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黄嘉刚:新能源汽车发展到底路在何方?

凤凰汽车专栏作家  黄嘉刚
2014年04月01日 09:50:16   

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黄嘉刚

作者:黄嘉刚

核心提示:在汽车新能源技术的发展上,混合动力、插电式混合动力、充电式纯电动动力都只是新能源发展的过渡产品,充电式纯电动车型更是因为其众多的制约因素只能成为一个带有实验性质的产品...

凤凰汽车评论  近一段时间以来,因为《北京市示范应用新能源小客车管理办法》的出台,关于新能源车的讨论就一直热火朝天的进行着。关于电动车的应用问题也是呈现出了诸多不同的声音,一时间电动车的火热似乎让所有人都觉得纯电动车才是最终汽车新能源的唯一归宿。但是从目前技术发展的角度来看,充电式纯电动车也仅仅是实现零排放动力过程中的一个过渡。下一个汽车动力的时代将是燃料电池动力。

在从传统动力到新能源动力的转型中,混合动力技术是第一个被市场所接纳并迅速推广的。自从丰田从1997年推出第一代普锐斯以来,混合动力技术就被众多汽车企业当作迈向新能源的第一步加以发展。时至今日,普锐斯已经发展成为系列车型,各大汽车企业也都推出了各自的混合动力车型。混合动力的技术也开始逐步细化为并联式混合动力、串联式混合动力以及混联式混合动力三种结构形式。但是无论是那一种结构形式,电动机在混合动力车型上的作用都还只是局限于辅助动力上,电动机的动力来源依旧是内燃机,其作用更多的在于降低内燃机不必要的燃料损失。所以根据电动机出力的不同混合动力车型在坊间又被分出了一个轻度混合动力的类别。传统的混合动力车型很少有纯电动模式,即使是近年来出现的可以实现纯电动模式行驶的车型,其电动模式下的续航里程也仅仅为十几公里。可以说,混合动力车型的出现是内燃机动力朝着电动机动力进化的一小步,本质上依旧是一台传统的内燃机汽车。

随着技术的进步,电动机能够带来的动力输出持续加大,同时与之匹配的电池组能量密度也持续加大,这也就使得混合动力车型对内燃机的依赖越来越小,纯电动模式的续航里程越来越大。在这个时候混合动力车型开始进化出插电式的接头,通过充电桩或者是家用电源便可以实现对电池的充电,这种搭载了更高能量密度电池并提高了电动机出力程度的车型被称之为插电式混合动力车型。相比于普通的混合动力版本车型,插电式混合动力车型进一步弱化的内燃机的传动功能,电动机开始成为整车的主要动力来源。在纯电动模式下的续航里程也从普通混合动力车型上的十几公里上升到了几十公里。内燃机动力也从混合动力车型上的中小排量弱化到了小排量,油耗相比于混合动力车型进一步降低。插电式混合动力车型的出现让电动机和内燃机的重要程度站在了同一起跑线上,同时可插电式的设计让这类车型的本质上朝着充电式纯电动车的方向靠拢了一步。

充电式纯电动车则是完成了内燃机进化的最后一步,在这一类车型上内燃机动力完全被电动机和电池组所取代。就单车而言真正实现了零排放和零燃油消耗。当然这里说的电动车并非是小作坊投产的铅硅酸电池低速电动车,充电式电动汽车采用的是高能量密度电池的高速电动汽车。在纯电动车上的主要技术难点已经不再说混合动力和插电式混合动力车型上的动力问题,电能管理技术和高能量密度电池技术成为了充电式纯电动汽车所要解决的首要问题。电动机在这个时候显然已经不是很重要。采用充电式纯电动动力的车型随着技术的进步额待解决的问题包括续航里程、充电时间、电池寿命。就产业发展来看充电式纯电动车需要解决的问题还包括充电接口的标准化制定、基础设施的建设等等。对于充电式纯电动车型本身而言,充电时间和续航里程将成为制约其广泛普及的自身缺陷,从产业角度来讲,大规模基础设施建设带来的投入也会让充电式纯电动车的发展最终放慢脚步,成为新能源浪潮中的一个实验性产品。

前文已经说过,在新能源车进入到电动能源领域之后,电池技术就成为了电动车发展过程中的重中之重。为了解决充电式纯电动车续航里程较短、充电时间过长、基础设施建设投入过大的问题,小型化燃料电池技术便应运而生,而这项技术也是目前能够预见到的新能源汽车发展的最终阶段。燃料电池的原理其实很简单,目前小型化燃料电池多用氢作为燃料。氢燃料在燃料电池阳极板,也就是负极,经过催化层的作用,氢原子的一个电子被分离出来,失去电子后的氢离子通过质子交换膜到达燃料电池的阴极板,也就是正极。而不能通过质子交换膜的电子只能经过外部电力到达阴极板,在电子的运动过程中自然就在外电路产生电流。而这个电流经过逆变器以及控制器等装置就能够为电动机提供电能。到达阴极板之后的电子又与氢离子和氧原子重新结合为水。这也就是说,燃料电池在整个工作的过程中只需要提供氢燃料,产生的排放物是对环境毫无影响的水。

相比于传统内燃机动力,氢燃料电池的能量转换效率能够达到80%,而与此同时内燃机的能量转换效率仅仅为20%左右。相比于充电式纯电动车,氢燃料电池车型只要有提供氢燃料就可以实现长距离的环保出行,而一次氢燃料的加注时间也仅仅为三到五分钟。从产业的角度来看,氢燃料电池基础设施的建设相比于纯电动车的基础充电设施建设要便利得多,对现有加油站进行改造就可以实现氢燃料的加注。现在唯一要解决的就是氢燃料的贮存技术以及安全性的相关问题。而随着技术的进步,更为环保和节能且更加具有实际操作价值的氢燃料电池汽车将在2015年迎来首款上市销售的车型丰田FCV。

种种迹象表明,在汽车新能源技术的发展上,混合动力、插电式混合动力、充电式纯电动动力都只是新能源发展的过渡产品,充电式纯电动车型更是因为其众多的制约因素只能成为一个带有实验性质的产品。未来新能源的技术将角逐于小型化燃料电池技术上,国内的各大自主汽车企业有如投大力气发展纯电动车,倒不如静下心来好好研究下氢燃料电池技术。

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费墨车话

专栏作者:黄嘉刚

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