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续航打折缩水其实只因这些技术不到位

作者:天博 发布时间:2021-01-27 03:30 点击:

  通过夯实现阶段新能源汽车各项技术提升整车性能,在这个基础上,实现电动车的低成本、低消耗和高性价比,才可以加速电动车的普及。

  2021年伊始,就已经有多家国产高端纯电动品牌将1000km续航列为了新的卖点,这是继2020年竞相冲击700km续航大关之后的再次升级。

  可以看到,各家车企将重点攻克的方向集中在电池技术突破上,包括固态电池、石墨烯或者在电池负极材料掺硅补锂的方式来提高电池性能等等。

  针对电动车实际续航打折与冬季严重缩水的痛点,提高续航当然是最直接的方式。

  但却不是唯一的方式,正如欧阳明高院士近日在电动汽车百人会论坛上所言,当前

  中国电动车环境适应性问题技术需求十分迫切,亟需对电池热管理系统效能优化、提高冬季续航里程等等。

  其实在现有的电池技术条件下,在电池管理系统、电驱动系统、动力总成系统乃至整车设计等各个环节,其实都有很多工作可以做。

  通过夯实现阶段新能源汽车各项技术提升整车性能,在这个基础上,实现电动车的低成本、低消耗和高性价比,才可以加速电动车的普及。

  在最新发布的《新能源汽车产业发展规划(2021-2035)》中,特别将纯电动乘用车新车平均电耗降至12.0千瓦时/百公里进行明确,更加注重纯电动车型的节能水平,而电动车下一步发展趋势将是低总成本、性能再升级和功能多样化。

  首先来看续航与四大方面有关,一是整车阻力,这包括整车内阻、风阻、滚阻/惯性阻力等;可以看到大部分高端性能车都非常强调风阻系数,例如威马的多款车型上采用了低滚阻轮胎、隐藏式门把手等,这其实对降低电耗也有很大作用。

  二是动力总成系统,包括电池包和电驱动系统;车企的解决办法包括目前普遍采用的三合一电驱动系统,另外如比亚迪推出了SiC电控系统等等。

  三是整车的热管理,这不仅包括我们熟知的电池PACK热管理系统,还有乘员舱热管理以及动力系统热管理。这也是非常重要的一环,目前诟病最大的冬季续航严重打折,因为不仅电池需要加热,座舱也需要加热都导致电耗直接上升,这在后续详细展开介绍;四是能量控制方面,包括能量回收系统,能量管理、驱动控制以及低压电耗。

  可以观察到,从各家公布的技术路线与宣传资料来看,基本上集中在降低风阻、提高电池包性能、轻量化、提升电驱动系统效率以及优化电池热管理系统几大方面来降低能耗。

  首先,最直接的办法当然提升电池包的性能,主要的技术路线是提高电池单位能量密度,从两年前兴起的NCM811三元高镍电池,到后来比亚迪正式发布刀片电池,以及宁德时代的CTP技术,这些方案或是提高电池材料性能,或是通过特殊工艺设计来提升电池包的单位能量密度。

  例如蔚来最新发布的首款轿车产品ET7,100KWh电池包续航可达730km,采用宁德时代的三元高镍电芯辅以CTP技术。

  另一类则是对电池PACK箱体采用轻量化结构与材料。例如威马系列新车型除了搭载高能量密度的NCM811三元电池之外,电池组PACK采用的是高结构钢的轻量化设计,另外还采用了高电压523电芯等多重技术手段。

  除了优化电池系统,一套先进的电驱动系统不仅对于整车的动力性能至关重要,还对电耗与能效起着决定作用。大家可以注意到,近两年,在电动车上开始普遍采用三合一电驱动系统,未来的电驱动系统还会深度集成化,例如已经有企业推出了五合一电驱动系统。

  公开资料显示,目前各家企业公布的三合一电驱动系统效率可以达到80%-92%。值得一提的是,威马多款车型用了博格华纳一体化电驱动系统(EDM),在这个基础上威马同时进行了二次集成,将7大动力总成核心零部件包括电机控制器、逆变器、高压配电器、车载充电机、电动压缩机、高压电加热器、电动真空泵等部件集成,高功率密度进一步提高,电驱动系统的效率提升到93%以上的电能转化效率,优于行业平均水平的90%。

  目前市面上的纯电动车型基本上实际续航均有折扣,因为无论是NEDC工况还是CLTC工况测试相比实际用车工况要平缓,但部分车型在夏季和秋季使用的续航折扣低到80%以下,这个表现并不是很理想。

  以紧凑型纯电SUV为例,大部分车辆申报百公里平均电耗均在15度上下,而实际上不少车型的平均百公里电耗都在17度以上,部分甚至高达20度以上。

  例如部分车辆在起步和加速时瞬时电耗非常高,有车型开启空调后电耗明显上升,这都与电池管理系统与电驱动系统有很大关系;部分车辆的能量回收系统效果不明显,也有车辆的整备质量较高,都影响了电耗水平。

  甚至部分油改电车型因为底盘电池和三电系统布局严重受限,且未能采用三合一电驱动系统,即便最高配的同样采用811电池,导致实际工况电耗居高,大大影响了续航表现。

  但也有车型通过在各个系统进行优化,车型续航表现相对耐看。以威马EX5智行2.0 Lite探索版400为例,有用户上下班高峰期使用多天,开着空调行驶了324公里,还剩余部分电量;而不开空调的实际续航里程接近400公里,这个续航表现属于比较优秀的。

  根据资料来看,威马EX5整车风阻系数低于0.3,配置了米其林R17 高性能低滚阻轮胎,滚阻系数小于6.8。还有上述提到的七合一电驱动系统,这些设计与配置都对降低电耗与提升续航有很好的作用。

  这从另一个角度来看,其围绕电池组结构、电池热管理和电驱动系统等全面系统化的优化设计,对稳固续航是有实际效果的。

  2020年的寒潮来的格外凶猛,电动车冬季续航再次引发热议,“电动爹”、续航打“骨折”之类的调侃层出不穷。

  冬季续航打骨折的原因主要有两方面,一是北方冬季需要开暖风,不同于燃油车可以利用发动机燃烧产生余热来实现热空调,电动车只能通过电加热来取暖,其结果可想而知;另一方面则是电池材料本身的低温性能决定。

  优秀的电池热管理系统不仅需要从散热能力方面出发,满足电池组安全要求,还需要从整车层面来思考,热管理系统对电池系统甚至整车环境的影响,毕竟电池热管理系统直接影响到电耗、续航、电池寿命等等。

  目前针对电动车冬季续航缩水的痛点,各家车企都有自己的技术方案,包括通过PTC加热、热泵空调、柴油供暖等方式提升冬季续航能力。

  目前行业普遍采用PTC 电池加热系统主要是通过电热丝给冷却液加热,再通过遍布在电池组内部的管路,实现对电池组的加热。但这类方案为了给电池加热,本身就是消耗的电池自身的电量,同样会影响续航。

  热泵空调已经在市面上诸多车型上有使用,并且经验证有一定效果,埃安V、埃安LX、荣威Marvel X等车型上均有应用,例如资料显示埃安V通过搭载双层流热泵空调和余热再利用系统使续航增加30km。

  而业界比较受关注的还有一种方式,就是威马汽车的电池热管理2.0系统,该系统据称在冬季可节能20%。

  威马这套第二代的热管理系统原理是在配备独立液冷系统的基础上,可加装电加温和柴油加温系统选装,采用外部热源对电池包加热并提供供暖。

  威马2.0电池热管理系统的最大优势在于将原来冬季需要耗电来实现的加热通过燃烧柴油来实现,如此一来解决了冬季电动车热空调蚕食续航的最大问题。

  官方的测试结果显示,威马在 -7℃ 的环境中将测试车辆静置 13 小时后,将空调温度开至最大,当车内温度达到 21℃ 时,将空调设置为温度 23℃ 的测试流程下,2.0热管理系统的放电量比一代多了 2%,同时空调消耗的电量减少 13.24 kWh。

  据悉,该系统可以在冬季使续航提升20%,NEDC下的综合续航里程可以提升100km。实现-30℃~50℃不同环境温度的高适应性,确保电池不管是在放电还是充电过程中都保持在合适温度区间。

  不得不说,这恐怕是现阶段电池技术与安全性能未实现跨越式突破的情况下,最直接有效的一种思路。

  另外威马在电池热管理系统上也做了很好的设计,包括在电芯模组底部布置了铝制水冷板,并且铝板表面覆盖一层导热硅脂的特殊材料与电芯模组接触,贴合性更好。

  从上可以看出,在现有的电池技术条件下,将电池管理系统、电驱动系统、整车设计、能量回收系统等各个环节做好优化与把控,对提升实际续航的效果也非常明显,且电池安全性、寿命等等也会更高。

天博