新能源汽車技術概況

張條蘭 高素霞

摘 要：近年來由于能源的短缺、環境的污染，新能源汽車成為發展的趨勢。本文結合我國現有的新能源汽車技術的發展概況，分析了不同新能源汽車技術的應用領域和關鍵技術，并提出了新能源技術的發展方向。

關鍵詞：新能源汽車;技術創新;發展戰略

新能源汽車是指采用非常規的車用燃料作為動力來源（或使用常規的車用燃料、采用新型車載動力裝置），綜合車輛的動力控制和驅動方面的先進技術，形成的技術原理先進、具有新技術、新結構的汽車。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、安全法規的一種汽車。目前有串聯式和并聯式兩種結構形式。混合動力汽車（亦稱復合動力汽車）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、內燃機車的發電機組，當前復合動力汽車一般是指具有內燃機，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，有關工作開始于上個世紀90年代。在“十五”期間，科技部組織北京理工大學、清華大學、東風汽車公司等國內多家企業、高校和科研機構進行聯合攻關，相關研究被列入“十一五”863計劃重大項目。混合動力汽車涉及到幾項關鍵技術，分別是混合動力單元技術、控制策略技術和能量存儲技術。在這幾個技術方向，我國科技人員都有一定的突破。

2 純電動汽車技術

純電動汽車（Battery Elcctdc Vehicle，BEV）是指以車載電源為動力，用電機驅動車輪行駛，符合道路交通、安全法規各項要求的車輛。與混合動力最大的不同在于，純電動汽車完全不使用內燃機作為發動裝置，也不使用汽油、柴油等燃料，而是完全采用可充電式電池驅動，其基本結構非常簡單，電動發電機和車載電池是其中的關鍵部件，其中又以電池最為關鍵。

純電動汽車的優點是：（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，也不產生二氧化碳等溫室氣體，幾乎可以達到“零排放”的標準，并且電動機工作噪聲也遠遠小于內燃機。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生CO、SO2、粉塵等，但它的污染較內燃機的廢氣要輕得多，即使按所耗電量換算為發電廠的排放，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，電動機可自動轉化為發電機，實現制動減速時能量的再利用。集中發電也可以大大提高能源利用效率，有些研究表明，同樣的原油經過粗煉，送至電廠發電，經充入電池，再由電池驅動汽車，其能量利用效率比經過精煉變為汽油，再經汽油機驅動汽車，因此有利于節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、風力等，不同國家可以根據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）結構簡單，使用維修方便。電動汽車較內燃機汽車結構簡單，運轉和傳動部件少，維修保養工作量小，當采用交流感應電動機時，電機無需保養維護，更重要的是電動汽車易操縱。但是由于技術和成本上的問題，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，當然這也和純電動汽車沒有實現商業化、無法形成規模經濟有關。因此，電池是純電動汽車發展的首要關鍵，要想在較大范圍內應用電動汽車，要依靠先進的蓄電池。由于完全不依賴內燃機，純電動汽車對電池性能的要求大大高于混合動力汽車。經過10多年的篩選，現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能通過電極反應直接轉化成電能的裝置。這種裝置的最大特點是反應過程不經過燃燒和熱機做功，因此其能量效率不受卡諾循環的限制，轉化率可達到60%～70%，實際使用效率接近普通內燃機的2倍。我國政府非常重視燃料電池汽車關鍵技術的研究。在“九五”期間，國家科技部就將燃料電池關鍵技術的研究列入國家攻關計劃。中科院大連化學物理研究所、北京世紀富源燃料電池公司、北京飛馳綠能電源技術有限責任公司、上海神力科技有限公司等就分別研制出5 kW～30 kW的質子交換膜燃料電池。“十五”期間，燃料電池關鍵技術的研究被列入國家“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。“中國燃料電池公共汽車示范項目”受到中國政府、全球環境基金（GEF）和聯合國開發計劃署（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。該項目的遠期目標是推動燃料電池公共汽車在中國產業化和推廣應用，減少空氣污染和溫室氣體排放。項目于2003 年在北京啟動，預計這12 輛車總共運行將達160 萬公里。

4 氫發動機汽車

氫發動機汽車的內燃機系統有點類似于傳統汽車內燃機系統。其內燃機可直接燃燒氫，而不使用其他燃料，產生水蒸氣排出。這類車存在幾個技術難題，一是氫氣的安全存放和儲運。由于氫氣在常溫下呈氣態，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;另外氫氣屬于易燃易爆的氣體，其安全儲運一直是一技術難題。二是燃燒效率較低，氫內燃機的能率轉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工作，和國際進行了廣泛合作和接軌。氫動力汽車現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。現有的儲氫方式一是將液態氫儲存于-253℃的低溫罐內，二是將氫氣儲存于高壓絕緣罐中，連續行駛里程分別達到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，蒸發還會每天消耗5%的氫。更先進的辦法是金屬氫化物低壓固態儲氫技術，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，可反復使用幾百次。氫動力汽車發展的另一個關鍵問題就是氫的制備。

5 結論

目前，新能源汽車技術的發展方向是采用鋰電池的純電動汽車。鋰是最輕、化學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，未來具有更大的發展空間。因此，鋰電池技術的開發成為新能源汽車的發展方向。

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