新能源電動汽車

1、在國家頒布的各種新能源車優(yōu)惠政策方面，基本上以電動車為主，包括純電動汽車和插電式（含增程式）混合動力汽車，這兩種（也可以說三種）車都有共同的特點(diǎn)：可以以純電動方式行駛，使用的動力電池不包括鉛酸電池，而且有外部的充電插口。另外，包含其中的燃料電池汽車，也是以電能驅(qū)動車輛行駛。綜合以上的原因，并且更符合消費(fèi)者的稱呼，我們把純電動汽車、插電式（含增程式）混合動力汽車、燃料電池汽車統(tǒng)稱為“電動車”。 電動車類型解讀純電動車型 純電動車顧名思義就是純粹靠電能驅(qū)動的車輛。盡管被冠以“新能源車”這個看起來十分前衛(wèi)而又富有科技感的稱謂，但拋開那些各式各樣的外表和配備，電動車的動力系統(tǒng)其實(shí)十分簡單，簡

2、單到用兩個部分就可以概括：電能儲存系統(tǒng)，也就是電池組，以及提供驅(qū)動力的電動機(jī)。如果按照這樣的視角看待純電動車，你就會發(fā)現(xiàn)，其實(shí)在高端展廳耀眼燈光之下價值百萬的特斯拉豪華電動車和小時候玩的迷你四驅(qū)車其實(shí)沒什么兩樣。當(dāng)然，這僅僅是從驅(qū)動形式來講的，如今的純電動車輛在電池材料、電池管理、電動機(jī)以及車載設(shè)備的技術(shù)復(fù)雜程度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了你的想象，這也就是為什么純電動車的價格往往并不便宜。插電混合動力車型 插電混合動力車型在國內(nèi)還算不上普及，但“混合動力”這個名詞對中國消費(fèi)者并不陌生，我們經(jīng)常可以看到以豐田普銳斯和雷克薩斯CT200h為代表的日系混合動力車型在路上穿梭。插電混合動力，就是可以“插電”的混合動力

3、，因此我們需要首先先了解一下什么是混合動力車型。混合動力按照不同的定義可以有多種分類方式，其中一種為按照內(nèi)燃機(jī)和電動機(jī)動力的混合度進(jìn)行分類。目前國內(nèi)普遍采用的混動系統(tǒng)按混合度分類標(biāo)準(zhǔn)為： 微混合型：電動機(jī)峰值功率和發(fā)動機(jī)的額定功率比5%； 輕度混合型：電動機(jī)峰值功率和發(fā)動機(jī)的額定功率比為5%-15%； 中度混合型：電動機(jī)峰值功率和發(fā)動機(jī)的額定功率比為15%-40%； 重度混合型：電動機(jī)峰值功率和發(fā)動機(jī)的額定功率比為大于40%。 除此之外，另一種較為常見的分類方式是按照動力系統(tǒng)的連接方式，可以將目前現(xiàn)有的混合動力車型分為串聯(lián)、并聯(lián)和混聯(lián)三種形式。其中在串聯(lián)形式中，內(nèi)燃機(jī)發(fā)動機(jī)并不直接提供動力，也

4、不能單獨(dú)帶動車輪，而僅僅用作帶動發(fā)電機(jī)為電池充電，提供電動機(jī)運(yùn)行的電能。這種形式通常也被稱為增程式，我們將在后面為您詳細(xì)介紹。 與串聯(lián)形式相對應(yīng)的就是并聯(lián)。在并聯(lián)系統(tǒng)中，發(fā)動機(jī)和電動機(jī)與車輪均有機(jī)械連接，都可以單獨(dú)帶動車輪，同時也可以協(xié)同工作，共同驅(qū)動車輛。目前，并聯(lián)混動系統(tǒng)多用于微混與輕混車型，電動機(jī)更多地用于車輛起步和加速時動力的輔助來源。 除了串聯(lián)和并聯(lián)的形式，目前用到最多的是混聯(lián)混動系統(tǒng)?；炻?lián)系統(tǒng)綜合了串聯(lián)和并聯(lián)的特點(diǎn)，兩種動力單元即可以單獨(dú)驅(qū)動車輛，也可以共同協(xié)作，同時混聯(lián)系統(tǒng)由于具有單獨(dú)的發(fā)電機(jī)，不再像并聯(lián)系統(tǒng)那樣使用電動機(jī)作為發(fā)電機(jī)使用，因此發(fā)動機(jī)還可以與電動機(jī)共同工作時對電池組

5、進(jìn)行充電，從理論上講，也可以實(shí)現(xiàn)串聯(lián)（即增程式）的工作方式。 了解了混合動力車型的分類之后，我們再回過頭來了解什么是插電混合動力車型。顧名思義，插電（plug-in），就是可以通過介入外界電源來對動力電池組進(jìn)行充電。從理論上來說，只要滿足這一點(diǎn)的以上任何一類混合動力車型都屬于插電混合動力車型。不過，我們身邊最常見的插電混合動力車型都采用了混聯(lián)的結(jié)構(gòu)。 增程式混合動力車型 增程式混合動力車型，從結(jié)構(gòu)上來說就是我們之前所講過的串聯(lián)式混合動力車型，當(dāng)電池組電量充足時采用純電動模式行駛，而當(dāng)電量不足時，車內(nèi)的內(nèi)燃機(jī)發(fā)動機(jī)啟動，帶動發(fā)電機(jī)為電池充電，提供電動機(jī)運(yùn)行的電力。由于僅為發(fā)電運(yùn)行的內(nèi)燃

6、機(jī)可以長期運(yùn)轉(zhuǎn)在較為經(jīng)濟(jì)的工況下，因此相比于傳統(tǒng)燃料車型，增程式混合動力車型在增程狀態(tài)下依然具有燃耗方面的優(yōu)勢，同時具有電動車運(yùn)行平順的優(yōu)點(diǎn)。目前我們可以看到的最典型的增程式混合動力車型為雪佛蘭的沃藍(lán)達(dá)Volt，寶馬i3增程版、以及依舊前途不明的FiskerKarma。增程式混合動力車型采用插電和發(fā)動機(jī)帶動發(fā)電機(jī)發(fā)電兩種方式對電池組進(jìn)行充電。 當(dāng)然，由于增程式混合動力車型都可以通過“插電”的方式為電池組充電，因此增程式混合動力車型也被我們算作插電式混合動力車型中較為獨(dú)特的一類。 燃料電池電動車型 燃料電池是一種主要通過氧或其他氧化劑進(jìn)行氧化還原反應(yīng)，將燃料中的化學(xué)能轉(zhuǎn)換成電能的電池。

7、目前最常見的燃料為氫，一些碳?xì)浠衔锢缣烊粴?、醇、和甲烷等有時亦會作燃料使用。燃料電池有別于原電池，因?yàn)樾枰€(wěn)定的氧和燃料來源，以確保其運(yùn)作供電。這種電池的優(yōu)點(diǎn)是可以不間斷的提供穩(wěn)定電力，直至燃料耗盡。目前最接近量產(chǎn)的燃料電池車型為豐田的FCV，已經(jīng)預(yù)計在明年3月份在日本上市，同年夏天進(jìn)入歐洲市場。這款燃料電池車擁有兩個70MPa的高壓儲氫罐，搭載了一臺功率122Ps（90kW）、扭矩260N·m的電動機(jī)，在日本JC08模式下測試?yán)m(xù)航里程可達(dá)700km。 氫燃料電池車型的排放清潔（理論上僅排放水），相比純電動車?yán)m(xù)航里程有了大大的提升，同時當(dāng)燃料耗盡后可以向傳統(tǒng)燃油車輛那樣迅速補(bǔ)充氫

8、燃料，無需長時間充電。當(dāng)然，氫燃料電池車對于廠家的技術(shù)水平要求很高，因此目前普及起來相對困難。 電動車動力電池 通過前面的講解，想必您已經(jīng)對電動汽車的分類有了一定了解，但如果要購買電動車，僅僅明白其類別如何劃分顯然還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。電池作為電動車的動力源，一直以來被視為電動車發(fā)展的重要標(biāo)志性技術(shù)，也是制約電動車發(fā)展的重要瓶頸，其性能好壞直接關(guān)系到整車?yán)m(xù)航里程的長短，因此掌握一些與電池相關(guān)的基本知識對日后購買電動車會大有幫助。 電池的分類 電池從廣義上講主要可分為化學(xué)電池、物理電池和生物電池三大類，其中化學(xué)電池和物理電池已經(jīng)應(yīng)用于量產(chǎn)電動汽車中，而生物電池則被視為未來電動車電池的重

9、要發(fā)展方向之一。出于對目前實(shí)際應(yīng)用情況的考慮，我們只對化學(xué)電池及物理電池進(jìn)行詳細(xì)介紹，如若您對生物電池亦抱有興趣，可另行參閱其它資料。 化學(xué)電池 化學(xué)電池是目前電動汽車領(lǐng)域應(yīng)用最為廣泛的電池種類，如鎳氫電池、鋰離子電池、鋰聚合物電池、燃料電池等都屬于這一范疇。從結(jié)構(gòu)角度上講，其可進(jìn)一步分成蓄電池及燃料電池兩大類別，我們目前所見的絕大多數(shù)電動車都采用蓄電池技術(shù)進(jìn)行驅(qū)動，如豐田普銳斯、特斯拉MODEL S等。當(dāng)然，這里所講的蓄電池并不是我們?nèi)粘Ｋv的汽車電瓶，而是對可重復(fù)充電電池的統(tǒng)稱，其中車載電瓶通常使用的鉛酸蓄電池僅僅是細(xì)分門類的一種。 由于電動車蓄電池種類較多，其中很大部分已經(jīng)被目

10、前市場所淘汰，且對其晦澀原理進(jìn)行大篇幅講解并不能對實(shí)際購車帶來多大幫助，所以我們先通過一個表格大致了解下這些電池的種類和基本特性，然后就目前市場上常見的幾種蓄電池進(jìn)行詳細(xì)說明。注：由于電池種類很多，所以我們表中只列舉出了一些具有代表性的類別。電動車用蓄電池簡析類型重量能量密度(Wh/kg)電池單體標(biāo)稱電壓（通常情況）安全性理論循環(huán)使用壽命（次）商品化程度代表車型鉛酸蓄電池30-502V左右好500-800已淘汰-鎳鎘電池50-601.2V較好1500-2000已淘汰-鎳氫電池70-1001.2V好1000現(xiàn)使用現(xiàn)款普銳斯鋰離子電池錳酸鋰電池1003.7V較好600-1000已淘汰早期普銳斯鈷酸

11、鋰電池1703.6V差300已淘汰特斯拉Roadster磷酸鐵鋰電池100-1103.2V好1500-2000現(xiàn)使用騰勢三元鋰電池2003.8V較差2000現(xiàn)使用特斯拉MODEL S常見電動車用化學(xué)電池：- 鋰電池 鋰電池是目前電動車上最常用的電池種類之一，雖然其從1970年誕生至今時間并不算長，但憑借能量密度高、循環(huán)使用壽命長等特點(diǎn)迅速占據(jù)了電動汽車電池市場的絕大部分江山。如今，在售電動汽車配備的鋰電池主要有磷酸鐵鋰電池及三元鋰電池兩種，且這兩種電池在自身特點(diǎn)上存在顯著差異，因此我們有必要對其進(jìn)行一番細(xì)致的講解與對比。磷酸鐵鋰電池為什么安全？ 對于電動車用電池，大多數(shù)人可能都鮮有認(rèn)知，因此，

12、我們不妨舉個例子來幫助大家理解。最近，由比亞迪同戴姆勒共同出資成立的全新電動車品牌騰勢即將上市銷售，而其所搭載的正是磷酸鐵鋰電池。相比于早期的錳酸鋰電池，磷酸鐵鋰電池在能量密度上并未有太大差別，約為100-110Wh/kg，但其熱穩(wěn)定性是目前車用鋰電池中最好的，當(dāng)電池溫度處于500-600高溫時，其內(nèi)部化學(xué)成分才開始分解，而同屬鋰電池的鈷酸鋰電池在180-250時就內(nèi)部化學(xué)成分就已處于不穩(wěn)定狀態(tài)。換而言之，磷酸鐵鋰電池的安全性在鋰電池中首屈一指，也正因如此，其也成為目前電動車電池的主要門類之一。特斯拉為何選擇三元鋰電池？與磷酸鐵鋰電池相比，特斯拉MODEL S使用的三元鋰電池在重量能量密度上要

13、高出許多，約為200Wh/kg,這也就意味著同樣重量的三元鋰電池比磷酸鐵鋰電池的續(xù)航里程更長。不過其缺點(diǎn)也顯而易見，當(dāng)自身溫度為250-350時，內(nèi)部化學(xué)成分就開始分解，因此對電池管理系統(tǒng)提出了極高的要求，需要為每節(jié)電池分別加裝保險裝置，除此之外，由于單體體積很小，所以單車要的電池單體數(shù)量非常龐大，以MODEL S為例，7000余節(jié)18650三元鋰電池才能滿足一輛車的裝配用量，這無疑又為電池管理系統(tǒng)進(jìn)一步加大了控制難度。因此，目前市場在售車型中，只有特斯拉一家使用的是三元鋰電池。- 鎳氫電池更注重充放電控制 鎳氫電池是目前除鋰電池外另一主流電動車動力電池種類，于上世紀(jì)90年代后逐漸發(fā)展開來，如

14、以豐田普銳斯為代表的很多混合動力汽車均采用此類電池作為儲能元件。其能量密度與普通的鋰電池差距并不大，約為70-100Wh/kg，但由于電池單體電壓僅為1.2V，是鋰電池的1/3，因此在需求電壓一定的情況下，其電池組的體積要比鋰電池大上一些。 與鋰電池一樣，鎳氫電池也需要電池管理系統(tǒng)，不過其更注重電池的充放電管理。之所以存在這樣的區(qū)別，主要是源于鎳氫電池具有“記憶效應(yīng)”，即電池在循環(huán)充放電過程中容量會出現(xiàn)衰減，而過度充電或放電，都可能加劇電池的容量損耗（鋰電池此項(xiàng)特性幾乎可忽略不計）。因此對于廠商來說，鎳氫電池控制系統(tǒng)在設(shè)定上都會主動避免過度充放電，如將電池的充放電區(qū)間人為控制在總?cè)萘康囊欢ò俜?/p>

15、比范圍內(nèi)，以降低容量衰減速度。- 燃料電池是未來汽車最理想能源 燃料電池其實(shí)不是“電池”，準(zhǔn)確地說是一個大的發(fā)電系統(tǒng)。其因能量轉(zhuǎn)換效率高、無污染、壽命長、運(yùn)行平穩(wěn)等特點(diǎn)被業(yè)界公認(rèn)為未來汽車的最佳能源。簡單來說，燃料電池是通過化學(xué)反應(yīng)將化學(xué)能轉(zhuǎn)換為電能的一種裝置，而能量的來源主要是依靠不斷供給燃料及氧化劑產(chǎn)生的。 理論上講，燃料電池能采用的燃料種類很多，甚至是傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)所用燃料均可，不過真正能起電化學(xué)反應(yīng)的，僅僅是其中的氫和氧化劑中的氧，因此，氫燃料電池是目前燃料電池的研究核心。 就當(dāng)今市場而言，燃料電池汽車離我們并不遙遠(yuǎn)。據(jù)此前報道，世界首款量產(chǎn)燃料電池汽車豐田FCV將于明年3月在日本正式銷售

16、。該車配備了兩個70MPa的高壓燃料堆，輸出功率為122Ps(90kW)，續(xù)航里程可達(dá)700km(日本JC08工況下）。除此之外，其添加燃料僅需3分鐘，相比傳統(tǒng)電動汽車的充電時間要快上很多。目前在日本與之相關(guān)的各種政策也緊羅密布地相繼制定出臺，不過國內(nèi)何時能夠買到還不得而知，只能再耐心等待一段時日。 物理電池 物理電池顧名思義，就是依靠物理變化來提供、儲存電能的電池統(tǒng)稱，如超級電容、飛輪電池等都屬于物理電池的家族成員。- 超級電容功率密度高但電池容量小 超級電容是一種介于傳統(tǒng)電容與電池之間的電源元件，其主要依靠雙電層和氧化還原假電容電荷儲存電能，期間不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，因此被歸為物理電池

17、的范疇。與之前所介紹的化學(xué)電池相比，超級電容三大明顯優(yōu)勢，首先，其反復(fù)充放電達(dá)數(shù)十萬次（傳統(tǒng)化學(xué)電池只有幾百至幾千次），壽命上要比化學(xué)電池高出很多；其次，超級電容在充放電時的功率密度極高，瞬間可放出大量電能，可滿足車輛更加寬泛的電力需求；第三，工作環(huán)境適應(yīng)能力更佳，通常室外溫度在-40-65時，其都能穩(wěn)定正常工作（傳統(tǒng)電池一般為-2060）。 當(dāng)然，有優(yōu)勢就會有不足，能量密度低就是制約超級電容發(fā)展的首要瓶頸，所以，目前其主要應(yīng)用于車輛啟動系統(tǒng)、軍事及少量公交車輛，至于是否可作為家用車動力電源使用，還需等能量密度難題有所突破后方可知曉。- 飛輪電池目前僅作為輔助電池使用 飛輪電池是上世紀(jì)90年代

18、提出的一種新概念電池，也屬于物理電池的一種。簡單來說就是利用類似飛輪轉(zhuǎn)動時產(chǎn)生能量的原理來實(shí)現(xiàn)自身充放電的。在2021年10月美國勒芒系列賽最后一輪中，保時捷911GT3混合動力賽車就首次正式使用飛輪電池技術(shù)，而其便是鼎鼎大名的保時捷918Spyder的前身。不過這兩款車型的飛輪電池均僅作輔助能源使用，其功能類似于我們常見的制動能量回收系統(tǒng)。即便如此，我們依然有理由相信，隨著技術(shù)的不斷發(fā)展及價格進(jìn)一步降低，飛輪電池的應(yīng)用前景將十分廣闊。 充電 現(xiàn)階段，除了上面談到的電池容量、電動機(jī)等問題，充電技術(shù)也是阻礙電動車普及的因素之一。如何智能、快速地為電動車充電是眾多汽車廠商研發(fā)的重中之重。對電動車而

19、言，充電裝置要能滿足安全性、便利性、經(jīng)濟(jì)成本、效率等多方面的要求，目前市面上多見的充電方式有充電樁充電站這樣的常規(guī)充電方式、無線充電方式、更換電池。 常規(guī)充電 目前，部分市售電動車配備了便攜式充電設(shè)備，車主可使用車上自帶的便攜式充電設(shè)備，利用民電或商電為車輛補(bǔ)充電能，也可以到專用充電站式、充電樁進(jìn)行充電。 目前，隨車搭配的便攜式充電設(shè)備允許電流多為10A或16A，利用這些便攜式充電設(shè)備就可以使用家中的插座進(jìn)行充電，不過需要注意的是，家中的插座也包含有10A以及16A的區(qū)分，空調(diào)所用插座一般為16A，其余大部分用電器的插座是10A，不同的電流會對電動車充電時間產(chǎn)生一定的影響。 快速充電 常規(guī)充電

20、方式為電池充滿電的時間約為8小時左右，因此很多車主選擇夜間或電費(fèi)低谷時為愛車充電。當(dāng)需要極短時間內(nèi)給電池充滿電時，常規(guī)充電方式便顯得“捉襟見肘”了，此時，是快速充電登場的時候了，最近電動車領(lǐng)域大紅大紫的特斯拉就支持快速充電模式。這種充電方式一般以高充電電流在短時間內(nèi)為電池充電，雖然在設(shè)備安裝成本上相比常規(guī)充電方式要高，但其充電時間與內(nèi)燃機(jī)加注燃油的時間十分接近。 不過需要注意的是并非所有電動車都可以進(jìn)行快速充電，這是由于快速充電時，短時間內(nèi)電池會承受較大電流的“沖擊”，因此會導(dǎo)致普通電池出現(xiàn)過熱現(xiàn)象，存在安全隱患。因此，車輛開發(fā)之初，需要針對快速充電選擇特殊電池，當(dāng)然，無論如何優(yōu)化電池，快速充電始均會對電池壽命產(chǎn)生一定影響。 無線充電 上面的常規(guī)充電方式中，無論是使用16A、10A電流的傳統(tǒng)方式，還是使用高充電電流的快速充電，其都會受到“線的羈絆”，充電裝置以及充電時使用的線路令其多少會受到場地制約，無線充電則在一定程度上解決了這個問題。多通過布置在地面的供電線圈