电动汽车拥有其独特的术语体系——有些耳熟能详,有些则颇为专业——对初识者而言可能显得神秘难解。掌握这些术语的含义,不仅对判断电动汽车是否适合您至关重要,更关乎如何选择最适合您的那款电动车。举个例子:您会在意传统汽车加油的快慢吗?通常不会。但您必须了解车辆在家用充电条件下的补能速度,而这个问题并没有标准答案。不过,通过理解充电等相关术语,我们能帮您更接近答案。
交流电
电网以及家庭和其他建筑中使用的电流形式
交流电的特点是电子会周期性改变方向。在电动汽车领域,交流电的关键点在于所有电池都需要使用直流电(即电子单向流动)。因此,每当为车辆充电时,交流电必须被转换或整流为直流电。
在一级和二级充电中,这项任务由隐藏在每辆电动车内部的“车载充电模块”负责,该模块还控制着充电速率。而公共直流快充则不同,充电桩位于车外,它直接将直流电输送到汽车电池,绕过了成为电流瓶颈的车载充电模块。直流快充桩起步电压接近家用电压的两倍,并利用体积庞大的外部组件(汽车内部无法容纳)将交流电整流。这正是直流充电速度远快于二级充电的两大主因。
尽管大多数电动车使用交流驱动电机,这意味着电池的直流电需要再次逆变换成交流电(此过程称为逆变)来驱动车辆。事实上,混合动力车通常也使用交流电机,这意味着电流实际上在交流与直流之间不断转换。无论转换发生在车内还是车外,每次转换都会伴随能量损耗。
交流发电机
一种产生交流电的发电机类型
在所有现代常规汽车中,汽油或柴油发动机通过皮带驱动交流发电机,产生电力为启动电池充电,并为车灯、电子设备及其他车载用电部件供电。尽管如今所有这些设备都需要直流电,但选择仅产生交流电的发电机看似奇怪,实则因为交流发电机体积更小、重量更轻且机械耐久性优于直流发电机——这三点正是汽车制造商最看重的指标。
安培
电流的度量单位,电动车车主在配置家用二级充电设备时最常接触
二级充电意味着240伏电压,但传输至车辆的能量还取决于电流大小,不同二级充电器的电流输出差异显著。用电工常用的水路比喻:电压好比推动水流通过管道的压力,电流则是由管道直径决定的水流量。要增加出水流量,您可以提高压力或加粗管道。电力也是如此:提升电压或电流(安培数)都能增加线缆末端的功率(以瓦特计)。正如更粗的管道阻力更小,更粗的电线也允许更大的电流通过。
家庭从公共电网获取的电力服务以其安培容量衡量(如50、100或200安培),特定电路或二级充电器的电流承载能力也以安培表示。
动力电池包
电动车或混动车上完整的储能组件,包含独立电芯、辅助电子设备及通常必备的热管理系统
无论电芯类型如何,它们通常被组合成模块,以增加结构强度并简化故障电芯的更换。电池包配备电池管理系统,用于追踪电量状态并监控各电芯的电压和温度。包内还包含自有保险丝和手动断开装置,以便维修。通常设有接触器(大功率继电器开关),特别是在纯电系统中,能在车载安全测试失败或检测到碰撞时隔离电池包。
除日产聆风(图示电池包)未配备主动热管理系统外,大多数纯电动车采用循环液体来管理电池温度。这些电池包内通常设有通道,让冷却液(通常是水与常规防冻液的混合物)流通,然后流出电池包,通过简易散热器或连接空调/热泵回路的热交换器进行温度调节。
电池电芯
电池的最小单元,驱动混动或电动车可能需要数百个电芯以达到所需电压
与其他独立电池电芯一样,每个电芯仅能提供几伏电压。锂离子电芯有三种基本形态:圆柱形、方形和软包。为某些电动车供电的圆柱电池,外形酷似手电筒所用电池,可能让人误以为其技术简单。批评者曾诟病其封装效率因圆柱形状间的空隙而低下,但特斯拉多年来凭借此技术表现出色,尽管近期也开始转向方形电芯(形似卡牌或巧克力棒)。而其他多数电动车制造商则首选软包电芯,其外观类似几乎扁平的Ziploc三明治包装袋。与前两种形态不同,软包电芯依赖电池模块提供结构支撑。
电池模块
电动车电池包的结构性子单元,电芯在此被分组封装以便监控和必要时更换
由于单个电芯电压有限,电动车需将数十甚至数百个电芯组合在提供结构(对软包电芯尤为重要)并简化接线的壳体内。每个模块通常自带电压和温度传感器,且无论内部电芯如何连接(取决于制造商设计),仅有两个外部端子。模块通常包含绝缘通道,供冷却液流通以管理电池包的热状态。
复合充电系统
美国市场近乎通用(特斯拉除外)的电动车充电连接器,将J1772交流连接器与两个直流快充触点结合于单一复合端口
早期日系电动车依赖独立的CHAdeMO连接器进行直流快充,而如今具备此功能的大多数新电动车(特斯拉除外)均配备这种CCS复合端口。车主在线或通过应用程序搜索公共充电选项时,需为二级充电选择J1772,为直流快充选择CCS。
直流电
电池及大多数电子电路中电流的存在形式
直流电中,电子单向流动。在电动车领域,其核心意义在于电网输送的是交流电。因此,每当车辆电池充电时,交流电必须转换或整流为直流电。一级和二级充电中,车辆通过名为“车载充电模块”的隐藏组件完成此过程。直流快充桩则从近两倍家用电压起步,并使用笨重的外部组件(常远离充电区)整流交流电,然后直接向汽车电池提供直流电,绕过其内置的、限制电流的车载充电模块。
尽管某些电动车使用直流驱动电机,但大多数采用交流电机,这意味着车辆须将电池的直流电逆变为交流电以加速——并在再生制动时反向转换。整流和逆变(直流变交流的名称)过程会带来效率损失,但选择交流电机的汽车制造商更看重车辆整体性能与效率,而非单一组件或过程。
直流快速充电
一种公共充电类型,通过向电池直接提供更高直流电压,使兼容车辆的充电速度远超最快的交流二级充电。特斯拉超级充电桩即为直流快充
当时间紧迫时(如长途旅行或电量不足),直流快充对现代电动车更为适用。尽管名称含“快速”,但电动车新手会发现其速度无法与几分钟内补充数百公里续航的加油过程相提并论。车企通常宣称直流快充需30分钟,但这很少意味着完全充满。尽管越来越多车企随新车购买附赠免费直流快充,但几乎都承认频繁快充会折损电池寿命。若需付费,快充价格高于公共二级充电,通常足以抵消家用充电带来的经济优势。
直流快充桩及其所需的三相交流电使其家用安装成本极高。其输出功率范围在24至350千瓦之间,但无论车辆自身的充电接受规格如何,都无法保证始终以最高速率充电。
目的地充电
对公共二级充电的新称谓,指电动车停放足够长时间以补充可观续航的充电场景
该术语由特斯拉推广,旨在区分较慢的非家用充电与直流快充(或特斯拉所谓的超级充电)。
风阻系数
衡量车辆穿越空气时阻力的指标
现代车辆更流线型的造型反映了始于数十年前的空气动力学潮流,部分目的为提升能效。风阻如同驻车制动抱死或其他形式的阻力,会抵消发动机或驱动电机的努力。车辆风阻系数越高,发动机负荷越大,能耗越高——无论使用汽油、柴油或电力。
影响风阻系数的不仅是车辆尺寸和形状,还包括底盘平整度和离地间隙。贴地行驶的车辆通常空气动力学更优,故配备主动悬架的现代车辆常设计为在高速时自动降低车身。无疑,市场上能效最高的车型——通常是混动和电动车——多为掀背车,因其高车尾设计天生比带 abrupt trunk的传统轿车或跑车更符合空气动力学。
电动汽车供电设备
电动车服务设备(或供电设备),即我们通常所说的电动车充电器
EVSE指代通常所说的电动车充电器,无论是随车附赠的便携充电线还是更坚固的、可家用或存在于公共“目的地”充电站的二级充电单元。采用不同名称的原因是,在电子学中,“充电器”严格指管理电池充电并在需要时将交流电转换为直流电的组件。EVSE不执行这两项功能。每辆车都配有完成这些角色的隐藏车载充电器。EVSE核心是安全装置,通过集成接地故障断路器、开关及通信电路,向电动车传达可供电量,保护用户和车辆安全。
EVSE在连接器未插入车辆前不会向电缆输送高压电。插入后,车辆能检测EVSE的引导信号以知悉供电能力,随后充电开始,EVSE触发大电流开关(接触器)为电缆通电。同样,拔下连接器时,按下解锁按钮瞬间,车辆与EVSE即停止充电,确保无危险。
前行李箱
“前部”与“行李箱”的合成词,指前置内燃机移除后电动车常具备的前备箱
正如其名,前行李箱往往令人欣喜并提升车辆多功能性,但并非总是优势。提醒买家关注车辆整体载物能力。例如,无前行李箱的大众ID.4在后排座椅后的储物立方容积,仍超过竞争对手福特Mustang Mach-E前后储物容积之和。
逆变器
将直流电转换为交流电的电子组件
逆变器是电动车及大多数混动车的核心部件,因为这两类车辆使用的电机绝大多数为交流电机,而电池始终是直流电,故需通过牵引逆变器(因其唯一任务是为交流牵引电机供电而得名)进行转换。该术语的普及也因福特在其Pro Power Onboard功能中的应用,该功能为2021款混动F-150(及后续纯电F-150 Lightning)货箱内的120伏和240伏插座供电。此系统可仅凭混动电池提供交流电,甚至在电量低时自动启动混动卡车发动机。
J1772
国际SAE标准,既规范电动车充电,也是美国大多数非特斯拉电动车及充电器所用连接器的名称
J1772作为美国电动车和充电器两大普及连接器之一(另一为特斯拉专用连接器)的名称并不易记,但若在谷歌地图或任何充电站搜索应用中输入“电动车充电站”,它会作为选项出现。技术上,J1772仅用于一级和二级充电。复合充电系统连接器以J1772为基础,在其下方增加两个触点用于直流快充。(这使得兼容直流充电的电动车可使用复合充电端口,而非早期日系电动车采用的独立CHAdeMO直流端口。)
千瓦
用于衡量充电和电动车运行功率的单位(等于1,000瓦),同时也是动力单位(等于1.34马力)
瓦特是基本单位,但谈及电动车而非灯泡时,我们总是处理超过1,000的数值,故使用千瓦。千瓦的重要性在于它是电学单位的最终产物——电压与电流的乘积。因此,当讨论千瓦时,您无需像对待其他单位那样考虑变量。例如,所有二级充电器均为240伏,但除非知其额定电流,否则无法确定向电动车输送的千瓦数。
尽管我们习惯用马力标示内燃机功率,但千瓦本质上也是功率单位,因其内含时间成分(1瓦=1焦耳/秒),故两者可相互转换。尽管不常见,但随着电力和内燃动力在同一车辆中结合,电机数值有时为统一性而以千瓦呈现。
千瓦时
衡量电池容量及充电所耗能量的单位,亦指驱动电动车或任何耗能设备随时间推移所消耗的能量
简言之,1千瓦时相当于让一台1千瓦的加热器运行一小时所需的能量。或者说,是6千瓦电机在10分钟内消耗的量。尽管易误以为配备70千瓦时电池的电动车每次充电会使电费增加70千瓦时,但实际情况更复杂。一方面,充电始终存在损耗:能量以热能形式损失于电路,尤其是车辆将电网交流电转换为直流电并为电池充电的过程中。另一方面,您很少会从完全没电开始充电——且大多数纯电动和插电混动车并不使用其标称的全部电池容量;这是电池总额定容量与可用净容量的区别。维持电池健康的关键之一是避免完全充放电,车载软件已编程管理此点。即使车辆电量显示已满或耗尽,其上下通常存在未显示的缓冲区间。
一级、二级、三级充电
一级和二级分别指120伏和240伏交流充电;“三级”是直流快充的误称
我们已发布关于充电级别的详细解释,主要因我们对其分类持有异议。一级充电属于维持性充电,对纯电动车主用处不大。二级充电看似单一,实则可能意味着几小时充满电……或需整夜。三级充电技术上不存在,但直流快速充电是真实存在的。
等效英里每加仑
比较纯电动车之间乃至与汽油车能效的绝佳方式
EPA的mpg-e评级在比较插电车辆与内燃机能效时不太实用,因其未考虑两种燃料的成本差异。但它是比较纯电动车之间的理想指标,对插电混动而言聊胜于无。
浏览EPA对新旧电动车的评级,您可能注意到特斯拉车型的能效相对于可比竞争对手尤为突出。易误以为所有插电车辆必然高效,但事实并非如此。对插电车辆而言,更高能效意味着同等电池容量下续航更长,同等充电时间内增加的续航更多。
我们对EPA评估插电混动的方法热情较低,因其mpg-e评级结合了电耗和油耗。这意味着已存在两个变量,而用于计算评级的该组合所行驶的距离是第三个任意变量。简言之,插电混动应以其纯电模式下的mpg-e进行评估,而非将高电耗mpg-e与低混动mpg结合,得出某个行程点的官方EPA规格——但在此之前或之后可能更高或更低,这取决于车辆纯电续航(另一个变量)。
续航里程
插电车辆在电池电量耗尽前能够(或预计能够)依靠电力行驶的距离
电动车续航始终是估算值,无论是制造商声明、EPA估算还是车辆仪表显示剩余里程。汽油车亦然,且下文许多要点也适用,但在液态化石燃料带来的充裕续航和快速补能面前,我们从未如此关注此点。某些电动车能比其他车型更好地显示续航可变性,以及驾驶条件和操作如何导致实际续航超越或不及估算。
激进驾驶、高速行驶及使用车灯等附件(尤其是空调)会降低续航,但天气影响最为显著:湿滑路面对续航略有影响,而低温伤害最大,它不仅削弱电池容量,还消耗大量电力用于车厢电加热。AAA研究发现,平均电动车在20华氏度与70华氏度下的续航下降约40%。(在车辆仍连接充电时预加热或预冷却车厢略有帮助。)
寒冷气候的电动车买家需考虑此效应及另外两个重要因素:他们可能每晚在家充电,应关注每日行驶里程而非“满电”续航;且电动车随时间推移损失部分续航是正常的,如同任何可充电设备。专家估计,在车辆达到保修期末(通常8至10年或10万英里)时,损失约20%。
再生制动
所有混动和电动车回收能量的基本方式,利用滑行或制动时的惯性转动驱动电机(此时作为发电机)为电池充电
常被德系车企称为“能量回收”的再生制动,自GM EV-1(计入真实产品)以来一直是电动车和混动能效的特色,且其效率随着计算机控制(再生的核心)的日益精密而提升。幸运的是,再生制动对驾驶者的操作感也有所改善,但很少像传统液压制动那样线性且令人满意,常伴随刹车踏板绵软感。工程师面临的挑战之一是在再生达到极限时(如更强制动),确保再生制动与传统制动间平稳过渡,此时常规刹车片或蹄片需介入盘式或鼓式制动器。
再生制动的一大优势是无摩擦,意味着刹车片和蹄片寿命更长,更换频率低于传统汽车。另一优势是再生水平(即松开油门时的制动力)可调,许多电动车现提供至少几种设置——尽管某些通过拨片触发的模式奇特且临时。最强趋势是单踏板驾驶,松开油门产生的制动力足以触发刹车灯——使得刹车踏板本身仅在紧急制动时需要。
正是通过再生制动,更强大(且更快)的电动车也能成为相对