大客車節(jié)能環(huán)保技術(shù)的發(fā)展

大客車節(jié)能環(huán)保技術(shù)的發(fā)展

截止到上世紀末，隨著汽車技術(shù)的發(fā)展和市場需求的推動，大客車的基本性能，例如，動力性、經(jīng)濟性、可靠性等方面的技術(shù)指標已經(jīng)達到了人們較為滿意的水平。近幾年來，大客車的研發(fā)與創(chuàng)新則更集中于通過電子化等新技術(shù)手段，進一步提高客車的舒適性、安全性及節(jié)能環(huán)保性能諸方面。在今天強調(diào)以人為本，即系心于人，用心于車的理念來說，在這3個方面的創(chuàng)新則是年年不斷。尤其是在節(jié)能環(huán)保技術(shù)方面更是研發(fā)的熱點和競爭的關(guān)鍵。一、背景材料：

1．1、經(jīng)濟的發(fā)展和城市化進程的加速，必然帶來城市公交車輛的大量需求。我國的城市化進程在黨的十六大報告和國民經(jīng)濟中長期發(fā)展規(guī)劃中都有詳細的描述。鄉(xiāng)村變?yōu)槌擎?zhèn)，城鎮(zhèn)變?yōu)樾〕鞘校〕鞘凶優(yōu)橹械瘸鞘校械瘸鞘凶優(yōu)榇蟪鞘校蟪鞘凶優(yōu)槌^1000萬人口的特大城市。有城市必然要有公交車輛，我國近幾年公交大客車的迅猛發(fā)展，就是在這一背景下取得的。1．2、大城市的交通和車輛排放污染形勢嚴峻：大城市，尤其是象北京、上海這樣的超大城市，高樓林立、人口密集、交通擁擠、環(huán)境惡化，工作效率和居民生活質(zhì)量嚴重下降，這不但是正在走向工業(yè)化的國家面臨的重大問題，也是發(fā)達國家超大城市同樣面臨的重大挑戰(zhàn)。

1．3、北京2008奧運會和我國加入WTO為解決這些問題提供了重大機遇：政府的重視（公交車輛是城市的形象），會有大量資金的投入，加入WTO打開國門后國際資本和技術(shù)的涌入帶來激烈的市場競爭。1．4、認準方向、作好規(guī)劃、抓住機遇、迎接挑戰(zhàn)。國內(nèi)大客車企業(yè)要利用這些機遇，主動迎接國內(nèi)外的挑戰(zhàn)。二、汽車節(jié)能環(huán)保技術(shù)的發(fā)展大趨勢

2．1、我國汽車近幾年產(chǎn)量的增長情況和今后的增長數(shù)據(jù)預(yù)測見表1和表2：表1：中國汽車產(chǎn)量的增長情況統(tǒng)計

單位：萬輛年代產(chǎn)量1996147.51997158.31998162.91999183.22000206.82001234.22002325.12003444.12004507.5

單位：萬輛

表2：中國汽車的需求增長預(yù)測單位：萬輛

研究機構(gòu)200520102020中國汽車技術(shù)研究中心510～535781～8501100～1300國務(wù)院發(fā)展研究室51885916732．2、能源短缺、未雨綢繆：

國際市場石油價格一路飆升，從2002年（美國伊拉克戰(zhàn)爭前）的20美元/桶上升到2005年6月的60美元/桶，而且還有繼續(xù)上升的趨勢。世界石油產(chǎn)量已趨峰值，歐佩克已經(jīng)拿不出產(chǎn)油能力來平抑油價。我國的能源，尤其是石油資源的形勢非常嚴峻。我國石油消耗已位居世界第二，而交通用油呈快速上升勢頭，年平均增長超過10%（1995-2000）。我國進口石油迅速增長，2000年進口7000萬噸，2003年超過一億噸，預(yù)計2010年進口將超過1.4億噸，國家能源安全面臨嚴峻挑戰(zhàn)。節(jié)約能源，尤其是節(jié)約石油資源，不但是經(jīng)濟問題，而是關(guān)系國家能源安全的政治問題

2．3、環(huán)境污染和二氧化碳排放問題：

由于經(jīng)濟的快速發(fā)展和粗放式的發(fā)展模式，我國的資源和環(huán)境與經(jīng)濟發(fā)展的矛盾異常突出，大氣污染非常嚴重，尤其是大城市。2002年在全世界污染最嚴重的10個城市中中國占5個；而在城市中交通工具，尤其是汽車，造成的CO和噪聲污染分別占各自污染物總量的70～90%以上。為此，我國也頒布了較為嚴格的機動車輛排放法規(guī)，2003年已經(jīng)全面實施了歐Ⅱ排放標準，明年可能會實施歐Ⅲ標準。2010年以后與國際接軌。我國CO2排放量已排在美國之后，位居世界第二。我國已經(jīng)正式加入了關(guān)于減少全球CO2排放量的“京都議定書”。汽車CO2排放即將成為全球關(guān)注的重大環(huán)保問題2．4、基于節(jié)能和環(huán)保問題的汽車動力系統(tǒng)發(fā)展方向：

據(jù)國內(nèi)外專家、學者和企業(yè)界的研究結(jié)論，從節(jié)能和環(huán)保兩個方面綜合考慮，汽車動力系統(tǒng)將從今天的燃油的內(nèi)燃機（汽油機、柴油機、代用燃料發(fā)動機）過渡到內(nèi)燃機與電動機的混合動力系統(tǒng)，再過渡到使用蓄電池的純電動汽車和燃料電池電動汽車。汽車動力系統(tǒng)的發(fā)展方向如圖1所示。本文主要介紹電動汽車、混合動力電動汽車和燃料電池電動汽車的研發(fā)情況。

汽車動力系統(tǒng)的發(fā)展方向圖1汽車動力系統(tǒng)的發(fā)展方向3．1、電動汽車的優(yōu)點：

1）“零排放”：電動汽車在運行中無廢氣排放，即使將發(fā)電廠的排放進行等效換算，也是超低排放。此外，電廠可以遠離市區(qū)建設(shè)，對城市污染較小。2）解除汽車對石油資源的依賴：電是二次能源，可以從多種途徑獲得，例如，煤、水、風、太陽能、潮汐、生物質(zhì)、核能等，其中許多為可再生能源。3）系統(tǒng)效率高：燃油汽車的能量循環(huán)：從原油－精煉－加油站－燃油汽車。電動汽車的能量循環(huán)：從原油－粗煉－發(fā)電廠－充電站－電動汽車。據(jù)日本學者的研究結(jié)果，后者比前者能量效率高12～17％。此外，電動汽車可以利用晚間電網(wǎng)的低谷電充電，以提高電網(wǎng)總的能量效率。

4）電動汽車的噪聲低、振動小。

基于以上原因，從上世紀80年代，國內(nèi)外掀起了電動汽車的研發(fā)熱潮，法國、日本、美國、德國等都經(jīng)過試驗和示范運行，開發(fā)出具有商品化水平的純電動汽車，如法國PSA公司的標志P106和雪鐵龍AX電動轎車，日本豐田汽車公司的RAV-4EV電動轎車，美國通用汽車公司的EV1電動轎車等。我國也將電動汽車的研究開發(fā)列入“八五”、“九五”國家科技攻關(guān)項目，并于1996年6月建成廣東汕頭國家電動汽車試驗示范基地?！笆濉逼陂g，國家科技部將電動汽車項目列入國家“863”重大專項。成了資助電池、電機及其控制系統(tǒng)、整車控制系統(tǒng)以外，重點資助北京市（北京理工大學牽頭）進行純電動大客車的研發(fā)和示范運行。2005年6月21日由國家發(fā)改委正式批準，14輛鉛酸電池純電動公交大客車在北京公交121路線投入商業(yè)化運行。另一個課題資助天津清源動力公司（中國汽車技術(shù)研究中心）進行純電動轎車的研究開發(fā)和示范運行。其中有5輛純電動轎車于2005年初首次出口到美國。

3．2、目前電動汽車推廣應(yīng)用中的困難

1)電池的性能低、價格貴、壽命短；使得電動汽車一次充電行駛里程短（鉛酸電池在100km左右，Ni-MH電池在150km左右），尚不能滿足人們對汽車機動性的要求；電池的價格昂貴，一套整車使用的Ni-MH電池或鋰離子電池的價格比汽車（不含電池）還高，且2～3年必須全部更換，使用費用大。目前尚未研制出性能價格比能與內(nèi)燃機相比的電池。2)電動汽車的充電時間長，充滿一次需要4～8小時。充電設(shè)施投資大、建設(shè)周期長。3)當前世界石油供應(yīng)相對充分，石油資源枯竭的問題尚不明顯。而各級政府對電動汽車應(yīng)該采用的優(yōu)惠政策，如峰谷電價差別、排放補貼等并未實施。因此，從全世界范圍看，由于受電池技術(shù)和價格的制約，純電動車目前只能在特殊地區(qū)－如大城市市區(qū)、商貿(mào)、旅游、體育、娛樂中心、居民小區(qū)等作為短途公共交通車，以及特殊地點、特殊用途－如機場、碼頭、車站、倉庫、商場等作為特殊運輸工具而使用。3．3、混合動力電動汽車的優(yōu)勢：

混合動力電動汽車（HybridElectricVehicle，簡稱HEV）是將電力驅(qū)動與輔助動力（APU）結(jié)合起來，充分發(fā)揮二者各自的優(yōu)勢及二者相結(jié)合產(chǎn)生的優(yōu)勢的車輛。輔助動力可以采用燃燒某種燃料的原動機，如內(nèi)燃機、燃氣輪機等或其它動力發(fā)電機組

圖2混合動力電動汽車的結(jié)構(gòu)原理和布置方式混合動力系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)原理和布置方式如圖2所示。東風電動汽車公司開發(fā)的并聯(lián)式混合動力大客車的結(jié)構(gòu)參數(shù)如表3所示。表3東風電動汽車公司開發(fā)的并聯(lián)式混合動力電動大客車的結(jié)構(gòu)參數(shù)項目單位技術(shù)參數(shù)車長m11載客人85車重（空載/滿載）kg10050/16500總電壓/蓄電池V336/鎳氫高功率型－28個模塊加速時間s16（0~40km/h）最高車速km/h＞72電機開關(guān)磁阻電機；最大功率：27kW；發(fā)動機進口康明斯6BTA發(fā)動機（電控、高壓共軌、達到歐3排放標準）其它說明發(fā)動機和電機混合驅(qū)動；制動空壓機、液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)和空調(diào)壓縮機均由發(fā)動機直接驅(qū)動?；旌蟿恿﹄妱悠嚨膬?yōu)勢：

與純電動汽車比較：(1).由于電池的容量大大減小，而使整車自重減小、成本降低。(2).汽車的續(xù)駛里程和動力性可達到內(nèi)燃機的水平。不必要重新建設(shè)龐大的充電設(shè)施和取消每天的充電維護工作；(3).保證駕車和乘坐的舒適性（保證空調(diào)、暖風、動力轉(zhuǎn)向等的使用）。與傳統(tǒng)內(nèi)燃機汽車比較：(1).可使原動機在最佳的工況區(qū)域穩(wěn)定運行，從而降低發(fā)動機的排放污染、噪聲和油耗。(2).在人口密集的商業(yè)區(qū)、居民區(qū)或其它對環(huán)保要求特別嚴格的地區(qū)，可關(guān)閉發(fā)動機，采用純電動方式驅(qū)動車輛，實現(xiàn)“零排放”。(3).通過電動機回收汽車減速和制動時的能量，進一步降低汽車的能量消耗和排放污染。

混合動力電動汽車的商業(yè)化已經(jīng)在日本和美國逐漸推廣。豐田汽車公司的Prius混合動力轎車已經(jīng)在日本和美國銷售了39萬輛以上?；旌蟿恿淮罂蛙囋诿绹~約、西雅圖和加州等地也已經(jīng)銷售和示范運行數(shù)百輛。巴西在里約熱內(nèi)盧用混合動力方式改造了幾條公交路線，采用柴油機和鉛酸電池串連式混合動力結(jié)構(gòu)，取得了節(jié)油和降低排放的良好效果。

四、燃料電池電動汽車的研究開發(fā)進展

4．1燃料電池的種類和特點：到目前為止，人們研究開發(fā)出的燃料電池的種類、工作溫度、可應(yīng)用范圍、優(yōu)缺點等見表4。表4燃料電池的種類和特點類型工作溫度應(yīng)用范圍優(yōu)點缺點質(zhì)子交換膜60～100運輸業(yè)、便攜式電源工作溫度低、起動快重量小、結(jié)構(gòu)緊湊需用貴金屬作催化劑、成本高、對燃料的純度要求較高堿性

90～100軍事、航空、航天在堿性電解液中陰極反應(yīng)較快需要除去燃料、氧化劑中的雜質(zhì)氣體，例如：CO2磷酸型175～200電力工業(yè)、運輸業(yè)工作特性好、效率較高、對燃料的純度要求不高鉑作催化劑、體積和重量較大、輸出的電流、功率較低熔融碳酸鹽600～1000電力工業(yè)效率較高、成本較低可使用多種材料作催化劑有腐蝕性，高溫加速燃料電池部件的損壞固體氧化物600～1000電力工業(yè)效率高，可用多種燃料、催化劑成本低、便于維護高溫加速燃料電池部件的損壞4．2、質(zhì)子交換膜燃料電池的工作原理

質(zhì)子交換膜燃料電池的結(jié)構(gòu)和原理如圖3所示。電池