還地球一片藍(lán)天 新能源汽車技術(shù)全解析

　　目前地球的石油資源越來(lái)越匱乏，為了保證人類出行便利，各大汽車廠家紛紛研制新能源汽車。采用混合動(dòng)力技術(shù)的豐田普銳斯可謂是最早進(jìn)入中國(guó)的新能源汽車了。實(shí)際上，除了混合動(dòng)力汽車，新能源車還包括電動(dòng)車和燃料電池車。接下來(lái)，筆者將為大家做一個(gè)全面的介紹。

　　新能源汽車概述

　　新能源汽車是指除汽油、柴油發(fā)動(dòng)機(jī)之外所有其它能源汽車。包括燃料電池汽車、混合動(dòng)力汽車、氫能源動(dòng)力汽車和太陽(yáng)能汽車等。其中以混合動(dòng)力汽車和電動(dòng)車是目前新能源汽車發(fā)展的主流。具體形式參見(jiàn)下表

　　混合動(dòng)力技術(shù)：讓堵車時(shí)不再費(fèi)油

　　顧名思義，混合動(dòng)力汽車就是動(dòng)力系統(tǒng)由燃油動(dòng)力和電動(dòng)力兩部分組成。所謂燃油動(dòng)力是指使用傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)燃燒汽油或者柴油，釋放化學(xué)能驅(qū)動(dòng)汽車前進(jìn)的動(dòng)力系統(tǒng)。電動(dòng)力則是由車載電池提供電力輔助燃油動(dòng)力系統(tǒng)的電動(dòng)系統(tǒng)。

　　由于有了電動(dòng)機(jī)的介入，整套動(dòng)力總成可以按照整車的實(shí)際運(yùn)行工況要求靈活調(diào)控，讓發(fā)動(dòng)機(jī)保持在綜合性能最佳的工況內(nèi)工作，從而降低油耗與排放。不過(guò)這只是籠統(tǒng)的概念，實(shí)際上混合動(dòng)力技術(shù)也有輕型、中型、重型三種分類。

　　電動(dòng)汽車：零排放低噪音

　　所謂電動(dòng)汽車，是指以純電動(dòng)車是指完全由動(dòng)力蓄電池或燃料電池提供電力驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)車。純電動(dòng)車只能依靠電力行駛，因此其有害空氣排放為零。另外，由于電動(dòng)機(jī)本身的特質(zhì)電動(dòng)汽車的噪音也遠(yuǎn)低于傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)汽車。理論上講，由于純電動(dòng)汽車的變速箱只有一檔即最終減速機(jī)。因此純電動(dòng)汽車的動(dòng)力總成也要比傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)小很多，有利于提升車內(nèi)空間。

　　輕型混合動(dòng)力：并非真正的混合動(dòng)力

自動(dòng)啟停工作原理

　　由于汽車在擁堵時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)怠速的油耗幾乎可以說(shuō)就是浪費(fèi)，因此讓怠速時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)不工作也就是輕型混合動(dòng)力研發(fā)的初衷。這種混合動(dòng)力系統(tǒng)在傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)上的啟動(dòng)電機(jī)上加裝了皮帶驅(qū)動(dòng)啟動(dòng)電機(jī)。該電機(jī)為發(fā)電啟動(dòng)(Stop-Start)一體式電動(dòng)機(jī)，用來(lái)控制發(fā)動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)和停止，從而取消了發(fā)動(dòng)機(jī)的怠速，降低了油耗和排放。

SMART Fortwo

　　出于成本考慮，采用這種混合動(dòng)力的多是微型車或者小型車，SMART Fortwo就是最典型的例子，該車在剎車減速時(shí)。當(dāng)車速低于8公里每小時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)會(huì)自動(dòng)熄火；而你要繼續(xù)行駛時(shí)，只需輕觸油門發(fā)動(dòng)機(jī)就可以重新工作了。嚴(yán)格意義上講，輕型混合動(dòng)力不算是混合動(dòng)力，因?yàn)槠淙允强咳加吞峁﹦?dòng)力。由于輕型混合動(dòng)力降低了排放和油耗，所以很多汽車廠商宣傳其為混合動(dòng)力。

　　中型混合動(dòng)力：電機(jī)不能獨(dú)立驅(qū)動(dòng)汽車　　

本田思域混合動(dòng)力

　　而中型混合動(dòng)力則在輕型混合動(dòng)力增加了電動(dòng)機(jī)。在汽車行駛過(guò)程中，中型混合動(dòng)力的電動(dòng)機(jī)可以輔助發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)汽車行進(jìn)。中型混合動(dòng)力車型可以在減速和剎車時(shí)進(jìn)行能量回收，為蓄電池充電以備電動(dòng)機(jī)使用。但是這臺(tái)電動(dòng)機(jī)不能獨(dú)立驅(qū)動(dòng)汽車行駛。通常在城市路況下，采用中型混合動(dòng)力系統(tǒng)的車輛平均節(jié)能20%。

大眾途銳混合動(dòng)力

　　目前中型混合動(dòng)力技術(shù)成熟，應(yīng)用廣泛?，F(xiàn)款思域混合動(dòng)力汽車就是其中的典型代表。該車搭配一臺(tái)1.3升汽油發(fā)動(dòng)機(jī)和CVT變速箱組成的動(dòng)力總成，一臺(tái)功率為26馬力的電動(dòng)機(jī)作為其輔助。除此之外，中型混合動(dòng)力還廣泛應(yīng)用于一些高端車型，例如雷克薩斯的LS600h以及大眾的途銳混合動(dòng)力。盡管如此中型混合動(dòng)力的節(jié)能效果仍然很有限。

　　重型混合動(dòng)力：節(jié)能效果最好

　　重型混合動(dòng)力是目前動(dòng)力混合形式最好的混合動(dòng)力技術(shù)，我們?cè)谖恼麻_(kāi)頭所提到的豐田普瑞斯就是首款量產(chǎn)重型混合動(dòng)力車型。與中型混合動(dòng)力不同的是，重型混合動(dòng)力的電動(dòng)機(jī)可以獨(dú)立驅(qū)動(dòng)汽車前進(jìn)。在城市擁堵道路上，重型混合動(dòng)力車型的發(fā)動(dòng)機(jī)工作得更少，自然也就更加節(jié)能環(huán)保。

國(guó)內(nèi)現(xiàn)售款豐田普瑞斯

普銳斯在低速（左）和正常行駛（右）時(shí)的工作狀態(tài)

　　以國(guó)內(nèi)現(xiàn)售豐田普瑞斯為例，該車采用1.5升汽油發(fā)動(dòng)機(jī)和CVT變速箱，另有一臺(tái)68馬力的電動(dòng)機(jī)作為輔助。車輛啟動(dòng)和低速駕駛時(shí)，只靠電動(dòng)機(jī)來(lái)啟動(dòng)和運(yùn)行，不發(fā)生燃油消耗。正常行駛時(shí)，交替使用發(fā)動(dòng)機(jī)和電動(dòng)機(jī)，電腦控制動(dòng)力分離裝置和動(dòng)力控制單元，使燃油消耗保持很低的水平。

普銳斯在高速（左）和制動(dòng)（右）時(shí)的工作狀態(tài)

　　高速行駛時(shí)，動(dòng)力控制單元將電池的電壓升至500伏，驅(qū)動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)的同時(shí)和發(fā)電機(jī)一起驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)，提供更高的輸出功率。制動(dòng)、減速、下坡時(shí)，電動(dòng)機(jī)作為發(fā)電機(jī)，把損耗的動(dòng)能轉(zhuǎn)化成電能貯存在蓄電池中，這更適合路況復(fù)雜的城市道路。

海外版第三代豐田普銳斯

　　目前，已經(jīng)在海外上市的第三代普銳斯(國(guó)內(nèi)現(xiàn)售款為第二代)，則換裝了1.8升發(fā)動(dòng)機(jī)，最大輸出功率為73kW(99馬力);而電動(dòng)機(jī)最大功率為60kW(82馬力)，系統(tǒng)那個(gè)輸出功率為136馬力;電力蓄電池為鋰離子電池，額定電壓為345.65V，在純電動(dòng)模式行駛時(shí)的最高時(shí)速可達(dá)100km/h，而充電時(shí)間則為180分鐘(AC100V)，100分鐘(AC 200V)。

　　插電式混合動(dòng)力：重型混合動(dòng)力的升級(jí)

豐田普銳斯插電式混合動(dòng)力概念車

　　可以預(yù)見(jiàn)的是，電動(dòng)車將是未來(lái)的發(fā)展方向。因此，目前大行其道的混合動(dòng)力車也就成為了一種過(guò)渡產(chǎn)品。豐田等廠家紛紛推出插電式混合動(dòng)力車型也是延長(zhǎng)混合動(dòng)力車壽命的一種方法。由于插電式混合動(dòng)力車可以直接由電網(wǎng)充電，個(gè)人用戶在家中也可為車輛充電。當(dāng)電動(dòng)車普及之后，插電式混合動(dòng)力汽車仍將有一定生存空間。

　　充電式電動(dòng)車：簡(jiǎn)單易行的新能源車

　　既然我們說(shuō)電動(dòng)車是大趨勢(shì)，那么什么是電動(dòng)車呢?用最直白的話講，就是用電力驅(qū)動(dòng)的車。沒(méi)錯(cuò)，充電式電動(dòng)車的原理十分簡(jiǎn)單，而且電動(dòng)機(jī)和電池技術(shù)目前都已經(jīng)十分成熟。

寶馬 Active E動(dòng)力結(jié)構(gòu)

　　目前，以量產(chǎn)車改裝而成的電動(dòng)車，都由于放置電池等原因占用了很多的空間。寶馬的Active E就是個(gè)典型的例子。由于需要放置電動(dòng)機(jī)，相比其原型車1系Coupe，寶馬Active E的車內(nèi)空間以及行李箱空間都大為減少。

日產(chǎn)聆風(fēng)

日產(chǎn)聆風(fēng)的充電插頭（左）和電池組（右）

　　不過(guò)以目前的技術(shù)，由于鋰電池的大量應(yīng)用，電動(dòng)車的續(xù)航能力和電池壽命已經(jīng)有了明顯的改善。日產(chǎn) LEAF聆風(fēng)，配備了由鋰離子電池驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)機(jī)為動(dòng)力，巡航里程可以達(dá)到160公里以上。日產(chǎn)LEAF聆風(fēng)使用220伏交流電，大約需要8小時(shí)左右就可以充滿。如果有緊急情況，通過(guò)10分鐘的快速充電，日產(chǎn)聆風(fēng)就可行駛50公里，方便車主長(zhǎng)途行駛。

　　日產(chǎn)LEAF聆風(fēng)的層疊式緊湊型鋰離子電池最大輸出功率可以達(dá)到90千瓦，電動(dòng)機(jī)的輸出功率則有80千瓦，扭矩峰值可以達(dá)到280?！っ住Ａ硗?，由于日產(chǎn)LEAF聆風(fēng)的電池布置在車底，并沒(méi)有擠占行李箱空間。相對(duì)于同平臺(tái)的騏達(dá)而言，日產(chǎn)LEAF聆風(fēng)的實(shí)際使用空間還要大一些。

　　增程式電動(dòng)車：用汽油提供更多的電力

雪佛蘭VOLT沃藍(lán)達(dá)

雪佛蘭VOLT沃藍(lán)達(dá)的發(fā)動(dòng)機(jī)（左）以及電池和油箱（右）

　　目前，電動(dòng)車的推廣面臨最大的困難就是充電不方便，為此雪佛蘭推出了VOLT沃藍(lán)達(dá)增程式電動(dòng)車。除了靠電力驅(qū)動(dòng)的特點(diǎn)外，在這輛車上面，雪佛蘭還安裝了一臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)。這臺(tái)傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)是專門為電池充電的。它在平時(shí)并不啟動(dòng)的，只有VOLT沃藍(lán)達(dá)的電池電力不足時(shí)才工作。雪佛蘭VOLT沃藍(lán)達(dá)的油箱可以存儲(chǔ)45升汽油，可以為該車提供450公里的續(xù)駛里程。

　　燃料電池車：少數(shù)派

　　目前除了普通的充電式電動(dòng)車和增城市電動(dòng)車，還有一種用燃料電池驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)車。燃料電池車通常有一個(gè)儲(chǔ)存氫氣的液態(tài)氣體罐。其電池的能量是通過(guò)氫氣和空氣中的氧氣發(fā)生化學(xué)作用，直接變成電能的。以B級(jí)燃料電池車為例，其續(xù)航里程達(dá)到了400公里。奔馳官方稱，該車每次充滿燃料僅需3分鐘，相對(duì)于充電式電動(dòng)車動(dòng)輒8個(gè)小時(shí)的充電時(shí)間，燃料電池車非常適合日常使用。

奔馳B級(jí)燃料電池車

　　不過(guò)氫燃料電池汽車離量產(chǎn)還有很長(zhǎng)的距離，而且氫燃料罐是否足夠安全性也有待考察。氫燃料電池需要?dú)錃庾鳛槿剂希I(yè)上生產(chǎn)較純氫氣的傳統(tǒng)辦法是電解水發(fā)，但是該方法生產(chǎn)氫氣產(chǎn)能有限，而且耗能較高，據(jù)美國(guó)專家介紹生產(chǎn)一升液態(tài)氫氣平均需要需要45度的電能。另外和充電式電動(dòng)車一樣，氫燃料電池車也面臨著加氫站建設(shè)難的問(wèn)題。

　　電動(dòng)車的其他優(yōu)勢(shì)：科技感更強(qiáng)

雪佛蘭VOLT沃藍(lán)達(dá)和日產(chǎn)聆風(fēng)的中控臺(tái)十分具有科技感

　　除了眾人皆知的零排放的優(yōu)勢(shì)，電動(dòng)車還具有其他一些傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)車不具備的優(yōu)勢(shì)。由于電動(dòng)機(jī)的變速箱一般只有一個(gè)最終減速機(jī)，所以車內(nèi)空間會(huì)得到一定的提升。在駕駛感覺(jué)方面，電動(dòng)機(jī)在較低轉(zhuǎn)速時(shí)就可以輸出最大扭矩，十分適合城市擁堵路段行駛。另外，電動(dòng)車在人機(jī)交互方面也具有很強(qiáng)的科技感科技感。

　　新能源汽車發(fā)展的瓶頸

　　對(duì)于新能源汽車而言，目前還有很多的瓶頸?；旌蟿?dòng)力汽車的高昂售價(jià)是其最主要制約因素。以凱美瑞240車型為例，普通汽油版車型售價(jià)為25.38萬(wàn)元;混合動(dòng)力版車型售價(jià)為33.98萬(wàn)元。兩款車售價(jià)相差了8.6萬(wàn)元。

凱美瑞混合動(dòng)力版

　　假設(shè)汽油版240V至尊版車型平均油耗為13升/百公里，其混合動(dòng)力車型240HV至尊版的油耗約為8.6L/百公里。如果以一年行駛20000公里計(jì)算，混合動(dòng)力車型一年可省油880L。以93#汽油每升8元計(jì)算，則每年可因汽油而節(jié)省約7040元，12年才可以填平車型指導(dǎo)價(jià)上的“先天劣勢(shì)”。

比亞迪F3DM 2008款

　　充電式電動(dòng)車的普及，關(guān)鍵在于充電設(shè)施的建設(shè)。目前電力供應(yīng)商和汽車廠商就還在充電標(biāo)準(zhǔn)問(wèn)題討價(jià)還價(jià)。不過(guò)，一旦充電標(biāo)準(zhǔn)形成，大規(guī)模建設(shè)充電樁的成本將成本相對(duì)較低。在我國(guó)深圳等試點(diǎn)城市，電力供應(yīng)商可以為每一個(gè)購(gòu)買比亞迪電動(dòng)汽車的市民免費(fèi)安裝充電樁。具比亞迪官方介紹說(shuō)，F(xiàn)3DM低碳版底盤上串聯(lián)了100節(jié)鐵電池，可在使用2000次后容量還有80%以上，實(shí)際可使用4000次。該車實(shí)際續(xù)駛里程為1.5萬(wàn)公里，則一輛車上的鐵電池實(shí)際可以使用23年。

　　總結(jié)

　　綜上所述，充電式電動(dòng)車將是未來(lái)主流。在不久的將來(lái)混合動(dòng)力汽車將逐步被電動(dòng)車代替。因此，非插電式的混合動(dòng)力汽車的前景將會(huì)越來(lái)越小。等待充電式電動(dòng)車的普及，購(gòu)買增程式電動(dòng)車或者插電式混合動(dòng)力汽車就是目前最可行的新能源汽車解決方案。