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。采用混合動力技術(shù)的豐田普銳斯可謂是最早進(jìn)入中國的新能源汽車了。實際上，除了混合動力汽車，新能源車還包括電動車和燃料電池車。接下來，筆者將為大家做一個全面的介紹。

　　新能源汽車概述

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

　　混合動力技術(shù)：讓堵車時不再費油

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

　　由于有了電動機(jī)的介入，整套動力總成可以按照整車的實際運(yùn)行工況要求靈活調(diào)控，讓發(fā)動機(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。不過這只是籠統(tǒng)的概念，實際上混合動力技術(shù)也有輕型、中型、重型三種分類。

　　電動汽車：零排放低噪音

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

　　輕型混合動力：并非真正的混合動力

自動啟停工作原理

　　由于汽車在擁堵時發(fā)動機(jī)怠速的油耗幾乎可以說就是浪費，因此讓怠速時發(fā)動機(jī)不工作也就是輕型混合動力研發(fā)的初衷。這種混合動力系統(tǒng)在傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)上的啟動電機(jī)上加裝了皮帶驅(qū)動啟動電機(jī)。該電機(jī)為發(fā)電啟動(Stop-Start)一體式電動機(jī)，用來控制發(fā)動機(jī)的啟動和停止，從而取消了發(fā)動機(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。當(dāng)車速低于8公里每小時，發(fā)動機(jī)會自動熄火；而你要繼續(xù)行駛時，只需輕觸油門發(fā)動機(jī)就可以重新工作了。嚴(yán)格意義上講，輕型混合動力不算是混合動力，因為其仍是靠燃油提供動力。由于輕型混合動力降低了排放和油耗，所以很多汽車廠商宣傳其為混合動力。

　　中型混合動力：電機(jī)不能獨立驅(qū)動汽車　　

本田思域混合動力

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

大眾途銳混合動力

　　目前中型混合動力技術(shù)成熟，應(yīng)用廣泛。現(xiàn)款思域混合動力汽車就是其中的典型代表。該車搭配一臺1.3升汽油發(fā)動機(jī)和CVT變速箱組成的動力總成，一臺功率為26馬力的電動機(jī)作為其輔助。除此之外，中型混合動力還廣泛應(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力。盡管如此中型混合動力的節(jié)能效果仍然很有限。

　　重型混合動力：節(jié)能效果最好

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

國內(nèi)現(xiàn)售款豐田普瑞斯

普銳斯在低速（左）和正常行駛（右）時的工作狀態(tài)

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

普銳斯在高速（左）和制動（右）時的工作狀態(tài)

　　高速行駛時，動力控制單元將電池的電壓升至500伏，驅(qū)動發(fā)動機(jī)的同時和發(fā)電機(jī)一起驅(qū)動電動機(jī)，提供更高的輸出功率。制動、減速、下坡時，電動機(jī)作為發(fā)電機(jī)，把損耗的動能轉(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(國內(nèi)現(xiàn)售款為第二代)，則換裝了1.8升發(fā)動機(jī)，最大輸出功率為73kW(99馬力);而電動機(jī)最大功率為60kW(82馬力)，系統(tǒng)那個輸出功率為136馬力;電力蓄電池為鋰離子電池，額定電壓為345.65V，在純電動模式行駛時的最高時速可達(dá)100km/h，而充電時間則為180分鐘(AC100V)，100分鐘(AC 200V)。

　　插電式混合動力：重型混合動力的升級

豐田普銳斯插電式混合動力概念車

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

　　充電式電動車：簡單易行的新能源車

　　既然我們說電動車是大趨勢，那么什么是電動車呢?用最直白的話講，就是用電力驅(qū)動的車。沒錯，充電式電動車的原理十分簡單，而且電動機(jī)和電池技術(shù)目前都已經(jīng)十分成熟。

寶馬 Active E動力結(jié)構(gòu)

　　目前，以量產(chǎn)車改裝而成的電動車，都由于放置電池等原因占用了很多的空間。寶馬的Active E就是個典型的例子。由于需要放置電動機(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）

　　不過以目前的技術(shù)，由于鋰電池的大量應(yīng)用，電動車的續(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)動的電動機(jī)為動力，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小時左右就可以充滿。如果有緊急情況，通過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，電動機(jī)的輸出功率則有80千瓦，扭矩峰值可以達(dá)到280?！っ?。另外，由于日產(chǎn)LEAF聆風(fēng)的電池布置在車底，并沒有擠占行李箱空間。相對于同平臺的騏達(dá)而言，日產(chǎn)LEAF聆風(fēng)的實際使用空間還要大一些。

　　增程式電動車：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)動機(jī)（左）以及電池和油箱（右）

　　目前，電動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)增程式電動車。除了靠電力驅(qū)動的特點外，在這輛車上面，雪佛蘭還安裝了一臺發(fā)動機(jī)。這臺傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)是專門為電池充電的。它在平時并不啟動的，只有VOLT沃藍(lán)達(dá)的電池電力不足時才工作。雪佛蘭VOLT沃藍(lán)達(dá)的油箱可以存儲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車和增城市電動車，還有一種用燃料電池驅(qū)動的電動車。燃料電池車通常有一個儲存氫氣的液態(tài)氣體罐。其電池的能量是通過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，相對于充電式電動車動輒8個小時的充電時間，燃料電池車非常適合日常使用。

奔馳B級燃料電池車

　　不過氫燃料電池汽車離量產(chǎn)還有很長的距離，而且氫燃料罐是否足夠安全性也有待考察。氫燃料電池需要氫氣作為燃料，工業(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。另外和充電式電動車一樣，氫燃料電池車也面臨著加氫站建設(shè)難的問題。

　　電動車的其他優(yōu)勢：科技感更強(qiáng)

雪佛蘭VOLT沃藍(lán)達(dá)和日產(chǎn)聆風(fēng)的中控臺十分具有科技感

　　除了眾人皆知的零排放的優(yōu)勢，電動車還具有其他一些傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)車不具備的優(yōu)勢。由于電動機(jī)的變速箱一般只有一個最終減速機(jī)，所以車內(nèi)空間會得到一定的提升。在駕駛感覺方面，電動機(jī)在較低轉(zhuǎn)速時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

　　對于新能源汽車而言，目前還有很多的瓶頸?；旌蟿恿ζ嚨母甙菏蹆r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為25.38萬元;混合動力版車型售價為33.98萬元。兩款車售價相差了8.6萬元。

凱美瑞混合動力版

　　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公里計算，混合動力車型一年可省油880L。以93#汽油每升8元計算，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)價上的“先天劣勢”。

比亞迪F3DM 2008款

　　充電式電動車的普及，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)問題討價還價。不過，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較低。在我國深圳等試點城市，電力供應(yīng)商可以為每一個購買比亞迪電動汽車的市民免費安裝充電樁。具比亞迪官方介紹說，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，實際可使用4000次。該車實際續(xù)駛里程為1.5萬公里，則一輛車上的鐵電池實際可以使用23年。

　　總結(jié)

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