电动车想跑的更远,降低能耗才是正经事?

电动湃 2024-12-19 17:36:12

又是一年冬令时,随着气温骤降,电动车的能耗热议又被摆上了台面。

从标杆特斯拉开始,大家纷纷卷出了十出头的能耗。“乐道L60能耗也太低了,百公里能耗仅为12.1kWh”、“被小鹏MANA M03的能耗吓了一跳,百公里只有11.5kWh”、“不棉花脚,极越01开出百公里不到18kWh(四驱)”。

有意思的是,相比于前几年动辄100度的大电池,近几年,不论是上市发布会,还是各种营销动作,各大车企似乎都不约而同把劲儿花在了对于能耗的“斤斤计较”上。

堆砌电池已经成为了过去式,如何将有限的资源榨取到极致,把曾经的“电动爹”变成“千里马”,电动车的“节能之路“仍在步步为营。

从某种程度来说,实现低能耗的背后,反应的是一家车企的综合技术实力。

首要考虑的就是风阻。

一般来说,为了塞入足量的电池组,电动车的整备质量都比较大,设计也较为宽大,那么,在车辆行驶的过程中势必会受到更大的风阻,因此要降低能耗,如何“破风“就是最大的前提。

借助流体力学的基础,行业中最主流的做法就是把车尽可能往纺锤体流线型方向设计,而且减少一切车身上的“突起”。

比如,利用隐藏式门把手和激光雷达、低风阻的后视镜,这类将感知硬件和整体设计相融合,也是纯电车型比较常用的设计方式之一。

所以,大家可以看到,很多电动车看起来“圆圆滚滚“,利用了大量圆滑曲线,其中,比较有代表性的就是奔驰的EQ系列。

在这一系列设计组合拳下,奔驰EQE的风阻低至0.22Cd,更有奔驰EQXX概念车,将风阻进一步降至0.17Cd。

在汽车设计领域,普通轿车的风阻系数通常在0.28至0.4之间,而高性能跑车则普遍低于0.3。相对而言,飞机的风阻系数更低,一般在0.08至0.1之间。理论上看,风阻系数每降低0.01,续航里程就可以提升15~20公里,这也是为何电动车对风阻锱铢必较的原因。

降低能耗,除了努力降低风阻外,拥有一套可靠的三电系统同样至关重要。

拿最近卷得火热的碳化硅电驱来举例,作为整车能耗占比超80%的“用电大户”,好的电驱系统既要给用户带来高性能体验,又要尽可能降低能耗。

所谓电驱,我们可以简单理解为一个“开关”,是控制电机启动、进退、速度、停止的核心控制器件,而好的开关器件不仅要效率更高、负荷更强,还需要尽量降低自身能耗。

此前主流的功率控制单元主要依赖IGBT(绝缘栅双极型晶体管)。然而,IGBT的性能已经接近瓶颈,因为其材料硅(Si)的物理特性难以再有突破。

直到碳化硅(SiC)这种新型功率半导体材料的出现,它的绝缘击穿场强是硅的10倍,禁带宽度是硅的3倍,这使得碳化硅在耐高压、耐高温以及开关速度方面表现出色。

得益于此,碳化硅作为开关器件时,损耗更低、更省电,速度更快、频率更高,相比传统硅基模块,在相同功率等级下,碳化硅功率模块在高温下的开关损耗更低——芯片温度达到150℃时,开关损耗可以降低75%左右。

这是什么概念?如果是一辆续航400公里的电车,采用碳化硅会增加20公里的续航。特斯拉在Model 3上大规模使用碳化硅零件,使得其逆变效率从Model S的82%提升到Model 3的90%。

因此,碳化硅优异的物理特性和工作性能很快成为了如今各大车企追逐的“香饽饽”。

比如,今年年初,智己汽车和小米汽车陷入“碳化硅电驱之争”。

4月8日晚,智己汽车在L6发布会上,强力竞对小米SU7 MAX,称小米SU7 Max版本采用了前IGBT后碳化硅模块的电驱,而智己L6则采用了前后双碳化硅电驱,以此展现自身产品在技术层面更加不遗余力。

没想到,小米汽车很快出面澄清,称小米SU7全系全域碳化硅,不仅前后电驱都是碳化硅,就连车载充电机(OBC)和热管理系统的压缩机都用了碳化硅。小米深夜连发三条微博声讨,逼得智己汽车不得不在凌晨公开道歉。

两家车企就为了一个区区碳化硅电驱“隔空喊架”,可见,大家在降低能耗的层面上已经卷到极致。

三电之中,除了电驱之外,电池和电机已经进入了相对“稳态”的竞争。电池在不增加电池组的前提下,最直接的办法就是提升电池包的能量密度。

如CTP技术(电池车身一体化),通过取消模组设计,直接将电芯集成为电池包,电池包又作为整车结构件的一部分集成到车身地板上,以此获得更大的能量密度,实现节能降耗的效果。

而电机,主流基本采用两种,永磁同步电机和感应电机。两种各有优势,永磁同步电机体积小、重量轻、功率密度高,综合能耗小;而感应电机也有优势,能耗极低,因此两者搭配,能在最大程度上保持性能的同时,减少能耗输出。

除了风阻和三电技术方面的努力,能耗之战还远没有平息,大家绞劲脑汁,试图再抠一点,再省一点。

比如,新能源车几乎都配备了能量回收,减速时将车辆动能转化为电能进行存储或利用。

一般情况下,常温下其对提高整车续驶里程贡献率约为15%—20%,这也相当于降低了电耗。

除此之外,还有一些车企在此基础之上,专门开发了ECO模式,可以更为简单地理解成为节能模式。

在开启这一功能后,车辆的扭矩和转向力都会变得更为舒缓,实现既节能又舒适的驾乘体验。

同时,车内的空调也会跟随ECO模式进行智能调节,转为更为节能的经济状态。基于这些,以实现在降低能耗的同时,保证动力、舒适和操控性之间的平衡。

再比如给电动车穿上一双兼顾安全和性能的“定制跑鞋“——低滚阻轮胎。一般而言,轮胎滚动中反复变形是造成车辆行驶中的能量损失的主因,90%-95%轮胎滚动阻力来源于此。

通过选配19寸低滚阻轮胎,小米SU7比同尺寸的舒适性轮胎能提高了10公里(CLTC)的续航。

近几年来,关于大电池的讨论少了,相应的,能耗成为了车企最重要的提升方向。

一方面,“卷电池”似乎少了点技术含量,与此同时,大电池带来的弊端可能远大于能耗方面的提升。

首先是重量方面,堆砌更多的电池组,意味着重量的提升。汽车百年来好不容易卷起来的车身轻量化技术,在电池的重量面前,显得如此不值一提。

而车身重量直接影响车辆操控,比如制动能力。车身质量大,惯性越大,对于整车的制动性能的要求就更大。同样,在转弯、加速等方面,重量也直接影响操控感受。

这样一来,为了增加续航能力,在底盘下堆砌电池,势必是以牺牲车辆的操控为前提。而电池越重的车负载就会越高,负载越高能耗自然也相应水涨船高。

不仅如此,动力电池成本占据一辆电动车整车成本的40-60%左右,多堆电池直接会拉高整车的价格。此前,搭载100度电池组的电动车几乎都要40万以上,甚至更贵。

因此,从操控和成本角度出发,盲目堆砌动力电池增加续航都是得不偿失的。

而且,从燃油车逻辑出发,如果动力电池相当于油箱大小,应该没有车企每天研究如何增加油箱大小,而是从各种角度增加燃效,降低油耗,这个道理同样适用于电动车。

在有限的电池组容量下,压榨能耗极限,利用“节流“的方式达到能耗与性能的平衡。

打个比方,以搭载单电机的Model 3后轮驱动版为例,它只搭载了一组容量为60kWh的动力电池,但续航方面,CLTC纯电续航能力为556km,百公里电量只有12.5kWh,而在性能方面,0-100km加速时间为6.1秒,这样的能耗表现和性能表现,足以展露出其在电动车领域的技术含量。

对比下来,哪怕有90kWh以及100kWh的电池,但能耗控制不佳,再大的电池也禁不住“花“。

而高效的能耗控制,能让特斯拉Model 3只需要搭载一组容量为60kWh的电池,就能够达到主流的纯电动汽车续航水准,通过小电池包+极致能耗管理的路线技术,促成了特斯拉“成本杀手“的称号。

尤其是在冬季,电池受低温影响较大,能耗控制的好坏也会直接影响用户的驾驶体验,动辄六折、七折的续航折扣,这是什么概念?假如公司宣称可以续航1000公里,那么实际却只能跑六七百公里。

燃油车发展至今,不会再有车企卷油箱的大小,而是通过优化发动机的热效率、变速箱的传动效率来降低油耗。

正如电动车卷至今日,堆砌电池已经out了,转而的同样是对于能耗的极致管理。

提高机械效率,降低能源消耗,才是电动车能否成为“千里马“的关键。

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电动湃

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