汽車新能源與節(jié)能技術(shù)應(yīng)用研究（2）

汪欽　王春　李松焱

摘 要：二十一世紀(jì)，汽車已經(jīng)成為千家萬(wàn)戶出行的首選，傳統(tǒng)汽車的燃料是柴油、汽油、液化氣，燃燒后排出的是醛類和碳氧化合物，隨之而生的是環(huán)境污染和能源消耗問(wèn)題。所以，為了解決這一問(wèn)題，研發(fā)綠色環(huán)保的汽車技術(shù)是當(dāng)前汽車行業(yè)的首要任務(wù)。本文闡述了汽車新能源和節(jié)能技術(shù)對(duì)當(dāng)前汽車行業(yè)發(fā)展的重要意義并結(jié)合發(fā)展?fàn)顩r提出相應(yīng)策略。對(duì)汽車新能源與節(jié)能技術(shù)應(yīng)用進(jìn)行探討和分析，希望為汽車領(lǐng)域提供參考。

關(guān)鍵詞：汽車新能源 節(jié)能環(huán)保 研發(fā)應(yīng)用

Research on the Application of New Energy and Energy-saving Technology in Automobiles

Wang Qin，Wang Chun，Li Songyan

Abstract：In the 21st century， automobiles have become the first choice for thousands of households to travel. Traditional automobile fuels are diesel， gasoline， and liquefied petroleum gas. After combustion， aldehydes and carbon oxides are emitted， causing environmental pollution and energy consumption issues. Therefore， to solve this problem， research and development of green and environmentally friendly automotive technology is the primary task of the current automotive industry. This article elaborates the importance of new energy and energy-saving technologies for the current automotive industry and proposes corresponding strategies based on the development status. The article discusses and analyzes the application of new energy and energy-saving technologies in automobiles， hoping to provide references for the automotive field.

Key words：automobile new energy， energy saving and environmental protection， research and development application

1 引言

隨著社會(huì)的進(jìn)步時(shí)代的發(fā)展，人們的生活水平經(jīng)濟(jì)收入也不斷提高，汽車作為生活中重要的交通工具之一基本，在給我們生活提供了便利的同時(shí)排放的大量尾氣也給自然環(huán)境帶來(lái)了危害，大量的能源消耗也面臨枯竭的危機(jī)。汽車行業(yè)造成的環(huán)境污染和能源危機(jī)是當(dāng)下阻礙社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵要素。研發(fā)新的汽車技術(shù)是時(shí)代發(fā)展下的必然趨勢(shì)。以綠色環(huán)保的理念出發(fā)，對(duì)汽車動(dòng)力原料進(jìn)行創(chuàng)新，從根本上解決環(huán)境污染和能源消耗的問(wèn)題。

2 新能源汽車發(fā)展歷史

其實(shí)，新能源汽車并不是21世紀(jì)的產(chǎn)物。1834年第一輛電動(dòng)車由安德森發(fā)明，比內(nèi)燃機(jī)汽車早了半個(gè)多世紀(jì)，但這輛電動(dòng)車是蓄電池，不可再充。1873年，英國(guó)人羅伯特·戴維森（Robert Davidsson）制造了世界上最初可供使用的電動(dòng)車。1881年，應(yīng)用了可以充放電的鉛酸電池，這是一次重大技術(shù)改革引起了不小的轟動(dòng)。1900年，汽車售出總量中，蒸汽機(jī)車占百分之四十，電動(dòng)汽車占百分之三十八，燃油汽車僅百分之二十二。1902年，德國(guó)人波爾舍在電動(dòng)車上加裝了一臺(tái)內(nèi)燃機(jī)來(lái)發(fā)電驅(qū)動(dòng)輪轂電機(jī)，這也是世界上第一臺(tái)混合動(dòng)力汽車。二十世紀(jì)中期，燃油汽車迅速發(fā)展，電動(dòng)汽車逐漸消失。中國(guó)的新能源汽車始源于二十一世紀(jì)初。2000年底，在德國(guó)留學(xué)多年的“中國(guó)燃料電池車之父”萬(wàn)鋼教授向國(guó)務(wù)院提出新能源汽車研究項(xiàng)目，并被列入國(guó)家“863”重大科技課題。二十世紀(jì)六十年代，環(huán)境污染及石油危機(jī)的問(wèn)題逐漸浮出，這使得人們不得不重新審視汽車行業(yè)的發(fā)展，電動(dòng)汽車重新回到大眾視野，并在相關(guān)技術(shù)研發(fā)上也取得了突破性的進(jìn)展，迎來(lái)了電動(dòng)汽車發(fā)展的新時(shí)代。二十世紀(jì)九十年代，為了克服電池續(xù)航問(wèn)題混合動(dòng)力汽車應(yīng)運(yùn)而生。二十一世紀(jì)初期，電池技術(shù)得到突破，國(guó)家也大力推進(jìn)新能源汽車的發(fā)展成為新能源汽車產(chǎn)量最多的國(guó)家。

3 新能源與節(jié)能技術(shù)的意義和重要性

（1）汽車污染已成為世界性公害，其對(duì)于溫室氣體濃度增加的“貢獻(xiàn)”不容忽視。汽車尾氣排放的廢氣主要為一氧化碳、碳?xì)浠衔铩⒌趸衔铩⒍趸颉⒑U化合物、苯并芘及固體顆粒物，能引起光化學(xué)煙霧等。另外，汽車排放的二氧化碳（CO2）、硫化物SOx（SO和SO2）、氮氧化物NOx（NO和NO2）、氟氯烴等使溫室效應(yīng)、臭氧層破壞和酸雨等大氣環(huán)境問(wèn)題變得更為嚴(yán)重;汽車排出的CO、NOx、SOx、未燃碳?xì)浠衔颒C、顆粒物PM和臭味氣體等污染空氣對(duì)環(huán)境和人們身體健康的危害已相當(dāng)嚴(yán)重。全力發(fā)展汽車新能源是解決汽車尾氣對(duì)環(huán)境污染的根本，同時(shí)也是推動(dòng)交通領(lǐng)域向低碳轉(zhuǎn)型的有力舉措，實(shí)現(xiàn)國(guó)家生態(tài)文明建設(shè)。

（2）二十一世紀(jì)，交通能源是全球?qū)⒁鎸?duì)的挑戰(zhàn)。1973年—1999年，世界發(fā)生了三次石油危機(jī)，導(dǎo)致世界范圍大規(guī)模的戰(zhàn)爭(zhēng)，出發(fā)了大規(guī)模的全球經(jīng)濟(jì)危機(jī)，對(duì)世界經(jīng)濟(jì)發(fā)展產(chǎn)生了重大的影響。而汽車行業(yè)是石油消耗的第一大產(chǎn)業(yè)，據(jù)目前數(shù)據(jù)分析，我國(guó)汽車行業(yè)占石油消耗總量的三分之一，中國(guó)目前已經(jīng)成為世界第三大石油進(jìn)口國(guó)，第二大石油消費(fèi)國(guó)。我國(guó)面對(duì)的石油消耗與交通能源問(wèn)題非常嚴(yán)峻，汽車行業(yè)的改革是大勢(shì)所趨，推廣可再生能源的新型燃料，汽車動(dòng)力能源多元化是主要任務(wù)，能使我們不再過(guò)度依賴石油。

（3）在傳統(tǒng)的汽車行業(yè)中，我國(guó)的技術(shù)水平落后世界幾十年，但新能源汽車各國(guó)基本處于同一起跑線，我國(guó)可利用市場(chǎng)優(yōu)勢(shì)在新能源電動(dòng)汽車領(lǐng)域取得領(lǐng)先。電動(dòng)汽車的發(fā)展將為社會(huì)提供大批的就業(yè)，推動(dòng)下游行業(yè)發(fā)展轉(zhuǎn)型，帶動(dòng)國(guó)民經(jīng)濟(jì)。

4 汽車新能源

4.1 純電力驅(qū)動(dòng)

純電力驅(qū)動(dòng)運(yùn)用汽車鋰電池等新型的電池能源，通過(guò)電動(dòng)機(jī)動(dòng)力驅(qū)動(dòng)汽車，純電動(dòng)汽車使用電能，在行駛中無(wú)廢氣排出，不污染環(huán)境。電動(dòng)汽車比汽油機(jī)驅(qū)動(dòng)汽車的能源利用率要高且因使用單一的電能源，省去了發(fā)動(dòng)機(jī)、變速器、油箱、冷卻和排氣系統(tǒng)，所以結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單。可在用電低峰時(shí)進(jìn)行汽車充電，可以平抑電網(wǎng)的峰谷差，使發(fā)電設(shè)備得到充分利用。

4.2 混合動(dòng)力

混合動(dòng)力汽車（Hybrid Vehicle）是把驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)由多個(gè)能同時(shí)工作的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)聯(lián)合，車輛的行駛功率依據(jù)實(shí)際的車輛行駛狀態(tài)由單個(gè)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)單獨(dú)或共同提供。通常是指油電混合動(dòng)力汽車（Hybrid Electric Vehicle，HEV），即采用內(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，驅(qū)動(dòng)方式靈活。混合動(dòng)力的電動(dòng)力系統(tǒng)包括電動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)和蓄電池（鉛酸電池、鎳錳氫電池和鋰電池）。混合動(dòng)力既發(fā)揮了發(fā)動(dòng)機(jī)持續(xù)工作時(shí)間長(zhǎng)，動(dòng)力性好的優(yōu)點(diǎn)，又能達(dá)到電動(dòng)機(jī)無(wú)污染、低噪聲的好處。熱效率可提高百分之十以上，廢氣排放可改善百分之三十以上。

4.3 太陽(yáng)能發(fā)電

二十一世紀(jì)，太陽(yáng)能或?qū)⒊蔀槭澜缰饕茉础Ｌ?yáng)能是由氫原子核在高溫下聚變產(chǎn)生的能量，風(fēng)能水能等地球上所有自然能源幾乎都是由太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換而來(lái)。太陽(yáng)能在現(xiàn)代科技生活中應(yīng)用范圍十分廣泛。太陽(yáng)能發(fā)電利用電池組件把太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能，太陽(yáng)能電池將光能轉(zhuǎn)換成電力為汽車提供驅(qū)動(dòng)力。燃料成本幾乎為零，有效減少化石燃料的消耗。不過(guò)由于太陽(yáng)能會(huì)受天氣影響的原因，只能作為輔助能源提升新能源汽車的續(xù)航時(shí)間。

4.4 氫動(dòng)力

許多科學(xué)認(rèn)為氫能源燃料電池對(duì)汽車核心技術(shù)具有重要的革命意義。從二十世紀(jì)六十年代就開(kāi)始了氫動(dòng)力汽車的研發(fā)，并投入數(shù)十億美元與中國(guó)上汽合作成功開(kāi)發(fā)出中國(guó)首臺(tái)氫能源汽車，命名為“鳳凰”。氫具備極高的能量密度，并用甲醇等作為燃料，釋放足夠的能量為汽車提供驅(qū)動(dòng)力。作為新動(dòng)力能源，氫與氧氣在燃料電池中發(fā)生化學(xué)反應(yīng)只生成水，沒(méi)有污染。與傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)汽車相比，氫動(dòng)力有高達(dá)百分之六十到八十的能量轉(zhuǎn)化效率，是內(nèi)燃機(jī)的二至三倍且沒(méi)有損耗，壽命長(zhǎng)。由此來(lái)看氫動(dòng)力汽車將成為未來(lái)汽車發(fā)展的重點(diǎn)。

5 汽車節(jié)能技術(shù)

5.1 增程式混合動(dòng)力技術(shù)

增程式混合動(dòng)力就是串聯(lián)式混合動(dòng)力，通俗來(lái)講就是通過(guò)電動(dòng)機(jī)提供驅(qū)動(dòng)力，不使用內(nèi)燃機(jī)。對(duì)增程式混合動(dòng)力汽車是在純電動(dòng)汽車的基礎(chǔ)下開(kāi)發(fā)的，為了達(dá)到增加純電動(dòng)車輛續(xù)航里程減少充電次數(shù)的目的，在車上添加了增程器。其關(guān)鍵作用是為電池充電和汽車上的其它設(shè)備提供電源，解決了電池電量的問(wèn)題。但此技術(shù)只針對(duì)電動(dòng)汽車應(yīng)用。

5.2 并聯(lián)式混合動(dòng)力技術(shù)

并聯(lián)式混合動(dòng)力是將內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)與電動(dòng)機(jī)相連，接入驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。兩個(gè)動(dòng)力源分別進(jìn)行驅(qū)動(dòng)或聯(lián)合驅(qū)動(dòng)。混合動(dòng)力汽車的關(guān)鍵技術(shù)大致包括動(dòng)力電池及其管理系統(tǒng)、電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、動(dòng)力系統(tǒng)參數(shù)匹配、能量管理策略等。并聯(lián)式混合動(dòng)力擁有兩套動(dòng)力系統(tǒng)，可以分開(kāi)工作，也可以協(xié)作驅(qū)動(dòng)。既有發(fā)電功能又有驅(qū)動(dòng)功能，所以并聯(lián)式混合動(dòng)力汽車應(yīng)用范圍更廣。

5.3 混聯(lián)式混合動(dòng)力技術(shù)

混聯(lián)式混合動(dòng)力系統(tǒng)又稱動(dòng)力分流系統(tǒng)。串聯(lián)式混合動(dòng)力和并聯(lián)式混合動(dòng)力相結(jié)合就是混聯(lián)式混合動(dòng)力，同時(shí)保有了串聯(lián)式和并聯(lián)式的優(yōu)點(diǎn)，既增加了機(jī)械動(dòng)力的傳動(dòng)系統(tǒng)又增加了電力驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)系統(tǒng)，雖然結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜但是控制方便。

5.4 藍(lán)驅(qū)技術(shù)

藍(lán)驅(qū)（BlueMotion）技術(shù)就是改進(jìn)后的TDI（Turbo-charged Direct Injection的縮寫(xiě)即“渦輪增壓柴油直噴發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)”），“藍(lán)驅(qū)技術(shù)”的發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)技術(shù)、變速箱技術(shù)、燃料技術(shù)、尾氣處理技術(shù)都更先進(jìn)，更具環(huán)保性。Start-Stop（起動(dòng)停車）技術(shù)和Recuporation（再生制動(dòng)能量回收）技術(shù)使車輛減少油耗，回收能量。

5.5 壓燃技術(shù)

傳統(tǒng)汽車是通過(guò)火花塞或活塞壓燃兩種方式點(diǎn)火啟動(dòng)汽車，壓燃技術(shù)是將兩種點(diǎn)火方式相結(jié)合，在燃料同時(shí)燃燒增大燃油使用率。同時(shí)，壓燃技術(shù)發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒周期短，溫度低，達(dá)到節(jié)能效果。

6 發(fā)展策略

大量增加充電樁的覆蓋范圍，推動(dòng)新能源汽車的銷量。并培養(yǎng)相關(guān)專業(yè)人才，鼓勵(lì)學(xué)校開(kāi)設(shè)相關(guān)學(xué)科并建立實(shí)驗(yàn)室，落實(shí)科教興國(guó)人才強(qiáng)國(guó)的發(fā)展戰(zhàn)略，為我國(guó)汽車新能源的發(fā)展提供根本競(jìng)爭(zhēng)力。堅(jiān)持自主創(chuàng)新，以企業(yè)為主體，市場(chǎng)為方向，技術(shù)研發(fā)為中心，建立完善的創(chuàng)新技術(shù)體系，推動(dòng)汽車新能源發(fā)展。

7 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，在環(huán)境污染和能源匱乏的現(xiàn)狀下新能源汽車已成為汽車行業(yè)發(fā)展的必然趨勢(shì)。在新能源汽車行業(yè)領(lǐng)域，各國(guó)處于同一起跑線，且中國(guó)的實(shí)際國(guó)情有很大優(yōu)勢(shì)，有潛力成為行業(yè)領(lǐng)導(dǎo)者，帶動(dòng)國(guó)家經(jīng)濟(jì)發(fā)展，實(shí)現(xiàn)綠色低碳生活。

江蘇省2020年度高校哲學(xué)社會(huì)科學(xué)研究項(xiàng)目：汽車新能源以及節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用探究，項(xiàng)目編號(hào)：2020SJA0807。

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