電動(dòng)汽車

電動(dòng)汽車是指以車載電源為動(dòng)力，用電機(jī)驅(qū)動(dòng)車輪行駛，符合道路交通、安全法規(guī)各項(xiàng)要求的車輛。電動(dòng)汽車的優(yōu)點(diǎn)是：它本身不排放污染大氣的有害氣體，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，而且電廠是固定不動(dòng)的，集中的排放，清除各種有害排放物較容易，也已有了相關(guān)技術(shù)。由于電力可以從多種一次能源獲得，如煤、核能、水力等，解除人們對石油資源日見枯竭的擔(dān)心。電動(dòng)汽車還可以充分利用晚間用電低谷時(shí)富余的電力充電，使發(fā)電設(shè)備日夜都能充分利用，大大提高其經(jīng)濟(jì)效益。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(dòng)汽車，其能量利用效率比經(jīng)過精煉變?yōu)槠停俳?jīng)汽油機(jī)驅(qū)動(dòng)汽車高，因此有利于節(jié)約能源和減少二氧化碳的排量，正是這些優(yōu)點(diǎn)，使電動(dòng)汽車的研究和應(yīng)用成為汽車工業(yè)的一個(gè)"熱點(diǎn)"。

電動(dòng)汽車的困難是目前蓄電池單位重量儲(chǔ)存的能量太少，還因電動(dòng)車的電池較貴，又沒形成經(jīng)濟(jì)規(guī)模，故購買價(jià)格較貴，至于使用成本，有些試用結(jié)果比汽車貴，有些結(jié)果僅為汽車的1／3，這主要取決于電池的壽命及當(dāng)?shù)氐挠汀㈦妰r(jià)格。

電池是電動(dòng)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(dòng)汽車，要依靠先進(jìn)的蓄電池經(jīng)過10多年的篩選，現(xiàn)在普遍看好的氫鎳電池，鋰離子和鋰聚合物電池。氫鎳電池單位重量儲(chǔ)存能量比鉛酸電池多一倍，其它性能也都優(yōu)于鉛酸電池。但目前價(jià)格為鉛酸電池的4-5倍，正在大力攻關(guān)讓它降下來。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(chǔ)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，價(jià)格也不很貴，是很有希望的電池。我國在鎳氫電池和鋰離子電池的產(chǎn)業(yè)化開發(fā)方面均取得了快速的發(fā)展。電動(dòng)汽車其他有關(guān)的技術(shù)，近年都有巨大的進(jìn)步，如：交流感應(yīng)電機(jī)及其控制，稀土永磁無刷電機(jī)及其控制，電池和整車能量管理系統(tǒng)，智能及快速充電技術(shù)，低阻力輪胎，輕量和低風(fēng)阻車身，制動(dòng)能量回收等等，這些技術(shù)的進(jìn)步使電動(dòng)汽車日見完善和走向?qū)嵱没?。我國大城市的大氣污染已不能忽視，汽車排放是主要污染源之一，我國已?0個(gè)城市被列入全球大氣污染最嚴(yán)重的20個(gè)城市之中。我國現(xiàn)今人均汽車是每1000人平均10輛汽車，但石油資源不足，每年已進(jìn)口幾千萬噸石油，隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，假如我國人均汽車持有量達(dá)到現(xiàn)在全球水平---每1000人有110輛汽車，我國汽車持有量將成10倍地增加，石油進(jìn)口就成為大問題。因此在我國研究發(fā)展電動(dòng)汽車不是一個(gè)臨時(shí)的短期措施，而是意義重大的、長遠(yuǎn)的戰(zhàn)略考慮。

燃料電池電動(dòng)汽車

燃料電池是把燃料中的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能的能量轉(zhuǎn)化裝置，它從外表上看有正負(fù)極和電解質(zhì)等，像一個(gè)蓄電池，但實(shí)質(zhì)上它不能"儲(chǔ)電"而是一個(gè)"發(fā)電廠"。燃料電池也有多種類型，經(jīng)過多年的探索，最有望用于汽車的是質(zhì)子交換膜燃料電池。它的工作原理是：將氫氣送到負(fù)極，經(jīng)過催化劑（鉑）的作

用，氫原子中兩個(gè)電子被分離出來，這兩個(gè)電子在正極的吸引下，經(jīng)外部電路產(chǎn)生電流，失去電子的氫離子（質(zhì)子）可穿過質(zhì)子交換膜（即固體電解質(zhì)），在正極與氧原子和電子重新結(jié)合為水。由于氧可以從空氣中獲得，只要不斷給負(fù)極供應(yīng)氫，并及時(shí)把水（蒸汽）帶走，燃料電池就可以不斷地提供電能。燃料電池的優(yōu)點(diǎn)是：1、能量轉(zhuǎn)化效率高。燃料電池的能量轉(zhuǎn)換效率可高達(dá)60-80％，為內(nèi)燃機(jī)的2-3倍。2、不污染環(huán)境。燃料電池的燃料是氫和氧，生成物是清潔的水，它本身工作不產(chǎn)生CO和CO2，也沒有硫和微粒排出，沒有高溫反應(yīng)，也不產(chǎn)生NOX。如果使用車載的甲醇重整催化器供給氫氣，僅會(huì)產(chǎn)生微量的CO和較少的CO2。3、壽命長。燃料電池本身工作沒有噪聲，沒有運(yùn)動(dòng)性，沒有振動(dòng)，其電極僅作為化學(xué)反應(yīng)的場所和導(dǎo)電的通道，本身不參與化學(xué)反應(yīng)，沒有損耗，壽命長。經(jīng)90年代的研究，燃料電池在汽車上的應(yīng)用已取得重大進(jìn)展質(zhì)子交換膜電池（簡稱pEM燃料電池）功率密度已大大提高。1990年時(shí)每公升體積可產(chǎn)生140W電力，1995年提高至1000W。每公斤重量也從100多瓦提高到幾百瓦最高可達(dá)700W。2001年每公斤體積已提高到2200W。質(zhì)子交換膜的價(jià)格下降到540美元／cm2，工作壽命可長達(dá)57000h。質(zhì)子交換膜燃料電池工作溫度為80℃。用于催化的鉑的用量大大下降，過去用量是5mg／cm2，一輛汽車燃料電池光鉑就要3萬美元，比整個(gè)汽車還貴現(xiàn)在已下降到0．4mg／cm2，近日報(bào)道已有做到0．25mg／cm2，甚至0．10mg／cm2。燃料電池的核心部件反應(yīng)堆的能量轉(zhuǎn)換效率，加拿大巴拉德公司已達(dá)到總速時(shí)為60％，滿負(fù)荷時(shí)為40％。德國在額定負(fù)荷時(shí)為59％，20％額定負(fù)荷時(shí)為69％。各種供給氫氣的方法：高壓儲(chǔ)氫瓶、液化氫儲(chǔ)存器、金屬儲(chǔ)氫技術(shù)都有明顯進(jìn)步，從甲醇和汽油經(jīng)重整器獲得高密度氫氣的技術(shù)有很大進(jìn)步，為利用現(xiàn)有加油站"加油"而保持汽車長距離行駛提供可能，尤其是從甲醇獲取氫得到更多的重視，因?yàn)樗闹卣ぷ鳒囟容^低，耗能較少，伴生的CO等副產(chǎn)品較少。pEM燃料電池要在性能及價(jià)格方面達(dá)到與內(nèi)燃機(jī)汽車有競爭力的水平還有大量的工作要做，特別是價(jià)格方面，20世紀(jì)80年代時(shí)燃料電池每千瓦功率的價(jià)格為1500-2000美元，預(yù)計(jì)本世紀(jì)末可達(dá)到500-600美元，也就是說一輛功率為50kw的汽車，光燃料電池的價(jià)格仍需25000-3000美元，為了降低價(jià)格，正在大力研究新材料（如新的質(zhì)子交換膜，新的催化材料及技術(shù)等）、新結(jié)構(gòu)、新工藝和新技術(shù)。2000年巴拉德公司開發(fā)出最新一代燃料電池MK900，2001年MK902，并已建成年產(chǎn)1萬個(gè)電池的生產(chǎn)線。

混合動(dòng)力電動(dòng)汽車

?復(fù)合動(dòng)力電動(dòng)汽車（亦稱混合動(dòng)力電動(dòng)汽車）是指車上裝有兩個(gè)以上動(dòng)力源，包括有電機(jī)驅(qū)動(dòng)，符合汽車道路交通、安全法規(guī)的汽車，車載動(dòng)力源有多種：蓄電池、燃料電池、太陽能電池、內(nèi)燃機(jī)車的發(fā)電機(jī)組，當(dāng)前復(fù)合動(dòng)力電動(dòng)汽車一般是指內(nèi)燃機(jī)車發(fā)電機(jī)，再加上蓄電池的電動(dòng)汽車。復(fù)合動(dòng)力電動(dòng)汽車的優(yōu)點(diǎn)是：1、采用復(fù)合動(dòng)力后可按平均需用的功率來確定內(nèi)燃機(jī)的最大功率，此時(shí)處于油耗低、污染少的最優(yōu)工況下工作。需要大功率內(nèi)燃機(jī)功率不足時(shí)，由電池來補(bǔ)充；負(fù)荷少時(shí)，富余的功率可發(fā)電給電池充電，由于內(nèi)燃機(jī)可持續(xù)工作，電池又可以不斷得到充電，故其行程和普通汽車一樣。2、因?yàn)橛辛穗姵?，可以十分方便地回收制?dòng)時(shí)、下坡時(shí)、怠速時(shí)的能量。3、在繁華市區(qū)，可關(guān)停內(nèi)燃機(jī)，由電池單獨(dú)驅(qū)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)"零"排放。4、有了內(nèi)燃機(jī)可以十分方便地解決耗能大的空調(diào)、取暖、除霜等純電動(dòng)汽車遇到的難題。5、可以利用現(xiàn)有的加油站加油，不必再投資。6、可讓電池保持在良好的工作狀態(tài)，不發(fā)生過充、過放，延長其使用壽命，降低成本。復(fù)合動(dòng)力電動(dòng)汽車有兩種基本的工作方式，即串聯(lián)式、并聯(lián)式和串并聯(lián)（或稱混聯(lián)）式。復(fù)合動(dòng)力驅(qū)動(dòng)汽車的缺點(diǎn)是：有兩套動(dòng)力，再加上兩套動(dòng)力的管理控制系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，技術(shù)較難，價(jià)格較高。由于"新一代汽車伙伴合作"（pNGV）計(jì)劃的推動(dòng)美國三大汽車公司對各種單元技術(shù)及其不同組織進(jìn)行成百種方案的篩選、比較，認(rèn)為采用復(fù)合動(dòng)力是實(shí)現(xiàn)中級轎車百公里3升油耗的可行方案因此而受到更大的關(guān)注。經(jīng)過多年研究，混合動(dòng)力電動(dòng)汽車已開發(fā)出一些成功的例子。日本豐田汽車公司1997年12月宣布將復(fù)合動(dòng)力電動(dòng)轎車prius投入小批量商業(yè)化生產(chǎn)，該車自重1515kg，裝用頂置凸輪軸四缸，1500cc排量汽油機(jī)，最大功率42．6kW／4600r／min，帶永磁無刷發(fā)電機(jī)，驅(qū)動(dòng)電機(jī)亦為永磁無刷的額定功率30kW，采用氫鎳電池，實(shí)現(xiàn)串并聯(lián)控制方式，百公里油耗為3．4L，比原汽油車減少了一半，CO2排量也相應(yīng)減少了一半，CO、HC、NOX僅為現(xiàn)行法規(guī)允許值的10％，售價(jià)每輛216萬日元（約15000美元）。美國克萊斯勒汽車公司1998年2月在底特律展出第二代道奇無畏ESX2型復(fù)合動(dòng)力電動(dòng)轎車，該車裝用1500cc排量直噴柴油機(jī)帶發(fā)電機(jī)，采用鉛酸電池，交流感應(yīng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，鋁車架，復(fù)合材料車身，自重1022kg，百公里油耗降至3．4L。2000年通用，福特，戴姆勒·克萊斯勒已開發(fā)出100公里油耗已達(dá)到3升汽油或接近3升汽車的樣車，只是價(jià)格仍較貴。