深度解析“三電”對電動汽車續(xù)航里程的影響

電車資源訊：

1、電動車主無法回避的“里程焦慮”

隨著電動汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,“續(xù)航里程”也一直是很多電動汽車車主和準車主最頭疼的問題。

想必凡是電動車的車主,亦或是體驗過電動車的朋友,開車時一定會對剩余電量(可繼續(xù)行駛里程數(shù))特別在意。

當電量不到一半或者所剩不多時,有些車主會舍不得踩油門,舍不得開空調(diào),這種行為就是里程焦慮。

而如今所有的電動車車企都沒有徹底解決里程焦慮這一問題,即使是目前最出色的特斯拉,也無法讓人安心地隨意跑長途。

對于這個問題,估計不少剛買電動汽車或是正準備買電動汽車的朋友也都心存疑惑。所以今天就跟大家來說說,究竟哪幾個因素在制約著電動汽車的續(xù)航里程。

究竟哪些因素影響了電動汽車的續(xù)航里程呢?

2、一切脫離工況的續(xù)航里程都是耍流氓

綜合工況的概念對于電動車續(xù)航的影響因素究竟有哪些呢?究竟什么才是影響到目前電動車續(xù)航突破的瓶頸呢?

在具體討論前,首先要明白,電動車的續(xù)航里程其實并不是一個絕對的數(shù)值。關(guān)心的電動車的朋友,一定會留意廠家在宣傳時大都會標明“續(xù)航里程NEDC下xxxkm”,“等速巡航下xxx公里”。

為什么一臺車會有兩個不同的續(xù)航里程呢? 其實這是因為測試條件的不同。

NEDC是新-歐洲行駛工況New European Driving Cycle的縮寫,其中包含了不同的啟停、加速、減速工況,在NEDC下測試出來的數(shù)字肯定會比60km等速巡航下要小,但卻會更加接近城市行駛的真實路況。

EPA是美國環(huán)保署Environmental Protection Agency的縮寫,在北美上市的電動車,將會采用EPA標準。 而EPA的工況模擬了城市擁堵,高速公路,以及嚴寒天氣,是最能反應(yīng)實際用車里程的。所以一般來說,EPA下的續(xù)航里程數(shù)字要比NEDC小,即EPA < NEDC < 等速巡航。

這好比說一個馬拉松冠軍的“續(xù)航里程”是42公里,但如果你讓他邊跨欄邊跑,估計他完成5公里都夠嗆。

而我國對電動汽車的續(xù)航里程認證,依據(jù)的標準是GB/T 18386-2005《電動汽車能量消耗率和續(xù)駛里程試驗方法》。這個標準主要參考了歐洲的NEDC標準和測試循環(huán),中國大多數(shù)車企會以NEDC下續(xù)航里程來標注。

所以說,一切脫離工況的續(xù)航里程都是耍流氓。

3、續(xù)航里程的選擇其實是各種因素博弈平衡后的結(jié)果

相同工況的前提下,決定汽車本身續(xù)航里程的因素也是錯綜復(fù)雜的,這些復(fù)雜的關(guān)系可以歸納為一個詞:Balance(平衡)。

多少續(xù)航里程是個頭?

從90年代通用EV1的145km,到寶馬i3的271km,再到榮威ERX5的320km、特斯拉500+,到底多少續(xù)航里程才是個頭?

我覺得還是需要回到“里程焦慮”這個名詞上來討論。電動車的車主會有里程焦慮的原因之一是:在電量告急的情況下,需要花費時間成本和一定的里程數(shù)去尋找充電站;在尋找到充電站之后還需要花更多的時間成本去充電。

假設(shè)有一天,電動車的形駛里程數(shù)就停留在NEDC 500km,但那時的充電樁比加油站還多,只要停車就一定有小型充電樁可以充電,此時電動汽車的使用就會更接近于手機。目前的手機大都是一天一充,用戶不太會有焦慮的原因就是有大量的充電資源:開車可以充,去了公司可以充,即使在戶外,也有充電寶可以應(yīng)急。

還有一種情況,電動車的行駛里程數(shù)依舊停留在NEDC 500km,但當時的充電速度和現(xiàn)在加油一樣快,這種情況下電動車的感覺就和現(xiàn)在的汽油車很相似,有電沒電使勁開,反正充電快,充完又是一條好漢,但這種情況概率極小,因為會對充電及電池的技術(shù)要求非常高。

也許還有一種可能,充電速度一直由于研發(fā)停滯,基建配套等各種原因,沒有提速,但是續(xù)航卻達到了NEDC 1000km,也許這也是一種解決里程焦慮的方案,如果采取這種方案,即便你每天僅僅跑50km,那也得額外背著一塊大電池做很多無用功,是極度的浪費。

而對用戶的調(diào)研結(jié)果顯示:充電體驗不佳、配套設(shè)施不完善和充電時間,是壓在消費者身上三座大山。

其中最大的問題是家用充電樁的缺乏及體驗不佳的公共充電樁。那么對于一臺“合格的”電動汽車,消費者有著什么樣的要求呢?

85%的消費者希望電動車的續(xù)航里程在300km、甚至400km以上。那么,一定的技術(shù)水平限制條件下,讓消費者在續(xù)航里程和充電效率中進行取舍,消費者會怎么選呢?

最終的選擇是分化的。

長續(xù)航、長充電時間和短續(xù)航、短充電時間的方式脫穎而出。

一部分消費者愿意接受較長的充電時間,以獲得更長的續(xù)航里程,降低充電的頻次;而還有一部分消費者認為,充電速度快、相對接近加油站式的體驗更重要,在這種情況下續(xù)航里程可以妥協(xié)。

4、“三電”對續(xù)航里程的影響

對于電動汽車而言,電動汽車技術(shù)的核心是三電技術(shù)。

電動汽車的“三電”是指:電池、電機、電控,“三電”技術(shù)也是電動汽車區(qū)別于傳統(tǒng)汽車的新技術(shù)。

這三項技術(shù)將直接影響到電動汽車單次充電的行駛里程、汽車生產(chǎn)成本等。接下來,讓我們一起來探究電動汽車的三電技術(shù)對新能源電動汽車的主要影響。

電動汽車電池分兩大類,蓄電池和燃料電池。電動汽車電機是指以車載電源為動力電機,按工作電源種類劃分可分為直流電機和交流電機。電動汽車電控系統(tǒng)是電動汽車的大腦,由各個子系統(tǒng)構(gòu)成,每一個子系統(tǒng)一般由傳感器、信號處理電路、電控單元、控制策略、執(zhí)行機構(gòu)、自診斷電路和指示燈組成。

4.1電池對續(xù)航里程的影響

無論是電動汽車還是四驅(qū)車,只要是靠電來驅(qū)動的載具,都遵循一個道理:其他條件不變的情況下,電池容量越高,單次續(xù)航里程自然就越長。電池對于電動汽車,就像是傳統(tǒng)燃油汽車的油箱。油箱大了,裝的燃料就多,自然走得更遠。

那可能有些朋友會覺得奇怪,既然電池是一個“越多越好”的東西,為什么不再多塞進去一倍的電池呢?這樣一來,車輛的行駛里程不也就翻了一倍了嗎?理論上來說,這個想法是可行的,但實際上任何事都有一個“合理值”,電池也是如此。

為了增加續(xù)航里程,最簡單暴力的做法就是放入更多的電池。特斯拉第一臺家用車Model S就把軸距做到了2960mm,寬度做到了1964mm(D級車尺寸)一部分原因可以把它簡單得理解為了“塞進”更多電池。

以知豆D2、江淮iev7和特斯拉Model S來舉例,他們的車長分別為2809mm、4320mm、4970mm。

如果將厚度和寬度暫且忽略不計的話,車長也就大約代表了他們裝載電池的能力。所以從大體上來看,知豆D2續(xù)航僅有155公里,江淮iev7的續(xù)航有280公里,而特斯拉Model S(75D)的續(xù)航卻有著469公里,這也與上面列舉的車長尺寸是正相關(guān)的。

如果尺寸做到再大一些,超越了D級車尺寸,那目標的消費人群會急劇變少,也超出了人們傳統(tǒng)的審美范疇了。

蔚來NIO的第一臺車子是7座SUV,軸距更是超出了3米,其實在迎合二胎家庭需要7座的同時,“塞進”更多電池得到一個還算不錯的續(xù)航里程,想必應(yīng)該也是考量因素之一。

從空間的角度來看,目前市面上銷售的電動汽車也基本都已經(jīng)在各自的車輛尺寸內(nèi)盡可能多的安裝了電池,來保證車輛的續(xù)航和車輛體積在一個平衡的范圍內(nèi)。

除了體積之外,重量也是電池容量受到制約一個重要原因。這也是為什么現(xiàn)在我國的動力電池制造商都在加緊研究能量密度比更高的電池。

當車企在給電池留足了“空間”后,就可以從電池本身開始進行技術(shù)迭代。在電池尺寸不變的情況下,通過提升電池的能量密度來增大續(xù)航里程。但是此時就需要再引入一個”成本“的維度了。

越多的電池,越高的電池能量密度,也就代表了越高的成本。而尷尬的是,即使使用目前最高電池能量密度的電池,不但無法將電動車的續(xù)航里程比肩汽油車,還會讓電動車的制造成本高到即使補貼完也讓消費者無法承受的水平。所以說這是一個尺寸布置,額外續(xù)航里程的進步,成本之間的balance。

電池就像燃油車的油箱容積,大容量油箱相對續(xù)航里程就要更長一些,所以動力電池的容量是決定新能源汽車續(xù)航里程最重要的一個環(huán)節(jié),目前投放在市場上的新能源汽車里特斯拉算是領(lǐng)先者,P100D車型的電池容量是100kw/h,標定的工信部續(xù)航里程是613km,實際續(xù)航里程可能會在此基礎(chǔ)上縮減一些。

因為能量密度提高也就意味著在體積和重量不變的條件下電池容量得到增加。但是,能量密度越高,也就意味著電池的成本也越高。所以在這三大條件的制約之下,電動汽車工程師們只有盡可能的根據(jù)車輛定位在三者之間找到平衡點。只有這樣,才能讓車輛的續(xù)航里程、車身尺寸以及售賣價格都在消費者的接受范圍內(nèi)。

4.2電控對電動汽車續(xù)航里程的影響

除了電池本身的性能和素質(zhì)之外,電控也是影響電動汽車續(xù)航里程的一個重要因素。

電控,就是我們常說的BMS(Battery Management System),它負責對電動汽車的動力電池進行安全監(jiān)控和有效管理,讓動力電池在最佳的狀態(tài)下工作,提高動力電池的效率和可靠性并延長它的使用壽命。電控的效率也會極大影響到續(xù)航里程。

電池管理系統(tǒng)(也就是新能源汽車里最重要三電系統(tǒng)的電控系統(tǒng)),主要負責電池物理參數(shù)實時監(jiān)測;電池狀態(tài)估計;在線診斷與預(yù)警;充、放電與預(yù)充控制;均衡管理和熱管理等。

這個系統(tǒng)有點類似車載OBD和發(fā)動機ECU管控,控制發(fā)動機噴油量還有車載電子系統(tǒng)的運轉(zhuǎn)方式,特斯拉最核心的模塊也即是超前的電池管理系統(tǒng),能夠清晰識別電池容量/充放電管理的,所以特斯拉表顯的續(xù)航歷程可信度還是很高的,這一點對許多新能源汽車廠商來說都是一個待前進的領(lǐng)域。

簡單來說,BMS的工作包括:防止電動汽車過度充電、過度放電、控制動力電池組溫度、控制動力電池組電荷平衡、監(jiān)測電池組異常、評估動力電池組剩余電量等。其中主要影響電動汽車續(xù)航里程的因素在于“電池的溫度”。

電動汽車動力電池的放電效率會受到環(huán)境溫度的影響。溫度過低或者溫度太高都會讓動力電池放電不完全,也就直接影響了續(xù)航里程。所以,一款優(yōu)秀的BMS不僅能夠隨時檢測電池目前的工作溫度,同時還可以根據(jù)需要來調(diào)節(jié)電池的溫度,讓動力電池組一直處于比較適宜的工作溫度之下,盡可能達到最優(yōu)的放電效率。

比如同樣240kw的單電機,可以做到百公里加速7秒,也可以做到百公里加速15秒開外,只要不超過其理論極限值,這些參數(shù)都可以通過電控邏輯來控制。

目前國內(nèi)甚至是國外傳統(tǒng)車企研發(fā)的電動車,即使用了比特斯拉能量密度更高的電池,但是續(xù)航還是不如特斯拉,不得不說,特斯拉在電控這一塊還是有著先發(fā)優(yōu)勢的技術(shù)儲備的。

4.3電機對電動汽車續(xù)航里程的影響

同樣是將能源(燃料)轉(zhuǎn)化為動力的工具,電機在電動汽車之中的地位大概就相當于是傳統(tǒng)燃油車之中的發(fā)動機。很多人覺得,電機只是個驅(qū)動車輛的工具,它只影響車輛的提速和極限速度等性能指標,跟續(xù)航里程毫無關(guān)系。

但通常來說,電機的功率應(yīng)當和車輛的續(xù)航里程是負相關(guān)的。這就好比同樣兩節(jié)5號干電池,裝進電子鐘表里可以連續(xù)工作好幾年,但是放進四驅(qū)車卻跑幾個小時就沒電了。

電動汽車制造商在研發(fā)一款電動汽車時,其實也同樣面臨著這樣的問題。如果采用500kW大功率的電機,車輛的性能指標自然是沒的說,但可能續(xù)航里程方面則會受到影響;但如果采用150kW的小型電機,續(xù)航里程肯定會有所好轉(zhuǎn),只不過想要從靜止加速到100km/h,估計要花上10秒左右了。所以說,如何根據(jù)當前車型的目標客戶,來匹配一款合適的電機,是每個電動汽車制造商都需要思考的問題。

電機從某種意義上來說,代替了汽油車的發(fā)動機。所以電動機的數(shù)量(是單電機還是雙電機)和功率,就決定了這臺車有多“猛”。日常生活中,大家都希望自己或者另一半又猛又持久,電動車廠家也是這么想的。

當只有設(shè)計出來的車子又猛又持久的時候,才可以做到“他(消費者)好,我(廠家)也好”。

但事與愿違。 這就像百米賽跑和飯后散步,你全力沖刺可以勉勉強強跑個100米,而我和女朋友手拉手看星星,看月亮,從詩詞歌賦談到人生哲學(xué),能走個一萬步,還可以助我在微信運動排行榜里露個臉,何樂而不為呢?所以那些又猛又持久的故事,還是留在小電影里吧。

那廠家是如何在“猛”和“持久”之間抉擇的呢?舉個栗子,如果一個廠家有兩款電機可供選擇,功率分別是150kw,300kw:

如果選擇單電機150kw。那就好比飯后閑逛,NEDC下可以達到500km續(xù)航,但是百公里加速要15秒開外。

如果選擇前后雙300kw電機。那百公里加速就猛得飛起,可以進入3秒俱樂部,但是NEDC下的續(xù)航可能只有450km。

此時的廠家就需要從“猛”和“持久”中做出讓目標消費者最爽的balance。

如果目標消費者是玩0-100加速的。那就毫無疑問選擇雙電機300kw。

如果目標消費群體是上下班代步。那當然可以單電機150kw;

如果目標消費群體是高端收入人群。比如特斯拉的消費群體,那這個選擇就需要廠家的產(chǎn)品規(guī)劃部好好推敲了,為了撐起打入目標消費群體的價格,需要有相當猛的動力,至少能和M系列、AMG、RS?戰(zhàn),同時又需要兼顧不錯的續(xù)航力程,夠他們上下班,接女朋友,晚上去夜店后送姑娘們回家,此時也許前150kw,后300kw,百公里加速5秒,是個比較完美的balance。

如果你的目標受眾喜歡激烈駕駛,那么適當?shù)臓奚m(xù)航里程來滿足他們的需求顯然更加劃算;但如果他們更喜歡一款能夠單次續(xù)航500公里,每周通勤只需要充電1次的長續(xù)航產(chǎn)品,適當?shù)慕档碗姍C功率也能夠幫助車輛延長續(xù)航里程。

當然了,消費者本身的駕駛習慣直接決定了電機日常的工作功率,所以說如果你想讓你的電動汽車續(xù)航里程更遠的話,保持一個良好的駕駛習慣,盡量避免長時間激烈駕駛才是最有效的辦法。

5、結(jié)語

其實除了電池、電控、電機、之外,還有很多更細微的因素在影響著續(xù)航里程的長短,但由于影響的幅度太小就不一一贅述了。

總而言之,車企在設(shè)計和制造一款電動汽車的時候,雖然續(xù)航里程絕對是重要的衡量標準之一,但它卻不是唯一的標準。除了續(xù)航,一輛優(yōu)秀的汽車產(chǎn)品還需要注重很多其他方面,比如舒適度、豪華感、安全性等等。所以,無論是針對續(xù)航里程本身,還是對于一輛汽車的綜合維度考慮,汽車工程師們更多的是在這些不同的條件當中尋求一種平衡。在保證車輛各個方面都沒有問題的情況下,盡可能的滿足消費者對于續(xù)航里程的需求。

換句話說,如果什么都不管就造一臺能跑的很遠的電動汽車,能不能造的出來呢?肯定是可以的,但這輛汽車可能早已經(jīng)沒有了大家心目中汽車應(yīng)該有的樣子。比如,它的體積大的像一輛坦克,里面除了一個駕駛座沒有任何座位,不具備空調(diào)、音響、甚至可能連安全帶都沒有,駕駛起來毫無舒適感可言,唯一讓人滿意的就是,它擁有2000公里的超長續(xù)航里程。如果有這樣一輛超長續(xù)航的電動汽車,你難道會喜歡嗎?

我們認為,隨著國家政策的出臺和電動車的普及,充電站布局,充電速度,和汽車本身的NEDC成績是螺旋式增長的,三者會以不同的頻次,不同的斜率在增長,但最后三者之間會找到一個比較好的契合點,從而解決里程焦慮的困擾。

也許,在未來,電動車續(xù)航比燃油車長,加速比燃油車快,充電比加油便宜還方便,如果真有那么一天,電動車就可以站到世界的舞臺上,驕傲地說:“歡迎進入電動時代”!