淺談汽車新能源技術(shù)的發(fā)展前景

李雷

摘 要：隨著現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展，世界能源資源日益枯竭與地球環(huán)境污染日益嚴(yán)重，由此帶來的一系列問題都給傳統(tǒng)動(dòng)力汽車行業(yè)的發(fā)展帶來了一定的阻礙。但是隨著各大汽車廠家相繼開始研發(fā)和投產(chǎn)新能源動(dòng)力汽車，汽車新能源技術(shù)的應(yīng)用、發(fā)展及普及情況越來越受到人民的關(guān)注，同時(shí)包括混合動(dòng)力車型、純電動(dòng)車型、燃料電池車型、氫內(nèi)燃機(jī)車型以及其它新能源車型等在內(nèi)的新能源汽車的未來發(fā)展對(duì)整個(gè)汽車產(chǎn)業(yè)乃至整個(gè)人類科技與社會(huì)的發(fā)展有著革命性的影響。

關(guān)鍵詞：新能源；汽車技術(shù)；新能源車型；

一、發(fā)展新能源汽車的意義

汽車工業(yè)是國(guó)民經(jīng)濟(jì)的支柱產(chǎn)業(yè)，它與人們的生活息息相關(guān)，已成為現(xiàn)代社會(huì)必不可少的組成部分。但是，以石油為燃料的傳統(tǒng)的汽車工業(yè)，在為人們提供快捷、舒適的交通工具的同時(shí)，增加了國(guó)民經(jīng)濟(jì)對(duì)化石能源的依賴，加深了能源生產(chǎn)與消費(fèi)之間的矛盾。隨著資源與環(huán)境雙重壓力的持續(xù)增大，發(fā)展新能源汽車已成為未來汽車工業(yè)發(fā)展的方向。

近年來，我國(guó)汽車市場(chǎng)發(fā)展迅速，已成為全球第二大汽車市場(chǎng)。2009年，我國(guó)汽車保有量突破7000萬輛，產(chǎn)銷量雙雙突破1300萬輛，石油年消耗量將會(huì)達(dá)到1.2億噸。目前，我國(guó)人均GDP已超過3000美元，消費(fèi)結(jié)構(gòu)升級(jí)是必然趨勢(shì)，加之我國(guó)正處于工業(yè)化、城市化和機(jī)動(dòng)化的重要階段，汽車需求的快速增長(zhǎng)難以避免。

因此，新能源汽車將催生汽車動(dòng)力技術(shù)的一場(chǎng)革命，并必將帶動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)升級(jí)，建立新型的國(guó)民經(jīng)濟(jì)戰(zhàn)略產(chǎn)業(yè)，是汽車工業(yè)發(fā)展的必由之路。新能源汽車的使用的成本非常低廉。將其百公里的用電成本進(jìn)行換算，電的成本僅是油的成本的20%，也就是說，使用新能源汽車僅需花五分之一的錢就可以跑到與原來相當(dāng)?shù)墓飻?shù)。普通汽車，不論是手動(dòng)檔的，還是自動(dòng)檔的，都用變速箱變速，電動(dòng)車變速是電機(jī)驅(qū)動(dòng)，沒有變速箱，而且非常強(qiáng)勁。此外，電動(dòng)車的四輪驅(qū)動(dòng)，原理簡(jiǎn)單，容易實(shí)現(xiàn)，且運(yùn)行維護(hù)方便，不用換機(jī)油。新能源汽車的上述特點(diǎn)，決定了它具有強(qiáng)大的生命力和廣闊的市場(chǎng)發(fā)展前景。設(shè)想到2020年，我國(guó)新能源汽車占屆時(shí)汽車保有量20%，約3000萬輛，年可以節(jié)約石油5000萬噸，相當(dāng)于一個(gè)大慶油田一年的石油產(chǎn)量。

二、幾種新能源汽車

1.燃料電池汽車。燃料電池汽車（ FCV） 是一種用車載燃料電池裝置產(chǎn)生的電力作為動(dòng)力的汽車。車載燃料電池裝置所使用的燃料為高純度氫氣或含氫燃料經(jīng)重整所得到的高含氫重整氣。與通常的電動(dòng)汽車比較， 其動(dòng)力方面的不同在于FCV 用的電力來自車載燃料電池裝置， 電動(dòng)汽車所用的電力來自由電網(wǎng)充電的蓄電池。因此， FCV 的關(guān)鍵是燃料電池。

燃料電池是一種不燃燒燃料而直接以電化學(xué)反應(yīng)方式將燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿母咝Оl(fā)電裝置。發(fā)電的基本原理是： 電池的陽極（ 燃料極） 輸入氫氣（ 燃料） ， 氫分子（ H2） 在陽極催化劑作用下被離解成為氫離子（ H+ ） 和電子（ e-） ， H+ 穿過燃料電池的電解質(zhì)層向陰極（ 氧化極） 方向運(yùn)動(dòng)， e-因通不過電解質(zhì)層而由一個(gè)外部電路流向陰極； 在電池陰極輸入氧氣（ O2） ， 氧氣在陰極催化劑作用下離解成為氧原子（ O） ， 與通過外部電路流向陰極的e-和燃料穿過電解質(zhì)的H+ 結(jié)合生成穩(wěn)定結(jié)構(gòu)的水（ H2O） ， 完成電化學(xué)反應(yīng)放出熱量。這種電化學(xué)反應(yīng)與氫氣在氧氣中發(fā)生的劇烈燃燒反應(yīng)是完全不同的， 只要陽極不斷輸入氫氣， 陰極不斷輸入氧氣， 電化學(xué)反應(yīng)就會(huì)連續(xù)不斷地進(jìn)行下去， e-就會(huì)不斷通過外部電路流動(dòng)形成電流， 從而連續(xù)不斷地向汽車提供電力。與傳統(tǒng)的導(dǎo)電體切割磁力線的回轉(zhuǎn)機(jī)械發(fā)電原理也完全不同， 這種電化學(xué)反應(yīng)屬于一種沒有物體運(yùn)動(dòng)就獲得電力的靜態(tài)發(fā)電方式。因而， 燃料電池具有效率高、噪音低、無污染物排出等優(yōu)點(diǎn)， 這確保了FCV 成為真正意義上的高效、清潔汽車。

2.混合動(dòng)力汽車。通常所說的混合動(dòng)力汽車，一般是指油電混合動(dòng)力汽車（Hybrid Electric Vehicle， HEV），即采用傳統(tǒng)的內(nèi)燃機(jī)（柴油機(jī)或汽油機(jī)）和電動(dòng)機(jī)作為動(dòng)力源，也有的發(fā)動(dòng)機(jī)經(jīng)過改造使用其他替代燃料，例如壓縮天然氣、丙烷和乙醇燃料等。

隨著世界各國(guó)環(huán)境保護(hù)的措施越來越嚴(yán)格，混合動(dòng)力車輛由于其節(jié)能、低排放等特點(diǎn)成為汽車研究與開發(fā)的一個(gè)重點(diǎn)，并已經(jīng)開始商業(yè)化。

混合動(dòng)力汽車使用的電動(dòng)力系統(tǒng)中包括高效強(qiáng)化的電動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)和蓄電池。蓄電池使用的有鉛酸電池、鎳錳氫電池和鋰電池，將來應(yīng)該還能使用氫燃料電池。

以串聯(lián)混合動(dòng)力電動(dòng)汽車為例，介紹一下混合動(dòng)力電動(dòng)汽車的工作原理。

混合動(dòng)力汽車采用能夠滿足汽車巡航需要的較小發(fā)動(dòng)機(jī)，依靠電動(dòng)機(jī)或其它輔助裝置提供加速與爬坡所需的附加動(dòng)力。其結(jié)果是提高了總體效率，同時(shí)并未犧牲性能。混合動(dòng)力車設(shè)計(jì)成可回收制動(dòng)能量。在傳統(tǒng)汽車中，當(dāng)司機(jī)踩制動(dòng)時(shí)，這種本可用來給汽車加速的能量作為熱量被白白扔掉了。而混合動(dòng)力車卻能大部分回收這些能量，并將其暫時(shí)貯存起來供加速時(shí)再用。當(dāng)司機(jī)想要有最大的加速度時(shí)，汽油發(fā)動(dòng)機(jī)和電動(dòng)機(jī)并聯(lián)工作，提供可與強(qiáng)大的汽油發(fā)動(dòng)機(jī)相當(dāng)?shù)钠鸩叫阅?。在?duì)加速性要求不太高的場(chǎng)合，混合動(dòng)力車可以單靠電機(jī)行駛，或者單靠汽油發(fā)動(dòng)機(jī)行駛，或者二者結(jié)合以取得最大的效率。比如在公路上巡航時(shí)使用汽油發(fā)動(dòng)機(jī)。而在低速行駛時(shí)，可以單靠電機(jī)拖動(dòng)，不用汽油發(fā)動(dòng)機(jī)輔助。即使在發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)閉時(shí)電動(dòng)轉(zhuǎn)向助力系統(tǒng)仍可保持操縱功能，提供比傳統(tǒng)液壓系統(tǒng)更大的效率。

3.純電動(dòng)汽車。純電動(dòng)車是指完全由動(dòng)力蓄電池提供電力驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)車。車載電源為動(dòng)力，用電機(jī)驅(qū)動(dòng)車輪行駛， 純電動(dòng)車符合道路交通、安全法規(guī)各項(xiàng)要求的車輛。由于對(duì)環(huán)境影響相對(duì)傳統(tǒng)汽車較小，其前景被廣泛看好，但當(dāng)前技術(shù)尚不成熟。 結(jié)構(gòu)

在純電動(dòng)車控制系統(tǒng)中，主要包括4個(gè)節(jié)點(diǎn)，即主控制器ECU、電機(jī)控制ECU、電池控制ECU及CAN總線監(jiān)控單元。

主控制器ECU相當(dāng)于純電動(dòng)車的大腦，它起到了控制全局的作用。主控制器Ecu接收汽車上傳感器的信息，經(jīng)過A/I）轉(zhuǎn)換后計(jì)算、編碼為cAN報(bào)文，發(fā)送到總線上控制其它節(jié)點(diǎn)的工作。同時(shí)，將一些整車相關(guān)信息（車速、電池容量、踏板位置等信息）在組合儀表上顯示出來。其中最核心的就是通過傳感器的輸入值與系統(tǒng)當(dāng)前狀態(tài)及汽車工況等條件計(jì)算出合適的電機(jī)扭矩值，通過CAN總線發(fā)送到電機(jī)控制系統(tǒng)，指揮電機(jī)正確工作。另外，主控制器ECU還控制主繼電器的開關(guān)，使得整個(gè)系統(tǒng)上電和斷電。

電機(jī)控制ECU相當(dāng)于純電動(dòng)車的四肢。它的主要工作是以主控制器發(fā)送扭矩值為輸入值，采用雙閉環(huán)控制來調(diào)速電機(jī)，使電機(jī)工作在需要的轉(zhuǎn)速下。還有，根據(jù)電機(jī)的溫度變化控制電機(jī)的冷卻水泵和冷卻風(fēng)扇，從而有效地調(diào)節(jié)電機(jī)的溫度。

純電動(dòng)車的電池是由幾十塊單體電池成組供電的，并能保證在不供電時(shí)電池不成組，每塊電池的電壓不超過5V。這樣由于單個(gè)電池性能的差異，就需要在電池充放電過程中經(jīng)常要均衡電池電壓，保證電池性能。電池均衡問題由電池ECU來承擔(dān)。電池ECU相當(dāng)于純電動(dòng)車的血液循環(huán)系統(tǒng)。它提供系統(tǒng)需要的能量，同時(shí)，還提供給主控制器電池的信息及電池充放電能力最大值，供主控制器計(jì)算電機(jī)扭矩時(shí)用。

綜上可知，在節(jié)能和環(huán)保的雙重壓力下，新能源汽車無疑將成為未來汽車的發(fā)展方向。

參考文獻(xiàn)：

[1]丁 華，嚴(yán)學(xué)華。新材料在汽車工業(yè)中的應(yīng)用。 《鑄造設(shè)備研究》3/ 2001 .

[2] 盧廣鋒。21世紀(jì)汽車與環(huán)境保護(hù)。 《山東農(nóng)機(jī)》2001年第2期 .

[3]李軍。淺析準(zhǔn)“綠色”汽車混合動(dòng)力汽車與環(huán)境保護(hù).

[4]吳玲。汽車與環(huán)境保護(hù)。 《機(jī)械研究與應(yīng)用》第11卷第2期.

[5] 葛蘊(yùn)珊。汽車排放與環(huán)境保護(hù)。 中國(guó)勞動(dòng)社會(huì)保障出版社，2006.