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『汤叔解惑』是什么决定了电动车的续航里程?

时间:2018-07-13 13:00 来源:http://www.sohu.com/a/240941193

原标题:『汤叔解惑』是什么决定了电动车的续航里程?

电动车的续航里程无疑是用户在选购新能源车时最关心的性能,没有之一。那么一台纯电动车续航里程的长短到底由哪些性能来决定?我们购买一台纯电动车,又有多少成本投入到了续航里程当中去?本期就为大家解答这个问题。

■ 最直观的影响因素:电池容量

电池容量对续航里程的影响最好理解,就好比我们的手机或者小时候玩的遥控车一样——电池的带电量越大,电气设备使用时间就越长,反映到纯电动车上就是续航里程更长。

就像手机电池会用“毫安时”作为单位一样,电动汽车的电池会用“千瓦时”作为计量单位,也就是我们俗称的“度”,电池度数越高带电量就越多。

▲特斯拉Model X 100D带电100度,综合续航552公里,度电行驶里程为5.5公里。

■ 衡量电池性能的重要因素:能量密度

不过,电池带电量越大,也意味着整车重量越大。这就是为什么Model X 100D的重量达到了2459公斤的原因,而整车重量过大又会导致续航里程降低,后面会给大家介绍重量对续航里程的影响。

所以,能量密度是用来衡量电池性能好坏的一个重要参数。也就是单位重量下的电池带电量,通常单位是瓦时/千克,也就是每千克电池的带电量。能量密度越大就意味着电池能携带更多的电能而且重量更轻。所以在选购电动车时,能量密度是目前最重要的、衡量电池性能的指标。

以研发标定阶段而言,目前国内技术相对领先的试制阶段车型,能量密度已经可达180瓦时/千克到200瓦时/千克,更有厂商已经把目标定为量产后实现220瓦时/千克的能量密度。

■ 不可忽视的因素:电池材质

三元锂电池相比磷酸铁锂电池在能量密度上有着先天的优势。但磷酸铁锂电池又有着先天的安全优势,在发生强烈碰撞情况下不会爆炸。

由于国家早期对新能源行业的补贴主要集中在客车,而客车由于载人数量多,本身体积和重量大,所以对能量密度没有太高要求,但对安全性有着绝对高的要求,这就是比亚迪一直选择磷酸铁锂电池技术路线的原因。

但当近几年纯电动乘用车爆发性增长之后,三元锂电池能量密度的优势就体现出来了,所以才有了宁德时代的崛起。当比亚迪意识到这一点时,才开始重新规划三元锂电池的技术路线。

目前比亚迪旗下的高端主力纯电动车产品腾势500使用的就是磷酸铁锂电池,并且有望在之后的新款产品中换成三元锂电池,这就意味着腾势500的能量密度会进一步提高,续航里程会在现有基础上又有更明显的提升,值得期待。

▲ 将换用三元锂电池的腾势500,能量密度大幅提升(换算后可知接近160)。

■ 整车重量是影响电动车续航的巨大因素

虽然大家都知道车越重越费电,就像车越重越费油一样。但为什么重量跟能量使用效率息息相关?因为车的重量越大,就意味着在加速过程中需要消耗的能量越多。这就好比一个体重大的人在跑步过程中会容易气喘吁吁,而身轻如燕的人则会消耗更少的能量一样。

重量与加速度的关系在高中物理课时大家都学过。但是这里重点要说的是,在匀速行驶时为什么重量大也会导致能耗大。原因是重量与整车的滚动阻力成正比关系。也就是说重量越大,轴承和轮胎所需要承载的负荷就越大,即便是匀速行驶,产生的滚动阻力也会越大。这个滚动阻力主要来自于轴承产生的摩擦力以及轮胎与地面产生的滚阻。这种滚动阻力是非常可怕的,因为它会持续消耗电能,不但会影响续航里程还会影响极速表现。这也是为什么高铁要用全铝合金来打造车身的道理一样,越是高速运动的机械对滚动阻力就越敏感。

▲电动车采用全铝车身或全碳纤维车身(如宝马i系列),都是为了减轻重量、降低滚阻。

也由于电池的能量密度有限,所以还需要从车身以及其它部件入手进一步降低整车重量。所以我们看到,特斯拉Model X 100D在采用了全铝车身等轻量化技术后,整备质量仍然接近2.5吨。可想而知如果没有轻量化技术加持,其整备质量会很容易接近3吨。这不但会影响续航里程,电能使用效率还会极大地影响操控性。所以纯电动车的轻量化甚至比燃油车更为重要。

■ 空气阻力系数,影响着高速耗电量

风阻是个老生常谈的问题,即便是燃油车风阻对油耗的影响也会很大。但到了电动车身上,风阻则会直接影响到续航里程,所以降低风阻的意义就像降低重量一样,在电动车领域比燃油车更显重要。

▲特斯拉Model X这款超过5米的中大型SUV,风阻被控制到0.25

Model X的0.25是一个非常惊人的数字。通常别说7座SUV,即便是一台轿车,风阻能够低于0.3就已经是优化得比较出色了。那么特斯拉的0.25是怎么做到的呢?除了造型在风洞中的优化以外,纯电动的一些特性也让0.25的风阻系数变成可能。首先纯电动车不需要给发动机散热,所以中网可以做成全封闭状态,这给风阻优化带来了极大好处;其次由于底部不需要布置油箱、传动轴、排气管等附件,所以整车底部可以做得十分平整,这给风阻的优化带来了进一步好处。所以纯电动车在风阻方面相比燃油车本身就具有先天的优势。

■ 电机工作效率也会影响续航里程

车用电机通常分为永磁同步电机和异步电机两种。这两种电机各有好处。永磁同步电机顾名思义它的磁场采用的是永磁铁。也就是我们小时候玩过的磁铁。由于磁铁本身具备永久的磁性,所以我们就利用这种磁性来推动转子运动。它的好处就是能量效率比较高,消耗电能比较少,因为产生磁力的过程并没有消耗任何电能,但缺点就是由于永磁体的磁场有限,或者说不能无限制提高,所以它的最大功率会受一定的影响。

异步电机与它相反,由于磁场是通过电能制造出来的,所以可以产生比永磁同步电机更大的磁力,所以可以把功率做得很大。但由于产生磁场需要消耗电能,所以能量效率要低于永磁同步电机。之所以叫异步,是因为在工作过程中转子转速要小于旋转磁场转速,这就意味着异步电机需要用交流电驱动。

我们知道动力电池能够直接输出的是高电压的直流电,如果要使用异步电机还需要使用大功率的逆变器,把直流转换成交流,这个过程也会产生一些能量损耗。而永磁同步电机可以直接用直流电驱动,所以永磁同步电机多用于经济型车,而异步电机多用于高性能车型。特斯拉Model X采用的就是三相4极交流异步电机(而Model 3则使用了永磁电机)。

结论:

所以我们在选购电动车时,不光要看车辆的续航里程绝对值,还要看其整备质量、能量密度、电机类型、轻量化技术、风阻系数、电池材质等与整车性能相关的重要参数。从而可以分析出其整体性能到底如何。

虽然电比油便宜,但毕竟不是免费的,而且充电需要花费的时间很长,这也进一步造成了机会成本的增加。所以在选购电动车时除了续航里程,我们还需要更关心整车的电能使用效率。


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