為什麼我們有必要考慮使用電動汽車?有很多原因使電動汽車成為有吸引力的傳統燃油汽車替代車型,比如:電動汽車產生更少的管道排放(如一氧化碳和二氧化碳),可以減輕空氣汙染,還可以幫助減少國家對進口石油的依賴等。
電動汽車是指使用電力驅動,或使用電力提高效率的車輛。美國替代燃料汽車資料中心的資料顯示,驅動電動汽車所用的電力,可由電網提供並存儲在車輛的動力電池內(如第二代普銳斯),也可以車載發電。目前,大部分的給電動汽車充電使用的電能,是通過發電廠利用國內資源,如煤炭、天然氣和核能所產生,或者使用美國能源部認為的可再生能源,包括太陽能、風能、水力發電和地熱發電這些日益廣泛使用的新型能源所產生。
一、電動汽車分類及發展背景
電動汽車的發展背景
電力作為一種燃料已經有100多年的歷史了。一些早期的電池驅動電動車即是像保時捷LOHNER-PORSCHE(混動汽車)這樣沒有馬的“四輪馬車”。
隨著石油產量的增加,燃料價格的下降,使得燃油汽車在二十世紀初變得流行起來,電動汽車逐漸在歷史舞臺中隱去,可是,現今社會裡汽油價格的上漲和環境問題的日益加劇,電動汽車將會再次變得越來越受到歡迎。
電動汽車的分類
目前電動汽車可以被分為三大類:混合動力汽車——HEV(包括插電式混合動力汽車——PHEV), 純電動汽車或電池電力汽車——BEV,還有比較少見的燃料電池汽車——FCEV (例如氫燃料電池汽車)。基於這些類別的劃分,電動汽車也有著不同的配置構造。例如,通用汽車旗下的雪佛蘭Volt增程式電動汽車EREV, 即是插電式混合動力汽車(PHEV)的改裝。但所有這些類別的車輛都使用電力、能源儲存裝置和電動機來提高功率或驅動。
混合動力汽車和插電式混合動力能以它們的傳動系統的運作方式來作進一步的劃分和解釋。這類汽車因為電動機的附加效益而具有更簡單的變速器,主要的系統結構有串聯式和並聯式兩種,其中最常見的結構是並聯式結構。
混合動力汽車的分類
並聯式混合動力能使用發動機和電動機共同驅動車輛。發動機和電動機能根據情況同時執行、分開執行、或以不同組合形式來驅動車輛。串聯式混合動力不同的地方在於,它的發動機只用來產生電力,產生的電力之後被輸送至電機處,作為汽車執行的唯一驅動力來源。並聯式混合動力結構的一個典型例子是豐田普銳斯車型,大部分雪弗蘭Volt車型使用的是串聯式混合動力結構。
電動汽車最後一個主要的類別是純電動汽車。這類車輛的操作完全依賴於電力,且不含發動機。它與混合動力汽車的主要部件有相同點,亦有所不同:
結構相同點:都使用動力電池。電動汽車採用的最常見的電力儲存方法是儲存電力於電池。通用的電池型別是有鋰離子電池/鋰聚合物電池(如第三代普銳斯動力電池),仍有部分電動汽車使用鎳氫電池。因為發電效率高、環境汙染少等優點,燃料電池有望成為未來主流的動力電池。被儲存於電池的電力被用來驅動電動機,這些電動機能夠產生寬闊速度範圍內的大扭矩。
結構不同點:混合動力電動汽車和插電式混合動力車通常由電動機、常規電池和內燃機構成。而純電動汽車只用電力作為能量來源,且不配備內燃機來車載發電, 行駛範圍受到電動充電站基礎設施的限制(雖然目前在美國有超過6800臺公共充電站)。
二、電動汽車的特點
1. 應用車型多。目前混合動力汽車,插電式混合動力汽車和純電動汽車在各大汽車生產商處都有相應的車型產品,從輕型客車版本,到過載版本,例如公車、快遞送貨車等。
2. 先進的車用技術——制動能量回收技術。以混合動力汽車為例,混合動力汽車使用傳統燃料如汽油來產生電能(如混合動力汽車普銳斯C),它的發動機一般會搭配一個到兩個電動機,這些電動機與發動機連線,用於車載發電和回收汽車制動時產生的能量,這項技術被稱為“再生能源制動回收”技術。純電動汽車亦有使用該技術。電動汽車能提供比傳統燃料汽車更好的燃油經濟性,並且減少了地方排放。
3. 插電式混合動力汽車是改進版的混合動力汽車,這些車輛通常配有更大容量的動力電池組以儲存更多電能。它們能用電網中的能量給電池充電,可以在公共充電站或在家充電,有著比混合動力汽車還要好的燃油經濟性和更長的電動行駛範圍。
三、電動汽車的優勢體現
所有種類的電動汽車都有輕載和過載車的應用,每種車型都可以最好的服務於特定的消費者群體,但它們都有著相似的優勢和益處,主要集中在衛生、環境、經濟和能源安全方面。
1. 電動汽車的健康效益
與傳統的汽油或柴油為燃料的汽車相比,電動汽車產生更少的本地排放。在使用純電動模式執行時,這些車輛甚至沒有本地尾氣排放,這非常適用於交通擁擠,人口眾多的現代都市。因此,眾多消費者和運輸公司都以使用電動汽車來降低當地的汙染水平。
2. 電動汽車的環境效益
燃燒化石燃料對全球變暖、煙霧和酸雨等環境問題有著重要影響。電動汽車比傳統汽車具有更好的燃油經濟性,這意味著它們能減少有害排放。但在分析電動汽車對環境的影響時,也應該考慮到,使用從主電網產生的電力時所產生的排放量。
值得期待的是,目前可再生能源發電正在日益普及,並逐步用於電動汽車充電方面。例如使用太陽能或者風能發電時,不會產生本地排放或者全球排放,對一些電動車意味著幾乎沒有碳足跡,對環境意味著更少的汙染和更好的環境。
3. 電動汽車的經濟效益
電動汽車使用的電能是從國家電網中獲得的。天然氣,煤炭和可再生能源也都是產自於本國,這些能源使得車輛不僅可以更清潔、更高效地行駛,而且同時也可以讓國內的能源供給更加清潔和高效;對汽車業來說,也降低了本國生產的電動汽車在操作和維修方面的成本,有利於國家經濟發展。
4. 電動汽車的能源安全效益
由於能源獲得方式技術含量的提高,混合動力電動汽車的執行費用比傳統汽車更便宜,以美國為例,其每英里行駛價格是5到7美分,而與之相比,傳統汽車的每英里行駛價格要10到15美分。而以電動汽車類別對比,插電式混合動力汽車的行駛成本要更低於混合動汽車,按美國平均電費來算,混合動力汽車美英里的行駛花費大約只有2到4美分。
最近的一項研究估計,如果73%的美國汽車被電力驅動,國家每天可以減少620萬桶的石油的消耗,降低美國對進口燃油的依賴,更重要的是,因為電力是中國產能源,電動汽車可以創造更多的就業機會和更穩固的設施基礎。