主题：【原创】混合动力汽车之路（一） -- 波波粥
家园 【原创】混合动力汽车之路（七） 谈到混合动力汽车或者电动汽车动力装置，现在最为炙手可热的是锂离子电池，全球各大厂商争相投资锂离子动力电池的研发与生产，可是在聚光灯外，还有一位昔日的“过气明星”-燃料电池汽车
回想起2000年前后，燃料电池汽车的风头绝不亚于今天的锂电池汽车，当时，各大汽车生产厂家纷纷加紧开发燃料电池技术，并且合纵连横，组成各种联盟，进行燃料电池车的相关研究。但是8年过去了，当年踌躇满志，要在5年内被产业化的燃料电池汽车在这弹指一挥间，已不再是各大厂商的宠儿，早已是“门前冷落车马稀”了。
谈混合动力汽车，燃料电池是无论如何不能跳过去的，那么我也在这里“炒炒冷饭，烧烧冷灶”了。
燃料电池本质上也是一种化学电池，它将化学反应时释出的能量直接转换为电能。但是与其他化学电池如铅酸蓄电池等不同的是，它在工作时需要连续供应反应的物质--燃料和氧化剂，而它所使用的反应物质如氢气，甲醇等都可以称为燃料，所以这种类型的电池就成为“燃料电池”，它通过电化学反应而不是燃烧把燃料的化学结合能转变为我们可以直接使用的能量形式（电能）。燃料电池的能量转换过程不受卡诺循环的限制，能量转化效率高，在反应中几乎不产生NOx和SOx，正是由于这些突出的优越性，当年各国政府与各大公司对燃料电池是趋之若鹜，认定它就是未来汽车动力的最佳解决方案。
燃料电池中，最被人们所看好的是氢氧燃料电池，氢气（H2）与氧气（O2）的反应产物只有水（H2O），而水通过电解以后还能够制备出氢气和氧气，这样的燃料电池简直符合环保法规的一切要求。
氢氧燃料电池原理示意图：
１。氢气通过管道或导气板到达阳极
２。在阳极催化剂的作用下，1个氢分子分为2个氢离子（即质子），同时释放出2个电子。阳极反应为：H2→2H＋2e
３。在电池的另一端，氧气(或空气)通过管道或导气板到达阴极，同时，氢离子穿过电解质到达阴极，电子通过外电路也到达阴极
４。在阴极催化剂的作用下，氧与氢离子和电子发生反应生成水，阴极反应为：1/2ｘO2＋2H＋2e→H2O
氢氧燃料电池的总反应方程是： H2+1/2ｘO2→H2O
与此同时，电子在外电路的连接下形成电流，通过适当连接可以向负载输出电能。把燃料电池装在汽车上，由燃料电池来为汽车提供电力，汽车就像加油一样在燃料箱里加注液化氢气，甲醇等物质，一切看起来都是完美无缺，在技术上，无论燃料电池，还是电力驱动系统，都已算得上成熟技术了。
使用燃料电池的汽车结构示意图：
在中国，燃料电池汽车的研究开展的也很早，目前，中国氢燃料电池汽车的研发主要是在上海，北京和大连。其中，在上海取得的成绩更大一些，目前上汽集团和奇瑞都在和同济大学合作开发燃料电池轿车。清华大学的主攻方向是客车（863计划“电动汽车重大科技专项”中的“燃料电池城市客车”项目），她开发的燃料电池公共汽车也已经在北京上路了。
同济大学，上汽集团合作开发的搭载燃料电池的荣威轿车：上海牌
清华大学开发的燃料电池公共汽车
看来所有的消息都是挺鼓舞人心的，看来燃料电池汽车距离商业化也就一步之遥，美国能源部之前为燃料电池汽车设立的时间表还历历在目，现在看来，计划中的２０１２年商业化还显得遥遥无期，而且燃料电池的风头渐渐被锂离子电池所盖过。
美国能源部发布的燃料电池汽车目标进度
那么，燃料电池汽车的普及面临哪些困难呢？
首当其冲的就是在目前的技术条件下，燃料电池汽车造价偏高。目前广泛使用的质子膜燃料电池需要贵金属Pt作为催化剂，但是Pt的价格昂贵、资源匮乏，使得质子交换膜燃料电池的成本居高不下，限制了其大规模运用。
氢气的储存和运输也是一个大问题。液化氢气只能在低温下储存，如何在汽车上安全的储存氢气是一个老大难问题，目前主要是液态氢气储存和通过固态物质来储存氢气。宝马氢动力Hydrogen-7（它是使用氢气直燃的）上使用液化气瓶来储存氢气，而且储存的氢气要在一定时间内用完，否则时间长了就全部挥发了，同时，在碰撞安全上，这个液化气钢瓶也是非常危险的。燃料电池汽车的普及和商业化必然需要建立大量的加氢站，现有的加油站不能简单地加以利用，而需要彻底改造。而加氢站的投资比传统加油站大得多（需要低温冷藏设备），这个项目简直是吞金兽，
所有这些制约因素，都促使人们在今天更多的转向混合动力汽车和纯电动汽车。当然，燃料电池汽车在未来的动力装置中也未尝没有一席之地，比如在大型车辆上，如公共汽车，工程车辆上还是可以发挥燃料电池的优势。
家园 氢燃料电池还没有完全过时 氢气不好存储，运输，是最大的问题。这个问题的一个解决方案，是把制氢这个工艺直接放到汽车上，汽车仍然使用常规燃料，比如汽油，石脑油，甲醇等，通过车载的反应器经过重整转化成氢，然后供燃料电池使用。这样就可以利用现在的加油设施，也解决了氢的储存和运输问题。
听起来有点罗嗦，不过技术上在理论上的确是可行的。造价么，当然就更贵了。
相比锂离子电池来讲，使用燃料电池的最大优点就是能量物质的能量密度高，汽车可以携带的能量多，符合现在的汽车使用观念。毕竟汽车发展了一百年，目前普遍的加满油可以行使五百公里左右的常规做法，是有其道理的。这个五百公里也是市场选择的结果么。
另外使用铂算不上一个障碍。本身这个铂可以回收，另外可以节省尾气催化剂里面铂的用量，所以实际上增加的费用有限。再有，现在铂都比黄金便宜了。。。
不利的地方是二氧化碳仍然是分散排放，不利于集中处理。另外似乎还没有车载重整的技术。再有，绕这么大圈子，比内燃机在降低污染方面好不了多少，似乎没多大意思。
家园 沙发. 燃料电池还有另一种做法：用传统燃料或是类似传统燃料的碳氢化合物，在反应炉中分解成氢气和二氧化碳，然后氢气去燃料电池。这样做的效率虽然不如纯氢高，但也免去了氢气储存和运输的麻烦。而且排放上肯定会比内燃机要好很多。
催化剂确实是个大问题。目前还没有技术能够廉价制造高效催化剂。将来可以考虑用纳米材料把Pt等贵金属“托”起来，增大表面积的同时减少材料的用量。
家园 【原创】混合动力汽车之路（六） 这几天对后续帖子的思路作了一些调整，更换了话题，终于可以把这个系列续上了。之前，我本想写个长系列《汽车主动安全技术》，但是当时其他事情占用了大量的精力，所以中途停下了，争取以后把这个大坑（在我计划里，我要写完汽车运动学，刚写到轮胎呢
）填完。现在么，呵呵，现在先把混合动力这个系列填完吧。在上一篇帖子里对于混合动力布置方案中的并联混合动力与串联混合动力作了一番分析，谈到了这两种方案的优缺点，现在，出现了一些新的设想，可以来弥补这两种方案的缺点
。并联混合动力的主要缺点是内燃机不能给电池组充电，这样当电池组电力耗尽，而汽车还在行驶时，电池组就和一块秤砣无异，徒然耗费能量。但是这样的设计也有一个好处，那就是内燃机和电池/电动机各不相干，结构简单，维护方便。那么有什么办法可以扬长避短呢?
也许您会说，这有什么难的，电池没电了，再去充电呗，就和汽车没油了去加油一样，在高速公路上设几个充电站不就解决了
。对，有道理，可是目前电池充电时间是个大问题，锂离子电池的充电时间也要3-4小时呢，我们不能在充电站等那么久啊（ＢＹＤ宣称拥有快速充电技术，１０分钟可以充７０％，但我目前还没有看到其他厂家有这样的说法，把它作为一个特例，先按下不表）。一个新的设想是：与其充电，不如更换电池组！更换电池组
，对于并联混合动力再合适不过了呢
，因为并联混合动力的主要动力来源还是内燃机，电池组一般不会设计很大，所以电池组的布置位置可以灵活些，通过模块化设计，把电池组设计为可快速拆卸的形式，在高速公路上可以每隔１００公里设置一个电池更换站，这样汽车可以进站更换电池，换下来的电池在可以在站里慢慢充电
，而汽车则带着新的电池组奔向远方。。。。。。慢着，应该是奔向下一个电池更换站这是Ｆ１赛车进站更换轮胎的情景，今天的Ｆ１赛车，通常只需要６－８秒钟就可以更换全部轮胎。
模块化设计的汽车电池组，也可以做到“快速更换”
同样，我们换一种思路去看待今天的电动汽车，电动汽车在高速公路上长距离行驶，对电池性能提出了相当高的要求，如果我们能够快速更换电池组，那么也是解决这个问题的好办法之一。电动汽车的动力装置和传统汽车截然不同，它同样也改变了我们的一些传统的驾驶习惯，如果我们能够主动的对一些传统观念进行调整，那么会不会产生“柳暗花明又一村”的效果呢？
家园 几张图. 都不实用. 看着玩吧. 
外链图片需谨慎，可能会被源头改It looks like a lunar lander, but what's really out of this world about the Venturi Eclectic tribrid is that-for short distances, at least--it can be powered entirely by wind and sun. Thanks to its onboard wind turbine, a mere breeze can juice the car's battery enough to provide nine miles of driving. You get three to four more miles from solar panels on the roof. (To go farther than the grocery store, you need the car's plug-in battery.) Without sides, the Venturi is not the safest, although its designers say it's intended more for errand running than for highway merging. Last year, the company sold 200 early versions of the car for $33,000 each; more mainstream models were unveiled in October. Whether or not this particular car catches on, the hope is that its innovative technology will.
外链图片需谨慎，可能会被源头改As cars become smaller and sleeker with our changing energy needs, the experience of driving is likely to morph too. Enter the VentureOne, from a California manufacturer and a Dutch engineering firm. It's one of half a dozen three-wheel concept cars being developed that combine the fuel savings of hybrids with the excitement of riding something like a motorcycle. In this case, the car is the same height and length as a Mini Cooper, but the car's pilot--er, driver--is enclosed in the single front seat by a glass canopy. (Another passenger can sit in the single backseat.) And on a quick turn--yee-ha!--the vehicle tilts to one side. The cars are priced at about $25,000 and go on sale in early 2010.
外链图片需谨慎，可能会被源头改You know you'd feel smart driving an emissions-free car. But the Tesla Roadster--an all-electric sports car--is proving that losing a tailpipe can be stylish too. The two-seater, which looks (and costs) more like a Porsche than a Prius, not only accelerates from zero to 60 in four seconds but gets more than 200 miles per charge. And it's powered entirely by its lithium-ion battery, unlike hybrids, which have two separate systems: an electric motor and a gas engine. The downside? Meeting demand. Though the company has sold more than 1,000 of the six-figure vehicles, it has delivered only 30; the plan is to roll out close to 2,000 next year.
家园 你这个办法大大不好 电池组能快速更换 就意味着能被快速偷窃. 考虑到国内实际情况
你这个办法估计就行不通
