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電動車冬天低溫續航里程打折問題,究其原因首先是電芯效能在低溫時下降,同時制熱比製冷能耗更大,還有動力系統效率的降低,制動能量回饋功能基本喪失,還有里程預估精度下降,很容易讓人陷入里程焦慮,這就需要提高電動車的節能水平。

利器1:首次使用CO2熱泵系統

為了提高駕駛舒適感,空調早就成為汽車的標配。燃油車依靠發動機多餘的熱量供熱,對續航的影響基本忽略不計。而純電動汽車的空調需要電池包供電,開空調會增加電耗,導致續航里程降低。尤其是冬季的需求更高,給續航帶來很大的挑戰。

ID.4是大眾耗時五年多研發的MEB純電動平臺引入中國並實現國產化的首款SUV車型,在20-25萬元的合資電動SUV細分市場價效比競爭力比較強。從NEDC續航里程看,入門車型續航約為400km,其他版本都超過500km,最高在550km以上。

電池熱管理系統效能最佳化,包括PTC加熱器、熱泵空調、電機激勵加熱等。在大眾ID.4身上,配備了一個對電動車來說非常實用的選裝包——CO2熱泵,採用二氧化碳熱泵系統在冬天可以有效提高冬季續航里程,這是一個解決電動車環境適應性問題的重要技術方向。

目前市面在售的電動車主要以PTC空調為主,採用電阻通電加熱方式制熱,消耗1kWh電能可產生1kWh熱量,實際傳導熱量小於1kWh,PTC額定功率在2kW以上,最高達到5-6kW。以主流緊湊級轎車為例,平均1度電里程8.04km/kWh,也就是說開一小時PTC空調,至少消耗16km續航里程,直接導致了電動車主在冬季“不敢開空調”,體驗很不好。

在這種情況下,熱泵空調應運而生,它的工作方式說白了就是“我們不生產熱,我們只是熱量的搬運工”,透過介質狀態的轉換,消耗一定電量將車外的熱量搬運到車內採暖。熱泵空調消耗1kW的電量可搬運2-3kW的熱量。因此,使用熱泵制熱的能量轉換效率比PTC加熱方式更高,節約的電能可以驅動車輛行駛,減少冬季工況對續航里程的不利影響。

基於全球環保需要,各國逐步禁用R134a作為汽車空調製冷劑,歐盟早在2017年就已經禁用,我們國家預計到2024年也將禁用,而主要的替代製冷劑是R1234yf和CO2(型號為R744)。

CO2在標準大氣壓下的沸點比R134a和R1234yf更低,因此在寒冷天氣下制熱效率更高,相比R134a和R1234yf,以CO2作為製冷劑最為環保,同時完全無毒,且後續使用無需回收,此外還有許多其它優點:比如無色、不可燃、無腐蝕作用,二氧化碳在自然界大量存在,成本低廉,分子量小,單位質量製冷量大,壓縮機尺寸小等等。

大眾汽車根據歐洲e-Golf和Golf GTE的售後調研發現,使用者對夏季及冬季開啟空調後續航里程的差異比較敏感,冬季開空調後耗電量劇增。大眾MEB平臺就選擇了CO2作為空調製冷劑,大眾ID.4的新一代CO2熱泵空調在低溫環境下具有更好的熱力效能。

傳統的製冷劑R-134a熱泵只能在-5℃以上環境中制熱,改進後的R1234yf熱泵工作溫度可以降低至-15℃,但制熱效能下降,而CO2熱泵在-20℃環境下依舊保持良好的制熱效果,可省掉PTC制熱,進而增加續航里程。有測試表明,在-7攝氏度時,CO2熱泵系統相較於PTC制熱可提升28%,也就是增加約63km的續航里程。

以歐洲WLTP工況來比較,如果一臺電動車的標準續航里程是402km,在環境溫度0℃時,PTC空調供暖的續航里程是260km;採用常規R1234yf製冷劑的熱泵空調供暖,續航里程可以提升17%,達到305km;而採用R744製冷劑的CO2熱泵空調,續航里程可以在此基礎上再提升16km,達到321km。可以看出,R744熱泵空調對續航里程的影響明顯小於其他兩類空調系統。

那麼,ID.4的熱泵空調是怎麼運作的呢?

R744空調裝置由蒸發器、蒸發器迴流管(低壓)、蒸發器進流管(低壓)、加熱氣體冷卻器迴流管(高壓)、加熱氣體冷卻器進流管(高壓)、R744加熱氣體冷卻器以及高電壓加熱器(PTC)ZX17共同組成。

在低溫情況下,如果需要快速提升車內溫度,選裝R744空調熱泵系統和PTC加熱器將共同工作,PTC加熱裝置會隨車內溫度的提升逐漸降低加熱功率,最終由熱泵系統完全接手。

R744熱泵具備8個電磁閥裝置,由5個截止閥(ASV)和3個膨脹閥(EXV)構成。透過8個電磁閥不同的組合工作方式,可以實現4種製冷模式和3種加熱模式場景的切換,製冷劑可以改變流動路徑,依靠佈置在空調管路上的4組閥體的開啟或關閉,滿足使用者的不同要求。

製冷及冷卻執行包括:車內單獨製冷、車內製冷及電池冷卻、電池單獨冷卻及車內再加熱或者除溼;

車內加熱升溫執行包括:單獨透過空氣熱泵升溫,透過空氣及冷卻液熱泵升溫,以及單獨透過冷卻液熱泵升溫。

R744空調裝置預裝兩套濾芯,外部空氣經過一級普通濾芯過濾後,再經過二級活性炭濾芯過濾。因此日常用車時,活性炭濾芯的更換頻率較低,能給車主省去不少錢。另外,活性炭濾芯還可更換為過敏原濾芯。

熱泵空調技術仍在快速進步中,在先天低功耗的優勢基礎上,制熱速度也在逐步提升。大眾ID.4是目前首款帶CO2熱泵空調的量產純電SUV,相信會帶動更多車企轉向熱泵技術,更好的解決低溫續航縮水問題。

利器2:全新制動系統,重新發明鼓式後剎

ID系列車型改變了玩法,既保留了大眾汽車的傳統,又展現出創新的一面。ID.4採用的前盤後鼓配置,也能讓電動助力系統“省點電”,從而增加續航。

我們在培訓學員現場看到的是一臺一汽-大眾ID.4 CROZZ高效能PRIME四驅版,制動由電機能量再生制動和機械制動器共同實現,前輪採用18寸盤式制動器,後輪採用全新設計的11寸鼓式制動器,並帶有電子駐車制動器的駐車電機。

鼓式制動器採用半密封的封裝形式,耐腐蝕效能更好,傳統盤式制動器的剩餘制動力矩為4Nm/車橋,而ID.4的鼓式剎車器裝備彈簧復位裝置,可以將剩餘制動力矩降到0Nm/車橋,說白了就是能減少對續航里程的不利影響,大約從3.3km到大約13.2km。

相比傳統盤式制動摩擦片7.5萬公里的使用壽命,鼓式剎車摩擦片的壽命約為15萬公里或更長,這樣更換成本更低,讓電動車維保成本低的特性發揮的淋漓盡致。

此外,ID.4車型的左右兩個電子駐車制動器(EPB)分別由ESC和eBKV兩套系統控制,供應商是德國大陸,這種冗餘設計理念能夠有效保證系統的可靠性,提供穩定安全的駐車功能。

內行看門道,外行看熱鬧。德國大陸集團方面表示,從純電動與燃油車的區別讓鼓剎的優勢變得更明顯,劣勢也被削弱。

大眾ID.4不是採用全新設計後輪鼓剎方案的唯一一臺車,全球MEB平臺的所有車型都會使用這套裝置,國內國外一直同仁,就連奧迪的電動車型也會用,所以這邊建議不要用舊思維去揣摩。

百度營銷釋出了《百度營銷新能源汽車行業洞察報告》顯示,越來越多的使用者現在更注重“用起來省心”,續航能力、電池安全、充電便捷、使用者成本及售後服務仍是最受關注的焦點問題。

透過像大眾汽車這樣的車企的用心研發,電動汽車正在以肉眼可見的速度追趕燃油車,透過電池熱管理系統的效能最佳化,車主們在冬天隨便開空調的願望也在慢慢實現。

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