張條蘭 高素霞

摘 要：近年來由于能源的短缺、環(huán)境的污染，新能源汽車成為發(fā)展的趨勢。本文結(jié)合我國現(xiàn)有的新能源汽車技術(shù)的發(fā)展概況，分析了不同新能源汽車技術(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;技術(shù)創(chuàng)新;發(fā)展戰(zhàn)略

新能源汽車是指采用非常規(guī)的車用燃料作為動力來源（或使用常規(guī)的車用燃料、采用新型車載動力裝置），綜合車輛的動力控制和驅(qū)動方面的先進(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。新能源汽車包括混合動力汽車、純電動汽車（BEV，包括太陽能汽車）、燃料電池電動汽車（FCEV）、氫發(fā)動機汽車、其他新能源（如高效儲能器、二甲醚）汽車等各類別產(chǎn)品。

1 混合動力汽車

混合動力汽車是在純電動汽車上加裝一套內(nèi)燃機，用以減少汽車的污染，提高汽車行駛里程，且符合汽車道路交通、安全法規(guī)的一種汽車。目前有串聯(lián)式和并聯(lián)式兩種結(jié)構(gòu)形式。混合動力汽車（亦稱復(fù)合動力汽車）車上裝有兩個以上動力源。車載動力源有多種：蓄電池、燃料電池、太陽能電池、內(nèi)燃機車的發(fā)電機組，當(dāng)前復(fù)合動力汽車一般是指具有內(nèi)燃機，再加上蓄電池的汽車。

我國非常重視混合動力汽車的研究與開發(fā)，有關(guān)工作開始于上個世紀(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)汽車公司等國內(nèi)多家企業(yè)、高校和科研機構(gòu)進(jìn)行聯(lián)合攻關(guān)，相關(guān)研究被列入“十一五”863計劃重大項目。混合動力汽車涉及到幾項關(guān)鍵技術(shù)，分別是混合動力單元技術(shù)、控制策略技術(shù)和能量存儲技術(shù)。在這幾個技術(shù)方向，我國科技人員都有一定的突破。

2 純電動汽車技術(shù)

純電動汽車（Battery Elcctdc Vehicle，BEV）是指以車載電源為動力，用電機驅(qū)動車輪行駛，符合道路交通、安全法規(guī)各項要求的車輛。與混合動力最大的不同在于，純電動汽車完全不使用內(nèi)燃機作為發(fā)動裝置，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，其基本結(jié)構(gòu)非常簡單，電動發(fā)電機和車載電池是其中的關(guān)鍵部件，其中又以電池最為關(guān)鍵。

純電動汽車的優(yōu)點是：（1）無污染，噪聲低。由于不采用任何有機燃料作為直接能源來源，純電動汽車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)，并且電動機工作噪聲也遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于內(nèi)燃機。但是，使用電動汽車并非絕對無污染，例如使用鉛酸蓄電池做動力源，制造、使用中要接觸到鉛，充電時產(chǎn)生酸氣，會造成一定的污染。蓄電池充電所用的電力，在用煤炭作燃料時會產(chǎn)生CO、SO2、粉塵等，但它的污染較內(nèi)燃機的廢氣要輕得多，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，對人類傷害較少，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，來源多樣化。電動汽車的研究表明，其能源效率已超過汽油機汽車，特別是在城市運行，汽車走走停停，行駛速度不高，電動汽車更加適宜。電動汽車停止時不消耗電量，在制動過程中，電動機可自動轉(zhuǎn)化為發(fā)電機，實現(xiàn)制動減速時能量的再利用。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)過粗煉，送至電廠發(fā)電，經(jīng)充入電池，再由電池驅(qū)動汽車，其能量利用效率比經(jīng)過精煉變?yōu)槠?，再?jīng)汽油機驅(qū)動汽車，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、太陽能、風(fēng)力等，不同國家可以根據(jù)自己的實際情況靈活選擇電能的來源。電動汽車還可以充分利用晚間用電低谷時富余的電力充電。（3）結(jié)構(gòu)簡單，使用維修方便。電動汽車較內(nèi)燃機汽車結(jié)構(gòu)簡單，運轉(zhuǎn)和傳動部件少，維修保養(yǎng)工作量小，當(dāng)采用交流感應(yīng)電動機時，電機無需保養(yǎng)維護，更重要的是電動汽車易操縱。但是由于技術(shù)和成本上的問題，純電動汽車目前仍存在一些缺陷。最主要的問題在于，目前蓄電池單位重量儲存的能量太少，一次充電后行駛罩程不理想;高儲量的電池使用壽命較短，使用成本高，純電動汽車總體成本比較高，當(dāng)然這也和純電動汽車沒有實現(xiàn)商業(yè)化、無法形成規(guī)模經(jīng)濟有關(guān)。因此，電池是純電動汽車發(fā)展的首要關(guān)鍵，要想在較大范圍內(nèi)應(yīng)用電動汽車，要依靠先進(jìn)的蓄電池。由于完全不依賴內(nèi)燃機，純電動汽車對電池性能的要求大大高于混合動力汽車。經(jīng)過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 燃料電池電動汽車

燃料電池是一種將氫和氧的化學(xué)能通過電極反應(yīng)直接轉(zhuǎn)化成電能的裝置。這種裝置的最大特點是反應(yīng)過程不經(jīng)過燃燒和熱機做功，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%，實際使用效率接近普通內(nèi)燃機的2倍。我國政府非常重視燃料電池汽車關(guān)鍵技術(shù)的研究。在“九五”期間，國家科技部就將燃料電池關(guān)鍵技術(shù)的研究列入國家攻關(guān)計劃。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。“十五”期間，燃料電池關(guān)鍵技術(shù)的研究被列入國家“863”電動汽車重大專項。 燃料電池電動汽車目前在中國處于示范項目階段?！爸袊剂想姵毓财囀痉俄椖俊笔艿街袊?、全球環(huán)境基金（GEF）和聯(lián)合國開發(fā)計劃署（UNDP）共同支持。一個總投資3 200萬美元的示范項目目前正由國家科技部、北京市、上海市共同組織實施。該項目的遠(yuǎn)期目標(biāo)是推動燃料電池公共汽車在中國產(chǎn)業(yè)化和推廣應(yīng)用，減少空氣污染和溫室氣體排放。項目于2003 年在北京啟動，預(yù)計這12 輛車總共運行將達(dá)160 萬公里。

4 氫發(fā)動機汽車

氫發(fā)動機汽車的內(nèi)燃機系統(tǒng)有點類似于傳統(tǒng)汽車內(nèi)燃機系統(tǒng)。其內(nèi)燃機可直接燃燒氫，而不使用其他燃料，產(chǎn)生水蒸氣排出。這類車存在幾個技術(shù)難題，一是氫氣的安全存放和儲運。由于氫氣在常溫下呈氣態(tài)，為能使汽車長距離運行，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，其安全儲運一直是一技術(shù)難題。二是燃燒效率較低，氫內(nèi)燃機的能率轉(zhuǎn)化效率低于氫燃料電池，要使得汽車具有足夠的馬力，提高其能效是不能回避的問題。 氫發(fā)動機汽車涉及到氫能的綜合利用問題，我國十分重視氫能源的研究與開發(fā)工作，和國際進(jìn)行了廣泛合作和接軌。氫動力汽車現(xiàn)在最大的難題是液化氫氣的儲存。氫氣密度很低，需要壓縮或液化才能運輸、存儲和分配。5～7公斤氫能使汽車行駛644公里，但控制燃料罐體積是燃料電池車的主要難題?，F(xiàn)有的儲氫方式一是將液態(tài)氫儲存于-253℃的低溫罐內(nèi)，二是將氫氣儲存于高壓絕緣罐中，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)儲氫技術(shù)，美國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，可反復(fù)使用幾百次。氫動力汽車發(fā)展的另一個關(guān)鍵問題就是氫的制備。

5 結(jié)論

目前，新能源汽車技術(shù)的發(fā)展方向是采用鋰電池的純電動汽車。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儲能為鉛酸電池的3倍，鋰聚合物電池為4倍，而且鋰資源較豐富，未來具有更大的發(fā)展空間。因此，鋰電池技術(shù)的開發(fā)成為新能源汽車的發(fā)展方向。

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