文/车亮

图/车亮

电动车上明明有大电池，为什么还要单独装12V的蓄电池？一辆电动车的碳排放该怎么简单计算？电动车为什么功率高、加速猛，极限速度却普遍低？电动车上几种常见的电机，孰优孰劣？关于电动车上一些似是而非的疑问，这篇文章里我们来一一探讨。

疑问一：电驱动的新能源车上明明有一块很大的动力电池，为什么还要装12V蓄电池？12V电池跟48V电池有什么区别？

车上的12V铅酸蓄电池，是燃油车时代留下的产物，目前车上电器（不管是燃油车还是插混车）的车辆点火启动、大灯、水泵、机油泵、空调等电器都适用12V电压，不能切换到48V电压，更不能切换到能量电池的高压系统。如果要切换的话，电子元件都需要重新开发，成本要大幅提升。而纯电车目前也普遍保留了12V电压系统。

一般的插电混动车型上，虽然搭载了一块容量较大的动力电池，但车上电器部分基本还是沿用12V蓄电池的系统。而为了在机舱内容纳发动机和大尺寸电机，这块蓄电池往往被挪到了后备厢。因此我们在后备厢盖板下方往往会看到一块12V的蓄电池，占用了备胎池的空间，这也是插混车普遍不提供备胎的原因。不过铅酸电池的充电还要靠发动机，它和动力电池是两套系统，相互之间并不能互相充电。此前我在某品牌4S店里就遇到过一辆插电混动车，动力电池明明还有电，但是电瓶亏电后车却点不着、电器点不亮。有些品牌例如比亚迪，将铅酸电池换成了铁锂电池，虽然依然还是12V，但可以用动力电池来补能，提高了电瓶使用寿命而且不用担心电瓶亏电。

12V系统跟轻混车上的48V系统相比，后者电压增加了4倍，因为功率=电压X电流，所以同样功率输出，电流仅为12V系统的1/4，而导线损耗=导线电阻X电流的平方，所以同样功率，导线损耗是12V系统的1/16。要提高功率降低损耗，最好的办法是提高电压。所以48V系统有更高的放电效率，是更先进的水平，只不过还是上述原因，48V系统无法取代12V系统。

而在纯电车型上，也会看到一块12V电瓶。除了继续沿用12V的低压系统可以节省成本之外，从动力电池出来的电一般是高压电，如果用于车上的电器，还需要进行高压到低压的转换，那么还不如沿用12V低电压系统来的快捷方便。此外电动车跟燃油车一样，也需要在点火那一下进行通电启动（按下启动键，驱动继电器），启动这一下也是适用12V电压系统。而在电动车上，12V电池也是可以从动力电池那里补能的，因此除非动力电池被耗干，也不用担心电池亏电车辆启动不了。

疑问二：如何能简单计算出一台电动车的碳排放是多少？相比燃油车它的碳排放真的更低吗？

我们经常会听到某些电动车企吹嘘自己“种了多少棵树”，“为蓝天白云绿色减排做了多少多少贡献“。实际上这背后就是一个碳排放的概念。电动车在行驶过程中碳排放为零，不像燃油车那样还有尾气的排放（虽然经过三元催化和国六B标准的实施，燃油车的排放已经不算高了）。不过电动车在生产过程中的碳排放远比燃油车高，而且发电厂生产电的过程也有碳排放，此外电池报废过程中排放问题也不容忽视。总之用零排放来定义电动车，除了电动车企自己，恐怕不能说服绝大多数人。

电动车和燃油车谁的碳排放更高其实一直都有争议。这里教大家一个简单的办法来判断。根据国家标准GB/T 37340-2019《电动汽车能耗折算办法》，油耗和电耗之间可以互相转换，计算电车的排放就要先把电耗转化成油耗。

这份标准里提供了三种转换方法。第一种是热值折算法，就是发出同样的热值，油和电相互的转换关系，结论是0.116：1。照此计算电动车百公里15度电，同样热量相当于百公里燃烧1.74L升92号汽油。所以从这点能看出，汽油的单位热值是远高于电池的。

第二种方法是燃料生命周期折算法。也是从等量热值的角度出发，但考虑到了两种能量来源生产过程中的损耗。炼厂的效率、输送加注效率等等。抛开复杂的公式不谈直接看结论，结论是0.22：1。百公里15度电，相当于百公里燃烧3.4升92号汽油。这个方法更科学。但还是不能看出碳排放。

第三种办法是碳排放折算法。抛开公式直接说结论。这里引入一个概念叫“二氧化碳折算因子”为0.31，也就是说0.31升的92号汽油和一度电两者的碳排放是相当的。还是以百公里15度电的电动车为例，其碳排放和4.65L/百公里的燃油车相当。这里的计算考虑能量的产生和输送过程，将火电发电比例设置为75.%，充电效率设置为100%，同时考虑了线损率等因素，结论相对公平。

我们知道一辆百公里15度电的电动车，碳排放相当于一辆百公里4.65L的燃油车。那么我们就可以计算出电动车的碳排放了。这里再引入一个数字0.23，您只要记住这个转换关系就好了。用4.65L/百公里乘以0.23得出碳排放为107克/公里。

所以通过这个公式：电耗乘以0.31 再乘以 0.23可以简单计算出一辆电动车的碳排放。并且我们还能得出一个结论是，电动车的碳排放目前是比燃油车少一点，但也没少太多。像日系此前比较反对电动车，公开说的一个理由也是电动车的碳排放并不低。我们这样一算，其实一辆百公里15度电的紧凑电动车，跟一辆油耗4-5L的混动RAV4，碳排放其实是相当的。

当然这种情况随着火电占比下降会有所改善。但目前某些电动车企喜欢鼓吹自己零排放，这方面大伙儿听听就好。

疑问三：电动车为什么零百快，但极限速度低？

相比燃油车，电动车的零百速度都极快，零百五六秒都不鲜见，但极限时速往往都不高。这个原因从电动机的外特性曲线（下图）就能看出。电车从踩下电门的零转速开始，就进入恒转矩区，开始输出最大扭矩，而发动机往往要到1500转以后才开始输出最大扭矩，再加上还有变速箱的动力传递过程，因此电动车起步和低速下的加速表现往往比燃油车要更强。

不过，在恒定最大扭矩输出的期间，功率也在稳步上升。而上升到了某个转速，开始进入了恒功率也就是最大功率区间。随着转速继续上升，按照增速降扭的规律，转矩也就是扭矩便开始逐步下降。加上电动车只有单挡减速器，内部结构简单，就是两三组齿轮组成的一个固定齿比，无法像燃油车一样通过换挡来减速增扭。因此在进入高转速的恒功率区间后，再加速能力就比较疲软。

从图上不难看出要提高电动车的极速，必须推迟恒功率区间的到来。两种办法，一种是提升功率，增大电流输出。但这又带来高电压、大电流带来的安全和成本问题。

第二种是随着电动车的内卷日趋严重，未来的电动车可能会加一两个高速挡，在高速状态中通过换挡来降低电机转速，从而获得更长时间的最大扭矩输出，推迟恒功率区间的到来，从而获得更高的极速。

疑问四：永磁同步、交流异步、电励磁等几种电机的区别？

电机的基本结构是定子和转子，基本原理是电磁感应。首先明确一个概念，车上用的电动机分直流电机和交流电机。直流电机是把直流电引入到转子上产生磁力，定子是电磁铁组成，转子在定子形成的磁场里受力旋转，从而产生扭矩输出。不过直流电机尺寸大重量大，一般乘用车上很少用，只在大型机械上使用。

车上用的驱动电机普遍是交流电机。交流电机是把交流电引入到定子绕组，在定子间产生磁场，然后驱动其中的转子进行旋转。那么转子要旋转必须要自身有磁力，一种是简单直接的做法，直接用永磁体来制作转子，这种电机叫永磁同步电机。永磁体主要原料是稀土。由于我国稀土资源丰富，国产电动车上主要采用永磁同步电机。

第二种稍微麻烦些，叫电励磁同步电机，在转子上缠有电线绕组，通过外接电流产生磁力，然后与定子接上交流电产生的磁场相互作用，进而转动起来产生扭矩。电励磁的优势之一就是不用稀土材料，更加环保，而且不用担心永磁体在高温下失去磁性。优势之二就是定子和转子上的电流都可以精确控制，实现更精确更快速的扭矩控制，减少晕车。合资车企因为开发源头在海外，喜欢用这种电机。例如宝马的iX3、日产的艾睿雅都是电励磁同步电机，这两台车在急加速时的平顺舒适感都是非常突出的。

以上两种电机，都是定子和转子同时产生磁力相互作用，转子的旋转和定子产生的旋转磁场同步运动，因此都属于同步电机。

还有一种叫交流异步电机，也叫交流感应电机。为什么叫异步电机呢？因为转子的旋转和定子的磁场旋转是不同步的，所以叫“异步”。为什么不同步呢？是因为这种电机为了省事和降成本，它在转子上既没有通电，也没有永磁体，只使用了良性电导体并在上面缠绕了电线绕组。当定子上通了交流电产生旋转磁场时，静止不动的转子此时就会自动切割磁力线，根据电磁感应原理，转子上就会产生感应电流，有了电流就会有电磁力，就变成了一部电励磁同步电机，跟着定子的旋转磁场一起进行旋转，产生向外输出的扭矩。因为转子的电流是感应产生的，所以这种电机也叫感应电机。因为它的磁力产生过程有一定滞后性，转子是跟随定子旋转磁场而转动，无法做到转子和定子磁场的旋转保持同步，所以叫交流异步电机。

交流异步电机也分为单相异步电机和三相异步电机，更普遍的是后一种。区别就是后者在定子里接入380V的对称三相电源，对应三组线圈在空间上间隔120度，做星形排布。当通上交流电后，能保证定子上产生的磁力线更密集、分布更均匀，从而保证转子上产生稳定的感应电流，进而保证稳定的扭矩输出。

所以交流异步电机的结构相对简单，成本较低，但性能表现也相对一般，调速范围也窄，体积也较大。一般适宜在较高转速区间工作。而承担动力输出主要责任的是同步电机。电动车上一般四驱车采用永磁同步+交流异步的组合，两驱车上打主力的是体积较小但是调速性能更强的永磁同步电机，即使是几万块的电动小车也普遍采用永磁同步电机。作为同步电机的一种，电励磁同步电机的优势是无轮定子还是转子，其磁性都由电流控制，因此可以通过控制电流的快慢大小来实现更精确的扭矩控制，实现更舒适的驾乘。