新能源汽車技術(shù)大PK：到底誰(shuí)會(huì)贏？

出品：科普中國(guó)

制作：開(kāi)普樂(lè)創(chuàng)客團(tuán)隊(duì)

監(jiān)制：中國(guó)科學(xué)院計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)信息中心

隨著汽車尾氣污染的加劇和石油煤炭等化石能源的消耗，發(fā)展新能源汽車是全球的共同趨勢(shì)。由于汽車功耗較大，傳統(tǒng)環(huán)保概念中的清潔能源，比如太陽(yáng)能、風(fēng)能在這個(gè)領(lǐng)域均是杯水車薪，使不上勁兒。

目前，全世界積極發(fā)展的新能源汽車技術(shù)主要集中在三個(gè)方向：純電動(dòng)汽車，比如大家比較熟悉的高帥富特斯拉;油電混動(dòng)型汽車，比較著名的有日本品牌的先行者普銳斯;燃料電池汽車，有報(bào)道稱日本某汽車品牌計(jì)劃在2018年推出氫燃料電池車。

三種新能源汽車的車型

這三項(xiàng)技術(shù)各有優(yōu)缺點(diǎn)：

純電動(dòng)車：清潔實(shí)惠，但能源補(bǔ)充是硬傷

純電動(dòng)汽車像手機(jī)充電一樣，使用插電模式充電(使用外部電源，通過(guò)變壓器和電纜對(duì)汽車電池充電的模式)。優(yōu)點(diǎn)是電能清潔實(shí)惠，電動(dòng)機(jī)扭矩大、加速快、噪音低;缺點(diǎn)是能源補(bǔ)充依賴硬件設(shè)施。(扭矩是使物體發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)的一種特殊的力矩，在功率固定的條件下它與發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速成反比關(guān)系，轉(zhuǎn)速越快扭矩越小，它反映了汽車在一定范圍內(nèi)的負(fù)載能力。)

舉例而言，目前世界上頂尖的純電動(dòng)汽車如果采用普通家庭電路充電，充滿需要7小時(shí)以上;若使用造價(jià)高達(dá)10萬(wàn)美元的專用充電樁，充滿則需1-2 個(gè)小時(shí)。按照這種汽車實(shí)測(cè)的滿電狀態(tài)250-300公里的巡航里程看，在城市里代步是可以的，每晚都能充電。中長(zhǎng)途的自駕游就有點(diǎn)勉強(qiáng)了，一天只開(kāi)300 公里，晚上還要找地方充電，做不到傳統(tǒng)燃油汽車的“日行千里”。更不可能開(kāi)著它去新疆西藏羅布泊，因?yàn)檠赝具B汽油都不一定買得到，更不要說(shuō)充電啦。

燃料電池汽車：綠色環(huán)保，但設(shè)備重體積大

燃料電池汽車使用燃料電池產(chǎn)生氫氣，氫氣與大氣中的氧氣發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生電能驅(qū)動(dòng)汽車行駛。燃料電池的反應(yīng)會(huì)產(chǎn)生極度少量的二氧化碳和氮氧化物，這類化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)物除了電能外，主要副產(chǎn)品是水，因此被稱為綠色新能源汽車。

現(xiàn)階段，燃料電池汽車的缺點(diǎn)在于設(shè)備重體積大。啟動(dòng)時(shí)間長(zhǎng)并需提高系統(tǒng)耐振性：由于氫氣的關(guān)系，密封性要求相當(dāng)高，相對(duì)而言若發(fā)生事故危險(xiǎn)性較大。

注：燃料電池是一種將存在于燃料與氧化劑中的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能的發(fā)電裝置。燃料和空氣分別送進(jìn)燃料電池，電就被奇妙地生產(chǎn)出來(lái)。它從外表上看有正負(fù)極和電解質(zhì)等，像一個(gè)蓄電池，但實(shí)質(zhì)上它不能“儲(chǔ)電”而是一個(gè)“發(fā)電廠”。

油電混動(dòng)汽車：將浪費(fèi)的能源轉(zhuǎn)為電能

最后說(shuō)我們今天的主角：油電混動(dòng)汽車。它是指以燃油和電能共同作為動(dòng)力的汽車，堪稱目前新能源汽車中最實(shí)用、最接地氣的成員。很多人認(rèn)為“混動(dòng)”將是汽車技術(shù)未來(lái)幾十年的發(fā)展趨勢(shì)。

油電混動(dòng)汽車以電動(dòng)機(jī)作為內(nèi)燃機(jī)的輔助動(dòng)力來(lái)共同驅(qū)動(dòng)汽車。這項(xiàng)技術(shù)燃油經(jīng)濟(jì)性高，機(jī)械性能更強(qiáng)勁。與同級(jí)別的汽車相比，燃油費(fèi)用更低。電動(dòng)機(jī)由于其物理特性，在啟動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的扭矩遠(yuǎn)大于內(nèi)燃機(jī)，擁有更強(qiáng)勁的起步和加速性能。

傳統(tǒng)的內(nèi)燃機(jī)汽車，能源有效利用率是較低的。由于傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)四沖程的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，在80%以上的道路條件下，一輛普通轎車僅利用了燃油動(dòng)力(燃燒所釋放熱能)的40%，在市區(qū)還會(huì)跌至25%。也就是說(shuō)只有25%-40%釋放出來(lái)的熱能被轉(zhuǎn)化為機(jī)械能做功，驅(qū)動(dòng)車輛前進(jìn)。油電混動(dòng)技術(shù)，就是旨在把被浪費(fèi)的能量收集起來(lái)變成電能，通過(guò)電動(dòng)機(jī)提供給汽車作為第二動(dòng)力。

油電混動(dòng)汽車的三種“武器”

要實(shí)現(xiàn)將浪費(fèi)的能力收集起來(lái)轉(zhuǎn)為電能，油電混動(dòng)汽車會(huì)比普通燃油汽車多三套系統(tǒng)。

能量回收系統(tǒng)。大家都知道，汽車以一定速度在路上行駛，是具有動(dòng)能的，每當(dāng)汽車剎車時(shí)，就有一部分動(dòng)能在剎車片摩擦下變成熱能散逸。而汽車在等紅綠燈時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)也是以怠速空轉(zhuǎn)在燒油，這些能量都被浪費(fèi)了。能量回收系統(tǒng)會(huì)把這些傳統(tǒng)汽車?yán)速M(fèi)掉的能量收集起來(lái)。

儲(chǔ)能系統(tǒng)(電池)。收集起來(lái)的能量會(huì)被轉(zhuǎn)化為電能，儲(chǔ)存在電池中，在需要的時(shí)候供給電動(dòng)機(jī)。

電動(dòng)機(jī)：它以電池中的電能為能源，向汽車提供動(dòng)力，驅(qū)動(dòng)車輛行駛。

這三套系統(tǒng)和汽車原本的內(nèi)燃機(jī)系統(tǒng)與制動(dòng)系統(tǒng)相結(jié)合，經(jīng)過(guò)工程師們的調(diào)教和改進(jìn)，最終達(dá)到渾然一體：汽車剎車減速和停車空轉(zhuǎn)時(shí)，他們積極收集被浪費(fèi)的能量，儲(chǔ)存到電池里;汽車啟動(dòng)和加速的時(shí)候，電動(dòng)機(jī)輔助內(nèi)燃機(jī)一起做功，提高整車機(jī)動(dòng)性能。

油電混動(dòng)汽車的機(jī)械性能強(qiáng)勁。國(guó)產(chǎn)的一款最新油電混動(dòng)SUV，0-100公里/小時(shí)加速不到5秒!這是什么概念?了解汽車的人都清楚，目前傳統(tǒng)汽車市場(chǎng)上的絕大多數(shù)車型，百公里加速不到5秒的車只有四十余款，占總車型的不到百分之一，且絕大多數(shù)售價(jià)都在百萬(wàn)元以上。這樣比較的話，是不是馬上體現(xiàn)出混動(dòng)汽車的優(yōu)勢(shì)了?

油電混動(dòng)技術(shù)為世界帶來(lái)了速度更快、油耗更低、排污更少的新汽車，更可貴的是，它一點(diǎn)也不嬌氣，不依賴外部硬件支持，給油吃油接地氣，適應(yīng)性強(qiáng)，必將成為未來(lái)新能源汽車技術(shù)的中流砥柱。