电动汽车是指以车载电源为动力,用电动机驱动车轮行驶,符合道路交通、安全法规各项要求的车辆。电动汽车的优点:它本身不排放污染大气的有害气体,即使按所耗电量换算为发电厂的排放。除硫和微粒外,其他污染物也显著减少,由于电厂大多建于远离人口密集的城市,对人类伤害较少,而且电厂是固定不动的,可集中排放,清除各种有害排放物较容易,并且现在已有相关技术。由于电力可以从多种一次能源获得,如煤、核能、水力等,所以可解除人们对石油资源日渐枯竭的担心。电动汽车还可以充分利用晚间用电低谷时富余的电力充电,使发电设备日夜都能充分利用,大大提高了经济效益。有关研究表明,同样的原油经过粗炼,送至电厂发电,再充入电池并由电池驱动汽车,其能量利用效率比经过精炼变为汽油,再经汽油机驱动汽车高,因此有利于节约能源和减少二氧化碳的排放量。正是这些优点,使电动汽车的研究和应用成为汽车工业的一个“热点”。
电动汽车的困难是目前蓄电池单位重量储存的能量太少,还因电动车的电池较贵,又没形成经济规模,故购买价格较贵。至于使用成本,有些试用结果比汽车贵,有些结果仅为汽车的1/3,这主要取决于电池的寿命及当地的油、电价格。
电池是电动汽车发展的首要关键,要想在较大范围内应用电动汽车,要依靠先进的蓄电池。经过10多年的筛选,现在人们普遍看好的氢镍电池、锂离子和锂聚合物电池。氢镍电池单位重量储存能量比铅酸电池高1倍,其他性能也都优于铅酸电池。但目前其价格为铅酸电池的4~5倍,人们正在大力攻关以让其价格降下来。锂是最轻、化学特性十分活泼的金属,锂离子电池单位重量储能为铅酸电池的3倍,锂聚合物电池为铅酸电池的4倍,而且锂资源较丰富,价格也不是很贵,是很有希望的电池。我国在氢镍电池和锂离子电池的产业化开发方面均取得了较大的进展。电动汽车其他有关的技术,近年都有巨大的进步,例如交流感应电机及其控制、稀土永磁无刷电机及其控制、电池和整车能量管理系统、智能及快速充电技术、低阻力轮胎、轻量和低风阻车身、制动能量回收等,这些技术的进步使电动汽车日渐完善和走向实用化。
2.燃料电池电动汽车
氢燃料汽车和氢燃料电池汽车虽然同样以氢为能源,但是氢内燃机是用氢代替燃油在内燃机燃烧做功,而燃料电池是使氢在燃料电池组中与氧化合产生电驱动汽车,二者在原理上有本质的不同。
燃料电池是把燃料中的化学能直接转化为电能的能量转化装置,它从外表上看有正负极和电解质等,像一个蓄电池,但实质上它不能“储电”,而是一个“发电厂”。燃料电池也有多种类型,经过多年的探索,最有望用于汽车的是质子交换膜燃料电池。它的工作原理是将氢气送到负极,经过催化剂(铂)的作用,氢原子中两个电子被分离出来,这两个电子在正极的吸引下,经外部电路产生电流,失去电子的氢离子(质子)可穿过质子交换膜(即固体电解质),在正极与氧原子和电子重新结合为水。由于氧可以从空气中获得,所以只要不断给负极供应氢,并及时把水(蒸汽)带走,燃料电池就可以不断地提供电能。
燃料电池的优点:
(1)能量转化效率高 燃料电池的能量转换效率可达60%~80%,为内燃机的2~3倍。
(2)不污染环境 燃料电池的燃料是氢和氧,生成物是清洁的水,它本身工作不产生一氧化碳和二氧化碳,也没有硫和微粒排出,还没有高温反应,更不产生氮氧化合物。如果使用车载的甲醇重整催化器供给氢气,仅会产生微量的一氧化碳和较少的二氧化碳。
(3)寿命长 燃料电池本身工作没有噪声、没有运动性、没有振动,其电极仅作为化学反应的场所和导电的通道,本身不参与化学反应,没有损耗,寿命长。(www.daowen.com)
2003年1月7日,丰田北美公司发布了一款名为FINE-S的氢燃料电池概念车。这辆由丰田汽车公司开发的概念车展示了该公司承诺开发环保的轿车及货车的决心。
标致开发的消防车命名为H20,有两个目的,是为了展示一下燃料电池技术;二是展示一下它能用于城市狭窄车道,即一些大的消防车不能去的地方的消防车概念。
当今,几乎所有的世界汽车巨头都加入燃料电池车技术竞赛。近几年,由于各大公司的共同努力,燃料电池汽车在技术上取得了很多进展。
例如,戴姆勒-克莱斯勒在东京车展上发布了燃料电池混合动力概念车“F600HYGENIUS”。该车特点是,配备体积减小40%的新开发的燃料电池组,是首款在加速性能、最大时速、持续行驶距离等动力性能方面,可与采用现有动力传动系统的车型相媲美的燃料电池车。该车燃料电池的输出功率为60kW,通过配备最大功率为55kW的锂离子电池,来驱动最大输出功率为85kW的发动机。发动机的最大转矩为350N·m。储氢罐的填充压力为70MPa,持续行驶距离可超过400km,最高车速在170km/h以上。
还有,本田的“FCXCONCEPT”,充分发挥了燃料电池系统安装灵活的特性,因此可以采用普通汽车无法实现的新一代轿车样式。新开发的底盘将燃料电池组纵置在车身的中央部位,可大大降低地板高度,同时还可减少发动机室的体积。因此,此车具有短鼻子、长车身及底盘较低的独有均衡比例。
在研究并开发氢动力汽车方面一直走在前列且已投入数十亿美元的美国通用汽车公司,曾在全球公开巡展其“氢动三号”,此款车已经达到了通用汽车和欧宝品牌的商业化生产指标。驱动系统的模块化和摆脱对蓄电池的依赖使得“氢动三号”的总车重减少约100kg,接近1590kg的目标值,而且容积与普通车型的载货空间完全相同。通用汽车相当看好这一车型,认为“氢动三号”是成熟燃料电池车规模化生产进程中取得的一项重大进展。
由于石油等传统能源紧缺和环保观念日益深入人心,各国政府和相关企业目前都在加大“氢能”产品的研发力度。美国政府曾宣布将投资17亿美元把“氢能”作为新一代能源的重点发展对象。
2007年3月30日,通用汽车公司和戴姆勒-克莱斯勒公司宣布,它们已分别与美国能源部签署合约,在未来五年内开发氢燃料电池动力汽车。通用公司与美国能源部的合约价值8800万美元,双方各支付一半。根据合约,通用公司将制造40辆氢燃料电池动力汽车,投放到华盛顿、纽约、加利福尼亚和密歇根进行示范。
毋庸置疑,当前氢燃料电池要走上商业化道路,最大的阻碍仍是高昂的成本问题。
2004年9月20日,在法国马赛,Hysun300O燃料电池车从柏林行驶到巴塞罗那仅仅用了2kg的氢燃料,创造了一个新的世界纪录。从来没有过汽车在仅仅使用氢燃料的情况下跑过这么远的路程。这趟行程折合每100km使用O.2L燃料。HySun汽车的核心部分是一个质子交换膜燃料电池。在这里氢和氧发生反应生成水,这种反应产生的能量驱动电动机。当制动的时候,电动机相当于发电机,同时对电容器进行控制。对于这种三轮车来说,它的空气阻力仅仅是普通轿车的一半。不算驾驶人和氢燃料,车的重量为120kg,最大的车速为80km/h,平时巡游的车速为38km/h。
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