鉅大LARGE | 點(diǎn)擊量:2264次 | 2019年01月20日
是什么決定了電動(dòng)車的續(xù)航里程?
電動(dòng)車的續(xù)航里程無疑是用戶在選購新能源車時(shí)最關(guān)心的性能,沒有之一。那么一臺純電動(dòng)車?yán)m(xù)航里程的長短到底由哪些性能來決定?我們購買一臺純電動(dòng)車,又有多少成本投入到了續(xù)航里程當(dāng)中去?本期就為大家解答這個(gè)問題。
■最直觀的影響因素:電池容量
電池容量對續(xù)航里程的影響最好理解,就好比我們的手機(jī)或者小時(shí)候玩的遙控車一樣——電池的帶電量越大,電氣設(shè)備使用時(shí)間就越長,反映到純電動(dòng)車上就是續(xù)航里程更長。
就像手機(jī)電池會用“毫安時(shí)”作為單位一樣,電動(dòng)汽車的電池會用“千瓦時(shí)”作為計(jì)量單位,也就是我們俗稱的“度”,電池度數(shù)越高帶電量就越多。
▲特斯拉ModelX100D帶電100度,綜合續(xù)航552公里,度電行駛里程為5.5公里。
■衡量電池性能的重要因素:能量密度
不過,電池帶電量越大,也意味著整車重量越大。這就是為什么ModelX100D的重量達(dá)到了2459公斤的原因,而整車重量過大又會導(dǎo)致續(xù)航里程降低,后面會給大家介紹重量對續(xù)航里程的影響。
所以,能量密度是用來衡量電池性能好壞的一個(gè)重要參數(shù)。也就是單位重量下的電池帶電量,通常單位是瓦時(shí)/千克,也就是每千克電池的帶電量。能量密度越大就意味著電池能攜帶更多的電能而且重量更輕。所以在選購電動(dòng)車時(shí),能量密度是目前最重要的、衡量電池性能的指標(biāo)。
以研發(fā)標(biāo)定階段而言,目前國內(nèi)技術(shù)相對領(lǐng)先的試制階段車型,能量密度已經(jīng)可達(dá)180瓦時(shí)/千克到200瓦時(shí)/千克,更有廠商已經(jīng)把目標(biāo)定為量產(chǎn)后實(shí)現(xiàn)220瓦時(shí)/千克的能量密度。
■不可忽視的因素:電池材質(zhì)
三元鋰電池相比磷酸鐵鋰電池在能量密度上有著先天的優(yōu)勢。但磷酸鐵鋰電池又有著先天的安全優(yōu)勢,在發(fā)生強(qiáng)烈碰撞情況下不會爆炸。
由于國家早期對新能源行業(yè)的補(bǔ)貼主要集中在客車,而客車由于載人數(shù)量多,本身體積和重量大,所以對能量密度沒有太高要求,但對安全性有著絕對高的要求,這就是比亞迪一直選擇磷酸鐵鋰電池技術(shù)路線的原因。
但當(dāng)近幾年純電動(dòng)乘用車爆發(fā)性增長之后,三元鋰電池能量密度的優(yōu)勢就體現(xiàn)出來了,所以才有了寧德時(shí)代的崛起。當(dāng)比亞迪意識到這一點(diǎn)時(shí),才開始重新規(guī)劃三元鋰電池的技術(shù)路線。
目前比亞迪旗下的高端主力純電動(dòng)車產(chǎn)品騰勢500使用的就是磷酸鐵鋰電池,并且有望在之后的新款產(chǎn)品中換成三元鋰電池,這就意味著騰勢500的能量密度會進(jìn)一步提高,續(xù)航里程會在現(xiàn)有基礎(chǔ)上又有更明顯的提升,值得期待。
▲將換用三元鋰電池的騰勢500,能量密度大幅提升(換算后可知接近160)。
■整車重量是影響電動(dòng)車?yán)m(xù)航的巨大因素
雖然大家都知道車越重越費(fèi)電,就像車越重越費(fèi)油一樣。但為什么重量跟能量使用效率息息相關(guān)?因?yàn)檐嚨闹亓吭酱?,就意味著在加速過程中需要消耗的能量越多。這就好比一個(gè)體重大的人在跑步過程中會容易氣喘吁吁,而身輕如燕的人則會消耗更少的能量一樣。
重量與加速度的關(guān)系在高中物理課時(shí)大家都學(xué)過。但是這里重點(diǎn)要說的是,在勻速行駛時(shí)為什么重量大也會導(dǎo)致能耗大。原因是重量與整車的滾動(dòng)阻力成正比關(guān)系。也就是說重量越大,軸承和輪胎所需要承載的負(fù)荷就越大,即便是勻速行駛,產(chǎn)生的滾動(dòng)阻力也會越大。這個(gè)滾動(dòng)阻力主要來自于軸承產(chǎn)生的摩擦力以及輪胎與地面產(chǎn)生的滾阻。這種滾動(dòng)阻力是非常可怕的,因?yàn)樗鼤掷m(xù)消耗電能,不但會影響續(xù)航里程還會影響極速表現(xiàn)。這也是為什么高鐵要用全鋁合金來打造車身的道理一樣,越是高速運(yùn)動(dòng)的機(jī)械對滾動(dòng)阻力就越敏感。
▲電動(dòng)車采用全鋁車身或全碳纖維車身(如寶馬i系列),都是為了減輕重量、降低滾阻。
也由于電池的能量密度有限,所以還需要從車身以及其它部件入手進(jìn)一步降低整車重量。所以我們看到,特斯拉ModelX100D在采用了全鋁車身等輕量化技術(shù)后,整備質(zhì)量仍然接近2.5噸??上攵绻麤]有輕量化技術(shù)加持,其整備質(zhì)量會很容易接近3噸。這不但會影響續(xù)航里程,電能使用效率還會極大地影響操控性。所以純電動(dòng)車的輕量化甚至比燃油車更為重要。
■空氣阻力系數(shù),影響著高速耗電量
風(fēng)阻是個(gè)老生常談的問題,即便是燃油車風(fēng)阻對油耗的影響也會很大。但到了電動(dòng)車身上,風(fēng)阻則會直接影響到續(xù)航里程,所以降低風(fēng)阻的意義就像降低重量一樣,在電動(dòng)車領(lǐng)域比燃油車更顯重要。
▲特斯拉ModelX這款超過5米的中大型SUV,風(fēng)阻被控制到0.25
ModelX的0.25是一個(gè)非常驚人的數(shù)字。通常別說7座SUV,即便是一臺轎車,風(fēng)阻能夠低于0.3就已經(jīng)是優(yōu)化得比較出色了。那么特斯拉的0.25是怎么做到的呢?除了造型在風(fēng)洞中的優(yōu)化以外,純電動(dòng)的一些特性也讓0.25的風(fēng)阻系數(shù)變成可能。首先純電動(dòng)車不需要給發(fā)動(dòng)機(jī)散熱,所以中網(wǎng)可以做成全封閉狀態(tài),這給風(fēng)阻優(yōu)化帶來了極大好處;其次由于底部不需要布置油箱、傳動(dòng)軸、排氣管等附件,所以整車底部可以做得十分平整,這給風(fēng)阻的優(yōu)化帶來了進(jìn)一步好處。所以純電動(dòng)車在風(fēng)阻方面相比燃油車本身就具有先天的優(yōu)勢。
■電機(jī)工作效率也會影響續(xù)航里程
車用電機(jī)通常分為永磁同步電機(jī)和異步電機(jī)兩種。這兩種電機(jī)各有好處。永磁同步電機(jī)顧名思義它的磁場采用的是永磁鐵。也就是我們小時(shí)候玩過的磁鐵。由于磁鐵本身具備永久的磁性,所以我們就利用這種磁性來推動(dòng)轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)。它的好處就是能量效率比較高,消耗電能比較少,因?yàn)楫a(chǎn)生磁力的過程并沒有消耗任何電能,但缺點(diǎn)就是由于永磁體的磁場有限,或者說不能無限制提高,所以它的最大功率會受一定的影響。
異步電機(jī)與它相反,由于磁場是通過電能制造出來的,所以可以產(chǎn)生比永磁同步電機(jī)更大的磁力,所以可以把功率做得很大。但由于產(chǎn)生磁場需要消耗電能,所以能量效率要低于永磁同步電機(jī)。之所以叫異步,是因?yàn)樵诠ぷ鬟^程中轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速要小于旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速,這就意味著異步電機(jī)需要用交流電驅(qū)動(dòng)。
我們知道動(dòng)力電池能夠直接輸出的是高電壓的直流電,如果要使用異步電機(jī)還需要使用大功率的逆變器,把直流轉(zhuǎn)換成交流,這個(gè)過程也會產(chǎn)生一些能量損耗。而永磁同步電機(jī)可以直接用直流電驅(qū)動(dòng),所以永磁同步電機(jī)多用于經(jīng)濟(jì)型車,而異步電機(jī)多用于高性能車型。特斯拉ModelX采用的就是三相4極交流異步電機(jī)(而Model3則使用了永磁電機(jī))。
結(jié)論:
所以我們在選購電動(dòng)車時(shí),不光要看車輛的續(xù)航里程絕對值,還要看其整備質(zhì)量、能量密度、電機(jī)類型、輕量化技術(shù)、風(fēng)阻系數(shù)、電池材質(zhì)等與整車性能相關(guān)的重要參數(shù)。從而可以分析出其整體性能到底如何。
雖然電比油便宜,但畢竟不是免費(fèi)的,而且充電需要花費(fèi)的時(shí)間很長,這也進(jìn)一步造成了機(jī)會成本的增加。所以在選購電動(dòng)車時(shí)除了續(xù)航里程,我們還需要更關(guān)心整車的電能使用效率。