電動汽車的能耗 咋就這么低了
智能汽車大戰(zhàn)還沒結(jié)束,熱度就能耗搶了去。
原因無它,最近提車回家的很多車主都在干一件事:比能耗。
“(小鵬MANA M03)國慶高速跑了兩千多公里,平均電耗都在12左右,其中有一段甘肅天水到寶雞段連霍高速干到了9.1,真的是很猛。”
“(樂道L60)綜合能耗11.1kWh/100km、近100km能耗12.0kWh,太可怕了?!?/p>
“(極越07)從余杭開回家30km能耗居然只有11.1,全程城區(qū)道路起起停停,這個能耗讓我非常吃驚?!?/p>
“(智界R7)晚上在高速加環(huán)城公路駕駛一小時,電耗達(dá)到了10.6?!?/p>
盡管這里面提到的路況,大多是對電機(jī)比較友好的城市道路,但看到過后,也不由得感嘆一句:能耗真的太低了。
畢竟,這些年消費(fèi)者沒少吐槽電動汽車能耗高、公示數(shù)據(jù)虛,對常盤踞在20度電上下的表現(xiàn)頭疼不已。而最近推出的新車,不但不遜色于標(biāo)桿特斯拉,還十分強(qiáng)調(diào)數(shù)據(jù)的真實性,時有車主跑出比CLTC更好的成績。
那么,能將耗降低到這么明顯的原因,到底是什么呢?對此,可能有人會第一時間回答800V+SiC、電控等技術(shù)的進(jìn)步。沒錯,這些技術(shù)確實很關(guān)鍵,但除此之外,還有兩個很重要的因素:風(fēng)阻和輕量化。
本期暗信號,我們就來看一看,它們到底是如何對能耗造成影響的。
其實關(guān)注電動汽車的人都很熟悉,比誰的風(fēng)阻系數(shù)更低,已經(jīng)是現(xiàn)在新車發(fā)布會必不可少的環(huán)節(jié)。隨著這種現(xiàn)象一同出現(xiàn)的還有,新車長的實在是越來越像了。
比如,最近很受關(guān)注的智界R7、樂道L60、小鵬G6,都很Model Y化,遠(yuǎn)遠(yuǎn)看去,幾乎都是一個造型。其中的原因也很簡單,因為這是不斷向風(fēng)阻系數(shù)正確答案妥協(xié)的結(jié)果。
實際上,從汽車誕生不久,人類便產(chǎn)生了對低風(fēng)阻的追求。
1886年,奔馳1號誕生
最初,汽車只是一個很原始的敞篷機(jī)器,底盤組裝完成后,再往上放個座椅,就可以開走了。沒有任何功能性設(shè)計,駕駛位與其說是乘員艙,更不如稱作操作臺。
雷諾Type B,世界首款全封閉式車身
后來,出于遮風(fēng)擋雨和個性化需求,貴族們把它們買回來后,還會再委托車身制造商在上面重新搭建車廂。只是這時的車身制造商都由馬車行業(yè)轉(zhuǎn)型而來,手工匠人缺乏相關(guān)經(jīng)驗,很多造型都直接借鑒馬車,將方正寬大的車廂直接落于底盤上方,使得本就不快的汽車,變得更加笨重。
1902年,出現(xiàn)在貝克斯希爾速度賽上的新款Gardner-Serpollet
然而,同期一些追求速度的賽車,并沒有跟隨這種風(fēng)潮,反而致力于把車身變得更細(xì),用鐵皮圍住車頭,做成更有利于破風(fēng)的造型。一些車身制造商也逐漸開啟了這方面的研究,嘗試將航空空氣動力學(xué)結(jié)合進(jìn)來。
世界首款流線型車Aerodinamica
1914年,從馬車轉(zhuǎn)向汽車車身領(lǐng)域已達(dá)9年的Carrozzeria Castagna,曾利用A.L.F.A(阿爾法·羅密歐前身)40-60 HP底盤,打造出了世界首款流線型車Aerodinamica,并跑出了139km/h的極速。
盡管這款車最終因為沒有將乘員艙和動力裝置分區(qū),導(dǎo)致乘員難以承受發(fā)動機(jī)持續(xù)炙烤而拆解,但仍對汽車與空氣動力學(xué)的結(jié)合,起到了很大的啟蒙。
Paul Jaray設(shè)計的Ley T6
1922年,一家名為Rud.Ley汽車廠,將其所生產(chǎn)的T6進(jìn)行車身改造,換用了一套更加流線型的外觀。四年后,通過與舊車對比測試,發(fā)現(xiàn)新造型汽車燃油節(jié)約41%,極速從80km/h提升至130km/h。
關(guān)鍵的是,這輛車用的還是1.5L 20馬力直列四缸發(fā)動機(jī),排量只有Aerodinamica的四分之一,但極速卻已接近。原因則是兩者在設(shè)計上的顯著區(qū)別,T6基于汽車本身結(jié)構(gòu)進(jìn)行的空氣動力學(xué)優(yōu)化,沒再照搬飛艇造型,而且體型更小。
層流和湍流示意圖,Paul Jaray好友兼鄰居Hans Erni所作
這個方案正是傳奇設(shè)計師Paul Jaray所提供的,他當(dāng)時提出了兩個概念:最小阻力的外形是以流線型的一半構(gòu)成的車身;只有消除尾部的分離,才能降低阻力。目的是盡量避免破壞空氣的層流狀態(tài),減少車輛行駛時的空氣擾動。
寶馬328 Kamm Coupe
這一理念所指的大概是半水滴形,但想真正做得比較理想,要將車尾拉得非常長,并不方便。后來人們發(fā)現(xiàn),如果把車尾末端切掉,變成垂直斷面,也能取得類似的效果。德國工程師Wunibald Kamm將其首次落地于寶馬328 Kamm Coupe,并影響至今。
如今電動汽車越來越像,也是更加激進(jìn)采用Kammback造型后的結(jié)果。
至于為何如此,則要從驅(qū)動形式的變化說起。在燃油車中影響能耗的首要因素是發(fā)動機(jī)熱效率,如果想要降低能耗,最有效的方法是把熱效率提高。然而到了電動汽車上,這個方法就不可行了。電池電機(jī)的能量轉(zhuǎn)化率極高,優(yōu)化空間很小。所以,原先影響不那么大的風(fēng)阻,影響占比就變得大了起來。
事實上,量產(chǎn)車對風(fēng)阻的極致追求,也是電動化后出現(xiàn)的。其中的代表性案例,當(dāng)屬奔馳VISION EQXX概念車,通過增加環(huán)繞車尾的立體導(dǎo)流線和主動雙層擴(kuò)散器,大幅減少了氣流離體的紊亂,風(fēng)阻系數(shù)只有0.17。
當(dāng)然,這是一種終極形態(tài)的展示,量產(chǎn)車雖然無法重現(xiàn),但依舊可以看到這種理念的存在。比如,五菱星光、小鵬P7+,甚至是身為MPV的理想MEGA。
SUV受制于造型的審美需求,很難在車尾設(shè)計斷刃。所以。為了不在風(fēng)阻系數(shù)上掉隊,車身設(shè)計也更加流暢,看起來更像斷尾水滴。
除了風(fēng)阻,汽車重量與能耗也有著直接關(guān)系。驅(qū)動汽車的過程是在克服阻力,大部分阻力又與重量有關(guān)。減輕車重,就等于在消耗同樣能量的情況下,讓汽車跑的更遠(yuǎn)。
通常來說,汽車輕量化主要有三個技術(shù)維度:工藝輕量化、材料輕量化和結(jié)構(gòu)輕量化。
其中,工藝輕量化在目前車企的宣傳中常見,最有代表性的是一體化壓鑄,新勢力和傳統(tǒng)車企都在推。幾十上百個零件合為一個,不僅可省去零件設(shè)計制造安裝過程,還能因為大幅減少焊點和多余結(jié)構(gòu),實現(xiàn)10-30%的減重。
材料輕量化常見的有鋁合金替代鋼、碳纖維替代鋁,用輕質(zhì)材料實現(xiàn)相同的設(shè)計需求,過去一般只有豪華車使用。比如,寶馬第六代7系相比第五代減重130公斤,主要依靠的就是用碳纖維復(fù)合材料替代部分結(jié)構(gòu)。其強(qiáng)度是普通鋼材的10倍左右,重量卻只有鋼的1/4。
如今主流新能源市場雖然無法如此投入,但采用鋼鋁混構(gòu)車身卻已經(jīng)基本達(dá)成共識。比如,最近推出的樂道L60鋁合金占比已經(jīng)超過21%,白車身輕量化系數(shù)只有2.3。
白車身是裝焊完畢尚未涂裝的車身,包括前翼板、車門、發(fā)動機(jī)罩、行李箱蓋,但不包括附件和裝飾件。其輕量化系數(shù)L=白車身骨架重量/(車身靜態(tài)扭轉(zhuǎn)剛度Ct x 軸距 × 輪距)。
“車越輕越好,但抗扭能力越強(qiáng)越好,綜合起來就是輕量化系數(shù)越低,那么水平就越高?!鼻迦A大學(xué)汽車系博士張抗抗告訴虎嗅。
他表示,歐洲白車身會議歷年輕量化系數(shù)平均水平在2.5至3.6之間徘徊,L60的白車身系數(shù)做到了2.3,在這個價格區(qū)間里的水平非常高。這說明L60在追求輕量化的同時,并沒有降低白車身強(qiáng)度。
結(jié)構(gòu)輕量化一般是指優(yōu)化零部件本身,變成更適合、消耗更少材料的形狀,或是直接打孔掏空不必要部分。但在汽車上,還有在另一種比較常見,就是模塊化集成設(shè)計。
關(guān)注新能源汽車的可能對多合一比較耳熟,實際上這也是一個減重的有效手段。比如,比亞迪在介紹驅(qū)動三合一時曾表示,電機(jī)、電控和減速器集成到一起后,由于省去了中間的復(fù)雜結(jié)構(gòu)和線束,可將體積減少30%,重量減輕25%。而現(xiàn)在,主推的已經(jīng)變成了八合一。
這種工程能力的進(jìn)步,甚至對整車層面也有不小影響。近幾年出現(xiàn)的車身底盤一體化、電芯倒置等結(jié)構(gòu),也是出于同樣的理念。前者省去電池包上蓋,后者將排煙通道和底部緩沖區(qū)共用,將原本上下都有空隙的電池包結(jié)構(gòu),改為只需在下方留有空間。
這樣下來,減輕的不僅是重量,還因為緊湊化減少了對空間的侵占,可讓車輛設(shè)計得更矮,進(jìn)而在重量和風(fēng)阻兩方面,同時起到降低能耗的作用。
隨著這種工程能力的進(jìn)步,車企也在從單一部件的減重,向整車級優(yōu)化轉(zhuǎn)變。張抗抗以小鵬MONA M03為例介紹:M03重量輕,實現(xiàn)相同的零百加速,對電機(jī)功率的要求就低→電機(jī)小了,能耗會變低(日常行駛更接近最佳效率區(qū)間)→為了實現(xiàn)相同的續(xù)航,對電池容量要求就低→電池容量低了,重量會更輕。
這樣循環(huán)下來,可以不斷減輕重量,并不斷降本,直到一個工程臨界點,只是這樣的臨界點并不容易達(dá)到。
寫在最后
除了部分高端產(chǎn)品外,大部分電動汽車用戶的購買理由都很單一,因為它的使用成本真的太低了。
即使按照國家電網(wǎng)公共樁高峰1.66元/度來算,百公里消耗15度電,也不過25元錢。而一款百公里油耗7L的92號經(jīng)濟(jì)型汽油車,跑同樣的距離都要花費(fèi)50元以上。
如今大家的錢包都不充裕,用差不多的錢,買來一款能夠長期節(jié)流的車,很少有人會不心動。
而這,也恰恰是當(dāng)前電動汽車所內(nèi)卷的方向。畢竟,大家都很清楚,如果真和市場逆勢而為,那市場可能就真的不帶你玩了。
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