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一一探究!冬季纯电动车续航猫腻有哪些?热管理系统到底有何用?

冬季低温状态下电动车的续航只有标称续航的50%是常态,近日懂车帝的冬季纯电动车测试也证实了这一点。在-20℃的极端测试温度下,40台测试车中最终只有10台能跑到标称续航50%以上。而在北方冬季日常使用环境中,实际纯电动车用户一般也只能开出50%-60%的续航里程,因此冬季续航焦虑依然困扰着纯电车车主。在电池技术没有革命性突破的前提下,如何解决冬季里程缩短的问题就成了车企们重点攻关的领域。

一一探究!冬季纯电动车续航猫腻有哪些?热管理系统到底有何用?
一一探究!冬季纯电动车续航猫腻有哪些?热管理系统到底有何用?

影响电动车冬季续航的两大因素

解决问题之前先分析一下问题,是什么导致了纯电动车的冬季里程下降。目前来看主要原因有两个:锂电池低温下性能降低;车上的加热设备使能耗增加。

目前纯电动车普遍使用锂电池作为动力源,低温下电池内部的电解液导电率、负极SEI膜导电率、化学反应速率都会降低,最终的表象是电池的容量和充放电性能明显降低。应对电解液低温冻结的方法也很简单,给电池加热。这就引出了下一个问题,能耗增加。

电动车在冬季有许多因加热需求而消耗电能的部件,包括电池保温、车内暖风、座椅加热、方向盘加热。而车上的电池只有一块,所有这些用电器都是在和续航里程抢电能。

在极端环境下,因以上两个因素损失的电能会达到电池总容量的50%甚至更多。保障低温环境下的续航里程就成了目前电动车企业急需攻克的重要难题之一。那么头部电动车企业都是怎么做的呢?

用高效热管理系统攫取热量

在懂车帝冬季测试中表现出色的10款车有一个共性,它们都拥有一套出色的热管理系统。打个比方,热管理系统就如同一个精打细算的账房,他把全车的每一点热量都收集起来,用到需要的地方,例如电机行驶时产生的热量被传导至车内给电车和车舱升温、其它大功率用电器产生的额外热量也被收集并利用。此外,优秀的热管理系统还有一个共同特性:热泵空调。

绝大部分电动车的加热元器件是PTC板,它就是一个电热元器件,就像电吹风,通过消耗电能产生热量,特点是用多少电就产生多少热,效率比较低。热泵则是从外界环境中攫取热量,只要不是在-273℃的绝对零度中,它就能获得热量。热泵是基于热力学第二定律设计的,它能将低温环境中的热量转移到高温环境中,也就是说它能从气温处于零下的环境中提取热量并输送到温度在20℃以上的车内,让外界变得更冷、车内变得更暖。由于热泵并不直接产生热量,它只是在搬运热量,所以它的能耗只有PTC板的一半不到。因此热泵空调就成了电动车挽救冬季续航里程的重要道具,但因其造价很高,特斯拉和保时捷Taycan都是选装件。即便如此,热泵空调也并非完美无缺,其工作原理意味着外界温度越低,它能攫取的热量就越少,工作效率也就随着温度的降低而降低。在极低温度下反倒是PTC板的效率高了起来。

有没有一套热管理系统能做到兼顾二者优点?这就要提到HiPhi X那套复杂的热管理系统了。

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消除短板的HiPhi X热管理系统

从HiPhi X所用的热管理系统原理图上看,它的核心是一套间接式水介质热泵,这套热泵从外界环境、动力电池、电机系统中获取热能再通过车内水循环系统传递至动力电池和车舱。此外,它还有一套PTC辅助热源,在极低温度下PTC产生的热量直接供给电池和车舱。在热管理系统的统筹管理下,热泵和PTC协调工作在效率最高的状态下。

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从设计结构上看,HiPhi X这套热管理系统可谓不计成本,其复杂度在纯电动车中名列前茅。理论归理论,这套系统在实际应用中的表现如何?

暖风比燃油车来得还快

衡量一套热管理系统好不好,我最直观的感受来自于暖风需要用多长时间才能让车里暖和起来。以实际经验来讲,最近的北京白天气温在4-5℃左右,夜间低至-4℃左右,在这样的气温下一台燃油车停一夜之后,车舱温度要达到16℃以上的舒适温度至少需要8-10分钟,而且还得先在热车阶段忍耐1、2分钟的寒冷,等水温升高之后再开暖风,否则水温上不来,暖风开了也是刺骨的凉风。而在同样的情况下,HiPhi X实际上只用了5、6分钟左右车里就已经暖和起来,暖风来得比燃油车还快。如果是在行驶状态下,那么升温速度会更快。HiPhi X使用了比较复杂的双水路设计,电池和电机系统的冷却水路与热泵的水路通过一个热交换器交联,行驶和充电过程中能快速把动力系统的余热导入车舱变为暖风。

值得一提的是,HiPhi X并不存在“热车”这个概念,在接入充电枪的状态下热管理系统会利用充电桩的外部电源给电池预热并保温。只要通过手机APP就可以预设出行时间,车辆会在出行前自动将车舱温度提升至舒适温度。同时也优先保持了电池电量、相当于间接增加了整车的续航里程。

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每年都去牙克石的电动车,保持8成的冬季续航

我手里这台高合HiPhi X的标称续航为550公里(NEDC工况),夏季使用状态下一般能开出450公里左右的实际续航。在北京冬季的用车环境中续航里程大概维持在380公里左右,相当于标称续航的7成。相比之下,同样环境中我所开过的其它电动车大部分续航在5-6折左右,可见高合这套不计成本的热管理系统确实行之有效。

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回到懂车帝的冬季测试数据,在牙克石-20℃的温度下,HiPhi X抛出了291.2公里的实际续航,续航达成率是52.95%,这是一个相当不错的成绩。其实HiPhi X获得这样的成绩并不意外,因为牙克石是它很熟悉的地方。

2020年和2021年,HiPhi X已经两次在牙克石进行冬季极寒工程测试,收集了大量的低温测试数据。而续航只是低温测试中的一小部分,其它还有低温耐久度、低温可靠性、冰面失稳、雪地动态性能,甚至是车门破冰能力等等项目的测试。可见高合很看重车辆在低温环境下的表现。

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写在最后

做好高端电动车很难,因为高端并非堆砌技术和配置,这些都只是表象,再好的技术不能解决实际问题就只是摆设。真正的高端是通过解决问题和痛点为用户创造更多价值,因此从用户的角度出发是创造高端的根本。丁磊曾经对团队说:“你这个部门如果不是直达用户的,或者没有直达用户的点的话,那你这个部门要考虑重构,你说你的业务当中没有一个点跟用户有关联的,那你这个部门要重构,我要么把你撤了,要么把你并掉。” 由此可见,对于高端这个概念,高合是有深刻理解的。

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HiPhi X是这种理解的具象表达,这种表达也得到了用户的回应。从5月开启交付以来,HiPhi X累计交付超过3300台,在售价50万元以上的高端电动车中名列前茅,距离榜首仅一步之遥。用户以交付量这种方式回应了高合的付出,高合的下一步也会走得更踏实。

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