理想 ONE 作為增程式電動車的新代表,創新地使用了大電池加小發動機非直連的方案。儘管這個方案的很多細節都早早公布,並且理想的人員也在持續回應,但是很多人還是抱有極大的不信任。其中最大的懷疑就是小馬拉大車,以及跑山路。本文嘗試從數字上,尋找一些合理的解釋。主要的切入點如下:

  1. 理想 ONE 的基本參數
  2. 怎樣才是複雜工況?
  3. 全油門加速下,增程器能幹嘛?
  4. 超高速巡航能直接干廢電池嗎?
  5. 存在用光電池也上不去的山路嗎?

本人不是汽車相關行業,查資料主要靠必應,如數據或公式錯誤,敬請糾正。


理想 ONE 的基本參數

理想 ONE 的基本參數:車重 2270KG,電池 40.5kWh(實用 37.2kWh),增程器 1.2T 額定功率 62kW(轉速 1200-4000,功率範圍 8-62kW),油箱 45L(95 號),純電續航 180 公里(37.2kWh 的電),用油續航 620 公里(45L 油,等效 120kWh 電量)。電池在增程優先維持 70% SOC,純電優先維持 30% SOC。電池在 30% SOC 依然能夠提供 180kW 功率。電子限速 172km/h。0-100 加速 6.5s。

汽車之家測試電耗:市區 19.8kWh/100km(平均速度近似為 30km/h),高速 22.2kWh/100km(平均速度近似為 90km/h)。


怎樣才是複雜工況?

很多不看好理想 ONE 的專業人士所謂的複雜工況,可以簡單理解為功率需求太高,遠遠超出增程器能提供的功率,最後會導致電池耗盡。ONE 的增程器 62kW 是額定的了,這裡也不討論可靠性問題,只討論功率是否匹配的狀況。所以複雜工況一定是功率居高且不小於 62kW 才行。

一輛汽車的功率需求,大頭當然是驅動車輪,其次是空調、車機系統、音箱、其他車載電器等。製冷空調可能 3kW 左右,車機系統、音箱、其他電器合計 1kW。暖風可能用到發動機餘熱,不是很了解。不過加起來 4~5kW 的功率影響比較小,就過了。下面只考慮加速功率巡航功率爬坡功率

加速功率比較簡單,最大 240kW,也就是雙電機的最大功率。所以平時只要重踩油門,電池一定是掉電的。加速功率可以有兩種組成方式,一種是純電提供 240kW,一種是電池提供 180kW 加上增程器提供 60kW。

理想 ONE 的巡航功率推算總結如下表:

典型速度的巡航功率推算

30/90 為汽車之家數據推算,120/150 的數據來自於非正式溝通,都不一定準確,但不至於太離譜。更高的 160/170 的車速,基本上得超過增程器的功率範圍了。

至於爬坡功率,第一次了解到的時候嚇了我一跳。公式很簡單,汽車重量乘重力加速度乘垂直爬升速度,就是克服重力的功率。下面假設 ONE 2.3 噸車重加上 0.7 噸負荷,算 3 噸整。則以 1m/s 的速度升高的功率大概為 30kW(≌ 3000kg*9.8m/s^2*1m/s)。以 90km/h 的車速爬坡度 9%(水平跑 100 米上升 9 米)的斜坡,克服重力的功率可以達到 66kW。再加上巡航 90km/h 的功率,整體功率可能接近 90kW。

所以這裡有三種複雜工況:頻繁全油門加速超高速巡航高速爬坡

三種情況,有一個共同點,就是快。全功率加速 6.5s 速度可以到 100km/h(車重到 3 噸之後,可能只能加速到 87km/h,按動能公式 mv^2/2 );巡航速度 150km/h 以上;大坡度以 90km/h 以上的速度跑。

與之相反的,就是簡單工況:低頻或低油門加速,150km/h 以下巡航,小坡度低車速等。

補充一點,道路爛,泥濘,有坑什麼的,只能說是路況複雜,可能算不上複雜工況——因為你不可能開快。畢竟理想 ONE 是城市 SUV,不是越野車。


全油門加速下,增程器能幹嘛?

全油門下的電量消耗還是非常可怕的,比如 240kW 跑 6.5s 就可以消耗 0.43kWh 的電量,也就是超過 ONE 總電量的 1%!而 40.5kWh/240kW 可知全功率驅動,只需要 10 分鐘就可以跑光整個電池的電量。不過不用擔心這個時長太短,所有電動車可能都是這樣,甚至高性能燃油車也是這樣。事實上你不可能持續這麼長時間輸出,因為電池、電機都會過熱,也因為限速的存在。

考慮簡單一點的極端情況,假設有一條無限長的直路,開啟純電優先模式,然後地板油不松。20 多秒應該可以加速到 172km/h 的最高速度,消耗大概 1.5kWh 的電,剩下大概 27kWh(≌ 40.5kWh*70%-1.5kWh)純電可用。假設 172km/h 的巡航功率為 90kW(純粹為猜測),則到 30% SOC 前可以行駛 18 分鐘(27kWh/90kW*60min/h),約 51.6 公里。低 SOC 情況下,增程器介入提供 60kW 的功率,但離 90kW 還有 30kW 的差距怎麼辦?輸出功率不夠肯定就降速嘍。按理想工作人員的說法,150km/h 是不會掉電的。所以接下來理想 ONE 能維持在低一些的 150km/h 跑到沒油,然後消耗最後的 30% 的電量。按李想說的 45L 油箱等價為 120kWh 的電量來算,純油可以跑 2 個小時(120kWh/60kW),大概 300 公里,油耗 15L/100km。

一腳油門踩死其實不能非常快地干光電池,所以換一種方式:加速到最高速度後馬上剎停。如果不是剎車片和電池不過熱的話,20 次就差不多能把電池干到 30% SOC 了吧。不過其實這些都不重要,重要的還是 30% SOC 的時候,再加速會怎樣。

30% SOC 的時候電池剩餘約 12kWh 的電量,還能提供 180kW 的功率,加上增程器的 60kW,基本上還是能提供 240kW 的功率。此時一次 0-100 的加速大概消耗 0.33kWh(≌180kW*6.5s)的電量。隨著電量的持續降低,我猜到一定程度之後,會拒絕使用電池來加速,最後變成只有 62kW 的增程器來驅動車輪。此時 0-100 加速時間可能會變成 30 多秒了吧?雖然加速是極慢的,但按照國內的道路限速,120km/h 的速度下增程器還能提供至少 20kW 的充電功率。充 0.33kWh 的電大概是 60 秒(≌0.33kWh/20kW),充 12kWh 的電大概是 36 分鐘。

可能有人說,我加速到 120km/h 後可能又減速,又加速啊。既然是高速,我們就假設減速到 80km/h,然後只用增程器加速到 120km/h。假定從 80km/h 到 120km/h 增程器平均可以提供 30kW 的加速功率,車重計 3 噸,動能增量是 740kJ(約合 0.2kWh),光是動能就要加速大概 25s 的時間。但如果 SOC 還有 30% 再加上增程器,3.5s 就可以提供這麼多的動能,然後以 120km/h 巡航 30.5s 後可以補回電池以 180kw 輸出 3.5s 的電量(按 20kW 充電功率)。

不過從 120km/h 減速到 80km/h 這段,有文章可做。如果是通過急剎降到 80km/h,那大部分動能就浪費了。但如果只是鬆掉油門,停掉增程器輸出,讓車輛滑行,以動能驅動車輛,簡化 120-80km/h 這段平動行駛功率為 30kW,則 0.2kWh 可以滑行 25s 的時間(基本跟加速反過來)。這段時間增程器空閑,正好可以給電池充電,大約是 0.4kWh(≌25s*60kW)。甚至比 80-120km/h 加速消耗的動能(或者說電量)還多!

不過踩剎車或者輕踩剎車,還有一個動能回收的功能會影響能耗。電池快充 30 分鐘充入 80% 電量,可以得出電池充電功率可以達到 60kW(≌40.5kWh*80%/0.5h),剛好與增程器功率相當(所以其實 ONE 的快充是水到渠成?)。假設動能回收消耗動能的功率是 30kW,與驅動功率 30kW 一起導致滑行時間變成 12.5s。純動能的回收比例假設是 50%(可能嚴重低估了?),動能回收充電為 15kW,大概可以回收 0.05kWh 的電。而增程器可以配合以 45kW 發電,這部分是 0.15kWh 左右,加起來剛好是 0.2kWh,可以滿足動能差值的需求。

意思就是說,你從 80km/h 加速到 120km/h,然後鬆掉油門滑行回 80km/h,差不多電量是不會下降的。但……上面都是只片面計算了動能,考慮到加速的效率問題,實際消耗能量再高出 50% 可能會更準確。但這 50% 可能無傷大雅,就過了。(有一個相關百分比:0.5*2400kg*(100km/h)^2/(220kW*6.5s)=64.75%)

最後,我們假定一輛 ONE 被開到 0 油 0 電(0 格電的時候還有 3 度保命的電量),終於到了加油站,加滿 45L 95 號汽油。這時候會怎樣呢?超低電量的時候,據說會增程器持續發電給電池充電到 20%(約 8.1kWh),這要停車熱機 8 分鐘(約 3L 油),或者 120km/h 巡航 20 多分鐘,或者 90km/h 巡航大概 12 分鐘。

所有車都會面臨力有盡時的狀況,只要你不停的壓榨車輛的功率。但也可以看到 ONE 雖然增程器雖然只有 62kW 的額定功率,但這還是比 120km/h 的行駛功率要大很多的。只要不是故意通過急剎來消耗電能,遵守公路限速,那麼行駛過程中補電的速度是相當夠用的。

如果一條高速需要你不停地地板油加速到 120km/h 然後又急剎停,可能車沒壞,我的心跳先壞了。


超高速巡航能直接干廢電池嗎?

一不小心在上面說過了,一直 172km/h 確實可以把電池干到只剩 30%,但通過限速到 150km/h,可以避免電量進一步降低。這種超速的事情,就過了。


存在用光電池也上不去的山路嗎?

說到山路,必須說到坡度。坡度就是垂直爬升高度與水平前進距離的比值。比如 5% 坡度就是水平跑 100 米,高度上升 5 米。高速公路的設計最大坡度是 5%(實際可能有 6% 的超長坡),國道設計最大坡度是 9%(或者 10%?)。與坡度相關的還有設計最大車速。

爬坡有一個額外功率需求就是克服重力做功,變成勢能。反過來,下坡時勢能也能參與做功,如果綜合功率大於行車能耗,那就會導致車速越來越快。

爬坡的功率很容易計算,跟車速成正比,跟坡度接近正比。我們可以先看幾個表格。一個是以後理想 ONE 按坡度設計時速的勢能功率:

理想 ONE 按坡度設計時速的勢能功率

另一個是速度一定時只用增程器能爬升的最大坡度:

只用增程器能爬升的最大坡度

還有中國一些比較出名的長坡、盤山路的數據:

一些長坡、盤山路的關鍵數據與能耗

可以看到,限制只允許增程器發電而不消耗電池電量為標準,90km/h 可以爬大部分高速(標準設計不超過 5% 坡度),60km/h 可以爬大部分國道(標準設計坡度不超過 9%),甚至 30km/h 在重慶高達 15% 的坡度也沒有問題。

兩條超長高速長坡,以 80km/h 的速度是完全不會掉電的,更別說另外一條可能限速低至 40km/h(實為下坡限速,不知上坡限速是否相同)。中間兩條盤山路,不考慮轉彎速度的限制,以 60km/h 的速度跑下來,基本上都不會掉電,後一條以 30km/h 跑下來也壓根不會掉電。而盤山路實際上彎道超多吧,車速可能也就 20km/h 上下。所以呢,在等級公路的坡道上,在比較安全的車速下,壓根不需要電池參與。當然我們可以假設一種極端情況:增程器只能滿足巡航能耗,需要電池來克服重力做功。即使這樣,以上幾條公路也只會消耗不超過電池 40% 的電量(約 16kWh)。

爬完坡之後,如果是盤山路,接下來更可能是下坡,這時候動能回收就要開始充電了;或者接下來是比較平坦的公路,我們已經知道 120km/h 以下的充電速度還是比較可觀的。不要跟我說接下來還是上坡,如果接著又要上坡的話,那坡長公里數可能就不是 27 公里而是 50、100 公里了。

或許有人說,你上坡的時候還能加速嗎?假定 5% 坡度,目標速度 80km/h。以平地 240kW 實現 0-100 加速需要 6.5s 來算,平地加速到 80km/h 需要大概 4s。假定加速過程勢能做功為 30kW(參考前面表格中 5% 坡度 80km/h 功率),實際可用加速功率相對 240kW 降低 1/8,實際加速時長約為 5s,消耗電量為 0.25kWh(=180kW*5s)。即使不考慮減速過程的充電,以 40% 電量的 16kWh 也能支撐約 60 多次 0-80 加速。此後以 80km/h 在 5% 坡度巡航的話,增程器大概還能提供 10kW 的充電功率,90s 能充回 0.25kWh 的電量。

除了這些超長坡,可能非等級公路還有更陡的坡。但這些坡,一般也不會太高。只要不太高,電池撐過一陣就會是下坡,就有動能回收。然後總路程一般也不會太長。也不要說路可能會很爛,越是爛路,車速越慢,增程器越能發足電量。

當然爬坡可能不是只算功率就可以,理想 ONE 實際能上多大的坡度也不好說。

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