氢能源汽车与纯电动汽车发展现状研究

胡 静

（重庆交通大学交通运输学院，重庆 400041）

随着汽车工业的快速发展，汽车的保有量不断上升。由于传统的汽车采用的动力源是汽油或柴油，这些能源的使用给大气带来严重的环境污染。这导致新能源汽车必然登上历史的舞台，因其具备污染低、噪声低、能量利用率高等优点而广受消费者青睐。新能源汽车是解决目前城市汽车能源及排放问题最有效的途径之一[1]。

目前，新能源汽车包括纯电动汽车、氢能源汽车、混合动力汽车、燃料电动汽车和其他新能源汽车。而其中人们普遍对纯电动汽车及氢能源汽车看好，是未来新能源汽车发展的重要方向。纯电动汽车依靠自带电池为电动机提供电量，从而带动电动机运转，进而推动汽车行驶。由于其清洁而占据新能源汽车市场的主体。而氢能源汽车能实现零污染物的排放，相比传统汽车优势巨大，尾气排放是纯净水，具有无污染、零排放、储量丰富等优势。其中，氢汽车的燃料不像电动汽车那样来得简单。

就目前的技术水平而言，无论是现阶段风生水起的纯电动汽车还是由于各种原因并未能普及的氢能源汽车，都存在一定程度上的技术瓶颈及其限制因素。两种新能源汽车各有所长也各有所短，都是未来的理想替代能源——虽然氢能源汽车的发展水平落后于纯电动汽车。

1 氢能源汽车及纯电动汽车研究现状

1.1 氢能源汽车研究现状

早在1994年，美国布什政府就部署了一项计划，主要是关于氢能源基础设施建设、氢燃料电池以及尖端车辆技术的研究。而美国对氢能源的关注最早可以追溯到1973年的石油危机时期，因此，美国在氢能源方面的研究要更加深入。在2015年，美国科学院称其发现一种新的生物制氢的方法，通过该方法，玉米秸秆中的葡萄糖以及木糖会同时被转化为氢气，这样在廉价环保的同时，产量也能够达到理论的最大值[2]。而氢能源汽车的发展一直停滞不前，其原因之一是氢能源在汽车上的储存问题。由于氢在常温下呈气态，其体积能量密度只有汽油的1/3 000左右，为了储存足够的氢，至少要使氢气成为液态，而这样又对温度、压力、车载存储罐的材料以及加氢站等提出了严苛的要求[3]。

从世界范围来看，日本是世界上氢能源汽车发展前沿的国家之一，在氢能源的发展中投入了巨大的精力。在2002年，日本就曾称燃料电池是撬开氢能源时代大门的钥匙，因此，当年成立氢能源和燃料电池展示项目组。2014年，日本丰田公司研发出全球首款氢燃料电池汽车，在面向普通市场发售中，单在日本国内订单就超过3 000辆，其充满燃料后的燃料电池汽车巡航里程可达500 km，这个数值已经相当于传统的汽油车。其最大的亮点在于即使车辆的燃料用光，只需要3 min的时间就可以将燃料重新补充满。不仅仅是美国和日本，韩国、德国等欧洲国家也早早加入了氢能源汽车的研发行列，并且不同程度地取得了一些成果。

改革开放以来，制造业得到空前的发展，但快速发展的同时却是以牺牲生态环境为代价。直到可持续发展战略的提出，这种形势才开始有所改善，相关部门开始重视环境问题。所以，新能源汽车理所当然地被国家纳入发展战略之中，氢能源汽车便是其中重要一环。但是我国相关技术人才的短缺，相关法规标准的不完善，以及基础配套设施的不足和缺失等，制约了氢能源汽车的发展。但是，这些并不会影响我国发展新能源的决心。我国第一辆氢能源汽车被称为“超越一号”，是由桑塔纳2000改装而成的。因为燃料储存的问题没有能够彻底解决，导致车身的重量比原来至少增加了300 kg。而后几经改进，“超越三号”问世，之后清华大学成功研制出氢燃料电池大巴。中靖新能源公司提出氢燃料电池技术不需要很高的技术水平，只需要将可以随身携带的粉剂倒入车用电池旁的容器内并灌入平常喝的矿泉水即可补充燃料[4]。然而他并没有找到合作伙伴——或许这也是国内氢能源汽车发展进程缓慢的原因之一。

无论国内还是国外，氢能源汽车的研发、制造成本太高，在氢的转化过程中，甲烷制氢更经济，但会产生CO和少量的CO2都造成污染，同时，氢能源汽车还面临着一个关键问题：氢的运输。输送纯净氢的地下钢管会伴随有氢致脆化的巨大风险。这是一个与钢有关的很出名的问题——相对少量的氢会被钢吸收，但是材料空隙中的氢分子重组形成的间质氢原子引起的膨胀将会导致管道开裂和管道泄漏等情况的出现。这些因素导致氢能源汽车发展严重滞后。

1.2 纯电动汽车研究现状

与传统汽车相比，电动汽车优势主要体现在节能环保上。相较于传统汽油车，电动汽车的有机化合物、一氧化碳的排放量降低了99%，氮氧化物的排放量降低了90%[5]。YASUYUKI SUGII和R.Graham也得出电动汽车在废气排放和能源利用效率方面更优于传统汽车的结论[6]。根据THS Automotive公司的一项统计，纯电动汽车数量占国家汽车上牌量的比例排名中，荣登榜首的是挪威，2015年第一季度，这个斯堪的纳维亚半岛国家竟然有三分之一的车辆消费者选择了纯电动汽车。采用了制动能量再生系统后的电动汽车，其电池不仅能通过充电设备充电，更能够在车辆制动期间，通过能量再生系统将车辆制动时的部分能量转化为电能并补充给电池[7]。说到电动汽车，必须要提及电动汽车的领军特斯拉，目前，它生产的电动车的性能实在令人侧目：电池最大续航里程480 km，最高时速155 km/h，百公里加速只需要3 s。当然，如此优秀的性能必然伴随着高科技、高技术、高成本，该款车的售价高达60多万人民币。所以该车型只能放在高端市场售卖。

我国传统汽车发展滞后，但是电动汽车的发展与国外相比，无论是技术水平还是产业化程度都并没有拉开太大的距离。李光等人采用数学方程进行数学建模，定量的分析多种因素对电动汽车的销售量产生的影响，并分析了各影响因素对该产业发展的影响程度。李靖等人结合我国当前汽车行业发展现状，运用相关理论，提出缓解能源危机，降低废气排放，纯电动汽车发展是节能减排大时代下必然产物。曾鹏等人[8]采用定量与定性相结合，理论与实际相结合等多种方法，分析我国纯电动汽车的发展环境，并探讨其发展的前景，提出纯电动汽车重点发展的方向。胡树华、杨威[9]等人提出我国在汽车行业瓶颈之一是我们的态度，即只关注引进先进的技术成果，却不注重自己的理论研发和生产方式。

国内电动汽车领军人当属比亚迪，与普通电动汽车相比，比亚迪e6有快冲和慢充两种充电模式，快冲模式只要2 h即可充满，而慢充则需要6 h。在动力性能方面，我国动力性能评价指标主要是依据《GB/T 18385—2005电动车动力性试验方法》，而经济性评价指标主要依据《GB/T 18386—2005电动汽车能量消耗率和续驶里程试验方法》[10]。电动汽车依靠电池驱动前行，电池即电动汽车的心脏，同时制约电动汽车发展。我国电动车用电池主要存在两个问题，即对电池缺乏深层次地分析和缺乏完善的评价体系。

纯电动汽车也有其“短板”。首先，据统计，在美国每10万辆电动汽车就需要3亿美元的投资来建设相关基础设施。其次，纯电动汽车本身无污染，但也存在间接污染，即火力发电所造成的环境污染。最后，纯电动汽车发展滞后的另一个重要因素是过分依赖国家补贴，导致部分企业过分依赖政府补贴来实现盈利[11]。

2 氢能源汽车与纯电动汽车研究不足

从上述研究发现，我国的氢能源汽车与纯电动汽车研究还存在许多不足之处，首先，产业化规模缺乏落实机制。究其原因有很多，如企业缺乏创新精神，一味地按照传统思维，其次消费者整体节能环保意识不强，产业化规模之所以缺乏落实机制最主要的原因是政府职能的错位。其次，在相关技术研制的过程中采用冒进、跃进等方式，不但投入大量的人力物力，得到的最终效果却不尽人意。很多企业都想做到一步到位，直接达到纯电动或氢能源汽车。却很少有人真正关心其过渡产品，如混合动力汽车。最后，新能源汽车市场秩序混乱。例如在纯电动汽车市场，存在高低速两种汽车产品，由于国家大力支持高速类纯电动汽车，对其扶持较大，而低速类电动汽车产品由于制造成本低、投资少，容易出成果。所以很多车企对低速类产品十分青睐。由于没有相关政策的规定，很多企业进入低速类电动汽车市场，导致生产出的产品质量差别很大。而消费者最在意的是汽车的售价，对质量重视度较低。这使得新能源汽车市场出现鱼龙混杂的局面。

3 结语

通过对氢能源与纯电动汽车发展现状进行分析，总结国内外研究现状及成果，并提出目前的研究所存在的不足，对此提出如下几点解决措施。首先，应充分利用政策的支持，多管齐下，稳定培育氢能源与纯电动汽车市场；其次，采用逐步过渡的方式，保障新能源汽车平稳过渡，通过加快实施产业布局，重点研究新能源汽车所涉足的关键技术，通过合作的方式，实现不同企业协同开发；最后，通过与国外先进汽车厂商的合作交流，不断提升我国对新能源汽车的研发能力，不断推动我国汽车业向前发展。