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如果現在準備開始一段超過500公里的自駕旅行,需要人們在新能源車和燃油車之間做出選擇的話,恐怕絕大多數人肯定還是不會放棄傳統的燃油車而去選擇一輛新能源車。
盡管無數事實已經證明,將電作為動力來源,無疑比油要便宜得多,但遍布各地的加油站還是展現了成熟的燃油供給體系所具備的優勢。那有沒有可能,未來新能源電動車的續航里程能超過燃油車,甚至把燃油甩開幾條街呢?
其實說到新能源,歸根結底還是電,但事實上由電力驅動車輛早在1834年就已經問世了,這比內燃機汽車早了至少半個世紀。如果說內燃機汽車的瓶頸來自於發動機的能量轉化率,那麼限制電動車性能發展的則主要是電池能量的存儲。
從最初的一次性電池到充電電池,再到鉛酸電池、鎳鎘電池、鎳氫電池、鋰離子電池、燃料電池……在電池技術沒有重大突破之前,長途續航里程可能一直會成為電動車的命門。
為什麼電動車越跑長途越費油?
首先電動機和內燃機有個很大的區別就是,電動機的韌性更好,或者換句話說就是電動機的低速扭矩更好,而且調速範圍更寬廣。因此現在的電動車根本不需要變速箱就可以滿足大部分車速需求,而內燃機卻無論如何離不開變速箱這個好基友。
隨著變速箱的擋位越來越多,內燃機可以做到在任何車速下都將發動機的轉速維持在經濟合理的範圍內。可相對而言,電動車在電機選型和齒比設定上就很難兼顧所有車速下的動力性和經濟性。而高速情況下,車速相比城市道路要高,所以相同里程下電能消耗得也會比較快。
針對這種情況就有廠家在服務區修建了換電站,從目前看除了換電沒有加油便利之外,換電網路的建設也存在很大難度。畢竟中國幅員遼闊而且新能源車的保有量目前還比較低,攤子鋪大了成本太高,規模小了用戶的需求又很難滿足。
混合動力算是目前新能源和內燃機結合的成熟方案,如果再細分的話還可也以分成油電混動HEV (Hybrid Electric Vehicle)、插電混動PHEV (Fuel Cell Electric Vehicle)和增程式混動EREV (Extended Range Electric Vehicle)。
其中油電混動HEV的原理就是將行駛時發動機多餘的動力和剎車時車輛的勢能轉化為電能存儲下來,插電混動PHEV則是在此基礎上增加了可以給電池充電的功能。
增程式混動EREV在某種程度上更接近純電動BEV (Battery Electric Vehicle),與後者不同的是額外還多出了一個專門發電的發動機,而這個發動機並不直接參與驅動。雖然技術方案和工作原理各不相同,但從根本上就是為車輛提供了兩套動力系統。
這樣表面上看,兩套系統相互配合解決了所有問題,但本質上仍然還是一套主動力系統和一套輔助系統。多數情況下,只有一套系統工作,另一套系統都是在閒置,這不僅造成了車身重量的增加,同時也是資源的浪費。
從目前混動技術的現狀來看,昂貴的售價可能在10萬公里甚至更長的歷程後才能值回票價。在生產過程中浪費的資源很可能也會沖抵了車輛的環保效益。
如何才能開著新能源車去旅行?
是不是長途旅行就只能依靠傳統油車來出行呢?如果不考慮飛機和火車等公共交通工具的話,按照新能源車的現狀來看,開著油車找加油站可能是最靠譜的方式了。
可如果大膽展開設想,新能源車和長途駕駛的矛盾卻也未必就是完全無法解決的。如果參照手機無線充電的技術,可以讓車輛在行駛過程中無線充電,那麼也就意味著不僅續航里程可以無限延伸,而且車輛也可以降低電池容量從而做到車身輕量化和降低成本。
中國早在2017年底就已經在山東濟南繞城高速上採用了光伏路面,這也是全球首次才高速公路上採用這一技術。被稱為承載式光伏路面技術的原理是在太陽能電池板的表面增加一層抗壓、防滑層。
據稱其技術指標和通行安全系數均超過當前普遍使用的瀝青混凝土路面。而且光伏路面不僅能承載小型電動汽車的通行,還要能承載中型貨車的重量。光伏路面不僅可以通過收集到的太陽能轉化為電能,從而做到太陽能發電。
通過路面智能檢測系統,光伏路面還可以在低溫或路面結冰的情況下自動開啟電力加熱系統,及時除去道路冰雪,保障安全。盡管沒有找到關於造價的信息,但作為參考,此前法國在諾曼底一條二級公路上採用鋪設光伏路面的費用大約是500歐元(合人民幣約4000萬元)。
眾所周知太陽能發電為直流電且電壓較低,因此並不適合向遠程輸送,因此最理想的輸出途徑就是就地消化,比如通過無線充電技術為路面上車輛提供電能。而高通公司同樣在2017年就已經做到了車輛在100 km/h條件下的無線充電。
那麼太陽能發電的功率能夠支持一輛新能源電動車高速行駛所需要的能量嗎?
目前太陽能發電板每平米的功率在140-150瓦,而中國高速公里的車道寬度的標準為3.75米。那麼每100公里光伏路面1小時的發電量可以達到500千瓦時(140 W/㎡×3.75 m×1000 m×100×1h=52500 kWh)以上,如果假設電動車的能耗為每百公里20千瓦時,那麼光伏到了就能在不需要額外電力的情況下就能滿足大約25輛新能源車所需的動力。
結合智能駕駛技術的發展,如果需要做到真正的L4級自動駕駛,甚至終極水平的L5級無人駕駛,或許為自動駕駛和無人駕駛設置專用車道才是更加可行的辦法,就如同當汽車出現後,也要為機動車設置專用車道一樣。所以或許光伏路面加上智能交通車聯網設施才能讓智能新能源汽車真正的做到暢通無阻。
不依靠外力,新能源就來一趟說走就走的旅行嗎?
按照目前的發展速度,中國高速公里總里程很快就會突破15萬公里,但相對於960萬平方公里的國土面積來說,還是會有很多高速公路無法觸達的神經末梢。況且昂貴的成本也不會支持光伏路面的普及,而汽車這種交通方式最大的魅力就是在於可以自由自在地選擇路徑和目的地。
那麼如何不依靠外力也能讓新能源車也能來一趟說走就走的旅程呢?其實前面提到的混動車型都可以達到這樣的目的,只不過通常人們真正駕駛車輛長途旅行的機會可能不及總使用里程的10%,也就是說剩下的90%里程中,車輛都會背負著一套沉重的備用系統,並為其支付一筆不小的費用。
那麼新能源車為什麼不能參考一下手機領域上的模塊化設計呢?相信有些人聽說過一款可以更換背板模塊的智慧型手機,通過選購模塊,用戶可以為手機賦予更加強大的功能,比如大容量的充電寶、高級立體聲音箱、投影儀、高質素照相機以及立拍立現的照片列印機,甚至遊戲愛好者和可以選擇一款功能強大的遊戲手柄。
如果天馬行空地將這種設計延伸到汽車上,再結合增程式混動EREV的概念,就可以在長途駕駛的時候通過拖拽一輛發電車的辦法讓普通的純電動BEV變身成為增程式混動EREV。當然這里說的發電機車並不是那種笨重的應急發電機車,而是像很多能夠為跑車增加空間的行李拖車。
最早這種拖車的目的就是為了解決人們駕駛跑車長途旅行時,跑車空間狹小,行李無處安置的問題。如果將增程式發動機和油箱整合到拖車中,就可以將發動機產生的電量通過電纜輸送給電池或直接供給電機。拖車可以長途駕駛前租借的方式獲得,而日常城市中就可以輕裝上陣。
按照中國目前交規中關於牽引車的規定,小型載客汽車允許牽引旅居掛車或者總質量700千克以下的掛車。因此在法規層面這並非不可能做到,只不過在技術細節和用戶接受度上會存在許多問題。
除了天馬行空的想法,就沒有做到一點嗎?
其實按照目前的技術發展,不管是光伏路面還是增程式發動機拖車都是很難做到的。當然隨著技術的進步,或許這些也並非完全不可能。但從眼下來看,降低能耗或許才是保證新能源續航里程最直接的辦法。
例如目前越來越多的新能源車已經開始改用效率更高的永磁同步電機,相比交流異步電機,同步電機的效率即使在低速下也可以達到90%以上,而在日常使用比較頻繁的這段區域異步電機的效率僅為75%-80%。
此外提高剎車能量回收的效率也是行之有效的方法之一,目前行業水平的能量回收效率一般在10%-13%,而奇點iS6所採用的博世第二代iBooster系統的效率已經能夠達到16.7%。
對於新能源車來說,空調也是耗電大戶。以往駕駛燃油車經驗告訴我們,夏天開空調就會比較費油。而相比燃油車來說,電車冬天無法依靠發動機熱源取暖,所以靠電加熱取暖也就更加需要大量的電能。
而且由於冬天制熱的調溫幅度比夏天空調制冷的調溫幅度更大,耗電量可以參考的已知數據大約是每小時6-8 kWh。因此冬天電車里程縮減的很大一部分原因來自空調。
不過採用壓縮機制熱的熱泵空調相比靠電阻加熱的熱風機能節約差不多一半的電量。以充電一次駕駛8個小時計算,熱泵空調可以節約大概20-30 kWh的電量,要知道眼下很多新能源車的電池容量也僅為60-70 kWh。
除了以上幾點之外,新能源廠家工程技術人員當然還會從方方面面對電車的續航里程進行提升。也許在目前但從續航里程的角度還很難對傳統燃油車發起挑戰,但是不可否認,新能源電動車正在其它很多方面正在逐漸趕超傳統燃油車。