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关于新能源汽车,有哪些基础知识可以了解?

作者:主编 时间:2022-10-20 来源:知乎网

在国家颁布的各种新能源车优惠政策方面,基本上以电动车为主,包括纯电动汽车和插电式(含增程式)混合动力汽车,这两种(也可以说三种)车都有共同的特点:可以以纯电动方式行驶,使用的动力电池不包括铅酸电池,而且有外部的充电插口。另外,包含其中的燃料电池汽车,也是以电能驱动车辆行驶。综合以上的原因,并且更符合消费者的称呼,我们把纯电动汽车、插电式(含增程式)混合动力汽车、燃料电池汽车统称为"电动车"。

一、 类型解读:

1.纯电动

顾名思义就是纯粹靠电能驱动的车辆。尽管被冠以"新能源车"这个看起来十分前卫而又富有科技感的称谓,但抛开那些各式各样的外表和配备,电动车的动力系统其实十分简单,简单到用两个部分就可以概括:电能储存系统,也就是电池组,以及提供驱动力的电动机。如果按照这样的视角看待纯电动车,你就会发现,其实在高端展厅耀眼灯光之下价值百万的特斯拉豪华电动车和小时候玩的迷你四驱车其实没什么两样。当然,这仅仅是从驱动形式来讲的,如今的纯电动车辆在电池材料、电池管理、电动机以及车载设备的技术复杂程度远远超出了你的想象,这也就是为什么纯电动车的价格往往并不便宜。

纯电动车型的动力系统结构较为简单,主要由动力电池组和电动机两部分组成。其中动力电池组、电池变换器和电动机之间为电气连接,电动机、减速器和车轮之间为机械连接。事实上从动力系统构成上来说价值百万的特斯拉这种豪华电动汽车和咱们小时候玩的迷你四驱车并没有太大区别。

2.插电混合动力车型

插电混合动力车型在国内还算不上普及,但"混合动力"这个名词对中国消费者并不陌生,我们经常可以看到以丰田普锐斯和雷克萨斯CT200h为代表的日系混合动力车型在路上穿梭。插电混合动力,就是可以"插电"的混合动力,因此我们需要首先先了解一下什么是混合动力车型。

混合动力按照不同的定义可以有多种分类方式,其中一种为按照内燃机和电动机动力的混合度进行分类。目前国内普遍采用的混动系统按混合度分类标准为:微混合型:电动机峰值功率和发动机的额定功率比≤5%;轻度混合型:电动机峰值功率和发动机的额定功率比为5%-15%;中度混合型:电动机峰值功率和发动机的额定功率比为15%-40%;重度混合型:电动机峰值功率和发动机的额定功率比为大于40%。除此之外,另一种较为常见的分类方式是按照动力系统的连接方式,可以将目前现有的混合动力车型分为串联、并联和混联三种形式。其中在串联形式中,内燃机发动机并不直接提供动力,也不能单独带动车轮,而仅仅用作带动发电机为电池充电,提供电动机运行的电能。这种形式通常也被称为增程式。

串联混合发动机系统中,发动机并不直接提供动力,也不能单独带动车轮,仅仅用来带动发电机为电池充电,提供电动机运行的电能。

与串联形式相对应的就是并联。在并联系统中,发动机和电动机与车轮均有机械连接,都可以单独带动车轮,同时也可以协同工作,共同驱动车辆。目前,并联混动系统多用于微混与轻混车型,电动机更多地用于车辆起步和加速时动力的辅助来源。

除了串联和并联的形式,目前用到最多的是混联混动系统。混联系统综合了串联和并联的特点,两种动力单元即可以单独驱动车辆,也可以共同协作,同时混联系统由于具有单独的发电机,不再像并联系统那样使用电动机作为发电机使用,因此发动机还可以与电动机共同工作时对电池组进行充电,从理论上讲,也可以实现串联(即增程式)的工作方式。

了解了混合动力车型的分类之后,我们再回过头来了解什么是插电混合动力车型。顾名思义,插电(plug-in),就是可以通过介入外界电源来对动力电池组进行充电。从理论上来说,只要满足这一点的以上任何一类混合动力车型都属于插电混合动力车型。不过,我们身边最常见的插电混合动力车型都采用了混联的结构。

3.增程式混合动力车型

增程式混合动力车型,从结构上来说就是我们之前所讲过的串联式混合动力车型,当电池组电量充足时采用纯电动模式行驶,而当电量不足时,车内的内燃机发动机启动,带动发电机为电池充电,提供电动机运行的电力。由于仅为发电运行的内燃机可以长期运转在较为经济的工况下,因此相比于传统燃料车型,增程式混合动力车型在增程状态下依然具有燃耗方面的优势,同时具有电动车运行平顺的优点。目前我们可以看到的最典型的增程式混合动力车型为雪佛兰的沃蓝达Volt,宝马i3增程版、以及依旧前途不明的Fisker Karma。增程式混合动力车型采用插电和发动机带动发电机发电两种方式对电池组进行充电。

当然,由于增程式混合动力车型都可以通过"插电"的方式为电池组充电,因此增程式混合动力车型也被我们算作插电式混合动力车型中较为独特的一类。

4.燃料电池电动车型

燃料电池是一种主要通过氧或其他氧化剂进行氧化还原反应,将燃料中的化学能转换成电能的电池。目前最常见的燃料为氢,一些碳氢化合物例如天然气、醇、和甲烷等有时亦会作燃料使用。燃料电池有别于原电池,因为需要稳定的氧和燃料来源,以确保其运作供电。这种电池的优点是可以不间断的提供稳定电力,直至燃料耗尽。目前最接近量产的燃料电池车型为丰田的FCV,已经预计在明年3月份在日本上市,同年夏天进入欧洲市场。这款燃料电池车拥有两个70MPa的高压储氢罐,搭载了一台功率122Ps(90kW)、扭矩260N·m的电动机,在日本JC08模式下测试续航里程可达700km。氢燃料电池车型的排放清洁(理论上仅排放水),相比纯电动车续航里程有了提升,同时当燃料耗尽后可以向传统燃油车辆那样迅速补充氢燃料,无需长时间充电。当然,氢燃料电池车对于厂家的技术水平要求很高,因此目前普及起来相对困难。

二、电池的分类

电池从广义上讲主要可分为化学电池、物理电池和生物电池三大类,其中化学电池和物理电池已经应用于量产电动汽车中,而生物电池则被视为未来电动车电池的重要发展方向之一。

化学电池是目前电动汽车领域应用最为广泛的电池种类,如镍氢电池、锂离子电池、锂聚合物电池、燃料电池等都属于这一范畴。结构角度上讲,其可进一步分成蓄电池及燃料电池两大类别,我们目前所见的绝大多数电动车都采用蓄电池技术进行驱动,如丰田普锐斯、特斯拉MODEL S等。

常见电动车用化学电池:锂电池是目前电动车上最常用的电池种类之一,虽然其从1970年诞生至今时间并不算长,但凭借能量密度高、循环使用寿命长等特点迅速占据了电动汽车电池市场的绝大部分江山。如今,在售电动汽车配备的锂电池主要有磷酸铁锂电池及三元锂电池两种,且这两种电池在自身特点上存在显著差异,因此我们有必要对其进行一番细致的讲解与对比。

物理电池顾名思义,就是依靠物理变化来提供、储存电能的电池统称,如超级电容、飞轮电池等都属于物理电池的家族成员。

超级电容功率密度高但电池容量小。超级电容是一种介于传统电容与电池之间的电源元件,其主要依靠双电层和氧化还原假电容电荷储存电能,期间不发生化学反应,因此被归为物理电池的范畴。

三、充电

现阶段除了上面谈到的电池容量、电动机等问题,充电技术也是阻碍电动车普及的因素之一。如何智能、快速地为电动车充电是众多汽车厂商研发的重中之重。对电动车而言,充电装置要能满足安全性、便利性、经济成本、效率等多方面的要求,目前市面上多见的充电方式有充电桩充电站这样的常规充电方式、无线充电方式、更换电池。

1.常规充电

目前,部分市售电动车配备了便携式充电设备,车主可使用车上自带的便携式充电设备,利用民电或商电为车辆补充电能,也可以到专用充电站式、充电桩进行充电。此外还可以使用充电网点的充电桩,不过现阶段并非全部对外开放。国家电网下属的充电站充电时需要使用专用冲点卡。办理充值卡需要本人身份证,驾驶证,行驶证,并填写申请表。目前充电按照每度电0.8元收费。

2.快速充电

常规充电方式为电池充满电的时间约为8小时左右,因此很多车主选择夜间或电费低谷时为爱车充电。当需要极短时间内给电池充满电时,常规充电方式便显得"捉襟见肘"了,此时,是快速充电登场的时候了,最近电动车领域大红大紫的特斯拉就支持快速充电模式。这种充电方式一般以高充电电流在短时间内为电池充电,虽然在设备安装成本上相比常规充电方式要高,但其充电时间与内燃机加注燃油的时间十分接近。不过需要注意的是并非所有电动车都可以进行快速充电,这是由于快速充电时,短时间内电池会承受较大电流的"冲击",因此会导致普通电池出现过热现象,存在安全隐患。因此,车辆开发之初,需要针对快速充电选择特殊电池,当然,无论如何优化电池,快速充电始均会对电池寿命产生一定影响。

3.无线充电

上面的常规充电方式中,无论是使用16A、10A电流的传统方式,还是使用高充电电流的快速充电,其都会受到"线的羁绊",充电装置以及充电时使用的线路令其多少会受到场地制约,无线充电则在一定程度上解决了这个问题。多通过布置在地面的供电线圈及车辆底部的受电线圈,通过线圈间产生的磁共振取代传统输电线为车辆充电,不过这种充电方式对于供、受电线圈的间距要求较高。