新能源汽車(chē)技術(shù)概況

張條蘭 高素霞

摘 要：近年來(lái)由于能源的短缺、環(huán)境的污染，新能源汽車(chē)成為發(fā)展的趨勢(shì)。本文結(jié)合我國(guó)現(xiàn)有的新能源汽車(chē)技術(shù)的發(fā)展概況，分析了不同新能源汽車(chē)技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域和關(guān)鍵技術(shù)，并提出了新能源技術(shù)的發(fā)展方向。

關(guān)鍵詞：新能源汽車(chē);技術(shù)創(chuàng)新;發(fā)展戰(zhàn)略

新能源汽車(chē)是指采用非常規(guī)的車(chē)用燃料作為動(dòng)力來(lái)源（或使用常規(guī)的車(chē)用燃料、采用新型車(chē)載動(dòng)力裝置），綜合車(chē)輛的動(dòng)力控制和驅(qū)動(dòng)方面的先進(jìn)技術(shù)，形成的技術(shù)原理先進(jìn)、具有新技術(shù)、新結(jié)構(gòu)的汽車(chē)。新能源汽車(chē)包括混合動(dòng)力汽車(chē)、純電動(dòng)汽車(chē)（BEV，包括太陽(yáng)能汽車(chē)）、燃料電池電動(dòng)汽車(chē)（FCEV）、氫發(fā)動(dòng)機(jī)汽車(chē)、其他新能源（如高效儲(chǔ)能器、二甲醚）汽車(chē)等各類(lèi)別產(chǎn)品。

1 混合動(dòng)力汽車(chē)

混合動(dòng)力汽車(chē)是在純電動(dòng)汽車(chē)上加裝一套內(nèi)燃機(jī)，用以減少汽車(chē)的污染，提高汽車(chē)行駛里程，且符合汽車(chē)道路交通、安全法規(guī)的一種汽車(chē)。目前有串聯(lián)式和并聯(lián)式兩種結(jié)構(gòu)形式?；旌蟿?dòng)力汽車(chē)（亦稱(chēng)復(fù)合動(dòng)力汽車(chē)）車(chē)上裝有兩個(gè)以上動(dòng)力源。車(chē)載動(dòng)力源有多種：蓄電池、燃料電池、太陽(yáng)能電池、內(nèi)燃機(jī)車(chē)的發(fā)電機(jī)組，當(dāng)前復(fù)合動(dòng)力汽車(chē)一般是指具有內(nèi)燃機(jī)，再加上蓄電池的汽車(chē)。

我國(guó)非常重視混合動(dòng)力汽車(chē)的研究與開(kāi)發(fā)，有關(guān)工作開(kāi)始于上個(gè)世紀(jì)90年代。在“十五”期間，科技部組織北京理工大學(xué)、清華大學(xué)、東風(fēng)汽車(chē)公司等國(guó)內(nèi)多家企業(yè)、高校和科研機(jī)構(gòu)進(jìn)行聯(lián)合攻關(guān)，相關(guān)研究被列入“十一五”863計(jì)劃重大項(xiàng)目?；旌蟿?dòng)力汽車(chē)涉及到幾項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，分別是混合動(dòng)力單元技術(shù)、控制策略技術(shù)和能量存儲(chǔ)技術(shù)。在這幾個(gè)技術(shù)方向，我國(guó)科技人員都有一定的突破。

2 純電動(dòng)汽車(chē)技術(shù)

純電動(dòng)汽車(chē)（Battery Elcctdc Vehicle，BEV）是指以車(chē)載電源為動(dòng)力，用電機(jī)驅(qū)動(dòng)車(chē)輪行駛，符合道路交通、安全法規(guī)各項(xiàng)要求的車(chē)輛。與混合動(dòng)力最大的不同在于，純電動(dòng)汽車(chē)完全不使用內(nèi)燃機(jī)作為發(fā)動(dòng)裝置，也不使用汽油、柴油等燃料，而是完全采用可充電式電池驅(qū)動(dòng)，其基本結(jié)構(gòu)非常簡(jiǎn)單，電動(dòng)發(fā)電機(jī)和車(chē)載電池是其中的關(guān)鍵部件，其中又以電池最為關(guān)鍵。

純電動(dòng)汽車(chē)的優(yōu)點(diǎn)是：（1）無(wú)污染，噪聲低。由于不采用任何有機(jī)燃料作為直接能源來(lái)源，純電動(dòng)汽車(chē)本身不排放污染大氣的有害氣體，也不產(chǎn)生二氧化碳等溫室氣體，幾乎可以達(dá)到“零排放”的標(biāo)準(zhǔn)，并且電動(dòng)機(jī)工作噪聲也遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于內(nèi)燃機(jī)。但是，使用電動(dòng)汽車(chē)并非絕對(duì)無(wú)污染，例如使用鉛酸蓄電池做動(dòng)力源，制造、使用中要接觸到鉛，充電時(shí)產(chǎn)生酸氣，會(huì)造成一定的污染。蓄電池充電所用的電力，在用煤炭作燃料時(shí)會(huì)產(chǎn)生CO、SO2、粉塵等，但它的污染較內(nèi)燃機(jī)的廢氣要輕得多，即使按所耗電量換算為發(fā)電廠的排放，除硫和微粒外，其它污染物也顯著減少，由于電廠大多建于遠(yuǎn)離人口密集的城市，對(duì)人類(lèi)傷害較少，而且電廠是集中的排放，清除各種有害排放物較容易。（2）能源效率高，來(lái)源多樣化。電動(dòng)汽車(chē)的研究表明，其能源效率已超過(guò)汽油機(jī)汽車(chē)，特別是在城市運(yùn)行，汽車(chē)走走停停，行駛速度不高，電動(dòng)汽車(chē)更加適宜。電動(dòng)汽車(chē)停止時(shí)不消耗電量，在制動(dòng)過(guò)程中，電動(dòng)機(jī)可自動(dòng)轉(zhuǎn)化為發(fā)電機(jī)，實(shí)現(xiàn)制動(dòng)減速時(shí)能量的再利用。集中發(fā)電也可以大大提高能源利用效率，有些研究表明，同樣的原油經(jīng)過(guò)粗煉，送至電廠發(fā)電，經(jīng)充入電池，再由電池驅(qū)動(dòng)汽車(chē)，其能量利用效率比經(jīng)過(guò)精煉變?yōu)槠?，再?jīng)汽油機(jī)驅(qū)動(dòng)汽車(chē)，因此有利于節(jié)約能源和減少二氧化碳的排量。由于電力可以從多種一次能源獲得，如煤、核能、水力、太陽(yáng)能、風(fēng)力等，不同國(guó)家可以根據(jù)自己的實(shí)際情況靈活選擇電能的來(lái)源。電動(dòng)汽車(chē)還可以充分利用晚間用電低谷時(shí)富余的電力充電。（3）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用維修方便。電動(dòng)汽車(chē)較內(nèi)燃機(jī)汽車(chē)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，運(yùn)轉(zhuǎn)和傳動(dòng)部件少，維修保養(yǎng)工作量小，當(dāng)采用交流感應(yīng)電動(dòng)機(jī)時(shí)，電機(jī)無(wú)需保養(yǎng)維護(hù)，更重要的是電動(dòng)汽車(chē)易操縱。但是由于技術(shù)和成本上的問(wèn)題，純電動(dòng)汽車(chē)目前仍存在一些缺陷。最主要的問(wèn)題在于，目前蓄電池單位重量?jī)?chǔ)存的能量太少，一次充電后行駛罩程不理想;高儲(chǔ)量的電池使用壽命較短，使用成本高，純電動(dòng)汽車(chē)總體成本比較高，當(dāng)然這也和純電動(dòng)汽車(chē)沒(méi)有實(shí)現(xiàn)商業(yè)化、無(wú)法形成規(guī)模經(jīng)濟(jì)有關(guān)。因此，電池是純電動(dòng)汽車(chē)發(fā)展的首要關(guān)鍵，要想在較大范圍內(nèi)應(yīng)用電動(dòng)汽車(chē)，要依靠先進(jìn)的蓄電池。由于完全不依賴(lài)內(nèi)燃機(jī)，純電動(dòng)汽車(chē)對(duì)電池性能的要求大大高于混合動(dòng)力汽車(chē)。經(jīng)過(guò)10多年的篩選，現(xiàn)在普遍看好氫鎳電池、鋰離子和鋰聚合物電池。

3 燃料電池電動(dòng)汽車(chē)

燃料電池是一種將氫和氧的化學(xué)能通過(guò)電極反應(yīng)直接轉(zhuǎn)化成電能的裝置。這種裝置的最大特點(diǎn)是反應(yīng)過(guò)程不經(jīng)過(guò)燃燒和熱機(jī)做功，因此其能量效率不受卡諾循環(huán)的限制，轉(zhuǎn)化率可達(dá)到60%～70%，實(shí)際使用效率接近普通內(nèi)燃機(jī)的2倍。我國(guó)政府非常重視燃料電池汽車(chē)關(guān)鍵技術(shù)的研究。在“九五”期間，國(guó)家科技部就將燃料電池關(guān)鍵技術(shù)的研究列入國(guó)家攻關(guān)計(jì)劃。中科院大連化學(xué)物理研究所、北京世紀(jì)富源燃料電池公司、北京飛馳綠能電源技術(shù)有限責(zé)任公司、上海神力科技有限公司等就分別研制出5 kW～30 kW的質(zhì)子交換膜燃料電池?！笆濉逼陂g，燃料電池關(guān)鍵技術(shù)的研究被列入國(guó)家“863”電動(dòng)汽車(chē)重大專(zhuān)項(xiàng)。 燃料電池電動(dòng)汽車(chē)目前在中國(guó)處于示范項(xiàng)目階段?！爸袊?guó)燃料電池公共汽車(chē)示范項(xiàng)目”受到中國(guó)政府、全球環(huán)境基金（GEF）和聯(lián)合國(guó)開(kāi)發(fā)計(jì)劃署（UNDP）共同支持。一個(gè)總投資3 200萬(wàn)美元的示范項(xiàng)目目前正由國(guó)家科技部、北京市、上海市共同組織實(shí)施。該項(xiàng)目的遠(yuǎn)期目標(biāo)是推動(dòng)燃料電池公共汽車(chē)在中國(guó)產(chǎn)業(yè)化和推廣應(yīng)用，減少空氣污染和溫室氣體排放。項(xiàng)目于2003 年在北京啟動(dòng)，預(yù)計(jì)這12 輛車(chē)總共運(yùn)行將達(dá)160 萬(wàn)公里。

4 氫發(fā)動(dòng)機(jī)汽車(chē)

氫發(fā)動(dòng)機(jī)汽車(chē)的內(nèi)燃機(jī)系統(tǒng)有點(diǎn)類(lèi)似于傳統(tǒng)汽車(chē)內(nèi)燃機(jī)系統(tǒng)。其內(nèi)燃機(jī)可直接燃燒氫，而不使用其他燃料，產(chǎn)生水蒸氣排出。這類(lèi)車(chē)存在幾個(gè)技術(shù)難題，一是氫氣的安全存放和儲(chǔ)運(yùn)。由于氫氣在常溫下呈氣態(tài)，為能使汽車(chē)長(zhǎng)距離運(yùn)行，必須有充足的氫源，一般需要采用加壓技術(shù);另外氫氣屬于易燃易爆的氣體，其安全儲(chǔ)運(yùn)一直是一技術(shù)難題。二是燃燒效率較低，氫內(nèi)燃機(jī)的能率轉(zhuǎn)化效率低于氫燃料電池，要使得汽車(chē)具有足夠的馬力，提高其能效是不能回避的問(wèn)題。 氫發(fā)動(dòng)機(jī)汽車(chē)涉及到氫能的綜合利用問(wèn)題，我國(guó)十分重視氫能源的研究與開(kāi)發(fā)工作，和國(guó)際進(jìn)行了廣泛合作和接軌。氫動(dòng)力汽車(chē)現(xiàn)在最大的難題是液化氫氣的儲(chǔ)存。氫氣密度很低，需要壓縮或液化才能運(yùn)輸、存儲(chǔ)和分配。5～7公斤氫能使汽車(chē)行駛644公里，但控制燃料罐體積是燃料電池車(chē)的主要難題?，F(xiàn)有的儲(chǔ)氫方式一是將液態(tài)氫儲(chǔ)存于-253℃的低溫罐內(nèi)，二是將氫氣儲(chǔ)存于高壓絕緣罐中，連續(xù)行駛里程分別達(dá)到400公里和270公里的水平，但前者要消耗較多能量，后者體積仍然較大，蒸發(fā)還會(huì)每天消耗5%的氫。更先進(jìn)的辦法是金屬氫化物低壓固態(tài)儲(chǔ)氫技術(shù)，美國(guó)采用晶粉狀金屬合金，一次可吸收氫氣約3公斤，加熱即可釋放出來(lái)，可反復(fù)使用幾百次。氫動(dòng)力汽車(chē)發(fā)展的另一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題就是氫的制備。

5 結(jié)論

目前，新能源汽車(chē)技術(shù)的發(fā)展方向是采用鋰電池的純電動(dòng)汽車(chē)。鋰是最輕、化學(xué)特性十分活潑的金屬，鋰離子電池單位重量?jī)?chǔ)能為鉛酸電池的3倍，鋰聚合物電池為4倍，而且鋰資源較豐富，未來(lái)具有更大的發(fā)展空間。因此，鋰電池技術(shù)的開(kāi)發(fā)成為新能源汽車(chē)的發(fā)展方向。

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