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——习近平总书记在全国科技大会、国家科学技术奖励大会、两院院士大会上的讲话
发挥国家战略科技力量作用,弘扬科学家精神,引领工程科技创新,加快突破关键核心技术,强化国家高端智库职能。
——习近平总书记在致中国工程院建院30周年贺信中作出的重要指示要求
陈清泉:可持续交通的挑战
来源:系统管理员   发表时间:2009-06-15
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——谈电动汽车、混合动力汽车、燃料电池汽车
 
作者:中国工程院院士 陈清泉 来源:科学时报 发布时间:2007-3-14 0:28:51

汽车的出现已经一百多年,它的出现改变了世界,经历了从欧洲的手工生产到美国的自动化生产、到日本的精益生产。它促进了经济的发展,改善了人们的生活,但是发展到今天,也带来严重的三大问题,即能源、环保和安全。这是可持续交通的三大挑战,也是21世纪汽车革命的方向。因此,要改造汽车的驱动动力和燃料。动力的改造包括研制新型发动机,革新发动机的燃烧及其控制,使其提高燃油经济型和减少排放,另外要开发电动汽车,包括纯电动汽车、混合动力电动汽车和燃料电池电动汽车。从燃料方面要研发新型清洁燃料,诸如天然气、液化汽、生物柴油、氢气等。
 
要解决能源和环保问题,也要根据需要和可能分阶段进行,从现在到2015年左右,应主要解决空气污染,即空气中的有害气体,主要大力减少汽车尾气排放中的二氧化碳和微粒,为此要大力推广清洁燃油汽车和混合动力电动汽车。
 
从2015年到2025年左右主要解决汽车排放造成的温室效应,主要是大力减少汽车尾气排放中的二氧化碳,为此要使二氧化碳的排放标准进一步严格,继续大力推广清洁能源汽车和混合动力电动汽车。到2025年后要解决能源问题,如采用以氢气为燃料的燃料电池,用再生能源和生物能源如太阳能制造氢气。
 
电动汽车中的纯电动汽车、混合动力电动汽车、燃料电池电动汽车各有其特点,有其不同的应用范围,也处在不同的开发阶段。纯电动汽车使用电动机作为动力,用蓄电池作为能源储存单元,用电力作为能源。其特点是无排放,不依赖汽油,但是由于蓄电池的能量密度和功率密度比汽油低很多,因此纯电动汽车的续驶里程有限,虽然近来高性能动力电池,如锂离子动力电池的研究取得很大进展,但其成本较高,因此纯电动汽车主要运用于小型车、短途的社区交通。混合动力电动汽车是采用内燃机和电动机作为动力,使用汽油和蓄电池。
 
蓄电池可由汽车中内燃机驱动发电机充电,这是目前市场上的混合动力电动汽车所特用的。另外电池也可由电网充电,这是另外一种叫充电式混合动力电动汽车,目前尚未产业化。目前混合动力电动汽车是电动汽车市场中的主流,因为它具有了广泛的应用范围,逐渐也被市场接受。燃料电池电动汽车是用电动机作为动力,用燃料电池作为能源转换,其能源来自氢气。由于燃料电池的能量密度可和汽油相比,所以行续驶里程也可和汽油汽车相比,但燃料电池的功率密度较汽油的功率密度低很多,因此还需要用少量的电池或超级电容,以提高汽车的加速性能。虽然燃料电池电动汽车有良好的前景,但目前尚未产业化,燃料电池的可靠性、寿命有待改进,氢气的基础设施有待建立,氢气的来源和供应有待解决。
 
混合动力电动汽车是目前电动汽车中的主流。混合动力汽车按照其电力的功率和功能又可分为微度混合动力、轻度混合动力、重度混合或全混合动力。微度混合动力只是将汽车中的起动机和发电机整合为2.5千瓦左右的电机,其功能是取消怠速,虽然它只能节能5%到8%,但其成本也只增加百分之几,较易被市场接受。轻度混合的电力动力约为10至20千瓦,电机参与驱动,可节能20%~30%,但成本增加20%~30%。重度混合或全混合动力,其电力功率约为30至50千瓦,可节能30%~50%,但成本也增加30%~40%。重度混合动力中又区分为节能型和动力型,节能型追求节能和减少排放,而动力型追求高性能动力性,具有很好的加速性能,但成本高。混合动力电动汽车的工程哲学是集成优化电机驱动和发动机驱动,发挥电机驱动的优势来弥补发动机驱动的弱点,使发动机保持在最佳工况工作,取消怠速,再生制动能量反馈。混合动力系统一定要发挥附加值,使电机驱动和发动机驱动结合不是简单的一加一等于二,而是要大于二。混合的英文是“hybrid”,亦翻译为杂交,正如骡是马和驴的杂交,集成了马和驴的优点,骡的外形虽比马和驴都小,但比马和驴都更有力和韧性。
 
在我国第十个五年计划期间,电动汽车列入“863”科技重大专项,随着投资增加和各方面重视程度不断提高,我国电动汽车在科研方面取得了很大成就,但与先进国家还存在一定差距。在“十五”期间,我们已经完成了电动汽车的功能样车、性能样车、小批生产和示范运行,目前已进入推动产业化的阶段。我们要充分认识电动汽车产业化的艰巨性,不仅要解决多能源驱动控制理论和实践,还要解决关键零部件如电机,电力电子变换器,动力电池,能源管理系统,变速器的批量生产技术,更要面临产品的可靠性、安全性、稳定性,成本以及能不能被市场接受。电动汽车的理论研究应以大学、研究所为主,而应用研究和产业化应以企业为主,特别是汽车企业。政府应制定明确的产业政策,检讨燃油税政策,制定目前和未来的汽车排放标准,制定目前和未来的汽车燃油经济性标准,使这些政策和法规有利于国产电动汽车的产业化。电动汽车的研发和产业化应和我国的新型燃料的研发和产业化协调起来。
 
在研发电动汽车中,一定要加强科技自主创新和产业自主创新,这是非常重要的,如果没有产业的自主创新,科技创新就没有应用之地,就有可能变成外国附庸的危险。在支柱产业的国际合作中,一定要以我为主,为我所用,加速我国的四个现代化。
 
我国第三代电动自行车从研发、试制到批量生产、市场推广、品种更新等经历了7年。如今产量不断上升,市场逐年扩大,预计今年将达1500万辆,2010年将达3000万至4000万辆,已成为我国自行车产业新的经济增长点。此外,电动摩托车、电动滑板车、游览电动车、各种类型的轻型低速电动车也迅速发展。这类电动车的快速发展有一个共同特点,就是应市场的需要而自发发展的,并未列入国家重大科技和产业发展规划。现在各省市对电动自行车的管理不统一,在有些城市出现电动自行车销售混战,如果只追求廉价而忽略信誉、如果只追求产量而忽略质量,那么就会出现恶性竞争,使这个新型产业不能健康发展。因此引导和整顿这个新型产业刻不容缓。首先国家有关方面要从政策、标准、法规入手,制定有关规划和规章,使得不同品种、不同档次的产品能适应不同用户的要求而快速健康发展,不仅满足国内市场要求,也走向世界,为中国争光。
 
随着电动自行车社会拥有量的快速增长,全国各地消费者对电动自行车质量问题的投诉日益增多。电动车自行车质量问题主要为车闸失灵、电池寿命短、一次充电供行公里不足、电路接触不良、控制器损坏、前叉断裂、超速超重等。服务质量问题主要是售后服务态度差、维修水平低、返修率高等,更令人担忧的是交通事故上升。因此狠抓品质提升非常迫切。
 
汽车电子技术是现代汽车的核心技术。汽车电子技术是提高汽车燃油经济性、减少汽车排放、提高汽车安全性的关键技术。
 
在可持续交通发展中,还要构筑和完善综合交通体系,包括航空、海洋和陆地的交通系统的协调。在陆地交通系统中,又要协调铁路、轻轨、公交车、轿车、轻型车、特种车、农业车等各种交通工具的地位和作用。我国幅员辽阔,人口众多,在特大、大、中、小城市乃至县城、乡村的交通情况各有特点,因此各种类型的交通工具都应发挥其特点,协调发展。
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