一. 當(dāng)前各種混合動力汽車和純電動汽車都趨向多種能源角色的組合

　　汽車對動力源的需求不僅是足夠的能量以保證續(xù)駛里程，而且要求提供大幅度波動的功率。因為汽車加速和爬坡所需功率可達到勻速行進功率的十倍以上，甚至還有制動時的強脈沖負功率能量有待收回。所以，汽車的動力源需求具有大幅度功率波動的特性，需要恰當(dāng)?shù)母吖β式巧?/p>

　　我國迅猛發(fā)展的汽車產(chǎn)業(yè)消耗大量汽油，而當(dāng)前傳統(tǒng)燃油汽車無法合理地提供汽車的動力源需求，因而浪費大量汽油而嚴(yán)重影響節(jié)能環(huán)保和國家石油安全。傳統(tǒng)燃油汽車只用單一燃油機來應(yīng)對汽車大幅度變化的功率需求，只能按照加速時要求的大功率設(shè)計，就難免出現(xiàn)在勻速行駛時”大馬拉小車”的角色錯位，而且低效率，也不能回收制動時的能量，嚴(yán)重浪費汽油并提高廢氣污染。

　　發(fā)展節(jié)能環(huán)保的新型汽車已是進步人類的共識。當(dāng)前各種五花八門的混合動力汽車和純電動汽車，都趨向多種能源角色的組合，尋找解決角色錯位的最佳方案，希望更好地滿足汽車大幅度功率波動需求。

　　二. 增程式電動汽車為何比傳統(tǒng)汽車節(jié)油并滿足用戶”續(xù)駛里程長且充電方便”需求

　　以近期最能滿足用戶”續(xù)駛里程長且充電方便”需求的增程式電動汽車為例，這為燃油機安排了合適的角色并取得了成功。增程式發(fā)電機雖然也需燃油，但是基本上只擔(dān)負勻速行駛時恒定小功率的能量型動力源角色，從而取得比傳統(tǒng)燃油機節(jié)油一半的重大成績。

　　增程式電動汽車節(jié)油的原因在于其中的小燃油發(fā)動機擺脫了大功率負擔(dān)，其唯一作用是發(fā)電，可連續(xù)工作在最佳轉(zhuǎn)速下，輸出的功率和扭矩也基本恒定，因而其效率、排放、可靠性等均處在較佳狀態(tài)，是典型的能量型動力源角色，成為延長行駛里程的主力，而且在解除汽車用戶對非經(jīng)常性續(xù)駛里程的擔(dān)心后，電動汽車配置的蓄電池能量只須按每日經(jīng)常性里程(80公里以下)設(shè)計。車載蓄電池減輕，既減少了每公里能耗，又適合于在夜間停車位或家庭停車庫用電網(wǎng)谷電進行慢充電，有利電網(wǎng)峰谷平衡，從而破解了”電動汽車?yán)m(xù)駛里程短且充電難”的困惑。

　　相對而言，各種混合動力汽車或插電式混合動力汽車雖然也采取組合能源，回收了一部分制動能量，但是其中的燃油機仍需應(yīng)對汽車大幅度變化的功率需求，依然角色錯位而難免浪費汽油。只有增程式電動汽車的小燃油機輸出功率基本恒定，才能提高效率而取得節(jié)油一半的效果。對大部分市區(qū)汽車用戶而言，每年總里程中只有20%里程為非經(jīng)常性需要而啟用能夠節(jié)油一半的增程式發(fā)電機，其余80%里程為零油耗的純電驅(qū)動模式，所以增程式電動汽車的每年平均節(jié)油率可達90%，非常接近純電動汽車的100%節(jié)油率，而且增程式發(fā)電機包含的技術(shù)都比較成熟，近期可先上馬實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。

　　三. 蓄電池也難以面對汽車大幅度變化的功率需求

　　純電動汽車、增程式電動汽車或插電式混合動力汽車行駛時，全部或大部分里程全靠電能驅(qū)動，電能通常來自蓄電池。這時蓄電池替代了傳統(tǒng)汽車燃油機的角色，面對汽車大幅度變化的功率需求。那么，蓄電池有沒有類似燃油機”大馬拉小車”的角色錯位問題?答案是”有”!

　　要求當(dāng)前蓄電池同時兼顧功率型和能量型角色，適應(yīng)功率變化十幾倍的汽車，難免要各方面(包括技術(shù)性和經(jīng)濟性)作出重大犧牲。理由是：汽車啟動加速時脈沖放電功率很高，制動回收能量時脈沖充電功率更高，而高功率型蓄電池必須設(shè)計非常薄的電極極板和非常細的活性顆粒以減少內(nèi)阻并保證活性材料利用率，當(dāng)前在工藝上更不成熟，而且電池中非活性材料(隔膜、集流體等)所占的百分比必然更高。導(dǎo)致結(jié)果是：

　　1. 強功率型蓄電池能量密度更小(只有能量型蓄電池能量密度的50%左右)。意味著同等續(xù)駛里程需要更重的蓄電池。為了應(yīng)對汽車的高功率而不得不忍痛犧牲了寶貴的”能量密度”指標(biāo)。

　　2. 汽車制動能回收時對蓄電池強充電，傷害極大，所以只能放棄回收或只回收很小部分能量。難以實現(xiàn)利用回收的制動能以延長續(xù)駛里程。

　　3. 在壽命與運行成本方面，按功率型蓄電池設(shè)計且運行中經(jīng)常遇到強功率充電放電，必將使蓄電池壽命更短，導(dǎo)致折舊費即運行成本更高。

　　4. 在生產(chǎn)成本方面，強功率型蓄電池制作成本和非活性材料成本更高，導(dǎo)致生產(chǎn)成本更高。

　　5. 在安全性方面，強功率型蓄電池發(fā)生事故時，瞬間釋放的功率更大，安全性更差。

　　總之，蓄電池在電動汽車中的角色錯位更加重了蓄電池成本高、循環(huán)壽命短、安全性差和比能量太低的難題，成為當(dāng)前電動汽車市場化的又一重大障礙。

　　四. 汽車動力源中的理想高功率角色 –-- 超級電容器

　　燃油機和蓄電池之外，還有沒有新的動力源可以擔(dān)負起汽車所需要的高功率角色?人們把注意力集中到飛輪儲能和超級電容器。飛輪儲能技術(shù)還在萌芽階段，于是，汽車動力源中的理想高功率角色 -- 超級電容器便應(yīng)運而生。超級電容器是高循環(huán)壽命、高功率而低能量的動力源。應(yīng)用于汽車時的優(yōu)勢是：

　　1. 汽車啟動加速時，主要由超級電容器提供短時間高功率，提高動力性能;

　　2. 汽車制動時由超級電容器吸收短時間高功率，延長續(xù)駛里程并避免蓄電池受大電流沖擊，而延長蓄電池壽命;

　　3. 高功率工作時間短，超級電容器攜帶的能量不高，安全性高。行駛中隨時由能量型動力源(能量型蓄電池或燃油機)補充充電，即充即用;

　　4. 循環(huán)壽命比蓄電池高出2個數(shù)量級以上，可達10萬次至20萬次。

　　五. 增程式發(fā)電機、能量型蓄電池和超級電容器三個角色各得其所

　　把電動汽車需求的能量和功率分別由增程式發(fā)電機、能量型蓄電池和超級電容器三個角色分別承擔(dān)，是解決當(dāng)前電動汽車動力源角色錯位的最佳方案。不僅滿足用戶”續(xù)駛里程長且充電方便”的技術(shù)性需求，也有利于緩解昂貴蓄電池的經(jīng)濟性和安全性難題。其優(yōu)勢是：

　　1. 增程式發(fā)電機免除用戶對續(xù)駛里程短和充電難的擔(dān)心，車載蓄電池可以大幅度減少而降低成本，而且每年平均節(jié)油率可達90%。

　　2. 超級電容器回收制動能量，提高汽車啟動、加速和爬坡性能，而且蓄電池由于避開高功率充電放電的沖擊而延長壽命，降低蓄電池折舊率和運行成本。

　　3. 可以采用能量型蓄電池替代功率型蓄電池，能量密度提高一倍左右，同等里程可少用蓄電池，降低蓄電池重量和購置成本。

　　4. 能量型蓄電池每千瓦時的制造成本低于功率型蓄電池。而且蓄電池壽命較長，折舊費下降，運行成本降低。

　　5. 高功率型超級電容器能量不高，沒有燃燒爆炸危險;車載蓄電池較少，且能量型蓄電池功率不高，因而安全性得到改善。

　　(本文作者系中國科學(xué)院院士)

　　( 編輯/李艷嬌 )

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