从技术上来说,在代用燃料技术上,CNG和LPG进入应用阶段,氢发动机已经研制成功,生物燃料的应用将会越来越多,特别是醇类燃料;在混合动力技术方面,国外公司都陆续推出量产车型;纯电动技术也在不断取得进步,现阶段区域运营是可行的方案,而且在重量相对较轻的车上会得到更多应用。
表2:新能源汽车的分类
分类动力源供能方式充能方式
传统内燃机新技术、替代燃料汽车醇醚汽车内燃机
内燃机功能系统,是石油燃料的替代填充燃料
生物柴油汽车
单燃料汽车内燃机发动机在燃料供应系统、工作循环参数、配气机构参数等方面一般都针对CNG或LPG的物化特征进行了专门设计填充燃气
双燃料汽车内燃机两套燃料供给系统按预定的配比向气缸供给燃料,在缸内混合燃烧的汽车填充燃气、燃料
电动汽车(电池动力汽车)混合电动汽车内燃机、储能电池能量供应以纯能电池为主,内燃机供能系统和储能电池供能系统1、自行向储能电池充电,
2、通过外界充电。
纯电动汽车电动机取消了传统的内燃机,通过车辆自身携带的高效储能电池供电必须依靠外界充电。
燃料电池车电动机 通过自身携带的液态氢和氧气在燃料电池中的化学反应发电提供能量不需要外界充电
资料来源:互联网,安邦整理
表3:新能源汽车技术对比
替代能源技术电池动力技术
柴油燃气混合动力纯电动燃料电池
性能中差好中中
燃料效率中差好中好
能量密度好差中差差
易储存性好差中差差
对现有发动机的适应性好中中差差
排放质量差中好好好
便利性中差好差差
负载量好差中差差
车辆成本好差中差差
燃料成本差好中好差
资料来源:互联网,安邦整理
一、新能源汽车的技术发展路径
替代燃料汽车进入实用阶段
自1973年石油危机爆发之后,替代燃料汽车开始出现。如:1979年,巴西生产出以酒精为燃料的汽车;1981年,福特公司研制出以甲烷为燃料的汽车,每升甲烷可行驶11.5千米等等。在全球范围内,压缩天然气(CNG)和液化石油气(LPG)被认为是比较容易投入使用的替代燃料技术。液化石油气与压缩天然气作为汽车燃料距今已有70多年的历史了。最早的压缩天然气(CNG)加气站是意大利人于1931年建成的,随后世界上很多国家也开始在燃气汽车技术上进行探索。目前,使用液化石油气与压缩天然气的汽车已进入实用阶段,这两种类型新能源汽车技术与新型柴油发动机技术目前在全球汽车界都已经实现商业化运作。特别是德国大众集团与博世合作的柴油发动机技术处于世界领先地位,在欧洲成功实现了大批量商业化。另外,乙醇汽车将逐步投入大规模使用,二甲醚等合成燃料也将在若干年后获得快速稳定增长的市场份额。
图8:世界燃气汽车保有量
数据来源:汽车工业年鉴,中国燃气网
图9:欧洲市场柴油轿车历年销售情况
数据来源:ACEA,安邦整理
图10:美国新能源汽车历年销量情况
单位:万辆
数据来源:互联网,安邦整理
混合动力汽车是比较现实的过渡性解决方案
距世界上第一台汽车销售之后仅13年,混合动力汽车技术就出现了。1899年,年轻的工程师Ferdinand Porsche设计出了一款名为Lohner-Porsche Mixte Hybrid的油电混合动力车型,并于1901年开始生产。几乎同时,比利时的一家汽车制造商Pieper也推出了一款油电混合动力车型。之后在1907年,法国的一家名为AL的汽车制造商同样设计生产出来一款动力可达24hp的油电混合动力车型。1978年,日本研制出复合燃料的汽车,即内燃机-电动汽车。
由于混合动力汽车的能量来源,目前依然主要是汽油和柴油等传统燃料,从燃料来说并不先进,但是混合动力技术在汽车动力领域具有里程碑式的意义。混合动力技术可以根据不同的行驶状态,利用现代控制技术合理地采用不同的动力策略驱动汽车,并在减速时回收能量,从提高能量利用率的角度,实现了以节能促减排的效果。这项技术,为汽车动力系统从传统能源向新能源发展奠定了基础平台,而且混合动力技术不仅能够应用于油/电混合系统,在未来还可以应用于氢/电混合系统等新能源混合系统,将成为汽车的基本动力技术。混合动力技术在现在和未来都具有很大的应用空间和发展潜力。由于混合动力汽车技术的现实性,节能、环保效果比较明显,因此,采用混合动力技术作为过渡技术,就成为现阶段解决环保和能源问题最为切实可行的方案。
图11:截至2009年1月本田混合动力汽车全球累计销量情况
数据来源:本田公司公布
图12:1997年到2009年1月丰田混合动力汽车全球累计销量情况
数据来源:丰田公司公布
图13:2000年-2008年美国市场混合动力汽车销量情况
数据来源:亚太财经与发展中心、安邦整理
纯电动汽车等待技术突破
纯电动汽车在电动汽车中发展时间最长。自19世纪90年代美国人制造出世界上第一辆纯电动汽车以来,20世纪初第一次达到生产高峰,占领了40%的汽车市场。后来由于电子启动器的发明以及纯电动汽车动力性差的原因,在30年代中期结束了早期的纯电动汽车生产而进入燃油汽车的黄金时期;1974年-1975年和1979年-1982年两次能源危机推动纯电动汽车的研制重新进入高峰。这一阶段汽车电力电子学尚未建立,既没有完善的科学理论做指导,更缺乏高科技含量的汽车电力电子装置可供采用。特别是当时仅有铅酸蓄电池可供使用,而铅酸蓄电池体积大、质量重,能量密度小、功率密度低,充电时间长,每次充足电后续驶里程较短,再加上电力传动系统的制造成本过高等因素困扰,1997年以后绝大多数公司对纯电动汽车的研发基本处于停滞状态。
第二代纯电动汽车的出现,是以汽车电力电子学的最新发展为基础的,其技术亮点包括高能量密度锂离子蓄电池、锂离子电容器等的发明,以及乘用车电动轮技术的开发和实用化等。虽然,纯电动汽车离真正商业化还有一定的距离,但与第一代纯电动汽车相比,它已经在充电时间、续驶里程、动力性、快速充放电能力等方面取得了可喜的进展。与传统内燃机汽车及混合动力汽车、氢燃料汽车相比,第二代纯电动汽车也显示出了一定的“比较优势”:控制精确度高于混合动力车,风阻系数可降至0.19,整车质量大大低于燃料电池车,CO2排放量低于同级别汽油车,使用过程的能耗费用低于汽油车。
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