浅谈混合动力和电动车辆对环境的影响

浅谈混合动力和电动车辆对环境的影响

顾亚琴

上海市产业发展研究和评估中心上海200093

摘要：了解现有的混合动力和纯电动汽车（BatteryElectricVehicle，简称BEV）整个生命周期的环境影响。合成研究结果以比较不同BEV和内燃机车辆（internalcombustionenginevehicle，简称ICEV）选项产生的污染因子。同时，比较其他影响。研究的范围包含在一个完整的混合动力车和纯电动的环境评估的生命周期阶段，排放类别，影响类别和资源使用环境评估。

关键词：电动车电池；电动汽车；温室气体；插电式混合动力车；行驶

1.背景介绍

混合动力就是指汽车使用汽油驱动和电力驱动两种驱动方式。纯电动汽车（BatteryElectricVehicle，简称BEV），它是完全由可充电电池（如铅酸电池、镍镉电池、镍氢电池或锂离子电池）提供动力源的汽车。

许多政府和倡导团体都在推动采用混合动力和纯电动汽车（BEV）作为其重要组成部分减少温室气体所需的技术组合排放和能源使用（Greenpeace2008；Kendall2008；石油独立委员会2006；Bellona2009年；Spongenber2008；WBCSD2004）。最近在气候政策方面的兴起，已经产生了许多大型汽车制造商开发并增加该方面的新能源车辆的产量，如本田思域和InsightHybrids；雪佛兰MalibuHybrid和梅赛德斯-奔驰S400混合；丰田普锐斯和福特等全系列混合动力车FusionHybrid；插电式混合动力车，如雪佛兰Volt。目前还有像雷诺KangooPHEV三菱i-MiEV，NissanLeaf，雷诺KangooBEV，福特电气Focus，Think和TeslaRoadster等制造商都在纷纷涌入电池电动车的生产和研发中。如今这些制造商们对电动车的浓厚兴趣源于这些新能源车基本没有或低尾气排放。然而，正如Lave和Hendrickson所说的那样回应加利福尼亚提出的零排放20世纪90年代中期的车辆政策，直接尾气排放只是环境影响的一个方面。全生命周期评估是比较其行驶过程中以外的环境影响方面，因为它还包含了资源在整个生命周期中使用和产生环境污染的其他零部件产品。在这里我们先区分三种类型的车辆，电动车电动车（BEV）仅使用电动车电动机，混合动力电动车（HEV）同时使用电动机（EM）和（ICE）以及插电式混合动力汽车（PHEV），驱动系统包括了传统的燃油发动机和一台电动机，两者可独立工作，也可协同合作。

2.车辆尾气排放量统计

以上图表基准排放的CO2，NOX，N2O，CO，CO2，CH4，HC，PM和VOC。不出所料，大多数研究报告二氧化碳排放，混合动力车为16，插电式混合动力车也为16，纯电动车为11。在温室气体，氮氧化物排放或前体之后烟雾是随后报告的第二大排放量通过CO。SO2，PM，N2O，HC，VOC和CH4排放评估的频率低于温室气体，氮氧化物或一氧化碳。

除了梅赛德斯S系列和大众高尔夫A4这两款车型，其他所有传统的车辆气体排放量估计为35gCO2e/km。我们采用制造商提供的结果作为参考，除梅赛德斯外的所有情况S系列和VWGolfA4车型产生9.2gCO2e/MJ，以及使用传统的无铅汽油和燃料产生12gCO2e/MJ，使用本田InsightHEV和Smartfortwo产生1.2MJ/km。温室气体最常报告的结果就是酸化（SO2，NOx），烟雾（CH4，NMVOC，NOx）和毒性影响。随着现代电动汽车设计的快速发展，估计其影响的程式化研究的细节和质量可能比工业赞助更不确定或更不完整。

3.电池研究结果

在提供价值的地方，我们还比较了温室气体指标（GWP）电池生产，虽然公里不是电池生命周期（LCA）的最佳功能单元，我们以这种方式编制了GWP结果与最常见的电动汽车功能单元保持一致，因为许多研究没有提供其他信息。这应该前面还要注意的是，差异反映出来与不同电池质量相关的差异车辆类型和个别研究的假设。Majeau-Bettez，Notter、扎克里森、Rantik提供最完整的LCI的牵引电池。不幸的是Rantik的研究的电池生产技术在过去十年中迅速发展中变得有点过时。此外Rantik的研究还不包括锂离子电池。电池库存使用情况仍然存在，并且开发基于电池的近似值材料内容使它们不确定且具有代表性最低限度。他们提出不同的GWP锂离子电池生产的结果比以前报告估计要好，但提供的细节很少描述如何获得这些值。Buchert介绍了PriusNiMH的材料含量以及GWP和不同回收方案下的相关组件，但只有有限的方法描述可用。Samaras和Meisterling（2008）提供了几个用于与不同的全电动相关的锂离子电池范围基于Rydh的结果研究和Sanden（2005）对光伏系统中电池的研究。它们的排放量似乎没有直接扩大电池范围，而是从30公里的电池范围急剧攀升到60公里，从2~7gCO2e/km，然后对于90公里的电池范围，增加了250％，仅增加了10gCO2e/km。在用于GI-HEV和PHEV的通用电池生产GWP由于电池质量较低。随着EV技术的发展，对电池的了解随着库存开发能力的提高，制造业也有所改善电池电量更高的趋势生产，GWP在最近的研究中与事实有关库存变得更加完整。Notter等提供更新的LCI锂锰氧化物电池并找到阳极和阴极的生产约占电池总GWP的电池组本身的生产大致占一半。

电池生产结果可变性的关键来源在电动汽车的背景下是电池寿命。然而在电池相关的文献中，充放电循环等多种因素有助于实现延长寿命。关于电池寿命的共识存在差异更多地归因于使用模式的不确定性和消费者行为。特斯拉汽车为了让特斯拉RoadsterLi-ionBEV该车型电池寿命估计为5年或160，000公里（特斯拉2009年），而丰田NiMH普锐斯（丰田2009）使用的电池寿命估计为240，000公里，普锐斯本身的电池寿命比它预期长。应该有两种可变性的可能解释提及。首先，电池的预期寿命增加了近年来显著；第二，不同技术的生命周期差别很大，寿命为80％的放电深度范围NiMH或锂离子电池的充电放电周期约为3，000次，锂离子与磷酸铁的充放电循环阴极为80％，用镍钴锰氧化物阴极充放电周期可以到6，000次。

据报道，锂钴镍锰电池的值比正常高3.6倍。报告每千克锂锰氧化物电池电池，6~22gCO2e/kg。这种差异可归因于与材料相关制造工艺的处理。研究电池生产的材料可用性表明锂甚至可能相对充足锂离子电动汽车的高渗透率。对稀土的担忧NiMH电池中使用的元件与电池的关系更为重要中国产能占主导地位，占我国产能的97％，2008年的产量超过全球资源储备（USGS2009）。值得一提的是电池之间的差异管理系统，电子控制和温度不同电池技术所需的控制系统。这主要归功于电动汽车行业的快速发展。继续前进，改进基于第一代的数据电动汽车将有助于更好地了解电池的实际寿命EV电池正在使用中。随着电动汽车制造业的成熟与相关行业相比，研究能够更好地建模有关电池停电，再利用和回收的现实情况。

4.结论

在生产方面，仍有一些差距的影响，尽管如此，生产的差异仍然存在影响与某些决定相关，例如在短期内选择具有潜在成本效益的技术。电动汽车的组成部分最多的研究的就是电池部件，但只有少数几个电池是透明公开的。很多研究审查是基于非常粗略的电池生产。随着现代电动汽车设计的快速发展，估计其影响的程式化研究的细节和质量可能比工业赞助更不确定或更不完整研究，如已完成的研究ICEV刚刚开始为电动汽车展示。建议的趋势现有数据表明VOC、N2O和CH4的排放量较低与EV的生命周期相关联。类似地，PHEV和BEV证明随着生命周期SOx排放变高，可能与燃煤电力的使用有关。然而，我们的调查没有提供足够的数据点比较。我们的调查没有发现显着差异用于PM10，CO和NOx。

从全生命周期考虑来考虑效率。传统内燃机汽车效率为38%，又因为汽车在市内行驶中频繁的停车、低速行驶等，造成内燃机空转或处在低效率区，其最终效率不过12%。纯电动汽车停车时无机器空转，80%以上的电池能量可转为汽车的动力，即使考虑到原油的发电效率、送配电效率、电池充放电效率，其最终效率也可达到19%。

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