傅博

摘要：隨著能源短缺和環(huán)境污染的日益嚴(yán)重，尋找新能源已經(jīng)成為了當(dāng)務(wù)之急，相較于傳統(tǒng)燃油汽車，新能源汽車不使用汽油或柴油作為燃料，能夠降低環(huán)境污染，一定程度上減少石油使用量以及緩解我國對(duì)石油的依賴性。本文對(duì)目前市面上常見的純電動(dòng)汽車、混合動(dòng)力汽車以及燃料電池汽車的定義，分類和特點(diǎn)進(jìn)行總結(jié)并指出其發(fā)展所存在的不足，并對(duì)各類新能源汽車的發(fā)展前景進(jìn)行展望和分析。

關(guān)鍵詞：純電動(dòng)汽車? ?混合動(dòng)力汽車? ?燃料電池汽車? ?發(fā)展前景? ?新能源汽車

新能源汽車最早起源于20世紀(jì)90年代，發(fā)展至今，逐漸形成以純電動(dòng)汽車，混合動(dòng)力汽車和燃料電池汽車為代表的三大能源汽車體系。近年來，由于全球能源的緊缺以及環(huán)境污染的惡化，發(fā)展新能源汽車再次受到各國的重視。以美國和日本為代表的發(fā)達(dá)國家和以巴西為代表的發(fā)展中國家都在大力發(fā)展新能源汽車，尋找傳統(tǒng)燃油汽車的最佳替代方案。

著眼于國內(nèi)，有結(jié)果顯示，中國汽車增長率上升迅速，我國汽車市場(chǎng)在全球地位也逐漸突出，但傳統(tǒng)汽車的迅速發(fā)展必然會(huì)引起能源問題和環(huán)境問題。據(jù)預(yù)測(cè)，我國石油剩余可開采量約為23億噸，僅僅夠開采14年。與之相對(duì)應(yīng)的，我國電力資源卻十分豐富，因此中國也非常重視發(fā)展新能源及新能源汽車。自“十一五”以來，國家出臺(tái)許多相關(guān)政策，扶持新能源汽車，使得我國新能源汽車進(jìn)入高速發(fā)展期。發(fā)展新能源汽車對(duì)緩解我國環(huán)境污染以及保護(hù)我國環(huán)境具有重大意義，發(fā)展新能源汽車有利于優(yōu)化我國能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)，有利于節(jié)能減排以及促使環(huán)境友好型社會(huì)建立。

本文首先對(duì)目前常見的新能源汽車類型進(jìn)行分類，對(duì)各個(gè)類型的新能源汽車的特點(diǎn)進(jìn)行闡述，然后基于各類型新能源汽車的發(fā)展前景進(jìn)行展望。

一、新能源汽車的分類

（一）純電動(dòng)汽車（Battery Electric Vehicle，簡稱BEV）

純電動(dòng)汽車在新能源汽車之中發(fā)展的時(shí)間最長，早在十九世紀(jì)九十年代，費(fèi)迪南·保時(shí)捷就造出了世界上第一輛四輪驅(qū)動(dòng)電動(dòng)車。純電動(dòng)汽車以電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，以車載電源作為動(dòng)力源，這與傳統(tǒng)的燃油車以發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，以燃油為動(dòng)力源有極大的區(qū)別。在純電動(dòng)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)罩下面，原有的汽油發(fā)動(dòng)機(jī)被電動(dòng)機(jī)所替代。純電動(dòng)汽車通過可充電的電池為電動(dòng)機(jī)提供動(dòng)力，電動(dòng)機(jī)的動(dòng)力輸出到傳動(dòng)系統(tǒng)后，純電動(dòng)汽車的驅(qū)動(dòng)方案與傳統(tǒng)燃油汽車一致，類似于傳統(tǒng)燃油汽車的發(fā)動(dòng)機(jī)前置前驅(qū)。純電動(dòng)汽車具有許多優(yōu)點(diǎn)，如純電動(dòng)汽車使用電能，在行駛過程中沒有污染物排放，不污染環(huán)境;純電動(dòng)汽車的能源利用率要比傳統(tǒng)燃油汽車高;純電動(dòng)汽車的結(jié)構(gòu)較為簡單，所以它的結(jié)構(gòu)布置也較為靈活。但是純電動(dòng)汽車仍然存在一些問題?，F(xiàn)有市面上的純電動(dòng)汽車的充電時(shí)間較長，即使是快充也需要至少一個(gè)小時(shí)，同時(shí)續(xù)航里程與傳統(tǒng)燃油車相比又非常短。此外，還存在著充電樁安裝率低，電池昂貴且廢舊后難以處理等問題[1]。在純電動(dòng)汽車的發(fā)展過程當(dāng)中，這一系列問題是不可避免的，因此要想大力發(fā)展純電動(dòng)汽車，就必然要完善充電設(shè)備，解決電池問題。

（二）油電混合動(dòng)力汽車（Hybrid Electric Vehicle，簡稱HEV）

顧名思義，油電混合動(dòng)力汽車同時(shí)裝備了兩種動(dòng)力驅(qū)動(dòng)裝置，即“燒油”的發(fā)動(dòng)機(jī)和“燒電”的電動(dòng)機(jī)。而基于發(fā)動(dòng)機(jī)和電動(dòng)機(jī)的工作組合方式，油電混合動(dòng)力汽車又可分為串聯(lián)結(jié)構(gòu)、并聯(lián)結(jié)構(gòu)和混聯(lián)結(jié)構(gòu)三種類型[2]。

1.串聯(lián)結(jié)構(gòu)

串聯(lián)結(jié)構(gòu)的油電混合動(dòng)力汽車沒有變速器，這使得它的結(jié)構(gòu)相對(duì)其他兩種類型而言非常簡單。串聯(lián)結(jié)構(gòu)顧名思義就是把電動(dòng)機(jī)、發(fā)動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)串聯(lián)一起，如圖1所示[3]。發(fā)動(dòng)機(jī)不直接驅(qū)動(dòng)車輛而只是牽引發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，而發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生的電能可以直接驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)工作或者存貯在電池中。這樣的好處是發(fā)動(dòng)機(jī)可以始終在最優(yōu)工況下運(yùn)行。如果發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的能量多于此時(shí)汽車所需的能量，則能量以電能的形式暫時(shí)存儲(chǔ)在電池中;如果汽車突然需要較大能量，則可從電池中額外獲取，避免了發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)頻繁變化。但是串聯(lián)結(jié)構(gòu)也存在不足，汽車在運(yùn)行過程中，發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能后再轉(zhuǎn)換為供車輪轉(zhuǎn)動(dòng)的機(jī)械能，這一過程經(jīng)歷了兩步能量轉(zhuǎn)換。而能量的轉(zhuǎn)換過程都存在效率損失，所以串聯(lián)式油電混合動(dòng)力汽車在高速行駛中油耗偏高。

2.并聯(lián)結(jié)構(gòu)

并聯(lián)結(jié)構(gòu)的油電混合動(dòng)力汽車應(yīng)用比較廣泛，其動(dòng)力系統(tǒng)示意圖如圖2所示。在并聯(lián)結(jié)構(gòu)中，發(fā)動(dòng)機(jī)和電動(dòng)機(jī)即可以同時(shí)驅(qū)動(dòng)車輛行駛，又可以單獨(dú)驅(qū)動(dòng)車輛行駛，兩者是“并聯(lián)關(guān)系”。因此并聯(lián)結(jié)構(gòu)可供選擇的模式很多：一是純油模式，該模式下，發(fā)動(dòng)機(jī)工作，電動(dòng)機(jī)不工作，同時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)還可以拖動(dòng)電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)為電池充能;二是純電模式，該模式下，發(fā)動(dòng)機(jī)不工作，電動(dòng)機(jī)工作，主要針對(duì)汽車的中低速工況;三是混合模式，該模式下，發(fā)動(dòng)機(jī)和電動(dòng)機(jī)同時(shí)工作，車輛的動(dòng)力以及起步能力都非常好，適用于汽車的高負(fù)荷工況。但是并聯(lián)結(jié)構(gòu)也存在一些不足，由于并聯(lián)結(jié)構(gòu)相對(duì)于串聯(lián)結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，因此車輛的造價(jià)會(huì)相應(yīng)的提高。

3.混聯(lián)結(jié)構(gòu)

混聯(lián)結(jié)構(gòu)可以看作是并聯(lián)結(jié)構(gòu)的加強(qiáng)版，其動(dòng)力系統(tǒng)示意圖如圖3所示。混聯(lián)結(jié)構(gòu)的油電混合動(dòng)力汽車具有兩個(gè)電動(dòng)機(jī)，這兩個(gè)電動(dòng)機(jī)的功能卻是不同的，一個(gè)電動(dòng)機(jī)和并聯(lián)結(jié)構(gòu)的電動(dòng)機(jī)功能相似，都只是驅(qū)動(dòng)車輛前進(jìn);另一個(gè)電動(dòng)機(jī)主要有三個(gè)功能，分別是啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)、驅(qū)動(dòng)車輛和帶動(dòng)轉(zhuǎn)子反轉(zhuǎn)以補(bǔ)充電力，混聯(lián)結(jié)構(gòu)的車輛的這一個(gè)電動(dòng)機(jī)在這三個(gè)模式下來回切換。在混聯(lián)結(jié)構(gòu)中由于發(fā)動(dòng)機(jī)和電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)各有一套變速系統(tǒng)，因此在混聯(lián)結(jié)構(gòu)中的變速器和傳統(tǒng)汽車所用的變速器有所不同，它使用行星齒輪機(jī)構(gòu)作為動(dòng)力分配裝置，保證最終車輛行駛的動(dòng)力是穩(wěn)定的，并且可以使得發(fā)動(dòng)機(jī)和電動(dòng)機(jī)配合默契，因此混聯(lián)結(jié)構(gòu)的節(jié)油效果也更加好。但是混聯(lián)結(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)也是比較明顯的，這種動(dòng)力分配裝置較為復(fù)雜，目前豐田公司對(duì)這一技術(shù)處于壟斷地位。

（三）燃料電池汽車（Fuel cell vehicles，簡稱FCV）

燃料電池汽車主要在車載電池上做文章。燃料電池的主要成分為氫，利用氫燃料與氧氣發(fā)生氧化還原反應(yīng)，從而產(chǎn)生大量能量，這部分能量以電能的形式驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)工作[4]。燃料電池汽車有諸多優(yōu)點(diǎn)：燃料電池的化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的主要是二氧化碳和水，因此其對(duì)環(huán)境無污染;燃料電池汽車能量轉(zhuǎn)化效率高，噪聲小，壽命較長;最主要的是，和純電動(dòng)汽車相比，燃料電池汽車“充電”方便，僅需要3-5分鐘便可以充滿高壓儲(chǔ)氣罐。但同時(shí)燃料電池汽車也存在一些缺點(diǎn)，如其維護(hù)費(fèi)用要比純電動(dòng)汽車高，車輛售價(jià)也高，化學(xué)反應(yīng)生成的水的排放問題，制造和使用高純度氫氣的技術(shù)還不成熟，基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)問題，這些因素都一定程度上的制約著燃料電池汽車的發(fā)展。

二、新能源汽車未來走向分析

在未來，哪一種新能源汽車能夠成為主流是現(xiàn)在備受關(guān)注的話題。其中最受爭議的就是純電動(dòng)汽車和燃料電池汽車。

客觀上來講，中國當(dāng)前還沒有新能源，只有能源的轉(zhuǎn)換。純電動(dòng)汽車雖然在行駛的過程中沒有污染物的排放，但我國畢竟是以火力發(fā)電為主的國家，污染物都轉(zhuǎn)嫁到產(chǎn)生電力的過程中了。并且，如何回收廢舊的車載電池以防止其對(duì)環(huán)境的污染也是一個(gè)不可避免的問題。另一方面，氫氣在自然界儲(chǔ)存量巨大且可以人工合成，而化學(xué)反應(yīng)后生成的物質(zhì)對(duì)環(huán)境無害，是真正意義上的清潔能源[5]。在18年5月，李克強(qiáng)總理參觀豐田北海道廠區(qū)的氫燃料電池汽車，并要求我國應(yīng)大力發(fā)展燃料電池汽車。這樣來看，國內(nèi)對(duì)新能源汽車的扶持走向也會(huì)悄然發(fā)生改變，變得向氫燃料電池汽車傾斜。

不得不承認(rèn)的是，目前燃料電池汽車的成本要比純電動(dòng)汽車高，并且發(fā)展氫能源的成本很高。所以，氫能源技術(shù)的發(fā)展是燃料電池汽車在種類繁多的新能源汽車中異軍突起的重要保證。

三、結(jié)語

由于國家政策的支持，目前新能源汽車的推廣相對(duì)容易，銷量也在持續(xù)猛增。但是從總銷量上來看，新能源汽車市場(chǎng)只是表面的繁榮，在許多大城市，市民購買新能源汽車都是迫于政策，市民對(duì)新能源汽車的認(rèn)可度仍然不夠高，論其原因就出在新能源汽車的價(jià)格問題、續(xù)航問題、充電問題、保養(yǎng)問題等方面。為促使新能源汽車的推廣，政府要積極完善新能源汽車配套設(shè)施及售后服務(wù)。同時(shí)，新能源汽車技術(shù)的進(jìn)步有賴于科研工作者的研究。

參考文獻(xiàn)：

[1]陳友鵬，徐春.純電動(dòng)汽車應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展前景分析[J].南方農(nóng)機(jī)，2018，（09）：9-11.

[2]李建如，陳潼.混合動(dòng)力技術(shù)現(xiàn)狀[J].上海汽車，2005，（04）：38-42.

[3]杜紹研.混合動(dòng)力電動(dòng)汽車淺析[J].科技傳播，2010，（08）.

[4]李建秋，方川，徐梁飛.燃料電池汽車研究現(xiàn)狀及發(fā)展[J].汽車安全與節(jié)能學(xué)報(bào)，2014，（01）：17-29.

[5]程一步.氫燃料電池技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)分析[J].石油石化綠色低碳，2018，（02）.

（作者單位：臨沂商城實(shí)驗(yàn)學(xué)校）