池，它工作可靠，价格低，但它的能量密度小寿命较短。碱性电池，为镍铁、镍锌、镍氢电池等，其能量密度大，寿命也较长.但价格昂贵。燃料电池，如氢-氧燃料电池，由于存在安全隐患，需采用一些昂贵金属故成本太高未被广泛采用。

应用在电动汽车上的储能技术主要是电化学储能技术，即铅酸、镍氢、镍镉、锂离子、钠硫等电池储能技术。过去这些储能技术分别在比能量、比功率、充电技术、使用寿命、安全性和成本等几方面存在严重不足，制约了电动汽车的发展。近年来，电动汽车电池技术的研发受到了各国能源、交通、电力等部门的重视，电池的多种性能得到了提高，如锂离子电池技术在安全性方面取得了突破性进展。这些将有望推动电动汽车的大规模商业化。

纯电动汽车的三大关键部件是电池、电机、电控，而电池则是最核心、产业价值最大的部分。目前，我国已经形成一条完整的锂离子动力电池产业链，为纯电动汽车发展奠定了一定的基础。我国已经研制出多元素聚合锂离子电池、双定子磁悬浮直流驱动电机、电池管理及电控系统等产品，可广泛用于客车、轿车以及军事动力领等域。高性能动力电池、驱动电机以及其控制系统的技术突破将积累工程化技术、加快产业化步伐。我国纯电动汽车整车产品技术和产业化基础，与国际基本同步，而且在某些领域还具有独特优势，纯电动客车动力系统已实现国产化。目前镍氢电池汽车属于技术成熟类电动汽车，而锂电池汽车则属于技术发展阶段的汽车。

铅酸蓄电池性能可靠而价廉、紧凑，但很重，而且功率密度小，平均寿命仅为2～2.5年，在寒冷气温下更短。在安全方面，硫酸蓄电解液可用胶体来代替。充电时放出的氢气有爆炸的危险，需用密封装置解决。它是技术上最成熟的电池，为大多数的电动汽车选用，但其过充电、过放电时寿命缩短。

镍锡蓄电池的体积能量密度与铅酸蓄电池相近，但重量能量密度则非常优越。其技术成熟性仅次于铅酸蓄电池，但其成本比铅酸蓄电池高50%，但很安全，寿命一般为3年。

镍锡蓄电池可以急速充电、过充电，电池的放电深度及周围温度的变化对其性能影响较小，和能量高的特点，但这种蓄电池除非完全放电，否则不能完全充电，因此影响了汽车行程，另外，为了防止污染环境，对镍锡蓄电池需回收，其回收能力尽管是一大难题，但在强制使用零排污车之前，可望得到解决。

三、电动汽车电池发展趋势

铅酸电池虽便宜，并在叉车、观光车或者短途公共汽车上作为动力源应用，但新一代铅酸电池的比能量和循环次数仍存在严重的限制。未来使用铅酸电池来驱动在高速公路上行驶的电动汽车是不实际的，但价格优势使其在轻度混合或者短途行驶的电动汽车中仍占一席之地。然而，有文献指出近期美国的“下一代电池和电动车”中有一种超级电池是超级电容器与铅酸电池的并联使用。这种电池具有双电层电容器的高比功率、长寿命以及铅酸电池价格便宜的优势，将具有市场竞争力。

镍氢电池虽然具有较高的比能量和比功率等优点；但由于需要大量使用镍和钴其成本较高，镍钴的稀缺性会导致其大批生产和使用时价格反而会上涨。目前，它仍然大量地应用于混合动力车，随着锂离子电池的大规模生产和成本的降低，镍氢电池终将退出。镍氢电池是电动汽车过渡阶段使用的电池，但在近期和中期仍然是非常关键的动力电池之一。

目前市场上的电池中，锂离子电池（锂离子电池和锂高聚合物电池）的性能最好，同质量的锂离子电池其能量是铅酸电池的 4～6 倍，是镍氢电池的 2～3 倍。价格和大功率锂离子电池的安全性是它的最主要缺点。锂离子电池的主要原材料为锂，我国的锂矿资源丰富，已探明的锂总储量居世界第 ；锂离子也存在于海水中，未来可利用太阳能从海水中提取。此外，锂离子电池具有循环使用的潜力，可解决对原材料的需求问题。

具有应用前景的还有锂硫电池。锂硫电池为二次锂电池，由单质硫、金属锂和有机电解液组成，具有比能量高、成本低、环境友好的特点。

参考文献：

[1]廖权来等.电动汽车的关键技术及发展对策[J].武汉：中国机械工程，1993.4。

[2]王嘉诚.中国新能源汽车产业发展分析[D].上海：2012.4。

篇2

汽车“三化”如此密集地展示，似乎在告诉人们，不能等到明天。

2016年4月25日至5月4日，第十四届北京国际汽车展览会（Auto China 2016）在北京中国国际展览中心新馆和老馆同时举行。

该展会自1990年创办以来，每逢双年在北京举行，是中国最具权威性、市场知名度和社会关注度的全球顶级汽车展会之一。今年的北京车展总展出面积达到22万平米，来自全球14个国家和地区的参展商1600多家，参展商人数3万余人，来自全球的100多个汽车品牌共展示车辆1179辆，其中全球首发车112辆、概念车46辆、新能源车147辆，吸引观众共80多万人次。无论是展出面积、品牌数量、首发车型数量还是媒体和观众人数等关键性指标都名列全球第一。

与车展主题“创新变革”十分契合的是，全球汽车产业正在经历的历史性创新和变革大潮在本届车展上得到了淋漓尽致的体现，电动化、智能化和网联化的“三化”技术和产品如此密集地展示，似乎在告诉人们，不能等到明天。

新能源车向纵深发展

本次车展共展出新能源汽车147辆，其中纯电动车多达35款，产品种类涵盖轿车、SUV、MPV以及公交车、商用车等。自主品牌除了推出众多纯电动车型之外，也展示了不少插电式和增程式混合动力车型；国际品牌通过多年的技术积累，已经开始将各自的插电混动技术搭载在各自的主力车型上。

在147辆新能源车中，国内车企推出了112辆，在数量上占据主导地位，其次是日韩车企，有16辆，而欧洲和美国车企数量较少。分企业看，比亚迪有20辆，丰田有10辆，分别代表了中国车企和外国车企在新能源方面的领军角色。

SUV市场是近几年发展最快的乘用车市场，因为车辆自重及用途等原因，以往纯电动车很少涉及这一领域的车型，但从去年开始，SUV纯电版的车型越来越多，在本届北京车展上更是集中展示了一把。如江淮iEV6S，该车综合工况续航253km，补贴后的售价在10.98万元；华泰xEV260，综合工况续航260km；中华V3纯电动，综合工况续航里程大于250km；广汽GS4EV，综合工况续航里程200km。横向比较，除特斯拉外，其余纯电动SUV几乎全部基于传统燃油车的平台搭建，从设计开放上节约了较大成本。车企这样推出纯电动SUV的意图也很明显，由于没有市场经验，前期以试水为主。

在新能源汽车另一个领域――插电式混合动力中，外资品牌开始大量涉及。其中以普通混合动力见长的丰田宣布，将在2018年推出可外接充电式混合动力版卡罗拉和可外接充电式混合动力版雷凌；宝马也正式了740Le xDrive车型，这款车是基于全新7系打造的插电式混动版；而早已在2014年就开始布局插电式混动车型的大众，今年又了一款插电式混动SUV。

虽然中国纯电动车市场发展很快，但由于基础设施、产业政策等原因，外资品牌涉及纯电动车领域还是相对较少。同样为新能源车补贴车型，通过插电式混动车型的本土化生产，外资品牌同样可以分得一杯羹，但这也体现了外资品牌对新能源汽车市场的谨慎。

在技术层面，新能源车呈现出以下特点：

续航里程正在突破300km的门槛，里程焦虑可望得到有效缓解。新款比亚迪纯电动车秦EV300和e5-300续航里程都达到了300km，北汽新推出的EH6和比亚迪e6-400续航里程都达到了400km，而特斯拉Model S则可以达到480km以上。

动力电池技术正在向更高能量密度、更安全、更快充电速度、更长使用寿命发展。此次展示的动力电池的单体电芯能量密度已经达到240wh/kg，不可燃烧技术的应用、整车安全结构及热失控安全控制策略的系统设计等，使得动力电池电芯的安全性大幅提高。

轻量化技术不断突破。不少公司大胆采用铝合金、碳纤维等新型材料，大大降低汽车重量。比如BMW i3总重量仅为1.2吨，能以20kWh的电量支持续航里程达到160km。凌云智能展示的两轮自平衡电动车更是刷新了人们的想象，由于车身重量大大降低，凭借25kWh的电池容量能达到400km的续航里程，而且具有平移、原地掉头等功能。

电驱动技术的发展引人注目。比亚迪的全时电四驱技术、亚太机电公司的轮毂电机技术等代表了国内电驱动技术的最新发展。

零排放并非遥不可及。丰田推出的FCV PLUS概念车将不再只是单纯地消耗能源，还可以作为分散能源补给站，向其他设施供电，从节能环保转化为提供能源。到2050年，丰田希望实现“新车CO2零排放”这一终极挑战性的愿景。这次展出一款名为“MIRAI未来”的氢燃料电池车，加氢时间仅需3分钟，续航里程可达600公里以上，行驶过程中的排放物只有水。

智能网联技术集中爆发

曾经的新生事物智能汽车和互联网汽车，在本次车展上成为普遍现象，几乎所有的新车都或多或少地打出了智能互联的概念。比如上汽推出的“全球首款量产互联网汽车”荣威RX5，它让每一辆车有一个类似身份证明一样的唯一的ID，通过数据采集，让汽车更懂车主，从而更好地服务车主。福特在展台的中心位置设置了讲解区和互动体验区，重点介绍福特在汽车互联、车辆共享、自动驾驶等领域的最新产品和理念。

一些在后市场得到较长时间验证的车联网功能开始在汽车上推广应用。比如手机热点、手机远程控制、在线音乐、在线资讯等功能。雪佛兰和别克都分别设置了专门的区域展示其车联网方案，其车联网应用系统“安吉星”这次重点展示的是其4G LTE无线热点功能，以及“安吉星”手机应用的远程控制功能。

车载智能化产品开始涉入“深水区”，突破了依托于手机互联的车机服务与应用的初级阶段。例如，捷豹路虎与高德地图在XJ车型上合作的多屏互动车载导航系统，能够将高德地图的导航信息在捷豹XJ车型的四块前装屏幕上协同显示，信息与信息间还能够实现交互，将互联化又前推了一大步。

在硬件升级方面，除了特斯拉新Model S和Model X以外，国内车企推出的荣威RX5、长安大型SUV CS95都搭载了17英寸触摸屏，人机交互、车载信息娱乐、基于可穿戴设备的新互联方式也成为今年的一个新产品方向。

智能驾驶从概念走入现实，无人驾驶实车演示成为一大亮点。本次北京车展上，不少企业对智能辅助驾驶的阶段性成果进行了集中展示，比如北汽集团在车展外场体验区进行了首次无人驾驶动态展示和体验，检验了巡航控制、自动刹车、车道保持、雷达传感、摄像头、位置估计、全球定位系统、侦测障碍物等多项技术。长安汽车研发的无人驾驶汽车则从重庆出发，进行了长达2000公里的道路测试，最终抵达北京车展，被认为达到了自动驾驶三级水平。此外，在江淮、比亚迪等国内自主品牌的中高端车型当中已经配备了车道保持、辅助刹车、泊车辅助及倒车辅助系统等合资高端车型才有的智能驾驶功能。

本次车展表明，汽车驾驶的智能化已经高度向汽车产业渗透，辅助驾驶技术的不断推广和智能化产业路线的不断明晰将倒逼无人驾驶汽车向日常生活渗透。

自动驾驶不仅能让驾驶更轻松，降低耗油量，而且能大幅降低交通事故。据世界卫生组织统计，全世界每年约有130万人因道路交通事故而丧生，其中，约90%的交通事故都是人为原因造成的，而中国的道路交通事故死亡人数一直居于世界首位。自动驾驶被认为是大幅降低交通事故的革命性路径，对中国尤其具有现实意义。

互联网造车催生“三化”融合

互联网与传统车企全方位合作的成果在本次车展上得到了全面展示。比如与上汽合作的阿里推出智能操作系统YunOS以及高德汽车导航解决方案；长安与百度合作推出了CarLife、MyCar和CoDriver三大核心应用平台，以及与华为、360等多家知名企业联合开发的智能网联技术；腾讯则推出车联ROM、车联APP和我的车MyCar服务等车载互联产品。

传统车企也运用互联网思维找到了新的商业模式，比如凯翼展出的新车X5就是用业内首创的众包模式打造的，这是通过综合广大网友意见而研发出的一款车，其外观造型是通过与消费者深度互动、以众包的方式完成设计的。

曾经宣传势头强劲的互联网企业造车，在本届车展正式推出了落地的车型，尽管大都还停留在概念阶段。乐视带来了他们首款智能互联网电动概念车，以及多款智能终端产品。乐视超级汽车的战略合作伙伴Faraday Future也将其品牌和车型的亚洲首秀放在了本次北京车展，显示出了这家硅谷电动车公司对中国市场的高度重视。国内知名设计公司长城华冠推出的纯电动轻量化超级跑车前途、智车优行的“奇点汽车”等都为传统汽车产业注入了新的活力。

在许多车型上，电动化、智能化和网联化同时出现，“三化”融合趋势明显。比如乐视首款LeSEE超级汽车定位为高端D级互联网无人电动汽车，除了主打的自动驾驶及及互联网概念之外，还可以实现自我学习，具备人脸识别、情绪识别、环境识别和路径识别等功能。本次车展全球首发的比亚迪秦100，纯电续航里程高达100公里，创下插电式混动车纯电续航新记录，而且增加了自适应巡航、车道偏离提醒、变道盲区预警等智能辅助功能。

零部件与核心技术暗藏玄机

自中韩两国签订自贸协议后，韩国企业对中国汽车工业市场更充满信心，大韩贸易投资振兴公社及韩国蔚山共同组织了庞大参展团参展，展出规模相比上届翻了一番。

国内不少传统零部件企业积极响应“三化”的行业趋势，瞄准电动车核心部件，推出具有较高技术含量的创新产品。比如浙江亚太机电股份有限公司展出的伊拉菲高性能、紧凑型轮毂电机，应用了电磁拓扑学以达到最高的比扭矩，使用现成的标准轴承和制动器零部件，确保了较高的安全性、紧凑性和模块化。该公司还研发了智能驾驶技术如车道偏离警告、自动防撞预警、自适应巡航等驾驶辅助技术。深圳航盛电子展出了智能语音交互后视镜，具有语音控制、单反夜视、1080P双模录像、行车记录、蓝牙电话、在线导航、实时路况、在线音乐、在线云服务、倒车影像和流动测速等多种功能。

众多的国际零部件展商也都集中展示了他们在智能驾驶、电动汽车、节能环保应用技术、轻量化等方面的最新技术和产品。

智能驾驶和安全技术方面，博世以智能交通“零事故”为愿景，推出了专门针对中国工况及驾驶员需求的紧凑型多功能摄像头、高性价比的驾驶员辅助系统解决方案以及能自动侦测和传送车祸信息的eCall设备。同为德国的供应商大陆公司也表示将会在今年把自动驾驶测试项目引入中国，并开始筹建自动驾驶测试基地。法雷奥的远程除霜清洁系统和能够最大程度回收制动能量的48V动力总成系统、日立汽车的高级驾驶辅助系统、伟世通的业内首款智能座舱电子整合方案、电装的“协同交互式驾驶舱”、丰田的预碰撞安全系统、车道偏离警示系统、远光灯自动控制系统和自适应巡航系统等，都吸引了不少眼球。

在环保节能和轻量化方面，博世、电装、丰田等公司展示了自动起停系统、清洁柴油技术、商用车尾气后处理系统、汽油发动机直喷系统等。布雷博（Brembo）的全新制动卡钳系列产品保证了8%的减重；意大利的马瑞利公司也展示了其替代金属的塑料油门踏板；彼欧公司开发了创新的塑料燃油箱制造工艺TSBM双片吹塑，可以减重30%；丰田纺织带来了采用天然植物性原材料制造而成的门板材料和内饰部件。

值得注意的是，在动力总成方面，日系车也开始由自然吸气转而接受并大力推出欧洲车主导的涡轮增压技术。本田的第十代思域搭载了1.5T SPORT TURBO涡轮增压发动机，大型SUV冠道搭载2.0T SPORT TURBO涡轮增压发动机。在新能源领域，本田还带来了兼顾高效动力及燃油经济性的SPORT HYBRID混合动力系统，该系统的结构完全区别于丰田，而且其油耗数据比丰田更低。丰田继去年引进了2.0L直喷涡轮增压发动机之后，今年也将进一步引进1.2L直喷涡轮增压发动机。

电池一直是困扰新能源汽车发展的一个主要问题。微宏动力系统（湖州）有限公司开发出采用不可燃电解液的不燃烧电池技术，上汽大通带来了目前国际同级轻客中的第一款燃料电池车――V80燃料电池车，该车搭载技术领先的氢燃料电池。LG化学的锂电池，可以为客户进行定制化设计制作，每千克的电池容量接近0.1度。三星SDI也展出其汽车动力蓄电池，在电池容量的性能达到0.24度，并在电芯、模组、电池包产品方面服务客户，并着力宣称其在续航里程、安全及可靠性、耐久性和工程化方面的优势。

中国的机会与忧虑

一项调查显示，58%的美国和德国受访者对无人驾驶感兴趣，而这一比例在中国高达96%。同时，不到30%的美德受访者愿意放弃购买新车而选择机器人出租车，而这一比例在中国为51%。这说明中国消费者对智能汽车和汽车共享的接受程度在世界上是领先的。

但在技术方面，情况就不同了。德国凭借整车厂在高级辅助驾驶系统和无人驾驶功能上的突出表现，依旧保持领先，不论是量产车还是概念车，德国整车厂所采用的半智能驾驶功能数量均为全球第一，而美国、日本和韩国整车厂与德国之间的差距正在缩小。

在市场方面，搭载高级辅助驾驶系统的车辆销售情况，美国和中国的数量又大幅领先于德国，而瑞典和德国则拥有最高的智能驾驶汽车份额。从新车上牌数量来看，美国是全世界新车上牌数最多的国家，中国和德国紧随其后。

德国、美国在专业水平方面表现突出的一个重要原因在于，两国的一流大学开展了广泛的研发工作，整车厂和研究机构之间也保持着密切合作，并能获得政府的研发补贴。

汽车的“三化”在市场上的繁荣并不能掩盖我们在核心技术上的弱势。比如本次长安2000km 无人驾驶的汽车，背后就是博世提供了交通拥堵辅助、高速公路辅助等核心技术支持。已经上市的吉利博越，其ADAS 供应商同样是博世。据说，博世也已经和乐视达成了合作。从本次参展情况看，世界零部件行业的领军企业博世通过对驾驶员辅助系统的持续创新，除了拥有驾驶员辅助系统所需的全套传感器技术，同时也是系统设计及传感器数据融合方面的专家，再加上其在制动和转向系统以及在整车集成上的核心技术能力，使得博世在电动车、智能汽车等新的技术领域同样奠定了明显的优势。