我们需要一辆怎样的电动汽车?(下篇)

  • 李波
  • 发表于: 2018/11/14 10:26:56 来源:42号车库

本篇主要针对新造车中的电动智能网联相关功能进行讨论,主要为:智能网联、智能驾驶辅助、三电方案策略等。

三. 三电系统(电池及动力系统)

三电系统为我们通常所说的:电池及管理系统(BMS)、电控、电机。尤其是电池系统,可以说是未来智能汽车的希望。智能电动汽车对用户的驾驶行为习惯,对传统汽车行业都形成了巨大的冲击。(此处可参考建约老师的电动车时代,几乎已不可阻挡)

电动汽车一直以来给人们的印象就是超高的加速性能和极快的动力响应能力。脚下说有就有的感觉,动力性能立马喷薄而出,极大地提高了用户的驾乘操控体验( Tesla 车系基本都在百公里 5 s 左右,甚至 3 s 以内,国内大多电动车也都做到了 7 s 以内,甚至 5 s 以内,电传动没有发动机和机械传动的延迟,可以达到毫秒级动力输出,而且开始的那一刻就可以以最大功率运行,然后再有大功率电机的加持)。

所以乘坐滴滴时和司机师傅们聊天,经常会听到我这车子在红绿灯时超周围的那些保时捷、奔驰宝马,甚至那些跑车都不在话下。

当然我们也要必须看清并严肃对待的一个事实,电池系统是和目前无人驾驶技术一样,是人类面对智能汽车行业时复杂度最高的两项工程,木有之一。

对于电动车我们通常的希望是:高续航、充电贼快、电池安全稳定、充电容易(充电桩我们本次不讨论)。嗯,说的和 Model 3 好像。

我们来翻译一下成工程语言。

高续航。高续航就是电池容量要大,同时又要尽量减轻车重。减轻车重其实就是电池密度要大,这样重量才能低,而不至于变成了拉电池的重量。哈哈,我们后面会说到“充电贼快”和“电池安全稳定”对它的限制,基本上就相当于又想马儿跑,又想马儿不吃草!

我们来初步看一下数据,好对目前的电动车及电池有一个初步的印象(电池密度,续航,价格成本)。


毫无疑问目前全球已量产并且技术集成度最高电池的为 Tesla Model 3 的 21700 电池。

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长续航版本,80.5 kWh 电池量(实际可用 78 kWh,部分锁电,电芯 280 Wh/kg,电池组??Wh/kg,2.2C 充电,电池 Pack 接近 $120/kWh),北美比较均衡的实际工况大概在百公里 15 kWh 左右,续航里程接近 500 km(电池组 478 kg 左右,成本 $9600)。

实际上我们与 Tesla-松下联盟还是很有差距的,这个得认,预计 2020 年我们可以达到此水平,到时也真正是电动车变成和燃油车一样,成为大众化的平民车并大爆发的时节了。

充电贼快。就是充电倍率(符号为 “C” )要高,电池倍率 C 可以形象地理解为水池管道的粗细,管道粗,倍率就大,水池就可以被很快地灌满,相反倍率小,充电就慢。

1C 就是电池的管道大小可以最大支持在 1 个小时内对电池充满电,2C 相应的为半小时。当然这里还有一个放电倍率(通常放电倍率 > 充电倍率),就是需要快速放电释放能量来驱动汽车。电池倍率越大,越易于电池的充放电性能。

当然我们要开始说 but 了,但是电池倍率的提高基本上就意味着电池密度的降低(导电材料多了,储电材料就少了)。

电池性能稳定。电池的稳定性是一个很系统性的工程。

首先可以说目前使用的锂离子电池的组成成分的确不是一种很稳定的东西(电解液有机易燃),所以在其作为动力电池组成的时候,我们就需要加入大量的约束机制。同时为了追求电动汽车的高续航能力和快速充电能力,我们又需要不断地突破电池能量密度和电池充电倍率的能力。

在电池充放电时需要将电能和化学能进行相互间的转换,期间会产生大量的热,这就需要我们能够做足够的散热机制,相应的电池密度肯定会有一定的牺牲。同时由于电池的结构会导致电池被刺破后(穿刺和剧烈变形导致正负极接触)剧烈放热甚至爆炸,所以除了散热的同时,需要做坚固的密封机制将电池与外界隔离,以经受住外力的冲击,也相应的会降低电池 Pack 的整体密度。

说到此,我们需要说几个和大家电动车使用最紧密相关的问题,电池的热管理和温度管理、以及电池的容量管理。

电池的热管理和温度管理。为什么我的电动车冬季续航里程掉了这么多?开电车冬季我都不敢开暖气了!是的,这的确是可能有的状况,特别是在北方。以下进行说明。

像我们一样,电池系统也喜欢 25 度左右。在 25 度左右时电池的活性会较优,相应的电池此时的容量密度也会较高,低于此值时电池活性会随温度逐渐降低,出现的效果是电池能量密度和容量的相应降低(想想你冬天时把手机拿到室外晃悠,电量很快就经不起用,在东北甚至直接没电的情况,是一样一样的),当然此过程基本可逆,毕竟化学物质没有发生大的变化。

同时温度降低,锂离子活性的降低会导致很难充入电,特别是如果此时使用快充速度会很慢。电池需要先将自己加热到合适的温度,等电池活性起来后才可以进行大倍率充电。所以现在的电动汽车特别是卖到北方的电动汽车一定会加装电池加热系统,利用自身电量或充电桩电量为自己加热。

当然也有一些可以尽量降低低温对电池续航影响的方法:比如说冬季车辆尽量停在地下车库里,这样在充电速度和电池续航上会有很好的保证(行驶时还好,电池自身放电也会发热);北方的车辆一定要有电池加热系统。

某国际知名车厂电动车冬季续航衰减情况

某国际知名车厂电动车冬季续航衰减情况

寒冬将至( 11 月了,可不是吗),随着各家造车新势力下半年的逐步交付,这个冬天是检验各造车新势力产品能力的最好时机,当然还有传统车厂的纯电动车。这个冬天谁也不会被遗忘,是电动爹还是电动车,拉出来遛遛就知!

好了来说一下高温。温度高于合适范围附近时,我的理解主要是三点:温度过高电池内部温度不易于管控,会导致局部热失控,然后导致危险;温度过高也会导致电池内部化学物质产生不可逆的分解及其他化学反应,导致电池容量降低;而且人类适宜 25 度左右,和汽车内部环境温度保持一致,便于温度管控。所以对应的电动车也都会有一套电池冷却系统,来帮助在快速充放电(快充,加速,长上坡)和夏季温度过高时冷却电池的温度。

说完这一切你会发现,电池的快速充电和电池稳定性都会极影响电池的密度,从而影响电池容量和续航里程。实际上电池系统也真的就是一门多方平衡及材料技术进步的艺术。

过冲过放。当然此问题你一般不会遇到,因为都被工程师做了限定,但是你的使用习惯和方式却会很大地影响到电池的性能,尤其是电池的循环使用寿命和不可逆的电池衰减情况。

通常而言我们推荐的电池使用区间 SOC(State of Charge 电池电量) 是 30%~80% 之间(可以等价乘于总续航里程;当然这只是一个理论区间,不同的锂离子电池组成会有一定的差异)。

此区间内电池的循环寿命(电池充满电,这些电全部放光的电量为一个使用循环周期)会更高,电池的充电效率也相应高很多,这也是日常大家使用快充和电动车使用的较适宜电量区间。也有很多会采用 20%~90%,甚至更低的电量,比如说 10%,当然也没有问题。

车辆工程师们充分考虑到了你的需求,在生命周期内还是能一定程度上保证你的基本使用,甚至也会锁定一部分最高和最低容量,来远离过充放,从而尽量减弱电池发生不可逆的化学反应。电池每一次的充放电都是电池内部锂离子的化学反应,太多次靠近最高或最低电池容量值(特别是过放)的确会影响到你的电池使用寿命和电池可使用容量可行驶距离,如非必须请经量绕开。

初步模拟的充电时充电电流随充电电压的变化关系

初步模拟的充电时充电电流随充电电压的变化关系

快充还是慢充?如果有条件尽量还是慢充吧。

虽然现在很多厂商都在宣传 30 分钟,40 分钟充到 80%,电池在设计时也的确考虑到了此部分的充电需求,在 80% 前充电速度的确也会快很多。但只能说慢充的确对于延长电池寿命时间会有帮助,快充时( Tesla 超级充电站 120kW,功率相当于家用大型 5 匹空调的 26.7 倍)电池内部的化学反应会迅速很多,而且会剧烈放热,长期使用快充过多会减小电池的循环寿命。

电动车的高速段的续航。使用电动车后,你会发现,在不同工况下功耗差异会变化很大,当然燃油车也是(丰田混动和本田混动除外,这是神一般的存在)。

燃油车在中低速工况比较费油,特别是在堵车走走停停路段,简直要翻倍,高速路段又会很省油。在低速路段,燃油车不断地启停怠速,燃油效率低,还跑不掉,油耗自然高。高速路段,虽然风阻高了很多,但转速起来了,燃油效率高,可以抵消掉这一部分消耗,还可以持续加速,油耗反而下来了。

但是电动车正好相反,电动车由于其电动性,一上来功率就可以最高,效率转化率又高,再加上动能回收,所以低速时耗电并不怎么严重,但是高速时(特别是 120 往后),由于风阻变得大了很多倍,反而不容易加速,而且能耗会高出很多。

这个时候最好的方案是打开巡航,不要频繁地加减速,让动力主要来克服风阻做功,这样基本上就可以将能耗做到很好的控制,续航能力的减弱也不会看起来那么明显。

四. 全车 OTA 支持

行业内经常有一句话,都快 2020 年了,你的车还不能全车 OTA,还好意思叫智能!每当此时我就连连点头。(仅代表有些人的观点,我不对这句话负责)

是的,全车 OTA 其实不是一种对用户使用的功能,或者说不是一种可感知的能力,但是它却很重要,非常重要,甚至可以说是新造车最重要的精髓和底层逻辑之一(我对这句话负责)。

全车 OTA 代表了一种未来的趋势,一种未来的预期,一种未来的无限可能!

全车 OTA 除了可以升级你的车载娱乐系统和仪表系统外,还可以对你的全车其他重要模块进行升级,如辅助驾驶系统、动力系统、制动系统、悬架、车灯、雨刮等等( Tesla 的可升级模块达二三十种)。从此你的车不再是一成不变的了,4S 店买时什么样,用了十年后还是什么样。

加入了全车 OTA 后,这辆车变得活起来了,你今天开的车,和未来几个月开的可能会有很大的差别,总有新的功能,新的服务优化可以不断的推送给你,它会变得越来越好,甚至车的动力性能和驾乘体验都可能发生巨大变化。

就像 Model 3 发布后,Model S 和 X 接收到了一个推送,百公里加速基本上都得到了 1 s 左右的提升,会让你惊呼神经病吗,有这样造车的吗,我的车开了一年,你给我升级了,加速度还提升了 1 s,车越开越好了。还有这种骚操作?对,就有!

相当于传统车开了一年后,给你直接免费换了一个更好的发动机。这在我们以前是无法想象的事情,但在全车 OTA 后就可以。

 感谢小特叔叔的数据(201707),2018 年的今天其实更好了

感谢小特叔叔的数据(201707),2018 年的今天其实更好了

那就放一个更大的招,如下:Tesla Firmware Upgradechangelog from 2012.9~2017.3(感谢微博网友:冷酷的冬瓜和 42 号车库)。

编者按:因分辨率原因,图片略

其实你不会细看的,我也不会(好几百行,跟我一起喊“特斯拉,XX” 就好),但主旨意思就一个Tesla:我们更新了很多服务,我们在不断升级。

Tesla V9 本月升级的 Navigation on Autopilot 了解一下,就是以前汽车只要有车道线时就可以自己行驶(自己保持在车道内,随着车道自动转弯,随着前车或限速自动加减速),现在这版,汽车可以自动转向了(当然有点小限制,需要你先打一下转向灯,后面版本优化后,会去除用户确认),嗯,去 Tesla 销售店看一下吧,试驾免费。

在此我觉得我要回复一下 38 号(很厉害的车评人),我们不得不说 38 号是一个很专业的车评人,特别是在车辆的动力性能,舒适性,NVH(噪声处理)等方面。

但是 38 号还是没有完全注意到的一个问题(特别是对于蔚来汽车方面),车辆的网联化和智能化,的确是开创了一个新的汽车时代。整车厂和用户的关系发生了彻底的变化,从以前一个硬得不能再硬的造车厂,变成了和用户成彻底的服务关系,从制造变成了服务。

车厂得自己每天来面对用户,听取用户的心声,所有最新最好的服务,再也不能藏着掖着给下一年的改款了(是的,老车主的心声是“我们也要要,我不管”),有问题也可以及时地通过网络对所有用户进行推送升级,其实也方便了车厂自己,少了那么多款式,那么多配置的维护,我给你的就是最好的。车厂的心态也会从底层发生彻底改变是的,we are friends!

在此也稍稍为蔚来叫一下委屈,不过有些地方的确没有做好,蔚来高估了目前阶段国内用户对于还不是很完善产品的忍耐程度。

通过不断的 OTA 来升级产品设计的思路没错,但前提是你的基础得不错,而且更重要的是前面有一个很完善的 Tesla 在哪里,所有人都会去对比参照,而且加上铺天盖地的市场宣传又人为地拉高了用户的预期,大家都以为你应该是一个 Tesla 的水平,有些地方没有做好就要认。

我们也看到了最近蔚来在不断快速推出升级优化的态度,也希望蔚来越来越好。在此我不得不说整个电动车行业是应该要感谢蔚来的,蔚来在这个阶段相当于为整个行业做了布道(虽然没有做得很好),但带来了中国的新势力电动汽车,更激励后面的人可以更好地规避前期蔚来所犯过的一些错误。

中国的智能电动车行业肯定会越来越好,因为有这么多对电动车充满热情和不懈追求的我们。Tesla 就在那里,我们能行!

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