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新能源汽車技術(shù)研發(fā):我們還有很多事情要做

2009-10-20 04:28
經(jīng)濟 2009年8期
關(guān)鍵詞:鋰電池燃料電池新能源

張 雪

不知從什么時候開始,“新能源汽車”這個詞變得炙手可熱起來,企業(yè)在說,專家在談,媒體上更是鋪天蓋地的新能源汽車信息?;旌蟿恿ζ嚒⒓冸妱榆?、燃料電池汽車……這些近來的高頻詞匯讓很多人犯起了迷糊——新能源汽車到底是怎么回事?

其實道理很簡單,所有類型的新能源汽車都是為了同時解決兩個問題,減少對石油資源的依賴、減少對環(huán)境的污染。

站在一個大的時間坐標(biāo)上,新能源汽車尚處在起步階段,各種技術(shù)都不盡完美:

現(xiàn)在主流的油電混合動力汽車因為采用了傳統(tǒng)的內(nèi)燃機和電動機作為動力源,二者相互配合能夠?qū)崿F(xiàn)節(jié)能減排的目標(biāo),但是因為傳統(tǒng)內(nèi)燃機的存在,依然需要消耗石油資源,對環(huán)境也會造成一定負擔(dān)。

純電動車,采用電能驅(qū)動,原理簡單,但是電池技術(shù)是制約其發(fā)展的瓶頸。

燃料電池汽車,效率高,對環(huán)境造成的負擔(dān)小,困擾它發(fā)展的因素有燃料電池的使用壽命問題。

除此以外,居高不下的成本問題,可以說是現(xiàn)階段所有新能源汽車都必須要面對的考驗。

由于這些問題的存在,國際上對哪種技術(shù)才是汽車產(chǎn)業(yè)未來的發(fā)展方向存在很多爭議。也正因如此,眾多國家都選擇了“多條腿走路”,同時推進各種類型新能源汽車技術(shù)的發(fā)展。

我們國家也很早就確立了“三縱三橫”的研發(fā)格局,采取了整車企業(yè)牽頭、關(guān)鍵零部件配合、第三方監(jiān)理、產(chǎn)學(xué)研結(jié)合、政策法規(guī)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)同步研究、基礎(chǔ)設(shè)施協(xié)調(diào)發(fā)展的創(chuàng)新研發(fā)體制。

近年來,由一汽、東風(fēng)、長安、奇瑞等企業(yè)研發(fā)的各類新能源車已經(jīng)相繼問世,并且通過北京奧運會、“十城千輛”等示范運行項目,我國的新能源汽車技術(shù)正在經(jīng)歷著實踐的檢驗。

科技部部長萬鋼曾經(jīng)這樣總結(jié):“現(xiàn)在,我國基本掌握了節(jié)能與新能源汽車核心技術(shù),基本建立了具有自主知識產(chǎn)權(quán)的節(jié)能與新能源汽車技術(shù)平臺,基本形成了比較完整的關(guān)鍵零部件體系,開發(fā)了一批節(jié)能與新能源汽車,實現(xiàn)了小批量整車生產(chǎn)能力?!?/p>

有技術(shù)不等于技術(shù)優(yōu)

一項技術(shù)從沒有,到被創(chuàng)造,到被基本掌握,不能不說是一個讓人欣喜的進步。但就新能源汽車來說,基本目的是為了滿足人們未來的出行需求,因此,它就必然要面對產(chǎn)業(yè)化的問題。而要真正實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化,就不能滿足于掌握基本技術(shù),要實現(xiàn)技術(shù)從有到優(yōu),從青澀走向成熟的跨越,這也將是我國新能源汽車技術(shù)未來的重點。

電動車早在1 00多年前就誕生了,但是在現(xiàn)階段,純電動車作為替代傳統(tǒng)汽車的備選之一,面對如下的問題,就要達到更為嚴(yán)苛的標(biāo)準(zhǔn):

充一次電能夠跑多遠,能不能滿足人們正常的活動范圍?它的使用壽命是幾年?它的售價是多少錢,今后的使用和維修成本高不高?

對這些問題的解答和對答案的優(yōu)化過程,依靠的是核心技術(shù)的不斷進步,就純電動車來說,就是對電池技術(shù)的不斷突破:

鉛酸電池使用壽命短,鎳氫電池資源有限、成本較高,近幾年對鋰電池技術(shù)的探索逐漸興起。國際上對純電動汽車使用的電池有一個近期基礎(chǔ)目標(biāo),“重量在250公斤以下,峰值功率100千瓦,功率密度400瓦每公斤,能量40千瓦時”。鋰電池被認為有望將它實現(xiàn)。

“鋰電池技術(shù)的入門門檻并不高,但要做好卻并不容易?!鼻迦A大學(xué)新能源技術(shù)研究所新型能源與材料化學(xué)研究室主任何向明說。事實上,鋰電池還是個相對“幼稚”的產(chǎn)品,發(fā)展了不過十幾年的時間,它有很多現(xiàn)象,目前科學(xué)家都無法解決,只能不斷探索。

而就我們國家現(xiàn)階段對于鋰電池技術(shù)的研究來說,還有許多等待完善的課題,存在巨大的進步空間。何向明表示:

“首先是內(nèi)阻的問題,內(nèi)阻當(dāng)然越小越好,它意味著充放電過程中的消耗,目前我們國家最好的水平和國外最好的水平相差10倍?!薄傲硪粋€是電池一致性的問題。鋰電池有一個特性,過充電和過放電都不好,像手機等使用的單片鋰電池問題容易控制,但汽車使用的鋰電池是若干個復(fù)雜地串并聯(lián)在一起的,如果一致性不好,就容易造成有的過充、有的充不足的現(xiàn)象,這會影響整個電池的使用壽命和成本。目前國內(nèi)外對這個問題都還沒有完全解決?!笨梢?,純電動汽車技術(shù)要實現(xiàn)從“有”到“優(yōu)”,這些問題必然要不斷探索突破。

和純電動車相比,燃料電池汽車的工作機理也不復(fù)雜。在燃料電池里面有兩個電極,一個電極通上氫氣,另一個通上空氣(主要是其中的氧氣),這時候它就可以通過中間的一個膜實現(xiàn)電化學(xué)反應(yīng),氫氧反應(yīng)生成水,在這個過程中生產(chǎn)電驅(qū)動車行駛。

“我們國家在燃料電池汽車技術(shù)上的跟進還是比較及時的,技術(shù)水平可以說與國外沒有太大差距,某些方面還有優(yōu)勢。”清華大學(xué)汽車工程系車用動力研究所所長裴普成介紹,從2002年開始進入快速發(fā)展階段,燃料電池客車和轎車相繼問世,北京奧運會期間幾輛自主研發(fā)的燃料電池客車已經(jīng)進行了示范運行,“跑下來的結(jié)果,氫氣的消耗量和出勤率都比較令人滿意?!?/p>

燃料電池汽車有自身的優(yōu)勢,清潔、高效,而且它的部件非常少,維護簡單、生產(chǎn)方便,很多人都看好它的應(yīng)用前景。然而從小規(guī)模的生產(chǎn)示范運行到大規(guī)模的產(chǎn)業(yè)化,還需要在燃料電池的使用壽命上進行技術(shù)攻關(guān)。

“國際上對車用燃料電池第一階段的目標(biāo)設(shè)定為使用5000小時?!迸崞粘烧劦?,目前許多國家的科研人員都在探索可以延長燃料電池壽命的手段,他和他的研究團隊主要是從燃料電池的使用方法上著手,已經(jīng)取得了比較明顯的成效。“我們要搞清燃料電池的特性,研究正確的使用方法,也就是說要通過用好燃料電池,來延長使用時間。目前我們的研究成果已經(jīng)得到了應(yīng)用,達到了延長燃料電池壽命一倍多的效果?!彼榻B說。

除此以外,燃料電池汽車也有目前所有新能源汽車的“通病”——成本高。裴普成介紹,燃料電池汽車的成本主要高在催化劑上;“為做到目標(biāo)成本與內(nèi)燃機相當(dāng),需要把催化劑鉑的用量降到每平方厘米(按膜的有效面積計)0.3毫克,有報道說美國實驗室已經(jīng)做到了0.4毫克。此外,有不少人還在給鉑找替代品,譬如稀土元素?!边@都是今后科研提高的方向。

技術(shù)上的突破應(yīng)該是沒有底線的,因為技術(shù)上對于“好”的標(biāo)準(zhǔn)是在不斷提高的,“好”還可以“更好”。而每一個細小的技術(shù)進步都會推動新能源車在產(chǎn)業(yè)化的道路上向前邁進一步。

新技術(shù)出現(xiàn)不等于舊問題消失

這幾年,新能源汽車受到熱捧,有一個原因不能忽略,人們從它的身影中看到了中國汽車業(yè)縮短與世界汽車業(yè)先進水平差距的希望。因為鋰電池、燃料電池等等新能源汽車的核心技術(shù)在世界范圍內(nèi)都處在起步階段,我們國家對新技術(shù)的研究與其他國家相比基本是同步展開的。

然而新能源汽車畢竟是一個復(fù)雜的系統(tǒng),它需要各種新技術(shù)的支撐,但不意味著不再需要舊技術(shù);新技術(shù)的出現(xiàn)也并不等于汽車產(chǎn)業(yè)多年積累下的舊問題會隨之消失、舊問題不會對新能源汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展產(chǎn)生制約。

油電混合動力汽車雖然增加了電動機作為動力源,但傳統(tǒng)的內(nèi)燃機依然需要發(fā)揮重要作用。不少業(yè)內(nèi)人士都指出,傳統(tǒng)汽車的一些關(guān)鍵技術(shù)水平仍將在很大程度上決定混合動力汽車的發(fā)展水平。因此,除了電機、電池等新技術(shù)值得不斷探索,提高變速器等傳統(tǒng)汽車固有的關(guān)鍵技術(shù)同樣迫切。

談到這個問題,裴普成也講起了一次令他印象深刻的經(jīng)歷:“我到日本參觀展會,他們的燃料電池上的螺釘螺母都有非常全的配套,生產(chǎn)出來的產(chǎn)品可以說是精雕細琢?!焙蛧庀啾龋覀冎圃斓漠a(chǎn)品就顯得有些粗糙,“我們現(xiàn)在生產(chǎn)的燃料電池單片都不錯,但是因為工程化上存在的問題,裝出電池堆來,精密性、一致性都要差一些?!憋@然,工業(yè)生產(chǎn)技術(shù)上的老問題不可能隨著新能源技術(shù)的出現(xiàn)而消失,如果不加以解決,還會對新能源汽車的進步產(chǎn)生制約。

老問題的形成是一個過程,同樣,解決它們也需要一個過程?;乇懿坏?、心急不得,唯有踏踏實實地一點點改進,不能妄想沒有解決的問題自己消失。

其實,不論是為提高新技術(shù)而進行的基礎(chǔ)性研究,還是為解決老問題而做出的技術(shù)改善,都是一個需要耐心持續(xù)積累的過程,沒有捷徑可走。新能源汽車說到底還是一個新生事物,積累很重要。畢竟,不積跬步無以至千里。

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