要說上半年有什么車圈大事,小米SU7(參數丨圖片) Ultra量產版拿下了“紐北最速量產電動車”圈速紀錄無疑是其中之一。
在此之前,紐北最速量產電動車的保持者是保時捷 Taycan Turbo GT,成績7分07秒55。
而小米SU7 Ultra量產版以7分04秒957的成績,就速通了紐北賽道,刷新了紐北新紀錄。
比起亮眼的圈速成績,這場測試有一個小細節也很有意思。
就是滿電出發的小米SU7 Ultra一圈賽道圈速下來,電量消耗了接近一半,先不說這個厲害的放電功率水平。
小米SU7 Ultra量產版CLTC續航是630km,紐北賽道是20.832km。
粗略算下來在賽道上高速高性能刷圈的小米SU7 Ultra續航達成率相當感人,僅為6%左右…
雖然大家經常吐槽純電車續航不靠譜,但是打了這么大折扣的續航表現還真不是日常生活中能夠復刻的。
所以一個老生常談的話題:為什么純電車高速耗電這么厲害?
其實有很多原因,涉及電機、電池等三電的方方面面。
首先,就像燃油車的發動機一樣,電機也有自己的高效工作區間,而超出這個高效工作區間之后效率就會逐漸下降。
比如電機在高速效率下降原因之一的弱磁問題。
聽起來挺抽象,但其實并不難理解,比如通常純電車上搭載的永磁同步電機,其基礎轉速由永磁體磁場強度決定的。
當電機需要的轉速超過了基礎轉速,那此時永磁體磁場強度決定的基礎轉速就成了桎梏,這時候就要輸入反向電流來削弱永磁體固定磁場,這過程就是弱磁調速。
比如當車速100km/h,電機轉速 12000rpm時,電機仍處于基礎轉速內。
但若是需要更快轉速就需要通入額定的弱磁電流,而額外的弱磁電流本身就會增加能耗,削弱磁場強度又會導致電機電磁轉換效率下降,一來二去電機能耗就上去了。
除了這些直接的效率降低、能量損耗。隨著電機轉速上升,電機本身還會產生鐵損銅損。
通常低速時銅損占主導,高速時鐵損較多。
弱磁控制增加電流就會使銅損增加,高速行駛時隨著電機功率上升,本身繞組電流密度增大產生的高溫會產生銅損,這些反過來直接影響電機驅動效率。
高速狀態下很多能量被電機白白浪費掉了,電池也是一樣的道理。
高速行駛狀態下,電機需要大功率輸出,電池此時也需要大電流放電。
而電壓不變的情況下,根據R = U/I,增大電流的結果就是電池內阻也在升高。
以常規的三元鋰電池為例,通常 1C 倍率放電時,內阻約 0.08Ω,每小時損耗功率 3.2kW;
3C 倍率放電時,內阻增至 0.12Ω,每小時損耗功率會超過20kW。
對于電池本身而言,內阻產生的功率損耗并沒有憑空揮發,而是轉移成了熱量。
所以一方面,大電流放電內阻升高增加能量損耗;
一方面,內阻升高,電池包熱量上升,熱管理系統加大工作量。
當電池溫度從 25℃升至 45℃時,電池包液冷系統功耗會從 0.8kW 增至 2.3kW左右,直接翻了三倍。
而這些都是純電動車在高速行駛狀態下需要額外付出的能量損耗。
其實不單單是電池、電機環節效率下降、能耗增加,高速狀態下剎車頻率很低,能量回收系統也作用有限了。
通常我們城市道路駕駛每公里剎車大概 2-3 次,高速道路每公里剎車卻不足 0.3 次,能量回收的機會就減少了。
此外比較反直覺的是,雖然高速道路速度更快,但城市工況下能量回收的力度其實是大于高速工況,這主要是考慮高速滑行時的舒適性。
比如特斯拉 Model 3 為例,城市工況每百公里可回收 3-5kWh 電能,但高速工況僅能回收 1-2kWh。
本身高速狀態下電機和電池能量損耗就大,再加上動能回收效率低,純電動車高速續航大打折扣也是理所應當了。
車企如何應對的?
不過既然純電動車高速能耗增加、續航表現不佳,車企都是怎么應對呢?
比較直接的就是增加電機轉速,像比亞迪漢L、唐L上搭載的3萬轉電機。
如此高轉的電機卻放在定位較家用的產品上,其實也是因為增加電機轉速雖然有利于性能,但也拉高電機的高效區間,讓高效區間覆蓋更多轉速也就變相增加了整體驅動效率。
此外,高轉速電機還可以通過高轉速低扭矩的方式輸出同等功率,來降低能耗。
因為電機轉矩和電機電流是正相關的,降低扭矩就是減少電流,減少電流就是減少能量損耗。
增加電機轉速看似簡單粗暴,實則對于車企來說也是需要解決很多技術難關,需要對轉子本身、電機軸承、散熱、動平衡等等方面提出非常高的要求。
比亞迪漢L上搭載的那臺3萬轉電機,甚至用了碳纖維復合材料來包裹轉子,這個設計細節和特斯拉Model S Plaid上的電機是一樣的。
恐怕都是為了防止轉速太高,轉子本身在強大離心力的作用下不至于散架了。
除了提升轉速,車企們還有一種方式是提升純電動車高速驅動效率。
比如應用碳化硅功率器件、高度集成的電驅系統、通過實時路口感知對電機工作狀態調節等等。
包括針對永磁同步電機的弱磁問題,還可以通過勵磁電機來解決。
勵磁電機是通過獨立的勵磁繞組產生磁場,磁場可通過調節勵磁電流靈活控制,高速工況下也就不需要“弱磁控制”來增加能耗了。
對于一些豪華高性能產品,除在電機本身上下功夫,還可以通過增加多檔變速箱調節電機工作狀態,除了提升性能,也會降低高速能耗。
比如保時捷Taycan、奔馳CLA上都采用了兩檔變速箱,高速切換大齒比,可以讓電機轉速更低更省電。
大眾印象中,燃油車和純電車工作邏輯似乎是相反的:
油車低速費油,高速省油;電車剛好是城市低速省電,高速耗電。
其實,純電動車高速狀態相比燃油車不到40%的熱效率還是領先的,只是城區低速狀態下能耗優勢更明顯而已。
所以,對于純電動車來說,提升高速續航表現也不只是狠抓驅動效率,能否提升電池能量密度也是重要路徑。
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