蔡 穎 張 淼 魏嘉麒

(江西工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院,江西 南昌330039)

隨著工業(yè)的發(fā)展,汽車(chē)作為人們出行的重要代步工具,其擁有量正在逐漸攀升。汽車(chē)運(yùn)行所消耗的能源來(lái)自于石油,而目前當(dāng)今世界石油的短缺,已經(jīng)發(fā)展為影響國(guó)家戰(zhàn)略安全的問(wèn)題。汽車(chē)尾氣排放導(dǎo)致全球氣候變暖等一系列環(huán)境污染日趨嚴(yán)重,世界保護(hù)環(huán)境、節(jié)能減排的呼聲日益高漲。這各方面的因素都加緊了人們研究新型能源車(chē)的步伐,以環(huán)保節(jié)能為優(yōu)勢(shì)的新能源汽車(chē)是各大汽車(chē)生產(chǎn)經(jīng)銷(xiāo)商在了解新能源汽車(chē)是未來(lái)汽車(chē)發(fā)展的必然趨勢(shì)然后高速度的對(duì)新能源汽車(chē)的研發(fā)與推廣。

1 目前汽車(chē)面臨的問(wèn)題

1.1 石油資源正在逐步減少

國(guó)際能源機(jī)構(gòu)對(duì)此的調(diào)查顯示,用于交通使用的燃油占世界總石油使用的57%。目前,全世界的汽車(chē)有十幾億輛,每年的新增汽車(chē)是3000萬(wàn)輛,美國(guó)能源部對(duì)此有過(guò)預(yù)測(cè),在2020年,世界上的石油資源和供給量之間出現(xiàn)較大缺口。

而目前世界現(xiàn)有的石油資源有面臨的問(wèn)題有勘探開(kāi)發(fā)的投資和成本日益增加、石油儲(chǔ)量無(wú)法彌補(bǔ)同期石油的采出量和石油資源的蘊(yùn)藏、生產(chǎn)和消費(fèi)的不平衡矛盾更加突出。

1.2 汽車(chē)尾氣排放污染的危害

汽車(chē)尾氣排除的大量有害氣體已經(jīng)成為國(guó)際環(huán)境污染的一大重要原因,溫室氣體所導(dǎo)致的全球變暖,給世界造成了巨大的財(cái)產(chǎn)損失和人員傷亡。汽車(chē)排放的廢氣中含有近200多種不同的化合物,其中對(duì)人體危害最大的有一氧化碳、氮氧化合物、鉛化合物、顆粒物及碳?xì)浠衔?。有害氣體擴(kuò)散造成空氣污染及人體傷害,我國(guó)居民的呼吸道疾病的頻率不斷增長(zhǎng),暴露人群支氣管炎、慢性氣管炎及呼吸困難的發(fā)病率增高,而尾氣中所含的苯類(lèi)致癌物質(zhì),會(huì)引發(fā)肺癌、甲狀腺癌等。

2 發(fā)展新能源汽車(chē)的意義

2.1 緩解石油短缺的重要途徑

石油在能源結(jié)構(gòu)中的比例由1985年的38.2%逐漸減少到2000年的32%,并將下降到2020年的21.2%,而新能源、水電等在能源結(jié)構(gòu)中的比例將逐漸提升。所以,石油資源完全可以在能源結(jié)構(gòu)中退局次要地位,由于消費(fèi)數(shù)量的遞減,現(xiàn)有的石油資源便延長(zhǎng)了使用的年限,我們所面臨的石油資源問(wèn)題將有更多的時(shí)間去研究改善。在2020年,世界工業(yè)化國(guó)家的人均能源消費(fèi)便減少50%,發(fā)展中國(guó)家的人均能源消費(fèi)也將大大減少。

2.2 保護(hù)環(huán)境的重要措施

新能源汽車(chē)相對(duì)于傳統(tǒng)汽車(chē)來(lái)說(shuō),具有低能耗、低排量的優(yōu)點(diǎn),能夠滿(mǎn)足節(jié)能環(huán)保的要求,并且在一定程度上能夠減少溫室氣體的排放。在凈化環(huán)境任務(wù)繁重的今天,新能源汽車(chē)能夠大大地減少汽車(chē)尾氣污染排放物,建立起環(huán)境友好型社會(huì),對(duì)于保護(hù)環(huán)境、人類(lèi)身體健康具有不可或缺的意義,實(shí)現(xiàn)能源、環(huán)境與社會(huì)發(fā)展的共贏。

2.2.1 可持續(xù)發(fā)展的必經(jīng)之路

現(xiàn)在已經(jīng)研究出來(lái)的電動(dòng)汽車(chē),按照電動(dòng)汽車(chē)的百公里成本進(jìn)行換算,電的成本僅是燃油成本的20%,也就是說(shuō),使用新能源汽車(chē)以原先五分之一的成本便可以跑傳統(tǒng)汽車(chē)相同的公里數(shù)。新能源汽車(chē)具有強(qiáng)大的生命力和廣闊的發(fā)展前景,各國(guó)政府以及汽車(chē)產(chǎn)業(yè)通過(guò)積極研發(fā)新能源,進(jìn)而獲得可持續(xù)發(fā)展,新能源汽車(chē)已經(jīng)成為21世紀(jì)汽車(chē)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展熱點(diǎn)。新能源汽車(chē)必將帶動(dòng)一場(chǎng)汽車(chē)革命,使得汽車(chē)產(chǎn)業(yè)升級(jí),促使汽車(chē)產(chǎn)業(yè)戰(zhàn)略快速升級(jí)。

2.2.2 大力研究新能源汽車(chē)

新能源汽車(chē)類(lèi)別有很多種,包括電動(dòng)汽車(chē),氫燃料汽車(chē)、醇類(lèi)汽車(chē)、天然氣汽車(chē)以及其他新能源,其中電動(dòng)汽車(chē)又分為：混合動(dòng)力汽車(chē)、純電動(dòng)汽車(chē)、燃料電池電動(dòng)汽車(chē)等,其他新能源有高效儲(chǔ)能器、二甲醚等。

(1)電動(dòng)汽車(chē)。

①混合動(dòng)力汽車(chē)(HEV)。

混合動(dòng)力汽車(chē)是將原動(dòng)機(jī)、電動(dòng)機(jī)、能量?jī)?chǔ)存裝置等組合在一起,它們之間的良好匹配和優(yōu)化控制,可充分發(fā)揮內(nèi)燃機(jī)汽車(chē)和電動(dòng)汽車(chē)的優(yōu)點(diǎn),避免各自的不足。與純電動(dòng)汽車(chē)相比,由于有原動(dòng)機(jī)作為輔助動(dòng)力,蓄電池的數(shù)量和質(zhì)量可以減少,因此汽車(chē)自身重量可以減小,同時(shí)汽車(chē)的續(xù)駛里程和動(dòng)力性可達(dá)到內(nèi)燃機(jī)水平;與內(nèi)燃機(jī)汽車(chē)相比,可使原動(dòng)機(jī)運(yùn)行工況更加的穩(wěn)定,減緩發(fā)動(dòng)機(jī)變工況下的不良運(yùn)行以及突發(fā)情況,極大降低了發(fā)動(dòng)機(jī)的油耗。

②純電動(dòng)汽車(chē)(BEV)。

純電動(dòng)汽車(chē)完全由動(dòng)力蓄電池提供動(dòng)能并以電機(jī)驅(qū)動(dòng)車(chē)輪行駛的汽車(chē),主要由蓄電池、電動(dòng)機(jī)等部件組成。其完全采用可充電式蓄電池驅(qū)動(dòng),基本結(jié)構(gòu)相對(duì)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。目前市場(chǎng)上的純電動(dòng)車(chē)有比亞迪E6、吉利熊貓及三菱i－MiEV等,但由于蓄電池類(lèi)別豐富,普遍存在成本高、使用壽命短及充電時(shí)間長(zhǎng)等缺點(diǎn)。

③燃料電池電動(dòng)汽車(chē)(PCEV)。

燃料電池電動(dòng)汽車(chē)就是使用燃料電池,把燃料中的化學(xué)能通過(guò)化學(xué)反應(yīng)直接轉(zhuǎn)化成電能來(lái)進(jìn)行動(dòng)力驅(qū)動(dòng)的新型汽車(chē)。燃料電池電動(dòng)汽車(chē)完全不進(jìn)行燃料的燃燒過(guò)程,而是通過(guò)電池直接將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能,依靠電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。燃料電池的化學(xué)反應(yīng)過(guò)程中不產(chǎn)生有害物質(zhì),與普通電池的區(qū)別是,只要能保證燃料和氧化劑的供給,燃料電池就可以連續(xù)不斷地產(chǎn)生電能,所以燃料電池電動(dòng)汽車(chē)是綠色汽車(chē),燃料電池的能量轉(zhuǎn)換效率比內(nèi)燃機(jī)要高2——3倍。

(2)氫燃料汽車(chē)。

氫燃料汽車(chē)是以氫作為主要能量來(lái)進(jìn)行移動(dòng)的汽車(chē)。其工作原理是將氫輸入燃料電池中,氫原子的電子被質(zhì)子交換膜阻隔,通過(guò)外電路從負(fù)極傳導(dǎo)到正極,成為電能驅(qū)動(dòng)電機(jī),質(zhì)子卻可以通過(guò)質(zhì)子交換膜與氧化合為純凈的水霧排出。氫燃料汽車(chē)的排放物是純水,行駛時(shí)不產(chǎn)生任何污染物,具有無(wú)污染、低排放等優(yōu)點(diǎn),可以有效減少汽車(chē)尾氣造成的空氣污染問(wèn)題。

(3)醇類(lèi)汽車(chē)。

醇類(lèi)汽車(chē)就是說(shuō)把醇類(lèi)燃料(甲醇、乙醇)作為能源驅(qū)動(dòng)的汽車(chē)。醇類(lèi)燃料均為含氧燃料,與汽油車(chē)相比,醇類(lèi)汽車(chē)的輸出效率明顯要高一些,油耗率較低,對(duì)燃料充分進(jìn)行燃燒,減少了有害氣體排放,因此這種便可以稱(chēng)作是清潔能源。甲醇主要從煤和石油中提煉而出,乙醇一般用谷物及野生植物生產(chǎn),所以這兩種醇類(lèi)燃料成本較汽油來(lái)說(shuō)較低,可以形成規(guī)模生產(chǎn)。

(4)天然氣汽車(chē)。

天然氣是一種清潔、高效、價(jià)廉的燃料,并且我國(guó)的天然氣資源豐富。壓縮天然氣汽車(chē)(CNG)是把經(jīng)過(guò)脫水、脫重?zé)N及脫酸性氣體處理的“三脫”處理之后的天然氣壓縮到20MPa并存入特制的耐高壓氣瓶中,通過(guò)減壓器減壓處理后經(jīng)發(fā)動(dòng)機(jī)使用。液化天然氣汽車(chē)(LNG)是將經(jīng)過(guò)“三脫”處理的天然氣冷卻到－160℃的液態(tài)狀態(tài)后裝入耐壓0.05－0.5MPa的絕熱罐中,經(jīng)過(guò)蒸發(fā)減壓器液化減壓處理后經(jīng)發(fā)動(dòng)機(jī)使用。

2.2.3 新能源汽車(chē)所面臨的問(wèn)題

能源短缺是世界性課題,為此各個(gè)國(guó)家也在致力于新能源汽車(chē)的研究,美國(guó)一直在大力推廣的很多混合動(dòng)力燃料汽車(chē)所使用的便是含10%的混合燃料,歐洲側(cè)重于燃料電池汽車(chē)和純電動(dòng)汽車(chē)技術(shù)的研發(fā),其汽車(chē)公司主攻生物燃料、柴油機(jī)、氫燃料的技術(shù)研發(fā),目前也加快了燃料電池技術(shù)的引進(jìn)研發(fā)。日本側(cè)重于混合動(dòng)力汽車(chē)技術(shù)的研發(fā),其混合動(dòng)力汽車(chē)技術(shù)在國(guó)際上處于領(lǐng)先位置,目前也在積極推進(jìn)各種新能源汽車(chē)技術(shù)的發(fā)展和研究,鼓勵(lì)生物燃料和燃料電池技術(shù)等技術(shù)的研發(fā),計(jì)劃開(kāi)發(fā)以天然氣為原料的液體合成燃料急速、車(chē)用電池以及氫燃料電池等技術(shù)。我國(guó)一直以來(lái)都非常關(guān)注純電動(dòng)汽車(chē)的攻關(guān),目前我國(guó)研發(fā)的純電動(dòng)汽車(chē)有純電動(dòng)轎車(chē)、純電動(dòng)公交客車(chē)等,燃料電池汽車(chē)在整車(chē)集成技術(shù)、整車(chē)的可靠性方面也有了很大的進(jìn)步,也逐步建立了自己的研發(fā)體系,研發(fā)的樣車(chē)的主要技術(shù)水平與國(guó)外相比不相上下,燃料電池汽車(chē)的樣車(chē)也進(jìn)行了示范運(yùn)行。

雖然研發(fā)正在逐漸完善,但目前我們新能源汽車(chē)還是面臨很多問(wèn)題：(1)純電動(dòng)汽車(chē)雖然蓄電池類(lèi)別豐富,但普遍存在成本高、使用壽命短及充電時(shí)間長(zhǎng)等缺點(diǎn)。(2)燃料電池電動(dòng)汽車(chē)在車(chē)身、控制器、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)及氫燃料的制取方面,仍存在一些問(wèn)題,燃料電池技術(shù)還有待提高。(3)推廣氫燃料汽車(chē)依然面臨傳統(tǒng)的電解法價(jià)格昂貴,而且耗費(fèi)大量資源,無(wú)法制取廉價(jià)氫氣;以及因?yàn)闅浞肿訕O小,極易透過(guò)儲(chǔ)藏裝置的外殼逃逸而產(chǎn)生的存儲(chǔ)和運(yùn)輸?shù)募夹g(shù)問(wèn)題。(4)醇類(lèi)燃料中甲醇的產(chǎn)量較低,成本偏高,并且甲醇有毒,且冷啟動(dòng)困難,易造成腐蝕。天然氣汽車(chē)其中動(dòng)力性能較低,安全性需要保障,一旦大規(guī)模的投入使用,又得面臨著建立相應(yīng)加氣站和加氣站輸送天然氣管道,成本比較高。

[1]崔勝民.新能源汽車(chē)技術(shù)[M].北京：北京大學(xué)出版社,2009,(01).

[2]徐繼榮.淺談汽車(chē)代用燃料技術(shù)[J].青海交通科技,2008,(2)：69-72.

[3]呂志強(qiáng).電動(dòng)汽車(chē)電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)高性能控制技術(shù)研究[D].濟(jì)南：山東大學(xué),2008.

[4]王文偉,畢榮華.電動(dòng)汽車(chē)技術(shù)基礎(chǔ)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社,2010.

[5]崔勝民,韓家軍.新能源汽車(chē)概論[M].北京：北京大學(xué)出版社,2011.

[6]陳全世.先進(jìn)電動(dòng)汽車(chē)技術(shù)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社,2007.

[7]壹家言.認(rèn)清混合動(dòng)力的本質(zhì)[J].汽車(chē)知識(shí),2012.