又是一年冬令時(shí),隨著氣溫驟降,電動(dòng)車的能耗熱議又被擺上了臺(tái)面。
從標(biāo)桿特斯拉開始,大家紛紛卷出了十出頭的能耗?!皹?lè)道L60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(dòng)輒100度的大電池,近幾年,不論是上市發(fā)布會(huì),還是各種營(yíng)銷動(dòng)作,各大車企似乎都不約而同把勁兒花在了對(duì)于能耗的“斤斤計(jì)較”上。
堆砌電池已經(jīng)成為了過(guò)去式,如何將有限的資源榨取到極致,把曾經(jīng)的“電動(dòng)爹”變成“千里馬”,電動(dòng)車的“節(jié)能之路“仍在步步為營(yíng)。
從某種程度來(lái)說(shuō),實(shí)現(xiàn)低能耗的背后,反應(yīng)的是一家車企的綜合技術(shù)實(shí)力。
首要考慮的就是風(fēng)阻。
一般來(lái)說(shuō),為了塞入足量的電池組,電動(dòng)車的整備質(zhì)量都比較大,設(shè)計(jì)也較為寬大,那么,在車輛行駛的過(guò)程中勢(shì)必會(huì)受到更大的風(fēng)阻,因此要降低能耗,如何“破風(fēng)“就是最大的前提。
借助流體力學(xué)的基礎(chǔ),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(shè)計(jì),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(dá)、低風(fēng)阻的后視鏡,這類將感知硬件和整體設(shè)計(jì)相融合,也是純電車型比較常用的設(shè)計(jì)方式之一。
所以,大家可以看到,很多電動(dòng)車看起來(lái)“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(shè)計(jì)組合拳下,奔馳EQE的風(fēng)阻低至0.22Cd,更有奔馳EQXX概念車,將風(fēng)阻進(jìn)一步降至0.17Cd。
在汽車設(shè)計(jì)領(lǐng)域,普通轎車的風(fēng)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(duì)而言,飛機(jī)的風(fēng)阻系數(shù)更低,一般在0.08至0.1之間。理論上看,風(fēng)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(dòng)車對(duì)風(fēng)阻錙銖必較的原因。
降低能耗,除了努力降低風(fēng)阻外,擁有一套可靠的三電系統(tǒng)同樣至關(guān)重要。
拿最近卷得火熱的碳化硅電驅(qū)來(lái)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(lái)高性能體驗(yàn),又要盡可能降低能耗。
所謂電驅(qū),我們可以簡(jiǎn)單理解為一個(gè)“開關(guān)”,是控制電機(jī)啟動(dòng)、進(jìn)退、速度、停止的核心控制器件,而好的開關(guān)器件不僅要效率更高、負(fù)荷更強(qiáng),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?yàn)槠洳牧瞎瑁⊿i)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(dǎo)體材料的出現(xiàn),它的絕緣擊穿場(chǎng)強(qiáng)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(guān)速度方面表現(xiàn)出色。
得益于此,碳化硅作為開關(guān)器件時(shí),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(jí)下,碳化硅功率模塊在高溫下的開關(guān)損耗更低——芯片溫度達(dá)到150℃時(shí),開關(guān)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(huì)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(zhēng)”。
4月8日晚,智己汽車在L6發(fā)布會(huì)上,強(qiáng)力競(jìng)對(duì)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(shù)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(jī)(OBC)和熱管理系統(tǒng)的壓縮機(jī)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(gè)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(jī)已經(jīng)進(jìn)入了相對(duì)“穩(wěn)態(tài)”的競(jìng)爭(zhēng)。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(shù)(電池車身一體化),通過(guò)取消模組設(shè)計(jì),直接將電芯集成為電池包,電池包又作為整車結(jié)構(gòu)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(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗的效果。
而電機(jī),主流基本采用兩種,永磁同步電機(jī)和感應(yīng)電機(jī)。兩種各有優(yōu)勢(shì),永磁同步電機(jī)體積小、重量輕、功率密度高,綜合能耗??;而感應(yīng)電機(jī)也有優(yōu)勢(shì),能耗極低,因此兩者搭配,能在最大程度上保持性能的同時(shí),減少能耗輸出。
除了風(fēng)阻和三電技術(shù)方面的努力,能耗之戰(zhàn)還遠(yuǎn)沒有平息,大家絞勁腦汁,試圖再摳一點(diǎn),再省一點(diǎn)。
比如,新能源車幾乎都配備了能量回收,減速時(shí)將車輛動(dòng)能轉(zhuǎn)化為電能進(jìn)行存儲(chǔ)或利用。
一般情況下,常溫下其對(duì)提高整車?yán)m(xù)駛里程貢獻(xiàn)率約為15%—20%,這也相當(dāng)于降低了電耗。
除此之外,還有一些車企在此基礎(chǔ)之上,專門開發(fā)了ECO模式,可以更為簡(jiǎn)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(huì)變得更為舒緩,實(shí)現(xiàn)既節(jié)能又舒適的駕乘體驗(yàn)。
同時(shí),車內(nèi)的空調(diào)也會(huì)跟隨ECO模式進(jìn)行智能調(diào)節(jié),轉(zhuǎn)為更為節(jié)能的經(jīng)濟(jì)狀態(tài)?;谶@些,以實(shí)現(xiàn)在降低能耗的同時(shí),保證動(dòng)力、舒適和操控性之間的平衡。
再比如給電動(dòng)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(dòng)中反復(fù)變形是造成車輛行駛中的能量損失的主因,90%-95%輪胎滾動(dòng)阻力來(lái)源于此。
通過(guò)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(lái),關(guān)于大電池的討論少了,相應(yīng)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(diǎn)技術(shù)含量,與此同時(shí),大電池帶來(lái)的弊端可能遠(yuǎn)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(lái)好不容易卷起來(lái)的車身輕量化技術(shù),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(dòng)能力。車身質(zhì)量大,慣性越大,對(duì)于整車的制動(dòng)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(lái),為了增加續(xù)航能力,在底盤下堆砌電池,勢(shì)必是以犧牲車輛的操控為前提。而電池越重的車負(fù)載就會(huì)越高,負(fù)載越高能耗自然也相應(yīng)水漲船高。
不僅如此,動(dòng)力電池成本占據(jù)一輛電動(dòng)車整車成本的40-60%左右,多堆電池直接會(huì)拉高整車的價(jià)格。此前,搭載100度電池組的電動(dòng)車幾乎都要40萬(wàn)以上,甚至更貴。
因此,從操控和成本角度出發(fā),盲目堆砌動(dòng)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(dòng)力電池相當(dāng)于油箱大小,應(yīng)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(gè)道理同樣適用于電動(dòng)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(dá)到能耗與性能的平衡。
打個(gè)比方,以搭載單電機(jī)的Model 3后輪驅(qū)動(dòng)版為例,它只搭載了一組容量為60kWh的動(dòng)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(shí)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(dòng)車領(lǐng)域的技術(shù)含量。
對(duì)比下來(lái),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(dá)到主流的純電動(dòng)汽車?yán)m(xù)航水準(zhǔn),通過(guò)小電池包+極致能耗管理的路線技術(shù),促成了特斯拉“成本殺手“的稱號(hào)。
尤其是在冬季,電池受低溫影響較大,能耗控制的好壞也會(huì)直接影響用戶的駕駛體驗(yàn),動(dòng)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(shí)際卻只能跑六七百公里。
燃油車發(fā)展至今,不會(huì)再有車企卷油箱的大小,而是通過(guò)優(yōu)化發(fā)動(dòng)機(jī)的熱效率、變速箱的傳動(dòng)效率來(lái)降低油耗。
正如電動(dòng)車卷至今日,堆砌電池已經(jīng)out了,轉(zhuǎn)而的同樣是對(duì)于能耗的極致管理。
提高機(jī)械效率,降低能源消耗,才是電動(dòng)車能否成為“千里馬“的關(guān)鍵。