汽车的新能源之变,不仅在一块电池
前些日子,东三省拉闸限电,电力供应问题严峻。无论是因为火电的燃料——煤炭能源的短缺,还是因为“双碳”与能耗双控的强制约束,在现实层面都无不反映出能源危机情况愈发严峻,清洁能源、绿色能源、可持续发展是全球所有国家未来能源发展的宗旨。
在交通出行领域,电动车的全生命周期计算中,电动车也比燃油车更低碳,发展电动汽车是实现碳减排的重要措施,由此全球汽车市场进入产业转型升级的调整期。
“全面新能源倒计时”已经启动,近日奥迪宣布2026年停售燃油车,此后所有车型都会改为电动车;大众随后也表示计划在2035年之前停止在欧洲销售燃油车。除了汽车厂商纷纷宣言,也有许多国家开始考虑禁售传统燃油车,并且公布了明确的时间表,荷兰、德国、印度等计划在2030年,英国、法国计划在2040年停售燃油车;而中国台湾和海南分别表示在2040年和2030 年停售燃油车。汽车的电动化趋势进程加速,电动车对于传统燃油车来说,不只是停留在过去的竞争,而是逐渐进入到被淘汰的局面。
曾几何时,续航与电池安全的限制是人们避开选择电动汽车的主要理由,现在是大型真香现场,燃油车未来的倒戈,蔚来汽车、智己汽车、广汽埃安相继宣布将推出1000公里续航电动车,而在2017年的时候电动车的续航里程还在300公里左右晃荡。性能与续航给电动车带来质与销量的飞跃,但我们的目光一直都只聚焦在电池性能的分析与加持上,忽略了电动车其他系统带来质的变化。而这些变化和动力电池的整合才带来了电动车的繁荣,这些被忽略的就是今天主要想谈论的。
双管齐下:驱动与控制方式的变革
骏马在草原的飞速奔驰源于强健有力的四蹄,脚踩油门发动机的轰鸣是化石燃料带来的飞驰力量,电动汽车则是将电池包中的电能充分发挥变为漫漫长路的续航里程。
从能源的角度来看,动力装置的作用是其他形式的能量转化为机械能,例如发动机就是把储存在油箱里的汽油送到汽缸中燃烧,并把燃烧产生的热能转化为机械能。而电动汽车是把储存在电池包里的电能送到电动机,并把电能转化为机械能。
与传统燃油车相比,电动汽车最大的变化就是其驱动方式和控制系统的改变,由于电动汽车并不使用发动机,而是使用电机来进行驱动,而电控系统作为变速箱功能的替代,所以发动机舱内部减少了很多的部件,其中包括发动机、变速箱、进排气、传动链等配置,内部空间变得更大,而这样的结构改变带来了巨大的变化:
1.能源效率的质变,传统燃油车的发动机驱动模式能耗燃烧效率为30%,浪费的能量大部分转化为热能耗散了,而电动汽车的电机驱动能量转化效率在90%左右,两者几乎三倍的差距,同时控制系统也可对能量进行重新回收与分配。
2.性能的提升,发动机与电动机的转矩特性完全不同,电动机可以从零瞬时加速到最大转矩,而燃油车发动机还需要依靠变速箱一节节升档提速,同时电控系统可应对多种复杂工况,可满足频繁起停、加减速,低速/爬坡时要求高低转矩的转换,据悉,蔚来的电动超跑车百公里加速时间仅为2.7s。
3.车损维护的便利,发动机的机械结构多元且复杂,牵一发而动全身,每个环节出现故障需要整车去维修,电动汽车舍弃的发动机系统让结构变得简单,维修也变得容易,减少了很多的维修项目。
4.体验的升级,少了内燃机的轰鸣声,驱动方式的变革使得电动车的整车简洁并且噪音低安静。
电动汽车在电驱系统和电控系统的加持下,给汽车整车带来较大性能与体验的变革,但国内在电机、电控领域的自主化程度仍远落后于电池进化的进度,部分电机电控核心组件如IGBT 芯片等仍不具备完全自主生产能力,具备系统完整知识产权的整车企业和零部件企业也是少数。电机、电控的技术和制造水平直接影响整车的成本与性能,而可靠性、安全性、和高集成是电机系统与电控系统未来发展的一致目标,集成度高结构紧凑,重量减轻,无论是工艺的改变还是技术的革新,都对车辆的高可控精度与动态响应速率提出了高要求。