关于新能源汽车的动力能源使用分析

百公里。相比内燃机车而言，这是一个致命弱点。
２）Fra Baidu bibliotek短的蓄电池寿命普通的蓄电池循环充
通过外电路的流向时，直流电便产生了。在上海，
上海燃料电池动力系统有限公司已成功研发出３代 “超越系列汽车”，参加了第６届世界新能源汽车挑 战赛并取得了好成绩［ｓ３；在北京，清能华通公司也
６《汽车电器》２０１４年第５期
电次数约５００次左右，高性能蓄电池的充电次数大 于１ ０００次。按照每年充放电２００计算，一个普通蓄 电池的使用寿命不足４年，相比现在内燃机车寿命
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由２０１０年上海发布的《ＢＰ世界能源统计》显 示，直至２００９年底，全球探明出的石油储量是
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大多数制造商的小批量生产难以做到这一点［＂。 ４）间接环境污染 虽然电动汽车本身不排放 废气，但是电能是二次能源，本身需要消耗一次能
等在内的各种新能源汽车大规模使用。终期目标： 建立完善的燃料基础设施，燃料电池汽车取代内燃 机车成为主导车型，制氢方式走向多元化。与之相 应，汽车动力将逐步从内燃机到混合动力，然后到 氢能燃料电池动力。且通过“节能环保汽车”重大 研究专项、 “汽车产业发展政策”、 “节能与新能
泛的是碳电极超级电容。 超级电容的主要特点包括：功率密度比蓄电池 高，循环寿命次数更长，充电更快，并且也是绿色
无污染。
是其最大的问题。目前，我国正把车用锂离子蓄电 池作为重要发展目标［５］。
１．３燃料电池 燃料电池汽车（Ｆｕｅｌ
ＣｅＵ
在２０世纪９０年代提出，飞轮电池借助外部系统 将能量通过电动机转换为飞轮的动能储存，主要由 飞轮、电动机、轴承、电力电子转换器等组成，其 中飞轮是核心。飞轮电池以物理方式储能，与化学 电池储存的化学能不同，它储存的主要是物理能。 ２新能源汽车发展存在的问题 虽然新能源汽车经过了多年的发展，但是人们
著优点，受到各研发机构重视，但是氢的储存和质
子交换膜的成本是燃料电池汽车的瓶颈，而且大量
汽油灵活混合使用的乙醇燃料汽车。
１．２蓄电池
氢的生产供应和基础设施建设成本过高也造成它还 难以进入千家万户。表１为石川宪二汽车评价表。
裹ｌ石川宪二汽车评价表
蓄电池是电能的存储装置，电动汽车就是依靠 电能外加电动机提供驱动力的汽车。电动车诞生于
用的是质子交换膜燃料电池（ＰＥＭＦＣ）。由于质子
目前，市场上普遍的新 能源汽车经一次充满电后能行驶１００—２００ｋｍ，并且 这个数字还需汽车在适当的行驶速度和行驶路面上
１）有限的行驶里程 才能达到，绝大多数电动车在一般行驶环境下不足
交换膜只传导质子，氢质子通过质子交换膜直接达
到阴极，而电子通过外电路才能到达阴极，当电子
是一种物理二次储能电源。目前，在汽车中采用广
锂离子蓄电池是指以嵌入锂化合物为正极材料 的蓄电池总称，在１９９０年由日本索尼公司率先向市 场推出．属于世界上最新一代充电电池。相比其它 蓄电池。锂离子电池能量密度更高、循环寿命更
长、无污染、无记忆效应，被视为未来理想的动力 电源。但是，锂离子电池的主要不足表现在正极嵌 入锂化合物的价格过高。石川宪二认为，低价格化
还没有完全接受，市场还没有完全普及，主要因为 存在以下问题。
Ｖｅｌｌｉｃｌｅ，简称ＦＣＶ），
它的电能来源于氢气和空气中的氧气在催化作用 下．经电化学反应生成，而不是经过燃烧。燃料电
池的能量转换效率高出内燃机２—３倍，且排放物只 有水。没有污染。从能源的利用和环保方面而言，
燃料电池是一种有效的方案。
燃料电池有很多种，公认的最适合在汽车上使
关键词：新能源汽车；动力能源；蓄电池；燃料电池；发展 中图分类号：Ｕ４６９．７ 文献标识码：Ａ ＡＩｌａｌｙｓｉｓ ｏｆ 文章编号：１００３—８６３９（２０１４）０５－０００５－０３ Ｖｅｈｉｄｅ
Ｐｏ骶ｒ ＥｎｅＥ醑ｆｏｒ№ｗ Ｅｎｅ嘲ｒ
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（１．Ｃｏｕｅｇｅ ０ｆ Ｍｅｃｈ蚰ｉｃａｌ ＥｎｇｉｎｅｅｒｉＩＩｇ，ｕｎｉｖｅ鹞ｉ哆ｏｆ ｓｈ姐ｇｌｌａｉ ｆｏｒ Ｓｅｉ即ｃｅ粕ｄ ＴｅｃｌｌＩｌｏｌｏｇｙ，Ｓｈ锄ｇｈａｉ ２０００９３，
３发展展望 新能源汽车技术的研发和推广要走符合国情的
人类追求交通环保的途径。虽然目前还有技术难题 没有克服，比如电池寿命、电池组控制管理系统优 化、电池催化剂研发、低温运行和振动影响等。但 是政府和百姓对它的关注热度在不断升温。相关的 产学研也在持续进行。 目前．混合动力汽车和锂离子电池汽车应用发 展最好，既在于两者已取得的各项技术进展，已经 使用于许多车型，又契合国家当前对使用发展新能 源汽车的规划目标。随着动力能源的进一步清洁优 化，加之能源与驱动管理系统的进一步匹配，新能 源汽车的种类和数量一定会在中国城市交通中进一
１
器的制造工艺要求高、加气站的建设不足等缺点。
液化石油气（ＬＰＧ）是指在常温下加压（约
１
各种新型能源的应用 在２０世纪末，世界各地政府联合各大汽车公司
ＭＰａ）液化的石油气，液化石油气燃烧十分充分、
以及国内的科研机构纷纷加入到开发清洁节能汽车 的行列，并且经过努力，已经研发出了以燃气燃 料、生物燃料、氢燃料为主的替代燃料汽车和各款 式的电动汽车、混合动力汽车以及质子交换膜燃料 电池汽车等。
和锂离子电池发展趋势最快【４］。 镍氢电池是２０世纪９０年代发展起来的一种绿
１．４其他储能装置 除了替代燃料、蓄电池、燃料电池，已经在实 际生活中应用的还有超级电容（Ｓｕｐｅｒｃａｐａｃｉｔｏｒｓ）和
飞轮电池（晰ｅｅｌ
Ｂａｔｔｅｒｙ）。新能源汽车通常会
色、无污染碱性蓄电池。它的正极活性物由镍组
成．负极活性物由储氢合金组成，将化学物质的反
万方数据
●Ｏｖｅｎ，ｉｅｗ●
不足一半。再者，废旧蓄电池的回收也不是易事， 需要专门部门进行，以防止蓄电池中铅、镉、硫等
原料产生环境污染。
３）昂贵的电池价格 由于蓄电池采用许多新 技术、新材料，导致技术复杂，成本上升，锂离子
蓄电池的价格甚至达到４０００元／ｌ【矾。而只有当产
品规模达到大规模时，成本才容易降下来，但目前
《汽车电器》２０１４年第５期５
万方数据
●Ｏｖｅｎ，ｉｅｗ●
著改善油品，增加辛烷值，以及降低一氧化碳、碳 氢污染物等主要尾气排放。在目前。福特汽车是全
球燃料乙醇的领跑者，市场占有率也最大．自从 １９９６年以来，福特已经生产出超过２００万台可以和
研发出了燃料电池城市客车。总结而言，燃料电池
车系具有噪声小、运行平稳、提高燃油经济性等显
１．１
驱动效率更高。然而这只针对专为ＩＪＰＧ设计的发动 机而言，现有的发动机改装而成Ｕ＇Ｇ发动机无法达 到增加驱动效率的优势‘３１。在排放方面．Ｕ＇Ｇ是一 种清洁能源，一氧化碳、碳氢化合物、碳氧化物的 排放要比传统内燃机低许多。 生物燃料（ｂｉｏ—ｆｕｅｌ）是指由生物资源制成的燃 料，生物原料包括玉米、小麦、薯类等农副产品， 也包括一些工业废弃物、生活垃圾等。生物乙醇 （ｂｉｏ—ｅｔｌｌａｎ０１）在生物燃料中使用最流行，并且常把 它与一定的汽油调配混合，形成乙醇汽油，可以显
源汽车产业发展规划”等相关政策营造的良好环
境，新能源汽车的自主创新道路有信心稳步向前。
４结语 总而言之，新能源汽车是现代科技的产物，是
源得来。而且蓄电池中往往含有重金属。如铅酸蓄 电池中的铅，镍镉电池中的镉，还有使用到的强 碱、硫酸原料等。 ５）电网设施建设 电动汽车局限的行驶里程
决定了它比内燃机车更需要充电。但是中国的充电
采用这两者与其它动力源搭配混合使用。
超级电容又称为黄金电容、双层电容器，借助
应转化成电能，其电能储备和使用寿命均优于镍镉 电池，且不含铅、镉等金属。目前包括丰田Ｐｈｕｓ等
混合动力汽车广泛采用这种电池。
电极表面快速的氧化还原反应储存电能，由电极、 电解质、隔膜连接柱、排气阀等组成。由于在储能 过程中不发生化学反应。且储能过程可逆，所以它
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１３
生物燃料可细分为：燃料乙醇（Ｂｉｏ—ｅｔｌｌ锄０１）、太阳 柴油（Ｓｕｎｄｉｅｓｅｌ）、生物柴油（Ｂｉｏｄｉｅｓｅｌ）。 压缩天燃气（ＣＮＧ）是指压缩到２１—２５ ＭＰａ的 天然气，储存在车载高压气瓶中，主要的成分是甲 烷，无色无味。由于排放性好、技术成熟、运行成 本低，在替代燃料中使用最多。在我国，完整的天 然气汽车产业链和技术链也已初步建成，上柴、玉 柴、潍柴已能生产４８０ ｋＷ的ＣＮＧ发动机［２］。但是。 虽然压缩天然气汽车具有排放污染少、燃烧经济性 好等优点，但是动力性还有待提高，且存在燃料容
站很少，且不够分散，无法满足车主需求［引。为了 使车主行车无后顾之忧，政府和企业须在公用充电 站模式、路边充电桩模式、电池更换站模式下加大 投入与建设。在小区和企业的停车库建设中．也应 把充电接口考虑其中。 ６）新能源汽车关键技术品质差距大 由于新 能源汽车的市场前景大．很多厂家投入到新能源汽 车用蓄电池组、驱动电机、电机控制器的生产行列 中来。由于没有结合企业自身的研发情况．没有充 分的前期技术储备，靠简单地把买来的电池组装成 电池包，或是采购电机、电机控制器而不参与到技 术的研发中来，往往造成成本高、竞争力不足、产 品品质无法自行控制的局面。比如，电池单体组装 成电池包的工艺如果没控制好。造成电池充、放电 不均，从而缩短行驶里程，减少电池组的使用寿 命，极大增加电池组工作温升。因此．应该尽快制 定新能源汽车的准入条件机制，并规定关键部件的 最低性能指标。
替代燃料
替代燃料主要分为３类：燃气燃料、生物燃料、 氢燃料。其中燃气燃料可细分为：压缩天然气 （ＣＮＧ）、液化石油气（Ｕ屺）、液化天然气（ＬＮＧ），
收稿日期：２０１３一１２—１０；修回日期：２０１３—１２—２７
作者简介：王潇（１９８９一），男，硕士，研究方向为新能源汽车驱动技术、电机散热与水冷，Ｅ—ｍａｉｌ：ｊｏｈｎ蛐ｄｐｅｔｅｒ＠ｓｉｎ乱ｃｎ； 田玉冬（１９６８一），男，博士，教授，研究方向为复杂工业系统控制，Ｅ—ｍａｉｌ：ｔｉ锄ｙｄ＠ｓｄｊｕ．ｅｄｕ．ｃｎ。
０００多亿桶，以当前的开采速度，可为继时间不
足５０年Ｈ］。且随着我国汽车保有量的不断上升。二 氧化碳排放增多，环境污染日趋严峻，研发使用新 型能源的汽车势在必行。我国早在十二五规划中， 已经将发展新能源汽车作为汽车产业升级换代的方 向，而动力能源又是其中一项重要课题。 新能源汽车按动力来源来分，大体可分为４类： 替代燃料汽车、混合动力汽车、纯电动汽车、燃料 电池汽车。
●Ｏｖｅｒｖｉｅｗ●
关于新能源汽车的动力能源使用分析
王潇１．一。田玉冬１・２
（１．上海理工大学机械工程学院，上海２０００９３； ２．上海电机学院汽车学院，上海２００２４５）
摘要：针对新能源汽车动力能源的现状和问题，论述各常见动力源的主要特点和性能，结合新能源汽车的实例 对各种动力源进行分析比较，最后提出新能源汽车发展存在的问题。
１８８１年，其悠久的历史还要早于汽油机车。戚爱华 认为电动汽车是我国替代能源汽车的发展方向［２】。 历年来。车载蓄电池发展过很多种，有铅酸电
池、镍氢电池、镍镉电池、锂离子电池、锌镍电
池、空气电池等。就现有的市场使用情况来看，动 力蓄电池的市场主要有铅酸电池、锂电池、镍氢电
池３种。密封阀控式铅酸蓄电池在动力电池中历史 最久，技术最成熟，性价比也最高。但是，随着欧 盟等发达国家对重金属电池限制的加大，镍氢电池