輕量化最高效？電動汽車驅(qū)動系統(tǒng)降低電耗的途徑

電子發(fā)燒友網(wǎng)報道（文/梁浩斌）電動汽車經(jīng)過近十年的快速發(fā)展，從電池到驅(qū)動電機，相關技術(shù)已經(jīng)相當成熟，電動汽車的NEDC續(xù)航里程從十年前的兩三百公里，到如今普遍的500公里以上。

而這十年間，電動汽車續(xù)航里程的提升，一定程度上是得益于電池技術(shù)的發(fā)展。以國內(nèi)電動汽車發(fā)展中比較重要的一款車型，2010年推出的比亞迪E6為例，當時這款車型是第一批搭載比亞迪磷酸鐵鋰電池的量產(chǎn)車型，電芯能量密度為90Whkg；到了2015年，磷酸鐵鋰電池電芯能量密度提高到125Wh/kg；2020年比亞迪漢EV首次使用上全新設計的“刀片電池”，本質(zhì)同樣是磷酸鐵鋰電池，但通過結(jié)構(gòu)創(chuàng)新將電芯能量密度提升到165Wh/kg。

能量密度的提升，意味著同樣重量下能夠搭載容量更大的電池包，以此提升續(xù)航里程。或是相同容量的電池包，重量能夠大幅降低，減輕車輛負載從而降低能耗，提升續(xù)航里程。

除了提升電池能量密度之外，電動汽車續(xù)航還可以通過加強動能回收、車身輕量化、提升電驅(qū)動系統(tǒng)效率等等。而綜合這些來看，就如同燃油車的油耗一樣，如何降低電動汽車的電耗，就是我們主要關心的點。

CLTC續(xù)航縮水？影響電耗的因素有哪些

當前電動汽車與燃油車其實類似，在出廠時都會標上按照統(tǒng)一測試標準測得的每百公里電耗數(shù)值。根據(jù)工信部公布的數(shù)據(jù)，特斯拉Model Y標續(xù)版本的百公里耗電量為12.7kWh、小鵬P7后驅(qū)版百公里電耗12.5kWh、比亞迪漢EV超長續(xù)航版本的百公里電耗為12.7kWh。

但顯然，從網(wǎng)上的各種測試以及車主嗮出的電耗數(shù)據(jù)來看，同樣的車型電耗差異極大，有人能開出20kWh/100km的電耗，也有人確實能開到工信部數(shù)據(jù)的電耗水平。出現(xiàn)這種差異的原因是，工信部數(shù)據(jù)是根據(jù)CLTC工況來進行測試得出的數(shù)據(jù)，只代表CLTC工況下的電耗水平，而根據(jù)不同使用者的駕駛習慣和場景，實際電耗肯定會有較大差別。

CLTC全稱China Light Vehicle Test Cycle，即中國輕型汽車行駛工況，自2021年10月1日開始正式實施。CLTC工況中，包含低速、中速、高速三個速度區(qū)間，對應的是城市、郊區(qū)、市區(qū)等三種場景。在具體測試中，三個速度區(qū)間工況時長共1800秒，其中低速區(qū)間時間比例為37.4%，中速區(qū)間時間比例為38.5%，高速區(qū)間時間比例為24.1%，平均車速為29.0km/h，最大車速為114.0km/h，怠速比例為22.1%。

按照官方介紹，CLTC工況是通過3832輛車的采集車隊，在41個代表性城市里，收集了約3278萬公里的車輛運動特征、動力特征和環(huán)境特征數(shù)據(jù)后編制而成的，按道理更加適合中國路況。

不過另一方面來看，燃油車與電動汽車的最高效率的運行速度區(qū)間有所差異，比如燃油車的最佳工況一般是在90km/h左右，而電動汽車反而是低速狀態(tài)下較為節(jié)能，高速工況則較為耗電。

在國務院印發(fā)的《新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2021—2035年）》中，其中提到的一個目標是，到2025年，純電動乘用車新車平均電耗降至12.0千瓦時/百公里。然而對于百公里電耗的評判標準其實也不能簡單地看電耗數(shù)值，還要看車身大小、重量等。

根據(jù)行業(yè)相關研究，整車電耗與車輛質(zhì)量的關系最為密切，有數(shù)據(jù)顯示，車重每增加170kg，車輛每百公里電耗就要增加1kWh。同濟大學汽車學院教授韓志玉曾表示，汽車能量消耗與汽車整備質(zhì)量基本成線性比例關系。

而目前的主流尺寸電動汽車的整車質(zhì)量動輒1800~2000kg，而同規(guī)格的燃油車往往只有1400-1500kg，按照行業(yè)統(tǒng)計數(shù)據(jù)，電動汽車由于三電系統(tǒng)的加入，電動汽車質(zhì)量一般比傳統(tǒng)燃油車高出15%~40%。

因此，輕量化是降低車輛電耗的最關鍵因素，包括提升電池能量密度、車身采用輕質(zhì)合金、混合材料等。當然，電驅(qū)動系統(tǒng)的效率、車身風阻、輪胎滾阻等也會不同程度影響續(xù)航，而在技術(shù)層面上，電驅(qū)動系統(tǒng)效率則有可能帶來更大的提升。

電驅(qū)動系統(tǒng)降低電耗的途徑

電驅(qū)系統(tǒng)是整車動力，比如加速、高速性能的重要一環(huán)，同時也是決定電能轉(zhuǎn)化為動能效率的關鍵。電驅(qū)系統(tǒng)包括電機、逆變器、減速器等部分，為了降低能耗，其中電機減重其實也是目前業(yè)界努力的一個重要方向。

早在我國“十三五”規(guī)劃中就有提出，新能源乘用車電機功率密度應滿足4kW/kg的水平。盡管早期圓線電機的功率密度僅3.5kW/kg左右，但隨著近年相關技術(shù)的高速發(fā)展，目前市面上主流的新能源汽車驅(qū)動電機的功率密度已經(jīng)達到6kW/kg左右。

比如比亞迪在DM-i系統(tǒng)中采用的扁線電機功率密度達到了5.8kW/kg，廣汽埃安年初發(fā)布的夸克電驅(qū)電機功率密度更是高達12kW/kg。在電機功率密度提升后，相同功率下的電機重量得到大幅減小，市面上一款最大功率200kW的電機，功率密度為5.9kW/kg，重量達到33.9kkg，體積5.5L。而在功率密度上升至12kW/kg之后，夸克電驅(qū)在電機最大功率為260kW的前提下，電機重量僅為21.5kg，體積也僅為2.65L。

因此，工信部以及中國汽車工程學會修訂的《節(jié)能與新能源汽車技術(shù)路線圖（2.0 版）》中就提到電機功率密度的路線圖，比如在2025年乘用車比功率達到5kW/kg，并以每5年提升1kW/kg的水平迭代。

如何提升電機功率密度這里就不詳細敘述。另外，在相同電壓條件下，電控逆變器的轉(zhuǎn)化效率，也是影響電耗的因素。比如可以在逆變器中采用SiC MOSFET功率模塊來代替IGBT，因為SiC MOSFET器件與其相同額定參數(shù)的IGBT相比，總損耗可減少38%-60%，尤其是SiC MOSFET在輕載時的損耗遠遠小于IGBT。

相比于硅基IGBT，SiC MOSFET在器件關斷時無明顯的拖尾電流，進而可以降低器件的開關損耗；同時電動汽車在勻速行駛狀態(tài)下，電控所需輸出的電流大小遠低于額定電流值，而SiC MOSFET在中低電流下的導通損耗顯著低于IGBT。

具體到汽車應用中，由于電動汽車在城市環(huán)境中時，絕大多數(shù)工作在輕載工況，此時對于電動汽車而言，SiC MOSFET所減少的損耗可以折算為5%-10%的電池續(xù)航里程。

除此之外，在電驅(qū)系統(tǒng)采用800V高壓，也能夠降低電耗。根據(jù)電功率公式，在功率相同的情況下，電壓越高，電流越小，因此功率器件以及線束的電損耗就降低，也就能提高系統(tǒng)效率。另一方面，由于相同功率下電流減小，系統(tǒng)的線束直徑可以減少，線束規(guī)格以及用量下降，也就在一定程度上降低整車重量。

小結(jié)：

當然，隨著電動汽車智能化程度的提高，目前電動汽車艙內(nèi)的智能化設備耗電量也在不斷提高，比如此前出現(xiàn)過電動汽車停放三個月未啟動后，電池電量耗光損壞的情況?？偠灾绊戨妱悠嚹芎谋憩F(xiàn)的因素實在太多，還包括冬季空調(diào)以及電池保溫等帶來的額外能耗等等。綜合來看，要降低電動汽車能耗，核心還是在于降低車輛重量，而汽車作為一個龐大的系統(tǒng)工程，需要車企通過各個細節(jié)的改進，來達成降低能耗的目標。