续航焦虑之下,如何选购新能源车?

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2019年12月11日,美国加州的一处特斯拉充电站

  2021年初,北半球的寒冬催生了“纯电车主的‘遮羞布’惨被掀开”之类的新闻。低温真的是新能源汽车迈不过去的一道坎吗?一切的一切,都要从电池—这一自1799年诞生至今已有200余年的技术说起。
  如今市场上续航里程比较出色的纯电车辆,其电池模组的能量密度大概在150Wh/kg,而汽油的这一参数达到了1.2万Wh/kg左右。虽然内燃机的效率仅有20%左右,但汽油的“等效能量密度”也达到了2400Wh/kg,是电池的16倍。
  如此之大的差距是怎样产生的?要知道,新能源车型与传统燃油车型的动力核心—电机与内燃机,其对能量的利用存在一个本质区别,即电机利用的是电流流过线圈时产生的磁场力驱动,而内燃机利用的是燃料被点燃时空气膨胀产生的推进力。虽然内燃机也需要达到一定温度,使得机油顺滑后,才能更高效地运行,但低温对电池造成的影响显然要大得多。
2020年6月3日,福建宁德,宁德时代总部大楼展示的新能源车电池

  近年来纯电汽车能量密度与续航里程的提升,基本都是在电池包的封装结构上下功夫。如宁德时代主导的CTP技术,比亚迪刀片电池采用的GCTP技术,国轩高科采用的JTM集成技术,与未来高度集成化、有望实现350Wh/kg以上能量密度的底盘电池CTC技术,均力图通过结构优化给电池系统“减负”。

高速动力输出更疲软


  纯电动车的续航不尽人意,其所要面临的现实问题除去低温,还有高速工况所带来的里程衰减。
  如果纯电车车主之前开过汽油车的话,大概会有这样一个疑惑:纯电车辆在高速工况下的能耗表现,和汽油车是截然相反的。纯电车辆的能耗会越来越高,而汽油车辆的油耗会越来越低。
  在现在的技术条件下,高速工况纯电车辆的里程衰减在30%左右。会产生这样的差异,与纯电车辆本身关系不大,而是因为内燃机这一“天赋型选手”的实力,在高速工况这一条件下才得以完全释放。
  内燃机经典的冲程式驱动机构,决定了其天生就喜欢长时稳定的工作情况。80km/h~130km/h是家用汽车内燃机的最经济行驶速度区间。高速稳定的工况,加上汽油的高储能特性带来的巨大优势,使得速度提升所带来的空气阻力影响变得微乎其微,反而城市通勤中常见的低速、怠速与急停启动等情况,使得喜欢稳定的内燃机苦不堪言。
  而电动车这边的动力机构—电机,则对低速、急停没什么感觉,不仅响应速度比内燃机快得多,还具备了动能回收结构。如此种种,让电动车在城市工况下和汽油车续航表现相近。
  而一旦到了高速上,便是真正开始比拼“内力”的时候。电动车的这些“花拳绣腿”便统统失去了效果,还要额外花出一部分能量去抵抗空气阻力,自然在续航里程的比拼中败下阵来。
  而且纯电车辆的极速,除去独树一帜的特斯拉能跑到260km/h,其他品牌普遍都在200km/h以下。速度超过100km/h后,相比汽油车,其动力输出明显疲软,给人最直观的感受就是,高速上开车时超车需要的时间比较长,存在安全隐患。

续航焦虑冬季尤甚


  同时,困扰纯电车车主的问题还有车辆充电。虽然国家电网近期在积极入局充电桩行业,各大车企也均随车附赠一定的免费充电额度与私家充电桩,但公共充电桩故障率高、收费较贵,以及私家充电桩建设时与小区物业的纠纷等等,都让消费者在选购纯电车辆时多了一丝顾虑。
  近年来纯电汽车能量密度与续航里程的提升,基本都是在电池包的封装结构上下功夫。 ╱
  根据国内某项电动汽车充电桩产品的相关调查结果,70%的样品存在安全隐患,主要问题包括该接地的不接地、故障时没有警示等。而纯电车主在外寻找公共充电桩时,也经常会遇到桩位被占用、电桩断网、缺电等问题。这使得配备充电桩的私家车库,几乎成为了纯电车主的必选项。
低温是纯电动车不可忽视的问题。图为2021年2月15日,希腊雅典,被积雪覆盖的车辆

  然而,许多小区物业考虑到纯电车辆在充电时容易起火的安全隐患,以及老旧小区地下车库的电缆需要重新布线、功率不足等,并不一定会同意业主安装充电桩的请求。
  另外,考虑到锂离子电池的技术特性,电车电量高于80%时,只能采取低速涓流充电;而電量低于20%时,车辆又给人一种“随时可能趴窝”的焦虑感。在比较寒冷的冬季,由于电压较低,电池甚至会出现电量从15%直接跳到0%的现象。
  这使得电车比较完美的电量使用区间仅为20%~80%。如果再考虑到冬季和高速上的续航衰减,纯电车辆要想完全取代汽油车当下的地位,在现今的技术标准下,光是续航里程就要提升到3000公里左右。
  纯电车辆在高速工况下的能耗表现,和汽油车是截然相反的。 ╱
  虽然有部分车企可以做到全自动换电,将纯电车辆的加电过程变得与汽油车辆加油类似,但技术实现的高门槛与高成本,使换电站的大规模建设与技术推广变得非常困难。

电机暂难取代内燃机


  作为普通消费者,如要体验电动车的优点,插电混动车辆才是现在比较合理的选择。插电混动,可谓是把电机和内燃机的优点完美融合:起步时利用电机的大扭矩;减速时具备动能回收系统;高速时内燃机可以稳定输出动力;短途跨城出行时,可以只用电池驱动做到零油耗。
  在很多人眼里,插电混动像“缝合怪”一样不三不四,但它却是现有技术条件下的最优解。还有比较独特的增程式混动技术,使用电机驱动,并配备一个以汽油作为燃料的增程器,驱动高效发电机给电池充电或直接驱动电机。这样的方式,也能使内燃机获得稳定工况带来的高效优势。
  总的来说,近年来新能源车辆的发展,给燃油车型带来了很大压力。得益于纯电车辆的较低出行和维护成本,现在城市里的公交车和出租车也几乎都换成了纯电驱动。长远来看,纯电车辆也终究会取代内燃机车型。但内燃机诞生至今已有数百年,结构上已相当完美,新能源要实现全面的“弯道超车”,还有很长的路要走。
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