冬季續航不縮水!威馬EX5續航520km直逼特斯拉

電動汽車在低溫環境下會面臨續航縮減已是不爭的事實,去年冬天裡電動汽車各種續航縮水的新聞就層出不窮。在一些冬季溫度在零度以下的地區,開暖氣會進一步讓續航縮減得更厲害。於是出現了為了回家過年跑長途,有些車主甚至會因為不敢開暖氣而把自己裹得嚴嚴實實的新聞。

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2018年12月20日汽車之家CEO李想的微博

冬季續航打折是電動車的通病,美國汽車協會AAA曾經對寶馬I3、雪佛蘭Bolt、尼桑Leaf、特斯拉Model S 75D和大眾e-Golf五款熱門純電動車型做過低溫下的續航里程測試,結果表明,在外部環境溫度為20華氏度(約為零下七度)的情況下開啟空調後,以上五款純電動車會比環境溫度75華氏度(約為24度)的情況平均折損41%的續航里程,說是續航“腰斬”一點也不為過。

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美國汽車協會電動汽車低溫測試報告結果

電動汽車90%以上的高能量轉化率一直是各個電動汽車廠商的主推賣點之一,而又恰恰是這個優點,讓電動汽車車主在冬季裡感覺到續航大打折扣。

電能轉化為機械能是一個及其高效的過程,由於電流本身的能量流動方向有序性,理論上電能轉化為機械能的效率可以達到100%,而在電動汽車的實際應用中,電池放電損失加上各種輔助設施的電耗,最後流入動力系統的電能也達到了90%以上,電動汽車的電池被稱之為“動力電池”可謂名副其實。

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電動汽車能流圖

冬天裡人怕冷,電池也怕冷,溫度適宜時電動汽車動力電池裡的能量絕大部分流向了驅動汽車本身,溫度太低時動力電池就需要把原本用來驅動車子的能量切出一部分給電池和座艙加熱,續航自然以可感知的速度縮水。

但冬天裡燃油車的發動機和乘客同樣也怕冷,為了保持發動機良好的工作狀態,發動機也必須燃燒更多的燃油讓溫度穩定在一定範圍內,同時也需要拿出一部分熱能給乘客供暖。對於車主來說,冬季燃油車的油耗雖然有所上升,開暖氣並不會出現如此明顯的油耗上升。這是因為發動機在燃燒的過程中,70%的燃料能量轉化成了熱,只有30%多的能量流向動力系統,供暖能量直接從要排放出去的廢熱中抽取即可,一舉兩得。

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燃油汽車能流圖Diagram from p。 26 of report Australian Government。 Department of Resources, Energy and Tourism (2010)。 Energy Efficiency Opportunities。 Energy–Mass Balance

燃燒產生的能量表現為分子的無規律運動動能,要讓其變為有方向的機械能並非易事。熱力學定律的限制讓燃燒過程中有接近一半甚至更多的能量會以光和熱的形式耗散出去。如今的汽車發動機熱效率普遍在30%左右,在提高發動機熱效率道路上一條路走到黑的馬自達做出了熱效率48% 的發動機Skyactiv-X已是登峰造極,馬自達表示在下一代的Skyactiv-3上有機會達到逆天的熱效率56%,接近奧拓迴圈的最大熱效率。但即使逆天如馬自達,仍阻止不了熱力學定律讓燃燒過程中一半的能量以光和熱逸散出去。

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馬自達Skyactiv-X發動機

這裡就有一個非常有意思的現象,電能透過電機轉化為機械能的效率理論上是100%,化學能燃燒轉化成熱能的效率在理論上也是100%。電適合驅動,油適合制熱。即使透過燃燒驅動車輛是如此“浪費”,當今的汽車世界還是內燃機一統天下。

事實上,汽車在誕生之初先是以電動汽車為主流,因為電力傳動系統簡單直接,透過電能轉化成機械能驅動汽車運動是工程師們很容易直接想到的方法。只是在後面由於電池能量密度太低,油價逐步下探,工程師們轉而去設計複雜的發動機結構從燃燒中汲取機械能,汽車行業才一步步從電動汽車轉為燃油車。

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愛迪生與1914年的底特律電動47型電動汽車

隨著電池能量密度的提升,越來越多的電動汽車走入大眾的視野,但冬季續航被打個四折仍然是一個讓許多消費者難以接受的事情,廠商們也各自拿出自己的應對措施。

有的車企有針對性地選擇市場切入,儘量先讓電動汽車在氣候溫暖的地區使用,如小鵬和比亞迪主要目標市場為中國南部地區,避免低溫帶來的續航打折問題。

有的車企的目標則是進軍所有市場,在低溫地區增加更多的充電基礎設施來保證車主出行,如特斯拉在市場環境好的挪威大量鋪設超級充電樁,蔚來更是派出柴油版的增程移動充電車保障東三省車主在冬季的出行,這樣的服務成本顯然不是每個車企都可以承擔。

威馬的解決方案比較有意思,對寒冷地區的使用者可以開放選裝一個小柴油加熱器,當氣溫低於零度的時候開啟,給電池包加熱,有點類似燃油車的駐車加熱系統。新一代加熱系統同時可以對電池包和座艙進行加熱,相當於在低溫環境下加熱全部交給燃油,而驅動全部交給電流,頗有一點“上帝的歸上帝,凱撒的歸凱撒”的味道。

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威馬油電熱管理系統開啟溫度區間

經過威馬自己的實測,在外界溫度為-7°的情況下,由於座艙加熱全部由油熱系統承擔,可以省下13。24度電,約合100公里的NEDC續航,同時動力電池的電能幾乎可以全部用於驅動。

由於柴油的制熱效率和能量密度都非常高,柴油箱的容量可以做得非常小,1。0版本的加熱器容量為6L,只供電池加熱,2。0版本的加熱器擴充套件至10L,就可以同時給電池和座艙供熱。同時燃燒製熱僅在低溫執行的環境下開啟,柴油不需要經常添置,意味著碳足跡可以有效控制,是一款價效比非常高的解決方案。

當然業界也在開發能量密度更高的電池,以期一勞永逸解決所有問題。電動汽車推廣之初目的正是因為電驅動效率高可以節能減排,高效的能量利用意味著合適的能量形式用在合適的場所,在嚴寒地區使用化石燃料制熱未嘗不是一個高效的解決方案。但若為了電動而電動,靠燃油發電再製熱,則與初衷背道而馳了。