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都是电动车,为啥特斯拉的能耗在冬天这么能打?
送交者: An4dy[♂★★★声望勋衔14★★★♂] 于 2023-11-30 21:50 已读 5647 次 1 赞  

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众所周知,低温是电动车能耗的主要杀手,随之而来的掉电、表显里程降低以及充电速度减缓等普遍问题,都为电动车主的出行带来困扰,也是消费者冬季用车的痛点所在。针对于此,各大车企都在不断通过研发与技术升级寻求自己的破题之道。在这其中,作为电动车行业的引领者,特斯拉以巨额研发投入实现了较低的冬季能耗表现。跟随这篇文章,让我们看看特斯拉是如何做到的。


Why?为什么“受伤”的总是冬天?

其实,低温天气下,很多东西都有“冷缩”的问题。手机电池电量越冷越不经用,出门在外,游戏不敢打,视频不敢刷,电动车也是一样。关于这个问题,我们还得从根源分析。


冬天启动车辆行驶,刚走没多远,就发现电量已经消耗了很多,很多人觉得这是电池有损耗,寿命缩短了。但其实电池真的挺“冤”的。

真相只有一个,那就是,动力电池在低温环境下,活性会降低,使得电池内部化学反应速度变慢。同时,低温也会增大电池内部的电阻,限制电流流动,这才导致了电池容量和性能衰减严重。简单理解就是,像我们人一样,电池也会因为温度太低,身体的活跃度也会下降~

所以,车机上显示的可行驶里程的数值,也会降低。因此,车企为了克服低温对电池的消极影响,都会采用给电池加热的方法,提升电池活性,降低内阻,让电池保持最佳的工作状态。


基于同样的原理,低温也会导致充电变慢。为解决这个问题,以特斯拉为例,特斯拉车主可以通过“在途预热”功能,在充电之前就提前预热电池,到达充电站之后,电池也达到了最佳充电状态。

但有电动车主说,我这电池也加热过了,那电池活性应该也提高了,为啥充电还是慢?这个时候就要考虑一下车辆以外的因素了,有可能是充电负荷过大造成。因为,充电站充电的车越多,分摊到每辆车的电压就越小,充电也就变慢了,此时就得换个充电站试试了。


How?特斯拉如何解决冬日“危机”?

虽然这些问题个个都让人“炸毛”,好在,车企们已经找到了解决方案,用专业词汇来说,这叫热管理。只是每家车企的热管理方案技术路线与效率表现各不相同,我们还是以特斯拉举例说明。


特斯拉的热管理解决方案主要由BMS电池管理系统、热泵空调、八通阀等核心部件组成,可以说,在提升电动车冬季能耗效率方面,特斯拉热管理方案是行业标杆般的存在,更是后来者的学习对象,下面就让我们逐一解析。


电池热管理的重点,首先需要获取电池的温度、电压、充电状态等确切信息。那么车辆是如何获取这些关键信息的呢?此时BMS电池管理系统就要闪亮登场了。特斯拉通过自主研发的BMS电池管理系统,通过监测电池的电压、温度、容量等信息,有效避免电池过充或者过放,实时监测电池在任何条件下的运行状态,如出现异常,将随时介入管控。

必须强调的是,特斯拉的电池包由数千个单体电池组成,要管理这么多的单体电池,难度非常大,光靠普通的BMS系统是远远不够的。


特斯拉的解决方案是从架构上取得了突破创新。特斯拉的BMS系统采用主从架构,该系统就像是一个“黄金团队”,由一个主领队和一个副领队以及四名团队成员。其中,“主领队”就是位于电池包顶部的主控制单元,负责众多关键任务:高压电的监控、绝缘检测、电池开关以及与车辆其他系统的通信等等。

与此同时,“副领队”带领四名团队成员,负责监测每个单独电池单元的电压和温度,并把这些数据实时上报给主领队。


通过这样精妙的分工合作,特斯拉能够精确地管理每一块电池,当监测到电池放电接近极限或者充电时间太长的时候,它会主动停充放电,既能避免过充或过放等风险,又减少了电池的损耗,进而提高了电池的续航能力和使用寿命。

如果监测到电池处于低温状态,车辆是如何加热电池或者座舱的呢?这个时候BMS电池管理系统就像个“大管家”,根据电池当下的环境状态,会对相关“部门”发出指令,对电池或者座舱加热。这里说的相关“部门”就包含热泵空调。

生活中的空调是为了调节温度让我们感到舒适,但在电动车中,空调的效率也会直接影响到车辆的续航里程。特斯拉Model Y车型中的热泵空调系统就像是一位精明的能量管家,它能够从车辆运转中捕捉原本会被浪费掉的热量,并巧妙地利用它来为车厢或者电池加热。这样一来,在寒冷的冬季不仅让车内温暖舒适,还能节省电力,也就意味着续航里程可以更长。


特斯拉的热泵空调之所以有这么出色的表现,和它的独特的设计思路有很直接的关系。特斯拉的热泵空调系统有12种加热模式,能够根据不同的驾驶情况和气候条件调整策略,这就好比是空调系统拥有了独立思考的能力,总会依据实际情况,找到最节能的方式,为车主提供更舒适的环境。从特斯拉的热泵空调可以看出,空调也可以更聪明、更节能。

实事求是地说,在节能这方面,热泵空调确实比很多车企所采用的PTC(Positive Temperature Coefficient,正温度系数热敏材料)热敏电阻技术先进得多。就拿小鹏P7和比亚迪的e平台3.0来说,它们的整车热管理都是采用PTC技术,虽然也能实现加热,但因为PTC技术是直接将电能转变成热能,会消耗更多的电量,能耗水平自然就变高了。这就像是开着窗户取暖,暖是暖了,但费的电更多,所以在能耗表现上,PTC技术明显不如热泵空调。


那么,特斯拉的热泵空调是如何实现热量搬运的呢?这就是接下来要讲的八通阀。

八通阀其实更像个热量的“搬运工”,它可以从外部环境中吸取热量(这其中也包括电器元件产生的废热),输送到车内为乘客供暖或为电池加热。简单来说,八通阀是个很会“过日子”的会计,它能将一切可利用的热量资源都汇集起来供车辆使用,尽可能地减少电池电量的消耗,保障车辆稳定的能耗水平。


对比之下,小鹏P7的热管理方案,只通过一个四通阀实现整车热循环。相比八通阀,四通阀阀门更少,集成度更低,可协调的加热回路就更少,在能量利用率方面与特斯拉采用的八通阀存在一定差距。


值得一提的是,特斯拉可以在不发生热失控的前提下,10分钟内将电池加热至55℃。而多数厂商在加热电池时,都将电池温度控制在35℃以下,担心温度过高导致电池热失控,比如理想品牌就是把温度控制在25℃-30℃。

要知道,电池在55℃情况下,要比在35℃情况下的活性要高,内阻更小,电池可用容量也更多。

为什么特斯拉会这么自信呢?原因在于特斯拉能通过八通阀及时将温度稳定下来,而其他厂商大多采用四通阀,温度控制效率相对较低,稳定性也不足,所以只能维持在35℃左右。


此前有挪威知名媒体挑选了包含特斯拉Model S、奔驰EQE、宝马i7、蔚来ET7、小鹏G9在内的共32款不同品牌的电动车进行实际续航测试。最终,特斯拉 Model S 在光电测试中行驶了672公里,比官方标注的634公里还多38公里,位居榜首。特斯拉在冬季的能耗水平,显而易见。


Tips:冬季出行有哪些稳定能耗的小技巧?

高效的热管理技术使得特斯拉车主可以通过一些小技巧来降低冬季用车能耗。比如,特斯拉车主可以通过接通家庭充电桩,使用充电桩的电能给电池预热,还可以通过Tesla App直接对电池进行预热。预热电池可以使车辆启动之后,能耗更加稳定。不仅能预热电池,特斯拉车主还可以通过APP提前打开方向盘加热、座椅加热、暖风空调,一上车就能取暖,不必像多数燃油车主一样,在车内等着空调逐渐升温。


另外,前文提到过,特斯拉的“在途预热”功能也非常好用,在车辆中控屏设置计划前往的充电站后,电池可以在途中提前预热,到达目的地后,车辆电池会达到理想的充电温度,不需要担心充电慢的问题。


凭借高效率的热管理技术,特斯拉在低温天气下依旧能够保持稳定的能耗。同时,暖心的预热功能也增强了特斯拉车主冬季出行的幸福感。最终,冬季电动车能耗高的难题,还是被特斯拉治好了。

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