鉅大LARGE | 點擊量：1384次 | 2021年12月24日
強勢解析新能源汽車：插電混動vs純電動vs燃料
目前我國將插電式混合動力汽車（pHEV，含EREV）、純電動汽車（EV）和燃料動力電池汽車（FCEV）歸為新能源汽車，分別對應過渡、中期和長期的汽車節(jié)能環(huán)保技術路線；將普通的混合動力汽車（HEV）認定為節(jié)能型汽車。
混合動力汽車擁有至少兩種動力源，目前多半采用傳統(tǒng)的內(nèi)燃機和電動機作為動力源，一般不依賴外部充電電源。按照混合程度的不同又分為微混、中混和全混三種類型，不同的混合類型節(jié)油效果不同，所需的電池容量和電壓也不同。按照動力系統(tǒng)的聯(lián)結方式，混合動力系統(tǒng)分為串聯(lián)、并聯(lián)和混聯(lián)三種方式。
插電混汽車相對普通混合動力系統(tǒng)，可以外部充電，電池容量更大，在純電行駛模式下可以行駛50公里以上，電池電量耗盡后再以混合動力模式行駛。插電混是并聯(lián)式或者混聯(lián)式混合動力型式，保留了較多的傳統(tǒng)機械部件，結構上更復雜；而串聯(lián)式的增程式汽車因其更簡單的結構和更高效的性能，開始受到更多整車廠商的關注。
純電動汽車以車載電源為動力，電機作為驅動系統(tǒng)，省去了油箱、發(fā)動機、變速器、冷卻系統(tǒng)和排氣系統(tǒng)，動力系統(tǒng)的布臵大大簡化，而且能量轉換效率更高，同時相對傳統(tǒng)汽車對環(huán)境的影響更小，成為各國中期的汽車節(jié)能環(huán)保技術，但目前面對著電池成本高、續(xù)航里程短、充電時間長等問題。燃料動力電池因為其能夠有效防止續(xù)航里程短和充電時間長的問題，長期來看有望取代鋰離子電池純電動汽車。
我國從“十五”確定了電動汽車三縱三橫的基本技術體系，目前主推純電動公交車和小型電動汽車，在家用轎車市場推進插電式混合的應用。新能源汽車的核心技術是電池、電機和電控，電池性能與成本、電池管理系統(tǒng)和電機關鍵零部件，這些成為制約我國純電動汽車推廣的瓶頸。
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節(jié)能與新能源汽車的動力系統(tǒng)差別目前我國將插電式混合動力汽車（pHEV，含EREV）、純電動汽車（EV）和燃料動力電池汽車（FCEV）歸為新能源汽車；將普通的混合動力汽車（HEV）認定為節(jié)能型汽車。這些車型均要動力蓄電池，但是能量來源和動力裝臵的布臵有所不同。
混合動力汽車擁有至少兩種動力源，使用其中一種或多種動力源供應部分或者全部動力的車輛，目前實際中多半采用傳統(tǒng)的內(nèi)燃機和電動機作為動力源。使用的電動力系統(tǒng)中包括高效強化的電動機、發(fā)電機和蓄電池。
插電式混合動力汽車（pHEV，含EREV）在廣義上仍是混合動力汽車的一種，但普通混合動力車的電池容量較小，不能外部充電，不能用純電模式較長距離行駛，僅在起/停、加/減速的時候供應/回收能量；插電式混合動力車的電池容量相比較較大，可以外部充電，可以用純電模式行駛，電池電量耗盡后再以混合動力模式行駛。
電動汽車（ElectricVehicles，簡稱EV）完全由可充電電池供應動力源的汽車。但受限于目前動力鋰電池的價格高、壽命短、重量大、充電時間長等缺點尚未完全大規(guī)模應用。[page]
燃料動力電池汽車（Fuelcellvehicles），是電動汽車的一種，其核心部件燃料動力電池讓氫氣和氧氣通過化學反應而不是燃燒方式，直接變成電能。燃料動力電池化學反應除了電能外的副產(chǎn)品重要出現(xiàn)水，因此燃料動力電池汽車被稱為綠色的新型環(huán)保汽車。
目前我國中央政府對新能源汽車的購買給予大量的補貼，以降低消費者的首次購買成本，推動新能源汽車的普及。盡管2014年的新能源汽車補貼相對2013年下降了5%左右，但是整體來看補貼力度依然很大。預計未來隨著新能源汽車的滲透率逐步提升，政府補貼還會進一步降低直至完全退出。
以目前我國市場最熱的新能源車型之一的比亞迪秦為例，該車型的市場售價在18-20萬元左右。消費者購買該款插電式混合動力除了享受中央政府的3.3萬元的補貼之外，地方政府大多會按照1：1的比例再次給予相應的補貼，車主獲得補貼相當于汽車售價的30%以上。此外車主還享有車輛購臵稅的減免，總體享有的補貼和稅收優(yōu)惠在8-9萬元左右。消費者實際要支付的金額在10萬左右，基本與一輛普通的合資品牌經(jīng)濟型轎車售價無異。
假如在上海等車牌管制的區(qū)域，還可以免費獲得價值7-8萬的車牌使用權，消費者購買新能源汽車的動力更是大大增強，使得比亞迪的秦在上海市場供不應求。
混合動力汽車（HEV）重要技術特點普通的混合動力汽車（HEV）一般是指油電混合汽車，這種混合動力汽車一般不依賴外部充電電源，目前這種汽車在我國劃分為節(jié)能汽車。按照混合程度的不同又分為微混、中混和全混三種類型，不同的混合類型節(jié)油效果不同，所需的電池容量和電壓也不同，如下表所示：
混合汽車根據(jù)混合動力驅動的聯(lián)結方式，混合動力系統(tǒng)重要分為以下三類：一是串聯(lián)式混合動力系統(tǒng)。串聯(lián)式混合動力系統(tǒng)一般由內(nèi)燃機直接帶動發(fā)電機發(fā)電，出現(xiàn)的電能通過控制單元傳到電池，再由電池傳輸給電機轉化為動能，最后通過變速機構來驅動汽車。電池對在發(fā)電機出現(xiàn)的能量和電動機要的能量之間進行調(diào)節(jié)，從而保證車輛正常工作。
二是并聯(lián)式混合動力系統(tǒng)。并聯(lián)式混合動力系統(tǒng)有兩套驅動系統(tǒng)：傳統(tǒng)的內(nèi)燃機系統(tǒng)和電機驅動系統(tǒng)。兩個系統(tǒng)既可以同時協(xié)調(diào)工作，也可以各自單獨工作驅動汽車。這種系統(tǒng)適用于多種不同的行駛工況，尤其適用于復雜的路況。該聯(lián)結方式結構簡單，成本低。本田的Accord和Civic采用的是并聯(lián)式聯(lián)結方式。
三是混聯(lián)式混合動力系統(tǒng)?；炻?lián)式混合動力系統(tǒng)的特點在于內(nèi)燃機系統(tǒng)和電機驅動系統(tǒng)各有一套機械變速機構，兩套機構或通過齒輪系，或采用行星輪式結構結合在一起，從而綜合調(diào)節(jié)內(nèi)燃機與電動機之間的轉速關系。與并聯(lián)式混合動力系統(tǒng)相比，混聯(lián)式動力系統(tǒng)可以更加靈活地根據(jù)工況來調(diào)節(jié)內(nèi)燃機的功率輸出和電機的運轉。此聯(lián)結方式系統(tǒng)復雜，成本高。豐田的prius采用的就是混聯(lián)方式。
新能源汽車重要技術特點目前我國將插電式混合動力汽車（pHEV，含EREV）、純電動汽車（EV）和燃料動力電池汽車（FCEV）歸為新能源汽車，其技術路線也各有特點。
（一）插電式混合動力汽車（pHEV）的技術特點相關于普通的混合動力汽車，除了起停，制動能量回收外，插電混最重要突破是可以在純電行駛模式下行駛較長的行程，一般在50公里以上。
不同于傳統(tǒng)汽油動力與電驅動結合的混合動力，插電式混合動力驅動原理、驅動單元都與電動汽車無異，但這類車上裝備有一臺為電池充電的發(fā)動機。在日常使用過程中，只要單次使用不超過電池可供應的續(xù)航里程（一般50公里），它就可以做到零排放和零油耗，在日常中可以當作一臺純電動汽車使用，而發(fā)動機的存在又可以解決消費者的里程焦慮。[page]
而相關于純電動汽車，插電式混合動力汽車電池容量較小，在目前電池成本費用高昂的情況下，插電式混合動力可以以相對純電動較低的價格進入家庭，尤其是在受國內(nèi)政府的重視后又有了相應的補貼，價格優(yōu)勢更加明顯。插電混的典型代表是比亞迪秦，該車裝備了13kWh的電池，理論上可以純電行駛70公里，而一臺1.5T的汽油機又解決了消費者對長途行駛的需求。
（二）增程式混合動力汽車（EREV）的技術特點目前在插電式混合動力汽車之外，又有一種增程式混合動力汽車開始受到市場關注；增程式電動汽車顧名思義就是在車輛上追加了增程器，以進一步提升純電動汽車的續(xù)航里程，防止頻繁地停車充電和用戶的旅程焦慮。
增程式混合動力與插電式混合動力汽車的工作模式非常類似，兩者都可以由動力鋰電池單獨輸入能量以行駛在純電動模式下，且當動力鋰電池容量接近設定的下限后都轉由另外一種動力源繼續(xù)供應車輛所需的能量。
但從驅動角度分看，增程式電動汽車不論工作在純電動模式還是增程模式下，其車輪始終僅由電機獨立驅動，而插電式混合動力汽車假如工作在混合動力模式下，發(fā)動機會與電機一起（經(jīng)動力耦合后）參與到驅動車輪的行列。
從混合系統(tǒng)選型看，增程式電動汽車是串聯(lián)式混合動力型式，而插電式混合動力汽車是并聯(lián)式或者混聯(lián)式混合動力型式。此外增程式在沒有追加增程器之前是純電動汽車，增程器的部署基本不影響原有車輛的動力系統(tǒng)結構。而插電式混合動力汽車由于前身是混合動力汽車，保留了較多的傳統(tǒng)機械部件，結構上更復雜一些，成本也略高。
增程式車型的典型代表是寶馬I3和通用的Volt，在新增了一臺0.65L兩缸發(fā)動機之后，寶馬I3的綜合續(xù)航里程可以達到300公里以上。
增程式因其動力鋰電池以及驅動系統(tǒng)在設計之初就匹配較好以達到既定的性能指標（如最高速度、最大爬坡度等），增程器（發(fā)動機與發(fā)電機的組合）的存在與否不影響整車的設計性能。而插電式混合動力汽車因為發(fā)動機也參與驅動的緣故，對電池與驅動系統(tǒng)的匹配要求就不會很高。
（三）純電動汽車（EV）的技術特點純電動汽車是指以車載電源為動力，用電機驅動車輪行駛，符合道路交通、安全法規(guī)各項要求的車輛。由于對環(huán)境影響相對傳統(tǒng)汽車較小，其前景被廣泛看好。
此外純電動汽車省去了油箱、發(fā)動機、變速器、冷卻系統(tǒng)和排氣系統(tǒng)，動力系統(tǒng)的布臵大大簡化，而且相比傳統(tǒng)汽車的內(nèi)燃汽油發(fā)動機動力系統(tǒng)，電動機和控制器的成本更低，且純電動汽車能量轉換效率更高。
在使用過程中，除了沒有二氧化碳的排放之外，其成本也是相對傳統(tǒng)內(nèi)燃機大大降低的，但是因為目前電池價格的居高不下等因素，純電動汽車尚沒有大規(guī)模的進入到普通消費者的家庭。
純電動汽車典型的代表是TeslaModelS和日產(chǎn)Leaf。其中TeslaModelS主打豪華路線，售價超過7萬美金，競爭車型也多是保時捷等豪華超跑品牌，其85KWh可以為達到502km的續(xù)航里程，徹底解決了消費者的續(xù)航里程焦慮，其良好的動力性和超酷的外形設計讓其一經(jīng)推出，就在美國受到消費者特別是高端用戶的瘋狂追捧。
日產(chǎn)Leaf走的經(jīng)濟型路線，搭載的24KWh的電池可以保證161公里的續(xù)航里程，解決大部分消費者的日常使用，而不到3萬美金的售價也在大部分普通消費者的承擔范圍內(nèi)，目前Leaf是單一品牌銷量最大的純電動汽車。
（四）燃料動力電池汽車（FCEV）的技術特點豐田汽車日前公布了其燃料動力電池汽車Mirai，有望在明年開始正式銷售，成為首款批量化生產(chǎn)的燃料動力電池乘用車。
燃料動力電池汽車將作為燃料的氫在汽車搭載的燃料動力電池中，與大氣中的氧發(fā)生化學反應，出現(xiàn)出電能發(fā)動電動機，由電動機帶動汽車。相比傳統(tǒng)汽/柴油車以及以純電動汽車為代表的其他新能源車型，燃料動力電池汽車完全做到了零排放、零污染，同時不會讓消費者感受到任何的里程焦慮。完成單次氫燃料補給僅需約數(shù)分鐘，遠遠快于純電動汽車的充電時間。
燃料動力電池汽車是廣義上是電動汽車的一種，在動力系統(tǒng)布臵上，也要蓄電池、電機以及電控系統(tǒng)等純電動汽車的關鍵零部件。由于其可以真正做到零排放、零污染，成為了各國政府認可的在長期替代目前傳統(tǒng)汽車理想車型。
節(jié)能與新能源汽車三大核心系統(tǒng)我國從“十五”開始了電動汽車重大課題專項，確定了電動汽車三縱三橫的基本技術體系，燃油電池汽車、混合動力汽車、純電動汽車，以及電池、電機、電控。并在“十二五”提出了純電驅動的轉型戰(zhàn)略，繼續(xù)堅持三縱三橫?！笆濉币詠?，我國在純電驅動的技術戰(zhàn)略轉型的指導下，車型開發(fā)方面，重點推廣大中型城市純電動客車和小型電動汽車；以及逐步在家用轎車推廣插電式混合動力汽車。
不論是混合動力汽車、純電動汽車還是燃料動力電池汽車，核心技術在于電池、電機和電控技術，而在整車成本構成中，電池價值量最大，電池的性能與價格構成新能源汽車大規(guī)模應用的最重要的制約因素。
電池系統(tǒng)：電池作為新能源汽車特別是純電動汽車能源供應裝臵，也是最為核心的部件。目前電池的能量密度、循環(huán)壽命、技術成熟度以及成本等關鍵性指標成為制約電動汽車大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化的因素，電池在整個純電動汽車中的成本占比達到30%以上。[page]
經(jīng)過多重因素平衡，鋰離子電池開始成為主流的新能源汽車用動力鋰電池。
電池管理系統(tǒng)：由于新能源汽車電池必須具有大功率，假如鋰離子電池的單體容量過大，容易出現(xiàn)高溫，誘發(fā)不安全因素，所以關于汽車用的電池必須通過串并聯(lián)的方式形成電池組。如TeslaModelS的電池系統(tǒng)采用了松下的近7000顆18650電池，而作為管理這一龐大電池組的BMS已經(jīng)成為Tesla的核心技術之一。
而在電池組工作中，單個電池的生產(chǎn)不一致性和使用環(huán)境的細微差別，會造成電池壽命的差別，進而對整個電池組的壽命和性能出現(xiàn)不利影響。為減小這些不利因素，新能源汽車會采用BMS實時監(jiān)控、自動均衡、智能充放電的電池，起到保障電池安全、延長電池壽命、并估算剩余電量等重要功能。電池管理系統(tǒng)成為新能源汽車的核心技術之一。
電機系統(tǒng)：電機作為電動汽車的動力輸出裝臵，要具有高效率、高適應性和輕量化的特點，以保證整車的性能。
目前新能源汽車開始采用永磁電機作為主流的動力輸出系統(tǒng)，永磁電機的優(yōu)點在于結構簡單，運行可靠；體積小，質(zhì)量輕；損耗小，效率高；電機的形狀和尺寸可以靈活多樣等顯著優(yōu)點，這些優(yōu)點正是新能源汽車所要的。
除了轉子和定子外，永磁電機的核心零部件是硅鋼、磁鋼、IGBT（InsulatedGateBipolarTransistor絕緣柵雙極型晶體管，用以控制電機電路開關）、電容器、接插件和軸承等，特別是IGBT目前已經(jīng)成為我國永磁電機大規(guī)模工業(yè)化應用要迫切攻克的難題。
