【正文】 課題。 在 2OO5 年 1O 月舉行的 BIBE： NDUM 世界清潔汽車挑戰(zhàn)賽上，我國自主研發(fā)的燃料電池轎車在高速蛇形障礙賽、噪音、排放、能耗、溫室氣體減排 5 個單項指標方面，均取得最高等級。由天津清源電動車輛有限責任公司自主開發(fā)生產(chǎn)的 6 輛電動汽車已經(jīng)登陸美國，實現(xiàn)國內(nèi)電動汽車整車首次出口，該車采用了多項 “863” 計劃課題研究的成熟技術，各項技術指標達到了美國相關的汽車標準。由清華大學聯(lián)合多家單位研制的燃料電池城市客車，以燃料電池結合動力電池作為驅(qū)動形式，研發(fā)并制定了整車總體設計、系統(tǒng)集成、綜合控制系統(tǒng)開發(fā)等一整套開發(fā)技術以及整車設計和測試標準等，所解決的關鍵技術問題都可用于其他相 12 關電動車產(chǎn)品的開發(fā)。在廣大高校、科研院所的不懈努力下 .我國 2020 年全年完成相關課題 60 多個，共有 200 多家單位，約 2020 多名科研人員直接參與了研發(fā)。 我國電動汽車產(chǎn)業(yè)已具備研發(fā)和生產(chǎn)能力 經(jīng)過多年努力，我國在電動汽車研發(fā)方面已與國際先進水平基本同步。我國在 電動汽車的商業(yè)化運作 上，無論從產(chǎn)品技術還是從市場開發(fā)方面，都還面臨著眾多亟待解決的問題，如電動汽車的成本要比同等級汽油版的車型要高出許多，這是其一直遲遲不能批量生產(chǎn)的主要原因，這就需要政府的大力支持?？萍疾坑钟?020 年啟動了電動汽車重大科技專項，使我國電動汽車技術水平和產(chǎn)業(yè)化程度與國外處在同一起跑線上。我國的汽車企業(yè)和高校、 科研院所等 200 多家單位投入了大量的人力、財力和物力研發(fā)電動汽車，并取得了一系列科研成果。 從中國的能源資源和環(huán)境條件，也要求中國未來的汽車工業(yè)必須探求新的思路。這也為我國汽車工業(yè)技術實現(xiàn)跨越發(fā)展提供了一次歷史性的機遇，更重要的是我國還有后 11 發(fā)優(yōu)勢。目前，各國在電動汽車上的研發(fā)基本處在同一起跑線上，彼此間的差距不是很大。 國內(nèi)電動汽車市場的快速發(fā)展 隨 著全球能源危機的不斷加深，石油資源的日趨枯竭以及大氣污染、全球氣溫上升的危害加劇，各國政府及汽車企業(yè)普遍認識到節(jié)能和減排是未來汽車技術發(fā)展的主攻方向，發(fā)展電動汽車將是解決這二個技術難點的最佳途徑。 第三就是我們的基礎設施大量的減少。 在劣勢方面，中國汽車目前整車在電動車發(fā)展當中有一定的劣勢，我們看其他國家電動 車的發(fā)展、新能源汽車的發(fā)展，大的整車企業(yè)形成支柱產(chǎn)業(yè)，中國的汽車企業(yè)無論是合資的也好還是民營的也好都是不一樣的，主要的技術，電池等技術都在汽車方面，我們的整車合資企業(yè)技術是依賴外國的，所以就出現(xiàn)干電池的利用電池的技術干整車，這是一大劣勢。因此，進一步加強零排放電動 汽車的研究開發(fā)工作，爭取早日實現(xiàn)商品化、產(chǎn)業(yè)化，具有長遠的戰(zhàn)略意義。當前的進展表明，電動汽車的生產(chǎn)不僅僅是發(fā)動機的重大變化，而且在汽車設計，加工，材料，以及電氣、控制系統(tǒng)等方面都面臨著諸多改變，這意味著以汽車工業(yè)為基礎的西方發(fā)達國家整個工業(yè)體系面臨著重大的調(diào)整，代價極為巨大。 從長遠看，環(huán)境和技術兩個因素將主導汽車工業(yè)的未來，任何一個汽車生產(chǎn)企業(yè)，如果僅僅依賴于傳統(tǒng)燃料汽車，將難以在 21 世紀環(huán)保要求更加苛刻、競爭更加激烈的市場中占有一席之地，從市場 經(jīng)濟發(fā)展的需要和人們改善生活質(zhì)量的要求出發(fā)，汽車進入中國人的家庭只是時間問題。眾所周知，天然氣、液化石油氣具有良好的物理化學特性，作為汽車代用燃料；能夠有效降低汽車尾氣中的有害成分。 同時，我國是一個石油相對短缺的國家 。造成城市氮氧化物濃度上升的主要原因之一是汽車尾氣排放。據(jù) 1997 年全國環(huán)境檢測網(wǎng)公布的環(huán)境質(zhì)量周報資料，廣州有 94％的周次，北京有 52％的周次首要污染物為氮氧化物。環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)的分析表明，汽車尾氣排放是城市大氣污染的主要來源之一。 在全國九屆人大二次會議上，朱 榕 基總理在《政府工作報告》中強調(diào) “ 進一步實施可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，要以對人民、對子孫后代負責的精神保護資源和生態(tài)環(huán)境 ” ，并指出， “ 首都北京今年把治理大氣污染作為政府的一項突出任務，國務院各有關部門要給予有力支持。大氣污染已危及到人們的身心健康，成為我國特別是城市經(jīng)濟發(fā)展和社會進步的障礙，同時還影響到我國的國際形象。 9 第二章：國內(nèi)電動汽車的現(xiàn)狀 我國為何高度重視電動汽車 改革開放以來，我國國民經(jīng)濟持續(xù)快速發(fā)展，取得了舉世矚目的成就。 可以改善能源結構、解決汽車的替代能源問題 裝備蓄電池的電動汽車所消耗的電能可以由普通電網(wǎng)得到，故所有獲取電能的方法都可以用作電動汽車的能源獲取途徑。 可回收利用的能量多 對電動汽車而言，很容易利用發(fā)動機反轉(zhuǎn)時發(fā)電的功能回收制動或下坡時的能量，從而使汽車的續(xù)駛里程增加、經(jīng)濟性提高。 排放的廢熱少 汽車運行時內(nèi)燃機燃燒排出氣體溫度明顯高于環(huán)境大氣，排氣攜帶的熱量將導致環(huán)境大氣溫度升高，進一步對大城市的熱島效應產(chǎn)生一定影響。如表為豐田汽車公司在室內(nèi)模擬道路行駛實驗結果的一例，該結果表明，電動汽車的效率均高于 汽油車的效率，其中氫燃料電池汽車的效率最高，為汽油車的兩倍多。但實際上，電池在工作時由于各種限制，目前各類電池實際的能量轉(zhuǎn)化效率均在40%～ 60%的范圍內(nèi)。他不通過熱力過程，因此不受卡諾循環(huán)的限制。在汽車加速時，對于電動汽車而言，沒有與發(fā)動機相關的如排氣系統(tǒng)的噪聲；對混合動力汽車而言，發(fā)動機仍然穩(wěn)定運轉(zhuǎn)，與發(fā)動機相關的再說大約為汽油機和柴油機的一半；燃料電池車加速時動力系統(tǒng)的噪聲作為 1，則燃料電池車 FCEV、蓄電池車及混合動力車加速時的噪聲明顯低于普通汽車。如下表汽車加速和等速運行時噪聲構成情況。蓄電池汽車和混合動力電動汽車僅使用儲存的電力在城市運行時也具備類似特點?？偟膩砜?，燃料電池車的噪聲明顯低于內(nèi)燃機汽車。燃料電池系統(tǒng)中最大的噪聲源是空氣壓縮機。 表 11 NOx 排放量比較 燃料種類 汽油 柴油 電力 甲醇 氫 NO x 排放量/(g但是如果算總賬，并不能說電動汽車是零排放汽車，因為電動汽車使用的電能或燃料電池車使用的燃料，在其生產(chǎn)過程中已產(chǎn)生了 NOx 和 CO2 等污染物。因此，電動汽車是零排放汽車。當燃料電池以純氫為燃料電池電動車在行駛中不排放任何有害氣體。由于燃料電池的燃料在反應前必須脫除硫及其化合物，而且燃料電池是按電化學原理發(fā)電，不經(jīng)過熱機的燃燒過程，所以它幾乎不排放氮、硫氧化物，減輕了對大氣的污染。 良好的環(huán)境保護效果 燃料電池電動汽車通常 以富氫氣體為燃料，而富氫氣體的主要來源是礦物燃料制取。由傳統(tǒng)的汽車動力和電力組成的混合動力電動汽車由于裝備了內(nèi)燃機等傳統(tǒng)的汽車動力，因此，此類混合動力車僅在以電力運行時具備蓄電池汽車和燃料電池汽車的一些優(yōu)勢。 1991 年 美國三大汽車公司簽訂協(xié)議，合作研究電動汽車用先進電池，成立美國先進電池聯(lián)合體，同樣 7 月美國先進電池聯(lián)合體， 10 月布什總統(tǒng)批準了 億美元撥款資助此項研究。 1990 年 9 月美國加州政府通過的法規(guī)規(guī)定了“零排放車輛”的銷售比例。如日本在 1976 年就成立了電動汽車協(xié)會，并開展了電動汽車的研究與開發(fā)工作。 20 世紀 60 年代，隨著汽車保有量的 增加，汽車的排氣污染使美國等發(fā)達國家相繼出現(xiàn)光化學煙霧等空氣污染事故，使人們的健康與生命安全受到了嚴重威 6 脅。到了 1915 年，美國電動汽車的年產(chǎn)量達 5000 輛。但在 1905 年之后，由于 美國各家汽車公司零件的交換性提高，而且產(chǎn)品價格低廉，所以在此后的幾十年里，美國一直是汽車出口量最大的國家。連接主要城市的公路系統(tǒng)推動了旅游業(yè)的發(fā)展，而旅游業(yè)則要求車輛具有相當長的續(xù)駛里程。英法兩國的情況就大不一樣了，由于歐洲歷史悠久，文化古老，在主要城市之間當時已有公路相連無論什么天氣，車輛都能行駛。到 1900年為止，美國的電動汽車相對來 說比內(nèi)燃機車還要多占一些優(yōu)勢。 1890年美國第一輛蓄電池汽車在美國衣阿華州誕生，時速達到 23km/h。戴維森制作的世界上最初可供實用的電動汽車是一輛載貨車，長4800mm，寬 1800mm，使用鐵、鋅、汞合金與硫酸進行反應的一次電池。現(xiàn)在留有照片的最早的電動汽車是英國人阿頓和培里于 1882 年發(fā)明的三輪電動車。電動汽車的歷史同樣可以追溯到 19 世紀，并且早于內(nèi)燃機汽車的發(fā)明時間，最早開發(fā)電動車輛的人為法國人和英國人。由于這種電動汽車唯一產(chǎn)生的是水，很多專家認為氫能源汽車必然成為未來汽車工業(yè)的最終發(fā)展方向和世界汽車工業(yè)爭奪的熱點。 由于混合動力汽車可以較好地利用現(xiàn)有的傳統(tǒng)汽車產(chǎn)業(yè)基礎， 近年來產(chǎn)品開發(fā)也已經(jīng)相對成熟，批量投入生產(chǎn)和市場的條件逐漸完善，是近期內(nèi)較為現(xiàn)實的產(chǎn)業(yè)化產(chǎn)品。 圖 13 三、 混聯(lián)式（串、并聯(lián)式）混合動力電動汽車 SeriesParallel Hybrid Electric 4 Vehicle (S－ PHEV) （如圖 14） 混聯(lián)式混合動力電動汽車（ S－ PHEV）是綜合 SHEV 和 PHEV 結構特點組成的，由發(fā)動機、電動 /發(fā)電機和驅(qū)動電動機三大動力總成組成。 發(fā)動機和發(fā)電機各自的功率，可以是 PHEV 的最大驅(qū)動功率的 ～ 1 倍，兩大動力總成的功率可以疊加，因此可以采用較小功率的發(fā)動機和驅(qū)動電動機，應用在中小型 PHEV 上。發(fā)動機直接帶動PHEV 的驅(qū)動系統(tǒng)驅(qū)動 PHEV 行駛，采用傳動效率高的機械傳動系統(tǒng)，沒有 SHEV在熱能 → 電能 → 機械能的轉(zhuǎn)換過程中的能量損耗。 雖然 PHEV 有不同的結構模型，但都是以發(fā)動機為主要驅(qū)動模式。三大動力總成的體積、質(zhì)量較大，一般適合大型客車采用。 SHEV 必須裝置在一個大功率的發(fā)動機－發(fā)電機組，再用驅(qū)動電動機來驅(qū)動車輛。實際上 SHEV 的發(fā)動機－發(fā)電機組只能看作一種電能供應系統(tǒng)，發(fā)動機并不直接參與 SHEV 的驅(qū)動。 （ 3） 通過電動機回收汽車減速和制動時的能量，進一步降低汽車的能量消耗和排放污染 混合動力電動汽車是整個電動汽車的重要過渡型產(chǎn)品，分為串聯(lián)式、 并聯(lián)式、混聯(lián)式，從能量守恒的角度，分為能量平衡型和能量消耗型。 （ 3） 保證駕車和乘坐的舒適性（空調(diào)、暖風、動力轉(zhuǎn)向的使用） 與內(nèi)燃機汽車比較，混合動力電動汽車具有以下優(yōu)點： （ 1） 可使原動機在最佳的工況區(qū)域穩(wěn)定運行 ，從而降低排污和油耗。 圖 11 混合動力電動汽車（ Hybrid Electric Vehicle－ HEV ） 與純電動汽車比較，混合動力電動汽車具有以下優(yōu)點： （ 1） 整車重量?。ㄓ捎陔姵氐娜萘繙p?。? 現(xiàn)在業(yè)內(nèi)人士已逐步達成共識，認為純電動汽車目前還無法大規(guī)模替代燃油汽車，開始逐步放棄純電動