《一本书看懂新能源汽车》读书笔记

 

 

 

 

 

 

《一本书看懂新能源汽车》

 二师兄汽车内容团队组 汪港 等

 80个笔记

 问题002 新能源汽车有哪些种类？

• 每种类型的新能源汽车都有着各自的优缺点，见表1-1。其中，相对而言，纯电动汽车及燃料电池汽车的结构会简单一些，能量的来源是电能或者燃料，且均由电动机经减速器驱动车轮。反观插电混合动力汽车，结构就比较复杂了，都搭载了发动机及电动机，驱动车辆行驶的能量来源包括燃料和电能。

 问题003 什么是串联式混合动力汽车？

• 问题003 什么是串联式混合动力汽车？串联式混合动力汽车(Series Hybrid Electric Vehicle，SHEV)的名称中“串”字可以简单理解为发动机和电动机是“串”起来驱动汽车的。它有一个喜闻乐见的别名——增程式混合动力汽车。其工作原理如图1-3所示。
• 这种驱动形式最大的特点是：发动机并不直接介入驱动，而是在电池电量不足或功率不足时带动发电机发电并将电能输入至电动机驱动车辆，多余电能会输入至电池包存储起来。图1-4所示为串联式混合动力汽车的代表车型宝马i3。

 问题004 什么是并联式混合动力汽车？

• 问题004 什么是并联式混合动力汽车？并联式混合动力汽车(Parallel Hybrid Electric Vehicle，PHEV)指的是发动机和电驱动系统可以各自分别来驱动车辆行驶（注意：PHEV还是Plug in Hybrid Electric Vehicle的缩写，意指插电式混合动力汽车）。其名称之中的“并”字可以简单理解为发动机和电动机是“并列”起来可以各自去驱动汽车的，工作原理如图1-5所示。
• 这种驱动形式最大的特点是：发动机和电动机会有一个动力分配机构完成动力耦合。简单理解的话，并联式混合动力汽车是在传统燃油汽车由发动机+变速器组成的动力总成的基础上加了一套纯电动汽车由电池包+电动机组成的动力总成，二者共同驱动车辆行驶。图1-6所示为并联式混合动力汽车的代表车型奔驰C350插电版。

 问题005 什么是混联式混合动力汽车？

• 混联式混合动力汽车中的“混”字，可以理解为混合了串联和并联两种驱动形式，也可以等同于在串联式混合动力方案的基础上增加了直接传动系统，从而可以在某些工况下让发动机直接驱动车辆。图1-8所示为混联式混合动力汽车的代表车型比亚迪宋Plus DM-i。

 问题006 什么是纯电动汽车？

• 问题006 什么是纯电动汽车？纯电动汽车(Battery Electric Vehicle，BEV)顾名思义就是只采用电力驱动的汽车，车辆的动力源是可充电的动力电池。相比于传统内燃机汽车而言，纯电动汽车取消了内燃机，其工作原理如图1-9所示。

 问题009 为什么48V轻混车型不归属于新能源汽车？

• 问题009 为什么48V轻混车型不归属于新能源汽车？提到混合动力汽车，就不得不提一下48V轻混（弱混）系统。实际上，48V轻混车型是在传统燃油车的基础上，把12V蓄电池更换为48V蓄电池或者直接加装48V动力电池，配上48V起动发电一体机和双向变换器等，利用48V起动发电一体机的动力来弥补内燃机的低转速转矩不足，从而达到省油的目的，如图1-16所示。

 问题010 新能源汽车与传统燃油车有哪些本质区别？

• 问题010 新能源汽车与传统燃油车有哪些本质区别？新能源汽车与传统燃油车的核心差别主要有两点：动力系统差异和能量来源差异。(1)动力系统差异在一个标准的燃油车上，发动机、变速器是整个动力系统的核心，其余的油箱、进气系统等都只起到辅助作用；而新能源汽车的电驱动系统核心则是电机、电池和电控，根据布置和车型的不同，这三者又会由若干个子系统构成。两者对比如图1-24所示。

 第2章 插电混合动力汽车

• 第2章　插电混合动力汽车问题011 串联式插电混合动力汽车有什么优缺点？串联式插电混合动力汽车的优点主要有以下三个方面。首先，串联式插电混合动力汽车是电机直驱，减少了离合器、变速器等部件，结构更加简单，易于维修保养。其次，相比于纯电动汽车，串联式插电混合动力汽车没有充电焦虑，只要有加油站就可以一直行驶下去；而相比于油电混合动力车型而言，插电混合动力车型在市区充电条件较好时，甚至都无需加油，足以满足短途纯电力行驶的需求。此外，由于其发动机不直接驱动车轮，因此工况会简单很多，系统架构也会简单很多，结构设计和控制算法都大幅缩减。图2-1所示为雪佛兰Volt的串联式插电混合动力系统架构，图2-2所示为雪佛兰Volt。

 问题013 增程式插电混合动力汽车有哪些工作模式？

• 问题013 增程式插电混合动力汽车有哪些工作模式？虽然增程式插电混合动力汽车只用电机驱动，不使用内燃发动机进行驱动，也属于串联式插电混合动力汽车的一种，但是，对于某些较为先进的增程式插电混合动力汽车而言，在不同的工作模式之下，内部各个模块之间充当的角色并不一样。以雪佛兰Volt为例，其主要有以下几种工作模式：(1)EV低速模式处于EV低速模式时，离合器C1吸合，离合器C2、C3松开，增程器停转，行星齿轮机构内的齿圈被固定，主电机MG1推动太阳轮转动，行星架因太阳轮的转动而转动，把动力传输到动力分配机构并推动车轮转动，此时发电机MG2不工作。其实，这个模式就是现在的单电机纯电动汽车的驱动方式，如图2-5所示。
• (2)EV高速模式处于EV高速模式时，离合器C2吸合，离合器C1、C3松开，增程器停转。发电机MG2此时充当电动机工作，推动行星齿轮机构内的齿圈转动。同时，功率较大的另一个主电机MG1推动太阳轮转动。齿圈和太阳轮同时转动，带动行星架转动，从而把动力传输到动力分配机构并推动车轮转动。这个模式就好像是运动会中的混双项目，男运动员和女运动员都可以协同发力以达目标，如图2-6所示。
• (3)EREV混合低速模式处于EREV混合低速模式时，离合器C1、C3吸合，离合器C2松开，增程器运转。此时，增程器带动发电机MG2发电，此时发电机MG2输出的电能一部分进入电池组为电池充电，另一部分为主电机MG1供电并推动行星齿轮机构内的太阳轮转动，由于齿圈固定，行星架跟随太阳轮转动，从而把动力传输到动力分配机构并推动车轮转动，如图2-7所示。
• (4)EREV混合高速模式处于EREV混合高速模式时，离合器C2、C3吸合，离合器C1松开，增程器运转。此时，增程器与发电机MG2转子连接后推动行星齿轮机构内的齿圈转动同时发电，主电机MG1推动太阳轮转动。齿圈和太阳轮同时转动，带动行星架转动，从而把动力传输到动力分配机构并推动车轮转动，如图2-8所示。
• (5)能量回收模式处于能量回收模式时，离合器C1吸合，离合器C2、C3松开，增程器停转，发电机MG2不工作。车轮带动行星齿轮机构内的行星架和行星轮转动，由于齿圈固定，太阳轮随着行星架转动。此时，功率较大的主电机MG1作为发电机对电池充电，如图2-9所示。
• 值得一提的是，并非每一款增程式混合动力汽车都会和上述的五种模式一模一样，但是原理上都差不多。例如理想ONE，除了新能源汽车大都具备的能量回收模式之外，设置有纯电优先、燃油优先和油电混合三种模式，如图2-10所示。
• 和纯电模式不会一直用电一样，在燃油优先模式下，增程器也不是随时处于起动状态的，而是在电量处于70%或以下时才会起动。之所以有这个条件限制，是因为动力电池在电量较高时无法大功率充电（处于涓流充电状态），增程器的补能、动能回收的效率都会有所下降。在燃油优先的模式下，满电状态的理想ONE都会先跑40～50km才会起动增程器。油电混合模式和燃油优先模式的差异主要体现在如下两点：首先，在油电混合模式下，增程器只会在电量处于80%或以下时才会起动；其次，在油电混合模式下，增程器在油电混合模式下会比燃油优先模式更“懒”一些，低速时不起动，在中高速工况下才会起动（这也是发电效率相对更高的工况）。综合来看，对于理想ONE而言，纯电优先模式不会一直傻乎乎地把电耗尽，燃油优先和油电混合模式也会“视情况”用油，从而在保障驾驶体验、优化能耗的同时，保护电池。

 问题014 增程式插电混合动力汽车为何没有成为主流？

• 问题014 增程式插电混合动力汽车为何没有成为主流？增程式插电混合动力汽车实现节能的途径，运用的原理其实是“效率差”。众所周知，在燃油车运转过程中，发动机并非一直工作在高效区间，这已经是行业共识，实际上，热效率从5%到40%都是燃油车发动机的工作区间，换句话说，燃油燃烧产生的能量，只有5%～40%（取决于内燃机的工况）的能量会转化为动能，其余的能量都被消耗掉了。尤其是发动机在较低转速的时候，工作效率并不高，经济性自然也就不好了。图2-11所示为某款1.5T发动机转速与转矩/功率关系图。

 问题017 混联式插电混合动力汽车有什么优缺点？

• 问题017 混联式插电混合动力汽车有什么优缺点？有人可能会认为，兼顾串并联两种结构的混联式插电混合动力系统应该是集大成者了。但这么说也并不全面。从基本特性上来讲，混联式插电混合动力汽车确实做到了对两者优势的兼顾，既能在大多数工况下保证驱动系统的高效表现，还能做到在特殊工况下发动机直接驱动车辆行驶。具体来看，比亚迪旗下车型搭载的DM-i技术，便是混联式插电混合动力系统，如图2-18所示。这类车型的缺点是，由于动力系统过于复杂，所以成本较高；另外，由于搭载的零部件更多了，车辆的自重也会有一定的增加。

 问题020 插电混合动力汽车的电池包一般安装在车上什么位置？

• 造成差异的关键要素是电池容量的大小。对于纯电续驶里程较长的插电混合动力汽车而言，都会有一个比较大的电池包，考虑到车辆本身就比较局限的布置空间，这部分车型会选择将电池包做成异形（不规则形状）放置在车底。其形状不规则的目的也很简单，就是在保证地板高度、离地间隙的情况下，尽可能减少排气管高温对其热安全的影响。对于那些纯电续驶里程较短的插电混合动力汽车而言，由于电池体积并不大，因而布置起来相对灵活，行李舱地板下方和后排座椅下方都是常用的布置位置。而对车企来说，只需要对上述位置的结构进行一些优化即可实现，是成本最优的解决方案。此外，还有一些新能源汽车会结合自身内部结构设计的原因，将电池包做成其他形状，以达到填充底盘可用空间的目的。例如雪佛兰Volt（图2-29），这辆车上采用的是容量为16kW·h的360V锂电池组，电池组成T形布置，隐藏于后排座椅下及车身副仪表板下部，纯电续驶里程可达80km。

 问题022 前置电机、后置电机和双电机有什么区别？

• 从车辆动力学角度考虑，前置电机与后置电机两种动力布置形式的特点与燃油车相比并没有太多的不同，前驱车主张舒适家用，直线行驶稳定性好；后驱车主张操控运动，驾驶趣味性更强一些。但不同的是，相比于燃油车而言，纯电动汽车没有动辄一两百千克重的发动机，变速器结构也更为简单，因此重心基本能够维持在中间而不会因为动力系统的前置或后置而造成较大的重心偏移。

 问题023 为什么纯电动汽车的制动片十分耐用？

• 问题023 为什么纯电动汽车的制动片十分耐用？纯电动汽车的制动片十分耐用并不是因为用的材质好，而是制动力可以由另外一个部件产生，那便是驱动电机。从构造和原理上来说，电动机和发电机基本上没有差异，所以，在做电驱动功能设计时，通过电机控制器就可以将电机的电动模式切换到发电模式，就可以顺利地将车辆行驶的动能转化为电能。如此一来，在制动能量回收时，大部分的制动力不是变成制动盘上的热能，而是在电动机转换为发电机之后通过能量回收进入了电池包，在整体续驶里程增加的同时，制动片损耗也降低了。能量回收的过程如图3-5所示。

 问题024 纯电动汽车的四驱和燃油汽车的四驱有何区别？

• 整体来看，电动四驱和传统机械四驱相比有着结构简单、操作难度低、灵活度更高的优点，在电子系统的控制上也更有优势，面对绝大多数路况都是没有问题的。唯一的劣势是它在非铺装路面下的脱困能力可能会比传统的机械四驱稍逊一筹。
• 目前来看，电动四驱还不能被确定是新能源汽车的最终形态，在未来，待电机集成度进一步强化之后，轮毂电机或许有机会实现真正意义上的大面积使用。如图3-8所示，这种方案可以让任何一个车轮的动力都可以由电控模块自主控制，或许可以让四驱车型的越野性能进一步加强。

 问题034 为什么纯电动汽车的轴距都很长？

• 问题034 为什么纯电动汽车的轴距都很长？在传统燃油车上，能在有限的尺寸内打造出更大乘员舱空间的车企，首当其冲便是本田了。通过MM理念(Man Maximum Machine Minimum)，本田旗下车型实现了“乘坐空间最大化、机械占用最小化”的设计，如图3-32所示。但即便如此，本田燃油车的空间利用率也难以和纯电动汽车相提并论。

 问题036 为什么越来越多的纯电动汽车采用隐藏式门把手？

• 问题036 为什么越来越多的纯电动汽车采用隐藏式门把手？车企大规模推动隐藏式门把手的应用，主要有三点原因，如图3-36所示。首先，隐藏式门把手可以使车辆侧部的造型曲面更加简约，显得更加纯粹、干净，如图3-37所示。
• 其次，隐藏式门把手可以有效降低风阻。众所周知，较短的续驶里程和漫长的充电时间是消费者诟病纯电动汽车的两大主要原因。隐藏式门把手可以让车身侧面更为平整，从而降低风阻，可以在电池包容量一定的前提下尽可能延长续驶里程。此外，隐藏式门把手接收到信号后，电机驱动门把手自动伸出或旋出，科技感和仪式感瞬间拉满。

 问题037 为什么越来越多的纯电动汽车前排有贯穿式储物盒设计？

• 问题037 为什么越来越多的纯电动汽车前排有贯穿式储物盒设计？相信许多人都注意到了，不少纯电动汽车在中控台下方会有一个贯穿式的储物盒，如图3-39所示。这个储物盒的空间甚至可以用来放置鞋子、手提包等大件，对比来看，这样的设计在燃油汽车上是比较少见的。能够采用这一设计的根本原因便在于：纯电动汽车的变速系统相比于传统燃油车的变速系统而言，可以节省出巨大的物理空间。

 问题038 为什么多数纯电动汽车后排中部没有“凸起”？

• 问题038 为什么多数纯电动汽车后排中部没有“凸起”？多数燃油车在后排中间存在凸起，主要是为排气管和传动轴避让空间，如图3-43所示。而主流纯电动汽车电池包基本都是布置在车底，没有燃油车的排气系统；对于四驱纯电动汽车而言，也基本都是通过前轴和后轴各布置一台电机来实现，不需要传动轴（极少数电机前置后轮驱动的车型除外）。因此，大多数纯电动汽车后排中间基本没有凸起了，如图3-44所示。

 问题049 “油改电”的纯电动汽车值得买吗？

• 问题049 “油改电”的纯电动汽车值得买吗？所谓“油改电”，简单来理解便是在燃油车的基础上进行修改并将其变为“带电的”新能源汽车。具体来看便是车企利用现有的燃油车生产平台，针对部分车身结构进行修改，去掉内燃机系统（包括内燃机驱动系统、油箱等），增加电动系统（包括电机驱动系统、动力电池等）所制造出来的新能源汽车，如图3-59所示。[插图]图3-59 某款燃油车及其“油改电”车型结构对比在新能源汽车发展的早期，“油改电”确实承载着电动汽车时代赋予它的特殊意义，它是这个时代的特殊产物，也是帮助我们普及纯电动汽车过程中必要的产物。但也正因为它是“油改电”，所以弊端是很明显的，主要有续驶里程不足、动力性能受限、底盘性能欠佳、安全性不足四个方面，如图3-60所示。

 问题051 氢燃料电池汽车由哪几部分组成？

• (1)储氢系统燃料电池汽车上储存高压氢气的部件叫储氢罐，在用车过程中，储氢罐中储存的氢气在经过2级减压装置后被传送到燃料电池堆中。(2)空气供给系统空气供给系统主要是对进入的空气进行多个步骤的净化加压后，通过气体扩散层将与氢气发生化学反应的氧气供给到燃料电池堆中。(3)燃料电池堆从空气供给系统获得的氧气和储氢罐提供的氢气在燃料电池堆内发生电化学反应，产出水的同时，生产电能并输入给驱动电机使用，如有多余的电能也会进入储能系统存储起来。(4)驱动电机系统燃料电池堆生产的电能通过驱动电机转换成动力，驱动车辆行驶。与纯电动汽车相同，这一驱动电机系统也是由电机、减速器、集成电能控制装置等组成。(5)排放系统在车辆行驶中，燃料电动汽车会通过排水系统排出纯净水。(6)储能系统和其他电动汽车一样，燃料电动汽车也配有将车辆动能转换为电能的能量回收系统，车辆减速时，通过能量回收系统可以把车辆的动能转换为电能并储存在高压电池包内。

 问题054 气温低于0℃时氢燃料电池汽车还能开吗？

• 问题054 气温低于0℃时氢燃料电池汽车还能开吗？答案是肯定的！低温对于氢燃料电池汽车的负面影响有两方面：一方面是低温时催化剂活性低，从而导致效率低；另一方面是氢气和氧气反应的副产物水在低温下会冻结并导致燃料系统流道堵塞，从而可能会阻碍反应的进行。对此，工程师们通过多样化的辅助系统进行优化设计，从而优化氢燃料电池汽车的低温启动性能。例如，在低温环境下停机时，用干燥后的空气吹扫电堆内部流道和排水口，目的是让电堆内部几乎没有水分，从而在下次启动时不至于因为低温导致结冰堵塞流道以致电堆启动困难；还可以在电堆启动的时候，将氢氧混合气体通入阳极或阴极，直接发生反应并释放热量，从内部对电堆进行加热，这样的反应速度较快，因而生成的水蒸气饱和度较低，不会结冰。目前，国内的氢燃料电动汽车在-20℃左右都可以冷启动，而国外已经达到了-40℃的水准。

 问题056 氢燃料电池的氢气如何储存？

• 问题056 氢燃料电池的氢气如何储存？储氢方式主要有3种：气态储氢、液态储氢、固态储氢，详见表4-4。

 问题057 什么是氢燃料电池汽车供氢系统的核心？

• 问题057 什么是氢燃料电池汽车供氢系统的核心？燃料电池汽车供氢系统的核心是储氢瓶（或储氢罐）。对于燃料电池汽车而言，车载供氢系统是最大的差异之一，它主要用于储存氢气，并在车辆行驶过程中向燃料电池堆供给满足压力和流量要求的氢气，这其中又包括储氢瓶、压力流量调整元件、氢气泄漏传感器、供氢管路、控制系统、氢气再循环系统等。储氢瓶是车辆续驶里程的决定因素，常用的储氢瓶有5种类型，详见表4-5。其中，70MPa的Ⅲ型瓶已经在乘用车上得到了比较广泛的应用。

 问题058 氢燃料电池汽车的核心难点是什么？

• 问题058 氢燃料电池汽车的核心难点是什么？燃料电池汽车之所以还迟迟未能普及，与其本身的技术核心难点是分不开关系的，这其中，催化剂、质子交换膜和燃料电池的寿命都是关键点。(1)催化剂在一辆氢燃料电动汽车中，氢燃料电堆的费用是最高的，而催化剂又是电堆中成本最高的。其成本比例见表4-6。在燃料电池功率输出的过程中，电极上氢的氧化反应和氧的还原反应过程主要受催化剂控制，在目前，氢燃料电池中常用的是以铂为核心的催化剂（一般以碳载铂金Pt/C为催化剂）。而铂本身的年产量并不算高（比黄金更稀少），成本便居高不下，考虑到每年的产量和产品实际的成本，这是当下的难点之一。

 问题062 为什么氢燃料电池汽车目前没有大规模普及？

• 问题062 为什么氢燃料电池汽车目前没有大规模普及？燃料电池汽车目前没有大规模普及，原因主要有三点：成本高、制氢难、加氢站少。(1)成本高燃料电池汽车的燃料电池堆、氢气储存系统等都是氢燃料电池汽车的核心子系统，其中电池堆的催化剂铂产量很低而且价格很贵，此外包括质子交换膜等在内的关键部件也都依赖于进口，成本居高不下，例如，丰田Mirai的售价便超过42万元。当然，随着技术的进步以及进一步的规模化效应，成本应该可以得到一定程度的下降。(2)制氢难制氢难也是燃料电池汽车普及路上的绊脚石，因为燃料电池汽车使用的氢气并非理想中的工业废氢，而是纯度需要达到99.99%以上的氢气。考虑到氢气提纯的技术门槛和年产量，大多数时候高纯度氢还是需要电解以及化工原料来生产。(3)加氢站少由于加氢站的成本太过高昂，目前普及度并不高。从有关部门的数据中不难发现，除去土地成本外，建设一座35MPa、日加氢500kg的固定加氢站的平均投资在1500万元左右，等同于数个充电站的成本支出（一个普通的充电站成本大约为100万元）。图4-16所示为现代汽车位于德国的一座加氢站。
• 拓展阅读根据H2stations的数据，截至2021年底，全球共有685座加氢站投入运营，分布在33个国家/地区。欧洲、亚洲、北美是加氢站建设的主要地区，其中，欧洲有228座（德国101座、法国41座、英国19座、瑞士12座、荷兰11座）；亚洲363座，主要集中在中日韩三国，日本159座，韩国95座，与大多数其他国家不同的是，中国105座加氢站是公共汽车或货车的专用加氢站，而并非对公众开放；北美地区有86座，大多数位于美国的加利福尼亚州，数量达到60个。

 问题064 电池按封装形式如何分类？

• (2)方形电池方形电池是形状为长方体或立方体的电池，其在国内的普及率很高。因为方形电池的结构较为简单，生产工艺不复杂，而且因为方形电池不像圆柱电池那样采用强度较高的不锈钢作为壳体，所以方形电池的能量密度理论上比圆柱电池的能量密度要更高。但是，由于方形电池一般都是进行定制化的设计，所以导致了方形电池的生产工艺很难统一，其标准化程度较低。(3)软包电池软包电池就是给液态的电池套上一层聚合物外壳制成。它采用了叠加的制造方式，在体积上相比于其他两类电池更加纤薄，所以它的能量密度在理论上是三种电池中最高的。而且，因为软包电池的体积较小，所以其在电池布局的灵活性上要比另外两类电池更好。在目前的新能源汽车市场中，圆柱、方形、软包三种电池均有车型搭载，并没有绝对的好坏之分，只能说是各有优势。

 问题065 电池按原材料如何分类？

• 铅酸蓄电池是电解液为硫酸溶液的一种蓄电池。放电状态下，正极主要成分为二氧化铅，负极主要成分为铅。(2)镍镉蓄电池镍镉蓄电池的正极为氢氧化镍，负极为镉，电解液为氢氧化钾水溶液。(3)镍氢蓄电池镍氢蓄电池的正极活性物质主要由镍制成，负极活性物质主要由贮氢合金制成，是一种碱性蓄电池。(4)铁镍蓄电池铁镍蓄电池的正极活性物质主要由镍制成，负极活性物质主要由铁制成，是一种碱性蓄电池，也叫爱迪生电池。(5)钠氯化镍蓄电池钠氯化镍蓄电池是以钠离子传导的b2-Al2O3固体电解质构成的一种新型高能电池，在放电时电子通过外电路负载从钠负极至氯化镍正极，充电时在外电源作用下电极过程则正好与放电时相反。(6)银锌蓄电池银锌蓄电池正极为氧化银，负极为锌，电解液为氢氧化钾溶液。(7)钠硫蓄电池钠硫蓄电池是由熔融电极和固体电解质组成，负极的活性物质为熔融金属钠，正极活性物质为液态硫和多硫化钠熔盐。(8)锂离子蓄电池锂离子蓄电池和锂离子聚合物电池的负极是碳素材料，正极是含锂的过渡金属氧化物。它经常被简称为“锂电池”，但要注意与锂金属电池区分，锂金属电池是一种以锂金属或锂合金为负极材料，使用非水电解质溶液的一次电池。

 问题075 什么是电池寿命？

• 一般而言，电池包的日历寿命与实际的使用情况有比较大的关系，因而车企都不公布具体的数值。通常情况下，车企公布的电池寿命默认为循环寿命。循环寿命是指在一定的充放电制度下，电池容量衰减到某一规定值之前，电池能经受的充电与放电循环次数。一个循环指的是电池满充一次（从0%到100%）+满放一次（从100%到0%）。对于不同材料的电芯，循环次数是不一样的。比如：三元锂电芯的理论寿命为800～1200次充放循环，磷酸铁锂电芯约为2000～2500次充放循环。循环次数虽看起来不多，但是电芯很多，电芯数量增加就意味着单次循环的里程数越长，得到的理论总续驶里程数就越多。举个例子：某款纯电动汽车NEDC续驶里程为600km，用磷酸铁锂电池，以理论循环2000次来算，600km/次×2000次循环=120万km，这就是它号称自己的电芯理论上可以跑120万km的原因了。拓展阅读一个循环的定义是完成一次完整的满充+满放，但在日常使用中，尽量避免电池“满充满放”，而是做到“浅充浅放”，这样就能使锂电池更耐用。

 问题077 什么是电池一致性？

• 问题077 什么是电池一致性？电池一致性是指相同规格型号的单体电池组成电池包（或电池组）后，不同单体电池的电压、荷电量、容量及其衰退率、内阻及其变化率、寿命、温度影响、自放电率等参数之间存在的差别，相关的影响参数差别越小，一致性越高。如果单体间的不一致性差异大，那么在充电过程中，有的单体会提前充满电，为了保证不会过充电，电池组会停止充电，导致电池组无法达到满电状态；相反，在放电过程中，有的单体会放电快，先于其他单体达到空电状态，为了防止过放电，电池组也会随之停止放电，导致电池组的能量浪费。
• 电池一致性主要分为电压一致性、容量一致性、内阻一致性、温升一致性四种。(1)电压一致性电压一致性的主要影响因素在于并联组中电池的互充电，当某一个单体电池电压低时，与它呈并联关系的其他单体电池将会给此单体电池充电。(2)容量一致性电池组在出厂前的分选试验可以保证单体电池初始容量一致性较好，在使用过程中可以通过单体电池单独充放电来调整单体电池初始容量，使之差异性较小。(3)内阻一致性电池内阻不一致使得电池组中每个单体电池在放电过程中热损失的能量各不相同，最终会影响单体电池的能量状态。(4)温升一致性每一个单体电池由于其内部电化学物质制造过程中存在的差异，会对其发热量产生影响，与此同时，每一个单体电池在电池包中所处的位置不同，其散热条件也会存在差异，最终也会导致单体电池的温升不一致。影响电池一致性的原因，主要由内部因素和外部因素两方面组成，如图5-7所示。

 问题088 磷酸铁锂电池有什么优缺点？

• 问题088 磷酸铁锂电池有什么优缺点？磷酸铁锂电池是用磷酸铁锂作为正极材料的锂离子电池，标准单体磷酸铁锂电池额定电压为3.2V，最高充电电压为3.65V，最低放电电压为2V。其产品实物如图5-18所示。目前来看，特斯拉Model 3的标准版车型采用的便是磷酸铁锂电池，此外，比亚迪旗下采用刀片电池系列的车型，本质上也都是磷酸铁锂电池。[插图]图5-18 磷酸铁锂电池实物优点：稳定性较好、成本较低，高温性能和使用寿命比三元锂电池更有优势一些。缺点：能量密度较低、低温性能较差、电压平台较低。

 问题089 三元锂电池有什么优缺点？

• 问题089 三元锂电池有什么优缺点？三元锂电池是指采用镍钴锰或者镍钴铝三种过渡金属氧化物为正极材料的锂电池。其正极材料是以镍盐、钴盐、锰盐为原料，里面镍钴锰的比例可以根据实际需要调整，单体三元锂电池标称电压3.6～3.7V，最高充电电压为4.2V，最低放电电压为2.75～3.0V，如图5-19所示。三元锂电池是目前许多主流车企旗下车型采用的方案，代表车型有奔驰EQS、奥迪e-tron、小鹏P7、蔚来ES8、沃尔沃C40等。优点：电压平台高、能量密度大、电池容量高，低温时电池更加稳定，适合北方天气。缺点：安全性较差、循环寿命较短。

 问题091 什么是锂电池的正确充电方式？

• 阶段1—涓流充电：也叫预充电，先对待充电电池的电压进行检测，如果电压值低于3V，那么需要先进行涓流充电。此时，充电电流为设定电流的1/10。阶段2—恒流充电：待电压升到3V之后，再进入标准充电过程，并以设定的电流值进行恒流充电。阶段3—恒压充电：当电池电压升到4.2V时，更改为恒压充电，保持充电电压为4.2V，此时，充电电流会逐步下降，直至其下降至设定充电电流的1/10，视为充电结束。阶段4—充电终止：结束充电。

 问题092 什么是“刀片电池”？

• 问题092 什么是“刀片电池”？刀片电池是基于磷酸铁锂电池制造的，与传统的磷酸铁锂电池包相比，刀片电池是扁平的、长条形的薄方形结构，整体看起来和刀片外形差不多。这种设计结构不仅让锂电池电芯空间利用率大大提高，同时也减少了其他辅助配件的数量。图5-21和图5-22所示分别是刀片电池的结构示意图和刀片电池实物图。
• 相比于传统电池包40%左右的空间利用率而言，刀片电池的空间利用率可以达到更高的60%，体积能量密度提升明显，体积能量密度超过330W·h/L；并且，由于刀片电池比传统方形电池更薄，因此散热效果更好，在此基础上，电池包成本有望降低30%，如图5-23所示。此外，刀片电池的突出特点是安全系数高，并兼具长寿命和长续驶里程的优势。

 问题093 什么是“弹匣电池”？

• 问题093 什么是“弹匣电池”？弹匣电池是广汽埃安研发的一项提升动力电池安全性的系统性技术，是一种包含被动安全强化、软件主动防控的整套安全技术的结合。基于“防止电芯内短路，短路后防止热失控，以及热失控后防止热蔓延”的设计思路，弹匣电池采用类似安全舱的设计，可有效阻隔热失控电芯的蔓延，当侦测到电芯电压或温度等出现异常时，自动启动电池速冷降温系统为电池降温，如图5-25所示。

 问题094 什么是“固态电池”？

• 问题094 什么是“固态电池”？固态电池是一种使用固态电极和固态电解质的电池，其原理和传统的液态锂电池没有本质区别，只不过电解质为固态，电解质的密度以及结构可以让更多的带电离子聚集在一端从而传导更大的电流，进而实现更大的电池容量。换句话说，同样的电量，固态电池的体积将会变小，并且，由于没有了电解液，所以固态电池的封存也会更为简单一些，如图5-28所示，是锂离子电池和全固态电池的对比。
• 在使用了全固态的电解质之后，固态电池的能量密度可以提高到350W·h/kg甚至更高。此外，固态电解质也使得固态电池具有不可燃、不挥发、不腐蚀也不存在漏液的问题，在高温下固态电池也不会发生起火，安全性也会更高一些。在目前，由于液态锂离子电池的技术已经处于瓶颈，液态电解质易发生泄漏挥发、与锂金属易发生副反应产生易燃易爆物质、锂树枝状晶体生长可刺穿隔膜等，开发高能量密度、高安全性的固态电解质来代替有机液态电解质已引起了各方研究者的兴趣。目前来看，固态电池最大的难题也在于电解质。虽然当下有聚合物、薄膜、硫化物和氧化物四种技术路线，但整体而言其制备工艺复杂、电解质价格较贵，因而整体的成本仍然偏高，仍未实现真正意义上的大规模量产。在车企行列中，丰田、日产以及大众是固态电池布局靠前的车企。其中，丰田表示第一辆使用固态电池的汽车将于2025年上市，大众最早将于2025年左右推出固态电池车型，日产计划2028年推出固态电池车型，现代计划2030年推出固态电池车型。在国内，表现最为抢眼的便是国轩高科，其在2022年开始进行固态电池技术的迭代升级，生产高安全固态电池，2025年将生产出能量密度超过400W·h/kg的全固态电池。对于固态电池的发展趋势，中国电动汽车百人会副理事长、中国科学院院士欧阳明高表示：2025年是液态电池向固态电池过渡的关键期，我国动力电池产业化的目标为，到2025年，液态体系电池单体能量密度将达到350W·h/kg；2030年，液态电池向固态电池过渡的固液混合体系电池单体能量密度为400W·h/kg；2035年，准/全固态体系电池单体能量密度将达500W·h/kg。预计到2030年，国内全固态电池占比不会超过1%。拓展阅读车规级动力电池指的是与车辆属性与使用场景密切相关的，围绕整车对安全性、可靠性、一致性等方面的要求设计与制造并通过专项测试的，涵盖但不限于满足车规级的原材料、车规级电芯的制造控制、车规级的系统设计与制造、车规级的测试规范与回收体系等一系列标准的动力电池。

 问题101 为什么不同厂家的电池包不能通用？

• 问题101 为什么不同厂家的电池包不能通用？首先，电池包的外轮廓边界受限于车身结构，每个厂家的车身结构都不一样，故而电池包的尺寸无法统一。其次，电池包的容量会影响到空间、成本、安全、性能等，每个厂家的电池包的容量不一样，尺寸因而也会存在不小的差异。此外，考虑到碰撞安全的要求，对于碰撞后的传力路径，每个厂家运用的安全策略是不一样的，电池包所应用的结构设计也不一样，电池包与车身的连接关系也不一样。图5-36所示为奥迪e-tron 55的电池包与车身连接关系示意图。

 问题110 电池容量越大续驶里程就一定越长吗？

• 问题110 电池容量越大续驶里程就一定越长吗？决定纯电动汽车续驶里程的，除了电池容量之外，另一个重要影响因素是百公里电耗，但是百公里电耗不仅与三电技术有关，还与整车的空气动力学设计（与空气阻力相关）和轻量化设计（与摩擦阻力相关）等多方面的因素有关。当然，如果考虑得更细致一些的话，续驶里程与天气路况、驾驶技巧、车辆重量（如坐了几个人、带了多少行李）等都有关系，如图5-54所示。市面上有一些车虽然电池容量很大，但是续驶里程却并不长，其实就是因为电池容量大并不代表着续驶里程长，电池容量和续驶里程并非简单想象的线性关系，续驶里程的影响因素有很多。
• 因此，一味地去提高电池容量并不是个明智的决定，电池容量的增大，一方面增加了续驶能力，另一面也加大了对抗车身自重的能量消耗，并且，电池容量增加也会带来一定的负面影响，如充电时间更长、充电时温度也会升高很多等。相关研究表明，新能源汽车每减重10%，续驶里程可提升5%～6%。因此，最终想要提升续驶里程，还是要从电池能量的利用效率、电池技术、电机技术、电控技术、整车设计等多方面结合入手。可以预见的是，未来电动汽车的电池容量一定会平衡在某一个点，而不是像一些人想象的那样一个劲儿堆砌电池就好。电池容量、续驶里程、自重三者之间相互制约，在任何一方没有得到突破，这个平衡关系都将一直维持。

 问题111 为何纯电动汽车跑高速续驶里程就掉得快？

• 问题111 为何纯电动汽车跑高速续驶里程就掉得快？纯电动汽车跑高速，需要克服两方面的阻力：空气阻力和滚动阻力，反映到汽车本身上，就是空气动力学设计和纯电动车本身的车重。当然，掉电快还有一个原因就是电机本身的特性。首先，车速越快，空气阻力占到的整车阻力比例也越大，跑高速时纯电动汽车需要克服的空气阻力变得更大了。其次，相比较同级燃油车而言，纯电动汽车普遍比燃油车都要重一些，一般情况会重200～400kg。重量越大的物体要达到相同速度，自然需要消耗更多能量。此外就是电机本身的特性导致的，纯电动汽车的驱动装置是电机，在转速增加至超过其高效区间之后速度再高的话，电机会有弱磁现象，效率开始降低；而且，高速情况下功率输出加大，电池在大功率放电情况下效率也会下降。在二者叠加之下，在高速公路上加速的工况下，电机效率会有一定程度的降低。

 问题114 电池“热失控”是什么意思？

• 问题114 电池“热失控”是什么意思？由于电池正极材料本身的化学特性太过活泼，当电池温度过高或充电电压过高时，会引发很多潜在的放热副反应，这些热量如果得不到疏散，就会引起电池温度和压力急剧上升，最后就会发生热失控。研究表明，在环境温度不超过80℃时，电池能够进行正常的充放电，在电池温度超过80℃后电池内部材料开始分解，电池性能发生衰退，随后进入失效阶段。随着温度的持续上升，电池隔膜发生熔融，导致正负极材料接触引起电池内短路并产生大量的热，导致电流内部温度持续上升，发生热失控。锂电池的热失控是动力电池安全事故的核心原因，而其一般又分为机械滥用、电滥用和热滥用三类，如图5-56所示。
• 拓展阅读由于三元锂电池本身材料的特性，其在燃烧时甚至不需要氧气等助燃剂，所以在发生热扩散之后很少有能扑灭的，很多时候都只能等待其燃烧完全。相对而言，磷酸铁锂电池的起火概率比较低，很多时候只会停留在发烟发热的层级。

 问题115 电动汽车为什么会自燃？

• 问题115 电动汽车为什么会自燃？电动汽车自燃一般都是电芯或者电池系统在外部因素或者内部因素的作用下导致的，这其中，外部因素包括过充、短路、挤压、高温、针刺等导致电池发生短路，而内部因素又包括正极材料纯度低、电解液分布不均匀、极片毛刺、负极析锂、隔膜表面有杂质等内部缺陷导致短路，如图5-57所示。电动汽车起火的原因有很多，主要包括：充电装置起火、动力电池起火、碰撞后引发车辆部件起火。从对电动汽车在充电中、静置、起火三个状态分析统计可见，充电过程中起火占事故总数的23%，大部分车辆起火发生在行驶中和静置状态，如图5-58所示。

 问题121 什么是直流电机？

• 问题121 什么是直流电机？直流电机是指能将直流电能转换成机械能或将机械能转换成直流电能的旋转电机，如图6-1所示。直流电机主要由定子和转子组成，运用的是通电导体在磁场中受力的电磁原理，其中，恒定磁场一般都由定子的励磁绕组在通电之后产生，随后转子便可以产生电磁矩和感应电动势，从而实现不停的运动。

 问题128 为什么电机的起步速度非常快？

• 问题128 为什么电机的起步速度非常快？电机的起步速度非常快，主要便是因为电机在刚起步低转速时便可以获得高转矩，而之所以有这样的转矩特性，是因为电机的定子和转子之间，两者都是相互独立的，没有任何的物理接触，当转子感受到磁场旋转时，内部是没有受到阻力的，可以很快地达到最大转矩。这就有点像磁悬浮列车和普通列车的对比，磁悬浮列车与导轨是不接触的，可以很快地达到我们想要的速度，而普通列车是通过轮子与导轨相接触，起步时需要先克服轮子和导轨的摩擦力，然后再进一步加速才能到达我们想要的速度。

 问题129 为什么新能源汽车加速性可以秒杀燃油车？

• 之所以出现这样的差异，根本原因还是发动机和电机的输出特性不同。图6-12所示为传统燃油发动机与电机特性曲线对比示意图，从中不难发现，电机具有内燃机所不具备的两大特性：一是电机在低速运转时能够输出不变的转矩；二是电机在高速运转时能够输出不变的功率。
• 具体来看，加速效果与输出转矩和输出功率都有关系，其中，转矩决定加速效果，功率决定速度结果。
• 而对于电机而言，在起步阶段就可以输出最大的起动转矩，随着转速在一定范围内的上升，转矩依然可以维持最大状态不变，而此时功率则与转速成正比逐步上升，当转速上升到一定程度时，电机的转矩开始逐步下降，此时电机的功率则达到最大值并维持恒定输出。也就是说，内燃机从静止状态起步的加速确实没有电机快，电机可以获得从起步开始之后一段时间内的领先优势，但是，只要让这个过程持续一定的时间和距离，最终获胜的依然是内燃机。
• 有人举过一个非常形象的例子：内燃机就像是一位马拉松运动员，在发令枪响的一瞬间爆发力并不会很强，但是随着时间的推移他会逐步进入最佳状态并保持较长的时间；而电机就像是一位百米短跑运动员，在发令枪响之后的短时间内，有着非常强大的爆发力，但是这个时间并不会持续很长，所以他也只能在短跑项目中有一定的优势。

 问题131 什么是电机减速器？

• 另一方面，普通家用电动汽车的电机最大转矩为250～350N·m，如果没有减速器，车轮的加速能力和爬坡能力会非常弱，唯有增加减速器来增大转矩，才能提升轮上转矩，让车辆适应更多的用车场景。有人会问，没有大转矩的电机吗？市面上确实有大转矩的电机，但是价格高、尺寸大，用在电动汽车上成本就上去了。此外减速器还有一个目的，那便是保护电机。试想，如果将电机直接连接车轮去驱动车辆的话，那么当车辆行驶时，电机的负荷是非常大的，这样对电机的损伤也很大。而经过减速器就不一样的了，比如减速比为1∶100的减速器（电机输出的转速为减速器输出转速的100倍），其运转时传递到电机的负荷就只有1/100了，减速器坏了只要更换下齿轮就好，成本相对电机来说会低很多。拓展阅读按照传动类型的不同，减速器可分为齿轮减速器、蜗轮蜗杆减速器和行星齿轮减速器，大部分纯电动汽车上的电机减速器都是齿轮减速器。

 问题133 为什么新能源汽车的最高车速往往比不过燃油车？

• 但这并不是因为做不到，而是大部分纯电动汽车都没有去做。当然，也有例外，保时捷2022款Taycan Turbo S的最高车速便达到了260km/h，并不逊色于燃油车。大部分电动汽车的最高车速都停留在180km/h左右的主要原因，其实是车企在性能和实用性方面做了取舍。相信大多数人都知道，一辆车的极速很多时候取决于变速器，变速器档位越多，理论上的极速就有机会做到更高，而在当下，大部分纯电动车型配备的都是单一速比的减速器，自然极速就上不去了。假设车企给纯电动汽车的电机配备多级变速器，又会带来以下多方面的负面影响：1)成本增加，其主要原因变速器的结构变得复杂了。反之，如果变速器结构简单一些的话，不仅可以降低变速器的成本，还可以减轻变速系统的重量，若是电动汽车的整备质量减轻10%的话，可使汽车的续驶里程提高5.5%。2)即便是达到了这样的极速，也无法持续较长的时间，因为电机虽然有短期内输出大功率的能力，但如果在极速情况下进行长时间的大功率输出，电机的过热、电池包的过热等都会是更大的难题。3)即便是上述问题解决了，电动汽车可以在极速情况下进行长时间的行驶，但维持极速、电机散热、电池包散热等导致的巨大的电耗将会使得电池包的能量很快耗尽，现实意义也不大。所以我们可以得出的结论是：电动汽车的最高车速不如燃油车，不是因为比不过，而是不想比。实际上，无论是加速潜力还是极速潜力，电动汽车都要比燃油车大得多。

 问题138 什么是“电驱三合一”？

• 问题138 什么是“电驱三合一”？所谓电驱三合一，指的是驱动电机、电机控制器和电机减速器三者合为一体的集成式设计，如图7-5所示。这一设计可以减少部件间的复杂连接、减少线束的数量，从而让整体的结构更加紧凑、体积更小、重量更轻，成本也得到大幅度的降低。从当前主流的电驱产品来看，未来的电驱系统必将是集成式替换分体式。

 问题140 什么是电控系统？

• 问题140 什么是电控系统？新能源汽车的电控系统包括：整车控制器(VCU)、电机控制器(MCU)和电池管理系统(BMS)等。这些控制器之间通过CAN总线进行通信，主要用来控制整车上动力的传输、存储、回收、分配等，如图7-8所示。说得直白点，就是负责管理车辆需要多少动力、怎么节省电量等。有人打过这样的比方，电池就像是一块好的食材，想把它做出最好的味道就需要有高超的厨艺，而电控系统就是那位“厨子”。1)整车控制器：主要负责对接整车相关的信息，比如加速踏板、制动踏板、档位信息等各种信号，并做出相应判断并发出指令，当然，在电动汽车上它还要协调各个控制器的通信。2)电机控制器：从字面来理解便是用来控制电机的，具体来看，它主要接收整车控制器的输入信息，然后进而控制驱动电机的转动速度和转动方向，当然，它还负责在能量回收的过程中将驱动电机产生的能量进行回收并输入至电池包。3)电池管理系统：负责管理电动汽车上电池包里每一个细节的工作状态，主要功能是实时监测电池物理参数、在线诊断与预警、充放电与预充控制、均衡管理和热管理等，包括温度管理、绝缘管理、充电负载平衡、电芯之间的平衡、电芯的衰减率、电芯的故障情况等，关乎着整个电池包的寿命。

 问题142 什么是电池管理系统？

• 问题142 什么是电池管理系统？电池管理系统(Battery Management System，BMS)由电池电子部件和电池控制单元组成，是连接车载动力电池和电动汽车的重要纽带，并使电池始终都工作在最佳状态。其主要功能包括5个方面：状态监测、状态分析、安全保护、能量控制、信息管理等，如图7-11所示。BMS用于实时采集、处理、存储电池组运行过程中的重要信息，并与外部设备如整车控制器或者充电机交换信息，解决电池系统中安全性、可用性、易用性、使用寿命等关键问题，其主要作用是提高电池利用率、防止电池过度充电、防止电池过度放电、监控电池的状态、延长电池使用寿命。简单来说，它就是一套管理、控制、使用电池组的系统。

 问题145 什么是冷却器(Chiller)？

• 问题145 什么是冷却器(Chiller)？冷却器(Chiller)是电动汽车电池热管理中的一个重要部件，它一般由一个换热器主体、一个外部蒸发器、两个冷却液管（一进一出）、两个制冷剂管（一进一出）组成。冷却液管内部流动的是动力电池的冷却液，制冷剂管内流动的是空调系统的制冷剂，我们可以粗暴地把换热器主体理解为千层饼，奇数层内流动的为冷却液，偶数层内流动的为制冷剂，两者在流动中进行热量的交换，最终，制冷剂会把冷却液中的热量带走，从而达到给电池降温的作用，如图7-17所示。

 问题148 动力电池是怎么散热的？

• 问题148 动力电池是怎么散热的？高温下动力电池的散热方式主要有风冷散热、液冷散热和直冷散热三种。(1)风冷散热风冷散热指的是利用风扇并以空气作为载体将电池包的热量带走以达到散热目的的一种方式，又分为自然对流、自然风强制对流、空调冷风强制对流。其中，空调冷风强制对流简单理解就是拿着大风扇把冷风对着电池包使劲吹进行散热。具体来说，是在电池包一端加装散热风扇，另一端留出通风孔，风扇加速空气在电芯的缝隙间的流动速度，从而带走电池工作时产生的高热量。其中，从环境中引来自然风进入风道称为被动风冷，通过热交换把自然风降温后再引入风道称为主动风冷。主动风冷如图7-21所示，专为动力电池冷却用的鼓风机驱动空气通过空调制冷系统的蒸发器后变成了冷风，再去冷却动力电池。这就像是刚倒到杯子里的开水，无法下嘴，于是就使劲对它吹风一般，多吹几口风，杯子里的水就凉得快。这种方式成本比较低，但由于空气的比热容小，所以这种方式能带走的热量也比较少，冷却均匀性难以得到保障，一般适用于电池包容量较小、续驶里程较短、整车重量较轻的车型，如广汽丰田C-HE EV、欧拉黑猫采用的便是风冷散热的方案。
• 2)液冷散热液冷散热指的是利用液冷介质的对流来对电池包系统进行循环降温的一种方式。这种方式需要在整车空调系统上增加中间换热器(Chiller)，在Chiller内部，空调系统内的制冷剂和给动力电池散热的冷却液（一般是水和乙二醇混合溶液）会进行热交换，其中，冷却液在将热量传递给制冷剂之后变成低温冷却液流入动力电池内部并自由循环流动将热量带走（热量最终被传递给了整车空调系统进行循环利用或者排散到环境中去），从而对电池进行冷却，其原理如图7-22a所示。液冷散热涉及的核心部件包括压缩机、Chiller和水泵，其中水泵则决定了管路内冷却液的流速，流速越快换热性能就会越好。这就像是刚倒到杯子里的开水，无法下嘴，于是把水杯放到冷水水龙头下冲，水龙头的冷水流速越快、流量越大，带走的热量就会越多，水杯里的水就凉得越快。冷却液具有较大的比热容，可以有效吸收电池工作时产生的热量。如果采用的液冷介质可以直接和电芯表面接触进行循环，则称之为直接接触式液冷散热；如果采用的液冷介质不可以直接和电芯表面接触而是需要额外通过金属容器和电芯进行间接接触来进行循环降温的话，则称之为间接接触式液冷散热。液冷散热主要针对大容量的动力电池，典型代表车型有特斯拉Model 3、小鹏G3等。而为了进一步提升续驶里程，已经有部分新能源汽车为电池包采用了如图7-22b所示的液冷散热优化方案。在常规场景下，动力电池内部的高温冷却液可以直接进入车辆前部的散热器进行散热，在达到动力电池散热效果的同时，可以减少压缩机的工作时间，提升续驶里程；而在温度较高的情况下，如夏天天气太炎热，此时便会启动压缩机进行制冷，动力电池内的冷却液的流向是通过热管理控制器控制的电磁阀来决定的。
• (3)直冷散热直冷散热是直接使用空调系统中的制冷剂对动力电池进行散热，因而也就没有了Chiller内部制冷剂和冷却液进行热量互换的步骤，又称为制冷剂散热。这种方式冷却效率高、速度快，且结构相对更为紧凑一些，其原理如图7-23所示。看似直冷散热的系统设计很简单，但由于空调系统的制冷剂的压力在静态下一般能达到3～4个大气压（运转后最高可达25个大气压），压力比较大，因而对系统的耐高压性、密封性等设计要求更高，就没有液冷散热方式应用那么广泛了，目前市面上的典型代表车型是宝马i3、比亚迪海豚。

 问题149 动力电池是怎么抗寒的？

• (1)外部加热外部加热指的是利用外部电源，给电池以外的介质加热，介质将热量传递给电池，逐步提高电池温度，直至达到电池适宜的温度范围。外部介质包括空气介质和液体介质，生热的元件有PTC和加热膜等，分别称为PTC加热、加热膜加热、液体加热、空气加热。1)PTC加热。PTC加热本质就是用电去加热外部电阻丝，产生的热量再通过水传递到电池包的水管之中，这个和家用地暖的水暖有些相似，它可以和乘员舱的空调制热共用同一个PTC加热器。目前PTC车载加热器比较常见，功率一般在3～7kW。2)加热膜加热。加热膜加热是在电池表面贴上电加热膜，通过电池与电加热膜的表面接触，将热量传递到电芯内部，这个和日常生活中用的暖宝宝有些相似，贴在哪里哪里就热。3)空气加热。空气加热是让冷空气通过换热面再输入电池内从而提高电池温度。4)液体加热。液体加热是先将电池包内的冷却液加热，然后冷却液在电池包内部进行循环流动并将电池加热从而提高电池温度，例如特斯拉就在Model S的热管理系统上使用一款大功率的液体加热器。(2)内部加热内部加热指的是利用电池包外部的交流电源，给电池电解液加热，直至达到电池包适用的温度范围为止。生热的部件是电池自身，因此称为内部加热。

 问题158 纯电动汽车是如何为车内制冷制暖的？

• 问题158 纯电动汽车是如何为车内制冷制暖的？在讲纯电动汽车是如何为车内制暖之前，我们先来介绍一下传统燃油车是如何为车内制冷制暖的。燃油车制冷：传统的内燃机驱动的汽车是用发动机来驱动空调的压缩机，利用蒸发吸热原理造成局部低温区域，将冷风吹入乘员舱中来制冷，如图7-40所示。燃油车制暖：燃油车制热大多是利用发动机冷却液的热量通过热交换的方式来实现的，如图7-41所示。
• 纯电动汽车制冷：纯电动汽车制冷系统原理基本和燃油车一样，都是靠压缩机压缩制冷剂循环进行热量转运，使中控台内的蒸发箱产生低温，然后风机带动气流经过蒸发箱，被降温后送入驾驶舱，区别仅在于：纯电动汽车的压缩机是电动的。纯电动汽车制暖：纯电动汽车用电机取代了发动机，而在运转过程中，电机的发热量要远远小于发动机的发热量，所以也就没有了相应的发动机冷却系统，对于制热这个需求而言，大概可以分为两种方式：PTC加热和热泵加热。PTC加热采用辅助方式进行制热，如图7-42所示，低温的循环液在电动水泵的作用之下流经PTC加热器，被加热为高温的循环液，自然风流经蒸发器并将高温循环液的热量带走并变为热风，此时循环液温度降低，如此循环往复。

 问题163 纯电动汽车的高压线是如何分布的？

• 问题163 纯电动汽车的高压线是如何分布的？在电动汽车上有一套高压配电系统，系统电能传输的高压线束主要由五段组成，分别是动力电池高压线束、快充线束、电机控制器高压线束、慢充线束和高压附件线束，如图7-53所示。五段高压线束把动力电池的高压电分配给电机控制器、驱动电机、电动空调压缩机、PTC加热器、DC/DC等高压用电设备，同时将交流、直流充电接口高压充电电流分配给动力电池，以便为动力电池充电，如图7-54所示。

 问题166 纯电动汽车需要经历哪些严苛测试才能量产？

• 问题166 纯电动汽车需要经历哪些严苛测试才能量产？多年前汽车行业内有个经典语句——“四个轮子加上沙发就是一台汽车”，这句话放到今天，可能还要加上“数个智能手机”。倒不是说这个逻辑有什么不对，但时间教会我们：别拿自己的兴趣去挑战别人的专业。在车企眼中，“车规级”这看似轻飘飘的三个字，往往意味着巨额成本和数不尽的方案变更。原因无他，极限测试是每辆车的必考项，“挂科”就意味着“退学”，电动汽车也不例外。并且，相比于传统燃油车而言，电动汽车在储能、电气、驱动等方面存在较大的差异，高压防护、整车防水安全、电池电化学安全等都是重点、难点。具体来说，在电动汽车项目开发的过程中，主要有如下几类测试：1)针对每一个零部件，都有零部件环境测试。2)针对电池包或系统，有振动试验、机械冲击试验、挤压试验、模拟碰撞试验、过温保护试验、过流保护试验、外部短路保护试验、过充电保护试验、过放电保护试验、湿热循环试验、浸水试验、热稳定性试验（又分为外部火烧、热扩散、温度冲击）、盐雾试验、高海拔试验、底部球击测试、冷却液泄漏测试等。3)针对整车，有高温测试（40℃以上高温，重点包括驾驶性能、整车热管理、空调系统、动力总成悬置系统等验证测试）、高寒测试（-40℃以下，重点包括车辆动力、操稳、电池系统及电子设备等功能稳定性测试）、高原试验、整车耐久测试（行程数百万千米、近千种路况，重点包括底盘强化试验、综合可靠性试验、动力总成耐久试验）、整车防水试验、整车智能驾驶测试（数百万千米，重点包括环境路试数据采集、仿真优化分析、整车功能测试、智能驾驶性能测试等）、整车EMC电磁兼容试验等。并且，每一个试验的试验条件都要比消费者日常用车的场景严苛许多。当然，在现阶段，新能源汽车相关的国家标准和规范尚未健全，国标只能说是一个很低的入门门槛。因此，许多车企内部有着比国标更高的企业标准，以求为消费者提供安全性和可靠性更高的产品。

 问题174 工程师如何防止“过放过充”？

• 问题174 工程师如何防止“过放过充”？不管是过度充电还是过度放电，带来的后果对消费者来说都是无法接受的。因此，在设计过程中，工程师便会设置多重保护以避免这种现象的发生。考虑到不同产品的电池包参数也有很多的差异之处，因而过充过放功能一般被集成在整车的电源管理系统(BMS)中，在控制器唤醒状态下，电源管理系统可以实时监控电池模组及电池包电压，以此计算可用能量状态(SOC)和健康状态(SOH)等参数并进行监控。例如，当SOC超过或低于设定的阈值，系统就会自动停止充电断开主继电器或提醒车主充电，以保证电池安全。除此之外，考虑到电芯状态和质量的一致性问题，BMS还会检测模组甚至电芯的电压温度等状态。如果超过设定阈值，系统会停止充电或降低充电/输出功率开始主动均衡或被动均衡，尽可能地让电芯SOC状态保持在一条基准线上，由此也能降低过充过放的出现可能。

 问题189 越野车能全面电动化吗？

• 就功能而言，燃油越野车能做的，电动越野车也都能做。电动越野车的确更安静，但这不代表它不能越野。因为越野靠的是转矩，说得更准确一点，它更依赖的是低速转矩，这与它的脱困能力息息相关。刚巧，这个也是电动汽车的拿手好戏，它在刚起步时就能达到最大转矩，脱困能力一点也不亚于燃油版的越野车。除此之外，燃油越野车的高底盘、高通过性、强悍的动力性能、强大的四驱系统等，电动越野车上一个都不缺，甚至有可能做得更好。就以动力性能为例，与燃油车相比，电动汽车在动力上的优势显而易见，它的最大功率往往比同级别燃油车都要更大。换句话说，燃油越野车能做的，电动越野车都能做到，而且做得更好。但是，这并不代表电动越野车没有劣势，现阶段，电动越野车最大的短板便在于：续驶里程不足且补能不便。对普通电动汽车来说，续驶里程焦虑的问题虽然也存在，但并不致命，而且，随着充电站、充电桩越来越普及，这个麻烦会越来越小。但越野车是跋山涉水用的，喜欢玩越野车的，有些人醉心大漠孤烟，有些人钟爱深山老林，有些人喜欢在冰上打转，这些地方有一个共同特点：基础设施差。如果开一款燃油越野车，只需要提前规划好路线，找好加油站，无人区也敢闯；但如果是电动越野车的话，基础设施稍微差一点的地方可能就不敢跑了，因为很容易抛锚在野外。而且，在当下很多电动汽车都存在续驶里程虚标、冬季续驶里程缩水等问题，这就决定了电动越野车的车主不可能像燃油车车主那样，根据表显里程去规划路线，如此一来，就大大限制了其活动范围。从这个角度来看，只要充电难、充电慢的问题无法解决，越野车就没办法实现全面的电动化

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陈继良