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新能源汽车技术路线:纯电动VS混动 你死我活还是各霸一方?了解一下
作者/来源:中国新能源汽车网-H
2018-12-05 09:38:48

新能源汽车

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,人们的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?

汽车销量数据

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?

纯电动汽车

2、纯电动和混动车型的定义

BEV—纯电动汽车

完全由可充电电池提供动力源的汽车,其动力系统大致由电池组、电池变换器、电动机和减速器组成。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,仅扮演发动机的辅助角色,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电线进行充电,也同样都有着发动机和驱动电机。

混动汽车

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

就电池容量由大到小,上述几种车型排序如下:

BEV纯电动>EREV增程式>PHEV插电混动>HEV不插电混动

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

纯电动汽车BEV的优劣势就更明显了,不消耗燃油0排放0污染,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。

纯电动汽车

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。

化学电池储能密度比传统燃料低了不止十倍。

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:特斯拉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,内燃机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?

混合动力

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,干脆就把发动机干掉,纯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4~6L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。

内燃机中级车

5、电动汽车和混动汽车的充电问题及日常应用场景

有固定车位的车主,联系物业与4s店安装专用充电桩,会有一些安装费用,用充电桩充满电要6个小时;

无固定车位的,需要寻找有家用电源的充电口的停车位,但这样的充电方式慢,需要20多个小时充满;

没有固定车位且无法充电的,联系4s店使用充电桩。

所以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

纯电动汽车

混动汽车

需要充电的混合动力车其实有两种,一种是插电式混合动力车,一种是增程式混合动力车,为了避免同学们头大,本文就不具体说两者的区别了,只要记得它们既要加油也需要充电的,虽然它们相对纯电动车的充电时间更短,但充电难问题依旧存在。

增程式其实是纯电动车的衍生车型,它就是为了纯电动车在充不到电的时候“趴车”,所以在车上装多了一个小排量的汽油发动机给电池充电,但它并不是发动机和电动机可以同时产生动力,所以它的动力来源只是电动机

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

混动充电版

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

从制造原理上讲,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。

电动汽车

各车型美国市场售价:

雪佛兰Bolt:36620~40905美元

日产聆风:30680~36790美元

宝马i3:42400~47450美元

特斯拉model3: 35000~47000美元

丰田普锐斯PHEV:27100美元

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。

纯电动汽车

7、为什么买电动?真的是石油不够用了吗?

“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。

全球原油储采比,在1980年时大约为30年,1990年到2010年一直维持40多,这几年反而进一步增加为50多年。一方面科技进步使得探明储量增长,另一方面全球各国节能环保的努力,一定程度上缓解了能源问题。

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,是有些问题的。

电动汽车

8、为什么造车新势力扎堆电动汽车?

为什么很多新兴的车企都会选择造新能源汽车起家?因为新能源汽车的技术含量并没有传统汽油车那么高。新能源汽车的核心技术很少,最重要的电池组与电机大多都由供应商提供。

但是混动车型靠电机和发动机共同驱动,在技术上面是一个升级,难度更大。交通工具的属性非常多,除了可以将用户从A地带到B地,还得兼顾这个过程的舒适性,比如说车内的制热、除雾的及时性。混动车型在这些方面都更具有优势,因为有内燃机的热风可直接通过风扇进入车内,不需要能量的转换。同时,从电池组耐用的角度来说,混动比纯电动汽车有优势。

各位都知道,手机电池长期过渡的放电就会面临着寿命缩短的问题。汽车电池组也同样存在这个问题,但混动车型可以很好避免这个麻烦,因为它在缺电的时候有另外的一种燃料驱动车辆,而纯电动汽车只有过渡消耗电池电量。这样长期累积下来如果后期涉及到更换纯电动汽车电池组那将是一笔不小的费用。

电动汽车

9、纯电动VS混动技术发展路线

①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;

②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;

③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。

④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。

新能源汽车

10、结束语

从无需充电的HEV到需要插电的PHEV和EREV,再到舍弃发动机的纯电动汽车BEV,每一种模式都是自己的优势,也给不同需求的消费者带来多元化的选择。

混合动力汽车无论从技术和市场角度,都已较为成熟。纯电动车则是比较新的热点,吸引眼球的潜力巨大,实际市场前景,则有些前途未卜。

就当前来说,虽然纯电动汽车在新能源汽车中所占比例较大,但是插电式混合动力也受大众欢迎,所以有不少人认为,插电式混合动力汽车是发展到纯电动汽车的一条必经之路,可能在未来的一段时间里,插电式混动汽车或是油电混合汽车仍将以较大的优势,战胜纯电动汽车,毕竟当前纯电动汽车缩短充电时间、降低电池价格等一些困难仍要用不少时间去克服,去解决。

对于我们普通老百姓来说,到手的车是多少钱可能比较关键吧。在上海,由于同时获得国家和地方对新能源汽车的补贴,还可以免费获得当地的车牌,作为苦于难获一张牌照的上海消费者,可以通过新能源车解决牌照问题,而在车辆使用上的体验完全一样。

遗憾的是,补贴与车牌的优惠政策在北京还不能实现,原因在于到目前为止,插电式混合动力汽车未被纳入《北京市示范应用新能源小客车生产企业及产品目录》。因此买什么样的车还得看地方政策如何,因地制宜购车才是最恰当的选择。


毫无疑问,新能源汽车是汽车发展的趋势,但从汽车市场的实际情况出发,混动车型的市场前景比纯电动汽车的市场前景更加明朗,并且也更贴合用户的实际用车需求。至于纯电动汽车的电池组能不能够取得跨越式的进步,这个很难说。毕竟10年前我们开的汽车和今天的汽车相比,没有颠覆性的区别,那么10年之后的变化会不会按照同样的发展轨迹呢?我们拭目以待~

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