一. 当前各种混合动力汽车和纯电动汽车都趋向多种能源角色的组合

　　汽车对动力源的需求不仅是足够的能量以保证续驶里程，而且要求提供大幅度波动的功率。因为汽车加速和爬坡所需功率可达到匀速行进功率的十倍以上，甚至还有制动时的强脉冲负功率能量有待收回。所以，汽车的动力源需求具有大幅度功率波动的特性，需要恰当的高功率角色。

　　我国迅猛发展的汽车产业消耗大量汽油，而当前传统燃油汽车无法合理地提供汽车的动力源需求，因而浪费大量汽油而严重影响节能环保和国家石油安全。传统燃油汽车只用单一燃油机来应对汽车大幅度变化的功率需求，只能按照加速时要求的大功率设计，就难免出现在匀速行驶时”大马拉小车”的角色错位，而且低效率，也不能回收制动时的能量，严重浪费汽油并提高废气污染。

　　发展节能环保的新型汽车已是进步人类的共识。当前各种五花八门的混合动力汽车和纯电动汽车，都趋向多种能源角色的组合，寻找解决角色错位的最佳方案，希望更好地满足汽车大幅度功率波动需求。

　　二. 增程式电动汽车为何比传统汽车节油并满足用户”续驶里程长且充电方便”需求

　　以近期最能满足用户”续驶里程长且充电方便”需求的增程式电动汽车为例，这为燃油机安排了合适的角色并取得了成功。增程式发电机虽然也需燃油，但是基本上只担负匀速行驶时恒定小功率的能量型动力源角色，从而取得比传统燃油机节油一半的重大成绩。

　　增程式电动汽车节油的原因在于其中的小燃油发动机摆脱了大功率负担，其唯一作用是发电，可连续工作在最佳转速下，输出的功率和扭矩也基本恒定，因而其效率、排放、可靠性等均处在较佳状态，是典型的能量型动力源角色，成为延长行驶里程的主力，而且在解除汽车用户对非经常性续驶里程的担心后，电动汽车配置的蓄电池能量只须按每日经常性里程(80公里以下)设计。车载蓄电池减轻，既减少了每公里能耗，又适合于在夜间停车位或家庭停车库用电网谷电进行慢充电，有利电网峰谷平衡，从而破解了”电动汽车续驶里程短且充电难”的困惑。

　　相对而言，各种混合动力汽车或插电式混合动力汽车虽然也采取组合能源，回收了一部分制动能量，但是其中的燃油机仍需应对汽车大幅度变化的功率需求，依然角色错位而难免浪费汽油。只有增程式电动汽车的小燃油机输出功率基本恒定，才能提高效率而取得节油一半的效果。对大部分市区汽车用户而言，每年总里程中只有20%里程为非经常性需要而启用能够节油一半的增程式发电机，其余80%里程为零油耗的纯电驱动模式，所以增程式电动汽车的每年平均节油率可达90%，非常接近纯电动汽车的100%节油率，而且增程式发电机包含的技术都比较成熟，近期可先上马实现产业化。

　　三. 蓄电池也难以面对汽车大幅度变化的功率需求

　　纯电动汽车、增程式电动汽车或插电式混合动力汽车行驶时，全部或大部分里程全靠电能驱动，电能通常来自蓄电池。这时蓄电池替代了传统汽车燃油机的角色，面对汽车大幅度变化的功率需求。那么，蓄电池有没有类似燃油机”大马拉小车”的角色错位问题?答案是”有”!

　　要求当前蓄电池同时兼顾功率型和能量型角色，适应功率变化十几倍的汽车，难免要各方面(包括技术性和经济性)作出重大牺牲。理由是：汽车启动加速时脉冲放电功率很高，制动回收能量时脉冲充电功率更高，而高功率型蓄电池必须设计非常薄的电极极板和非常细的活性颗粒以减少内阻并保证活性材料利用率，当前在工艺上更不成熟，而且电池中非活性材料(隔膜、集流体等)所占的百分比必然更高。导致结果是：

　　1. 强功率型蓄电池能量密度更小(只有能量型蓄电池能量密度的50%左右)。意味着同等续驶里程需要更重的蓄电池。为了应对汽车的高功率而不得不忍痛牺牲了宝贵的”能量密度”指标。

　　2. 汽车制动能回收时对蓄电池强充电，伤害极大，所以只能放弃回收或只回收很小部分能量。难以实现利用回收的制动能以延长续驶里程。

　　3. 在寿命与运行成本方面，按功率型蓄电池设计且运行中经常遇到强功率充电放电，必将使蓄电池寿命更短，导致折旧费即运行成本更高。

　　4. 在生产成本方面，强功率型蓄电池制作成本和非活性材料成本更高，导致生产成本更高。

　　5. 在安全性方面，强功率型蓄电池发生事故时，瞬间释放的功率更大，安全性更差。

　　总之，蓄电池在电动汽车中的角色错位更加重了蓄电池成本高、循环寿命短、安全性差和比能量太低的难题，成为当前电动汽车市场化的又一重大障碍。

　　四. 汽车动力源中的理想高功率角色 –-- 超级电容器

　　燃油机和蓄电池之外，还有没有新的动力源可以担负起汽车所需要的高功率角色?人们把注意力集中到飞轮储能和超级电容器。飞轮储能技术还在萌芽阶段，于是，汽车动力源中的理想高功率角色 -- 超级电容器便应运而生。超级电容器是高循环寿命、高功率而低能量的动力源。应用于汽车时的优势是：

　　1. 汽车启动加速时，主要由超级电容器提供短时间高功率，提高动力性能;

　　2. 汽车制动时由超级电容器吸收短时间高功率，延长续驶里程并避免蓄电池受大电流冲击，而延长蓄电池寿命;

　　3. 高功率工作时间短，超级电容器携带的能量不高，安全性高。行驶中随时由能量型动力源(能量型蓄电池或燃油机)补充充电，即充即用;

　　4. 循环寿命比蓄电池高出2个数量级以上，可达10万次至20万次。

　　五. 增程式发电机、能量型蓄电池和超级电容器三个角色各得其所

　　把电动汽车需求的能量和功率分别由增程式发电机、能量型蓄电池和超级电容器三个角色分别承担，是解决当前电动汽车动力源角色错位的最佳方案。不仅满足用户”续驶里程长且充电方便”的技术性需求，也有利于缓解昂贵蓄电池的经济性和安全性难题。其优势是：

　　1. 增程式发电机免除用户对续驶里程短和充电难的担心，车载蓄电池可以大幅度减少而降低成本，而且每年平均节油率可达90%。

　　2. 超级电容器回收制动能量，提高汽车启动、加速和爬坡性能，而且蓄电池由于避开高功率充电放电的冲击而延长寿命，降低蓄电池折旧率和运行成本。

　　3. 可以采用能量型蓄电池替代功率型蓄电池，能量密度提高一倍左右，同等里程可少用蓄电池，降低蓄电池重量和购置成本。

　　4. 能量型蓄电池每千瓦时的制造成本低于功率型蓄电池。而且蓄电池寿命较长，折旧费下降，运行成本降低。

　　5. 高功率型超级电容器能量不高，没有燃烧爆炸危险;车载蓄电池较少，且能量型蓄电池功率不高，因而安全性得到改善。

　　(本文作者系中国科学院院士)

　　( 编辑/李艳娇 )

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