電動汽車

電動車（link=yes）或電動汽車（electric car）泛指所有能使用電能驅動電動機作為動力的私人輪式車輛。按照動力系統分類，電動車又可細分為純電動車或電池電動車（BEV）、混合動力電動車（HEV）和燃料電池車（FCEV）。行業術語中的「電動車」通常指充電式電動車輛（PIEV），即純電動車和插電式混合動力車（PHEV），但廣義上也可以包括增程電動車（REEV）、太陽能車和燃料電池車。

特點

與傳統的內燃機汽車（燃油車）相比，從能量密度的角度來看，的汽油約含的化學能，而 1 公斤重的鋰離子電池僅可儲存的電能，遠低於同重量的化石燃料。但電動機的體積和重量也遠低於內燃機，而且不需要導油管、油泵和排氣系統等輔助系統，可以省掉大量的設計空間和重量。而且電動車電池理論上只要有電網覆蓋的地區就可以進行充電，所消耗的電費成本也遠低於石油工業透過開採、精煉、運輸和銷售後轉嫁給消費者的成本，其普及的潛力巨大。但因為電動車大規模發展的歷史仍然較短，現有電池技術仍有侷限，加上公共充電樁普及度目前仍遠低於加油站（燃油車在普及上有近一個世紀的先發優勢），所導致的里程焦慮是目前電動車普及的主要障礙。

電動車屬於新能源車，車輛整體尾氣排放量較低（純電動車基本上無排放，但供電的發電廠可能會產生溫室氣體排放和空氣汙染），行駛時更安靜、反應更靈敏、能量轉換效率優越且不依賴加油站（前提是有可靠便用的充電樁設施或家用電源）。此外，雖然電池的能量密度遠不如燃料，但從油箱 / 電池到車輪的發動機能量轉換效率相差很大，汽油車輛的能量轉換效率在 14~33% ，柴油車輛在 28~42%，電動車則在 86% 以上。這意味著化石燃料雖然能量密度遠高於電池，但大部分能量都被轉換成無用功（噪音、振動和廢氣動能等）浪費掉了，而且由於廢熱問題必須為發動機配備繁瑣且佔用空間和重量的冷卻系統，而電動機則沒有這方面問題。此外因為燃油的燃燒並不是完全可控的，內燃機在低速情況下效率不佳，而且車輛停住不動時也需要維持怠速才不會熄火，所以需要變速器和離合器來轉化扭矩；而電動機的輸出功率和扭矩基本上與電能輸入功率是線性關係，可以用單速傳動就做到無級變速器的效果。

第二次工業革命出現電氣化後，可充電池技術主要以鉛酸電池、鉻鎳電池和汞電池為基礎的電池組為主，其能量密度和輸出電壓與電流都無法滿足車輛驅動的實用需求，因此長期以來電動載具僅侷限於依賴架空電纜或第三軌供電的電力機車、有軌 / 無軌電車和單軌電車等通勤軌道交通以及只能低速短程出行的電動機車與電動腳踏車等輕型單人載具。進入 2000 年代後，以鋰電池為代表的儲能單元的能量密度加速提升，部分解決了困擾電動車近一個世紀的續航難題，以特斯拉和比亞迪等中國造車新勢力為代表的新興電動車品牌崛起，一些傳統燃油汽車廠商（主要是德系和韓系，以及少量日系）也在加速轉型進行電動車的研發和生產。製造技術的進步、產業鏈的完善和產量提升所帶來的規模經濟也使得電動車部件（特別是電池）的成本已經大大降低，甚至整車售價已經可以與燃油車持平甚至更低。與此同時，電動車配套的充電樁、電池更換站、燃料電池配套（如加氫站）等基礎設施也在加速建設。在中國大陸、美國以及挪威、芬蘭等歐洲國家和地區，也給予了不同程度的政策支援，包括現金補貼、低息貸款、無償土地建廠等。同時一些國家和地區已立法逐步淘汰化石燃料汽車的銷售，以減少空氣汙染並緩解氣候變遷。據國際能源總署稱，到 2023 年，電動車預計將佔全球汽車銷量的近五分之一。

歷史

2.1 初期探索（1830～1870 年）

電動汽車的歷史比現在最常見的內燃機車要早。匈牙利發明家兼工程師 ——“直流電機之父” 耶德利克・阿紐什最早於 1828 年在實驗室試驗了電磁轉動的行動裝置。美國人於 1834 年製造出第一輛直流電機驅動的電動汽車。1837 年，托馬斯因此獲得美國電機行業的第一個專利。在 1832 年至 1838 年之間，蘇格蘭人羅伯特・安德森發明了電驅動的馬車，這是一輛使用不能充電的初級電池驅動的車輛。1838 年，蘇格蘭人發明了電驅動的火車。今天在路面上依然行駛的有軌電車是 1840 年在英國出現的專利。

2.2 19 世紀末的發展（1860～1920 年）

隨著蓄電池技術的發展，電動汽車的運用在 19 世紀的下半葉在歐美得到了較為廣泛的運用。1859 年法國物理學家、發明家加斯東・普朗忒發明了可充電的鉛酸電池。

1896 年，推出可更換電池的電動貨車，買家只買下車輛，但不包括電池，然後在使用時再以每裡計交付充電及保養費。

19 世紀末期到 1920 年是純電動汽車發展的一個高峰。在早期的車輛消費市場上電動汽車比內燃機驅動車輛有著更多優勢：無氣味、無震盪、無噪音、不用換擋和價格低廉，這形成了以蒸汽、電動和內燃機三分天下的車輛市場。

2.3 發展停滯（1920～1990 年）

隨著美國德州石油的開發和內燃機技術的發展，電動汽車在 1920 年之後漸漸地失去了優勢。車輛市場逐步被內燃機驅動的汽車取代。只有少數城市保留著很少的有軌電車和無軌電車以及很有限的電瓶車（使用鉛酸電池組，被使用在高爾夫球場、剷車等領域）。電動汽車的發展從此停滯了大半個世紀。隨著石油資源不斷流向市場，人們幾乎忘記還有電動汽車的存在。相對的，運用在電動汽車上的技術：電驅動、電池材料、動力電池組、電池管理等也無法得到發展或運用。

2.4 復甦期（1990 年至今）

隨著 20 世紀晚期石油資源的日益減少、產油國地緣政治不穩定、以及公眾對大氣汙染等環保議題的重視提升，人們重新關注起電動汽車。1990 年之前，提倡使用電動汽車主要還是以民間為主，比如 1969 年建立的民間學術團體組織每一年半在世界不同國家和地區舉辦專業電動汽車學術會議和展覽（Electric Vehicle Symposium and Exposition，EVS）。1990 年代開始，隨著電池儲能單元的發展，以及對礦石能源儲量、油價不斷升高的擔憂，各個主要的汽車生產廠家開始在新能源車領域做出嘗試。

在 1990 年 1 月的洛杉磯車展上，通用汽車的總裁向全球推介 Impact 純電動概念轎車。1992 年福特汽車推出鈉硫電池的 Ecostar，1996 年豐田汽車使用鎳氫電池的 RAV4LEV，1996 年法國雷諾汽車的 Clio，1997 年豐田普銳斯 Prius 混合動力轎車下線，日產汽車也在同年推出世界上第一輛鋰離子電池的電動汽車 Prairie Joy EV。1999 年本田汽車釋出、銷售混合動力車本田洞察者。

除了傳統汽車製造企業的嘗試外，也有新成立的汽車製造企業嘗試。如在 2003 年美國新成立的特斯拉公司和在中國大陸新成立的比亞迪汽車公司。兩者都以生產純電動車為主。其中特斯拉在 2006 年推出的 Roadster 跑車 0~60 英里加速只要 3.9 秒，每次充電可行駛；而比亞迪在 2008 年 12 月 15 日推出了以磷酸鐵鋰電池為主的世界上第一款量產的插電式混合動力車 —— 比亞迪 F3DM，直到 2010 年 5 月才推出其真正意義上的純電動車比亞迪 e6。

2020 年代起，有國家和地區已經初步計畫在未來十幾年後禁售燃油車（預定禁止日期大部分在 2030-2040 年），往發展電動車的方向去走。2023 年 2 月 14 日，歐盟的歐洲議會透過法案，2035 年起禁售燃油車。

核心技術

電動車的技術關鍵在於 “三電”，即電機、電池和電控。雖然其它車輛部件也很重要，但是電動車作為載具，最重要的是這三個與車輛移動執行息息相關的方面。

3.1 電動機

不同品牌的電動車會有不同的電機設計，比如特斯拉生產的純電動車通常使用非同步電動機，日產聆風和雪佛蘭 Bolt 則使用永磁同步電動機，而比亞迪生產的一些純電動車和插電混動車則使用直流無刷電動機。相比汽油和柴油發動機，電動機可以產生更高的力矩，同時不需要依賴變速器和離合器來應對加速和怠速時的力矩變化，加速時的反應速度也優於燃油車（燃油車因為變速器執行的原因，通常會有一定滯後）。電動車的電機還可以結合再生制動將已產生的力矩以發電形式回收並儲存在飛輪、蓄電池或超級電容內，從而在增強制動效果的情況下還能回收能量，有效延長車輛行駛里程。

因為電動機的能量轉換效率的能量轉換效率遠超基於活塞發動機原理的各種傳統內燃機，所產生的廢熱很少，因此不需要龐大的冷卻液 - 散熱器系統來為發動機降溫，可以省去大量的空間和重量讓給車輛的其它部件。同時電動車在採用二輪驅動設計時不需要擁有傳動軸為前後輪分配力矩，如果是四輪驅動則可以採用前後兩臺電機統一電控的設計也不需要傳動軸，這就為底盤和座艙省出了額外的空間。一些特殊設計的電動車（比如仰望 U8）甚至可以使用四臺電機分別驅動四個輪子，使得各個輪子可以獨立運轉，更可以靈活應對複雜地形。

電動機相對傳統內燃機最大的優勢是環保和經濟性。雖然不同地區的電費有異，但總體來說電機每百公里的執行成本仍要優於汽車燃油經濟性。而且電車能量效率高，執行產生的噪音汙染更低，所用的電能也不像燃油車那樣必須依賴化石能源，而是可以部分甚至完全利用可再生能源，許多電動車使用者甚至可以完全使用私家光伏充電。此外電車執行不需要燃燒也不會產生尾氣排放，即使把發電廠造成的溫室氣體和空氣汙染也算上，所產生的碳足跡也遠小於燃油車賴以執行的石油工業。有許多牴觸電動車的組織和個人常常會散佈恐懼、困惑和懷疑說法，將生產電動車和發電造成的汙染也算入電動車的環境成本，但卻往往避談製造燃油車和採油 / 煉油造成的環境成本相比之下只高不低。

3.2 電池組

電動車電池（electric-vehicle battery，簡稱 EVB）通常是可插入電網充電補能的蓄電池，一般會設計為有較大千瓦小時規格的大容量，因此目前最常見的是能量密度較高的鋰電池。與傳統燃油車上負責啟動、照明及點火（SLI）的汽車蓄電池不同，電動車電池需要能長時間持續輸出較高的功率，因此需要是能夠深度放電的深迴圈電池（deep-cycle battery），因此需要較高的功率重量比。因為目前的電池技術與傳統的液態化石燃料（汽油和柴油）相比，比能仍然處於劣勢，有此造成的里程焦慮也成為電動車普及的最大障礙，雖然未來的固態電池有潛力可能克服這方面的侷限。

早期的電動車使用的蓄電池是鉛酸電池，後續也有使用鎘鎳電池、鎳氫電池，偶爾也有鋅空氣電池及納鎳氯化物電池等熔鹽電池，但因為其續航能力較差，以蓄電池為基礎的電動車輛在 1920 年代汽油車輛普及後基本上被市場拋棄。從 1990 年代末開始，因為各種可攜式電子產品（比如膝上電腦、平板電腦、PDA、智慧手機等）和個人輕型交通工具（如電動摩托車、電動腳踏車和電動滑板車等）的普及帶動了電池技術和效能的提升，鋰電池高容量、高功率密度和幾乎無記憶效應可在任何電量狀態下充 / 放電等特性使其受到青睞，電動車也因此獲益，目前最常使用的電動車電池是鋰離子電池和鋰離子聚合物電池。到 2018 年，全電里程超過的電動車（比如 Tesla Model S）已商品化，其電池衍生的技術也應用在不同的車輛領域中。

鋰電池的製造和原料供應（鋰礦以及其它稀土元素）的成本一直是個問題（雖然，電池車電池的單位成本已較 2010 年下降了 87%），而且受損或出現短路時容易出現熱失控起火有著很大的安全隱患。目前增勢最猛的電動車電池是以比亞迪刀片電池為代表的磷酸鐵鋰電池，雖然能量密度不如鋰離子電池，但安全性、電池壽命和深度充 / 放電效能都具有優勢，也被大量使用在光伏儲能等領域。

因為電動車電池的電能容量和功率輸出都遠超傳統車輛，因此也可以用來支援許多傳統車輛難以做為標準配置的車載電器，比如飲料製冷機、資訊娛樂屏顯和電動加熱座椅，即所謂 “冰箱、彩電、大沙發” 的新能源車標配 “三大件”。此外，許多新型電動車還支援 V2G 功能，在停電、戶外出行和應急時可以作為備用電源來直接供給其它電器和電動工具的使用。

3.2.1 充電介面

全球主要的有線充電技術標準包括：IEC 62196、日本五大整車廠提出的 CHAdeMO 標準、特斯拉專有插頭、聯合充電系統（CCS）標準、SAE J1772 和中國推薦標準 GB/T 20234。

3.2.1.1 交流電

參考 IEC 國際標準規範

SAE J1772（又稱 Type 1）：北美單相交流電充電標準，主要在北美、中美洲、日本、韓國和臺灣採用。
IEC 62196 Type 2：歐洲單相和三相交流電充電標準，主要在歐洲、南美洲、南非、中東、澳洲和印度、新加坡、香港、臺灣等亞洲國家和地區採用。中國大陸 GB/T 交流電充電標準以此基礎開發但不相容。

3.2.1.2 直流電

參考 IEC 國際標準規範

組合充電系統（CCS）
CCS1：衍生自 SAE J1772 在此基礎上增加直流電 DC 端子實現快速充電，主要用於北美、中美洲、韓國和臺灣。
CCS2：衍生自 IEC 62196 Type 2 在此基礎上增加直流電 DC 端子實現快速充電，主要用於歐洲、南美洲、南非、中東、澳洲和亞洲國家和地區。
CHAdeMO：日本直流電充電標準
GB/T 20234：中國大陸直流電充電標準

3.2.1.3 無線充電

IEC 61980 電動汽車無線電力傳輸 (WPT) 系統
SAE J2954 202208 輕型插電式 / 電動汽車無線功率傳輸和對準方法
EN ISO 19363:2021 電動道路車輛：磁場無線電力傳輸、安全和互操作性要求
GB/T 38775 電動汽車無線電力傳輸標準

 Notes

3.3 電子控制

電控系統被稱為新能源汽車的 “大腦”，替代了傳統變速箱的功能，同時需要能夠應對頻繁起停和加減速，同時還需要有較大的變速範圍，低速 / 爬坡時要求高轉矩，高速行駛時要求低轉矩；如果是混合動力車還需要處理電機啟動、電機發電、回饋制動回收能量等特殊功能，直接決定了爬坡、加速、最高速度等主要效能指標。

一般來說，電動車的電控系統主要包含三個共性子系統，之間都是透過 CAN 網路等實現相互通訊：

整車控制器（vehicle control unit，簡稱 VCU），是各個電控子系統的調控中樞，負責協調和管理整個車的執行狀態，也是與駕駛員互動的主要介面，接收各項操作指令、診斷和分析整車及部件狀態、以及控制其它子系統的動作；
電機控制器（motor control unit，簡稱 MCU），是電動車特有的核心功率電子單元，透過接收整車控制器的控制指令調整電機輸出指定的扭矩和轉速；
電池管理系統（battery management system，簡稱 BMS），主要對電池系統的電壓、電流、溫度等狀態資料進行採集並監測和分析，以便保護電池安全、管理能量控制和行駛資訊。

因為電動車有著更大容量電池的能源支援，使其可以裝備功能更復雜、更多樣化的消費電子產品和車載電腦，並配合各種感測器來輔助防偏離、防撞和盲點監測，或透過無線通訊實現 OTA 軟體更新，現在許多概念車甚至在嘗試融合無線感測網路、物聯網和人工智慧來做到自動駕駛。而相比之下，傳統燃油車通常很難在將成本和價格控制在大眾消費水平的情況下執行這些複雜的電控系統。

維修成本

在歐盟和美國（但尚未在中國），由於燃料和維護成本較低，電動汽車的總擁有成本比同等汽油汽車便宜。2024 年《消費者報告》對 29 個汽車品牌的分析發現，特斯拉的維護成本最低；特斯拉是唯一入選的全電動品牌。

電動汽車組織

世界純電動汽車、混合動力車和燃料電池車大會暨展覽會（The World Electric Vehicle Symposium and Exposition，EVS）
亞太電動汽車協會（The Electric Vehicle Association of Asia Pacific，EVAAP）
中國電動汽車百人會

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