1.电动汽车

早在19世纪后半叶的1873年，英国人罗伯特·戴维森（Robert Davidsson）就制作了世界上最早的可供实用的电动汽车，使用的是铁、锌、汞合金与硫酸进行反应的一次电池，如图3－82所示。

图3－82　最早的电动汽车

1881年法国工程师Gustave Trouve装配了以铅酸电池为动力的三轮车，应用了可以充放电的二次电池，这是世界上第一辆以可充电池为动力的电动汽车。从一次电池发展到二次电池，对于电动汽车是一次重大的技术变革。之后这种用铅酸电池驱动的电动汽车逐渐开始流行并成为权贵代步的工具。20世纪初蒸汽汽车、电动汽车和内燃机汽车基本是三足鼎立，在汽车保有量中，蒸汽汽车占40%，电动汽车占38%，而内燃机汽车仅占22%。后来，由于石油的发现及大量开采，内燃机的性能迅速提高，电动车在速度和续驶里程等方面愈来愈无法与内燃机汽车竞争，逐渐衰落。

随着世界能源危机，石油价格的不断攀升，大气污染物带来环保问题，电动汽车与其他新能源汽车再次进入人们的视线，发达国家中像美国三大汽车公司纷纷开发电动汽车。以美国为代表的一些国家制定并执行严格的汽车尾气排放标准，极大地刺激并加速了现代电动车的研究和开发。同时，由于新技术和新材料的迅速发展，为电动车发展注入了新的活力。此外，美国等一些国家政府还对新能源汽车进行补贴，这也极大地促进了电动汽车的发展。

（1）电动汽车特点

电动汽车主要有蓄电池电动汽车、混合动力电动汽车和燃料电池电动汽车，电动汽车有下列突出优点：

①节能：首先电动汽车不需石油类燃料，其次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，大大提高其经济效益。

②污染小：电动汽车行驶时不排放有害废气（称为“零排放”）。

③应用范围广：内燃机汽车无法在缺氧的条件下工作，而电动车则最适用于月球、太空、海底、真空等环境。

④操作方便、结构简单：电动车没有离合器，不必换挡，起动容易，行驶噪声小，很容易实现无级变速。

⑤不依赖有限的资源：由于电力可以从多种一次能源获得，如煤、核能、水力、风能、太阳能等，解除了人们对石油资源日见枯竭的担心。

⑥转换效率高：有些研究表明，同样的原油经过粗炼，送至电厂发电，经充入电池，再由电池驱动汽车，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。电动机的耗能效率高达75%，而内燃机只有15%，因此电动汽车有利于节约能源和减少二氧化碳的排量。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”。

（2）电动汽车分类

电动汽车主要有蓄电池电动汽车、混合动力电动汽车和燃料电动汽车。

电动汽车的组成包括：电力驱动及控制系统、驱动力传动等机械系统、完成既定任务的工作装置等。电力驱动及控制系统是电动汽车的核心，也是区别于内燃机汽车的最大不同点，由驱动电动机、电源和电动机的调速控制装置等组成。电动汽车的其他装置基本与内燃机汽车相同。

①蓄电池电动汽车。

蓄电池电动汽车是最早出现的电动汽车，它使用铅酸蓄电池作汽车的动力源，其整车动力性、续驶里程与传统内燃机汽车有较大的差距，而使用高性能镍氢电池或锂电池又会使成本大大增加。蓄电池需要相应的充电设备和充电时间，因而这种电动汽车使用场合受到了限制，仅用于短途代步的运输车、游览车等。但随着电池及充放电技术的提高，很多汽车厂家纷纷开发出具有实用价值的纯电动汽车，如图3－83所示的日产公司开发的叶子（Leaf）小型电动汽车。

图3－83　日产小型电动汽车

中国新兴的汽车厂家比亚迪公司，本身就是世界第二大电池生产商，依托其电池技术的领先优势，2009年比亚迪公司推出纯电动汽车E6，如图3－84所示。它采用比亚迪自主研发的“ET－POWER”的铁动力电池，在国内外共申请了700多项专利，安全性能出色，续驶里程超过400km，完全能满足大多数消费者的日常使用；它除了能用专业充电站快速充电，还可使用220 V民用电源慢充；它可以像用手机一样用，白天用车，晚上充电；同时，它动力十足，加速时间在10 s以内，最高车速可达160km·h－1以上，而百公里能耗为18kW·h以内，只相当于燃油车1/4～1/3的消费价格。

图3－84　比亚迪E6电动汽车

②混合动力汽车。

由于当前电动汽车用的电池性能还不理想，一次充电后汽车续驶里程尚未达到传统汽车的水平，同时充电、维修等基础设施的建设需要资金，于是出现了混合动力汽车，即利用两种不同动力驱动的汽车。具体说混合动力汽车是指车上装有两个以上动力源，由电机或发动机驱动，符合汽车道路交通、安全法规的汽车。车载动力源有多种：蓄电池、燃料电池、太阳能电池、内燃机等。混合动力汽车既可以减少汽车的污染，又可以提高纯电动汽车的行驶里程。

混合动力汽车有串联式和并联式两种结构形式。其组成包括电动机、辅助动力及蓄能装置等。电动机可以是交流的或直流的，辅助动力可以是内燃机、外燃机、其他形式的热机以及燃料电池；蓄能装置可以是蓄电池、超级电容、液压、气动或飞轮等储能装置；辅助动力可以直接驱动汽车，也可以带动发动机发电，或者如燃料电池直接发电，将电能储存在蓄能装置中；汽车在减速或制动时，可以将回收的能量储存在蓄能装置中，蓄能装置是能量汇集处。图3－85为串联式混合动力汽车结构图。

图3－85　串联式混合动力汽车结构图

在混合动力汽车方面，日本超越其他国家，稳居世界领先地位。日本丰田汽车公司是世界上最早实现混合动力汽车产业化的企业，在混合动力汽车的技术研发和规模化生产方面积累了大量经验。最畅销的混合动力车普锐斯（图3－86）自2000年登陆北美市场后，截至2008年累计销量已经突破百万辆。

图3－86　丰田混合动力汽车普锐斯

比亚迪F3DM开创了混合动力的新模式，它是全球首款不依赖专业充电站的新能源车，是采用纯电动和汽油两种驱动方式的汽车，谓之双模式电动车，如图3－87所示。因此它具备了纯电动车和混合动力的优势，用户通过按键，就可以使车辆在纯电动（EV）和混合动力（HEV）这两种模式之间自由切换。这种技术的好处显而易见，纯电动模式下即实现了零排放，混合动力的排放标准也远远优越于欧Ⅳ标准。

图3－87　比亚迪F3DM双模式电动车(www.daowen.com)

③燃料电池电动汽车。

采用燃料电池作为电源的汽车称为燃料电池汽车。

燃料电池是通过电化学反应将燃料的化学能直接转变为电能的高效率发电装置。燃料可以是氢气、甲醇、石油气、甲烷及其他能分解出氢的烃类化合物，目前大多数燃料电池电动汽车使用压缩氢气或液化氢气作为燃料。

氢气中不含碳（C），因此燃烧后不产生CO2、CO、HC，是一种清洁能源，其热值和燃烧效率明显高于汽油，节能高。而原来限制燃料电池汽车发展的氢气贮存和携带的难题随着纳米技术的发展也有望突破，等相关技术成熟后，燃料电池汽车就可能被大力推广。

2.太阳能汽车

太阳能是一种新能源，它取之不尽，用之不竭。太阳能汽车是靠太阳能电池作电源的。太阳辐射到地球表面的能量，每平方米约有一千瓦。从理论上来说，把太阳能转换成电能，效率可达30%，目前世界上最先进的技术已经能够达到20%左右的转换效率。8m2大小的太阳能板能提供一辆小型汽车所需的电力。经测算，一辆太阳能轿车一年可省油500L。当太阳照射到车身上的太阳电池板时，根据光电转换原理，立即能产生直流电，供给直流电动机运转，驱动汽车行驶。但这种只装有太阳电池板的汽车，在无光照射时，就会马上停止。如果要汽车在阴天或夜间也能继续行驶，还要把太阳电池板和蓄电池配合使用。当阳光照射时，太阳电池板就产生电能，一部分提供给电动机，汽车便可奔跑，另一部分供给蓄电池充电，这样，等到没有阳光时，使蓄电池放电供电动机运转，让汽车行驶。因此可以认为太阳能汽车，是太阳能和蓄电池组成的混合动力电动汽车。

现在世界上很多国家都在研制太阳能汽车，并进行交流和比赛。澳大利亚每隔3年就举行一次世界最大规模的太阳能汽车大赛，全程为3 000km，参赛汽车的平均时速已达到89.76km。图3－88为比赛中的太阳能赛车。

图3－88　太阳能赛车

太阳能电池车已经开发出的试验车很多，但在进入正式应用阶段前，太阳能电池作为汽车能源还有很多课题有待解决，如性能不够高、转换效率低、价格高、动力密度低以及太阳能电池安装空间难以确保等。太阳能汽车最可能的发展方向是成为使用太阳能、燃油、电力等多种能源的混合动力车。

目前已经具备实力的国际汽车巨头已经形成三大军团，其中，混合动力军团主要以丰田为代表，燃料电池车的代表是通用汽车，研制柴油节能技术的车辆在欧洲的发展最为成熟，其代表是德国的汽车厂家，如大众汽车和戴姆勒－奔驰集团。

3.燃气汽车

自从1872年发明了奥托循环发动机后就有了天然气发动机。早在第一次世界大战期间天然气就开始用在汽车上，后来由于其储存、携带极不方便才让位于液体燃料中的汽油和柴油。

1973年第一次石油危机之后，人们才认识到使用天然气代替传统的石油产品作为汽车燃料具有经济、清洁的突出优点，于是纷纷加快了天然气汽车的发展。在天然气资源丰富的俄罗斯、意大利、阿根廷、新西兰、巴西等国家和地区，以及受到环保法规和国家政策制约的美国、日本等国，天然气汽车的发展非常迅速，许多国家都制订了研究与发展计划。

根据燃气汽车使用的燃料不同、燃料的使用形态不同和使用方法不同，燃气汽车有如下几种：

①压缩天然气汽车（CNGV）：是指以多级加压压缩到20MPa左右并储存在车载高压气罐中的气态天然气作为燃料的汽车。

②液化天然气汽车（LNGV）：是指以低温液化并储存在车载绝热气瓶中的天然气作为燃料的汽车。

③吸附天然气汽车（ANGV）：是指以中压状态储存在吸附罐内活性炭中的天然气作为燃料的汽车。

④液化石油气汽车（LPGV）：是指以储存在车载气瓶中的液化石油气作为燃料的汽车。

⑤单燃料燃气汽车：是指仅使用CNG或LPG中的一种作为燃料的汽车，其发动机的燃料供给系、配气机构等针对CNG或LPG的物化特性进行专门设计，因此燃烧热效率高、经济性好。

⑥双燃料燃气汽车：是指具有两套燃料供给系统，使用中可以在两种燃料之间灵活切换的汽车。此类汽车在燃用汽油时，不能同时使用CNG或LPG作为发动机燃料；反之，燃用CNG或LPG时，也不能混烧汽油。由于要兼顾两种燃料的物化特性，发动机的结构参数几乎不做改造，因此燃烧热效率不高、经济性较差。

图3－89为铃木CNG微型汽车结构。

图3－89　铃木CNG微型汽车

4.醇燃料汽车

醇燃料（主要指甲醇和乙醇）是汽车清洁替代燃料的一种。与汽油和柴油相比，醇类燃料氢碳原子比大，且为含氧燃料（甲醇分子含氧量达50%、乙醇分子含氧量达35%），比汽油和柴油更容易完全燃烧；除常规的有害排放较低外，CO2的排放量也比燃用汽油和柴油低。此外甲醇和乙醇是可再生资源，可由一些廉价原料，例如家庭垃圾、秸秆、木材、甘蔗、粮食制造，也可以通过煤、煤层气、液化石油气等制造，所以醇类燃料的供应不会枯竭。美、德、加、法、日、瑞典、新西兰等发达国家政府和汽车公司，都大力推动醇燃料的研究试验和示范推广，并由国家议会列为清洁燃料，予以发展。世界各大汽车厂都在积极研究开发、示范了许多不同方案的醇燃料汽车，如专用优化的醇燃料小轿车（曾是巴西汽车的主流）、全醇燃料的大轿车、大载货汽车等，在醇燃料汽车技术上有很大进展。

分析与思考

案例：大众汽车动力系统的王牌组合（TSI＋DSG）中的DSG 7速变速箱遭遇大量消费者投诉，大众汽车面对消费者的强烈不满，一直表示不召回的态度，欲用软件升级解决此问题。但有不少大众车主反映，在进行软件升级后，故障问题并没有得到根本解决，反而出现了动力明显减弱的现象。类似的投诉不断增加，为抗议大众漠视DSG变速器故障的态度，大众车主组织了多起维权抗议活动。

2012年12月27日，大众在台湾地区宣布召回部分DSG故障车型。

2013年1月6日，大众汽车集团再次声明，对中国大陆进一步延长质保。

2013年3月15日，央视3·15晚会曝光大众汽车DSG存在问题。

2013年3月16日，质检总局通知大众公司就DSG变速器动力中断故障问题实施召回，“大众公司如果不履行法定义务，质检总局将责令召回”。

2013年3月16日下午，大众汽车集团（中国）、一汽大众和上海大众随即在官方微博发布联合声明称：“大众汽车将实施主动召回以解决DSG问题。”

清华大学汽车技术研究院院长宋健认为，DSG问题属于设计缺陷，即使召回也不能解决问题，此次质检总局的行动具有里程碑式的意义。

针对这一事件，谈谈你的看法。