汽車(chē)新能源與節(jié)能技術(shù)應(yīng)用研究

馮雅青 魏高飛

摘 要：當(dāng)前全球都面臨著能源問(wèn)題，主要表現(xiàn)為能源儲(chǔ)量不足、能源利用效率低、現(xiàn)有能源結(jié)構(gòu)污染嚴(yán)重等方向。需要積極研究新能源作為替代，開(kāi)發(fā)新的節(jié)能技術(shù)，從而降低汽車(chē)的能源消耗與環(huán)境污染，促進(jìn)人類社會(huì)的持續(xù)發(fā)展。

關(guān)鍵詞：節(jié)能環(huán)保；汽車(chē)新能源；節(jié)能技術(shù)；應(yīng)用研究

1 我國(guó)新能源汽車(chē)發(fā)展現(xiàn)狀

車(chē)用燃料是支撐汽車(chē)工業(yè)發(fā)展的重要部分，目前絕大多數(shù)地區(qū)使用的汽車(chē)燃料多以石油產(chǎn)品中的汽油和柴油為主，但隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)水平的提升，各地區(qū)車(chē)輛保有數(shù)量直線上升，對(duì)燃料的需求量急劇膨脹，同時(shí)對(duì)環(huán)境的污染問(wèn)題也日益嚴(yán)重。為了進(jìn)一步的改善這種現(xiàn)狀，各大汽車(chē)制造公司一方面采用技術(shù)改善的方式，改善汽車(chē)的結(jié)構(gòu)，另一方面，也在積極尋找代替汽油和柴油的新能源，積極進(jìn)行新能源開(kāi)發(fā)與節(jié)能技術(shù)應(yīng)用。

我國(guó)新能源汽車(chē)技術(shù)的研發(fā)工作可以追溯到上世紀(jì)90年代，經(jīng)過(guò)20多年的發(fā)展，現(xiàn)已具備發(fā)展新能源汽車(chē)的產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)，并且已經(jīng)分別完成了3類新能源汽車(chē)的功能性樣車(chē)試制、性能樣車(chē)試制以及產(chǎn)品樣車(chē)試制，可以說(shuō)在新能源汽車(chē)技術(shù)的研發(fā)工作上取得了較大的突破性進(jìn)展。在新能源汽車(chē)用動(dòng)力蓄電池、驅(qū)動(dòng)電機(jī)、燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)等關(guān)鍵零部件技術(shù)、電子控制技術(shù)和系統(tǒng)集成技術(shù)上取得了較大進(jìn)展，已初初形成新能源汽車(chē)關(guān)鍵零部件配套產(chǎn)業(yè)鏈。

2汽車(chē)節(jié)能技術(shù)

2.1汽車(chē)混合動(dòng)力技術(shù)

汽車(chē)混合動(dòng)力技術(shù)是當(dāng)前汽車(chē)新能源與節(jié)能技術(shù)中發(fā)展較為成熟的一項(xiàng)技術(shù)，也是人們較為熟悉的技術(shù)。在汽車(chē)混合動(dòng)力技術(shù)方面，豐田作為先行者憑借混合動(dòng)力的環(huán)保理念取得了極好的成級(jí)。目前所采用的汽車(chē)混合動(dòng)力技術(shù)，有汽油機(jī)與電動(dòng)機(jī)混合、柴油機(jī)與電動(dòng)機(jī)混合兩種。實(shí)際上，混合動(dòng)力技術(shù)主要是應(yīng)用電動(dòng)機(jī)和發(fā)動(dòng)機(jī)相配合，以獲得加速成和爬坡等工況下所需要的爆發(fā)力，而在汽車(chē)高速巡航狀態(tài)時(shí)，則減少發(fā)動(dòng)機(jī)出力，從而減少發(fā)動(dòng)機(jī)的油耗。此外，混合動(dòng)力技術(shù)還有能量回收技術(shù)的應(yīng)用，在汽車(chē)制動(dòng)情況下，可以將制動(dòng)所產(chǎn)生的熱量進(jìn)行轉(zhuǎn)變，提供給電動(dòng)機(jī)作為能量。

通常情況下，混合動(dòng)力汽車(chē)可以選擇單獨(dú)使用電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。從電機(jī)輸出功率在整個(gè)混合動(dòng)力系統(tǒng)功率中所占的比重來(lái)看，可分為混合動(dòng)力系統(tǒng)、輕混合動(dòng)力系統(tǒng)、中混合動(dòng)力系統(tǒng)、完全混合動(dòng)力系統(tǒng)。第一種混合動(dòng)力系統(tǒng)所采用的混合動(dòng)力，是在內(nèi)燃機(jī)上增加啟動(dòng)電機(jī)的方是所獲取的，所采用的啟動(dòng)電機(jī)是發(fā)電啟動(dòng)一體式電動(dòng)機(jī)，以此為基礎(chǔ)控制發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)和停止。輕混合動(dòng)力系統(tǒng)則采用集成啟動(dòng)電機(jī)，這一第汽車(chē)減速成和制動(dòng)時(shí)，能夠吸收部分能量，而在汽車(chē)行駛過(guò)程中發(fā)動(dòng)機(jī)則等速運(yùn)轉(zhuǎn)。中混合動(dòng)力系統(tǒng)采用高電壓電機(jī)，當(dāng)汽車(chē)在加入或大負(fù)荷狀態(tài)時(shí)，電機(jī)輔助驅(qū)動(dòng)以補(bǔ)充發(fā)動(dòng)機(jī)自身功率的不足。完全混合動(dòng)力系統(tǒng)采用高壓?jiǎn)?dòng)電機(jī)，其混合程度可達(dá)50%以上，是當(dāng)前混合動(dòng)力技術(shù)發(fā)展的主要方向。

2.2藍(lán)驅(qū)技術(shù)

藍(lán)驅(qū)技術(shù)是在原發(fā)動(dòng)機(jī)和車(chē)型基礎(chǔ)上進(jìn)行優(yōu)化，以降低汽車(chē)燃油消耗的節(jié)能技術(shù)。相較于普通車(chē)型，應(yīng)用藍(lán)驅(qū)技術(shù)的車(chē)型調(diào)整了變速箱3擋到5擋的傳動(dòng)比，使汽車(chē)在高速成巡航狀態(tài)下能夠更省油。同巔，藍(lán)驅(qū)技術(shù)還從空氣動(dòng)力學(xué)原理出發(fā)，對(duì)車(chē)身設(shè)計(jì)進(jìn)行了優(yōu)化，如底盤(pán)高度、風(fēng)阻系數(shù)、胎壓、滾動(dòng)阻力等。

2.3汽車(chē)壓燃技術(shù)

目前汽車(chē)所采用的往復(fù)式內(nèi)燃機(jī)，所采用的燃料主要為汽油和柴油，汽油采用火花塞點(diǎn)火，柴油采用活塞壓燃方式點(diǎn)火，點(diǎn)火方式的不同使得紫油機(jī)壓縮比比汽油機(jī)更高，燃油效率相對(duì)較高，但汽油機(jī)所采用的火花塞點(diǎn)火方式，使其發(fā)動(dòng)機(jī)工作震動(dòng)小，噪音小。汽車(chē)壓燃技術(shù)則是將兩種技術(shù)進(jìn)行融合所產(chǎn)生的新技術(shù)，采用汽車(chē)壓燃技術(shù)的發(fā)動(dòng)機(jī)，其技術(shù)結(jié)構(gòu)相較于普通發(fā)動(dòng)機(jī)更為復(fù)雜，其壓縮比更高，燃料能在同一時(shí)間燃燒，從而提高了燃油使用率，同時(shí)由于采用了稀薄的混合氣壓縮點(diǎn)燃，能有直接通過(guò)調(diào)節(jié)噴油量來(lái)調(diào)節(jié)扭矩而不用節(jié)氣門(mén)。此外，由于采用壓燃技術(shù)，發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒溫度極低，能有效減少輻射熱傳遞，且燃燒周期短，其燃燒過(guò)程更多是化學(xué)反應(yīng)，在目前污車(chē)節(jié)能技術(shù)中發(fā)展相對(duì)成熟。

3汽車(chē)新能源

3.1氫動(dòng)力技術(shù)

氫動(dòng)力目前主要應(yīng)用于寶馬和本田兩個(gè)汽車(chē)品牌之中。在寶馬汽車(chē)中，應(yīng)用了一套絕熱能力極佳的儲(chǔ)氣系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用多層復(fù)合金屬材質(zhì)，采用3mm中空設(shè)計(jì)，可以有效的將槽內(nèi)溫度保持在-250℃，用以儲(chǔ)存氣動(dòng)力技術(shù)所采用氫氣燃料，能有效的將氫氣維持在液態(tài)情況下。雖然這個(gè)儲(chǔ)氣系統(tǒng)體積龐大，但能夠省卻安裝冷卻機(jī)構(gòu)的空間，因此可以不增加體積和生產(chǎn)成本，同時(shí)不用增加機(jī)械結(jié)構(gòu)。不過(guò)氫動(dòng)力技術(shù)最初設(shè)計(jì)的目的，并不是純粹氫燃料動(dòng)力，而是采用汽油/氫氣雙燃料，真正使用氫單一燃料的車(chē)型在首批產(chǎn)品中僅有5輛。

采用氫氣作為燃料，其燒燒特性同汽油并不相同，在采用汽油/氫氣雙燃料時(shí)，很難將燃燒效果最佳化，既便達(dá)到了，在進(jìn)行汽油和氫氣燃料切換時(shí)，汽車(chē)動(dòng)力也會(huì)產(chǎn)生明顯的落差。為此，在實(shí)際應(yīng)用中，對(duì)兩種燃料的動(dòng)力曲線進(jìn)行了限制，使得汽車(chē)動(dòng)車(chē)受到部分限制，以使乘客感受不到切換時(shí)動(dòng)力上產(chǎn)生的落差。

3.2電力驅(qū)動(dòng)技術(shù)

電力驅(qū)動(dòng)是將汽車(chē)汽油發(fā)動(dòng)機(jī)和柴油發(fā)動(dòng)機(jī)替換為電動(dòng)機(jī)，采用電能作為能源，為汽車(chē)行駛提供動(dòng)力。這種技術(shù)所采用的燃料清潮，同時(shí)輸出扭矩大，應(yīng)用在汽車(chē)中有較好的經(jīng)濟(jì)效益。但是，采用電力驅(qū)動(dòng)技術(shù)，其難點(diǎn)在于動(dòng)力充電的問(wèn)題，以及充電后汽車(chē)?yán)m(xù)航能力的問(wèn)題，雖然目前應(yīng)用電動(dòng)力技術(shù)的汽車(chē)已經(jīng)開(kāi)始量產(chǎn)，但這兩個(gè)問(wèn)題依然沒(méi)能得到良好的解決。實(shí)際上，電池技術(shù)是新能源汽車(chē)研究的關(guān)鍵性技術(shù)之一，目前主要集中在電池安全性、可靠性、輕量化等方面，需要重點(diǎn)支持驅(qū)動(dòng)電機(jī)系統(tǒng)、電動(dòng)空調(diào)、電動(dòng)轉(zhuǎn)向、電動(dòng)制動(dòng)等能力。根據(jù)規(guī)劃，我國(guó)2015年，純電動(dòng)乘用車(chē)、插電式混合動(dòng)力乘用車(chē)最高車(chē)速成不低于100公里/小時(shí)，驅(qū)動(dòng)能力與成本都將進(jìn)一步得到改善。

4促進(jìn)新能源汽車(chē)技術(shù)與節(jié)能應(yīng)用的建議

4.1加強(qiáng)對(duì)汽車(chē)節(jié)能產(chǎn)品的開(kāi)放以及改進(jìn)工作

我國(guó)的國(guó)產(chǎn)汽車(chē)工業(yè)并不發(fā)達(dá)，在汽車(chē)制造技術(shù)也多借鑒其他發(fā)達(dá)國(guó)家，在節(jié)能技術(shù)開(kāi)發(fā)與應(yīng)用方面，更是如此。新能源汽車(chē)技術(shù)的研發(fā)是建議在基礎(chǔ)汽車(chē)制造技術(shù)之上的，如果連基礎(chǔ)技術(shù)都掌握的不夠成熟的話，更罔論系能源技術(shù)的研發(fā)。因此，我國(guó)的汽車(chē)工業(yè)首先要進(jìn)行改善的是自身的制造基礎(chǔ)，從傳統(tǒng)技術(shù)上尋找突破口，同時(shí)實(shí)行推廣新能源汽車(chē)以及傳統(tǒng)汽車(chē)產(chǎn)品的“兩手抓”政策，從里到外的促進(jìn)我國(guó)汽車(chē)節(jié)能的進(jìn)一步發(fā)展。

4.2鼓勵(lì)并促進(jìn)國(guó)內(nèi)企業(yè)自主研發(fā)、創(chuàng)新

發(fā)展新能源技術(shù)，最終的目的是為了進(jìn)一步解決能源緊缺以及環(huán)境污染的現(xiàn)狀，為我國(guó)居民營(yíng)造更好的生活環(huán)境。但發(fā)展新能源汽車(chē)產(chǎn)業(yè)，是一項(xiàng)長(zhǎng)遠(yuǎn)的發(fā)展項(xiàng)目，需要長(zhǎng)時(shí)間不斷的投入，并且具有極高的投資風(fēng)險(xiǎn)。這種特點(diǎn)導(dǎo)致我國(guó)許多汽車(chē)生產(chǎn)企業(yè)對(duì)于新能源技術(shù)開(kāi)發(fā)產(chǎn)生怯步的心理，造成技術(shù)研發(fā)，創(chuàng)新止步不前的困局。這種背景下，我國(guó)政府應(yīng)該盡快采取相關(guān)政策改善，通過(guò)整合國(guó)內(nèi)科技、資金和人力資源，集中有限的資金和科研人員，采用與企業(yè)利益共享、風(fēng)險(xiǎn)共擔(dān)，直接投人資金鼓勵(lì)研發(fā)新能源汽車(chē)關(guān)鍵的零部件，并且形成標(biāo)準(zhǔn)化和產(chǎn)業(yè)化。

4.3加強(qiáng)新能源開(kāi)發(fā)的管理工作

目前在汽車(chē)新能源與節(jié)能技術(shù)的研發(fā)方面存在一些惡性競(jìng)爭(zhēng)，例如上游產(chǎn)業(yè)與下游產(chǎn)業(yè)的不完全競(jìng)爭(zhēng)，技術(shù)采用后各制造商之間的利益競(jìng)爭(zhēng)等等，都制約了汽車(chē)新能源與節(jié)能技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展。汽車(chē)的新能源開(kāi)發(fā)與節(jié)能技術(shù)，不只是開(kāi)發(fā)應(yīng)用本身，而是一個(gè)綜合性的大工程。有生產(chǎn)要素的合開(kāi)利用、制度的完善、人員管理、汽車(chē)生產(chǎn)過(guò)程的高效性，通過(guò)先進(jìn)的管理方式 與手段，達(dá)到實(shí)現(xiàn)新能源開(kāi)發(fā)與節(jié)能技術(shù)應(yīng)用的目的。

5結(jié)語(yǔ)

在經(jīng)濟(jì)和科技高速發(fā)展的同時(shí)，能源危機(jī)和環(huán)境污染正成為影響人類生存和發(fā)展的重要問(wèn)題，節(jié)能與環(huán)保正成為21世紀(jì)人類社會(huì)和諧發(fā)展的主題。汽車(chē)燃油消耗和廢氣排放，已經(jīng)成為能源危機(jī)和環(huán)境污染的主要誘因，為了人類社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展，急需在汽車(chē)工業(yè)中應(yīng)用新能源與節(jié)能技術(shù)，以降低能源消耗和環(huán)境污染。研究汽車(chē)新能源與節(jié)能技術(shù)已經(jīng)成為汽車(chē)發(fā)展的重要方向，汽車(chē)動(dòng)力正從汽油向清潔柴油、混合動(dòng)力、燃料電池等方向過(guò)渡。本文就當(dāng)前汽車(chē)新能源與節(jié)能技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用進(jìn)行了簡(jiǎn)要的探討。

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