燃油時代,降低油耗一直是熱度很高的話題。新能源時代,電耗高低、續(xù)航長短則成為廠家之間顯示實力的指標。新能源車是如何降低能耗表現(xiàn)的呢?
開源與節(jié)流
燃油車由于化石燃料能量密度高、補能速度快的優(yōu)勢,再匹配合適大小的油箱,因此不太會產(chǎn)生里程焦慮。
新能源時代,電池能量密度遠低于化石燃料,且受限于體積和重量,人們普遍對新能源車都存在“續(xù)航焦慮”和“補能焦慮”。因此要消費者接受新能源車,就要讓其盡可能接近傳統(tǒng)燃油車使用(續(xù)航、補能)體驗。
和燃油車一樣,新能源汽車節(jié)能也是一個系統(tǒng)工程,除了通過優(yōu)化動力形式,提高發(fā)動機熱效率外,新能源汽車還有更多看不見的節(jié)能手段,歸根結(jié)底還要開源節(jié)流。
提升能源使用效率,就是物盡其用。在新能源車上,熱量是最寶貴的,將車輛各個子系統(tǒng)的需求弄清楚,如果子系統(tǒng)存在熱能需求或多余的熱量,將熱能轉(zhuǎn)移過去或提取出來,并通過熱管理系統(tǒng)進行管理,那么就能有效提升使用效率。如電機冷卻后的冷卻液用來加熱座艙和電池。
途徑一:電機
不同電機具備不同工作效率,目前純電汽車主要使用2類電機,分別是永磁同步電機和感應電機,永磁同步電機體積小、重量輕、功率密度高,綜合能耗小,整體效率普遍高于感應電機。使用永磁同步電機可以降低能耗。
感應電機也有優(yōu)勢,永磁同步電機不輸出動力時,永磁體會產(chǎn)生反拖力,形成阻力。而感應電機不通電的話,幾乎沒有反拖力,兩者搭配,既能滿足動力的需求,還能減少能源消耗。
途徑二:電控
用于電機控制的功率芯片也能節(jié)約不少能源消耗。目前市面上電動車主要采用Si IGBT和SiC MOSFET,前者多用于400V電壓平臺,后者一般在800V平臺使用。功率模塊負責電機驅(qū)動時將直流電轉(zhuǎn)為交流電,能量回收時將交流電轉(zhuǎn)換為直流電,所以它的效率對電動車至關(guān)重要。
相比Si IGBT,SiC MOSFET具備更好的耐高溫、耐高壓、耐高頻性能以及較低的導通損耗。SiC MOSFET三極管主要通過減少厚度來縮短S-D電流行程,從而實現(xiàn)低損耗。
根據(jù)三菱電機的研究,SiC MOSFET的功率損耗較SI IGBT下降87%。結(jié)合功率半導體在整車中的能量損耗占比數(shù)據(jù),如果將SI IGBT替換為SiC MOSFET,約可提高整車續(xù)航里程5%—10%。此外,新能源車上的DC-DC、OBC、空調(diào)壓縮機等設(shè)備也能采用SiC MOSFET來提高電氣性能。
途徑三:電池
電池作為唯一動力來源,提高電池容量能直接提升續(xù)航里程,但電池自重占據(jù)了整車很大比例。
在電池能力密度不變的情況下,提升電池容量導致大體積、大重量,雖然續(xù)航提升,但電耗又高了。
因此,電池包需要考慮容量和重量的平衡來保證續(xù)航。最直接的辦法是在保證容量的情況下,減少電池體積和重量,也就是提升電池包的能量密度。
具體辦法除了改進電池本身以外,還能通過技術(shù)手段優(yōu)化電池結(jié)構(gòu)。如CTP技術(shù),通過取消模組設(shè)計,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。以此獲得更大能量密度,實現(xiàn)節(jié)能降耗的效果。
途徑四:減重
車的質(zhì)量越大,用于加速和制動所需的能量越多,減輕車的質(zhì)量能顯著降低能耗。上面所說的電池集成技術(shù)就是減重方案的一部分。
此外,采用鋼鋁、全鋁車身能明顯降低車輛自重,有的采用壓鑄車身技術(shù)的車型,還能提高車身剛度,提高整體性能。
車身覆蓋件方面,將四門兩蓋以及翼子板更換為鋁合金材料,也能大幅減輕車輛自重。
懸架方面,采用鍛造或鑄造工藝,將懸架的拉桿、轉(zhuǎn)向節(jié)、副車架等部件用鋁合金材料生產(chǎn)。不僅能減輕車輛自重,還能提高部分懸架性能。
中國第一汽車集團有限公司材料與輕量化研究院的研究分析指出,對于市場上某純電動四驅(qū)車型,車輛降重10%,電耗降低了1.1kWh/100km,動力性顯著提升。
途徑五:降低風阻
燃油車時代,很多車型原廠都喜歡采用大開孔的五幅輪圈,不僅彰顯車輛性能,還能提高散熱效率。但到了新能源時代,不少人發(fā)現(xiàn)電車的輪圈都熱衷采用封閉式的造型,后來才知道這是低風阻的設(shè)計。
而降低整車風阻是所有新能源車企的必修課。高速行駛時,空氣阻力和車輛速度成平方正比關(guān)系。也就是說,速度增加1倍,汽車受到的阻力會增加3倍。車速越高,耗電量自然大幅升高。
據(jù)理想汽車發(fā)布的高速能耗數(shù)據(jù),30km/h勻速行駛時,車輛功率約2.3kW,60km/h約7kW,時速在120km/h約31kW。速度越高,能耗呈指數(shù)級增加,這一切都是拜空氣阻力所賜。
途徑六:動能回收
燃油車時代,剎車所產(chǎn)生的能量只能通過熱量白白浪費掉。而新能源車幾乎都配備能量回收,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%,相當于降低電耗。
除了省電的作用外,動能回收還能明顯減少剎車盤片的消耗,減少了維護成本。
但動能回收也有一些“缺點”。部分新能源汽車松掉加速踏板后會立即進入強動能回收,給乘客一種剎車的感覺,頻繁如此不少人會因此而不適甚至暈車。
此外,強動能回收帶來另外一個問題就是單踏板操作習慣,右腳會習慣性放在加速踏板上,部分緊急一些司機會錯誤踩下加速踏板,導致更大的危險。
途徑七:熱泵系統(tǒng)
熱泵和水泵一樣,它是熱量的“搬運工”,可以把低溫“物體”的熱量吸收出來并輸送到冷凝器上進行換熱,實現(xiàn)制熱。而傳統(tǒng)的PTC制熱本質(zhì)上是通過電流的焦耳效應實現(xiàn)制熱,功率大,效率低,能效比很低。一般的PTC制熱功率可達5kW—10kW,采用PTC制熱會導致電動汽車的續(xù)航里程大幅下降,嚴重影響電動汽車在冬季的使用。
采用熱泵系統(tǒng),整個過程中,電池的電能只負責“搬運”熱量,能效比很高,整體熱管理系統(tǒng)效率更高,百公里耗電量將節(jié)省2kWh—3kWh,實現(xiàn)整體續(xù)航10%-15%的提升,達到省電的初衷。
途徑八:輪胎滾阻
輪胎制造商米其林的說明,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。降低輪胎滾阻就意味著省油。
研究表明,輪胎的滾動阻力每降低10%,汽車的燃油效率可以提高約1%到2%。小米SU7可選19寸低滾阻輪胎相比同尺寸的舒適性輪胎提高了10公里(CLTC)的續(xù)航。(朋月)