什么是EV（电动汽车）？～从汽车诞生到电动化的动向概要-感算商城

背景

现代汽车产业因电动化(Electric)、自动化(Autonomous)、互联化(Connected)以及共享化(Shared &Services)等CASE技术的浪潮，进入“百年一遇的大变革期”。我们将在本文中详细解说汽车从内燃机向电动化转型的技术演进历程。

PART 01

汽车的历史

汽车的诞生（内燃机）

汽车作为替代步行和马车的交通工具，以实现更快速、更远距离的舒适移动为目标而诞生。汽车通过发动机将汽油燃烧时产生的爆炸力转换为旋转动力，并将该动力传递至车轮，从而驱动车辆行驶。

从发动机的工作原理来看，若令曲轴旋转，气缸内的活塞则会下行，使汽油燃料与空气（混合气）进入气缸内。随后，曲轴再次旋转使活塞上行，燃料和空气被压缩，经火花塞点火后发生爆炸和膨胀，从而推动活塞下行。这一运动传递至曲轴，被转换为旋转运动。过去，这种初期旋转依赖人力来完成，但在现代汽车中则由电动起动机来承担此功能。一旦发动机启动后，燃料供给装置就会利用其旋转动力而工作，使发动机得以继续运转。具体而言，曲轴的旋转会带动正时皮带，而该皮带则通过控制阀门的开闭来调节燃料和空气的供给。

图1　发动机的结构与工作流程

设备的电动化(汽车电动化的浪潮)

长期以来，汽车一直利用发动机的旋转动力。但是，近年来汽车动力系统正加速向"电动化"转型，不再单纯依赖发动机驱动，而是逐步采用马达等电力驱动装置。电动化的目的多种多样，主要包括以下几个方面：

< 舒适性与便利性的提升 >

传统汽车在发动机启动时往往伴随明显的振动和噪音，方向盘操作沉重，并且受老旧电池的影响，空调、照明和车窗的动作都较为迟缓。但如今，随着高性能电池与电子控制系统的协同应用，汽车舒适性实现了革命性提升：只需轻触按钮即可静默启动发动机，智能空调能根据外界温度自动调节至预设温度，转向操作轻便自如，车窗开合流畅顺滑等。连寒冷地区的启动难题也都迎刃而解，提供了任何人都能无压力享受驾驶的环境。

< 行驶性能的改善 >

过去的汽车以机械控制为主，导致油门响应及燃油效率方面存在局限。现代电子控制单元（ECU: Electronic Control Unit）实时监控发动机的燃烧状态，并在最佳时机进行燃料供给。其对于油门操作的响应更加精准，不仅可减少不必要的燃料消耗，而且大幅提升加速性能。通过包括制动和方向盘操作在内的综合控制，实现了更平稳的驾驶体验。

< 安全性的提升 >

传统汽车完全依赖驾驶员的视觉判断与反应速度，对盲区或突发危险状况的应对乏力。现代先进驾驶辅助系统（ADAS: Advanced Driver Assistance Systems）通过摄像头、雷达和LiDAR（激光雷达）等多种传感器实时监控车辆周围环境。一旦检测到危险，系统便会自动启动制动或车道保持等安全功能，其响应速度远超人类反应极限。由此，事故风险大幅降低，提供了更为令人安心的驾驶环境。

< 环境应对（CO₂减排）>

传统汽油车在行驶过程中会排放大量二氧化碳及有害物质，属于高环境负荷的交通工具。相比之下，混合动力汽车与电动汽车（EV: Electric Vehicle）通过最新锂离子电池和电动系统，大幅降低了环境负荷。特别是可将制动时的能量转化为电能回收利用的再生制动系统，对减少燃油消耗和CO₂排放做出较大的贡献。此外，若能将太阳能等可再生能源应用于车辆充电，则有望实现更环保的出行方式。

由此可见，近年的电动化不仅在辅助或替代发动机方面发挥作用，还通过将各种需要人工操作的设备电动化，正在重塑更加舒适且安全性高的移动空间。

xEV的加速及其背景

xEV是电动汽车的总称，涵盖了电池电动汽车（BEV）、混合动力汽车（HEV）、插电式混合动力汽车（PHEV）以及燃料电池汽车（FCEV）等各种形态的电动化技术车型。在近年来的电动化浪潮推动下，各车企在环保法规日益趋严和消费者意识不断提升的背景下，纷纷推出新型xEV。

这一趋势导致内燃机汽车（ICE: Internal Combustion Engine）的市场份额持续下滑，预计xEV将成为未来市场主流。下一章节我们将详细解说xEV的类型及其特点。

PART 02

关于xEV(电动汽车)

EV的类型

与内燃机汽车（ICE）依赖汽油驱动不同，xEV以电力作为动力来源。xEV主要分为"电池电动汽车（BEV）"和"混合动力电动汽车（HEV）"两大类，其中HEV又根据充电方式和电动化的程度进一步细分。

电池电动汽车（BEV）利用锂离子电池等动力电池作为能量来源，并通过电动马达来驱动车辆行驶。另一方面，混合动力电动汽车（HEV）则由电动马达与汽油发动机协同驱动，并根据电池的充电方式和发动机的参与程度进一步细分。

电动化程度

（发动机与马达的功能差异）

• 强混合动力汽车(SHEV):可同时利用发动机和马达进行驱动，并可根据情况仅使用马达行驶。

• 轻混合动力汽车(MHEV):主要由发动机驱动，马达仅起辅助作用。不支持EV行驶。

充电方式的差异

• 插电式混合动力汽车(PHEV)：支持外部充电，并可仅使用马达行驶一定里程。

• 增程式电动汽车(REEV)：基本上仅通过马达驱动，发动机专用于发电。

图2 不同类型车辆的结构差异

市场趋势（xEV/电动化的动向）

汽车行业电动化进程加速，特别是电动车辆（xEV）正引领市场增长。预计到2030年，传统内燃机汽车（ICE）所占比例将缩减至整体的大约1/4，全球汽车产量将主要由电池电动汽车（BEV）来带动增长。

目前，电动汽车（xEV）上所用电池的标准电压为400V，但近年已出现800V及1000V的高电压电池。高电压化虽可缩短充电时间，实现高输出并减轻重量，但同时也面临制造成本和充电基础设施建设的挑战。因此，800V以上的电池主要应用于豪华车或跑车等高性能EV，而在整个市场中，400V预计仍将是主流。

电动化所要求的规格变化

电动化车载设备的电源将根据用途及所需电力使用不同类型的电池。具体大致上分成两类，即安装“低电压电池”和“高电压电池”两套系统。

低电压电池使用12V铅酸电池。这些电池为汽车的各种电气装置供电，包括摄像头、导航系统、照明、空调系统及其他电子控制单元（ECU）等。此类电池不仅安装于燃油车，也同样安装于电动汽车，可为电子设备提供稳定的电力供应。

另一方面，高电压电池通常使用400V至800V锂离子电池。特别是主驱动马达和逆变器为实现强大的驱动力（扭矩）和高速旋转，必须依赖高压电力支持。使用高电压电池能够以更小的电流来提供所需电力，从而降低能量损耗并高效驱动马达及逆变器。高电压电池专为那些需要数百伏电力的主驱动马达等特定用途而设计。

高电压电池的规格根据车辆的类型和用途，对“电压”和“容量”的要求也各不相同。特别对以主驱动马达作为动力源的BEV来说，其电池系统需满足400～800V高电压及30～150kWh大容量的双重技术标准。而对以发动机为主要动力源的MHEV而言，一般配备电压48V、容量0.5～1.0kWh的较小电池。

今后，为实现电池在"延长续航里程"、"缩短充电时间"和"减轻重量"等方面的性能提升，高电压化与大容量化等技术革新势在必行。

*1: 部分SHEV车型上也使用镍氢电池（NiMH）

图3 不同类型车辆在电池电压与容量方面的差异

总结

我们在本文中回顾了汽车产业的发展历程，并对电动化的进展及其背景进行了解说。电动汽车（xEV）的迅猛增长，正随着环保法规日益趋严以及由此引发的消费者意识转变而不断加速。预计今后电动汽车的普及将持续扩大，在2030年之后其市场规模仍将继续增长。未来数十年对汽车行业而言将是非常重要的转型期。

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xEV的加速及其背景

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