馬點(diǎn)秋
2019年12月11日,美國(guó)加州的一處特斯拉充電站
2021年初,北半球的寒冬催生了“純電車(chē)主的‘遮羞布慘被掀開(kāi)”之類(lèi)的新聞。低溫真的是新能源汽車(chē)邁不過(guò)去的一道坎嗎?一切的一切,都要從電池—這一自1799年誕生至今已有200余年的技術(shù)說(shuō)起。
如今市場(chǎng)上續(xù)航里程比較出色的純電車(chē)輛,其電池模組的能量密度大概在150Wh/kg,而汽油的這一參數(shù)達(dá)到了1.2萬(wàn)Wh/kg左右。雖然內(nèi)燃機(jī)的效率僅有20%左右,但汽油的“等效能量密度”也達(dá)到了2400Wh/kg,是電池的16倍。
如此之大的差距是怎樣產(chǎn)生的?要知道,新能源車(chē)型與傳統(tǒng)燃油車(chē)型的動(dòng)力核心—電機(jī)與內(nèi)燃機(jī),其對(duì)能量的利用存在一個(gè)本質(zhì)區(qū)別,即電機(jī)利用的是電流流過(guò)線(xiàn)圈時(shí)產(chǎn)生的磁場(chǎng)力驅(qū)動(dòng),而內(nèi)燃機(jī)利用的是燃料被點(diǎn)燃時(shí)空氣膨脹產(chǎn)生的推進(jìn)力。雖然內(nèi)燃機(jī)也需要達(dá)到一定溫度,使得機(jī)油順滑后,才能更高效地運(yùn)行,但低溫對(duì)電池造成的影響顯然要大得多。
2020年6月3日,福建寧德,寧德時(shí)代總部大樓展示的新能源車(chē)電池
近年來(lái)純電汽車(chē)能量密度與續(xù)航里程的提升,基本都是在電池包的封裝結(jié)構(gòu)上下功夫。如寧德時(shí)代主導(dǎo)的CTP技術(shù),比亞迪刀片電池采用的GCTP技術(shù),國(guó)軒高科采用的JTM集成技術(shù),與未來(lái)高度集成化、有望實(shí)現(xiàn)350Wh/kg以上能量密度的底盤(pán)電池CTC技術(shù),均力圖通過(guò)結(jié)構(gòu)優(yōu)化給電池系統(tǒng)“減負(fù)”。
純電動(dòng)車(chē)的續(xù)航不盡人意,其所要面臨的現(xiàn)實(shí)問(wèn)題除去低溫,還有高速工況所帶來(lái)的里程衰減。
如果純電車(chē)車(chē)主之前開(kāi)過(guò)汽油車(chē)的話(huà),大概會(huì)有這樣一個(gè)疑惑:純電車(chē)輛在高速工況下的能耗表現(xiàn),和汽油車(chē)是截然相反的。純電車(chē)輛的能耗會(huì)越來(lái)越高,而汽油車(chē)輛的油耗會(huì)越來(lái)越低。
在現(xiàn)在的技術(shù)條件下,高速工況純電車(chē)輛的里程衰減在30%左右。會(huì)產(chǎn)生這樣的差異,與純電車(chē)輛本身關(guān)系不大,而是因?yàn)閮?nèi)燃機(jī)這一“天賦型選手”的實(shí)力,在高速工況這一條件下才得以完全釋放。
內(nèi)燃機(jī)經(jīng)典的沖程式驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu),決定了其天生就喜歡長(zhǎng)時(shí)穩(wěn)定的工作情況。80km/h~130km/h是家用汽車(chē)內(nèi)燃機(jī)的最經(jīng)濟(jì)行駛速度區(qū)間。高速穩(wěn)定的工況,加上汽油的高儲(chǔ)能特性帶來(lái)的巨大優(yōu)勢(shì),使得速度提升所帶來(lái)的空氣阻力影響變得微乎其微,反而城市通勤中常見(jiàn)的低速、怠速與急停啟動(dòng)等情況,使得喜歡穩(wěn)定的內(nèi)燃機(jī)苦不堪言。
而電動(dòng)車(chē)這邊的動(dòng)力機(jī)構(gòu)—電機(jī),則對(duì)低速、急停沒(méi)什么感覺(jué),不僅響應(yīng)速度比內(nèi)燃機(jī)快得多,還具備了動(dòng)能回收結(jié)構(gòu)。如此種種,讓電動(dòng)車(chē)在城市工況下和汽油車(chē)?yán)m(xù)航表現(xiàn)相近。
而一旦到了高速上,便是真正開(kāi)始比拼“內(nèi)力”的時(shí)候。電動(dòng)車(chē)的這些“花拳繡腿”便統(tǒng)統(tǒng)失去了效果,還要額外花出一部分能量去抵抗空氣阻力,自然在續(xù)航里程的比拼中敗下陣來(lái)。
而且純電車(chē)輛的極速,除去獨(dú)樹(shù)一幟的特斯拉能跑到260km/h,其他品牌普遍都在200km/h以下。速度超過(guò)100km/h后,相比汽油車(chē),其動(dòng)力輸出明顯疲軟,給人最直觀(guān)的感受就是,高速上開(kāi)車(chē)時(shí)超車(chē)需要的時(shí)間比較長(zhǎng),存在安全隱患。
同時(shí),困擾純電車(chē)車(chē)主的問(wèn)題還有車(chē)輛充電。雖然國(guó)家電網(wǎng)近期在積極入局充電樁行業(yè),各大車(chē)企也均隨車(chē)附贈(zèng)一定的免費(fèi)充電額度與私家充電樁,但公共充電樁故障率高、收費(fèi)較貴,以及私家充電樁建設(shè)時(shí)與小區(qū)物業(yè)的糾紛等等,都讓消費(fèi)者在選購(gòu)純電車(chē)輛時(shí)多了一絲顧慮。
近年來(lái)純電汽車(chē)能量密度與續(xù)航里程的提升,基本都是在電池包的封裝結(jié)構(gòu)上下功夫。 ╱
根據(jù)國(guó)內(nèi)某項(xiàng)電動(dòng)汽車(chē)充電樁產(chǎn)品的相關(guān)調(diào)查結(jié)果,70%的樣品存在安全隱患,主要問(wèn)題包括該接地的不接地、故障時(shí)沒(méi)有警示等。而純電車(chē)主在外尋找公共充電樁時(shí),也經(jīng)常會(huì)遇到樁位被占用、電樁斷網(wǎng)、缺電等問(wèn)題。這使得配備充電樁的私家車(chē)庫(kù),幾乎成為了純電車(chē)主的必選項(xiàng)。
低溫是純電動(dòng)車(chē)不可忽視的問(wèn)題。圖為2021年2月15日,希臘雅典,被積雪覆蓋的車(chē)輛
然而,許多小區(qū)物業(yè)考慮到純電車(chē)輛在充電時(shí)容易起火的安全隱患,以及老舊小區(qū)地下車(chē)庫(kù)的電纜需要重新布線(xiàn)、功率不足等,并不一定會(huì)同意業(yè)主安裝充電樁的請(qǐng)求。
另外,考慮到鋰離子電池的技術(shù)特性,電車(chē)電量高于80%時(shí),只能采取低速涓流充電;而電量低于20%時(shí),車(chē)輛又給人一種“隨時(shí)可能趴窩”的焦慮感。在比較寒冷的冬季,由于電壓較低,電池甚至?xí)霈F(xiàn)電量從15%直接跳到0%的現(xiàn)象。
這使得電車(chē)比較完美的電量使用區(qū)間僅為20%~80%。如果再考慮到冬季和高速上的續(xù)航衰減,純電車(chē)輛要想完全取代汽油車(chē)當(dāng)下的地位,在現(xiàn)今的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)下,光是續(xù)航里程就要提升到3000公里左右。
純電車(chē)輛在高速工況下的能耗表現(xiàn),和汽油車(chē)是截然相反的。 ╱
雖然有部分車(chē)企可以做到全自動(dòng)換電,將純電車(chē)輛的加電過(guò)程變得與汽油車(chē)輛加油類(lèi)似,但技術(shù)實(shí)現(xiàn)的高門(mén)檻與高成本,使換電站的大規(guī)模建設(shè)與技術(shù)推廣變得非常困難。
作為普通消費(fèi)者,如要體驗(yàn)電動(dòng)車(chē)的優(yōu)點(diǎn),插電混動(dòng)車(chē)輛才是現(xiàn)在比較合理的選擇。插電混動(dòng),可謂是把電機(jī)和內(nèi)燃機(jī)的優(yōu)點(diǎn)完美融合:起步時(shí)利用電機(jī)的大扭矩;減速時(shí)具備動(dòng)能回收系統(tǒng);高速時(shí)內(nèi)燃機(jī)可以穩(wěn)定輸出動(dòng)力;短途跨城出行時(shí),可以只用電池驅(qū)動(dòng)做到零油耗。
在很多人眼里,插電混動(dòng)像“縫合怪”一樣不三不四,但它卻是現(xiàn)有技術(shù)條件下的最優(yōu)解。還有比較獨(dú)特的增程式混動(dòng)技術(shù),使用電機(jī)驅(qū)動(dòng),并配備一個(gè)以汽油作為燃料的增程器,驅(qū)動(dòng)高效發(fā)電機(jī)給電池充電或直接驅(qū)動(dòng)電機(jī)。這樣的方式,也能使內(nèi)燃機(jī)獲得穩(wěn)定工況帶來(lái)的高效優(yōu)勢(shì)。
總的來(lái)說(shuō),近年來(lái)新能源車(chē)輛的發(fā)展,給燃油車(chē)型帶來(lái)了很大壓力。得益于純電車(chē)輛的較低出行和維護(hù)成本,現(xiàn)在城市里的公交車(chē)和出租車(chē)也幾乎都換成了純電驅(qū)動(dòng)。長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看,純電車(chē)輛也終究會(huì)取代內(nèi)燃機(jī)車(chē)型。但內(nèi)燃機(jī)誕生至今已有數(shù)百年,結(jié)構(gòu)上已相當(dāng)完美,新能源要實(shí)現(xiàn)全面的“彎道超車(chē)”,還有很長(zhǎng)的路要走。