“電動汽車冬季趴窩,車主瑟瑟發抖”,電動汽車發展這麼多年,續航裡程依然是用戶頭号問題。如何提高續航裡程,怎麼開才省電,汽車人參考進行系統的解讀。
與燃油汽車相比,電動汽車主要在儲能系統、空調系統、制動系統有了變化。
第一,儲能系統,油箱變電池。
電池的放電特性受環境溫度的影響,特别是在低溫環境中,電池内部的化學反應産生的電流的速度比升溫條件下慢很多,放電性能衰減明顯。
以锂離子電池為例,随着溫度的降低,其電解液電導率降低,電極材料活性降低,導緻低溫情況下歐姆極化、濃差極化、電化學極化增大。
表現為動力電池的放電曲線上,放電容量和放電平台電壓都大幅降低。
這與燃油汽車完全不同的特性,反映到用戶端,往往是用戶對電動汽車儀表顯示的剩餘裡程沒有信心,特别是在冬天産生續航的焦慮。
第二,空調系統,暖風的變化。
傳統燃油汽車需要制熱時,會利用發動機餘熱,加熱冷卻液,通過暖風機等部件,将冷卻液的熱量,送至乘員艙。當需要制冷時,以發動機皮帶帶動壓縮機,制冷劑經膨脹閥節流,在蒸發器中氣化而吸收乘員艙熱量,進而通過鼓風機達到制冷效果。
電動汽車無法像燃油車那樣利用自身産生的熱量,來為車内乘員提供暖風,因此,需要引入溫度可控且能維持恒溫的制熱的熱源,最常用的是PTC電加熱器,PTC需要耗費電池的電量,從而影響續航裡程。
電動汽車制冷方式與燃油汽車大體保持一緻,不過電動汽車壓縮機的動力同樣來源于電池,也會導緻續航裡程的降低。
第三,制動系統,能量回收。
電動汽車的電機可以在刹車時工作在回饋模式,将車輪旋轉的動能轉換成新生的電能,回饋至電池。
與此同時,電機在驅動軸上産生與車輪旋轉方向相反的機械轉距,也可以幫助電動汽車實現刹車。
而傳統燃油汽車僅能從摩擦系統獲得制動轉矩,刹車過程中被耗散的能量,占到了總能量的75%。
因此,能量回收是電動汽車的标配,在起停頻繁的城區工況下,續航裡程可以延長20%左右。
汽車在驅動過程中,驅動力需要克服滾動阻力、空氣阻力、坡度阻力和加速阻力。
對于電動汽車,在驅動過程中,其内部能量的流動,電池的電能會經曆電池的放電損耗、電機的能量轉換損耗以及減速器的能量轉換損耗;在刹車過程中,能量回收也會經曆相似損耗。
從以上分析可以看到,提高電動汽車續航能力,可以從開源和節流兩方面入手。
第一,降低行駛阻力,減少用電附件的能耗。
降低行駛阻力,滾動阻力與汽車重量成正比,空氣阻力與汽車的迎風面積、空氣阻力系數以及車速相關,而坡道阻力與道路坡度及汽車重量相關,加速阻力與加速度和汽車重量相關。
因此,汽車的重量是核心,車越重,行駛阻力越大。
鋁合金和高強度鋼是車身輕量化材料的首選,在電動汽車重要系統上,采用塑料部件,通過結構優化減少零件數量也是主要方式之一。
空調是汽車上最大的用電部件,PTC電加熱器最好的替代者是熱泵空調,把熱從一個地方泵到另一個地方,采用電磁閥實現蒸發器和冷凝器功能的相互切換,既可制熱又可制暖,熱泵的制熱能效遠高于PTC加熱,能大幅提升冬天電動汽車續航裡程。
第二,提升動力系統能量轉換效率,增加電池的容量。
增加電池容量,可以通過提高電池能量密度和增加電池數量來實現,但單純地增加電池數量又會增加車重。
因此在保證安全的前提下,盡可能提高電池的能量密度,目前來看,固态電池或許是終極發展方向。
第一,盡量減少急加速。
電池的放電效率随加速度增加而降低,加速度增加需要放電電流增加,導緻電池的内阻升高,進而導緻放電效率降低。
電機的效率随加速度增加先增加,之後會逐步降低;而驅動車輪能耗随加速度增加基本保持穩定,總體而言,電池能量消耗會随加速度增加而增加。
第二,避免高車速。
行駛阻力主要與風阻有關,随空氣阻力的增加而顯著增大,而電力驅動系統效率(電池 電機)随着車速增加而增加随後會降低。
總體表現為電池能量消耗随車速先降低後增加,因此,高車速行駛會影響續航裡程。
第三,優先采用滑行回收。
相比于直接踩下刹車踏闆,采用擡起加速踏闆的滑行回收方式,避免了摩擦制動中動能損耗,會更加省電。
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