电动汽车的能耗,咋就这么低了?

出品丨虎嗅汽车组

作者丨于雷

头图丨乐道

智能汽车大战还没结束,热度就能耗抢了去。

原因无它,最近提车回家的很多车主都在干一件事:比能耗。

“(小鹏MANA M03)国庆高速跑了两千多公里,平均电耗都在12左右,其中有一段甘肃天水到宝鸡段连霍高速干到了9.1,真的是很猛。”

“(乐道L60)综合能耗11.1kWh/100km、近100km能耗12.0kWh,太可怕了。”

“(极越07)从余杭开回家30km能耗居然只有11.1,全程城区道路起起停停,这个能耗让我非常吃惊。”

“(智界R7)晚上在高速加环城公路驾驶一小时,电耗达到了10.6。”

尽管这里面提到的路况,大多是对电机比较友好的城市道路,但看到过后,也不由得感叹一句:能耗真的太低了。

毕竟,这些年消费者没少吐槽电动汽车能耗高、公示数据虚,对常盘踞在20度电上下的表现头疼不已。而最近推出的新车,不但不逊色于标杆特斯拉,还十分强调数据的真实性,时有车主跑出比CLTC更好的成绩。

那么,能将耗降低到这么明显的原因,到底是什么呢?对此,可能有人会第一时间回答800V+SiC、电控等技术的进步。没错,这些技术确实很关键,但除此之外,还有两个很重要的因素:风阻和轻量化。

本期暗信号,我们就来看一看,它们到底是如何对能耗造成影响的。

其实关注电动汽车的人都很熟悉,比谁的风阻系数更低,已经是现在新车发布会必不可少的环节。随着这种现象一同出现的还有,新车长的实在是越来越像了。

比如,最近很受关注的智界R7、乐道L60、小鹏G6,都很Model Y化,远远看去,几乎都是一个造型。其中的原因也很简单,因为这是不断向风阻系数正确答案妥协的结果。

实际上,从汽车诞生不久,人类便产生了对低风阻的追求。

1886年,奔驰1号诞生

最初,汽车只是一个很原始的敞篷机器,底盘组装完成后,再往上放个座椅,就可以开走了。没有任何功能性设计,驾驶位与其说是乘员舱,更不如称作操作台。

雷诺Type B,世界首款全封闭式车身

后来,出于遮风挡雨和个性化需求,贵族们把它们买回来后,还会再委托车身制造商在上面重新搭建车厢。只是这时的车身制造商都由马车行业转型而来,手工匠人缺乏相关经验,很多造型都直接借鉴马车,将方正宽大的车厢直接落于底盘上方,使得本就不快的汽车,变得更加笨重。

1902年,出现在贝克斯希尔速度赛上的新款Gardner-Serpollet

然而,同期一些追求速度的赛车,并没有跟随这种风潮,反而致力于把车身变得更细,用铁皮围住车头,做成更有利于破风的造型。一些车身制造商也逐渐开启了这方面的研究,尝试将航空空气动力学结合进来。

世界首款流线型车Aerodinamica

1914年,从马车转向汽车车身领域已达9年的Carrozzeria Castagna,曾利用A.L.F.A(阿尔法·罗密欧前身)40-60 HP底盘,打造出了世界首款流线型车Aerodinamica,并跑出了139km/h的极速。

尽管这款车最终因为没有将乘员舱和动力装置分区,导致乘员难以承受发动机持续炙烤而拆解,但仍对汽车与空气动力学的结合,起到了很大的启蒙。

Paul Jaray设计的LeyT6

1922年,一家名为Rud.Ley汽车厂,将其所生产的T6进行车身改造,换用了一套更加流线型的外观。四年后,通过与旧车对比测试,发现新造型汽车燃油节约41%,极速从80km/h提升至130km/h。

关键的是,这辆车用的还是1.5L 20马力直列四缸发动机,排量只有Aerodinamica的四分之一,但极速却已接近。原因则是两者在设计上的显著区别,T6基于汽车本身结构进行的空气动力学优化,没再照搬飞艇造型,而且体型更小。

层流和湍流示意图,Paul Jaray好友兼邻居Hans Erni所作

这个方案正是传奇设计师Paul Jaray所提供的,他当时提出了两个概念:最小阻力的外形是以流线型的一半构成的车身;只有消除尾部的分离,才能降低阻力。目的是尽量避免破坏空气的层流状态,减少车辆行驶时的空气扰动。

宝马328 KammCoupe

这一理念所指的大概是半水滴形,但想真正做得比较理想,要将车尾拉得非常长,并不方便。后来人们发现,如果把车尾末端切掉,变成垂直断面,也能取得类似的效果。德国工程师Wunibald Kamm将其首次落地于宝马328 KammCoupe,并影响至今。

如今电动汽车越来越像,也是更加激进采用Kammback造型后的结果。

至于为何如此,则要从驱动形式的变化说起。在燃油车中影响能耗的首要因素是发动机热效率,如果想要降低能耗,最有效的方法是把热效率提高。然而到了电动汽车上,这个方法就不可行了。电池电机的能量转化率极高,优化空间很小。所以,原先影响不那么大的风阻,影响占比就变得大了起来。

事实上,量产车对风阻的极致追求,也是电动化后出现的。其中的代表性案例,当属奔驰VISION EQXX概念车,通过增加环绕车尾的立体导流线和主动双层扩散器,大幅减少了气流离体的紊乱,风阻系数只有0.17。

当然,这是一种终极形态的展示,量产车虽然无法重现,但依旧可以看到这种理念的存在。比如,五菱星光、小鹏P7+,甚至是身为MPV的理想MEGA。

SUV受制于造型的审美需求,很难在车尾设计断刃。所以。为了不在风阻系数上掉队,车身设计也更加流畅,看起来更像断尾水滴。

除了风阻,汽车重量与能耗也有着直接关系。驱动汽车的过程是在克服阻力,大部分阻力又与重量有关。减轻车重,就等于在消耗同样能量的情况下,让汽车跑的更远。

通常来说,汽车轻量化主要有三个技术维度:工艺轻量化、材料轻量化和结构轻量化。

其中,工艺轻量化在目前车企的宣传中常见,最有代表性的是一体化压铸,新势力和传统车企都在推。几十上百个零件合为一个,不仅可省去零件设计制造安装过程,还能因为大幅减少焊点和多余结构,实现10-30%的减重。

材料轻量化常见的有铝合金替代钢、碳纤维替代铝,用轻质材料实现相同的设计需求,过去一般只有豪华车使用。比如,宝马第六代7系相比第五代减重130公斤,主要依靠的就是用碳纤维复合材料替代部分结构。其强度是普通钢材的10倍左右,重量却只有钢的1/4。

如今主流新能源市场虽然无法如此投入,但采用钢铝混构车身却已经基本达成共识。比如,最近推出的乐道L60铝合金占比已经超过21%,白车身轻量化系数只有2.3。

白车身是装焊完毕尚未涂装的车身,包括前翼板、车门、发动机罩、行李箱盖,但不包括附件和装饰件。其轻量化系数L=白车身骨架重量/(车身静态扭转刚度Ct × 轴距 × 轮距)。

“车越轻越好,但抗扭能力越强越好,综合起来就是轻量化系数越低,那么水平就越高。”清华大学汽车系博士张抗抗告诉虎嗅。

他表示,欧洲白车身会议历年轻量化系数平均水平在2.5至3.6之间徘徊,L60的白车身系数做到了2.3,在这个价格区间里的水平非常高。这说明L60在追求轻量化的同时,并没有降低白车身强度。

结构轻量化一般是指优化零部件本身,变成更适合、消耗更少材料的形状,或是直接打孔掏空不必要部分。但在汽车上,还有在另一种比较常见,就是模块化集成设计。

关注新能源汽车的可能对多合一比较耳熟,实际上这也是一个减重的有效手段。比如,比亚迪在介绍驱动三合一时曾表示,电机、电控和减速器集成到一起后,由于省去了中间的复杂结构和线束,可将体积减少30%,重量减轻25%。而现在,主推的已经变成了八合一。

这种工程能力的进步,甚至对整车层面也有不小影响。近几年出现的车身底盘一体化、电芯倒置等结构,也是出于同样的理念。前者省去电池包上盖,后者将排烟通道和底部缓冲区共用,将原本上下都有空隙的电池包结构,改为只需在下方留有空间。

这样下来,减轻的不仅是重量,还因为紧凑化减少了对空间的侵占,可让车辆设计得更矮,进而在重量和风阻两方面,同时起到降低能耗的作用。

随着这种工程能力的进步,车企也在从单一部件的减重,向整车级优化转变。张抗抗以小鹏MONA M03为例介绍:M03重量轻,实现相同的零百加速,对电机功率的要求就低→电机小了,能耗会变低(日常行驶更接近最佳效率区间)→为了实现相同的续航,对电池容量要求就低→电池容量低了,重量会更轻。

这样循环下来,可以不断减轻重量,并不断降本,直到一个工程临界点,只是这样的临界点并不容易达到。

除了部分高端产品外,大部分电动汽车用户的购买理由都很单一,因为它的使用成本真的太低了。

即使按照国家电网公共桩高峰1.66元/度来算,百公里消耗15度电,也不过25元钱。而一款百公里油耗7L的92号经济型汽油车,跑同样的距离都要花费50元以上。

如今大家的钱包都不充裕,用差不多的钱,买来一款能够长期节流的车,很少有人会不心动。

而这,也恰恰是当前电动汽车所内卷的方向。毕竟,大家都很清楚,如果真和市场逆势而为,那市场可能就真的不带你玩了。