绿色环保汽车

随着全球对环境保护的重视程度越来越高，汽车的环保问题也越来越突出。未来的汽车或将广泛使用绿色能源。其中，电动汽车将被消费者普遍接受。通用、福特、大众、戴姆勒-奔驰、丰田、本田等汽车制造商都在积极研制可以利用无线电技术充电的小型电动汽车。电能将被转化成特殊的激光束或微波束，通过天线接收，人们不必停车补充能源就可以开车环游世界。

目前对绿色环保汽车的判定，基本都是以该车在运行过程中是否对环境构成破坏作为主要原则。具体地说，就是指一辆汽车从生产到其使命终结，在整个运行过程中对环境不产生污染，包括无排放污染物、无超标噪声、报废车辆的材料可回收再生、不造成二次污染等。如电动汽车，天然气、石油液化气、甲醇、氢气汽车，不同燃料的汽车各有不同的特点。

随着低价格、高能量和长寿命新型电池的问世，以及人们对环保的强烈呼吁，电动汽车成为一种普遍使用的代步工具。

电动汽车是指以车载电源为动力，用电动机驱动车轮行驶的汽车，一般采用高效率的蓄电池或燃料电池为动力源。电动汽车无须再用内燃机，因此，电动汽车的电动机相当于传统汽车的发动机，蓄电池相当于原来的油箱，电能是二次能源，可以来源于风能、水能、热能、太阳能等多种方式。

1.纯电动汽车（BEV）

纯电动汽车的优点是本身不排放污染大气的有害气体，即使按所耗的电量换算为电厂的排放，除硫和微粒外，其他污染物也显著减少。而电力可以从多种渠道的一次能源中获得，如煤、核能和水力等，解除人们对石油资源日渐枯竭的担心。电池电动汽车可以充分利用晚间用电低谷时充电，使发电设备日夜都能充分利用，大大提高其经济效益。

纯电动汽车的缺点是目前蓄电池单位重量储存的能量太少，而且电池价格较高，没有形成经济规模，导致整车购买价格较贵。

蓄电池是电动汽车的关键技术之一。大部分企业在电动汽车研制过程中采用了铅酸、镍镉、镍氢电池等，现在，经过研制与试验比较，采用能量密度更高的锂离子电池取代铅和镍氢电池运用于汽车领域，正在成为一项核心技术。它具有重量轻、储能大、功率大、无污染(含二次污染)、寿命长、自放电系数小、温度适应范围宽等优点，是电动自行车、电动摩托车、电动小轿车、电动货车等车型较为理想的车用蓄电池。缺点是价格较贵、安全性较差。不过现在已有相对成熟的技术开发锰酸锂、磷酸铁锂、磷酸钒锂等新型电池材料，大大提高了锂离子电池的安全性，而且降低了成本。

2.燃料电池电动汽车（FCV，图8－5）

氢燃料汽车和氢燃料电池的汽车虽然同样以氢为能源，但二者在原理上有着本质的区别。

图8－5　燃料电池电动汽车

氢内燃机是用氢代替燃油在内燃机中燃烧做功；而氢燃料电池则是使氢在燃料电池组中与氧化合，产生电能驱动汽车。燃料电池(Fuel Cell)是一种将化学能直接转化为电能的发电装置。燃料和空气被分别送进燃料电池，电就被奇妙地生产了出来。它从外表来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”而是一个地地道道的微型“发电厂”。燃料电池涉及化学热力学、电化学、电催化、材料科学、电力系统及自动控制等学科的有关理论，具有发电效率高、环境污染少等优点。总的来说，燃料电池具有以下特点：

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有害气体SO、NO及噪声排放都很低，CO排放因能量转换效率高而大幅度降低清洁了环境。

③发动机工作时的机械振动较弱。

④燃料适用范围广。

⑤规模及安装地点灵活。由于燃料电池电站占地面积小、建设周期短，电站功率可根据需要由电池堆组装，十分方便。燃料电池无论作为集中电站还是分布式电站，或是作为小区、工厂、大型建筑的独立电站都非常合适。

⑥负荷响应快，运行质量高。燃料电池在数秒钟内就可以从最低功率变换到额定功率，而且电厂离负荷可以很近，从而改善了地区频率偏移和电压波动，降低了现有变电设备和电流载波容量，减少了输变线路投资和线路损失。

正是因为具有诸多优点，世界几乎所有的汽车巨头都加入到了燃料电池汽车的技术竞赛之中，也取得了很大进展。

3.混合动力电动汽车（HEV）

(1)混合动力电动汽车定义。混合动力电动汽车是指在汽车上安装有两个以上的动力源，包括电动机驱动，且符合道路交通安全法规的汽车。车载动力源可以有多种形式：蓄电池、燃料电池、太阳能电池、内燃机车的发电机组等。当前，混合动力电动汽车一般是指内燃机发电机，再配合使用蓄电池的电动汽车。

(2)混合动力电动汽车优点。

①采用混合动力后，可按平均需用的功率来确定内燃机的最大功率，此时发动机在油耗低、污染少的最优工况下工作，可以充分提高汽车的经济性，有效降低排放污染。当发动机需要大功率工作而内燃机的功率不足时，则由电池来补充动力；当汽车的负荷小时，发动机富余的功率可以给电池充电。由于内燃机可持续工作，电池又可以不断地充电，故其行程和普通汽车一样。

②因为有了电池，可以十分方便地回收制动时、下坡时以及怠速时的能量，使得汽车的能量浪费降到了最低。

③在繁华的闹市区行车时，可以临时关停内燃机，由电池单独驱动，使汽车实现“零排放”。有了内燃机，可以十分方便地解决耗能大的空调、取暖、除霜等纯电动汽车遇到的难题。

④可以利用现有的加油站加油，不必再投资建设新的能源补充基地。

⑤由于可以随时让内燃机投入工作，因而可以让电池保持在良好的工作状态，不会发生过充、过放，延长其使用寿命，降低成本。

(3)混合动力驱动汽车的缺点。

①汽车上装备了两套动力系统，再加上两套动力的管理控制系统，结构复杂，技术难度较大，故障率较高，维修难度大。

②整车售价偏高。

(4)混合动力电动汽车工作方式。目前，混合动力电动汽车有三种基本的工作方式：串联式、并联式和串并联(或称混联)式。

(5)混合动力电动汽车的发展演变。自20世纪70年代末第一辆HEV研制成功以来，以日本、美国为首的汽车发达国家已开发出多种HEV，有的已经投放市场。

丰田公司生产的普瑞斯混合动力电动汽车(图8-6)，短短几年销量就超过了数十万辆，被认为是最成功的HEV之一。2003年4月，丰田在纽约国际车展上推出了采用THSⅡ(Toyota Hybrid SystemⅡ)系统的新一代普瑞斯，将高电压线路——发动机、电动机和电池之间的电压从原来的274V提高至500V，极大地减少了能量在传递过程中的损失，优化了燃油的经济性，从而使HEV的发展又向前迈进了很大一步。

本田公司是世界上第二大商用HEV生产公司，其生产的Insight混合动力电动汽车在汽车企业世界的总销量排名第二，被认为是当今技术水平最高的HEV之一。

通用汽车公司在1998年底特律北美国际汽车展上推出了EVI型混合动力电动汽车，证明了自己在这个领域并不落后。2003年，通用测试了一种适用于四轮驱动混合动力汽车的全新动力总成布置方式，并在2004年夏天推出了一款混合动力汽车投入美国西雅图的城市公交车队运行。

图8－6　丰田普瑞斯（Prius）混合动力电动汽车

福特汽车公司开发出的福特P2000型5座并联式混合动力电动汽车，于2000年投放于市场。福克斯FCV燃料电池混合动力汽车，可乘坐4人，续驶里程260～320km，最高车速128km/h。

2003年10月，戴姆勒-奔驰公司开发出新的油电混合行驶系统，该行驶系统与只配有汽油发动机的行驶系统相比，可减少约20%的耗油量。

宝马公司的745 Li型汽车使用汽油机和氢燃料电池，最高时速可达215km/h。

欧洲其他汽车厂商不甘落后，纷纷紧随其后研发HEV。法国雷诺公司推出Vert和Hymme两种型号的混合动力电动汽车，并进行了10 000km的试运行；沃尔沃FL6货车改制成混合动力电动汽车；德国也小批量生产了Duo并联式混合动力电动汽车，并在斯图加特和威赛尔市将数十辆混合动力大客车投入运营。英国交通部与法国标致-雪铁龙公司、英国的零部件供应商Ricardo plc和QinetiQ Ltd合作，开发出一种柴油—电力混合动力车，二氧化碳耗量约89.5g/km，成为当前世界上最洁净的碳燃料汽车。

(6)混合动力电动汽车的发展趋势。除了继续提高蓄电池、发动机和混合驱动集成系统的综合性能外，减重、降低成本也是其主要工作内容，特别是将燃料电池用于混合驱动系统，是HEV的主要发展趋势之一。

目前，发展HEV的关键意义在于为未来的氢动力车构筑基础模块，混合动力与氢动力并不矛盾，而是前后衔接的两个发展阶段。据预测，在未来10年的过渡期内，HEV将占整个汽车市场的20%左右。

4.太阳能电动汽车

用太阳能作为汽车能源的主要方式，既能减少汽车污染物的排放，又能减少常规能源的消耗，而且太阳能来源充足。但在大规模推广使用太阳能方面，却面临着很大的问题，太阳能的采集技术还有待提高。

近年来，国际上举办的各种太阳能电动车比赛风靡全球，使得这方面的技术有了实质性的提高。

马自达公司曾经在车展上展出过一款名为“先驱”的概念车。该车配备了内置燃料增强型太阳能电池的玻璃车顶，并且运用了高端技术，使太阳光转换成电能的转化率达到6%～7%，基本上可以满足该车的动力需要，但由于成本较高，这款车也还不适合量产。