新能源技术在汽车工业中的应用

新能源技术在汽车工业中的应用

钱兴海

摘要：20世纪90年代以来，随着国际能源供应的持续紧张、原油价格的持续上涨以及全球环境保护呼声的日益高涨，新能源汽车的技术研发和产业化发展受到了越来越多的重视。目前的新能源汽车技术主要包括混合动力汽车、纯电动汽车、氢能和燃料电池汽车、乙醇燃料汽车、生物柴油汽车、天然气汽车、二甲醚汽车等类型。基于这一点，本文首先对新能源汽车进行定义，并总结了国际和国内对新能源汽车产业的研究成果。然后对多种新能源汽车如混合动力汽车、纯电动汽车、燃料电池汽车、氢动力汽车、醇醚汽车、天然气汽车的技术特点进行优缺点对比，对新出现的新能源汽车方案进行探讨。最后对新能源汽车技术的发展趋势和前景做出个人预见。

关键词：新能源汽车类型发展前景

The Application of New Energy Technology in Automotive Industry

Qian Xinghai

Summary：Since the 1990s, along with the continuous tension of international energy supplies, the rise of oil prices and the voice of global environmental protection, the R&D of technology of new energy vehicle and its industrialization are more and more taken into account. Current new energy vehicles separate into categories, such as Hybrid Electric Vehicle, Battery Electric Vehicle, Hydrogen and Fuel Cell Electric Vehicle, Ethanol Fuel Vehicle, Biodiesel Fuel Vehicle, Natural Gas Fueled Vehicle, Dimethyl-carbinol Fuel Vehicle, and so on. Above all, it will define “new energy vehicle” in this article. Next, it will summarize new energy research both in the international and domestic automotive industry. It will also compare advantages and disadvantages of technology with the different new energy vehicles, such as Hybrid Electric Vehicle, Battery Electric Vehicle, Fuel Cell Electric Vehicle, Hydrogen Fuel Vehicle, Ether Fuel Vehicle and Natural Gas Fueled. In the end, there will be a forecast on the development and prospect of technology of new energy vehicles.

Keyword：New Energy Vehicles Category Prospects

目录

致谢 (22)

第一章绪论

20世纪90年代以来，随着环境保护呼声的提高和近年来国际能源供应尤其是原油供应的持续紧张，主要发达国家的研究机构和汽车厂商纷纷加大了对新能源汽车技术的开发投入，以替代以石油为燃料的传统汽车，形成了多种技术共同发展的局面，部分技术已经在商业化领域取得了重要进展。以日本、美国和欧盟为代表的主要国家和地区，特别是丰田、宝马、通用、本田、大众等主要汽车厂商根据本国和公司的实际情况，先后采取了不同的新能源汽车技术发展策略，研发成功了多款新能源概念车型和应用车型，其中一些成熟的技术己经成功实现了产业化。目前的新能源汽车技术主要包括混合动力汽车、纯电动汽车、氢能和燃料电池汽车、乙醇燃料汽车、生物柴油汽车、天然气汽车、二甲醚汽车等类型。日本在混合动力汽车方面技术最为先进；美国将新能源汽车研发重点放在氢能和燃料电池汽车，同时大力推动生物燃料汽车的产业化；欧洲在混合动力、纯电动汽车、氢能和燃料电池汽车方面都有设计，在产业化领域也大力推广生物燃料汽车。其他国家也积极加入到新能源汽车的研发与应用领域，巴西在生物燃料汽车应用方面处于世界领先水平，是目前最大的乙醇汽油和生物柴油汽车应用国家之一；挪威和加拿大积极发展氢能源，都提出了建设“氢高速公路”计划，并已经取得了重要进展。我国新能源汽车总体上起步较晚，与世界先进水平存在较大差距，但在部分领域也处于较为先进的水平。目前我国在混合动力、氢能和燃料电池汽车方面远远落后与世界先进水平，没有在关键技术研发领域取得重要突破。在纯电动汽车甲醚汽车方面，我国已经成功研发一系列轿车和客车产品，并进行了示范运行和产业化发展尝试，步入了国际领先行列。在产业化应用领域，我国己经开始推广乙醇汽油汽车、生物柴油汽车和天然气汽车，其中乙醇汽油汽车和生物柴油汽车逐步扩大了试点范围，但受到非粮食生物能源发展滞后的限制，我国在推广乙醇汽油和生物柴油汽车方面仍相对落后；而天然气汽车发展相对顺利，在部分地区已经进行了大规模的推广，应用规模进入世界前列，但是也存在应用地区和应用范围较窄的问题。

本文首先对新能源汽车进行定义，并总结了国际和国内对新能源汽车产业的研究成果。然后对多种新能源汽车如混合动力汽车、纯电动汽车、燃料电池汽车、氢动力汽车、醇醚汽车、天然气汽车的技术特点进行优缺点对比，对新出现的新能源汽车方案进行探讨。最后对新能源汽车技术的发展趋势和前景做出个人预见。

第二章新能源汽车技术的相关理论与研究回顾

2.1 新能源汽车的定义

新能源汽车是相对于传统燃料汽车而言的，由于新能源汽车发展较晚，目前尚没有被统一认可的定义。按照定义范围的大小，可以分为广义新能源汽车和狭义新能源汽车两种。

广义新能源汽车，又称代用燃料汽车，是指使用了除汽油和柴油等石油能源作为动力来源的汽车，既包括了全部使用非石油燃料的汽车如纯电动汽车、燃料电池电动汽车，也包括部分使用非石油燃料的汽车如混合动力电动车、乙醇汽油汽车等。这种定义涵盖了目前新型动力汽车，主要可以分为混合动力电动汽车(HEV，又称混合动力汽车)、纯电动汽车(BEV)、燃料电池电动汽车(FCHV或FCV，又称燃料电池汽车)、氢燃料汽车、二甲醚汽车、甲醇汽车、天然气(包括压缩天然气CNG，液化天然气LNG和液化石油气LPG)汽车、乙醇燃料汽车等。

狭义新能源汽车的定义缩小了汽车动力来源范围。按照2007年公布的国家《新能源汽车生产准入管理规则》的定义，新能源汽车是指采用非常规的车用燃料作为动力来源(或使用常规的车用燃料、采用新型车载动力装置)，综合车辆的动力控制和驱动方面的先进技术，形成的技术原理先进、具有新技术、新结构的汽车。非常规的车用燃料指除汽油、柴油、天然气(NG)、液化石油气(LPG)、乙醇汽油(EG)、甲醇、二甲醚之外的燃料。新能源汽车包括混合动力汽车、纯电动汽车(BEV，包括太阳能汽车)、燃料电池电动汽车(FCEV)、氢发动机汽车、其他新能源(如高效储能器)汽车等。按照这个定义，甲醇汽车、天然气(包括压缩天然气CNG，液化天然气LNG和液化石油气LPG)汽车、乙醇汽油汽车等均被排除在外。狭义新能源汽车代表了新能源汽车中科技含量高、燃料清洁的技术，这样的分类方法有助于国家制定相关产业政策。但是这样的分类方法也将很多有潜力的代用燃料汽车如乙醇燃料汽车、天然气汽车等排除在外，可能造成公众对这些代用燃料的能量效率和环保效果产生错误的认识，不利于这些代用燃料汽车的推广。特别是对中国这样的发展中国家来说，由于狭义新能源汽车都属于新兴技术、技术要求和成本都比较高，短期内很难进行产业化，而代用燃料汽车如天然气汽车、生物燃料汽车等在能量效率和环保方面存在积极作用，尤其是对于中国这样一个发展中的汽车新兴市场来说，这些代用燃料汽车具有成本较低、技术过渡相对容易的优点，完全可以成为我国汽车技术革新的过渡性技术。因此，本文所定义的新能源汽车采用的是广义新能源汽车定

义，即包括天然气汽车、乙醇燃料汽车、二甲醚汽车等在内的所有使用非石油燃料的汽车。

2.2 国内外关于新能源汽车产业研究回顾

2.2.1 国际相关研究

由于除少数领域外新能源汽车技术属于新兴汽车技术，目前针对新能源汽车的研究主要集中在技术研发和产业化理论和实践探索方面。美国、欧洲和日本是新能源汽车技术和产业化探索的领先者，在技术研发领域，美国、欧洲和日本都不同程度的采用了政府、企业和研究机构相结合的研发体系。在研究重点方面，日本偏重混合动力技术，已经开发出了可以大规模应用的油-电混合动力技术；美国在油-电混合动力技术方面落后于日本，技术研发的重点在氢燃料电池汽车和可充电式混合动力汽车，在应用领域美国已经开始大规模推广乙醇燃料汽车；欧洲在混合动力技术、纯电动汽车技术和氢燃料汽车领域都有涉及，氢燃料汽车是欧洲研发的重点，其中既有氢燃料电池汽车也包括氢内燃机汽车，此外欧洲在生物柴油汽车产业化应用领域处于世界领先地位。

在理论研究领域，由于新能源汽车技术和产业化尚处于初级阶段，并且通常都是由政府主导、企业和研究机构共同参与的研究和推广项目，因此目前对新能源汽车相关理论研究主要表现为政府、企业和研究机构所的产业分析、技术分析、项目成果与评估报告等形式，其成果一般发表在新能源汽车相关的国际会议上，如2007年北京清洁能源技术研讨会。

美国在新能源相关理论研究方面，主要集中在氢能源和燃料电池汽车产业化领域。John R. Wilson & Griffin Burgh(2003)在氢能源研究报告中通过对氢能源的制取、运输、氢能来源等内容的研究，分析了氢能源在美国能源独立方面的作用，认为尽管氢能源是不会直接造成有害气体和温室气体排放的清洁能源，具有很大的潜力成为石油燃料替代品，但是大规模应用氢能源将会面临技术、热动力损失、规模和安全等多方面的问题，而且氢能源配套技术和基础设施的发展严重滞后于氢燃料汽车技术，因此美国发展氢能源还需要克服许多技术和经济上的困难。Joseph Romm(2004)在对Freedom CAR项目的评估中认为氢能和燃料电池汽车最早也只能在2030年开始普及，美国能源部应当氢能源研究的重点放在开创性技术突破研究方面。美国国家氢能协会(NHA)(2007)认为氢能源能够带来能源安全、环境改善和经济成长，在未来5-15年内氢能源技术将会加速发展，氢能来源也可以实现多样化，