電池知識
鋰離子、磷酸鐵鋰、錳酸鋰、新能源
電池知識
鋰離子、磷酸鐵鋰、錳酸鋰、新能源
隨著電動車產業的發展,續航里程也一直是很多電動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(可持續行駛里程數)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,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處理里程焦慮這一問題,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。
關于這個問題,估計不少剛買電動車或是正準備買電動車的朋友也都心存迷惑。所以今天就跟大家來說說,到底哪幾個因素在制約著電動車的續航里程。
到底什么因素影響了電動車的續航里程呢?
一切脫離工況的續航里程都是耍流氓
綜合工況的概念關于電動車續航的影響因素到底有哪些呢?到底什么才是影響到目前電動車續航沖破的瓶頸呢?
在詳盡討論前,首先要明白,電動車的續航里程其實并不是一個絕對的數值。關心的電動車的朋友,一定會注意廠家在宣傳時大都會標明續航里程NEDC下xxxkm,等速巡航下xxx公里。
為甚么一臺車會有兩個不同的續航里程呢?其實這是因為探測條件的不同。
NEDC是新-歐洲行駛工況NewEuropeanDrivingCycle的縮寫,其中蘊含了不同的啟停、加速、減速工況,在NEDC下探測出來的數字肯定會比60km等速巡航下要小,但卻會更加接近城市行駛的真切路況。
EPA是美國環保署EnvironmentalProtectionAgency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,是最能反應實際用車里程的。所以一般來說,EPA下的續航里程數字要比NEDC小,即EPA<NEDC<等速巡航。
這好比說一個馬拉松冠軍的續航里程是42公里,但倘若你讓他邊跨欄邊跑,估計他完成5公里都夠嗆。
而我國對電動車的續航里程認證,根據的標準是GB/T18386-2005《電動車能量消耗率和續駛里程實驗辦法》。這個標準緊要參考了歐洲的NEDC標準和探測循環,我國大多數車企會以NEDC下續航里程來標注。
所以說,一切脫離工況的續航里程都是耍流氓。
續航里程的選擇其實是各種因素博弈平衡后的結果
相同工況的前提下,決定汽車本身續航里程的因素也是錯綜復雜的,這些復雜的關系可以歸納為一個詞:Balance(平衡)。
多少續航里程是個頭?
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+,究竟多少續航里程才是個頭?
我覺得還是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由之一是:在電量告急的情況下,要花費時間成本和一定的里程數去尋找充電站;在尋找到充電站之后還要花更多的時間成本去充電。
假設有一天,電動車的形駛里程數就停留在NEDC500km,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由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,也有充電寶可以應急。
還有一種情況,電動車的行駛里程數依舊停留在NEDC500km,但當時的充電速度和今朝加油相同快,這種情況下電動車的感覺就和今朝的汽油車很相近,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要求非常高。
也許還有一種可能,充電速度一直由于研發停滯,基建配套等各種原由,沒有提速,但是續航卻達到了NEDC1000km,也許這也是一種處理里程焦慮的辦法,倘若采取這種辦法,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。
而對用戶的調研結果顯示:充電體驗不佳、配套設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。那么關于一臺合格的電動車,消費者有著什么樣的要求呢?
85%的消費者希望電動車的續航里程在300km、甚至400km以上。那么,一定的技術水平限制條件下,讓消費者在續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。
長續航、長充電時間和短續航、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緊要,在這種情況下續航里程可以讓步。
三電對續航里程的影響
關于電動車而言,電動車技術的核心是三電技術。
電動車的三電是指:電池、電機、電控,三電技術也是電動車差別于傳統汽車的新技術。
這三項技術將筆直影響到電動車單次充電的行駛里程、汽車加工成本等。接下來,讓我們一起來探究電動車的三電技術對新能源電動車的緊要影響。
電動車電池分兩大類,蓄電池和燃料動力電池。電動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。電動車電控系統是電動車的大腦,由各個子系統構成,每一個子系統一般由傳感器、信號解決電路、電控單元、控制策略、執行機構、自診斷電路和指示燈組成。
電池對續航里程的影響
無論是電動車還是四驅車,只要是靠電來驅動的載具,都遵循一個道理:其他條件不變的情況下,電池容量越高,單次續航里程自然就越長。電池關于電動車,就像是傳統燃油汽車的油箱。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,為甚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。
為了新增續航里程,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ModelS就把軸距做到了2960mm,寬度做到了1964mm(D級車尺寸)一部分原由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ModelS來舉例,他們的車長分別為2809mm、4320mm、4970mm。
倘若將厚度和寬度暫且忽略不計的話,車長也就約莫代表了他們裝載電池的能力。所以從大體上來看,知豆D2續航僅有155公里,江淮iev7的續航有280公里,而特斯拉ModelS(75D)的續航卻有著469公里,這也與上面列舉的車長尺寸是正相關的。
倘若尺寸做到再大一些,超越了D級車尺寸,那目標的消費人群會急劇變少,也超出了人們傳統的審美領域了。
蔚來NIO的第一臺車子是7座SUV,軸距更是超出了3米,其確實迎合二胎家庭要7座的同時,塞進更多電池得到一個還算不錯的續航里程,想必應當也是考量因素之一。
從空間的角度來看,目前市面上銷售的電動車也基本都已經在各自的車輛尺寸內盡可能多的安裝了電池,來保證車輛的續航和車輛體積在一個平衡的范圍內。
除了體積之外,重量也是電池容量受到制約一個緊要原由。這也是為甚么今朝我國的動力鋰離子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航里程。但是此時就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,大容量油箱相對續航里程就要更長一些,所以動力鋰離子電池的容量是決定新能源汽車續航里程最緊要的一個環節,目前投放在市場上的新能源汽車里特斯拉算是領先者,P100D車型的電池容量是100kw/h,標定的工信部續航里程是613km,實際續航里程可能會在此基礎上縮減一些。
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新增。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,電動車工程師們惟有盡可能的依據車輛定位在三者之間找到平衡點。惟有這樣,才能讓車輛的續航里程、車身尺寸以及售賣價格都在消費者的接受范圍內。
電控對電動車續航里程的影響
除了電池本身的性能和素質之外,電控也是影響電動車續航里程的一個緊要因素。
電控,就是我們常說的BMS(BatteryManagementSystem),它負責對電動車的動力鋰離子電池進行安全監控和有效管理,讓動力鋰離子電池在最佳的狀態下工作,提高動力鋰離子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航里程。
電池管理系統(也就是新能源汽車里最緊要三電系統的電控系統),緊要負責電池物理參數實時監測;電池狀態估計;在線診斷與預警;充、放電與預充控制;均衡管理和熱管理等。
這個系統有點類似車載OBD和發動機ECU管控,控制發動機噴油量還有車載電子系統的運轉方式,特斯拉最核心的模塊也即是超前的電池管理系統,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范疇。
簡單來說,BMS的工作包括:戒備電動車過度充電、過度放電、控制動力鋰離子電池包溫度、控制動力鋰離子電池包電荷平衡、監測電池包異常、評估動力鋰離子電池包剩余電量等。其中緊要影響電動車續航里程的因素在于電池的溫度。
電動車動力鋰離子電池的放電效率會受到環境溫度的影響。溫度過低或者溫度太高都會讓動力鋰離子電池放電不完全,也就筆直影響了續航里程。所以,一款優秀的BMS不僅能夠隨時測試電池目前的工作溫度,同時還可以依據要來調節電池的溫度,讓動力鋰離子電池包一直處于比較合適的工作溫度之下,盡可能達到最優的放電效率。
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,這些參數都可以通過電控邏輯來控制。
目前國內甚至是國外傳統車企研發的電動車,即使用了比特斯拉能量密度更高的電池,但是續航還是不如特斯拉,不得不說,特斯拉在電控這一塊還是有著先發優點的技術儲備的。
電機對電動車續航里程的影響
同樣是將能源(燃料)轉化為動力的工具,電機在電動車之中的地位大概就相當于是傳統燃油車之中的發動機。很多人覺得,電機只是個驅動車輛的工具,它只影響車輛的提速和極限速度等性能指標,跟續航里程毫無關系。
但通常來說,電機的功率應該和車輛的續航里程是負相關的。這就好比同樣兩節5號干電池,裝進電子鐘表里可以繼續工作好幾年,但是放進四驅車卻跑幾個小時就沒電了。
電動車制造商在研發一款電動車時,其實也同樣面對著這樣的問題。
倘若采用500kW大功率的電機,車輛的性能指標自然是沒的說,但可能續航里程方面則會受到影響;
但倘若采用150kW的小型電機,續航里程肯定會有所好轉,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,要怎么樣依據當前車型的目標客戶,來匹配一款適宜的電機,是每個電動車制造商都要沉思的問題。
電機從某種意義上來說,代替了汽油車的發動機。所以電動機的數量(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。
當惟有設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,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。
那廠家是要怎么樣在猛和持久之間抉擇的呢?舉個栗子,倘若一個廠家有兩款電機可供選擇,功率分別是150kw,300kw:
倘若選擇單電機150kw。那就好比飯后閑逛,NEDC下可以達到500km續航,但是百公里加速要15秒開外。
倘若選擇前后雙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下的續航可能惟有450km。
此時的廠家就要從猛和持久中做出讓目標消費者最爽的balance。
倘若目標消費者是玩0-100加速的。那就毫無疑問選擇雙電機300kw。
倘若目標消費群體是上下班代步。那當然可以單電機150kw;
倘若目標消費群體是高端收入人群。比如特斯拉的消費群體,那這個選擇就要廠家的產品規劃部好好推敲了,為了撐起打入目標消費群體的價格,要有相當猛的動力,至少能和M系列、AMG、RS⼀戰,同時又要兼顧不錯的續航力程,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。
倘若你的目標受眾喜歡猛烈駕駛,那么適當的犧牲續航里程來滿足他們的需求顯然更加劃算;但倘若他們更喜歡一款能夠單次續航500公里,每周通勤只要充電1次的長續航產品,適當的降低電機功率也能夠幫助車輛延長續航里程。
當然了,消費者本身的駕駛習慣筆直決定了電機日常的工作功率,所以說倘若你想讓你的電動車續航里程更遠的話,保持一個良好的駕駛習慣,盡量戒備長時間猛烈駕駛才是最有效的方法。
結語
其實除了電池、電控、電機、之外,還有很多更纖細的因素在影響著續航里程的長短,但由于影響的幅度太小就不一一贅述了。
總而言之,車企在設計和制造一款電動車的時候,雖然續航里程絕對是緊要的掂量標準之一,但它卻不是唯一的標準。
除了續航,一輛優秀的汽車產品還要重視很多其他方面,比如舒適度、豪華感、安全性等等。
所以,無論是針對續航里程本身,還是關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關于續航里程的需求。
換句話說,倘若什么都不管就造一臺能跑的很遠的電動車,可不可以造的出來呢?肯定是可以的,但這輛汽車可能早已經沒有了大家心目中汽車應當有的樣子。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、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公里的超長續航里程。倘若有這樣一輛超長續航的電動車,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成就是螺旋式上升的,三者會以不同的頻次,不同的斜率在上升,但最后三者之間會找到一個比較好的契合點,從而處理里程焦慮的困擾。
也許,在將來,電動車續航比燃油車長,加速比燃油車快,充電比加油便宜還方便,倘若真有那么一天,電動車就可以站到世界的舞臺上,傲慢地說:歡迎進入電動時代!
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