目前來看,使用者對電動汽車的滿意度不足,有一個很重要的原因就是里程的不一致性。這裡首當其衝的就是標稱的里程,但實際上開出來有波動,原因在於開關空調和不同季節變化。
電動汽車冬季續航縮短,主要是由於兩個原因造成的:
l 車主和乘員取暖需要的能量(電池的能量轉化為里程,調節溫度需要的能量就佔據了絕對重要的位置):在冬天寒冷的環境中,車輛進化為可以快速制暖的交通工具,在冬季外部有風的環境下人怕冷穿得厚厚的,到了車輛裡面第一反應都是開暖風,把較小的環境變的暖暖的,不過空間雖小但卻需要很多的能量。(燃油車的發動機工作會產生大量的熱,動力總成的熱管理在冬季就把這些發動機產生的熱量,給乘客艙的空調取暖使用,簡直是又快又好;反正發動機也沒辦法把這部分能量轉化為機械效能)相比較而言,電動汽車完全得靠從電池裡面的電能轉化為熱量。
l 另外一個就是在冬季,電池怕冷,在低溫下電池的整個充電和放電的過程受到了很大的影響,低溫下的電池內阻增大、可放電容量減小,都使得低溫下電池能保證的容量下降很多。
目前來看,普遍的車企會在不同的溫度下對續航里程做一些智慧化的標定,比如在不同氣溫條件下可行駛里程在發車之前就會做一些調整,但是在車輛動態過程中的管控,其實是各個車企的能力。在低溫環境下,管理能量效率和智慧化的標定,特別是對於不同工作條件下的損耗就是車企突出的能力。
l 這裡第一個策略,就是儘量根據初始的溫度,還有取暖能量消耗的資料來儘可能把里程預估算準,給消費者一個更準確的續航里程預估,給出錯誤的資訊也會使得消費者前面使用過多的電能,而沒辦法開到目的地。
l 第二個策略就是採用熱管理套件的作用。在冬季取暖的道路上,有幾種辦法:
熱泵:熱泵空調是純電動汽車制熱有效解決方案,是為數不多的可行技術,效能係數比PTC加熱高出2-3倍,它是一種可以將低位熱源的熱能強制轉移到高位熱源的空調裝置,在冬季制熱工況下COP可達2-4。工作原理基於“逆卡諾迴圈”,制熱模式下:1.蒸發器從環境中吸取熱量進入熱泵系統
2.低壓工質被壓縮升溫
3.高溫高壓工質在冷凝器中與艙內空氣換熱
4.加熱後的空氣被送入車廂內
5.高壓工質經膨脹閥成為低溫低壓氣體完成迴圈
當前熱泵空調主要難點是室外換熱器的結霜問題,在環境溫度低於0℃且小於溼空氣露點溫度時,換熱器表面在短時間內就會被霜層覆蓋從而降低冷卻液與空氣間的換熱係數,無法充分利用熱源致使實際COP較低,實際的效果並不是那麼顯著。
輔助取暖:這方面以威馬的例子比較典型,選裝柴油加熱系統,通過一套獨立的取暖系統來輔助車輛。威馬的第一代熱管理(PTC電加熱+柴油加溫電池包),主要是關注的電池。由於分析下來,冬季佔用能量比較多的還是車主的取暖,同時更加符合北方車主需求,第二代新增柴油加溫座艙功能,直接為空調供熱,比常規熱管理提升20%續航,約相當於100公里,解決冬季空調蠶食續航問題,並且空調使用越多,省電效果約明顯。
備註:由於覆蓋範圍增大了,柴油加熱裝置本身的設計考慮也就更大了。這套系統位於車外側後備廂下方位置,上下均有隔層板,隔層板與柴油加熱裝置之間採用了隔音材料,經過了針對性的NVH優化。車輛行駛工作時,柴油加熱裝置所產生的噪音可以完全被風噪和胎噪所覆蓋。
Baseline
改進設計
總電量
53.5kWh
可放電相對總容量
(下區間考慮SOC3-5%)
97%
99%
空調消耗
14.5kWh
1.29kWh
里程消耗
37kWh
51.7kWh
在不同的情況下,可以節約20%左右電量,根據空調取暖來調整
於這套系統,有了額外的能量源,在電池加熱中,也可以充分使用這個輔助的燃料。如下圖所示,我們可以設計為幾個區間:
l -30度-0度:這個階段對於電池來說,能選用的策略並不多,通常的做法是通過PTC加熱冷卻液,如果採用了柴油加熱的方式,在最困難的這一段裡面可以達到一個很好的效果。
l 在0度以上,隨著電池可以被活化比較快,放電或者充電的過程就可以加速電池的升溫以達到最佳的工作點。
在目前的升級過程中,已經達成的共識是通過電池的化學體系提升續航。而這裡核心的要素是平衡電芯化學體系和電芯壽命的。
按照目前的趨勢,威馬也在523NCM電芯基礎上,改為NCM811的電芯,這對於熱管理的要求就提高了。在熱管理的設計上,延續之前的模組底部鋁製水冷板,通過改進熱管理的策略,從冷卻時間、冷卻溫度閾值和溫度控制策略上都做了優化。軟體上面需要調整從溫度軸方面的響應,從壽命的角度來圍繞電池考慮問題調整軟體的設定
所以,整個冬天不能用空調的說辭還是過於誇張了,該用還是可以用的。