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关于新能源汽车未来的动力来源以及技术路线

来源:睿贤资讯网
  

1纯电动和混动市场占比情况

在新能源汽车越来越普及、话题热度越来越高的今天,大家关注点似乎都在纯电动车上。但不可否认的是,纯电动车目前还有很多技术壁垒尚未攻破,例如续航里程不足、充电时间长、低温环境下的性能衰减等。

关于新能源汽车未来的动力来源以及技术路线,有人认为会是纯电动(BEV)汽车,也有人认为是插电式混动(PHEV)。大部分人认为插电式混动汽车只是油电混动的一个进化,只是一个过渡,未来汽车的终极形态都会过渡到纯电动汽车上,真是这样吗?

2017年汽车及新能源汽车销量(单位:万辆)

2017年插电混动车型销量比例为16%,纯电动乘用车为60%,而插电式混合动力乘用车为14%;纯电动商用车为24%,插电式混合动力商用车为2%。以上说明,混动车还有比较强的生命力,尤其是插电式混合动力乘用车。

时至今日,很多纯电动(BEV)汽车的行驶里程已经能够达到400公里以上了。但是为何还没有广泛普及呢?为何现在很多厂商,特别是欧洲厂商在研制插电式混动(PHEV)呢?

2纯电动和混动车型的定义

BEV—纯电动汽车

完全由可充电提供动力源的汽车,其动力系统大致由电池组、电池变换器、和减速器组成。由于电动机的输出功率更加恒定,扭力更大,因此纯电动汽车的动力输出相较于同级的燃油汽车更加强劲也更为安静。

HEV—油电混合动力车

HEV最重要的特点,是不需要进行充电,操作模式与普通燃油车别无二致,车内的电池容量与电机功率都比较小,仅扮演的辅助角色,通过刹车时的动能回收、适当减轻发动机负荷等方式来降低油耗。

PHEV—插电式混合动力车

PHEV的特征首先体现在“插电”这个词上,这种车型同样具备发动机、电动机和动力电池,和HEV不同的是,PHEV的电池容量要大得多,一般都在10kWh以上,而HEV的动力电池一般在1~2kWh左右。所以PHEV充满电之后,纯电续航里程基本都在50公里左右,但在实际用车过程中,发动机都会或多或少的参与驱动。

EREV—增程式混合动力车

很多人能分清HEV和PHEV,却容易在EREV和PHEV之间弄糊涂,原因是它们都需要插进行充电,也同样都有着发动机和驱动电机。

插电式混合动力是指可以使用外部电源对车辆进行充电的混合动力车型。一般情况下,它的电池容量比电动车小,但却要远大于普通油电混动汽车。相比纯电动车,它不单纯依靠充电桩充电,时间更为自由灵活,在配套设施还不完善的今天,这类车型是比较理想的新能源车型。

事实上,EREV(增程式)车型的纯电续航里程普遍要高于PHEV车型很多,因为在大多数工况下,EREV的工作模式都优先使用纯电行驶,在电池组有电的情况下,发动机几乎不会工作。当电池组电量不足时,发动机才会开始运转。所以相比PHEV车型来说,EREV可以真正做到0油耗0排放。

3纯电动和混动的技术特点

油电混动车HEV驾驶模式和普通燃油车最像,优点是不用充电就能省油,但省油效果有限。

多数情况下,一般的混合动力汽车都是依靠发动机和电动机的动力总成来驱动车辆,红绿灯启停及低速状态下只需要由电机来进行驱动,驾驶者会觉得安静而舒适;当进行车辆制动的动作时,车辆会通过能量回收系统为电池进行充电;而发动机和电机一起工作时,则可以获得最大效率的动力输出。

插混PHEV标定的纯电动续航里程一般是几十公里,不过为了保证车辆的动力,在很多情况下发动机都会介入驱动,即使是满电状态,也依然需要消耗汽油,所以动力强劲是它的优势之一。

插电式混动汽车可以说是朝着全面电气化迈进的一小步,电池组比混动车型更大,根据车型和车主驾驶风格的不同,续航里程的变化区间会非常大;电量充足时,车辆的提速畅快但消耗巨大,如果电池的电量耗尽,开起来的感觉更像一台弱化版的混动车。

纯电动汽车BEV的优劣势就更明显了,不消耗燃油0排放0,续航里程相对也比较长,如今比较优秀的都做到了300千米以上。这种续航应付日常通勤绰绰有余,但遇到长途出行就力不从心了,遇到需要开空调的季节,续航又大打折扣,里程焦虑难免。

纯电动车另一个吸引人的原因就是它的驾驶感觉和传统燃油车、混合动力车都有明显的不同,无论是加速还是减速的效果都十分剧烈且刺激,甚至会让人产生眩晕感。当然纯电动车并不适合长时间的高速行驶,电量和性能都会受到直接影响。

4从能源转化角度分析纯电动和混动技术特点

汽油的密度是0.72kg/L,燃烧热值是46MJ/kg,一升汽油燃烧热量为9.2度,但发动机的热效率最高大约40%左右,所以实际上一升汽油能释放的能量约为3.7度电。

最先进的18650锂电池,储电量为3100mAH,重量约为46克,工作电压约3.7V,一公斤锂电池的储存能量为0.25度电。

为什么说电池储能是电动车无可规避的硬伤?这结论也许能有个较为直观的印象:85kwH的电池组由7000多节小电池组成,重544公斤,储存85度电。

544公斤电池储存的能量=23升汽油(约16.5公斤)产生的能量。但电动系统的效率很高且稳定,则随路况情况波动巨大,综合而论,这544公斤电池的能量大致相当于30~40升汽油。

特斯拉Model S P85的理论续航里程为500公里,但仅仅是理论值,在城市综合路况,实测的续航大致上在350到400公里之间。而普通轿车一箱油,跑市区500公里,或跑高速800公里,然后还能放心开着车去找油站,并不算过分的要求吧?

其实电动和混合动力,都是试图改善恶劣工况下的发动机效率低下的问题。

纯电动的做法非常彻底,直接靠电池电机驱动车轮,始终保持很高的效率;混合动力,则是在恶劣工况时用电“帮助”发动机,进入平稳工况后将控制权交还给让发动机,并反过来给电池充电。

所以,电动和混动,稳定工况和恶劣工况的效率波动不大。传统内燃机汽车,高速路况和堵车路况的效率可以相差两倍以上。实际的效果大致如下:

特斯拉,典型的电动车,544公斤电池组,理论续航(定速巡航)500公里,城市路况350~400公里。

典型的混合动力汽车,约50L油箱,电池组重几十公斤,油耗保持在百公里4~范围,堵车还是跑高速相差不大。

典型的内燃机中级车,约70L油箱,70km/h定速巡航油耗可做到百公里5~7L,堵车路况,立刻飙升到百公里12L甚至更高。

5电动汽车和混动汽车的充电问题及日常应用场景

购买纯电动车最需要考虑的就是充电问题,如果充电问题解决了那接下来就要综合考量充电时间和续航里程,就是日常使用够不够方便。

纯电动车

以特斯拉为例,如果一般上下班使用的话充满电一次后,完全可以使用5天以上,之后在找个空闲时间去特斯拉特定的充电点充一个多小时即可充满,而且这些充电点很多是被设定在大型商场的停车场内,也就是说你逛一次街回来,车就充满电了,这点相当方便。

优势:不用汽油、新能源摇号、补贴、免税

不足:续航里程有限,不宜出远门,充电问题

适合人群:有固定车位或有办法解决充电问题的车主

混动充电版

优势:新能源摇号、补贴(部分地区)、免税、短途用电、长途用油,对于充电设施的依赖度更低

不足:充电地点问题

符合人群:有固定位充电同时需要长途出行的车主

不用充电的油电混合动力车

这类车其实是最早进入我们国内,但早期因为进口价格过高而没有受到消费者的青睐,但近年来随着国产程度的不断提高,混合动力车也实现了部分国产化,其中最具代表意义的就是丰田的普锐斯。

它的工作原理其实很简单:平时利用发动机和电动机协同工作提高燃油经济性,同时把多余的能量(怠速、刹车)转化为电能给电池充电,也就是说它能做到最高效化地利用燃油,这就是它省油的秘密所在,在满箱油且理想状态下可以跑近1000公里,这真的相当夸张。

它既不用充电,所以不用烦恼固定停车位,它很省油,它燃油经济性超级高。

优点:不用充电,续航里程长

不足:不纳入新能源摇号,没有新能源补贴

符合人群:追求省油,追求长距离使用,钟爱混合动力技术的车主

6电动汽车电池价格和购车成本问题

从原理上讲,纯电动汽车(BEV)的结构最简单。不过缺点也很明显,除了充电桩,充电时间重要之外,最重要的还是电池的价格。目前电池模块出售的价格基本上还维持在300~400美元/kWh。特斯拉Model S电池容量75KWh,电池成本就是350x75=26250美元,约合17万元人民币。

普锐斯插电式混动(PHEV)美国市场售价是2.71万美元,并且可以获得最高4500美元的补助,决定纯电动(BEV)还是插电式混动(PHEV)市场地位的,还是因为价格和实用性,便利性这些东西。

因此纯电动汽车,什么时候售价能够降到3万美元以下,并且解决了电池成本问题,续航能够达到600公里的时候,才是PHEV输给BEV的时候。

7买电动真的是因石油不够用吗?

“地球上的汽油只够烧40年!”这样的报道经常见诸报端,但仔细查一下就发现有点不对劲,2000年说石油只够用40年,2010年还是够用40多年,到了2014年,咱的石油还够用53年。

其实,这个年数实际上是全球原油“储采比”,也就是以当前探明储量除以当年开采量计算出来的年数。探明储量并非恒定不变,因为每年都有新增探明储量,而且地球的未探明储量远大于探明储量。

由于未探明储量是个未知数,谁也不能准确估算原油资源到底能用几年。放开来烧是显然不行的,但有节制的烧一烧,50年远远不止。也很好理解,倘若汽油真的只够用三五十年,大众丰田这些汽车厂商还在稳如泰山的开发和改进内燃机,不是脑子进水了吗?

8纯电动VS混动技术发展路线

插电同轴混联方案,集成度比较高,产品稳定好。目前北京精进、天津松正、南京越博、苏州绿控等为代表厂家;插电同轴混联方案发展方向,有2个方向,一是比较高级的乘用车,如B级以上车型,二是比较大型货运车辆;

城市公交车、出租车纯电动技术目前基本成熟,尽管还要完善空间比较大,至于是采用换电方案还是充电桩方案还是移动充电车方案,但由于线路固定、充电相对方便,后续市场趋势让我们拭目以待市场的选择;

城市货运车辆由于不需要长途运输、线路相对固定,充电条件较好,电动化的基本趋势是纯电车桥直驱方案。

污染严重的大型柴油货运车辆,由于经常上高速长途奔袭,没有很方便的充电条件,其次是重载条件下续航里程大大缩短,背负巨大的电池经济性又差,所以选用插电同轴混联方案进行改造,解决了充电和续航的问题,由大幅降低了启停和等待期间的油耗,在节能减排方面有巨大的意义,综合性比较好。

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