新能源汽车发展趋势研究

郑州市环境保护监测中心站周凯

新能源汽车发展趋势研究

郑州市环境保护监测中心站周凯

随着国家“十二五”发展规划持续不断地深入实施，低碳经济在国民经济中的比重也越来越大。近年来，我国经济总量和GDP持续稳步提高，经济的发展带来生活水平的提高，一个重要的体现就是城市机动车总量的快步提升。而由机动车尾气排放造成的城区空气污染也随着车辆的增加而日益严重。调查显示，汽车尾气污染物将逐步并最终替代工业企业废气排放，成为城市首要气态污染物排放源。因此，如何降低汽车尾气污染已经成为各地环保部门面临的首要难题。目前，发展新能源汽车是降低汽车尾气排放的一个重要手段，也是发展低碳经济的一个重要措施。本文，笔者就低碳经济下新能源汽车的发展趋势进行探讨。

一、传统燃油型汽车对环境及人体的影响

城市空气中的有害有机物质主要是挥发性有机碳（VOC）和多环芳烃（PAH）。其中PAH污染的主要来源是汽车尾气排放。汽车尾气中有上百种化合物，其中污染物有固体悬浮微粒、一氧化碳、碳氢化合物、氮氧化合物、铅及硫氧化合物等。汽车尾气中的一氧化碳与血液中的血红蛋白结合的速度比氧气快250倍。所以，即使仅有微量的一氧化碳被吸入体内，也会给人造成可怕的缺氧性伤害，轻者眩晕、头痛，重者脑细胞将受到永久性损伤。汽车尾气中的氮氧、氢氧化合物颗粒可在空气中悬浮几昼夜，被人体吸入后不能排出，积累到临界浓度便激发形成恶性肿瘤。调查显示，儿童患癌症与汽车尾气造成的空气污染有密切关系，孕妇吸入这些废气，其胎儿出生后更容易患上癌症。汽车尾气中的铅一般分布于地面上方1米左右的地带，正好是儿童的呼吸带。

二、新能源汽车的发展趋势

汽车尾气污染物排放的降低可以在燃烧工艺方面进行技术改进，但传统燃油型汽车因其燃料的固有性，其尾气排放还是居高不下。可以说，汽车燃料是节能减排、降低碳排放的重要因素。目前，清洁能源技术已采用可再生能源和新能源作为汽车替代燃料，世界各国均扩大采用“零排放”的电动动力、开发排放污染低的替代能源，其中最主要的是电动汽车、混合动力汽车、乙醇燃料汽车、氢燃料汽车等。电动动力汽车是典型的“零排放”汽车，它以电池作为驱动能源，没有噪音，运行稳定，舒适干净，行驶成本低廉，但其电池的能量密度与汽油相差上百倍，达不到人们的期望数值，今后，电池性能是电动汽车研究的主攻方向。氢燃料汽车是将可再生能源氢作为燃料，燃烧提供动力后的剩余产物只是水，具有热值高、来源广、零排放、无污染等特点。目前，部分汽车公司已成功研制出氢燃料汽车，将氢燃料驱动与线控技术相结合，摒弃了传统的离合器机械传动装置，实现了电子方式控制。氢燃料汽车的发展关键在于燃料的制备、仓储、运输、能量转换等问题，其大面积普及的障碍在于燃料和汽车本身的成本问题。

1.国外新能源汽车的发展。目前，世界各国著名的汽车厂商都在加紧研制各类电动汽车，并且取得了一定的进展和突破。一直以来，出于对能源危机和环境保护的关注及占领未来世界汽车市场的考虑，日本十分重视电动汽车的研制与开发。从世界范围内看，日本是电动汽车技术发展速度最快的少数几个国家之一，特别是在混合动力汽车产品的发展方面，日本居世界领先地位。目前，世界上能够批量产销混合动力汽车的企业，只有日本的丰田和本田两家汽车公司。1997年12月，日本丰田汽车公司在日本市场推出了世界上第一款批量生产的混合动力轿车PRIUS。目前，该公司推出的混合动力轿车已经是多次改进后的第二代产品，其生产工艺更为成熟。根据丰田汽车公司的测试，PRIUS轿车在城市工况下比同等排量的花冠轿车节油44.4%，在市郊节油29.7%，综合节油40.5%。

美国的汽车行业在电动汽车产业化方面比日本还有部分差距，美国三大汽车公司仅仅小批量生产、销售过纯电动汽车，而混合动力和燃料电池电动汽车目前还未能实现产业化。

2.我国电动汽车发展状况。与世界其他国家一样。电动汽车研发工作在我国也正在持续地进行着。“十五”期间，国家从维护我国能源安全、改善大气环境、提高汽车工业竞争力、实现我国汽车工业的跨越式发展的战略高度考虑，设立“电动汽车重大科技专项”，集中国家、地方、企业、高校、科研院所等方面的力量进行联合攻关。我国电动汽车重大科技专项实施4年来，经过200多家企业、高校和科研院所的2000多名技术骨干的努力，目前已取得重要进展：燃料电池汽车已经成功开发出性能样车，燃料电池轿车已累计运行4000km，燃料电池客车已累计运行8000km；混合动力客车已在武汉等地公交线路上试验运行超过14万km；纯电动轿车和纯电动客车均已通过国家有关认证试验。

三、我国发展电动汽车所面临的问题

1.电动汽车行驶现状所面临的问题。

（1）续驶里程有限。目前，市场上使用的电动汽车一次充电后的续驶里程一般为100～300km，并且这个数字通常还需要保持适当的行驶速度及具有良好的电池调节系统才能得到保证，而绝大多数电动汽车在一般行驶环境下的续驶里程只有50～100km。这样，与传统燃油型汽车相比，电动汽车的较短续驶里程成为其致命弱点。

（2）蓄电池使用寿命太短。目前，普通蓄电池充放电次数仅为300～400次，即使性能良好的蓄电池充放电次数也不过700～900次，按每年充放电200次计算，一个蓄电池的寿命最多为4年，与传统燃油型汽车的寿命相比太短。另外，不同类型的电池在性能方面都有各自的优势和不足，例如，铅酸电池成本低，原材料丰富且易于回收，但续驶里程短、加速动力差且寿命短；镍镉电池加速动力足、寿命较长，但其成本高、可回收性差；钠硫电池能量较高，能够提供较长的续驶里程，但它要求的工作环境较苛刻，且其沽性物质具有强腐化性并易爆炸。所以，就整体来看，目前已研制成熟的蓄电池的寿命都相对较短。

（3）蓄电池尺寸和质量的制约。现有电动汽车所使用的电池都不能在储存足够能量的前提下保持合理的尺寸和质量。如果电动汽车自身装备质量大，就会影响其加速性能和最大车速的提高。例如，现有电动汽车电池的外体积一般要达到550L。当把这么大体积的电池用于家庭轿车上时，就必然要挤占轿车的行李厢空间。

（4）电动汽车价格昂贵。这主要是电池技术复杂，成本太高，另外也由于采用一系列新材料、新技术，致使电动汽车的造价居高不下。目前，电动汽车蓄电池的价格约为100美元／kW· h，甚至有的高达350美元／kW·h，成本太高，用户难以承受。

（5）间接污染严重。电动汽车本身虽无污染排放，但其间接污染也是不容忽视的。如铅酸电池中的铅，从开采、冶炼到生产的排污，都会对环境造成污染。

2.电动汽车行业制造及在路行驶面临的政策问题。目前，对于电动汽车制造行业，我国并未出台具有针对性的扶持政策，对制造企业的立项、审批及融资贷款、工商税务、环境保护、清洁生产等均没有相关可操作性、扶持性的政策出台。而电动车制造行业除了面对具体的法规政策外还要面对企业投资、融资、盈利、技术改造、销售、售后服务等技术性问题。电动汽车的发展前景是很好的，但依然有各种各样的不确定因素制约。因此从远景规划上考虑，政策性扶持是首要的，企业自身的经济实力、技术实力也同样不可忽视。

四、电动汽车的发展趋势

1.纯蓄电池驱动的超微型汽车。这种汽车降低了汽车的动力性和续行驶里程的要求，充电过程比较简单，车速不高。较适合于在各地级市、县级市或社区小范围内使用。由于多数电动汽车采用了镍氢电池、镍镉电池、锂离子电池等高性能电池，车辆性能较有保证，已进入小批量试生产阶段。比如国外所采用的高性能锂离子电池，最高时速为90km，一次充电可行驶115km，是一款适合城市道路行驶的家庭轿车。

2.驱动电机呈多样性发展。目前，对驱动电机，有的国家倾向于采用交流感应电机，其主要优点是结构简单、可靠，质量较小，但其控制器技术较复杂；有的国家采用永磁无刷直流电机，其优点是效率高，启动扭矩较大，质量较小，但成本较高，且有高温退磁、抗震性较差等不足；另外，还有些国家大力开发开关磁阻电机，其优点是结构简单、可靠、成本较低，缺点是质量较大、易产生噪声。目前，我国也研制出了稀土永磁无刷直流电机和开关磁阻电机，我国电动汽车制造行业宜采用此类电动机，其效果有待于在今后的使用中考验。

3.混合动力汽车。受蓄电池性能的严重制约，纯蓄电池型电动汽车的产业化进程举步维艰，于是混合动力汽车成了内燃机汽车和电动汽车之间的过渡产品，它既充分发挥了现有内燃机的技术优势，又发挥了电机驱动技术无污染的优势。混合动力汽车将现有内燃机与一定的储能元器件通过先进控制系统相结合，可以大幅度降低油耗，减少污染物排放，同时技术成熟、价格便宜。

4.燃料电池汽车成为竞争的焦点。燃料电池汽车在成本和整体性能上，特别是行程和补充燃料时间上明显优于其他电池的电动汽车，并且燃料电池所用的燃料来源广泛，又可再生，并可实现无污染、零排放等环保标准。

综上，尽管传统的内燃机汽车仍在当今世界占据主导地位，但发展清洁无污染的电动汽车、污染较少的新型能源汽车已是大势所趋，也是世界各国的必然选择。