新能源汽車分類及未來走向

傅博

摘要：隨著能源短缺和環(huán)境污染的日益嚴重，尋找新能源已經(jīng)成為了當務(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石油的依賴性。本文對目前市面上常見的純電動汽車、混合動力汽車以及燃料電池汽車的定義，分類和特點進行總結(jié)并指出其發(fā)展所存在的不足，并對各類新能源汽車的發(fā)展前景進行展望和分析。

關(guān)鍵詞：純電動汽車? ?混合動力汽車? ?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90年代，發(fā)展至今，逐漸形成以純電動汽車，混合動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)展必然會引起能源問題和環(huán)境問題。據(jù)預(yù)測，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，國家出臺許多相關(guān)政策，扶持新能源汽車，使得我國新能源汽車進入高速發(fā)展期。發(fā)展新能源汽車對緩解我國環(huán)境污染以及保護我國環(huán)境具有重大意義，發(fā)展新能源汽車有利于優(yōu)化我國能源消費結(jié)構(gòu)，有利于節(jié)能減排以及促使環(huán)境友好型社會建立。

本文首先對目前常見的新能源汽車類型進行分類，對各個類型的新能源汽車的特點進行闡述，然后基于各類型新能源汽車的發(fā)展前景進行展望。

一、新能源汽車的分類

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

純電動汽車在新能源汽車之中發(fā)展的時間最長，早在十九世紀九十年代，費迪南·保時捷就造出了世界上第一輛四輪驅(qū)動電動車。純電動汽車以電動機驅(qū)動，以車載電源作為動力源，這與傳統(tǒng)的燃油車以發(fā)動機驅(qū)動，以燃油為動力源有極大的區(qū)別。在純電動汽車發(fā)動機罩下面，原有的汽油發(fā)動機被電動機所替代。純電動汽車通過可充電的電池為電動機提供動力，電動機的動力輸出到傳動系統(tǒng)后，純電動汽車的驅(qū)動方案與傳統(tǒng)燃油汽車一致，類似于傳統(tǒng)燃油汽車的發(fā)動機前置前驅(qū)。純電動汽車具有許多優(yōu)點，如純電動汽車使用電能，在行駛過程中沒有污染物排放，不污染環(huán)境;純電動汽車的能源利用率要比傳統(tǒng)燃油汽車高;純電動汽車的結(jié)構(gòu)較為簡單，所以它的結(jié)構(gòu)布置也較為靈活。但是純電動汽車仍然存在一些問題?，F(xiàn)有市面上的純電動汽車的充電時間較長，即使是快充也需要至少一個小時，同時續(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]。在純電動汽車的發(fā)展過程當中，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）油電混合動力汽車（Hybrid Electric Vehicle，簡稱HEV）

顧名思義，油電混合動力汽車同時裝備了兩種動力驅(qū)動裝置，即“燒油”的發(fā)動機和“燒電”的電動機。而基于發(fā)動機和電動機的工作組合方式，油電混合動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)的油電混合動力汽車沒有變速器，這使得它的結(jié)構(gòu)相對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機、發(fā)動機和發(fā)電機串聯(lián)一起，如圖1所示[3]。發(fā)動機不直接驅(qū)動車輛而只是牽引發(fā)電機轉(zhuǎn)動，而發(fā)電機轉(zhuǎn)動產(chǎn)生的電能可以直接驅(qū)動電動機工作或者存貯在電池中。這樣的好處是發(fā)動機可以始終在最優(yōu)工況下運行。如果發(fā)動機產(chǎn)生的能量多于此時汽車所需的能量，則能量以電能的形式暫時存儲在電池中;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)動機運行狀態(tài)頻繁變化。但是串聯(lián)結(jié)構(gòu)也存在不足，汽車在運行過程中，發(fā)動機產(chǎn)生的機械能轉(zhuǎn)換為電能后再轉(zhuǎn)換為供車輪轉(zhuǎn)動的機械能，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)的油電混合動力汽車應(yīng)用比較廣泛，其動力系統(tǒng)示意圖如圖2所示。在并聯(lián)結(jié)構(gòu)中，發(fā)動機和電動機即可以同時驅(qū)動車輛行駛，又可以單獨驅(qū)動車輛行駛，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)動機工作，電動機不工作，同時發(fā)動機還可以拖動電動機反轉(zhuǎn)為電池充能;二是純電模式，該模式下，發(fā)動機不工作，電動機工作，主要針對汽車的中低速工況;三是混合模式，該模式下，發(fā)動機和電動機同時工作，車輛的動力以及起步能力都非常好，適用于汽車的高負荷工況。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)相對于串聯(lián)結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，因此車輛的造價會相應(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)的加強版，其動力系統(tǒng)示意圖如圖3所示。混聯(lián)結(jié)構(gòu)的油電混合動力汽車具有兩個電動機，這兩個電動機的功能卻是不同的，一個電動機和并聯(lián)結(jié)構(gòu)的電動機功能相似，都只是驅(qū)動車輛前進;另一個電動機主要有三個功能，分別是啟動發(fā)動機、驅(qū)動車輛和帶動轉(zhuǎn)子反轉(zhuǎn)以補充電力，混聯(lián)結(jié)構(gòu)的車輛的這一個電動機在這三個模式下來回切換。在混聯(lián)結(jié)構(gòu)中由于發(fā)動機和電動機系統(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，它使用行星齒輪機構(gòu)作為動力分配裝置，保證最終車輛行駛的動力是穩(wěn)定的，并且可以使得發(fā)動機和電動機配合默契，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)的缺點也是比較明顯的，這種動力分配裝置較為復(fù)雜，目前豐田公司對這一技術(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)動電動機工作[4]。燃料電池汽車有諸多優(yōu)點：燃料電池的化學反應(yīng)產(chǎn)生的主要是二氧化碳和水，因此其對環(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氣罐。但同時燃料電池汽車也存在一些缺點，如其維護費用要比純電動汽車高，車輛售價也高，化學反應(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汽車和燃料電池汽車。

客觀上來講，中國當前還沒有新能源，只有能源的轉(zhuǎn)換。純電動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環(huán)境的污染也是一個不可避免的問題。另一方面，氫氣在自然界儲存量巨大且可以人工合成，而化學反應(yīng)后生成的物質(zhì)對環(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)對新能源汽車的扶持走向也會悄然發(fā)生改變，變得向氫燃料電池汽車傾斜。

不得不承認的是，目前燃料電池汽車的成本要比純電動汽車高，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，市民對新能源汽車的認可度仍然不夠高，論其原因就出在新能源汽車的價格問題、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，新能源汽車技術(shù)的進步有賴于科研工作者的研究。

參考文獻：

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

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

[3]杜紹研.混合動力電動汽車淺析[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)能學報，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)展趨勢分析[J].石油石化綠色低碳，2018，（02）.

（作者單位：臨沂商城實驗學校）