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新能源汽车分类及性能探讨

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摘要:随着国家新能源汽车补贴政策颁布,越来越多的新能源汽车走进千家万户。学术上对新能源汽车分类尚存在一些分歧,分析纯电动汽车、混合动力汽车和燃料汽车的原理及优缺点,有助于普通用户理解和认识新能源汽车。

关键词:新能源汽车;分类;经济性;电动;混合动力

0引言

随着经济的发展,汽车保有量的持续攀升,不仅给能源带来危机,同时传统汽车排放的尾气给环境带来了巨大的危害。在这样的情况下,种类繁多的新能源汽车便应运而生。但是,增程式混合动力汽车、插电式混合动力汽车、混合双擎动力,一箩筐不认识的词汇扎堆出现,让大家对新能源汽车产生了太多疑问。

1新能源汽车的分类概述

新能源汽车包括的范围较广,大致可分为纯电动汽车(EV)、混合动力汽车(HEV)、燃料电池电动汽车(FCEV)、燃气汽车(GV)、生物燃料汽车(BFV)等类型。[1]

2纯电动汽车

2.1纯电动汽车原理

纯电动汽车就是只能靠电能驱动的车辆,而不需要其它能量。它可以通过家用电源(普通插座)、专用充电桩或者特定的充电场所进行充电,以满足日常的行驶需要。纯电动汽车的驱动系统相较于普通汽车要简单得多,总体上有两大部分构成:电动机和动力电池。我们可以用一条简单的公式对纯电动机汽车进行概括:电-电-动力。如今的纯电动汽车在电动机类型、电池材料、电能管理系统以及其它车载技术等方面都非常复杂,不同汽车品牌间的技术差异也比较大。

2.2纯电动汽车的优缺点

2.2.1优点纯电动汽车依靠纯电能驱动,它的使用成本是目前新能源车中最低的,结构简单,保养项目、保养费用也比普通汽车低很多,一般只需要更换齿轮油、刹车片即可。还可以享受国家补贴,不同地区都有相应的补贴政策,差别仅是幅度问题而已。同时,纯电动汽车的安静程度也比普通汽车要好很多,基本上无需刻意去加装任何隔音装备,而且电动机具备低转速高扭矩的特点,使得其起动和加速性能也很好。例如特斯拉ModelS虽然车身重2.1吨,却能达到百公里加速3.9秒的成绩。[3]

2.2.2缺点首先由于使用动力电池,纯电动汽车的续航能力普遍不高。目前其续航里程普遍分100km-200km-300km几个阶梯,如果再考虑电能转化率和天气等因素的影响,实际续航能力将会更低。其次,纯电动汽车需要很长的充电时间。就拿滕势来说,使用普通家用220V电源,需要32小时才能充满,即使是拥有超级充电站的特斯拉,Mod-elS也需要40分钟才能充满。而车主安装厂家提供的充电设备过程复杂,甚至还需要看物业脸色,如果没有私家车位,要在自家小区充电就更难了。另外,充电桩的实际规格也存在差异,车辆设定的充电电压往往高于国家电网电压,这就造成有些车辆充电时间延长,甚至无法充电。再次,动力电池的使用寿命和衰减速度实在让人难以放心。而且纯电动汽车更换电池的费用很高,以众泰知豆为例,整车实际价格约5万元,而更换电池组费用会高达3万元之多。虽然说大部分厂家都提供5年10万km的质保,但是电池衰减的问题却是客观存在的,而且天气对于电池的影响也比较明显,尤其是冬季,这使得消费者对于自己车辆的续航里程更加没底了。

3混合动力汽车

纯电动汽车存在的不足比较明显,这是纯电动车无法大范围普及的主要原因。随着环境保护日益受到重视,普通汽车的燃油损耗和尾气排放面临巨大压力。因此,厂家大力发展混合动力技术,通过电油两用的形式,降低发动机的油耗和排放。混合动力汽车就是由发动机或电动机驱动的车辆,通常能够在纯电动模式、纯油模式以及油电混合模式下工作。混合动力汽车有普通混合动力、插电式混合动力以及增程式混合动力三种形式。同时,电动机和发动机的相对布置形式又有几种变化,不同厂商的混合动力汽车性能也会有所差异,因此处较为复杂,本文仅对混合动力汽车的大分类进行解释,并请注意以下简称:纯电=纯电动汽车、混动=普通混合动力、增程=增程式混合动力、插混=插电式混合动力、燃料=燃料电池汽车。

3.1普通混合动力

3.1.1普通混合动力原理混动汽车在正常行驶过程中,主要依靠发动机驱动。而在电量充足的条件下,车辆起动或者低速行驶时,也可完全依靠电动机驱动,但是续航里程极短。车辆高速行驶时,发动机单独驱动车辆行驶。当遇到坡道或者急加速时,发动机和电动机共同驱动车辆行驶。混动汽车的动力电池容量很小,如雷克萨斯CT200h的动力电池容量为6.5Ah,仅相当于一些强力探照灯的电瓶,在纯电模式下最远行驶距离仅为3km。因此,混动一般通过刹车时回收动能为动力电池充电,或者利用车辆在行驶时发动机的多余功率驱动发电机充电,不存在纯电动汽车到处找“插座”的困扰。

3.1.2普通混合动力汽车的优缺点

3.1.2.1优点混动最大的优点莫过于省油。以凯美瑞为例,混动版百公里油耗在5L左右,而普通版则要多一倍。其次,由于在原有发动机基础上增设一套电驱系统,混动版的动力性能堪比3.0L发动机车型,而驾驶和保养方面却没什么变化,基本就是一台“很省油”的普通汽车,只是刹车时的拖拽感会稍微明显一点。另外,混动和普通汽车之间还有一个小差异,由于起动和低速行驶时主要依靠电动机,混动车辆不需要“热车”这个环节,插上钥匙即可行驶。

3.1.2.2缺点混动的主要缺点是:可选车型主要集中在日系品牌,且多为中型车以上车型,在性价比更高的普通紧凑车上极少,电驱系统的加入也使售价进一步提高,而且没有被新能源车补贴目录收录。另外,增加的电驱系统也会占用一定的使用空间。例如,混动版凯美瑞的后备箱比普通版本减少四分之一的空间。

3.2插电式混合动力汽车

3.2.1插电式混合动力汽车原理插混比起混动,简单说就多了一个插电口,能够外接充电。电动机功率要足够大,确保汽车能够以比较高的速度行驶,一般认为需要大于50kW。电池容量也要比混动大很多,足以在纯电模式下行驶几十公里。插混也能在混动汽车的几种模式下行驶,由于动力电池的容量更大,插混的续航里程较长,一般为50km以上。

3.2.2插电式混合动力汽车优缺点

3.2.2.1优点插混的百公里综合油耗比混动更低,如普锐斯插电版在纯电模式可以行驶30km,百公里油耗低至2L。而且充电时间也不长,一般数小时即可充满。如果能够保持良好的充电习惯,用车费用堪比纯电动汽车,且无需担心续航问题。同时,插混得益于更大功率的电机辅助,动力性能更加凌厉。保时捷918spyder能够实现2.3秒破百的新能。并且插混还能享受多重补贴。[3]

3.2.2.2缺点电池组的增大进一步提高了售价,而部分地区不对插混进行补贴,更是雪上加霜。并且,可选车型极少,完全说不上选择性。如刚上市的宝马530Le,应该不是普通人能消费的起吧?还有,充电设施建设缓慢及个人充电条件不易满足,有点走纯电动汽车“老路”的无奈,这也降低了消费者使用纯电模式的热情,车主更多的是当普通汽车去使用,而秦和荣威550在纯油模式下的油耗和普通汽车相比,并没有多大优势,节能减排效果仍待提高。[4]

3.3增程式混合动力汽车

3.3.1增程式混合动力汽车原理增程式混合动力汽车就是用发动机进行发电,电动机进行驱动的车辆(工作原理如图4所示)。当电池组电量充足时采用电动模式行驶,而当电量不足时,车内发动机工作,驱动发电机给动力电池充电,提供电动机运行的电力(即增程模式)。和混动、插混不同的是,增程无论什么情况下,发动机无法直接驱动车轮转动,仅能通过电动机驱动。但它也能够像插电式混合动力汽车一样,通过外接电源进行充电。

3.3.2增程式混合动力汽车优缺点

3.3.2.1优点由于具有插混的外接充电优势,增程式混合动力汽车的纯电续航里程也较长,如i3纯电版续航里程为160km,而i3增程版可达300km左右。而且在增程模式下,发动机工作在高效转区,其安静程度比普通汽车更好。电机的低转高扭特性也使得车辆的起步和加速性能较好。在增程模式下,i3的综合百公里油耗也能达到4L左右的水平,具有一定的节能效果。另外,增程和插混一样能够享受国家新能源车补贴政策。

3.3.2.2缺点增程和插电、纯电动汽车一样存在相当头疼的充电问题。而油-电-动力的形式,使得增程式混合动力汽车在增程模式下的油耗和普通汽车相差不大而且,由于发动机不能协同电动机一起驱动汽车,增程在高速上的动力性能远不及混动和插混,比起普通汽车也仅有起步和加速上的优势而已。

4燃料电池汽车

4.1燃料电池汽车的原理

燃料电池汽车实际上是利用氢气和氧气的化学反应(并非燃烧)产生的电能驱动车辆行驶。它也是电动汽车的一种,结构基本类似,只不过多了一个燃料电池和氢气罐。和纯电动汽车不同的是,燃料电池汽车只要加氢就可以持续运行,这点类似于“加油”,续航里程也和普通汽车无异。

4.2燃料电池汽车的优缺点

4.2.1优点燃料汽车被誉为人类交通的最终解决方案,不仅具有纯电动汽车的优势,还因为氢气和氧气取之不尽,加氢和加油一样便捷,没有任何污染而深受推崇。

4.2.2缺点目前氢气的产量和存储存在问题,成本比较高,建设加氢站的成本上也远比加油站和充电站高,并且高压存储的氢气,安全性有待考验。

5结语

随着科技的进步还会有更多更好的新能源汽车诞生,国家的扶持力度也会越来越大。相信在不久的未来,新能源汽车会取代普通汽车,成为主流。

参考文献:

[1]吴际璋.新能源汽车概述[J].汽车维修与保养,2010(11).

[2]崔胜民,韩家军.新能源汽车概论[M].北京:北京大学出版社,2011:56.

[3]张胜强.芮晓丽.武鑫.我国发展新能源汽车的必要性分析[J].中国科技纵横网,2013(12).

[4]徐硕.新能源汽车的发展现状和趋势[J].中国科技博览,2016(8).

作者:董子昌 单位:淮北职业技术学院机电工程系

汽车工程师杂志责任编辑:张雨    阅读:人次