新能源汽車技術路線:純電動VS混動 你死我活還是各霸一方?

新能源汽車技術路線:純電動VS混動 你死我活還是各霸一方?

1、純電動和混動市場佔比情況

在新能源汽車越來越普及、話題熱度越來越高的今天,人們的關注點似乎都在純電動車上。但不可否認的是,純電動車目前還有很多技術壁壘尚未攻破,例如續航里程不足、充電時間長、低溫環境下的性能衰減等。

關於新能源汽車未來的動力來源以及技術路線,有人認為會是純電動(BEV)汽車,也有人認為是插電式混動(PHEV)。大部分人認為插電式混動汽車只是油電混動的一個進化,只是一個過渡,未來汽車的終極形態都會過渡到純電動汽車上,真是這樣嗎?

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2017年插電混動車型銷量比例為16%,純電動乘用車為60%,而插電式混合動力乘用車為14%;純電動商用車為24%,插電式混合動力商用車為2%。以上說明,混動車還有比較強的生命力,尤其是插電式混合動力乘用車。

時至今日,很多純電動(BEV)汽車的行駛里程已經能夠達到400公里以上了。但是為何還沒有廣泛普及呢?為何現在很多廠商,特別是歐洲廠商在研製插電式混動(PHEV)呢?

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2、純電動和混動車型的定義

  • BEV—純電動汽車

完全由可充電電池提供動力源的汽車,其動力系統大致由電池組、電池變換器、電動機和減速器組成。由於電動機的輸出功率更加恆定,扭力更大,因此純電動汽車的動力輸出相較於同級的燃油汽車更加強勁也更為安靜。

  • HEV—油電混合動力車

HEV最重要的特點,是不需要進行充電,操作模式與普通燃油車別無二致,車內的電池容量與電機功率都比較小,僅扮演發動機的輔助角色,通過剎車時的動能回收、適當減輕發動機負荷等方式來降低油耗。

  • PHEV—插電式混合動力車

PHEV的特徵首先體現在“插電”這個詞上,這種車型同樣具備發動機、電動機和動力電池,和HEV不同的是,PHEV的電池容量要大得多,一般都在10kWh以上,而HEV的動力電池一般在1~2kWh左右。所以PHEV充滿電之後,純電續航里程基本都在50公里左右,但在實際用車過程中,發動機都會或多或少的參與驅動。

  • EREV—增程式混合動力車

很多人能分清HEV和PHEV,卻容易在EREV和PHEV之間弄糊塗,原因是它們都需要插電線進行充電,也同樣都有著發動機和驅動電機。

插電式混合動力是指可以使用外部電源對車輛進行充電的混合動力車型。一般情況下,它的電池容量比電動車小,但卻要遠大於普通油電混動汽車。相比純電動車,它不單純依靠充電樁充電,時間更為自由靈活,在配套設施還不完善的今天,這類車型是比較理想的新能源車型。

事實上,EREV(增程式)車型的純電續航里程普遍要高於PHEV車型很多,因為在大多數工況下,EREV的工作模式都優先使用純電行駛,在電池組有電的情況下,發動機幾乎不會工作。當電池組電量不足時,發動機才會開始運轉。所以相比PHEV車型來說,EREV可以真正做到0油耗0排放

就電池容量由大到小,上述幾種車型排序如下:

BEV純電動>EREV增程式>PHEV插電混動>HEV不插電混動

上圖亦是從強混到弱混的排序

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3、純電動和混動的技術特點

油電混動車HEV駕駛模式和普通燃油車最像,優點是不用充電就能省油,但省油效果有限。

多數情況下,一般的混合動力汽車都是依靠發動機和電動機的動力總成來驅動車輛,紅綠燈啟停及低速狀態下只需要由電機來進行驅動,駕駛者會覺得安靜而舒適;當進行車輛制動的動作時,車輛會通過能量回收系統為電池進行充電;而發動機和電機一起工作時,則可以獲得最大效率的動力輸出。

插混PHEV標定的純電動續航里程一般是幾十公里,不過為了保證車輛的動力,在很多情況下發動機都會介入驅動,即使是滿電狀態,也依然需要消耗汽油,所以動力強勁是它的優勢之一。

插電式混動汽車可以說是朝著全面電氣化邁進的一小步,電池組比混動車型更大,根據車型和車主駕駛風格的不同,續航里程的變化區間會非常大;電量充足時,車輛的提速暢快但消耗巨大,如果電池的電量耗盡,開起來的感覺更像一臺弱化版的混動車。

純電動汽車BEV的優劣勢就更明顯了,不消耗燃油0排放0汙染,續航里程相對也比較長,如今比較優秀的都做到了300千米以上。這種續航應付日常通勤綽綽有餘,但遇到長途出行就力不從心了,遇到需要開空調的季節,續航又大打折扣,里程焦慮難免。

純電動車另一個吸引人的原因就是它的駕駛感覺和傳統燃油車、混合動力車都有明顯的不同,無論是加速還是減速的效果都十分劇烈且刺激,甚至會讓人產生眩暈感。當然純電動車並不適合長時間的高速行駛,電量和性能都會受到直接影響。

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4、從能源轉化角度分析純電動和混動技術特點

  • 汽油的密度是0.72kg/L,燃燒熱值是46MJ/kg,一升汽油燃燒熱量為9.2度,但發動機的熱效率最高大約40%左右,所以實際上一升汽油能釋放的能量約為3.7度電

  • 最先進的18650鋰電池,儲電量為3100mAH,重量約為46克,工作電壓約3.7V,一公斤鋰電池的儲存能量為0.25度電

化學電池儲能密度比傳統燃料低了不止十倍。

為什麼說電池儲能是電動車無可規避的硬傷?這結論也許能有個較為直觀的印象:特斯拉85kwH的電池組由7000多節小電池組成,重544公斤,儲存85度電。

544公斤電池儲存的能量=23升汽油(約16.5公斤)產生的能量。但電動系統的效率很高且穩定,內燃機則隨路況情況波動巨大,綜合而論,這

544公斤電池的能量大致相當於30~40升汽油。

特斯拉Model S P85的理論續航里程為500公里,但僅僅是理論值,在城市綜合路況,實測的續航大致上在350到400公里之間。而普通轎車一箱油,跑市區500公里,或跑高速800公里,然後還能放心開著車去找油站,並不算過分的要求吧?

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其實電動和混合動力,都是試圖改善惡劣工況下的發動機效率低下的問題。

純電動的做法非常徹底,乾脆就把發動機幹掉,純靠電池電機驅動車輪,始終保持很高的效率;混合動力,則是在惡劣工況時用電“幫助”發動機,進入平穩工況後將控制權交還給讓發動機,並反過來給電池充電。

所以,電動和混動,穩定工況和惡劣工況的效率波動不大。傳統內燃機汽車,高速路況和堵車路況的效率可以相差兩倍以上。實際的效果大致如下:

  1. 特斯拉,典型的電動車,544公斤電池組,理論續航(定速巡航)500公里,城市路況350~400公里。

  2. 典型的混合動力汽車,約50L油箱,電池組重幾十公斤,油耗保持在百公里4~6L範圍,堵車還是跑高速相差不大。

  3. 典型的內燃機中級車,約70L油箱,70km/h定速巡航油耗可做到百公里5~7L,堵車路況,立刻飆升到百公里12L甚至更高。

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5、電動汽車和混動汽車的充電問題及日常應用場景

  1. 有固定車位的車主,聯繫物業與4s店安裝專用充電樁,會有一些安裝費用,用充電樁充滿電要6個小時;

  2. 無固定車位的,需要尋找有家用電源的充電口的停車位,但這樣的充電方式慢,需要20多個小時充滿;

  3. 沒有固定車位且無法充電的,聯繫4s店使用充電樁。

所以購買純電動車最需要考慮的就是充電問題,如果充電問題解決了那接下來就要綜合考量充電時間和續航里程,就是日常使用夠不夠方便。

  • 純電動車

以特斯拉為例,如果一般上下班使用的話充滿電一次後,完全可以使用5天以上,之後在找個空閒時間去特斯拉特定的充電點充一個多小時即可充滿,而且這些充電點很多是被設定在大型商場的停車場內,也就是說你逛一次街回來,車就充滿電了,這點相當方便。

  1. 優勢:不用汽油、新能源搖號、補貼、免稅

  2. 不足:續航里程有限,不宜出遠門,充電問題

  3. 適合人群:有固定車位或有辦法解決充電問題的車主

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  • 混動汽車

需要充電的混合動力車其實有兩種,一種是插電式混合動力車,一種是增程式混合動力車,為了避免同學們頭大,本文就不具體說兩者的區別了,只要記得它們既要加油也需要充電的,雖然它們相對純電動車的充電時間更短,但充電難問題依舊存在。

增程式其實是純電動車的衍生車型,它就是為了純電動車在充不到電的時候“趴車”,所以在車上裝多了一個小排量的汽油發動機給電池充電,但它並不是發動機和電動機可以同時產生動力,所以它的動力來源只是電動機

  • 混動充電版

  1. 優勢:新能源搖號、補貼(部分地區)、免稅、短途用電、長途用油,對於充電設施的依賴度更低

  2. 不足:充電地點問題

  3. 符合人群:有固定位充電同時需要長途出行的車主

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  • 不用充電的油電混合動力車

這類車其實是最早進入我們國內,但早期因為進口價格過高而沒有受到消費者的青睞,但近年來隨著國產程度的不斷提高,混合動力車也實現了部分國產化,其中最具代表意義的就是豐田的普銳斯。

它的工作原理其實很簡單:平時利用發動機和電動機協同工作提高燃油經濟性,同時把多餘的能量(怠速、剎車)轉化為電能給電池充電,也就是說它能做到最高效化地利用燃油,這就是它省油的秘密所在,在滿箱油且理想狀態下可以跑近1000公里,這真的相當誇張。

它既不用充電,所以不用煩惱固定停車位,它很省油,它燃油經濟性超級高。

  1. 優點:不用充電,續航里程長

  2. 不足:不納入新能源搖號,沒有新能源補貼

  3. 符合人群:追求省油,追求長距離使用,鍾愛混合動力技術的車主

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6、電動汽車電池價格和購車成本問題

從製造原理上講,純電動汽車(BEV)的結構最簡單。不過缺點也很明顯,除了充電樁,充電時間重要之外,最重要的還是電池的價格。目前電池模塊出售的價格基本上還維持在300~400美元/kWh。特斯拉Model S電池容量75KWh,電池成本就是350x75=26250美元,約合17萬元人民幣。

普銳斯插電式混動(PHEV)美國市場售價是2.71萬美元,並且可以獲得最高4500美元的補助,決定純電動(BEV)還是插電式混動(PHEV)市場地位的,還是因為價格和實用性,便利性這些東西。

各車型美國市場售價:

  1. 雪佛蘭Bolt:36620~40905美元

  2. 日產聆風:30680~36790美元

  3. 寶馬i3:42400~47450美元

  4. 特斯拉model3 35000~47000美元

  5. 豐田普銳斯PHEV:27100美元

因此純電動汽車,什麼時候售價能夠降到3萬美元以下,並且解決了電池成本問題,續航能夠達到600公里的時候,才是PHEV輸給BEV的時候。

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7、為什麼買電動?真的是石油不夠用了嗎?

“地球上的汽油只夠燒40年!”這樣的報道經常見諸報端,但仔細查一下就發現有點不對勁,2000年說石油只夠用40年,2010年還是夠用40多年,到了2014年,咱的石油還夠用53年。

其實,這個年數實際上是全球原油“儲採比”,也就是以當前探明儲量除以當年開採量計算出來的年數。探明儲量並非恆定不變,因為每年都有新增探明儲量,而且地球的未探明儲量遠大於探明儲量。

全球原油儲採比,在1980年時大約為30年,1990年到2010年一直維持40多,這幾年反而進一步增加為50多年。一方面科技進步使得探明儲量增長,另一方面全球各國節能環保的努力,一定程度上緩解了能源問題。

由於未探明儲量是個未知數,誰也不能準確估算原油資源到底能用幾年。放開來燒是顯然不行的,但有節制的燒一燒,50年遠遠不止。也很好理解,倘若汽油真的只夠用三五十年,大眾豐田這些汽車廠商還在穩如泰山的開發和改進內燃機,不是腦子進水了嗎?

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8、為什麼造車新勢力扎堆電動汽車?

為什麼很多新興的車企都會選擇造新能源汽車起家?因為新能源汽車的技術含量並沒有傳統汽油車那麼高。新能源汽車的核心技術很少,最重要的電池組與電機大多都由供應商提供。

但是混動車型靠電機和發動機共同驅動,在技術上面是一個升級,難度更大。交通工具的屬性非常多,除了可以將用戶從A地帶到B地,還得兼顧這個過程的舒適性,比如說車內的制熱、除霧的及時性。混動車型在這些方面都更具有優勢,因為有內燃機的熱風可直接通過風扇進入車內,不需要能量的轉換。同時,從電池組耐用的角度來說,混動比純電動汽車有優勢。

各位都知道,手機電池長期過渡的放電就會面臨著壽命縮短的問題。汽車電池組也同樣存在這個問題,但混動車型可以很好避免這個麻煩,因為它在缺電的時候有另外的一種燃料驅動車輛,而純電動汽車只有過渡消耗電池電量。這樣長期累積下來如果後期涉及到更換純電動汽車電池組那將是一筆不小的費用。

9、純電動VS混動技術發展路線

  • ①插電同軸混聯方案,集成度比較高,產品穩定好。目前北京精進、天津松正、南京越博、蘇州綠控等為代表廠家;插電同軸混聯方案發展方向,有2個方向,一是比較高級的乘用車,如B級以上車型,二是比較大型貨運車輛;

  • ②城市公交車、出租車純電動技術目前基本成熟,儘管還要完善空間比較大,至於是採用換電方案還是充電樁方案還是移動充電車方案,但由於線路固定、充電相對方便,後續市場趨勢讓我們拭目以待市場的選擇;

  • ③城市貨運車輛由於不需要長途運輸、線路相對固定,充電條件較好,電動化的基本趨勢是純電車橋直驅方案。

  • ④汙染嚴重的大型柴油貨運車輛,由於經常上高速長途奔襲,沒有很方便的充電條件,其次是重載條件下續航里程大大縮短,揹負巨大的電池經濟性又差,所以選用插電同軸混聯方案進行改造,解決了充電和續航的問題,由大幅降低了啟停和等待期間的油耗,在節能減排方面有巨大的意義,綜合性比較好。

10、結束語

從無需充電的HEV到需要插電的PHEV和EREV,再到捨棄發動機的純電動汽車BEV,每一種模式都是自己的優勢,也給不同需求的消費者帶來多元化的選擇。

混合動力汽車無論從技術和市場角度,都已較為成熟。純電動車則是比較新的熱點,吸引眼球的潛力巨大,實際市場前景,則有些前途未卜。

就當前來說,雖然純電動汽車在新能源汽車中所佔比例較大,但是插電式混合動力也受大眾歡迎,所以有不少人認為,插電式混合動力汽車是發展到純電動汽車的一條必經之路,可能在未來的一段時間裡,插電式混動汽車或是油電混合汽車仍將以較大的優勢,戰勝純電動汽車,畢竟當前純電動汽車縮短充電時間、降低電池價格等一些困難仍要用不少時間去克服,去解決。

對於我們普通老百姓來說,到手的車是多少錢可能比較關鍵吧。在上海,由於同時獲得國家和地方對新能源汽車的補貼,還可以免費獲得當地的車牌,作為苦於難獲一張牌照的上海消費者,可以通過新能源車解決牌照問題,而在車輛使用上的體驗完全一樣。

遺憾的是,補貼與車牌的優惠政策在北京還不能實現,原因在於到目前為止,插電式混合動力汽車未被納入《北京市示範應用新能源小客車生產企業及產品目錄》。因此買什麼樣的車還得看地方政策如何,因地制宜購車才是最恰當的選擇。

毫無疑問,新能源汽車是汽車發展的趨勢,但從汽車市場的實際情況出發,混動車型的市場前景比純電動汽車的市場前景更加明朗,並且也更貼合用戶的實際用車需求。至於純電動汽車的電池組能不能夠取得跨越式的進步,這個很難說。畢竟10年前我們開的汽車和今天的汽車相比,沒有顛覆性的區別,那麼10年之後的變化會不會按照同樣的發展軌跡呢?我們拭目以待~


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