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纯电动汽车延长续航距离的关键靠什么?

2014-01-01 00:01
小伊琳
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  “纯电动汽车(EV)用起来到底怎么样?” 应该有很多读者都有这种疑问。

  EV与汽油车相比运行成本低,不排放破坏环境的有害物质(二氧化碳和氮氧化物),作为汽车的未来形态频繁成为热门话题。另外,发生灾害时还能当电源使用,所以在东日本大地震后关注度进一步升高。但如果被人问“想买吗?”,则很难点头。目前在街上EV也确实还不多见。

  消费者犹豫要不要买的主要原因应该是充电一次可行驶的续航距离太短。例如,2013年8月日产汽车官网上记载的EV“LEAF”(中国名:聆风)的官方续航距离(JC08模式)为228km。比过去大幅延长,理想的情况下能在东京-宇都宫间往返。

  另外,还存在充电基础设施的问题。电池没电了怎么办?而且使用期间充电电池还会劣化。不消除这些担忧,EV就难以普及。

  笔者前不久碰巧乘坐了一次EV出租车。庆幸之余,笔者问出租车司机,“纯电动汽车怎么样啊?”。“啊,冷天电池消耗尤其快。暖气好像很费电”。

  这个回答有点令笔者意外。EV提高燃效的关键在于暖气。自19世纪后半期发明汽车后,100多年来一直是通过发动机这一内燃机构燃烧燃料,把燃烧获得的能量转换成动力来驱动汽车。为了不让发动机过热,会边通过冷却装置冷却边行驶,因此我们一直含糊地认为“热”是个障碍。但在EV时代,“热”则变得非常宝贵。

  随着EV时代的到来,有一项技术被重点提出,那就是蓄热技术。虽然作为驱动源的充电电池也发热,但与发动机的发热相比并不大。现在车内暖气使用的发动机余热的丧失,意味着冬天提高EV续航距离需要其他的新热源,实现这一点的要素技术之一就是蓄热技术。

  行业的目标值是1000kJ/kg

  冬天为了使车内保持一定的温度,EV的用电量容易增大。因为外部空气与车内的温差有可能比夏天还大。例如,室外温度零下时,要想使车内温度保持在20℃左右,温差就超过了20℃。当然,夏天的冷气也消耗电力,但假如在室外温度为35℃时把车内温度设定为25℃,其温差也只有10℃。为了冬天不过度消耗充电电池中存储的电力,确保新的热源也是纯电动汽车不可或缺的重要技术。因此,众多汽车厂商对新蓄热技术的出现给予了热切关注。

  如果能开发出具备高蓄热特性的新技术,其涉及的应用领域不仅仅是EV。以家庭和办公室等使用夜间电力的冷暖气系统为首,有望广泛用作社会整体的能源对策。

  表示蓄热技术特性的指标之一是蓄热密度,是指1kg材料能存储多少热量,单位为“kJ/kg”。为将来用于EV,作为汽车相关行业研发目标之一的蓄热密度为低温区(0~100℃)“1000kJ/kg”。当然,使用大量蓄热材料(介质)就能大量蓄热,但配备于汽车的话,最好能以尽量小的重量和体积大量蓄热。因此,作为未来目标,提出了1000kJ/kg的目标值。当然,这并不是能立即实现的值,“1000”这个数字只是目前的挑战目标。

  那么,这个数值究竟是什么水平呢?以最常见的蓄热材料(介质)“水(H2O)”为例,我们在小学的自然科学课上学习过,“世界上升降温最慢的物质就是水”。实际上,无论是冬天使用的“热水袋”,还是利用夜间电力的“冰蓄冷”,都利用了水作为蓄热材料的效果。水的蓄热密度在低温区约为340~400kJ/kg。由此可知,实现1000kJ/kg需要使用蓄热密度约为水的3倍的材料。

  能以较轻的重量存储大热能的作用非常大。这与充电电池同理。如果能在较轻的重量中高效蓄热,就有望用于有重量限制的汽车和飞机等。从身边的例子来看,有停电后仍可使用的冰箱、保暖性出色的住宅、能长久保温的暖瓶以及带制冷剂的饭盒等,应用范围非常广。

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