電耗的重要性 新能源核心技術(shù)之電控篇
在文章的最后一期,我們分析了新能源汽車三大電動(dòng)核心之一的電機(jī)技術(shù),本期電控技術(shù)的分享將進(jìn)一步影響我們的購買和使用。而在一定程度上,受電控系統(tǒng)影響的整車功耗其實(shí)比續(xù)航值更有意義,如何計(jì)算出一輛純電動(dòng)汽車的合理功耗值也將是我們當(dāng)前研究的核心內(nèi)容。
●新能源汽車電控系統(tǒng)組成
電控技術(shù)的出現(xiàn)并不是因?yàn)樾履茉雌?。在傳統(tǒng)燃油車中,電子控制系統(tǒng)同樣重要。直接負(fù)責(zé)車輛的信號(hào)接收、分析和指揮判斷。這項(xiàng)技術(shù)應(yīng)用于新能源汽車后,整車電控系統(tǒng)的職責(zé)將更加復(fù)雜,所謂的電氣化架構(gòu)也因?yàn)殡娍叵到y(tǒng)模塊的增加而成為了一個(gè)汽車企業(yè)的核心技術(shù)手段。
作為整車的總控制臺(tái),高效、穩(wěn)定、提升車輛綜合性能是新能源汽車電子控制系統(tǒng)的重要職責(zé)。與傳統(tǒng)燃油車相比,汽車轉(zhuǎn)向電氣化后增加了電池組、驅(qū)動(dòng)電機(jī)、變速箱、動(dòng)能回收系統(tǒng)等,如果再增加自動(dòng)駕駛和增程系統(tǒng),電控系統(tǒng)將承擔(dān)更多的責(zé)任,所以傳統(tǒng)燃油車使用的“單電子控制器”現(xiàn)在變成了“車輛中央電子控制器”,從名字就可以看出電控對新能源汽車的意義重大。
如果說電機(jī)和電池的技術(shù)決定了一輛電動(dòng)汽車的硬件價(jià)值,那么電控直接決定了汽車的軟件處理能力,也會(huì)幫助電機(jī)和電池發(fā)揮最大的硬件潛力。我覺得可以用一句話來形容電控的重要性:如果一輛優(yōu)秀的新能源汽車不全來自電控的品質(zhì),那么一輛糟糕的新能源汽車的原罪可能就是因?yàn)殡娍亍?/p>
目前狀態(tài)不好的新能源汽車應(yīng)該包括續(xù)航能力差、最高車速低、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)響應(yīng)慢等問題。,并且這些條件中的任何一個(gè)都必然與電子控制系統(tǒng)有關(guān)。就電池壽命而言,當(dāng)我們把所有問題都?xì)w咎于車輛電池的質(zhì)量和容量時(shí),我們往往忽略了電子控制所發(fā)揮的重要作用。
新能源汽車的電子控制系統(tǒng)將細(xì)分為多個(gè)子系統(tǒng),包括電機(jī)控制單元、電池控制單元、動(dòng)能回收系統(tǒng)和車輛高低壓轉(zhuǎn)換系統(tǒng)等。目前市場上的新能源汽車分為插電式混合動(dòng)力、純電動(dòng)和燃料電池系統(tǒng)。這三種車型在電池和電機(jī)方面是共同的核心技術(shù),而電控系統(tǒng)會(huì)因駕駛模式的不同而有所不同,當(dāng)然其包含的子系統(tǒng)也有所不同。
中央控制器和電控決定了電機(jī)的調(diào)速和轉(zhuǎn)矩控制,也會(huì)控制電池放電率和整車高低壓電轉(zhuǎn)換的效率。既控制能耗又兼顧性能,在保護(hù)電池和電機(jī)安全的同時(shí),滿足高動(dòng)態(tài)車輛響應(yīng)頻率。電子控制系統(tǒng)就像新能源汽車的“老媽子”。它必須處處為車輛著想,當(dāng)然也必須處處負(fù)責(zé)。
上一篇文章我們說了,目前電動(dòng)馬達(dá)和電控系統(tǒng)遠(yuǎn)不如電池被新能源汽車企業(yè)重視,新能源汽車近年來的增速也集中在電池領(lǐng)域。從政策支持的角度來看,強(qiáng)調(diào)車輛的電池密度和容量始終是主基調(diào),但在電機(jī)和電控層面并沒有強(qiáng)制性的技術(shù)要求。
目前國內(nèi)有研究機(jī)構(gòu)給出了一份估算一輛純電動(dòng)汽車成本比的報(bào)告,這也讓我們更直觀的看到了三種電動(dòng)技術(shù)各自的權(quán)重。目前,“三電系統(tǒng)”占純電動(dòng)汽車制造成本的70%,而電池組及其下屬控制系統(tǒng)占整車成本的45%。在剩下的25%的成本中,電機(jī)帶走了很大一部分??梢韵胂箅娮涌刂七€剩下多少,這也說明目前國內(nèi)對電子控制技術(shù)的整體重視不夠。
今年下半年以來,隨著整體新能源汽車市場續(xù)航水平明顯提升,在達(dá)到理想值后,不少車企開始在產(chǎn)品發(fā)布和技術(shù)分享中強(qiáng)調(diào)未來在電機(jī)和電控方面的成本投入。這確實(shí)會(huì)是下一個(gè)新能源汽車技術(shù)的好趨勢,那么我們?nèi)绾慰吹竭@些R&D投資的效果呢?所以我還想說一個(gè)源自電控系統(tǒng)的新能源汽車關(guān)鍵參數(shù):功耗,這很可能成為下一個(gè)取代續(xù)航參數(shù)的重要標(biāo)準(zhǔn)。
電耗的重要價(jià)值●功耗的出現(xiàn)及其現(xiàn)實(shí)意義
前不久,蔚來ES8(查成交價(jià)|參配|優(yōu)惠政策)開始交付后,根據(jù)一些經(jīng)驗(yàn),網(wǎng)上開始發(fā)了很多負(fù)面消息來解決這款車的續(xù)航問題,但是卻很少有聲音來談?wù)撈淅m(xù)航里程和官方標(biāo)準(zhǔn)錯(cuò)誤的根本原因,這也讓我感覺到功耗的重要性仍然沒有被大多數(shù)人感受到,下面我們就來簡單了解一下它的由來。
目前很多電動(dòng)車用戶和預(yù)購者都不知道直接影響續(xù)航的原因。當(dāng)然,電池容量是決定性的,但當(dāng)涉及到放電率、電池內(nèi)阻、車輛能量策略等問題時(shí),電控系統(tǒng)起著重要的協(xié)調(diào)作用。電動(dòng)汽車的能耗在科普文章中被反復(fù)強(qiáng)調(diào)。由于電動(dòng)汽車沒有變速箱,電機(jī)會(huì)隨著車速的增加而增加功率,導(dǎo)致電池放電率更高,從而導(dǎo)致放電速度更快。這也是為什么電動(dòng)車速度越快,耗電量越高,續(xù)航衰減越明顯的原因。
由于能量分配策略的問題,電控系統(tǒng)中多個(gè)管理模塊的協(xié)作能力變得極其重要??刂葡到y(tǒng)要考慮到車輛高速時(shí)的過度放電,也要根據(jù)我們的指令實(shí)時(shí)控制電池功率輸出。最終影響將包括最大車速、瞬時(shí)加速度響應(yīng)、低功率下的功率限制等。同時(shí),在充電等時(shí)候,管理模塊也要放置過充、電池過熱的地方并起到安全保護(hù)的作用。
優(yōu)秀的電控系統(tǒng)不僅同時(shí)兼顧了上述任務(wù),也是提高車輛行駛效率、降低功耗的有效手段。比如根據(jù)電池組數(shù)量,制定更合理、高效、低衰減的放電效率,同時(shí)對車輛驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行定制,提高電機(jī)的功率和扭矩,最終上升為服務(wù)整車的能源策略。未來這也將成為整車企業(yè)在電控方面的主要研發(fā)方向,具體的電池單控也變成了更為復(fù)雜的電池綜合管理,我會(huì)在以后的文章中繼續(xù)分享。
過去,國內(nèi)市場上的大多數(shù)新能源汽車都沒有完善的電控系統(tǒng)。例如,重要電池管理模塊的開發(fā)基本上由電池制造商或電池組裝商承擔(dān)。我目前走訪了國內(nèi)幾家電池管理系統(tǒng)企業(yè),但從他們的角度來看,電池管理系統(tǒng)的安全性是首要的技術(shù)目標(biāo),而如何在具體車輛中實(shí)現(xiàn)更多的技術(shù)價(jià)值,責(zé)任又回到了車企身上。
當(dāng)電池組被車企打包采購時(shí),安全只是新能源汽車控制系統(tǒng)中的必備項(xiàng)目之一,而不是唯一的項(xiàng)目。在很多低端純電動(dòng)汽車中,為了成本,當(dāng)多個(gè)控制系統(tǒng)放在一起放入車內(nèi)時(shí),會(huì)出現(xiàn)很多奇怪的現(xiàn)象:速度差、加速慢、功耗高等。坦白說,很多消費(fèi)者對電動(dòng)車機(jī)械質(zhì)量的看法,幾乎都是這種不匹配造成的。
所以,關(guān)于功耗的意義,我認(rèn)為可以代表一款新能源汽車在電控和能源策略上的技術(shù)高度,也是真正實(shí)現(xiàn)高續(xù)航的最好手段。舉個(gè)不太嚴(yán)謹(jǐn)?shù)睦?同樣一輛續(xù)航400公里的車,A車的電池組容量是80kWh,而B車的電池組容量是60kWh。因?yàn)殡姵亟M的減少,汽車的重量更低,重量更輕,加速更快,甚至最高時(shí)速更高。這個(gè)優(yōu)勢很大程度上是由電池管理系統(tǒng)決定的。
如果把電池組的容量比作燃油車的油箱,那么功耗就可以作為新能源汽車“油耗”的參考。目前,功耗已經(jīng)被美國EPA組織作為重要參考標(biāo)準(zhǔn),通過換算,將燃油車和新能源車放在一起進(jìn)行“能耗對比”。在EPA設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)中,油耗代表MPG,而功耗是MPGe。
美國EPA能耗數(shù)據(jù)的意義與中國工信部在一定程度上是相似的。作為一家環(huán)保能源機(jī)構(gòu),EPA更加關(guān)注汽車在實(shí)際行駛環(huán)境中的油耗表現(xiàn),采用統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)來衡量新能源汽車和燃油汽車,從而反映汽車的能耗表現(xiàn),并使電耗數(shù)據(jù)成為新能源汽車的關(guān)鍵參數(shù)之一。
今年8月份,我在美國體驗(yàn)了特斯拉Model 3(查成交價(jià)|參配|優(yōu)惠政策),一共開了1100公里,持續(xù)記錄車輛行駛過程中的能耗值,通過換算車輛功耗做總結(jié)。雖然這是一個(gè)非嚴(yán)格的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì),但它也顯示了功耗對車輛續(xù)航能力的關(guān)鍵影響。
根據(jù)這個(gè)統(tǒng)計(jì),我完全模擬了每天行駛1100公里的環(huán)境。在30-100公里/小時(shí)的綜合路況下,特斯拉Model 3的平均功耗接近17千瓦時(shí)/100公里。車速持續(xù)提升時(shí),電耗上升幅度變化不明顯,整車電耗處于相對穩(wěn)定狀態(tài)。目前,Model 3配備了80.5千瓦小時(shí)的電池組。功耗越低,電池組的電池壽命優(yōu)勢就越大。
目前國內(nèi)還沒有系統(tǒng)的功耗測試標(biāo)準(zhǔn)和統(tǒng)計(jì)機(jī)構(gòu),但根據(jù)EVAH-100的整車測試估算,國內(nèi)大部分電動(dòng)汽車的綜合功耗很難低于20kw wh/100km,部分車型的平均功耗甚至可能達(dá)到30kw wh/100km以上。因此,當(dāng)這些車輛的續(xù)航能力似乎達(dá)標(biāo)時(shí),目前國內(nèi)的電子控制技術(shù)和整車也在進(jìn)行論證。
總結(jié):依靠采購不是長久之計(jì)。
依賴采購是中國制造業(yè)普遍存在的問題,但汽車不像科技快速消費(fèi)品那樣,過分依賴采購不一定能獲得更好的產(chǎn)品質(zhì)量。目前,世界各地都有成熟的電池和電機(jī)系統(tǒng)供應(yīng)系統(tǒng),但電控是個(gè)例外。或許不是人們不重視,而是供應(yīng)鏈上沒有包裝好的電控解決方案。
電控系統(tǒng)的開發(fā)并不難,短時(shí)間內(nèi)看到成果并不容易。但令人欣慰的是,國內(nèi)一線新能源車企已開始投入電控研發(fā),今年已初見成效,部分旗艦車型可見一斑,性能和功耗表現(xiàn)更佳。然而,入門級(jí)產(chǎn)品的地位并沒有提高。和去年相比,今年確實(shí)可以用同樣的價(jià)格買到續(xù)航能力更高的車型。但是在實(shí)際體驗(yàn)中,除了可以開得比較遠(yuǎn)之外,并沒有什么額外的驚喜。但作為我兩篇文章的核心,續(xù)航只是新能源汽車的一個(gè)屬性,在其他方面,我們還有很長的路要走。
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