燃油時(shí)代,降低油耗一直是熱度很高的話題。新能源時(shí)代,電耗高低、續(xù)航長(zhǎng)短則成為廠家之間顯示實(shí)力的指標(biāo)。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(bǔ)能速度快的優(yōu)勢(shì),再匹配合適大小的油箱,因此不太會(huì)產(chǎn)生里程焦慮。
新能源時(shí)代,電池能量密度遠(yuǎn)低于化石燃料,且受限于體積和重量,人們普遍對(duì)新能源車都存在“續(xù)航焦慮”和“補(bǔ)能焦慮”。因此要消費(fèi)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(bǔ)能)體驗(yàn)。
和燃油車一樣,新能源汽車節(jié)能也是一個(gè)系統(tǒng)工程,除了通過(guò)優(yōu)化動(dòng)力形式,提高發(fā)動(dòng)機(jī)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(gè)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(guò)去或提取出來(lái),并通過(guò)熱管理系統(tǒng)進(jìn)行管理,那么就能有效提升使用效率。如電機(jī)冷卻后的冷卻液用來(lái)加熱座艙和電池。
途徑一:電機(jī)
不同電機(jī)具備不同工作效率,目前純電汽車主要使用2類電機(jī),分別是永磁同步電機(jī)和感應(yīng)電機(jī),永磁同步電機(jī)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(yīng)電機(jī)。使用永磁同步電機(jī)可以降低能耗。
感應(yīng)電機(jī)也有優(yōu)勢(shì),永磁同步電機(jī)不輸出動(dòng)力時(shí),永磁體會(huì)產(chǎn)生反拖力,形成阻力。而感應(yīng)電機(jī)不通電的話,幾乎沒(méi)有反拖力,兩者搭配,既能滿足動(dòng)力的需求,還能減少能源消耗。
途徑二:電控
用于電機(jī)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(dòng)車主要采用Si IGBT和SiC MOSFET,前者多用于400V電壓平臺(tái),后者一般在800V平臺(tái)使用。功率模塊負(fù)責(zé)電機(jī)驅(qū)動(dòng)時(shí)將直流電轉(zhuǎn)為交流電,能量回收時(shí)將交流電轉(zhuǎn)換為直流電,所以它的效率對(duì)電動(dòng)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(dǎo)通損耗。SiC MOSFET三極管主要通過(guò)減少厚度來(lái)縮短S-D電流行程,從而實(shí)現(xiàn)低損耗。
根據(jù)三菱電機(jī)的研究,SiC MOSFET的功率損耗較SI IGBT下降87%。結(jié)合功率半導(dǎo)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?yán)m(xù)航里程5%—10%。此外,新能源車上的DC-DC、OBC、空調(diào)壓縮機(jī)等設(shè)備也能采用SiC MOSFET來(lái)提高電氣性能。
途徑三:電池
電池作為唯一動(dòng)力來(lái)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(dǎo)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(lái)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(jìn)電池本身以外,還能通過(guò)技術(shù)手段優(yōu)化電池結(jié)構(gòu)。如CTP技術(shù),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。以此獲得更大能量密度,實(shí)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(dòng)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(shuō)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(guó)第一汽車集團(tuán)有限公司材料與輕量化研究院的研究分析指出,對(duì)于市場(chǎng)上某純電動(dòng)四驅(qū)車型,車輛降重10%,電耗降低了1.1kWh/100km,動(dòng)力性顯著提升。
途徑五:降低風(fēng)阻
燃油車時(shí)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(shí)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(lái)才知道這是低風(fēng)阻的設(shè)計(jì)。
而降低整車風(fēng)阻是所有新能源車企的必修課。高速行駛時(shí),空氣阻力和車輛速度成平方正比關(guān)系。也就是說(shuō),速度增加1倍,汽車受到的阻力會(huì)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(shí),車輛功率約2.3kW,60km/h約7kW,時(shí)速在120km/h約31kW。速度越高,能耗呈指數(shù)級(jí)增加,這一切都是拜空氣阻力所賜。
途徑六:動(dòng)能回收
燃油車時(shí)代,剎車所產(chǎn)生的能量只能通過(guò)熱量白白浪費(fèi)掉。而新能源車幾乎都配備能量回收,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%,相當(dāng)于降低電耗。
除了省電的作用外,動(dòng)能回收還能明顯減少剎車盤片的消耗,減少了維護(hù)成本。
但動(dòng)能回收也有一些“缺點(diǎn)”。部分新能源汽車松掉加速踏板后會(huì)立即進(jìn)入強(qiáng)動(dòng)能回收,給乘客一種剎車的感覺(jué),頻繁如此不少人會(huì)因此而不適甚至?xí)炣嚒?span style="display:none">qBU新江南網(wǎng)|江南區(qū)域知名綜合門戶網(wǎng)
此外,強(qiáng)動(dòng)能回收帶來(lái)另外一個(gè)問(wèn)題就是單踏板操作習(xí)慣,右腳會(huì)習(xí)慣性放在加速踏板上,部分緊急一些司機(jī)會(huì)錯(cuò)誤踩下加速踏板,導(dǎo)致更大的危險(xiǎn)。
途徑七:熱泵系統(tǒng)
熱泵和水泵一樣,它是熱量的“搬運(yùn)工”,可以把低溫“物體”的熱量吸收出來(lái)并輸送到冷凝器上進(jìn)行換熱,實(shí)現(xiàn)制熱。而傳統(tǒng)的PTC制熱本質(zhì)上是通過(guò)電流的焦耳效應(yīng)實(shí)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(dá)5kW—10kW,采用PTC制熱會(huì)導(dǎo)致電動(dòng)汽車的續(xù)航里程大幅下降,嚴(yán)重影響電動(dòng)汽車在冬季的使用。
采用熱泵系統(tǒng),整個(gè)過(guò)程中,電池的電能只負(fù)責(zé)“搬運(yùn)”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(shí)現(xiàn)整體續(xù)航10%-15%的提升,達(dá)到省電的初衷。
途徑八:輪胎滾阻
輪胎制造商米其林的說(shuō)明,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。降低輪胎滾阻就意味著省油。
研究表明,輪胎的滾動(dòng)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)
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