上海工程技术大学机械与汽车工程学院 上海 201620
摘 要：在当今石油资源有限和排放法规日趋严格的背景下，汽车的电气化提供了一种可替代传统燃料汽车的选择。锂离子电池和氢燃料电池为不同质量和用途的汽车，提供了纯电化的解决方案。基于锂电池技术的电动汽车的局限性，只能用于短里程行驶，这是由于锂电池储存能量较低、充电时间较长而导致的。我们简要讨论了新一代锂离子正负电极间化合物的开发，以实现储能密度、耐久性和成本的目标。氢燃料电池汽车展示了所需的480公里范围的运行的能力,但铂催化剂的成本高、效率低的问题未得到良好的解决，这对目前具有成本效益的主要能源——可再生能源（如风能发电），和氢的发展提出了重大的挑战。通过分析锂离子电池和燃料电池的性能和成本，评估比较锂离子电池电动汽车和燃料电池汽车在投资上的有效性，得出锂离子电池电动汽车和燃料电池汽车在生产、运行和流通方面对环境和经济的影响。
关键词：电动汽车 内燃机 经济性 排放
随着发展中国家经济发展水平的提高，为道路运输系统提供显著高能源密度的燃料——易开采的石油储备，正在以日益增长的速度在消耗，而二氧化碳排放量的升高，使我们必须减少石油燃料的燃烧。汽车的电气化刻不容缓，不仅仅是给予当代人的生活提供便利，更在于为子孙后代谋福利和幸福。
一、燃料电池汽车
以燃料电池作为动力的燃料电池汽车，从某种程度上来说，是一种理想型的车辆。与内燃机的能量转换效率比起来的话，燃料电池的能量转换效率要高好多。另外从污染物排放方面来看，燃料电池的化学反应不会产生有害污染物，因此没有污染。以燃料电池为动力的汽车与传统燃料汽车相比，具有以下这些优点：1.燃料电池汽车的排放是零排放或者接近零排放；2.减少了温室气体二氧化碳的排放；3.减少了由于机油泄露而造成的水质污染；4.提高了燃料燃烧的效率；5.降低了发动机的油耗；6.使得汽车运行平稳、没有噪声。
二、锂离子电池汽车
电动汽车能量转换系统，通过直流/交流变频器、电机和变速箱，将直流电能提供在板上，并与机械能相结合。电能可以来自电池、氢能燃料电池、内燃机以及这些元素的组合。下面的分析，我们将考虑使用电池进行再生制动，尽管还有其他的方法，如飞轮，已经被考虑。总能量消耗减去从再生制动中回收的能量，决定了多少电能必须在板上可用，并由储能/发电系统提供，以在加油之前到达给定的范围。辅助负荷，包括旅客舒适度的加热和冷却，由电力储存和产生系统供电，可以成为主要的能量消耗，并且可以显著地影响行驶的范围。
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电动汽车主要取决于车辆质量、前缘区域、阻力系数和驱动周期。这一要求也在很大程度上依赖于滚动阻力和辅助载荷，这是未来高效汽车技术的代表性的趋势。在480公里的范围内，电池供电的选项即使对于小型汽车来说也是最科学的，而燃料电池的选择则是完全电气化的首选方法。
综上所述，这是特定能量对所需电量的一种必然选择，这些系统适用于各种尺寸和范围内的车辆。传统的锂离子电池的高充放电效率，使得电池在冷环境温度下，或挡风玻璃除霜和舱室加热等工作中都能产生热量。为了达到这些目的，人们必须使用储存的电能。因此，汽车的能源效率会随着气温的升高而大幅下降。到目前为止，要获得足够的循环寿命，需要在充电和放电的过程中保持锂离子电池的温度控制。此外，冷电池提供的电源也非常有限。由于充电效率高，快速充电站也必须为电池充电时提供主动液体冷却。锂离子电池提供了一种高效利用可再生能源的通道，并使其在内部快速充电，消费者目前可以从他们的汽车中获得。
除了质量方面的考虑外，其它的动力系统的可行性由包装决定。一旦物理上的可行性建立起来，商业化最终是由成本来决定的。仅仅基于以上的质量考虑，我们可以得出结论：当短距离和长加油时间可以接受的时候，电池供电的选择更适合小型汽车。燃料电池的选择适合大型车辆，长期选择。锂离子电池具有90%的充电/放电往返能量效率(最高可达1小时的充电率)，使其能够高效利用产生的电能和相对昂贵的可再生能源，风能和太阳能。
锂离子电池本质上是便宜的材料，已经大量生产并应用于便携式电子设备，许多通过规模化的降低成本的手段已经被采纳了，因此，必须降低成本，并通过制定和实施相关方案来加以解决改进的材料。燃料电池利用一些本质上的更昂贵的材料，其设计还需改进与探索。
将来可能的情况是，两种技术都将在汽车未来中占有一席之地，电池在小型汽车中短途旅行，而燃料电池则可用于定期用于长途旅行的大型车辆。
参考文献
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论文作者:高琛 张海波
论文发表刊物:《教育学文摘》2019年12月总第323期
论文发表时间:2019/11/11
标签：汽车论文; 燃料电池论文; 锂离子电池论文; 能量论文; 内燃机论文; 电能论文; 电动汽车论文; 《教育学文摘》2019年12月总第323期论文;