HEV PHEV EV区别简介

HEV/PHEV/EV区别简介
热力学第一定律规定了能量守恒，那么简单想起来，在HEV，PHEV（PHEV的CS工作态）中，电池的能量是由内燃机的燃烧汽油或者柴油转化而来（所有的能量都来自于燃料），然后这部分能量再输出驱动汽车，经历了内燃机－发电机－电池－电动机－驱动汽车这样一个过程后，中间每一步都有损耗，那岂不是比直接内燃机－驱动汽车这样的普通汽车更加费油？？岂不是说HEV，PHEV根本不省油？？？
而实际上，HEV，PHEV的确是比普通内燃机车省油的。

如果要清楚的回答这个问题，首先需要内燃机的原理谈起
所有的内燃机，都服从卡诺循环所规定的效率上限，（所谓卡诺循环，指的是工作介质从高温热源（T1）吸收热量，经历等温膨胀－绝热膨胀－等温压缩－绝热压缩这样四个过程后向低温热源T2放热，对外作功并回到初始状态），卡诺循环的每一步都是可逆的，这在实际中是不可实现的，所以实际中所有的热机的效率都会低于卡诺循环的效率。

卡诺循环的理想效率ή＝1－T2/T1 （其中的T1,T2为热力学温度，热力学温度＝摄氏温度＋273）。

可以看出，提高T1，降低T2可以提高燃效的理论值，所以一般情况下，提高内燃机燃烧温度可以提高内燃机的效率，而在排气的部分则需要用冷却格栅以降低T2的温度。

同样，涡轮增压以及采用陶瓷材料这样的技术也是为了提高汽缸内的压力和温度，从而提高燃效。

目前所用的所有内燃机，燃效都难以超过30％，也就是说：至少有百分之70％的能量是在汽车行驶过程中被浪费了的。

所以，当我们看到原某汽车老总在美国声称其掌握了最新的内燃机技术，燃效可以达到90％，可以肯定地说：这是忽悠，即使T2以零下40度计，若要达到9 0％的燃效，T1温度至少需要达到摄氏2500度，这还是最理想的情况，除非他采用航天飞机的材料造汽车内燃机，否则是无法承受的。

并且，内燃机的燃效在汽车行驶过程中并不是一成不变的，而是随着汽缸内的温度，压力等参数变化而变化的，一般而言，内燃机在低速运转（低温，低压）的时候燃效会比较低，我们在街上经常可以看到，某些公共汽车在启动的时候排气管内会排出乌黑的气体，这就是燃效低，燃料没有充分燃烧的结果。

而当汽车高速行驶时，一般是看不到乌黑气体的排出的。

而像农村的拖拉机这种内燃机极差（低速，低温，低压）的机器，无论在什么时候都会排出浓浓的黑烟。

接下来我们需要区分热和功这两个不同的概念，虽然热力学第一定律规定了能量守恒，能量可以以热或者功的形式存在，但是，热和功的转换存在方向性：热不可以自发地转换为功，而功可以自发地转化为热，这就是热力学第二定律
让我们再看一下热力学中吉布斯自由能的定义：G=U-TS, U是系统的内能（总能量），T是温度，S是熵（混乱度的衡量）TS合在一起代表的是系统的热能。

系统的自由能为系统的总能量减去其热能，剩下的就是自由能（也可以称之为可以做功的能量），是可以推着汽车跑，推着轮船开的能量。

在电池中，很幸运，电能是以自由能的形式进行储存的，也就是说，电池中储存的电能理论上而言是可以100％地完全地转变为推着汽车轮船跑的功的。

而在内燃机中，燃料是汽油或者柴油，汽油或柴油都是碳氢结构，能量储存在碳氢的化学键的结合能中，但是很不幸：必须采用燃烧的方式（即给出足够的KT，K是玻尔兹曼常数）才能打开碳氢链从而释放出其中的结合能，那么在这个过程中，限于卡诺循环的限制，碳氢链中大部分的结合能以热的形式耗散了，只有极小一部分转换成了驱动汽车前进的自由能。

谈了这么多，我们回头来看HEV，HEV中的电池能量完全来自于内燃机，HEV 中内燃机对于电池充电的过程发生在内燃机以较高燃效运行的时段，这部分能量
经过内燃机－发电机－电池储存在电池中，在内燃机燃效较低的时候（比如城市中的时开时停阶段，汽车的加速阶段），从电池中将这部分能量取出，经由电池－电动机的途径驱动汽车，因为电池中的能量完全是自由能，并且电池－电动机这个过程不受卡诺循环效率限制，转换效率远远高于受卡诺循环所限制的内燃机的效率，所以在这些时段，电池代替了大部分的内燃机的工作，使得内燃机在这些时段不需要燃烧很多的燃料。

所以，虽然电池的能量是来自于燃料并经过了几道转换过程，但是电池的能量输出过程（非卡诺循环过程，理论上是100％）非常高效，在燃料燃效高的时候将其部分能量储存至电池内并在燃料燃效极低的情况下将这部分能量高效输出从而节省燃料，节省下来的燃料所能产生的自由能多于能量由内燃机传送至电池的过程中所发生的损耗，这就是HEV省油的原理。

另外，电池可以在刹车的时候对汽车动能进行部分回收，而在传统内燃机车中，内燃机是无法回收刹车动能的，这部分能量完全以热量的形式耗损掉了。

这样，经过这两种省油方式的综合，HEV的确是比普通汽油车更加省油的。

另外，HEV中电池包始终处于CS态，即电池包的SOC始终维持在50％左右，上下波动不超过10％，这也是有原因的，一方面，这样的状态是电池包内储存的能量不多，如果对电池包充电，可以快速完成，因为内燃机不一定会有很长的整段的高燃效的时段对电池包进行充电，另一方面，在城市内行驶时，时走时停比较频繁，所以电池中的能量需要“快进快出”，抓住燃效高的时候以及刹车的时候进行充电，在燃效低的时候输出，这也算是一种“削峰填谷”吧。

所以HEV的电池包储能一般都很小，能量波动也不大，当然也有安全性，成本以及整车架构等其他的考虑，但是我想以上应该是主要原因。

再看刹车能量回收，这种形式的能量回收效率也比较低，因为实际中，即使配备刹车能量回收，普通的液压刹车系统也必须配备（从安全性考虑），所以从一开始刹车能量回收就注定只能回收一部分；另外，刹车的时候，没有固定的模式，可能是急刹或者是点刹（这要视驾驶情况以及天气而定），在刹车瞬间的逆电流如果不经控制直接加到电机上，可能过大会烧毁电机，所以刹车电流必须经过功率器件，经过逻辑判断和处理后才可以通过电机加到电池上对电池进行充电，而
随着汽车速度的变化，刹车电流也是不断变化的，在这刹车的几秒或十几秒时间内的变化刹车电流再经过功率器件斩波或整流加到电池上，实际能回收的汽车动能非常有限，可能只有10％～20％，但是这也非常不错了（考虑到内燃机平均燃效能提高2～3％就相当不容易了），因为在普通内燃机车中，制动能量是完全被浪费掉了。

再看PHEV，其电池包储能大于HEV，一般在10kWh以上，其CS态的过程是和HEV一样的，但是PHEV多了一个CD态，也就是说：电池可以单独驱动汽车，电池单独驱动汽车的所需的能量不能完全来自于内燃机，而是来源于外界电网，所以PHEV比HEV多了一个Plug－in。

那么，为什么PHEV的电池包能量不能完全来自于内燃机呢？
原因是：第一，PHEV的电池包能量大，一般在10～30KWh，内燃机如果对其进行充电，时间会较长，无法保证在这段时间内内燃机都处于高燃效状态。

第二，充电功率会比较大，内燃机如果以这么大的功率对电池进行充电，剩余的功率可能无法驱动汽车正常行驶。

第三，内燃机难以保证以较稳定的功率对如此大的电池包进行充电，容易造成电池包的寿命损耗甚至危险。

第四：最重要的，得到外界电网里的电能的效率要远远高于内燃机的能量转换效率。

比如：为了得到10k Wh的能量，内燃机可能要烧掉1升的汽油，而如果从火力发电厂得到10kWh 的能量，可能只需要花费燃烧热量低于一升汽油的煤或其他燃料，更不用说如果是用水力发电或者风力发电或者核能发电了。

在CD态时，PHEV的电池的SOC可以在30％～80％之间波动，电池的放电深度要高于CS态，所以，PHEV对电池材料的稳定性要求要高于HEV，这也是电池开发商在开发电池包的时候所必须考虑的因素之一。

即电池是用于什么车型，是HEV还是PHEV。

所以，PHEV中的电池能量主要来自于外界电网，其CD态行驶时，内燃机不工作，电池以远高于内燃机燃效的效率驱动汽车前进，其CS态行驶时，与HEV 一样，所以，PHEV比HEV具有更高的燃效。

不可忽略需要计入的一点是：PHEV中电池包是从外界电网中得到的能量，为了得到这部分能量，需要花费多少燃料。

传统而普遍的火力发电的效率较低，而水力，风力以及太阳能都是利用自然界的自由能，无需燃烧化石燃料，缺点就是不够稳定，并网起来具有一定的困难；核能虽然最终也是靠蒸汽锅炉发电，但是核能是靠打破中子或质子之间的结合能（强相互作用）获得能量，这种级别的结合能的能量值远远高于碳氢键之间的化学键结合能，所以核能的能量产出效率还是比较高的，并且污染也较小。

所以，我们看到，为了尽量的减少碳排放量，不仅需要推进HEV，PHEV，对于智慧电网中能量的产生和储存同样重要，人们关注的不光是水力、风力、太阳能以及核能甚至潮汐发电技术，同样希望将这些得到的能量以合适高效的方式储存起来，并且在想使用的时候能高效的输出这些自由能，为此人们想出了各种各样的方法：比如压缩空气储能，飞轮储能，超导材料储能，抽水电站储能，电池储能等等。

EV作为最终极的目标交通工具，完全抛弃受卡诺循环限制的内燃机，汽车从电网中得到高效率（无污染）得来的能量（太阳能，风能，水能或核能等）并以无污染的形式将能量高效输出，在整个过程中产生最少的污染。

这也是这场新能源汽车革命的终极目标。