电动汽车

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  早在19世纪后半叶的1873年,英国人罗伯特·戴维森制作了世界上最初的可供实用的电动汽车.这比发明我们现在最常见的内燃机驱动的汽车要早10年以上.随着蓄电池技术的进步,电动汽车在欧美得到了较为广泛的运用,当时的市场规模远超过内燃机车.20世纪20年代之后,随着内燃机技术的提高和石油的大规模开采,电动汽车在1920年之后渐渐失去了优势.汽车市场逐步被内燃机车所取代,电动汽车淡出大众视野.
  为应对日益突出的全球变暖以及燃油资源短缺问题,电动汽车的研发重新得到关注,逐渐发展成为一项全球性的课题.电动汽车作为标准内燃机车的替代品目前已投入市场或正在开发中.按照能量转换方式和工作原理的不同,电动汽车分为三种类型:纯电动汽车、混合动力汽车和燃料电池汽车.
  纯电动汽车完全由大电池组(蓄电池)驱动,电池利用储存的化学能产生电力.由于这种汽车没有排气管,行驶时不排放化学污染物,因而是一种“零排放汽车”.但是,一般的电动汽车每行驶100公里左右就需要通过市电充电几小时,给电池充电的电力必须来自某个地方.如果电力来自化石燃料发电厂,那么这种车辆仍成为工厂排放的原因,排放物产生污染和使全球变暖.如果电力来自太阳能电池或风力等污染程度较小的能源,这种汽车的环境效应就更为良性.电动汽车的最主要的一个问题是电池存储的能量与汽油比起来实在太小.高效电池,即高成本的电池(如用于手机和笔记本电脑的电池)储存的能量,在相当质量下,只有汽油的1%.这是一个很高的比例,因为电比汽油的效率高,这个因子可以得到一些弥补,所以电池的能量大约为汽油的30分之一.因此,电动汽车的电池一般比较笨重.高效电池的价格也很昂贵,如果电池做得便宜一些,它们就不可靠了,而且通常充电次数也更少.电池的高成本主要是更换成本而不是充电成本.还有一个问题,汽油可以在两三分钟内灌进汽车,而充电一般需要几小时,快速充电电池也很必须.另外纯电动汽车普及还需解决配套充电基础设施,建立比较方便快捷的充电网络或电池租赁体系.人们正在进行大量研究解决这些问题.
  混合动力汽车用汽油作燃料,让一台小型汽油发动机以一个恒定的低功率运转.发动机并不直接驱动汽车,而是驱动一台发电机为一组蓄电池充电,而蓄电池则驱动汽车前进,就像一辆纯电动汽车一样.混合动力汽车综合了传统内燃机车和纯电动汽车的优点.克服了纯电动汽车在电池容量低、续驶里程短等方面存在的缺陷,在提供与目前传统内燃机几乎相同的动力性的同时,燃油经济性获得明显改善,排放大大降低.混合动力通过以下几种方式节能:因为车轮由电池驱动,没必要改变汽油发动机的速度,意味着以更稳定的速率、几乎理想的效能驱动发动机.当汽车从静止开始加速时,这个效应显得尤其重要.普通的汽车通过将动能转化为热能而减速,刹车就是这个道理.混合动力车则将车轮与发电机连通,驱动发电机所需的力使车轮慢下来,但能量转化为电能储存在混合动力的电池里.另外,由于蓄电池被连续充电,因而不需要储存大量能量,因此比纯电动汽车的电池小巧轻便得多,这样也能减轻车的重量.车越轻,加速能量越低.轻型汽车轮胎在滚动时,与路面的摩擦阻力小,从而也节约了能量.
  燃料电池汽车以氢燃料电池为动力,通过氢和氧的化学反应产生电能,电再驱动发动机产生机械能使车移动.氧来自于空气,氢被储存在车辆上作为燃料电池的燃料.氢是宇宙中最丰富的化学元素,但在地球上这种轻元素很久以前就逃离了地球的引力束缚,几乎没有单独存在的氢,在我们可观察的空气中,它的含量极其微小,约占干燥空气的0.00005%.氢必须通过化学过程从化石燃料中获得,或用电流分解水分子从水中获得.燃料电池与蓄电池的差别是,蓄电池必须充电,而燃料电池则需要重新注入燃料.燃料电池重量较轻、连续供电的时间更长.一个主要的问题是氢是最轻的元素,所以要花大力气才能使它不从容器中泄漏,以及必须注意氢的爆炸性质.
  由于燃料电池不属于热机,热力学第二定律不影响其运转的基本过程.燃料的化学能获取电能的典型效率是60%甚至更高,这比内燃机的典型效率25%高得多.较高的效率意味着较少的资源损耗、较小的污染程度和较轻的全球变暖.对环境带来的好处视氢的来源而定.假如获得氢的电力来自太阳能,燃料电池就是对环境最有利的运输技术之一.戴姆勒-克莱斯勒分司已经开始销售用燃料电池作为动力的的市内公共汽车.冰岛已经承诺要成为世界上第一个氢动力国家,该国计划用30年的时间让国内全部汽车过渡到以氢燃料电池为动力.一些专家已经把氢燃料电池投入市场称为氢动力时代的黎明.
  人们认识到电动汽车对于环境保护的贡献,唤起了人们对节能减排新技术的重视,逐步在给电动汽车更坚定的支持.北京奥运会创造了奥运史上电动汽车的使用规模之最——500辆.其中包括50辆锂电池纯电动客车、25辆混合动力客车、75辆混合动力轿车、20辆燃料电池轿车以及3辆燃料电池客车,这还不包括415辆纯电动场地车.最近发布的《节能与新能源汽车产业发展规划(2012-2020年)》明确指出,要以纯电驱动为汽车工业转型的主要战略取向,当前重点推进纯电动汽车和插电式混合动力汽车产业化,推广普及非插电式混合动力汽车、节能内燃机汽车,提升我国汽车产业整体技术水平.
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