不被忽悠看懂电动汽车

　　对于大城市的人来说，想买车得摇号，一摇就是两三年，中标遥遥无绝期已经成为一种难以述说的痛，所以很多人开始考虑不需要摇号，而国家又在政策上大力扶持的新能源汽车。这几年来国家对新能源产业的扶持力度不断加大，特别是针对电动汽车更是不遗余力，各种刺激政策的相继出台，免摇号就是其中之一。可是作为一种新兴商品，电动汽车无论从构造、参数还是评价标准来说都与传统燃油汽车有很大差异，如何挑选，如何使用维护，很多人都是一头雾水。《GEEK》上期介绍了关于电动车的一些背景知识，今天我们就详细说说，购买电动汽车所必需了解的一些事，以便各位在购车时更加理性。

　　新能源车的分类

　　先说个题外话，在国家颁布的各种新能源车优惠政策中，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，这些车都有共同的特点：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。此外，包含其中的燃料电池汽车，也是以电能驱动车辆行驶。所以换个角度来说，我们可以把纯电动汽车、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”。

　　纯电动汽车

　　要说就先说最热的，没错，就是纯电动汽车，看名字就知道它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名字，但抛开那些浮夸的外表和装备，电动车的动力系统其实十分简单：电能储存器，也就是电池组，以及提供动力的电动机。按照这种透过表象看本质的视角，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。当然这只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。

　　插电混合动力汽车

　　与纯电动车相对应的，就是插电混合动力汽车，这类车型在国内还算不上普及，不过“混合动力”这个名词对大家来说并不陌生，我们经常可以看到以丰田凯美瑞尊瑞和雷克萨斯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”的方式进行动力混合。为了便于理解，我们先说说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%。

　　按照混合度来划分一看就是理工科出身的死宅搞出来的，根本不利于正常人类理解，所以出现了按照动力系统的连接方式的不同而进行的分类。简单来说，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。在串联形式中，内燃发动机并不直接提供动力，也就是说不能单独带动车轮，而仅仅用于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。

　　跟初中物理学到的一样，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，电动机更多地作为车辆起步和加速时动力的辅助来源。除了串联和并联，目前用得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，两种动力单元既可以单独驱动车辆，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。

　　增程式混合动力汽车

　　增程式混合动力车型，从结构上来说就是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，车里的内燃发动机启动，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既具有燃油方面的优势，同时又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和宝马i3增程版。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。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，因此很多时候增程式混合动力车型也会被当作插电式混合动力车型中的一种，只是比较特别。

　　燃料电池电动汽车

　　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地提供稳定电力，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大大的提升，同时当燃料耗尽后可以像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，而且需要很多相关配套设施，这并不是哪一家汽车厂商能独立搞定的，因此目前普及起来相对困难。

　　电池依然是瓶颈

　　前面咱已经基本把电动汽车的类型给讲完了，但如果要购买电动车，显然只了解这些还远远不够。电池作为电动车的动力源，一直以来被视为电动车发展的重要标志性技术，也是制约电动车发展的重要瓶颈，其性能好坏直接关系到整车续航里程的长短，甚至安全性，因此了解电池相关的知识对日后购买电动车会大有帮助。从广义上讲电池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。秉持着不说废话的态度，我们只说说化学电池及物理电池。

　　化学电池

　　化学电池是目前应用最为广泛的电池种类，电动汽车也不能免俗，诸如镍氢电池、锂离子电池、锂聚合物电池、燃料电池等都属于这一范畴。从结构角度上讲，又可以分成蓄电池及燃料电池两大类别，目前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。当然，这里所讲的蓄电池并不是我们日常所讲的汽车电瓶，而是对可重复充电电池的统称，其中车载电瓶通常使用的铅酸蓄电池仅仅是细分门类的一种。此外由于电动车蓄电池种类较多，而淘汰率又很高，我们只简单说说市面上常见的几种蓄电池的特性。

　　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。

　　磷酸铁锂电池相比于早期的锰酸锂电池，磷酸铁锂电池在能量密度上并未有太大差别，约为100-110Wh/kg，但其热稳定性是目前车用锂电池中最好的，当电池温度处于500-600℃高温时，其内部化学成分才开始分解，而同属锂电池的钴酸锂电池在180-250℃时就内部化学成分就已处于不稳定状态。换而言之，磷酸铁锂电池的安全性在锂电池中首屈一指，也正因如此，它才成为目前电动车电池的主要门类之一。

　　与磷酸铁锂电池相比，特斯拉MODEL S使用的三元锂电池在重量能量密度上要高出许多，约为200Wh/kg，这也就意味着同样重量的三元锂电池比磷酸铁锂电池的续航里程更长。不过它的缺点也显而易见，当自身温度为250℃～350℃时，内部化学成分就开始分解，因此对电池管理系统提出了极高的要求，需要为每节电池分别加装保险装置。除此之外，由于单体体积很小，所以单车要的电池单体数量非常庞大。以MODEL S为例，7000余节18650三元锂电池才能满足一辆车的装配用量，这无疑又为电池管理系统进一步加大了控制难度。因此，目前市场在售车型中，只有特斯拉一家使用的是三元锂电池。顺带说一句，特斯拉的专利技术中，关于电池的专利技术并不多，因为电池这块特斯拉主要依托于松下，而特斯拉专利中真正牛×的是电池管理系统。想想吧，自己屁股底下坐了7000多节电池，不牛一点还真不放心呐。

　　镍氢电池是目前除锂电池外另一主流电动车动力电池种类，以现款丰田普锐斯为代表的很多混合动力汽车均采用此类电池作为储能元件。其能量密度与普通的锂电池差不多，约为70Wh/kg~100Wh/kg，但由于电池单体电压仅为1.2V，是锂电池的1/3，因此在需求电压一定的情况下，其电池组的体积要比锂电池大上一些。与锂电池一样，镍氢电池也需要电池管理系统，不过更侧重于电池的充放电管理。因为镍氢电池具有“记忆效应”，即电池在循环充放电过程中容量会出现衰减，而过度充电或放电，都可能加剧电池的容量损耗（锂电池此项特性几乎可忽略不计）。因此对于厂商来说，镍氢电池控制系统在设定上都会主动避免过度充放电，如将电池的充放电区间人为控制在总容量的一定百分比范围内，以降低容量衰减速度。

　　虽然咱将燃料电池归类在这里，但其实从严格意义上来讲它不算是“电池”。准确地说，它应该算是一个大的发电系统，具有能量转换效率高、无污染、寿命长、运行平稳等特点，因而被业界公认为未来汽车的最佳能源。简单来说，燃料电池是通过化学反应将化学能转换为电能的一种装置，而能量的来源主要是依靠不断供给燃料及氧化剂产生的。理论上讲，燃料电池能采用的燃料种类很多，甚至是传统内燃机所用燃料均可，不过真正能起电化学反应的，仅仅是其中的氢和氧化剂中的氧，因此，氢燃料电池是目前燃料电池的研究核心。据报道，世界首款量产燃料电池汽车丰田FCV将于明年3月在日本正式销售。该车配备了两个70MPa的高压燃料堆，输出功率为122Ps(90kW)，续航里程可达700km(日本JC08工况下）。除此之外，其添加燃料仅需3分钟，相比传统电动汽车的充电时间要快上很多。目前在日本与之相关的各种政策也紧锣密鼓地相继制定出台，不过国内何时能够买到还不得而知。

　　物理电池

　　说完化学自然就轮到物理了，物理电池从名字上就知道是依靠物理变化来提供、储存电能的电池。比如超级电容、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。与之前所介绍的化学电池相比，超级电容有几个明显优势。首先，反复充放电达数十万次（传统化学电池只有几百至几千次），寿命上要比化学电池高出很多；其次，超级电容在充放电时的功率密度极高，瞬间可放出大量电能，可满足车辆更加宽泛的电力需求；第三，工作环境适应能力更佳，通常室外温度在-40℃～65℃时，它都能稳定正常工作（传统电池一般为-20℃～60℃）。

　　当然，它的缺点也很明显，能量密度低就是制约超级电容发展的首要瓶颈，因此目前超级电容主要应用于车辆启动系统、军事及少量公交车辆，至于是否可作为家用车动力电源使用，还需等能量密度难题有所突破后方可知晓。

　　飞轮电池是上世纪90年代提出来的一种新概念电池，也属于物理电池的一种。简单来说就是利用类似飞轮转动时产生能量的原理来实现自身充放电的。在2010年美国勒芒系列赛最后一轮中，保时捷911GT3混合动力赛车就首次正式使用飞轮电池技术，而其便是鼎鼎大名的保时捷918Spyder的前身。不过这两款车型的飞轮电池均仅作辅助能源使用，其功能类似于我们常见的制动能量回收系统。即便如此，我们依然有理由相信，随着技术的不断发展及制造成本的进一步降低，飞轮电池的应用前景将十分广阔。

　　电动机也很重要

　　很多人在购买传统汽车时，对各种参数特别是发动机的功率扭矩啥的是比了又比，看了又看，可换成看电动车了就对这些漠不关心了，这是不对的。作为驱动车轮的电机，它本身的性能也会影响电动车的行驶表现。相比于电池圈的混乱，电动机的发展趋势似乎就明朗多了，从现已成熟的电动机技术来看，开关磁阻电动机在各方面的技术特性更符合电动车的使用需要，但普及尚需时日。永磁同步电动机已经开始装配在一些量产车上，如宝马i3。应用较广的则是异步电动机，此外还有直流电机。

　　电池储存的电能是以直流电的方式从电池输出经过转换器传至电动机的，所以使用直流电动机就成了毫无悬念的事情，虽然早期还有分有刷直流电动机和无刷直流电动机，可有刷直流电动机维护不方便，而无刷直流电动机根本就不需要维护，所以谁留谁走的问题基本就没有悬念了，价格便宜的无刷直流电动机也成为入门级电动车所使用的最为普遍的一种电动机了。

　　之所以说它是入门级电动机的首选是因为这种电动机自身也存在一些弊端，而这些弊端会阻碍它做得更好。直流电动机的转速范围不算宽泛，最高转速仅为6000rpm左右，这样的转速属性很难满足电动车的工况需求，有些厂商通过匹配二级减速器或具备一定传动齿比范围的CVT变速箱来弥补直流电动机在转速方面的短板。可这样的技术结构在空间布置以及重量控制方面对整车设计都有不利的影响。虽然也可以只为电动机匹配一个单级减速器，但车辆的动力性能以及最高车速都会受到波及。

　　一种技术想要得到广泛应用，通常离不开两点：成本和功能。异步电动机在电动车领域的普及就能充分说明这一论点。异步电动机的拥趸者中除了国内大多数厂商推出的电动车产品外，还包括在电动车阵营中独树一帜的特斯拉MODEL S。

　　电动车的车轮由电动机和差速器组成的传动机构进行驱动，电动机本身的转速范围可以满足车辆的行驶需要，从技术角度而言，变速箱不再是必要装置。但这一切的前提是电动机的变频调速的性能要达到较高的要求。因为，变频调速的能力关乎着汽车的行驶品质。另外，倒车也是日常驾驶时经常遇到的问题，所以，还需要电动机能够自如地在正反转状态间切换。这个反转功能，还在动能回收过程中需要，电动机可将这些回收回来的动能进行发电并将电能回收到电池中，以此延长车辆的续航里程。这也是异步电动机如此大规模普及应用的原因之一，因为正常逻辑下，都会觉得动能回收是一个电动车的基本素质，就跟糖醋白菜一定得有白菜一样自然。

　　看到这里，其实大家都该明白，所谓新产品就是在增加新功能的旧产品基础上改进而来的，永磁同步电动机就是这样的。它的结构与上面提到的直流电动机相似，这样便可具备无刷直流电动机结构简单、运行可靠、功率密度大、调速性能好等特点。与此同时，由于永磁同步电动机采用的驱动方式不同于直流电动机，所以，在噪音以及控制精度环节，永磁同步电动机又更胜一筹。

　　永磁同步电动机的使用对于电动车的乘坐舒适性也有帮助。因为内燃发动机的噪音是无法避免的，所以通常情况下，我们把乘员舱的静音性当作衡量一款汽车舒适性的重要因素之一。对于一般用户而言，这样的衡量标准对于电动车同样适用。目前的电动车大多只提供一级减速器，所以，电动机的转速较高，受电动机驱动方式、装配精度以及各个部件间的匹配等因素影响，车辆行驶时电动机发出的噪音有可能影响到车内乘员的乘坐舒适性。虽然我们并不否认整车隔音工程的作用，但从源头上就对噪音源的控制，又哪里不好呢？另外，它的体积更小，布置更为灵活，更轻的自重对整车重量也有所贡献。宝马i3所使用的正是永磁同步电动机。

　　此外，开关磁阻电动机也是一个很具发展潜力的电动机，在同样具备结构简单、坚固耐用、工作可靠、效率高等优势外，它的调速系统可控参数多和经济指标比上述电动机都要好。功率密度也更高，这意味着电动机在重量更轻且功率大，当电流达到额定电流的15%时即可实现100%的起动扭矩。更小的体积也使得电动车的整车设计更为灵活，可以将更大的空间贡献给车内，更为重要的是，这种电动机的成本也不高。唯一阻碍它普及的是复杂的控制系统，现有的控制系统设计完全不能适用于它，只有等相关配套技术成熟，开关磁阻电动机才有发光发热的一天。

　　电动机放在汽车上带来的新特性以及免于摇号、节能补贴等政策性倾斜应该是新能源车最吸引人的地方，但如何选择却是一个问题，想必经过这轮轰炸，大家应该有个基本的认识了吧？当前市场上采用镍氢电池、磷酸铁锂电池及三元锂电池的电动汽车续航里程已经基本可以满足人们日常出行的使用需要，并且随着基础设施及法律法规的逐步完善，在使用上亦会日趋方便。当然，还是有些人对纯电动汽车心存忌惮，担心因续航里程限制所带来的不便，这也很正常。既然如此，插电式混合动力车型也是不错之选，虽然不如纯电动汽车那样无需加油，但在续航里程及地域适应性上优势明显，可打消远途出行的顾虑。总的来说，无论你准备选择购买哪一种电动车，只有对相关知识详加了解，理性选择，就能真正感受到新技术所带来的愉悦与便利。