純電動(dòng)汽車延長續(xù)航距離的關(guān)鍵是什么？

“純電動(dòng)汽車（EV）用起來到底怎么樣？”

應(yīng)該有很多讀者都有這種疑問。

EV與汽油車相比運(yùn)行成本低，不排放破壞環(huán)境的有害物質(zhì)（二氧化碳和氮氧化物），作為汽車的未來形態(tài)頻繁成為熱門話題。另外，發(fā)生災(zāi)害時(shí)還能當(dāng)電源使用，所以在東日本大地震后關(guān)注度進(jìn)一步升高。

但如果被人問“想買嗎？”，則很難點(diǎn)頭。目前在街上EV也確實(shí)還不多見。

消費(fèi)者猶豫要不要買的主要原因應(yīng)該是充電一次可行駛的續(xù)航距離太短。例如，2013年8月日產(chǎn)汽車官網(wǎng)上記載的EV“LEAF”（中國名：聆風(fēng)）的官方續(xù)航距離（JC08模式）為228km。比過去大幅延長，理想的情況下能在東京-宇都宮間往返。

另外，還存在充電基礎(chǔ)設(shè)施的問題。電池沒電了怎么辦？而且使用期間充電電池還會(huì)劣化。不消除這些擔(dān)憂，EV就難以普及。

筆者前不久碰巧乘坐了一次EV出租車。慶幸之余，筆者問出租車司機(jī)，“純電動(dòng)汽車怎么樣?。俊?。“啊，冷天電池消耗尤其快。暖氣好像很費(fèi)電”。

這個(gè)回答有點(diǎn)令筆者意外。EV提高燃效的關(guān)鍵在于暖氣。自19世紀(jì)后半期發(fā)明汽車后，100多年來一直是通過發(fā)動(dòng)機(jī)這一內(nèi)燃機(jī)構(gòu)燃燒燃料，把燃燒獲得的能量轉(zhuǎn)換成動(dòng)力來驅(qū)動(dòng)汽車。

為了不讓發(fā)動(dòng)機(jī)過熱，會(huì)邊通過冷卻裝置冷卻邊行駛，因此我們一直含糊地認(rèn)為“熱”是個(gè)障礙。但在EV時(shí)代，“熱”則變得非常寶貴。筆者重新認(rèn)識(shí)了這一點(diǎn)。

隨著EV時(shí)代的到來，有一項(xiàng)技術(shù)被重點(diǎn)提出。那就是蓄熱技術(shù)。雖然作為驅(qū)動(dòng)源的充電電池也發(fā)熱，但與發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)熱相比并不大?，F(xiàn)在車內(nèi)暖氣使用的發(fā)動(dòng)機(jī)余熱的喪失，意味著冬天提高EV續(xù)航距離需要其他的新熱源。實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)的要素技術(shù)之一就是蓄熱技術(shù)。

行業(yè)的目標(biāo)值是1000kJ/kg

冬天為了使車內(nèi)保持一定的溫度，EV的用電量容易增大。因?yàn)橥獠靠諝馀c車內(nèi)的溫差有可能比夏天還大。

例如，室外溫度零下時(shí)，要想使車內(nèi)溫度保持在20℃左右，溫差就超過了20℃。當(dāng)然，夏天的冷氣也消耗電力，但假如在室外溫度為35℃時(shí)把車內(nèi)溫度設(shè)定為25℃，其溫差也只有10℃。為了冬天不過度消耗充電電池中存儲(chǔ)的電力，確保新的熱源也是純電動(dòng)汽車不可或缺的重要技術(shù)。因此，眾多汽車廠商對(duì)新蓄熱技術(shù)的出現(xiàn)給予了熱切關(guān)注。

如果能開發(fā)出具備高蓄熱特性的新技術(shù)，其涉及的應(yīng)用領(lǐng)域不僅僅是EV。以家庭和辦公室等使用夜間電力的冷暖氣系統(tǒng)為首，有望廣泛用作社會(huì)整體的能源對(duì)策。

表示蓄熱技術(shù)特性的指標(biāo)之一是蓄熱密度，是指1kg材料能存儲(chǔ)多少熱量，單位為“kJ/kg”。

為將來用于EV，作為汽車相關(guān)行業(yè)研發(fā)目標(biāo)之一的蓄熱密度為低溫區(qū)（0～100℃）“1000kJ/kg”。當(dāng)然，使用大量蓄熱材料（介質(zhì)）就能大量蓄熱，但配備于汽車的話，最好能以盡量小的重量和體積大量蓄熱。因此，作為未來目標(biāo)，提出了1000kJ/kg的目標(biāo)值。當(dāng)然，這并不是能立即實(shí)現(xiàn)的值，“1000”這個(gè)數(shù)字只是目前的挑戰(zhàn)目標(biāo)。

那么，這個(gè)數(shù)值究竟是什么水平呢？以最常見的蓄熱材料（介質(zhì)）“水（H2O）”為例，我們?cè)谛W(xué)的自然科學(xué)課上學(xué)習(xí)過，“世界上升降溫最慢的物質(zhì)就是水”。實(shí)際上，無論是冬天使用的“熱水袋”，還是利用夜間電力的“冰蓄冷”，都利用了水作為蓄熱材料的效果。水的蓄熱密度在低溫區(qū)約為340～400kJ/kg。由此可知，實(shí)現(xiàn)1000kJ/kg需要使用蓄熱密度約為水的3倍的材料。

能以較輕的重量存儲(chǔ)大熱能的作用非常大。這與充電電池同理。如果能在較輕的重量中高效蓄熱，就有望用于有重量限制的汽車和飛機(jī)等。從身邊的例子來看，有停電后仍可使用的冰箱、保暖性出色的住宅、能長久保溫的暖瓶以及帶制冷劑的飯盒等，應(yīng)用范圍非常廣。

實(shí)現(xiàn)目標(biāo)的兩條路

通過輕松局部蓄熱，例如組合使用家用空調(diào)和蓄熱材料，利用夜間電力蓄熱的話，有望大幅節(jié)電，而且有助于耗電量的平均化。利用夜間電力制冰或燒水，用于白天的冷氣和暖氣的技術(shù)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)實(shí)用化。據(jù)估算，如果熱泵蓄熱中心利用夜間蓄熱，能把白天的最大用電量削減2成。

工業(yè)用途的蓄熱材料大多利用潛熱蓄熱材料。潛熱蓄熱材料是指，從液體變?yōu)楣腆w，或從固體變?yōu)橐后w時(shí)，能存儲(chǔ)或釋放熱能的物質(zhì)。

例如，把滿滿一桶水放在零下30℃的溫度下，水會(huì)逐漸結(jié)冰。但在完全凍住之前，桶中的水溫為0℃。也就是說，水會(huì)持續(xù)釋放0℃的熱能。反之，把滿滿一桶冰放在零上30℃的溫度下，在冰完全融化之前，桶內(nèi)的水溫也保持在0℃。水處于持續(xù)吸熱（蓄熱）的狀態(tài)。