仔细研究一下电动汽车的规格,就会发现汽车能效的里程/千瓦时(MpkWh)数字,通常平均在3.0到4.0之间。
毫无疑问,效率是重要的,无论是对工程师来说,他们把效率作为成就的标准,还是对司机来说,对他们来说,效率是了解电池续航里程的关键。
电动汽车制造商的下一场重大能效竞赛是第一个达到5.0mpkWh。这个数字很重要,因为对于一个典型的50kWh电池组来说,4.0mpkWh和5.0mpkWh之间的差异是50英里以上的距离。所以有一个奖品等着你去赢得。
用不了多久,第一批5.0mpkWh的汽车就会上路。事实上,今年7月,总部位于美国的Lucid声称其Air Pure轿车是第一款,而即将推出的梅赛德斯CLA原型车的行驶里程为5.2英里/千瓦时。
这看起来似乎是一个相对较小的渐进改进,但要实现这一点需要付出很大努力,从低阻力轮胎到使用不同类型的刹车灯。在这里,我们来进一步看看。
减少空气动力阻力将是寻找5.0mpkWh的首要任务。根据华威大学提供的数据,电池47%的能量是在每小时70英里的速度下克服风阻的。
在实践中,这意味着开发预算转向风洞和SIMS,设计师减少正面面积并磨练细节以降低阻力系数(CD)。
例如,现代优先考虑Ioniq 6的低阻力,并实现了0.21CD。
根据华威大学的大卫·格林伍德教授的说法,下一阶段的成本将是昂贵的,但值得一试:“即使是CDA[CD和前额面积]的小幅降低也会对高速时的航程产生重大影响,因为阻力功率与速度立方体成正比。”
就在能源效率提高的第一线,暖通空调对电池的消耗排在第二位。“你真的需要关心电动汽车使用的每一瓦特,所以寄生损耗必须最小化,”格林伍德说。
在巡航速度下,暖通空调占电池输出的19%,但在极端炎热或寒冷的情况下,这一比例可能达到30%。优先考虑座椅和方向盘的加热,而不是全舱条件下的加热,这将有助于实现5.0mpkWh的目标。
但真正的突破将是广泛安装热泵,以取代传统的空调设备。它们运行大约需要1千瓦,是传统空调系统的三分之一,可以从发动机等部件中收集废热。
例如,特斯拉和沃尔沃将热泵作为一些车型的标准配置,但它们是昂贵的部件。例如,北极星对包括热泵在内的气候包收取900 GB的费用。但随着产量的增加,成本将会下降。
重量会导致轮胎和刹车损失,特别是在城市驾驶期间,但总的来说,它对电动汽车能耗的影响小于内燃机汽车,因为能量是在刹车再生过程中获得的。
格林伍德说,设计师预计高速公路驾驶每节省100公斤能源就会减少2%,而在刹车和再生更常见的城市驾驶中,每节省100公斤能源的贡献更多的是5%。
在高速公路上行驶时,轮胎摩擦和刹车片与垫片之间的阻力消耗了大约12%的电池电量。但在城市速度下,轮胎和刹车取代空气动力成为最大的损失,最高可达50%。
因此,低滚动阻力轮胎(如米其林Pilot运动型电动汽车)是必不可少的。制动阻力是通过主动管理垫片和圆盘之间的间隙来解决的。
格林伍德说:“我们讨论的是减少前大灯、挡风玻璃雨刷、鼓风机、指示灯和刹车灯的能耗。”
例如,在刹车灯上改用LED灯泡可以节省1%的效率,特别是在断断续续的交通中。
马勒动力总成研究主管乔恩·霍尔强调,达到5.0mpkWh将取决于一系列边际收益。
“这一切都是为了减少寄生损失,蚕食大量的效率改进和边际收益,”他说。
但马勒警告说,现实世界的效率可能与WLTP测试中的数字有很大不同。例如,空调系统在测试中被关闭。
与直觉相反的是,主要电气部件的进步不会带来整体效率的显著提高。这些电子系统的效率已经很高(电机的最高效率为95%),在一次驾驶循环中的效率约为80%。
格林伍德说:“汽车制造商正在花钱,希望在电气系统上获得0.5%的利润,但总体来说,这只是一个很小的贡献。
从长远来看,也许是几十年后,霍尔认为固态电池将提高效率,因为它们的工作温度更低。
马勒说,引入人工智能自动驾驶应该考虑到效率,因为这些强大的计算系统可以绘制高达5kW的电力,与暖通空调系统大致相同,实际上减缓了朝着5.0mpkWh的进度。
格林伍德总结道:“要达到5.0,没有什么灵丹妙药。我们将需要所有这些东西在一起。
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