《電子技術(shù)應(yīng)用》
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電動(dòng)車高速續(xù)航的小秘密

2018-09-20
關(guān)鍵詞: 電動(dòng)車

  有些老司機(jī)對電動(dòng)車的研究已經(jīng)開始深入到放電倍率、電池內(nèi)阻等問題的時(shí)候,我突然意識到,還有很多新用戶對電動(dòng)車沒有任何使用經(jīng)驗(yàn),甚至不知道國內(nèi)高速的服務(wù)區(qū)早就遍布了充電樁。這是一件好事,它意味著電動(dòng)車正在推向更多的城市和用戶。同時(shí),也意味著對于電動(dòng)車的續(xù)航問題,又到了一次重新解釋的時(shí)候。

  先從基礎(chǔ)概念講起。

  1. 續(xù)航的兩種分法

  根據(jù)測試條件的變化,電動(dòng)車的續(xù)航主要分為等速法續(xù)航和工況法續(xù)航。前者指的是一輛車速度恒定時(shí)的續(xù)航成績,后者指的是在不同工況標(biāo)準(zhǔn)下的續(xù)航成績。這兩種續(xù)航最大的不同在于速度的變化。

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  先來看一個(gè)圖,這是由 ABRP(一個(gè)海外的電動(dòng)車行程規(guī)劃工具)統(tǒng)計(jì)的 Model S100 的續(xù)航和速度、溫度之間的關(guān)系圖,數(shù)據(jù)來源是 ABRP 上的 511 位特斯拉車主的日常行駛數(shù)據(jù)。

  從圖中可以看到,當(dāng)車速處于 60 km/h 的時(shí)候,車輛能夠獲得最大的續(xù)航成績,也就是經(jīng)常被廠家拿來宣傳的最大續(xù)航成績。在車速超過 60 km/h 之后,速度越高,車輛的續(xù)航成績就越差。一輛電動(dòng)車在高速上大于 120 km/h 的等速續(xù)航就相當(dāng)于這輛車平時(shí)最差的成績。

  這就是說,一輛電動(dòng)車的續(xù)航成績其實(shí)除了受車輛自身?xiàng)l件(比如電池性能等)影響以外,還受用車條件變化的影響,是呈現(xiàn)動(dòng)態(tài)變化趨勢的。

  對電動(dòng)車特性不熟悉的朋友經(jīng)常會產(chǎn)生一個(gè)誤區(qū),要么拿廠家宣傳的 60 km/h 最大續(xù)航來等同于電動(dòng)車的日常續(xù)航,要么拿大于 120 km/h 的等速續(xù)航來等同于日常續(xù)航,這就相當(dāng)于一個(gè)學(xué)生平時(shí)各門功課平均分是 60 分,偶爾考了一次 100 分,一次 40 分,你就以為他每次都能考 100 分或者 40 分,過分極端了。

  我們談等速續(xù)航的時(shí)候,就是在談一輛車在極端理想狀態(tài)下的成績,而我們談工況續(xù)航的時(shí)候,就是在談一輛車的日常平均表現(xiàn)。拿電動(dòng)車宣傳上的最大續(xù)航來對比這輛車實(shí)測中的最差續(xù)航,以此宣傳一輛車虛標(biāo)嚴(yán)重,這種說法也是不夠負(fù)責(zé)任的。

  真正的對比在于工況續(xù)航和實(shí)際續(xù)航之間的差距。工況續(xù)航就是模擬一輛車日常使用的情況來測試的續(xù)航成績,模擬得越接近真實(shí)駕駛情況,得出的續(xù)航數(shù)據(jù)就越準(zhǔn)確。

  目前,全球流行的工況續(xù)航標(biāo)準(zhǔn)有歐洲的 NEDC 和 WLTC,美國的 EPA,以及日本的 JC08,其中,國內(nèi)的工況續(xù)航借鑒的是歐洲的 NEDC 標(biāo)準(zhǔn),而在歐洲,NEDC 即將被 WLTC 替代。根據(jù)電動(dòng)車主的使用情況驗(yàn)證,美國的 EPA 標(biāo)準(zhǔn)最接近日常續(xù)航成績。從嚴(yán)格程度來看,EPA>W(wǎng)LTP>NEDC>JC08。

  一輛車在不同的國家銷售,就會根據(jù)相應(yīng)國家的需求,進(jìn)行不同標(biāo)準(zhǔn)的測試。所以,你可以看到 BBA 等品牌的電動(dòng)車在不同標(biāo)準(zhǔn)下的續(xù)航成績,但是比較少見到比亞迪等國產(chǎn)品牌電動(dòng)車的 EPA 續(xù)航成績。

  不過,國內(nèi)也在制定屬于自己的電動(dòng)車工況標(biāo)準(zhǔn),但是在標(biāo)準(zhǔn)還未發(fā)布之前,大家唯一可以依據(jù)的就是 NEDC 續(xù)航成績。雖然不少廠家有主觀美化成績的嫌疑,不過,對消費(fèi)者來說,更重要的是,了解 NEDC 續(xù)航和實(shí)際續(xù)航之間存在差距,才不會在買車之后感覺上當(dāng)受騙,憤憤不平。

  2. 電動(dòng)車?yán)m(xù)航的影響因素

  電動(dòng)車?yán)m(xù)航的影響因素主要可以分為兩個(gè)部分,一個(gè)是車輛的自身?xiàng)l件,比如整車重量、風(fēng)阻、電池容量、電機(jī)功率等;另一個(gè)則是外部使用條件,比如速度和溫度的變化、輪胎尺寸的大小、空調(diào)的開啟或關(guān)閉等。

  對車輛的自身特性來說,電動(dòng)車和燃油車的最大不同點(diǎn)就在于電動(dòng)車的三電系統(tǒng)。而關(guān)于風(fēng)阻、車重、滾阻的影響都是相似的。

  我們把一輛車看作能量的供應(yīng)方,駕駛員看作能量的需求方。你開著一輛車從 A 點(diǎn)行駛到 B 點(diǎn),是你在向車輛發(fā)起請求,由車輛的能量系統(tǒng)決定響應(yīng)方式。電動(dòng)車的能量系統(tǒng)就是電池、電機(jī)、電控這個(gè)三電體系,燃油車的能量系統(tǒng)就是以發(fā)動(dòng)機(jī)為核心的動(dòng)力系統(tǒng)。

  在駕駛員對車輛需求保持一致的條件下,電動(dòng)車和燃油車能量系統(tǒng)的不同特性決定了兩種車輛在不同工況下所需要的能量的不同。

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  發(fā)動(dòng)機(jī)外特性曲線

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  電機(jī)特性曲線

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  Model S 的功率和扭矩變化

  幾句話簡單了解電動(dòng)車加速與能量系統(tǒng)之間相互作用的關(guān)系:

  1. 加速踏板是駕駛員和車輛之間的交互界面。當(dāng)你駕駛一輛電動(dòng)車的時(shí)候,踩下踏板,能量系統(tǒng)接收到需求之后,電池就會開始放電過程。快速踩下踏板,電池開始快速放電。緩慢踩下踏板,電池就開始緩慢放電。鋰離子電池的放電過程就是電壓從高到底的一個(gè)過程。

  2. 每個(gè)電池都有自己的最大放電倍率,電機(jī)功率越高,需要電池的放電倍率就越高。同時(shí),一輛電動(dòng)車能使用的電機(jī)最大功率也受電池放電倍率的影響。

  3. 急加速的瞬間,電耗會快速上升。而保持均勻加速則有利于更好的續(xù)航表現(xiàn)。電動(dòng)車的能量回收系統(tǒng),可以將車輛的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為電能回充到電池中。有效利用電動(dòng)車的能量回收系統(tǒng)能夠提高電動(dòng)車的續(xù)航成績。

  4. 有車主發(fā)現(xiàn)電池電量較低時(shí),車輛速度會被限制。這是因?yàn)樵陔姵仉娏窟^低的時(shí)候,為了避免電池過放,BMS 電池管理系統(tǒng)會限制電池的輸出電流,加上放電過程中電壓的降低,此時(shí)車的動(dòng)力就會受限。當(dāng)最大放電功率不滿足駕駛員的加速需求時(shí),車輛速度就會越來越慢。

  5. 在低速行駛的時(shí)候,車輛附件如儀表等需要消耗電量,而在高速時(shí),大部分的電動(dòng)車功率用于克服風(fēng)阻,能量損失大。

  讓我們回到剛才的那張圖:

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  在談到續(xù)航外部影響因素時(shí),我們最常關(guān)注的就是速度和溫度的影響。

  在這張圖中可以看到:

  1. 溫度越高,電動(dòng)車?yán)m(xù)航表現(xiàn)越好;

  2. 當(dāng)車輛速度大于 60 km/h 時(shí),車輛速度越高,電動(dòng)車?yán)m(xù)航就越低。

  很多廠家在開發(fā)電動(dòng)車時(shí),比較少考慮高速環(huán)境的使用。加上電動(dòng)車在城市路況中使用時(shí),駕駛性能也遠(yuǎn)優(yōu)于燃油車。因此在電動(dòng)車發(fā)展早期,有很多低于 300 km 續(xù)航的電動(dòng)車,完全定位于城市路況使用。

  3. 高速續(xù)航建議

  電動(dòng)車能不能進(jìn)行高速行駛,是消費(fèi)者和廠家之間重要的矛盾沖突點(diǎn)。電動(dòng)車并不擅長高速區(qū)間的性能表現(xiàn),和目前的燃油車使用情況相比,高速上使用電動(dòng)車一定是不夠便利的。

  在我們對電動(dòng)車使用情況的兩三年觀察中,發(fā)現(xiàn)僅少數(shù)用戶會進(jìn)行電動(dòng)車的長途駕駛,雖然電動(dòng)車能夠突破長途駕駛的障礙固然很好,但是以電動(dòng)車的短板來標(biāo)簽化電動(dòng)車的不足,也大可不必。

  有過電動(dòng)車駕駛經(jīng)驗(yàn)的車主,或者家里有一輛燃油車的車主,在電動(dòng)車選購過程中還比較理性,但是對于初次購買電動(dòng)車并將它當(dāng)做第一輛車的用戶來說,還是要充分認(rèn)識電動(dòng)車的優(yōu)劣之差,認(rèn)真考慮一下,你真的需要經(jīng)常高速駕駛嗎?如果高速駕駛是你的日常需求,你為什么一定要買一輛電動(dòng)車?

  不過,如果有消費(fèi)者堅(jiān)持要在高速上使用電動(dòng)車的話,我們的建議是,可以選擇只充一次電的最大 400 - 500 km 以內(nèi)的行程。這意味著在一次行程中,一定包含市區(qū)+高架+高速的綜合工況,并不是完全在高速上駕駛。

  而在高速上即使達(dá)到 120 km/h 的最高速度,在道路暢通的情況下,平均速度也會落在 80-90 km/h 區(qū)間,就算在最符合實(shí)際情況的 EPA 的續(xù)航標(biāo)準(zhǔn)中,高速工況的平均速度也只有 77.9 km/h。用 120 km/h 的等速續(xù)航來衡量一輛車的高速續(xù)航,其實(shí)有點(diǎn)過分嚴(yán)苛了。

  如果在一次行駛過程中駕駛電動(dòng)車超過 500 km,高速路段的比例增加,充電次數(shù)也會增加,每次充電幾十分鐘到一個(gè)小時(shí),使用上的體驗(yàn)效果不會太好。不過,如果你真的想要完成一項(xiàng)長途挑戰(zhàn)的話,除了極其偏遠(yuǎn)的區(qū)域以外,國內(nèi)高速公路的服務(wù)區(qū)上遍布充電樁,在出行前查好沿途充電樁,充分做好行程規(guī)劃,偶爾進(jìn)行一次長途旅行,也是可行的。

  電池的能量密度正在緩慢提升,各個(gè)廠家也都在推出能滿足更高充電功率(充電更快)的電池。隨著充電網(wǎng)絡(luò)的密度提高,電動(dòng)車的使用環(huán)境會越來越好。在現(xiàn)有條件下,明確認(rèn)識自己在日常用車中的通勤和高速需求,有利于你調(diào)整好對于電動(dòng)車的心理預(yù)期,選擇最適合自己的產(chǎn)品。


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