電動(dòng)汽車分類及其技術(shù)特點(diǎn)解析

電動(dòng)汽車是一種使用電池或其他可再生能源驅(qū)動(dòng)的汽車，與傳統(tǒng)的內(nèi)燃機(jī)汽車不同，它們依賴于燃料電池或電動(dòng)機(jī)來提供動(dòng)力。按照目前技術(shù)狀態(tài)和車輛驅(qū)動(dòng)原理，電動(dòng)汽車可分為純電動(dòng)汽車(BEV)、燃料電池電動(dòng)汽車和混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(HEV)三種類型。

電動(dòng)汽車分類

1、純電動(dòng)車（Battery Electric Vehicle，BEV）

純電動(dòng)汽車具有零排放、低噪聲結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、技術(shù)成熟等優(yōu)點(diǎn)，是一種完全依賴電池供電且由電機(jī)驅(qū)動(dòng)的汽車，汽車電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電能來自車載可充電蓄電池或其他能量存儲(chǔ)裝置(包括動(dòng)力蓄電池、超級(jí)電容、飛輪電池等)。

車載能源目前主要是采用動(dòng)力蓄電池，主要有鉛酸電池、鎳氫電池、鎳銅電池、鈉硫電池、鯉離子電池、鋅空氣電池等。

（1）純電動(dòng)汽車系統(tǒng)原理及構(gòu)成

純電動(dòng)汽車一般由電機(jī)驅(qū)動(dòng)，電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)電能來自車載可充電蓄電池或其他能量存儲(chǔ)裝置，車載能源通過功率轉(zhuǎn)換裝置(電機(jī)控制器)向驅(qū)動(dòng)電機(jī)提供電能并驅(qū)動(dòng)其運(yùn)轉(zhuǎn)，驅(qū)動(dòng)電機(jī)經(jīng)傳動(dòng)裝置帶動(dòng)車輪旋轉(zhuǎn)從而推動(dòng)汽車運(yùn)動(dòng)。

純電動(dòng)汽車主要由電源系統(tǒng)、電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、輔助系統(tǒng)、車身和底盤等構(gòu)成。

純電動(dòng)汽車結(jié)構(gòu)示意圖

（2）純電動(dòng)汽車的類型

單一蓄電池作為整車動(dòng)力源：蓄電池的比能量與比功率較低，蓄電池組的重量和體積較大。

加裝輔助動(dòng)力源：純電動(dòng)汽車上加裝輔助動(dòng)力源（超級(jí)電容器、發(fā)電機(jī)組、太陽能等），改善純電動(dòng)汽車的啟動(dòng)性能且增加續(xù)駛里程。

（3）純電動(dòng)汽車工作原理

純電動(dòng)汽車通過蓄電池的能量驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)使車輪前進(jìn)，其能量流動(dòng)路線：蓄電池→電力調(diào)節(jié)器→電動(dòng)機(jī)→動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)→驅(qū)動(dòng)輪。其中，蓄電池提供電流，經(jīng)過電力調(diào)節(jié)器后輸出至電動(dòng)機(jī)，電動(dòng)機(jī)提供扭矩，經(jīng)傳動(dòng)裝置后驅(qū)動(dòng)車輪實(shí)現(xiàn)車輛的行駛。

純電動(dòng)汽車工作原理

2、燃料電池電動(dòng)汽車（Fuel Cell Electric Vehicle，F(xiàn)CEV）

相較于傳統(tǒng)電動(dòng)汽車，燃料電池的化學(xué)反應(yīng)過程不會(huì)產(chǎn)生有害產(chǎn)物，具有高效率、無污染、零排放、無噪聲等優(yōu)勢(shì)。燃料電池汽車通常以氫氣、甲醇等為燃料，通過化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生電能驅(qū)動(dòng)電機(jī)進(jìn)行工作，電機(jī)產(chǎn)生的機(jī)械能經(jīng)過變速傳動(dòng)裝置傳給驅(qū)動(dòng)輪，從而驅(qū)動(dòng)車輛行駛。

燃料電池汽車動(dòng)力系統(tǒng)

（1）燃料電池汽車的基本結(jié)構(gòu)

燃料電池車(氫電混合)由燃料電池電堆（Fuel Cell Stack）、驅(qū)動(dòng)電機(jī)（Electric Traction Motor）、DCDC、熱管理系統(tǒng)（Thermal System (cooling)）、電池包（Battery Pack）、加氫口（Fuel Filler）、儲(chǔ)氫罐（FuelTank (hydrogen)）、變速箱（Transmission）、電力電子控制器（Power Electronic Controller）、輔助電池（Battery）等子系統(tǒng)構(gòu)成。

燃料電池車系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

燃料電池電動(dòng)汽車和普通電動(dòng)汽車有基本一致的電力驅(qū)動(dòng)構(gòu)造，燃料電池車由四個(gè)基本模塊組成：動(dòng)力系統(tǒng)、底盤、汽車電子系統(tǒng)和車身，動(dòng)力系統(tǒng)通過燃料電池系統(tǒng)和電動(dòng)機(jī)為汽車提供動(dòng)力。

按照驅(qū)動(dòng)形式不同，可分為純?nèi)剂想姵仳?qū)動(dòng)和混合驅(qū)動(dòng)兩種；

按照能量來源不同，可分為車載純氫和燃料重整兩種；

根據(jù)燃料電池所提供的功率占整車總需求功率比例的不同，可分為能量混合型和功率混合型兩種。

（2）燃料電池車工作原理

燃料電池車的心臟-燃料電池電堆，提供了一個(gè)加速氫氣與氧氣電化學(xué)反應(yīng)的容器，將氫氣與氧氣化學(xué)反應(yīng)中釋放的能量轉(zhuǎn)化為電能。在燃料電池車中，燃料電池堆與電池一起協(xié)同工作，為電機(jī)提供能量，而電機(jī)為車輛提供動(dòng)力，驅(qū)動(dòng)車輛行駛。對(duì)于電池來說，其本身就是能量源。而對(duì)于燃料電池電堆來說，其能量來源氫氣，其目前常用的儲(chǔ)存方式為使用高壓儲(chǔ)氫罐儲(chǔ)存。

燃料電池汽車工作原理

（3）燃料電池汽車攻克難點(diǎn)

催化劑：燃料電池必須使用反應(yīng)催化劑來產(chǎn)生電能，而構(gòu)成催化劑的稀有金屬鉑價(jià)格昂貴、儲(chǔ)量稀少，因此研發(fā)新型的催化劑是直接影響燃料電池電動(dòng)汽車發(fā)展的關(guān)鍵。

燃料的來源和存儲(chǔ)：氫燃料電池需要?dú)錃猓瑲錃獗旧聿]有產(chǎn)業(yè)鏈支撐，制造、運(yùn)輸、存儲(chǔ)、加注都極不方便，成本又很高，危險(xiǎn)性也很大，相比燃油車和電動(dòng)汽車，氫燃料電池汽車的成熟度較低。

3、混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(Hybrid Electric Vehicle，HEV)

根據(jù)國(guó)際機(jī)電委員會(huì)下屬的電力機(jī)動(dòng)車技術(shù)委員會(huì)的建議，混合動(dòng)力電動(dòng)汽車是指由兩種和兩種以上的蓄能器能源或轉(zhuǎn)換器作為驅(qū)動(dòng)能源，其中至少有兩種以上能提供電能的車輛稱為混合動(dòng)力電動(dòng)汽車。通常把內(nèi)燃機(jī)與蓄電池動(dòng)力混合的車型稱為混合動(dòng)力電動(dòng)汽車，即采用傳統(tǒng)燃料同時(shí)配以電動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)，由電動(dòng)機(jī)作為發(fā)動(dòng)機(jī)的輔助動(dòng)力，以改善低速動(dòng)力輸出和燃油消耗的車型。

依據(jù)車輛是否需要利用外接充電插頭進(jìn)行充電，可以將混合動(dòng)力電動(dòng)汽車分為插電式混合動(dòng)力汽車和非插電式混合動(dòng)力汽車。混合動(dòng)力電動(dòng)汽車根據(jù)動(dòng)力系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特征可以分為串聯(lián)式、并聯(lián)式、混聯(lián)式與復(fù)合式混合動(dòng)力汽車。

（1）串聯(lián)式混合動(dòng)力汽車(Series Hybrid Electric Vehicle，SHEV)

串聯(lián)式混合動(dòng)力汽車(SHEV)發(fā)動(dòng)機(jī)輸出的機(jī)械能首先通過發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)化為電能，轉(zhuǎn)化后的電能一部分用來給蓄電池充電，另一部分經(jīng)由驅(qū)動(dòng)電機(jī)和傳動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)車輪。

串聯(lián)式混合動(dòng)力汽車的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，其動(dòng)力系統(tǒng)由發(fā)動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)和電動(dòng)機(jī)三個(gè)動(dòng)力子單元組成。

串聯(lián)式混合動(dòng)力系統(tǒng)

串聯(lián)式混合動(dòng)力汽車工作原理：發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電，電能通過控制器輸送到電池或電動(dòng)機(jī)，由電動(dòng)機(jī)通過變速機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)汽車。小負(fù)荷時(shí)由電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)車輪，大負(fù)荷時(shí)由發(fā)動(dòng)機(jī)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)。

（2）并聯(lián)式混合動(dòng)力汽車 (Parallel Hybrid Electric Vehicle，PHEV)

并聯(lián)式混合動(dòng)力汽車(PHEV)發(fā)動(dòng)機(jī)和電動(dòng)機(jī)都用于驅(qū)動(dòng)車輪，其功率是并聯(lián)輸送到車輪，車輛根據(jù)當(dāng)時(shí)工況來選擇這兩種功率輸出。

發(fā)動(dòng)機(jī)和電動(dòng)機(jī)通常通過不同的離合器來驅(qū)動(dòng)車輪，可以采用發(fā)動(dòng)機(jī)單獨(dú)驅(qū)動(dòng)、電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)單獨(dú)驅(qū)動(dòng)和發(fā)動(dòng)機(jī)+電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)混合驅(qū)動(dòng)三種工作模式。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)提供的功率大于車輛所需驅(qū)動(dòng)功率，或者當(dāng)車輛制動(dòng)時(shí)，電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)工作于發(fā)電機(jī)狀態(tài)，給蓄電池充電。

并聯(lián)式混合動(dòng)力系統(tǒng)

并聯(lián)式混合動(dòng)力汽車的發(fā)動(dòng)機(jī)可以直接通過傳動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)車輪，更接近傳統(tǒng)的汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，機(jī)械效率損耗與普通汽車差不多，應(yīng)用廣泛。

（3）混聯(lián)式(串并聯(lián))混合動(dòng)力汽車（Series-parallel Hybrid Electric Vehicle，SPHEV)

混聯(lián)式(串并聯(lián))混合動(dòng)力汽車(SPHEV)結(jié)合了串聯(lián)式混合動(dòng)力系統(tǒng)和并聯(lián)式混合動(dòng)力系統(tǒng)，其目的是最大化利用這兩種系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)，與串聯(lián)式相比，增加了機(jī)械動(dòng)力的傳遞路線；與并聯(lián)式相比，增加了電能的傳輸路線。

混聯(lián)式混合動(dòng)力系統(tǒng)有兩個(gè)電機(jī)，根據(jù)駕駛工況，可以選擇電動(dòng)機(jī)單獨(dú)驅(qū)動(dòng)或者電動(dòng)機(jī)+發(fā)動(dòng)機(jī)聯(lián)合驅(qū)動(dòng)。而且，當(dāng)需要的時(shí)候，系統(tǒng)在驅(qū)動(dòng)車輪的同時(shí)還可以通過發(fā)電機(jī)發(fā)電。

混聯(lián)式混合動(dòng)力系統(tǒng)

混聯(lián)式混合動(dòng)力系統(tǒng)綜合了串聯(lián)和并聯(lián)的優(yōu)點(diǎn)，但其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本高。然而，隨著控制技術(shù)和制造技術(shù)的發(fā)展，一些現(xiàn)代混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(比如豐田普銳斯等)更傾向于選擇這種結(jié)構(gòu)。

（4）復(fù)合式混合動(dòng)力汽車 (Complex Hybrid Electric Vehicle，CHEV)

復(fù)合式混合動(dòng)力汽車(CHEV)的結(jié)構(gòu)與混聯(lián)式相似，兩者的主要區(qū)別是，復(fù)合式中的電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)允許功率流雙向流動(dòng)，可以有更多的工作模式；而混聯(lián)式中的發(fā)電機(jī)只允許功率流單向流動(dòng)。

復(fù)合式混合動(dòng)力系統(tǒng)

復(fù)合式混合動(dòng)力電動(dòng)汽車同樣具有結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本高的缺點(diǎn)，不過，現(xiàn)在有些新型的混合動(dòng)力電動(dòng)汽車也采用這種雙軸驅(qū)動(dòng)的復(fù)合式系統(tǒng)。

4、總結(jié)

純電動(dòng)汽車、燃料電池汽車及混合動(dòng)力汽車這3種類型的新能源汽車都有著各自的優(yōu)缺點(diǎn)，相對(duì)而言，純電動(dòng)汽車及燃料電池汽車的結(jié)構(gòu)會(huì)簡(jiǎn)單一些，能量的來源是電能或者燃料，且均由電動(dòng)機(jī)經(jīng)減速器驅(qū)動(dòng)車輪。混合動(dòng)力汽車的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，同時(shí)搭載了發(fā)動(dòng)機(jī)及電動(dòng)機(jī)，驅(qū)動(dòng)車輛行駛的能量來源包括燃料和電能。

純電動(dòng)汽車、燃料電池汽車及混合動(dòng)力汽車優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比詳見下表：

不同新能源汽車優(yōu)缺點(diǎn)分析

現(xiàn)代電動(dòng)汽車經(jīng)過近幾年的不斷發(fā)展，其自身技術(shù)日漸成熟，產(chǎn)品質(zhì)量和性能日益完善。電動(dòng)汽車的關(guān)鍵技術(shù)包括車身技術(shù)、底盤技術(shù)、電池技術(shù)、電機(jī)技術(shù)和控制器技術(shù)等。車身技術(shù)和底盤技術(shù)是汽車的通用技術(shù)，而電池技術(shù)、電機(jī)技術(shù)和控制器技術(shù)則是電動(dòng)汽車所特有的技術(shù)。這3項(xiàng)技術(shù)也是一直制約電動(dòng)汽車大規(guī)模進(jìn)入市場(chǎng)的關(guān)鍵因素。