新能源汽车(New energy vehicle),是指采用非常规的车用燃料作为动力来源,综合车辆的动力控制和驱动方面的先进技术,形成的技术原理先进、具有新技术、新结构的汽车。目前新能源汽车采用的非常规动力源一般是电能,氢气等清洁能源。新能源汽车包括四大类型:纯电动汽车(BEV,包括太阳能汽车)、混合动力电动汽车(HEV/PHEV)、燃料电池电动汽车 (FCEV)、其他新能源(如超级电容器、飞轮等高效储能器)汽车等。目前市场上与研究机构以纯电动汽车、混合动力汽车占主导,燃料电池电动汽车也处在商业化阶段。因此,新能源汽车与电动汽车可以看作是同义词。
电动汽车并不是20世纪的发明创造,自1884年第一辆量产电动汽车诞生以来,电动汽车已经有超过百年的历史。然而电动汽车因为其较短的续航里程和电池寿命,以及充电的不便,在与内燃机汽车的竞争中被逐渐淘汰。到了20世纪末,随着私家车数量的不断增加,内燃机汽车带来的空气污染,温室气体排放,化石能源的大量消耗等问题也越来越紧迫。于是,曾经被抛弃的电动汽车技术又再度吸引了各国政府和各大车企的注意力。电动车通过其环保和先进科技的优势,让不少消费者开始真正考虑购买一辆电动汽车。很多政府也出台了相应的补贴和激励政策。而对汽车企业而言,新能源汽车将催生汽车动力技术的 一场革命,并必将带动汽车产业升级,建立新型的国民经济战略产业,是汽车工业发展的必由之路。
技术方案分类
- 纯电动汽车,顾名思义,采用电力驱动,由蓄电池和电动机构成其动力系统。相比传统内燃机汽车,电力汽车驱动效率更高,不燃烧化石能源,本身不产生排放,而电力又可以来自于核能,太阳能,水力,风能等可再生能源,即使来自于化石燃料,相比内燃机汽车分散的排放,也可能更利于集中处理控制和提高燃烧效率。故被普遍认为存在巨大潜力,可以用以改善空气污染,全球气候变暖,减少对化石燃料的依赖。同时电动机几乎没有噪音和振动,同时更易于结合现代电子技术实现汽车自动化,也被认为是更舒适和高级的车辆。
混合动力汽车的代表有丰田公司于1997年首次推出的普锐斯,车上也安装了动力电池,在内燃机效率比较低的低速时,采用电动机驱动。但其电力的来源却不是外接充电,而是通过内燃机运转的冗余动能和下坡和制动时的动能回收对电池进行充电。这种汽车相对于传统内燃机汽车也能够明显降低排放和能源消耗,目前的技术可靠性和成本控制都比较成熟。从市场角度来说,也不需要消费者改变汽车使用的习惯,只要跟普通汽车一样没油了就加油就可以,目前在一些地区已经是最畅销的车型之一。但从根本上来说,常规混合动力汽车依然使用的是化石能源,也需要内燃机参与驱动,长远来看并不可能完全拜托对化石燃料的依赖,也无法完全消除汽车尾气排放。
- 插电混合动力汽车,结合了混合动力汽车和纯电动汽车的优点。与混合动力汽车最主要的区别是,这种汽车可以通过外接充电的方式供给电池的电力,而且往往动力电池的容量更大,可以只依靠电池和电动机驱动行驶较长的距离,所以虽然依然有内燃机,可以在混合动力模式下由汽油作为最终能源进行驱动,但也可以像纯电动汽车一样仅仅通过事先充电的电池驱动汽车,做到完全意义上的零排放。这种汽车因为有两套完整的动力系统,成本较高,重量较大,但是很好的兼顾了市内短途通勤使用电力的经济环保,和长途驾驶可以加油的便利性。因而在充电设施尚不普及,充电速度、电池容量都存在限制的情况下,插电混合动力汽车因为只需要在家中和工作地点安装充电设备,对续航里程的要求较低,相比较纯电动汽车更容易推广。而插电混合动力汽车的普及,能够促进蓄电池的技术成熟和成本降低,并支持建设更多的充电设施,从而为纯电动汽车的进一步推广做准备,是通往电动汽车社会很好的过渡技术。
与混合动力汽车类似,燃料电池汽车的技术原理也是将化学能转化为电能后,再通过电动机驱动汽车。但与混合动力汽车不同的是,燃料电池汽车完全去除了内燃机的结构。依燃料电池的技术不同,其利用的燃料可以是氢气,甲烷,乙醇,天然气等。但目前最主要的燃料电池技术还是采用氢气。氢气的来源非常广泛,不但传统的化石能源如石油、煤、天然气可以用来制氢。可再生能源如太阳能,风能,生物能等也可以用来制氢,氢同时也是一些化工工业的副产物。而氢气燃料电池汽车与普通电动汽车一样,也不产生尾气,唯一的反应产物只是水,在环保方面的潜力更大。而与电动汽车相比,氢气燃料电池氢气用完以后只要在加氢站加氢补充燃料即可,使用方式与汽油内燃机汽车一样,没有电池续航里程不够的问题。
燃料电池汽车技术相对来说发展的时间更近。2014年12月,第一款量产的燃料电池汽车丰田FCV才在日本开始销售。相比常规混合动力汽车,插电混合动力汽车和纯电动汽车,氢燃料电池是否能够得到市场认可还有待检验。在推广方面,氢燃料电池也面临更大的挑战。目前不管是氢气的制备,燃料电池的制造,还是加氢站的建设,都存在成本昂贵的问题。特别是加氢站的建设需要从零开始,相比电动车充电可以利用现成的电力网络,难度要大很多。而在环保方面,因为氢气制备的效率也依然较低,且仍主要借助化石燃料,相比纯电动汽车也处于劣势。
挑战和机遇
既然电动汽车既有高性能和低噪音,又可以经济实惠,绿色环保,那为什么目前电动车的推广还没有获得成功呢?这就要说到电动汽车的『四大硬伤』了,即『充电慢』,『里程短』,『电池贵』,和『寿命短』。
首先是充电速度问题。燃油和混合动力汽车只要花几分钟的时间,就可以达到上千公里的续航里程。对于成本较低的220V家用充电,选用80安培的双充电器以后,充电速度也只有每小时100公里,如果是常见的15-20安培的适配器,充电速度则最多为每小时25公里。如果是110伏电压的地区,比如美国,日本,充电的速度则会更低,只有每小时6.5公里左右。(从这个角度来说,我国推广电动车相对于美国和日本在充电条件上有先天优势)。
其次是短续航里程带来的对汽车没电的焦虑和恐慌。受限于电池成本,重量,和电池管理技术,电动车普遍续航里程较低。目前家用燃油车普遍高速续航能力在一千公里左右,按美国环保局的测试,最强的特斯拉Model S可以达到426公里,比亚迪E6和腾势则是200公里,其他车型最高的也只有100公里左右。这种低续航能力在充电很慢的情况下,负面影响就变得更大。
最后,电池成本和电池寿命也是很多消费者担心的问题。因为目前电池的能量密度还较低,更换电池的成本非常昂贵,如日产聆风的电池厂家更换需要5000美元。而纯电动车因为电池持续输出电力,无法像传统混合动力一样浅充浅放,寿命也远远短于传统混合动力的电池组。日产宣称旗下的聆风车型电池的保修标准只有5年10万公里,大概寿命只有混合动力车型动力电池的1/3。用不了几年就要再花钱更换昂贵的电池,也是阻碍很多人购买电动汽车的重要因素。
当然,这些问题也不是没有解决办法。特斯拉的超级充电站已经能做到,20分钟充电达到240公里的续航,已经达到很多人可以接受的程度,如果未来这种充电站得到普及,能够大大改善充电难的问题。此外,通过沿公路安装无线充电设备,通过电磁感应原理对行驶中的汽车进行充电,也是解决这个问题的另一个思路。而随着电动车销量的增大和电池生产规模的扩大,电池的制造成本也可以降低。电池管理技术的进一步成熟也会带来寿命的提高。而如果新型电池技术,如超级电容技术,能够取得突破,电池的能量密度大幅提高,续航里程也就不在是一个问题。
即使没有重大技术突破,这些问题也可能通过其他方式,比如换电池站进行解决。如果电动车动力电池的规格得以统一,就可以建设一个更换动力电池站点的网络,消费者只要缴纳一部分押金和服务费,就可以随时更换没电的电池,被换下的电池经过再次充满后再换给下一位顾客。
此外,如果要进一步推广电动汽车,政府的支持政策也是必不可少的。在美国,除了联邦对购买电动车实行所得税减免的政策外,加利福尼亚州还通过现金补贴的方式支持电动车销售。每一个汽车企业售出的前一定数量的电动车可以享受这种补贴。而等到该企业已经销售了一定规模的电动车以后,生产成本可以下降,充电设施网络也基本成型,补贴也就可以取消。这样就既可以控制财政投入,也能很好的起到在初期启动电动车市场和配套设施的作用。此外,给予电动汽车在收费公路上的免费通行权,减免停车费,或者提供免费充电等方式也被美国的一些地方政府使用。
除了鼓励普通消费者购买电动车以外,在公共车辆中率先采用电动汽车也能起到示范作用,让大众接触到电动汽车并逐渐了解和认可电动车的优势。在这方面,除了电动出租车和电动公交车以外,国际上一些政府还采用了共享汽车的办法。比如美国圣地亚哥市的政府就跟奔驰合作,在当地开展了Smart电动共享汽车的项目,民众可以花几美元租赁一辆电动汽车一小时,进行购物等活动,从而更充分的体验和接受电动汽车。
以上资料摘自:
https://zh.wikipedia.org/wiki/%E6%96%B0%E8%83%BD%E6%BA%90%E6%B1%BD%E8%BD%A6
http://zhuanlan.zhihu.com/jiaotong/20239036