又是一年冬令時,隨著氣溫驟降,電動車的能耗熱議又被擺上了臺面。
從標桿特斯拉開始,大家紛紛卷出了十出頭的能耗?!皹返繪60能耗也太低了,百公里能耗僅為12.1kWh”、“被小鵬MANA M03的能耗嚇了一跳,百公里只有11.5kWh”、“不棉花腳,極越01開出百公里不到18kWh(四驅(qū))”。
有意思的是,相比于前幾年動輒100度的大電池,近幾年,不論是上市發(fā)布會,還是各種營銷動作,各大車企似乎都不約而同把勁兒花在了對于能耗的“斤斤計較”上。
堆砌電池已經(jīng)成為了過去式,如何將有限的資源榨取到極致,把曾經(jīng)的“電動爹”變成“千里馬(參數(shù)丨圖片)”,電動車的“節(jié)能之路“仍在步步為營。
從某種程度來說,實現(xiàn)低能耗的背后,反應的是一家車企的綜合技術實力。
首要考慮的就是風阻。
一般來說,為了塞入足量的電池組,電動車的整備質(zhì)量都比較大,設計也較為寬大,那么,在車輛行駛的過程中勢必會受到更大的風阻,因此要降低能耗,如何“破風“就是最大的前提。
借助流體力學的基礎,行業(yè)中最主流的做法就是把車盡可能往紡錘體流線型方向設計,而且減少一切車身上的“突起”。
比如,利用隱藏式門把手和激光雷達、低風阻的后視鏡,這類將感知硬件和整體設計相融合,也是純電車型比較常用的設計方式之一。
所以,大家可以看到,很多電動車看起來“圓圓滾滾“,利用了大量圓滑曲線,其中,比較有代表性的就是奔馳的EQ系列。
在這一系列設計組合拳下,奔馳EQE的風阻低至0.22Cd,更有奔馳EQXX概念車,將風阻進一步降至0.17Cd。
在汽車設計領域,普通轎車的風阻系數(shù)通常在0.28至0.4之間,而高性能跑車則普遍低于0.3。相對而言,飛機的風阻系數(shù)更低,一般在0.08至0.1之間。理論上看,風阻系數(shù)每降低0.01,續(xù)航里程就可以提升15~20公里,這也是為何電動車對風阻錙銖必較的原因。
降低能耗,除了努力降低風阻外,擁有一套可靠的三電系統(tǒng)同樣至關重要。
拿最近卷得火熱的碳化硅電驅(qū)來舉例,作為整車能耗占比超80%的“用電大戶”,好的電驅(qū)系統(tǒng)既要給用戶帶來高性能體驗,又要盡可能降低能耗。
所謂電驅(qū),我們可以簡單理解為一個“開關”,是控制電機啟動、進退、速度、停止的核心控制器件,而好的開關器件不僅要效率更高、負荷更強,還需要盡量降低自身能耗。
此前主流的功率控制單元主要依賴IGBT(絕緣柵雙極型晶體管)。然而,IGBT的性能已經(jīng)接近瓶頸,因為其材料硅(Si)的物理特性難以再有突破。
直到碳化硅(SiC)這種新型功率半導體材料的出現(xiàn),它的絕緣擊穿場強是硅的10倍,禁帶寬度是硅的3倍,這使得碳化硅在耐高壓、耐高溫以及開關速度方面表現(xiàn)出色。
得益于此,碳化硅作為開關器件時,損耗更低、更省電,速度更快、頻率更高,相比傳統(tǒng)硅基模塊,在相同功率等級下,碳化硅功率模塊在高溫下的開關損耗更低——芯片溫度達到150℃時,開關損耗可以降低75%左右。
這是什么概念?如果是一輛續(xù)航400公里的電車,采用碳化硅會增加20公里的續(xù)航。特斯拉在Model 3上大規(guī)模使用碳化硅零件,使得其逆變效率從Model S的82%提升到Model 3的90%。
因此,碳化硅優(yōu)異的物理特性和工作性能很快成為了如今各大車企追逐的“香餑餑”。
比如,今年年初,智己汽車和小米汽車陷入“碳化硅電驅(qū)之爭”。
4月8日晚,智己汽車在L6發(fā)布會上,強力競對小米SU7 MAX,稱小米SU7 Max版本采用了前IGBT后碳化硅模塊的電驅(qū),而智己L6則采用了前后雙碳化硅電驅(qū),以此展現(xiàn)自身產(chǎn)品在技術層面更加不遺余力。
沒想到,小米汽車很快出面澄清,稱小米SU7全系全域碳化硅,不僅前后電驅(qū)都是碳化硅,就連車載充電機(OBC)和熱管理系統(tǒng)的壓縮機都用了碳化硅。小米深夜連發(fā)三條微博聲討,逼得智己汽車不得不在凌晨公開道歉。
兩家車企就為了一個區(qū)區(qū)碳化硅電驅(qū)“隔空喊架”,可見,大家在降低能耗的層面上已經(jīng)卷到極致。
三電之中,除了電驅(qū)之外,電池和電機已經(jīng)進入了相對“穩(wěn)態(tài)”的競爭。電池在不增加電池組的前提下,最直接的辦法就是提升電池包的能量密度。
如CTP技術(電池車身一體化),通過取消模組設計,直接將電芯集成為電池包,電池包又作為整車結構件的一部分集成到車身地板上,以此獲得更大的能量密度,實現(xiàn)節(jié)能降耗的效果。
而電機,主流基本采用兩種,永磁同步電機和感應電機。兩種各有優(yōu)勢,永磁同步電機體積小、重量輕、功率密度高,綜合能耗?。欢袘姍C也有優(yōu)勢,能耗極低,因此兩者搭配,能在最大程度上保持性能的同時,減少能耗輸出。
除了風阻和三電技術方面的努力,能耗之戰(zhàn)還遠沒有平息,大家絞勁腦汁,試圖再摳一點,再省一點。
比如,新能源車幾乎都配備了能量回收,減速時將車輛動能轉(zhuǎn)化為電能進行存儲或利用。
一般情況下,常溫下其對提高整車續(xù)駛里程貢獻率約為15%—20%,這也相當于降低了電耗。
除此之外,還有一些車企在此基礎之上,專門開發(fā)了ECO模式,可以更為簡單地理解成為節(jié)能模式。
在開啟這一功能后,車輛的扭矩和轉(zhuǎn)向力都會變得更為舒緩,實現(xiàn)既節(jié)能又舒適的駕乘體驗。
同時,車內(nèi)的空調(diào)也會跟隨ECO模式進行智能調(diào)節(jié),轉(zhuǎn)為更為節(jié)能的經(jīng)濟狀態(tài)。基于這些,以實現(xiàn)在降低能耗的同時,保證動力、舒適和操控性之間的平衡。
再比如給電動車穿上一雙兼顧安全和性能的“定制跑鞋“——低滾阻輪胎。一般而言,輪胎滾動中反復變形是造成車輛行駛中的能量損失的主因,90%-95%輪胎滾動阻力來源于此。
通過選配19寸低滾阻輪胎,小米SU7比同尺寸的舒適性輪胎能提高了10公里(CLTC)的續(xù)航。
近幾年來,關于大電池的討論少了,相應的,能耗成為了車企最重要的提升方向。
一方面,“卷電池”似乎少了點技術含量,與此同時,大電池帶來的弊端可能遠大于能耗方面的提升。
首先是重量方面,堆砌更多的電池組,意味著重量的提升。汽車百年來好不容易卷起來的車身輕量化技術,在電池的重量面前,顯得如此不值一提。
而車身重量直接影響車輛操控,比如制動能力。車身質(zhì)量大,慣性越大,對于整車的制動性能的要求就更大。同樣,在轉(zhuǎn)彎、加速等方面,重量也直接影響操控感受。
這樣一來,為了增加續(xù)航能力,在底盤下堆砌電池,勢必是以犧牲車輛的操控為前提。而電池越重的車負載就會越高,負載越高能耗自然也相應水漲船高。
不僅如此,動力電池成本占據(jù)一輛電動車整車成本的40-60%左右,多堆電池直接會拉高整車的價格。此前,搭載100度電池組的電動車幾乎都要40萬以上,甚至更貴。
因此,從操控和成本角度出發(fā),盲目堆砌動力電池增加續(xù)航都是得不償失的。
而且,從燃油車邏輯出發(fā),如果動力電池相當于油箱大小,應該沒有車企每天研究如何增加油箱大小,而是從各種角度增加燃效,降低油耗,這個道理同樣適用于電動車。
在有限的電池組容量下,壓榨能耗極限,利用“節(jié)流“的方式達到能耗與性能的平衡。
打個比方,以搭載單電機的Model 3后輪驅(qū)動版為例,它只搭載了一組容量為60kWh的動力電池,但續(xù)航方面,CLTC純電續(xù)航能力為556km,百公里電量只有12.5kWh,而在性能方面,0-100km加速時間為6.1秒,這樣的能耗表現(xiàn)和性能表現(xiàn),足以展露出其在電動車領域的技術含量。
對比下來,哪怕有90kWh以及100kWh的電池,但能耗控制不佳,再大的電池也禁不住“花“。
而高效的能耗控制,能讓特斯拉Model 3只需要搭載一組容量為60kWh的電池,就能夠達到主流的純電動汽車續(xù)航水準,通過小電池包+極致能耗管理的路線技術,促成了特斯拉“成本殺手“的稱號。
尤其是在冬季,電池受低溫影響較大,能耗控制的好壞也會直接影響用戶的駕駛體驗,動輒六折、七折的續(xù)航折扣,這是什么概念?假如公司宣稱可以續(xù)航1000公里,那么實際卻只能跑六七百公里。
燃油車發(fā)展至今,不會再有車企卷油箱的大小,而是通過優(yōu)化發(fā)動機的熱效率、變速箱的傳動效率來降低油耗。
正如電動車卷至今日,堆砌電池已經(jīng)out了,轉(zhuǎn)而的同樣是對于能耗的極致管理。
提高機械效率,降低能源消耗,才是電動車能否成為“千里馬“的關鍵。
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