爱华网[摘要]本文简单回顾了汽车发明初期内燃机汽车和电动汽车同步发展的历史；说明了现在人们再度把注意力放到电动汽车开发上来的原因；分析了电动汽车普及的主要难点；阐述了新能源汽车取代传统内燃机车汽车的基本思路和发展态势预测；对政府和我国汽车工业界提出了新能源汽车开发的三条建议。
[关键词]一次能源、二次能源、传统内燃机汽车、新能源汽车
1．历史的选择
人类利用能源的历史，也就是人类认识和征服自然的历史。就一次能源而言，人类在能源的利用史上有过三次大的转换：第一次是煤炭取代木材等成为主要能源；第二次是石油取代煤炭而居主导地位；第三次是目前正在出现的向多能源结构的过渡，这一转换现在还没有完成。
电能是由一次能源转换而得到的二次能源。电能和其它任何能源相比，具有许多优点，电能在能源合理开发、运输、分配和消费中具有特殊的作用，电能可以直接与其他形式的能互相转换，我们可以将机械能、热能、化学能、光能和声能转换成电能，又可以将电能轻易地转换为其他能。
在工业革命时代，人们一方面在机械、设备和装置如何代替人力和畜力等方面进行探索研究，另一方面又在这些机械、设备和装置采用何种能源、这些能源如何取得进行探索研究。
在汽车发明的初期，这种不用马拉的“马车”是采用内燃机利用燃烧石油制品、将化学能转换为机械能取得动力源，还是采用蓄电池将化学能转换为电能取得动力源，当时人们并未厚此薄彼，而是从这两个角度同步进行研究、试验的。
1859年-1860年法国人G.勃兰特发明了蓄电池，1873年英国人R.达维森就制成了世界上第一辆电动汽车。1892年美国在芝加哥展出本国第一辆电动汽车，以后美国的内燃机汽车和电动汽车一直是同步增长的。1900年，美国有汽车8000辆，其中电动汽车有3000余辆；1915年，美国的电动汽车产量达到5000多辆，超过了当年的内燃机汽车的产量。1920年以后，由于人们对汽车的需求越来越大，对其要求也越来越高，蓄电池汽车由于蓄电的能量密度低、重量大、充电时间长、一次充电行驶里程短、使用寿命低和成本高，因而逐渐被内燃机汽车所超越、所取代。
之后80年，以石油制品为燃料的内燃机汽车以压倒优势在全世界得到空前发展，创造了一个辉煌的汽车时代，汽车改变了世界的面貌，对人类的生活方式产生巨大影响。然而正是这些内燃机汽车的大量普及和使用，造成了对环境的极大破坏，生成酸雨的氮氧化物，引发全球变暖所造成环境破坏的CO2主要来自燃料燃烧排放气体，据估计，约20%的CO2气体来自内燃机汽车的尾气排放，有调查统计表明，城市生活中50%的空气污染问题来自内燃机汽车。
如果燃料石油制品的内燃机汽车按以往的速度发展下去，50年之后，世界汽车数量将从今天的7亿辆左右剧增到16亿辆以上。恐怕到不了那个时侯，世界的石油资源就要耗尽，更加严重的空气污染会使人类文明化为乌有。
人类的知识和经验是逐步提高的，我们的前人在80年前无法预料内燃机汽车给环境带来的麻烦，我们当然不能责怪他们当初的选择。
二十世纪六十年代之后，人们逐渐认识到石油制品燃烧排放对世界环境的严重影响，现实迫使人们回过头来再把注意力放到新能源汽车的开发上来。特别是近十年来，人们从各个角度研究、开发电动汽车，取得了很大进展。
2．电动汽车普及的主要难点
尽管近二三十年来，各国政府大力推动，各汽车厂家及研究机构努力探索开发各种类型的电动车以及相关技术，取得了前所未有的进展，但电动汽车近期仍不能大量普及，电动车取代内燃机汽车的路程还相当遥远。
2.1纯电池电动车
对于纯电池电动车来说，最大的困难是电池的性能。对于可充电电池来说，不仅要能储存大量的电能，还要能把储存电能以高速释放出来，能反复充电和放电数百次，能长时间地保持电能和在大的温度范围内使用。
铅酸电池是现在使用最广的电动汽车能源。这种以铅为基材的电池，其有限的电能为推广使用带来了很多困难。当其完全放电后电池的寿命会缩短。因此，电动汽车通常在其电能用掉80%后就需充电。
虽然高能电池业已问世，如锌氯电池充电次数可达1400次，能量密度达到65-165瓦小时/千克。但高能电池价格昂贵，尚未达到商品化阶段。
另外，现有电动汽车所使用的电池，都不能在储存足够能量的前提下保持合理的尺寸和重量。例如，现有电动汽车电池的外体积一般要达到550L，把这么大体积的电池用于家庭轿车上时，就必然要挤占轿车的行李厢空间甚至乘客空间。同样，一部重量为2000千克的电动汽车，其电池重量达到了1270千克，这也必然使其性能大打折扣。
2.2燃料电池电动车
对于燃料电池电动车来说，最主要的原因是燃料电池价格太昂贵，每千瓦电能约需2700-5400美元，光是一个30千瓦的燃料电池就要十几万美元。另一个问题是氢气在汽车上的贮存问题，如燃料电池直接使用氢气，由于氢气能量密度很小，一次充装的行驶里程有限，为获得足够的行程，大约需要利用车身空间的25%-30%来存放氢气。如燃料电池由汽油或甲醇来提供氢气，则车上需装备重整器，由于起动时，制取氢气和电化学反应速度缓慢，又要增加一个辅助动力源（如蓄电池、电容器）。这样一来，一辆燃料电池汽车要比相同尺寸的内燃机汽车增加400千克质量。
储存氢有几种方法，目前，最有效的方法是将液态氢储放在合适的储蓄罐内安放在车上，美国通用的“氢动一号“使用的就是这种处理方式，将氢液化的方法是其冷却到零下253摄氏度。
液氢的储蓄罐系统比普通汽油储箱要复杂，必须避免外界的传热，以尽量减少氢的蒸发损失。主要的装备是一个真空绝热双层壁不锈钢容器。此外，在两层壁之间还有许多层铝箔，以防止由于辐射造成的传热。
除了以液态的方式进行车载储存外，我们也可以在合适的压力容器内以气态方式储存氢，但是该方法有一定缺点。例如，即便氢气已经过高度压缩，其比容量能量密度仍然偏低，因此气缸或气罐的体积都必须比液氢系统所用的大很多。
还有两种氢的储存方法也在研讨中。
第一种方法称为金属氢化物，合金充当氢的载体，氢被储放在金属原子间的空隙中。这种方法有很高的比体积储存容量，在使用过程中也非常安全。但是在发挥这些优点之前，首先必须克服这种方法存在的一个基本缺陷：载体重量同其储氢量相比实在是太高了。未来的另一个方法，就是我们称作“纳米碳存储”的技术。在该方案中，氢原子存放在显微水平细小的碳结构内。前缀“纳”代表毫微，意即毫米的百分之一，它指的是碳结构的直径。从长远的观点看，研究员和工程师们都对这种方法应用于机动车寄予厚望。
如果解决了氢气在汽车的贮存问题，人们一般宁愿选择燃料电池直接使用氢气，而不希望增加一个重整装置再从汽油或甲醇中制取氢气。如果这样，则又存在一个大问题，人类社会必须寻找到一个廉价方便的制取氢的方法，建立若干大的氢气制造工厂，建立一整套加氢站。
我们应该摒除从化石燃料中制氢的方案，因为这不符合我们寻找新能源的初衷。现在人们正在尝试利用太阳能或风力发电，再将水电解制氢，或从某些细菌、海藻的新陈代谢中制氢，等等。但氢气能象汽油那样大量、廉价提供给人们的日子还未到来。
2.3混合动力电动车
正因为纯电池电动车和燃料电池电动车走向商业化还存在巨大障碍，迫使人们寻找一个由内燃机汽车向电动汽车过渡的方案—混合动力电动车。混合动力电动车将传统汽车的内燃机与电动车的蓄电池结合起来，即由发动机、发电机和驱动电机等动力总成构成。这种结合使这类车同时具有电动汽车能源及环保方面相当多的优点以及顾客所期望的传统汽车续驶里程长、燃料补充快的特点。混合动力电动车的实际好处包括比传统汽车更好的燃油经济性和更低的排放。
另一种混合动力电动车被称作混合电池电动车，即在燃料电池车上加装二次电池，以解决燃料电池车普遍存在的起动性能较差的问题。日本丰田的FCHV-3就是这样一种混合电池电动车，加装的镍氢电池除可提高电动车的起动性外，还能回收制动能量，可进一步提高电动车的能量利用效率。
而本田的FCX-V3电动车加装的不是镍氢电池类蓄电池，而是能瞬间进行大电流放电的电容器，使电动车具有更好的起动性。现在世界各国在混合动力车的研究和试验表明，混合动力车可能是一个较佳的过渡方案，混合动力车因其能够实现制动能量有效回收和车辆动力性优化匹配，有可能使传统汽车获得新的技术进步。
但是，只要蓄电池、燃料电池尚未解决上述技术问题和成本问题，混合动力车也必将受其影响，难以做到大规模应用。同时，混合动力车仍需起动内燃机，尽管石油制品消耗量有所减少，排放有害物质也大大降低，但它毕竟达不到零排放，仍然摆脱不了对石油的依赖。
3.新能源汽车取代传统内燃机汽车的基本思路
我们开发新能源汽车的目标是以它来取代传统内燃机汽车，而不是满足于为用户提供一些新品种汽车的选择。但这一目标的实现可能需要很长一段时间，从不同的技术角度可能会产生许多开发方案，因此理清一个基本的开发思路是很必要的。
3.1 开发出高效率、高能量、小尺寸的电池是最佳方案
我们用一粒黄豆般大小的电池能使我们的手表运行2年，如果我们能研制出不大于内燃发动机尺寸、能让汽车行走哪怕是3个月、价格相当于或略大于3个月的油耗费用的电池，电动汽车取代传统内燃机汽车就指日可待了。
这种电池能否充电、循环使用并不重要，如能充电最好，不能充电则每3个月更换一个，旧电池由厂家回收利用，就象我们现在使用干电池一样方便。
人类现在能够为任何机械提供足够高的电压，足够大的电能，要把一定的电压、相当大的电能储存到一个小装置中去，并使之随时能输出电能，在技术上通过努力也能做到，但造价可能很高。
对现在已经开发出来的多种高能电池，我们要做两方面的工作，一是进一步提高电能量密度，延长一次行驶里程；二是改进制作工艺，选择新材料、降低制作成本。
即使高能电池价格较高，电动车整车的价格就一定会高吗？电动车以蓄电池驱动，也就没有了汽油发动机，没有气阀、活塞、没有正时皮带、没有曲轴，没有尾气排放，也就没有了排气管，电能传送方式取消了机械传动系。其零部件数量比汽油车零部件少很多。同时电动汽车达到了零排放，原先为内燃机汽车配备的排气净化系统也可以免除，总的说来电动汽车的一次造价低于内燃机汽车是可能的。电动汽车在起步阶段，其运行费用可能会高于内燃机汽车，政府完全可以因为电动汽车对环保的贡献而给予一定的政策优惠。
3.2开发氢燃料为能源的电动汽车是次佳方案
笔者之所以把开发以氢燃料为能源的电动汽车作为次佳方案，是因为如果我们有了性能优良、价格合理的高能电池为电动汽车提供电力，我们就不需要再费周折通过燃料电池将氢燃料转换为电能来获得动力。
反过来，如果我们在较长的时间内还很难开发出理想的车用电池，则开发用氢为燃料的电动汽车不失为较好的候补方案。
影响氢燃料为能源的电动汽车普及的主要因素也是燃料电池十分昂贵，改进制作工艺，选择新材料、降低造价是今后的主攻方向。
普及氢燃料电动汽车的其他难点是解决好汽车上的氢储存问题和社会的制氢方案及供氢途径，前者是一个综合性的技术问题，后者既有重大的技术问题又有庞大的社会工程问题。
氢储存若采用液态氢罐，一次储氢足以完成400公里的行程（如通用的氢动一号），问题是安全性风险，一旦发生事故，十分危险，电动汽车应配备防碰撞控制系统。若采用金属或纳米碳吸附氢，技术复杂，需要进一步探索研究。
而社会的制氢和供氢问题，第一有待于廉价大规模制氢方案的研究和逐步走向成熟，其次要为建设庞大的加氢站注入可观的投资。
在氢燃料电动汽车中，采用石油制品制取氢，虽然与我们要替代石油燃料的初衷相违背，但美国通用汽车公司之所以看重汽油重整技术，是考虑到在全社会建立起庞大的加氢站之前，能利用目前的加油站，这一思路有其现实性和合理性。
3.3混合动力电动汽车是可以考虑的过渡方案
在新能源汽车取代传动内燃机汽车的漫长过程中，不是一下子中止使用石油制品而是逐渐减少石油制品消耗的过渡方案是可行的，燃料电池电动车上装备重整器从石油制品中提取氢是一种过渡方案，采用传动内燃机和电池相结合的混合动力电动车也是一种过渡方案。前一种过渡方案石油制品作为氢的供源，对环境不造成污染，后一种过渡方案石油制品仍参与燃烧，仍将排放有害物质，这是两种不同性质的过渡方案。
混合动力电动汽车仍将有石油制品参与燃烧排出有害物质使人们感情上对其产生厌恶，但考虑到汽车一下子达到零排放有困难，采用逐渐减少有害物质的排放的方案也是不得已而为之的办法。
3.4其他过渡方案
除了电动汽车，人们还对其他清洁汽车方案展开了研究，如含醇汽车（汽油中添加醇类）、燃气汽车（双燃料：汽油+液化石油气或汽油+压缩天然气；单燃料：液化天然气或压缩天然气）等。考虑到天然气的储量十分丰富，约是石油储量的1.5倍，相对石油来说，天然气消耗量较少，因此可以在一段时间里成为石油资源的替代品。同时液化天然气具有储存能量密度大，续驶里程长，环保性能优越、价格便宜、加气方式比较容易实现，因此笔者赞同把开发燃烧液化天然气的汽车作为过渡方案之一。然而这一过渡方案仍采用内燃机，仍采用化石燃料，仍有排放问题，与我们的最终目标不吻合。
3.5大有发展前景的氢燃料内燃机汽车
在人们从不同角度进行电动汽车开发活动的同时，宝马公司则把开发氢发动机作为新能源汽车开发的主攻方向，并在2000年汉诺威万国博览会上提供了10辆装有V12氢发动机的宝马750hL轿车作为定点运行班车，向人们展示了全新内燃机和全新能源氢燃料相结合的新一代汽车的光明前景。
氢发动机以氢为燃料，采用汽油机一样的方式，由活塞压缩并使之燃烧产生动力。而从发动机排出的几乎全是水，co2排放量几乎为零。
氢燃料内燃机汽车大规模使用仍然有待于制氢工厂的建设和加氢站的普遍建立，宝马公司认为不是等加氢站建立起来后再去开发氢燃料内燃机汽车，而是通过氢燃料内燃机汽车的逐渐普及去推动加氢站的建设。这和汽油机汽车发展初期加油站随其同步发展的情况是相似的。
3.6几种新能源汽车方案发展态势预测
下图为新能源汽车发展态势预测图。笔者将二十世纪后三十年及二十一世纪前五十年共八十年时间划分为三大阶段，2000年以前为新能源汽车研究开发阶段；2000年到2030年为几大类新能源汽车发展竞争阶段；2030年到2050年为新能源汽车开始取代传统内燃机汽车阶段。
图中显示，开始，相对氢燃料电动汽车和混合动力汽车，纯电池电动汽车处于领先地位，但由于电池技术遇到较大困难，氢燃料电动车、特别是混合动力汽车相对发展较快，到2020年左右电动汽车中排在前面的是混合动力汽车，其次是氢燃料电动车，纯电池电动车进展缓慢，处在最下风。而氢燃料内燃机汽车由于氢发动机技术逐步完善而大踏步顺利发展。到2030年之后，随着电池技术的突破，纯电池电动汽车因低成本、制造简便而突飞猛进，与氢燃料内燃机汽车并驾齐驱，开始取代传动内燃机汽车，其他电动汽车过渡方案逐渐完成历史使命。2040年以后，由于电池技术更加成熟，成本更加低廉，动力更加充沛，整车制造更加简单灵活，与较为复杂的氢燃料内燃机汽车相比，更具有优越性，逐渐取得主导地位。
此图仅为几种新能源汽车发展态势比较图，并无量的概念，另外，时间预测也未必很精确，肯定有些误差，特此说明。
新能源汽车发展态势预测图
4.抓住新能源汽车开发机遇，提升中国汽车工业水平
4.1坚定目标不动摇
既然我们已经认识到传统内燃机汽车对地球环境造成破坏，有限的石油资源即将被数量越来越庞大的内燃机耗尽，我们就应该坚定开发新能源汽车这个目标不动摇。然而到现在为止，传统内燃机汽车似乎方兴未艾，汽车制造商、各大石油公司享受着丰厚的利润，驾车族们享受着快捷和便利，各国政府也从中获得巨额的税收回报。这些眼前的好处，容易使人们迷惑，缺乏对开发新能源汽车的责任感和原动力。
另外，人们在开发新能源汽车的过程中，在每一个具体技术领域中均遇到很大困难，这些困难也确实不断在考验着我们的开发决心。
表面上看开发新能源汽车的许多困难是技术上的困难，但其背后反映的是我们观念上的问题。如汽车制造商说他们不大批量生产电动汽车是因为电动车价格高买不动，而专家认为价格高是因为他们不大批量生产。
所以笔者认为，不愿意放弃现有的商业利益，可能是开发新能源汽车的最大障碍。
4.2政府牵头、全力推进
新能源汽车开发，涉及到许多技术领域，如能源、材料、物理、化学、机械、电气、自动控制、环保等，也涉及到相关企业、研究机关、大专院校，同时新能源汽车的开发具有明显的社会效益（初期经济效益可能会不明显），这就需要政府来作牵头人。这是其一，其二新能源汽车开发能否引起普遍重视，很大意义上取决于政府的态度，政府或者用政策鼓励或者用法规限制，将对企业行为起明确的引导作用。如美国加州空气资源局（CARB）1990年通过ZEV法案，1996年和7个主要制造商（克莱斯勒、福特、通用、本田、马自达、日产和丰田）签订协议，要求在这个州销售新的汽车和轻型载货车必须有2%的车为零排放，2000年12月25日公布修订的新ZEV要求到2003年有10%的零排放。美国政府的这些法案，对企业开发清洁汽车作出了明确的要求。
我们高兴的看到，中国政府也很重视发展清洁汽车，提出把发展清洁汽车作为发展中国汽车工业的突破口，并将清洁汽车重点科技攻关项目列入到“九五”、“十五”规划，电动车标准的制定工作正在进行。
但从目前阶段我国关于新能源汽车的开发进展看，仍显得力度不大，进展不快，特别是汽车制造业本身没有大的动作。因此，我国政府和全社会要下大决心，坚决、有力、快速推进新能源汽车的开发、应用。
笔者建议，由政府牵头，成立全国性的新能源汽车开发推进委员会，基本任务其一是结合我国实际、确立我国开发的主攻方向和进程计划；其二是将新能源汽车所有相关技术难题排列出来，落实到有关研究机关，大专院校和企业限期完成攻关；其三是募集开发基金和奖励基金，确保开发资金的到位和对开发人员的激励；其四是组织国际研讨、交流，促成研究成果国际共享。
4.3抓住机遇、赶上世界水平
世界汽车工业已经历了100多年的发展，世界发达国家在传统内燃机汽车方面创造了辉煌的技术成就和经济业绩。而在新能源汽车开发方面，虽然世界各国有小的成就和进展，但总体讲尚处于起步阶段，先进国家和发展中国家在这一领域基本处在同一起跑线上。
世界各国近几年新能源汽车开发实践越来越证明一个基本道理，谁率先掌握新能源汽车的关键技术，谁就捏住了未来汽车工业发展的牛鼻子。而且这种技术很有可能首先被汽车业界之外的企业所掌握，因此在未来岁月中，原来汽车主机厂为主导，统帅零部件厂的秩序将被打乱，一个新的汽车工业格局将出现。
而在我国，汽车业界内人士未必全都认清了上述基本形势和新的发展动向，不少人仍热衷于赶传统内燃机汽车的最后一班车，对传统内燃机汽车的外国品牌，引进、消化、再引进、再消化，热情不减。
不久前国内还有所谓权威人士批评我们开发新能源汽车犯了方向性错误，是把力量投到不现实、不重要的环节，说什么“只要地球上的石油资源还没有枯竭，新能源就不可能成为汽车动力的主流。”按照他的说法，人类等世界上的森林砍光了再开发煤炭，或煤炭挖尽了再开发石油，今天的世界就不知道变成什么样子了。这位权威人士还奢谈什么“量变”“质变”，但不努力推动量变，怎能早日促成质变？
所以笔者认为，当前世界各国在新能源汽车方面基本都从零开始开发，是中国汽车工业的最好机遇。与其在汽油机、柴油机汽车方面跟在别人后面爬行，不如争取在新能源汽车开发上获得突破，这样中国汽车工业有望一举赶上世界先进水平。
大家在同一起跑线上发展，中国异军突起的事例很多，如在超导领域，中国目前就处在领先地位，再如人类遗传基因的研究，中国也处领先地位。只要大家努力，在新能源汽车开发上中国再创奇迹，不是没有可能的。
资料来源
1． 国民科普大课堂 北京.中国民航出版社；1997.2
2． 《轿车情报》2000年第11期----2001年第9期3． 《世界汽车》2001年第6期4． 《中国汽车报》
